Многоканальное устройство поиска широкополосных сигналов по задержке для систем связи с кодовым разделением каналов

 

Многоканальное устройство поиска широкополосных сигналов по задержке для систем связи с кодовым разделением каналов относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами, работающими в условиях воздействия внутрисистемных помех. Достигаемый технический результат - сокращение времени вхождения в синхронизм с абонентами и увеличение пропускной способности системы. Названное устройство содержит решающий блок, вычислитель, синхронно-фазовый фильтр, сумматор, N блоков коррелятора, N первых и N вторых блоков сравнения с порогом, N генераторов копии сигнала, N блоков управления поиском, N коммутаторов, N формирователей оценки помехи, N ключей. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов по задержке, описанные в а.с. N 1104677, H 04 L 7/04, патент РФ N 2020762, H 04 B 1/10 и др., недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство поиска, представленное в монографии "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б. Пестрякова, М., "Сов. радио", 1973, стр. 160, рис. 5.3.1, принятое за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено: 1₁ - 1_N - блок коррелятора; 2₁ - 2_N - блоки сравнения с порогом; 3 - решающий блок; 4 - генератор копии сигнала.

Устройство-прототип содержит N блоков коррелятора 1₁ - 1_N, входы которых объединены и являются входом устройства, а выходы через соответствующие блоки сравнения с порогом 2₁ - 2_N соединены с соответствующими входами решающего блока 3, выход которого является выходом устройства. Кроме того, N выходов генератора копии сигнала 4 соединены с опорными входами N блоков коррелятора 1₁ - 1_N соответственно.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал поступает одновременно на входы N блоков коррелятора 1₁ - 1_N, на которые от генератора 4 подаются копии сигнала, отличающиеся между собой задержками. В каждом из N блоков коррелятора 1₁ - 1_N осуществляются перемножение входного сигнала с опорным, фильтрация результата перемножения и его детектирование. С выхода каждого блока 1₁ - 1_N сигнал поступает на соответствующий блок 2₁ - 2_N, где происходит его сравнение с порогом. Команда о превышении (непревышении) порога с выходов блоков 2₁ - 2_N подается на блок 3, где фильтруется номер канала, в котором принято решение о действии сигнала.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее генератор копии сигнала, решающий блок и N идентичных линеек, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок корреляторов и первый блок сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, а выход генератора копии сигнала соединен с опорным входом блока коррелятора, введены последовательно соединенные сумматор, синхронно-фазовый фильтр и вычитатель, вход которого одновременно соединен с первыми входами N линеек и является входом устройства, а выход вычитателя одновременно соединен со вторыми входами N линеек. В каждую линейку введены коммутатор, последовательно соединенные формирователь оценки помехи и ключ, а также второй блок сравнения с порогом и блок управления поиском. При этом первый и второй входы коммутатора являются соответственно входами линеек, а его третий вход соединен с соответствующим выходом решающего блока, другой выход которого соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора. Выход коммутатора присоединен к первому входу блока коррелятора, второй выход которого соединен с одним из входов формирователя оценки помехи, другой вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала. Выход первого блока сравнения с порогом через блок управления поиском соединен со входом генератора копии сигнала. Точка соединения выхода блока коррелятора и входа первого блока сравнения с порогом соединена со входом второго блока сравнения с порогом, выход которого является вторым выходом линейки и соединен с соответствующим входом решающего блока.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено: 1₁ - 1_N - блок коррелятора; 2₁ - 2_N, 8₁ - 8_N - первый и второй блоки сравнения с порогом; 3 - решающий блок; 4₁ - 4_N - генератор копии сигнала; 5₁ - 5_N - блок управления поиском;
6₁ - 6_N - коммутатор;
7₁ - 7_N - формирователь оценки помехи;
9₁ - 9_N - ключ;
10 - вычитатель;
11 - синхронно-фазовый фильтр;
12 - сумматор.

