Устройство обработки шумоподобных сигналов - RU2205448C2

Описание

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано при передаче дискретной информации М-ичными шумоподобными сигналами (ШПС), формируемыми на основе системы циклических сдвигов М-разрядной двоичной псевдослучайной последовательности (ПСП) вида [1, 2]

где N - количество элементов ПСП.

Известны устройства обработки М-ичных ШПС, состоящие из М согласованных фильтров (СФ), каждый из которых согласован с одним из М сигналов. Недостатком этих устройств является сложность реализации, т.к. для приема М сигналов необходимо М СФ, а при приеме сигналов с переменной структурой необходимо использовать сложные программируемые СФ, не позволяющие использовать ШПС с шириной спектра более 10 МГц [1-8].

Известны также устройства, состоящие из М корреляторов, на которые помимо принятого сигнала подаются копии передаваемых М сигналов. Недостатками таких устройств также являются сложность реализации и необходимость точной синхронизации между принимаемым и опорным сигналами [1-8].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа вырожденный акустический конвольвер (АК) [8] , представляющий собой пьезоэлектрический звукопровод, на краях которого расположены металлические встречно-штыревые преобразователи (ВШП), а в центре размещен параметрический электрод, выполненный в виде металлической пластины прямоугольной формы размерами W•L₀. Значение апертуры W зависит от требуемого входного сопротивления АК и материала звукопровода. Типичный размер апертуры составляет 20-100 длин поверхностных акустических волн (ПАВ) в звукопроводе. Длина L₀ параметрического электрода зависит от длительности Т_с обрабатываемого сигнала S(t) и скорости распространения V ПАВ в звукопроводе L₀ = V Т_c.

АК позволяет осуществлять корреляционную обработку сигналов, подаваемых на входы ВШП. Работа АК основана на эффекте нелинейного взаимодействия встречных акустических волн, которые возбуждаются в звукопроводе при подаче на ВШП электрических сигналов [8]. В результате нелинейного взаимодействия на параметрическом электроде, являющемся интегратором, появляется напряжение, пропорциональное свертке сигналов, подаваемых на ВШП.

Следовательно, если на первый ВШП подать принятый сигнал S_m(t), m=0... М-1, а на второй - опорный S_on(t), то выходное напряжение АК U_вых(t}, снимаемое с параметрического электрода будет равно

т. е. является корреляционным интегралом (сверткой) от входных сигналов S_m(t) и S_on(t) с точностью до постоянного множителя 2, который учитывает сжатие выходного сигнала во времени из-за встречного распространения ПАВ в звукопроводе [8].

Таким образом, опорный сигнал S_on(t) фактически определяет импульсную характеристику АК, которую можно легко изменять, т.е. АК является универсальным устройством, позволяющим осуществить обработку практически любого сигнала.

Недостатком рассмотренного устройства также является сложность реализации устройства обработки М-ичных ШПС, которое должно будет содержать М АК.

Задачей изобретения является упрощение технической реализации устройств обработки М-ичных ШПС.

Указанная задача решается за счет увеличения длины параметрического электрода АК до величины
L₁=V(2T_с-T_с/N)=2L₀-VT_сN≈2L₀, (3)
при использовании для передачи информации М-ичных ШПС, формируемых на основе системы циклических сдвигов N-разрядной двоичной ПСП при N=M [1,2].

Т. к. при передаче информации информационные, спектральные и корреляционные характеристики ШПС определяются видом ПСП, то для упрощения пояснения принципов формирования системы сигналов и работы предложенного устройства рассмотрим все процессы на уровне взаимодействия ПСП.

Осуществляя последовательный циклический сдвиг вправо опорной ПСП а₀={ а₀, a₁,...а_N-1 ]}, получим систему из M=N сигналов вида [1,2]

Для сигнала, сформированного из опорной ПСП и имеющего вид

где

импульсная характеристика h₀(t) будет описываться выражением

а для сигнала, сформированного на основе m-го циклического сдвига опорной ПСП и имеющего вид

импульсная характеристика h_m(t) будет описываться выражением

Таким образом, для каждой ПСП a_m, m=0...N-1, можно получить соответствующую ей ПСП Н_m, используемую для формирования импульсной характеристики h_m(t). Для рассматриваемой системы сигналов такие ПСП Н_m будут иметь следующий вид

т. е. ПСП Н_m являются зеркальным отображением ПСП a_m, а также являются циклическим сдвигом ПСП Н₀.

Если рассмотреть все ПСП Н_m, m= 0...N-1, то можно заметить, что все циклические сдвиги ПСП Н₀ можно описать сегментами ПСП Н_2m длины 2N-1 следующего вида
H_2m={a_N-1, a_N-2, a_N-3, ..., a₂, a₁, a₀, a_N-1, a_N-2, a_N-3, a₂, a₁}. (10)
В этом случае ПСП Н₀ является сегментом ПСП Н_2m, включающем в себя N элементов начиная с a_N-1, а ПСП H₁ является сегментом, который состоит из N элементов, начиная с а_N-2 и т.д.