Заявляемое устройство содержит N линеек, каждая из которой содержит последовательно соединенные коммутатор 6, блок коррелятора 1, первый блок сравнения с порогом 2, блок управления поиском 5 и генератор копии сигнала 4, выход которого одновременно соединен с опорным входом блока коррелятора 1 и с одним из входов формирователя оценки помехи 7, другой вход которого соединен со вторым выходом блока коррелятора 1. Выход формирователя 7 соединен с одним из входов ключа 9. Точка соединения первого выхода блока 1 и входа первого блока сравнения с порогом 2 соединена со входом второго блока сравнения с порогом 8, выходы блоков 2 и 8 являются выходами линейки и подсоединены к соответствующим входам решающего блока 3, выход которого соединен с другим входом ключа 9, выход которого является третьим выходом линейки и подсоединен к соответствующему входу сумматора 12.

Первые входы коммутаторов 6₁ - 6_N объединены и являются первыми входами N линеек, кроме того, они соединены со входом вычитателя 10, вход которого является входом всего устройства.

Вторые входы коммутаторов 6₁ - 6_N также объединены и являются вторыми входами линеек и соединены с выходом вычитателя 10, выход которого одновременно соединен со входом синхронно-фазового фильтра 11, другой вход которого соединен с выходом сумматора 12, а выход фильтра 11 соединен со вторым входом вычитателя 10.

Третьим входы коммутаторов 6₁ - 6_N соединены с соответствующими выходами решающего блока 3.

Предлагаемое устройство представляет собой устройство поиска по задержке приемника базовой станции сотовой системы связи, использующей широкополосные фазоманипулированные сигналы и кодовое разделение каналов.

На вход устройства поступают сигналы от N абонентов. Сигналы подаются на N идентичных линеек, в каждой из которых осуществляются поиск по задержке сигнала одного из N абонентов и формирование оценки помехи, создаваемой данным абонентом другим абонентам системы.

Оценки помех, формируемые в линейках, подаются через сумматор 12 и синхронно-фазовый фильтр 11 на вход вычитателя 10, на другой вход которого подается входная смесь со входа устройства. Таким образом, на вход каждой линейки входная смесь поступает либо непосредственно со входа устройства, либо через вычитатель 10, в котором осуществляется компенсация структурных помех, то есть сигналов абонентов данной системы, уровни которых превысили допустимое значение. Все N линеек по составу блоков являются идентичными. Отличие между линейками заключается в структуре опорных сигналов блоков 4₁ - 4_N, каждая из которых соответствует определенному абоненту.

Рассмотрим работу линейки.

На первый вход коммутатора 6 поступает входная смесь со входа устройства, на второй его вход - входная смесь, в которой скомпенсированы мощные структурные помехи, поступающие с выхода блока 10.

По командам блока 3 коммутатор 6 подключает ко входу блока 1 либо вход устройства, либо выход блока 10. В исходный момент времени блок 3 с помощью коммутатора 6 подключает ко входу блока 1 вход устройства. В этом случае входная смесь поступает на блок 1, где осуществляются ее перемножение с опорным сигналом блока 4, фильтрация результата перемножения и его детектирование. С выхода блока 1 сигнал одновременно подается на блоки сравнения с порогами 2 и 8, при этом в блоке 2 устанавливается более низкий порог, уровень которого определяется заданной вероятностью ложной тревоги в режиме поиска. Порог в блоке 8 устанавливается более высоким по сравнению с порогом блока 2. Уровень его определяется допустимым уровнем сигналов системы, превышение которого приводит к невозможности приема сигналов от удаленных абонентов. Сигналы о превышении (непревышении) порогов с выхода блоков 2 и 8 подаются на входы блока 3. Одновременно с выхода блока 2 сигналы подается на блок 5, который переводит генератор копии сигнала 4 в режим сканирования по задержке при наличии на его входе команды "0" и в режим остановки сканирования (завершения поиска) при наличии на его входе команды "1".

Опорный сигнал с выхода блока 4 подается одновременно на опорные входы блоков 1 и 7.

В блоке 7 осуществляется перемножение (манипуляция по фазе) сигнала, поступающего со второго выхода блока 1, с опорным сигналом блока 4 с последующей его фильтрацией. В результате этого на выходе блока 7 формируется оценка принятого сигнала, которая через ключ 9, управляемый блоком 3, может поступать (при открытом ключе 9) через последовательно соединенные сумматор 12 и синхронно-фазовый фильтр 11 на вычитатель 10. Сигнал с выхода вычитателя 10 подается на второй вход фильтра 11, который осуществляет автоматическую подстройку амплитуд и фаз оценок помех, обеспечивающую эффективную компенсацию помех во входной смеси.

Алгоритм управления блоком 3, блоками 6 и 9 каждой из линеек состоит в следующем.

Если пороги в блоках 2 и 8 в данной линейке не превышены, то вход блока 1 данной линейки с помощью блока 6 подключается непосредственно ко входу устройства, а ключ 9 закрывается, то есть оценка помехи, сформированная в данной линейке, не подключается к блоку 12.

В случае одновременного превышения порогов в блоках 2 и 8 блок 3 подает команду на ключ 9 данной линейки, открывая его и обеспечивая прохождение оценки помехи, сформированной в данной линейке, на вход блока 12, а командой, подаваемой с выхода блока 3 на блок 6 данной линейки, блок 1 данной линейки остается подключенным непосредственно ко входу устройства. В то же время блоки 1 остальных линеек, в которых не превышены пороги в блоках 2 и 8, при наличии превышения этих порогов хотя бы в одной из линеек по командам блока 3, подаваемым на соответствующие блоки 6, подключаются ко входу сумматора 12.

Структурная схема блока 1 представлена на фиг. 4, где обозначено:
1.1 - перемножитель (фазовый ремодулятор);
1.2 - фильтр;
1.3 - амплитудный детектор.

В блоке 1.1 осуществляется перемножение входной смеси с опорным сигналом блока 4, аналогичным опорному сигналу, используемому при формировании широкополосного фазоманипулированного сигнала соответствующего абонента. В результате перемножения входной смеси с опорным сигналом, синхронным с широкополосным сигналом данного абонента, в блоке 1.1 осуществляется и свертка сигнала данного абонента, которая фильтруется в блоке 1.2 и детектируется в блоке 1.3. Сигнал с выхода блока 1.2 подается на вход блока 7.

Структурная схема блока 3 приведена на фиг. 3, где обозначено:
31_1-N - элемент ИЛИ;
32_1-N - инвертор;
33_1-N - элемент И;
34 - элемент ИЛИ.

Блок 3 содержит элемент ИЛИ 34 и N идентичных каналов, каждый из которых содержит блоки 31_1-N, 32_1-N, 33_1-N.

На вход каждого канала поступают команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов с выходов блоков 2 и 8, которые подаются на блок 31. С выхода блока 31 команда ("0" или "1") подается одновременно на блоки 34 и 9, а через блоки 32 и 33 на блок 6.

Рассмотрим различные режимы работы решающего блока 3.

Если в канале данного абонента превышены оба порога, то на выходе блока 31 формируется "1", которая инвертируясь в блоке 32, подается на блок 33 в виде команды "0".

В этом случае при любом значении команды, вырабатываемой на выходе блока 34, на выходе блока 33 формируется команда "0". Эта команда подается на блок 6 данной линейки, который обеспечивает подключение входа устройства непосредственно ко входу блока 1 данной линейки (в этом случае компенсация помех на входе блока 1 не производится). Одновременно команда "1" с выхода блока 31 подается на ключ 9, обеспечивая подключение оценки помехи, сформированной в данной линейке, к сумматору 12, которая через блок 11 подается на блок 10.

В случае непревышения порога хотя бы в одном из блоков 2 или 8 на выходе блока 31 формируется "0", который подается на ключ 9 и запирает его. В этом случае оценка помехи, формируемая в данном канале, не поступает на сумматор 12.