Таким образом, устройство, имеющее импульсную характеристику, построенную на основе ПСП Н_2m, является эквивалентным М устройствам, каждое из которых имеет импульсную характеристику, полученную на основе ПСП H_m, m=0... N-1.

Следовательно, одно такое устройство сможет обрабатывать сигналы S_m(t), m= 0. ..N-1, сформированные на основе циклических сдвигов a_m, m=0...N-1, ПСП a₀. Импульсная характеристика такого устройства будет описываться выражением

Особенностью работы предлагаемого устройства является то, что максимальный отклик корреляционной функции при приеме сигнала S_m(t), m=0...N-1 будет появляться с задержкой Δτ = mτ_u после момента окончания сигнала.

Таким образом, применение одного АК с длиной параметрического электрода
L₁=V(2T_с-T_с /N)=2L₀-VT_с/N≈2L₀
позволяет при подаче на его вход опорного сигнала S_on(t)=h_2m(t) осуществлять корреляционную обработку системы из М сигналов, сформированных на основе циклических сдвигов опорной ПСП, что упрощает техническую реализацию устройства обработки в М раз, а также повышает надежность его работы.

На чертеже приведена структура предложенного устройства обработки ШПС. Устройство представляет собой вырожденный акустический конвольвер, состоящий из пьезоэлектрического звукопровода (1), на краях которого расположены металлические ВШП (2) и (3), а в центре размещен параметрический электрод (4), выполненный в виде металлической пластины прямоугольной формы размерами W•L₁. Значение апертуры W зависит от требуемого входного сопротивления конвольвера и материала звукопровода, а длина параметрического электрода L₁ равна
L₁=V(2T_с -T_с/N)=2L₀-VT_с/N≈2L₀.

Устройство работает следующим образом. При подаче на вход ВШП (2) принятого сигнала S_m(t), m=0...N-1, а на вход ВШП (3) опорного сигнала S_on(t)= h_2m(t) в пьезоэлектрическом звукопроводе возбуждаются встречные поверхностные акустические волны. В результате нелинейного взаимодействия этих волн на параметрическом электроде (4) появляется выходное напряжение U_вых(t), пропорциональное корреляционному интегралу от входных сигналов. Т.к. принимаемые сигналы сформированы на основе системы циклических сдвигов опорной ПСП, то максимум корреляционной функции (выходного напряжения U_вых(t)) на выходе конвольвера будет появляться в тот момент времени, когда принимаемый сигнал S_m(t), m=0...N-1 совпадет с соответствующим ему сегментом h_m(t), m=0. ..N-1 импульсной характеристики h_2m(t)=S_on(t), т.е. будет появляться с задержкой Δτ = mτ_u после момента окончания сигнала, которая определяется номером циклического сдвига m и, следовательно, несет информацию о принятом сигнале [1,2].

Таким образом, предлагаемое устройство за счет увеличения длины параметрического электрода в два раза по сравнению с прототипом позволяет при подаче на его вход опорного сигнала S_on(t)=h_2m(t) осуществлять корреляционную обработку системы из М сигналов, сформированных на основе циклических сдвигов опорной ПСП, что упрощает техническую реализацию устройства обработки в М раз, уменьшает его стоимость, а также повышает надежность его работы.

Источники информации
1. Клименко Н.Н., Кисель В.В., Замарин А.Н. Сигналы с расширением спектра в системах передачи информации. //Зарубежная радиоэлектроника. - 1983, 11, с.45-49.

2. Бессалов А.В., Патрикеев О.В. Оценка потенциальной помехоустойчивости приема случайных циклических кодов. //Статистический анализ и синтез информационных систем: сб. Научн. Тр. - Л. ЛЭИС, 1987. - С.41-42.

3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384с.

4. Диксон Р.К. Широкополосные системы. /Пер. с англ. под ред. В.И. Журавлева. - М.: Связь, 1979. - 304 с.

5. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. /Г.И. Тузов, В. А. Сивов, В. И. Прытков и др. /Под ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.

6. Радиосистемы передачи информации. /И.М. Тепляков, Б.В. Рощин, А.И. Фомин и др. /Под. ред. И.М. Теплякова. - М.: Радио и связь, 1982. - 264 с.

7. Семенов А.М., Сикарев А.А. Широкополосная радиосвязь. - М.: Воениздат, 1970. - 280 с.

8. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. /Пер. с англ. под ред. С.И. Баскакова. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

Реферат

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано при передаче дискретной информации М-ичными шумоподобными сигналами, формируемыми на основе системы циклических сдвигов N-разрядной двоичной псевдослучайной последовательности. Устройство обработки шумоподобных сигналов представляет собой вырожденный акустический конвольвер, состоящий из пьезоэлектрического звукопровода, на краях которого расположены металлические встречно-штыревые преобразователи, а в центре размещен параметрический электрод, выполненный в виде металлической пластины прямоугольной формы, длина которой выбирается согласно приведенной зависимости. Техническим результатом является обеспечение обработки М-ичных шумоподобных сигналов с помощью одного устройства путем увеличения длины параметрического электрода в два раза и подаче опорного сигнала, содержащего удвоенное количество элементов, что приводит к упрощению устройства обработки в М раз. 1 ил.

Формула