Одновременно команда "0", инвертируясь в блоке 32, поступает на вход блока 33 в виде команды "1". Если хотя бы в одной из N линеек наблюдается превышение двух порогов, на выходе блоков 34 и 33 формируется команда "1", которая с выхода блока 33 подается на вход коммутатора данной линейки, обеспечивая подключение входа устройства ко входу блока 1 через блок 10. В этом случае на вход данной линейки входная смесь поступает после компенсации помех от близко расположенных абонентов.

Структурная схема блока 7 приведена на фиг. 5, где использованы следующие обозначения:
71 - перемножитель (фазовый манипулятор);
72 - полосовой фильтр;
73 - усилитель с регулируемым коэффициентом передачи;
74, 75 - элемент задержки.

Блок 7 работает следующим образом.

В блоке 71 свернутый (узкополосный) сигнал, поступающий со второго выхода блока 1, перемножается с опорным сигналом блока 4, поступающим на вход блока 71 через элемент задержки 75. На выходе блока 71 формируется широкополосный сигнал (оценка структурной помехи), аналогичный соответствующему сигналу во входной смеси, который фильтруется в блоке 72 (полоса пропускания которого равна полосе спектра сигнала соответствующего абонента), проходит через регулируемые блоки 74 и 75, с использованием которых обеспечивается регулировка амплитуды и фазы оценки помехи на этапе с целью ее эффективной компенсации.

Блок 11 обеспечивает автоматическую подстройку амплитуд и фаз оценок помех и обеспечивает эффективную компенсацию помех в рабочем режиме. Он может быть выполнен так, как это показано в монографии В.М. Свистова "Радиолокационные сигналы и их обработка". Москва, Сов. радио. 1977 г., стр. 123, рис. 3.6.

В прототипе помехоустойчивость поиска к структурным помехам определяется базой используемых широкополосных сигналов. Воздействие мощных структурных помех на устройство-прототип, превышающих полезный сигнал по мощности более чем в базу раз, приводит к ложному обнаружению и увеличению времени вхождения в синхронизм, что снижает пропускную способность системы связи.

В заявляемом устройстве обеспечивается одновременный поиск по задержке сигналов как ближних, так и удаленных абонентов, при этом снижается мешающее влияние сигналов ближних абонентов на процедуру поиска сигналов удаленных абонентов за счет их подавления на величину порядка 20 - 40 дБ. Уровень сигналов абонентов априорно не известен и определяется в процессе выполнения процедуры поиска по задержке. На этом же этапе выявляются мешающие сигналы и формируются их оценки, которые затем используются для подавления помех во входной смеси.

Особенностью заявляемого устройства является малое время, затрачиваемое на формирование оценок помех и их подавление, что приводит к резкому сокращению времени вхождения в синхронизм с абонентами и увеличению пропускной способности системы.

Формула изобретения

Многоканальное устройство поиска широкополосных сигналов по задержке для систем связи с кодовым разделением каналов, содержащее генератор копии сигнала, решающий блок и N идентичных линеек, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок коррелятора и первый блок сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, выход генератора копии сигнала соединен с опорным входом блока коррелятора, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные сумматор, синхронно-фазовый фильтр и вычитатель, вход которого одновременно соединен с первыми входами N линеек и является входом устройства, а выход вычитателя одновременно соединен со вторыми входами N линеек, в каждую из которых введены коммутатор, последовательно соединенные формирователь оценки помехи и ключ, а также второй блок сравнения с порогом и блок управления поиском, вход которого соединен с выходом первого блока сравнения с порогом, а выход - со входом генератора копии сигнала, выход которого одновременно соединен с одним из входов формирователя оценки помехи, другой вход которого соединен со вторым выходом блока коррелятора, вход которого соединен с выходом коммутатора, первый и второй входы которого являются входами линейки, а третий вход коммутатора соединен с соответствующим выходом решающего блока, другой выход которого соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора, точка соединения выхода блока коррелятора и входа первого блока сравнения с порогом соединена со входом второго блока сравнения с порогом, выход которого является выходом линейки и соединен с соответствующим входом решающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5