Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов

 

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости к структурным помехам. В устройстве полоса режекции не зависит от скорости передачи информации, и поэтому эффективность подавления помех также не зависит от скорости передачи информации. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи c широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах N 2000606, H 04 В 1/10, H 04 L 7/00, N 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659, H 04 B 1/10.

Недостатком этих устройств является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким к предлагаемому является "Устройство корреляционной обработки широкополосных сигналов" по а. с. N 1688416, H 04 В 1/10, принятое за прототип.

Блок-схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено: 1, 3, 15 - первый, второй и третий перемножители, 2 - генератор копии сигнала, 4 - режекторный фильтр, 5 - выходной фильтр, 6 - первый аттенюатор, 7 - вычитатель, 8, 9, 16 - первый, второй и третий элементы задержки, 10 - полосовые фильтры, 11 - ключи,
12 - вторые аттенюаторы,
13 - четвертые элементы задержки,
14 - обнаружители помех,
17_1-n - частотные каналы.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, выход которого соединен с входами n частотных каналов 17, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя 7.

Выход генератора копии сигнала 2 соединен с соответствующими входами первого перемножителя 1, первого элемента задержки 8 и через третий элемент задержки 16 с одним из входов третьего перемножителя 15, выход которого соединен с входом выходного фильтра 5, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, входы первого перемножителя 1 и первого аттенюатора 6 объединены и являются входом устройства. Выход первого аттенюатора 6 через второй элемент задержки 9 соединен с одним из входов вычитателя 7, выход которого соединен с входом третьего перемножителя 15.

Каждый частотный канал 17₁...17_n содержит последовательно соединенные полосовой фильтр 10, ключ 11, второй аттенюатор 12, четвертый элемент задержки 13, выход которого является выходом частотного канала. Вход полосового фильтра 10 является входом частотного канала. При этом вход обнаружителя помех соединен с выходом полосового фильтра 10, а выход - с другим входом ключа 11.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и узкополосная помеха поcтупают на вход перемножителя 1, где перемножаются с копией широкополосного сигнала, формируемой в генераторе копии сигнала 2, синхронной с входным широкополосным сигналом.

За счет этого широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который режектируется фильтром 4, а узкополосная помеха превращается в широкополосную, которая через режекторный фильтр 4 поступает на второй перемножитель 3.

В перемножителе 3 широкополосная помеха перемножается с той же копией сигнала, формируемой в генераторе 2 и поступающей на перемножитель 3 через элемент задержки 8. За счет этого происходит свертывание широкополосной помехи в узкополосную, которая подается на каждый частотный канал 17₁ - 17_n.

В каждом частотном канале 17₁ - 17_n помеха фильтруется в парциальной полосе полосового фильтра 10, равной

где Δf - полоса спектра широкополосного сигнала,
N - число частотных каналов.

После этого помеха подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если обнаружителем помех 14 принято решение об обнаружении помехи в данном парциальном канале. Помеха, прошедшая через ключ 11, аттенюатор 12 и элемент задержки 13, поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху во входной смеси, поступающую на другой вход вычитателя 9. Элементы задержки 9 и 13 и аттенюаторы 6 и 12 обеспечивают выравнивание по времени и амплитуде помех, поступающих на разные входы вычитателя 7. Эти элементы являются регулируемыми в процессе перестройки и используются при необходимости.

Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другому - только помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал проходит на выход вычитателя 7.

После перемножения в перемножителе 15 с копией сигнала, поступающей с выхода генератора 2 через элемент задержки 16, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который фильтруется в выходном фильтре 5 и поступает на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и его копии на входах перемножителя 15.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее полосовой и режекторный фильтры, первый, второй, третий и четвертый элементы задержки, аттенюатор, первый, второй и третий перемножители, генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки с опорным входом второго перемножителя, выход второго элемента задержки соединен с опорным входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, а вход первого перемножителя является входом устройства, введены усилитель и четвертый перемножитель. При этом входы первого и второго элементов задержки соединены с входом первого перемножителя, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, второй перемножитель и усилитель соединен с опорным входом третьего перемножителя и через четвертый элемент задержки с одним из входов четвертого перемножителя. Кроме того, выход первого элемента задержки через последовательно соединенные третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель и аттенюатор соединен с вторым входом вычитателя.

Блок-схема устройства компенсации помех для приемников широкополосных сигналов приведена на фиг. 2, где обозначено: 1, 3, 7, 9 - первый, второй, третий и четвертый перемножители (фазовые модуляторы); 2 - полосовой фильтр; 4 - генератор копии сигнала (генератор псевдослучайной последовательности); 5 -усилитель; 6, 12, 13, 14 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки; 8 - режекторный фильтр; 10 - аттенюатор; 11 - вычитатель.

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, полосовой фильтр 2, второй перемножитель 3, усилитель 5, выход которого соединен с опорным входом третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 с опорным входом четвертого перемножителя 9.

Входы первого перемножителя 1, первого 6 и второго 12 элементов задержки объединены и являются входом устройства. Выход первого элемента задержки 6 через последовательно соединенные третий перемножитель 7, режекторный фильтр 8, четвертый перемножитель 9 и аттенюатор 10 соединен с вторым входом вычитателя 11, выход которого является выходом устройства. Первый вход вычитателя 11 соединен с выходом второго элемента задержки 12.

Выход генератора копии сигнала 4 соединен с опорным входом первого перемножителя 1 и через третий элемент задержки 13 с опорным входом второго перемножителя 3.

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и узкополосная помеха поступают на вход перемножителя 1, на опорный вход которого подается копия сигнала с генератора копии сигнала 4, синхронной с входным широкополосным сигналом. За счет перемножения входного сигнала и его копии, широкополосный сигнал сворачивается в перемножителе 1 в узкополосный сигнал, который фильтруется полосовым фильтром 2 и подается на вход перемножителя 3.

Узкополосная помеха в перемножителе 1 "размазывается" в широкополосную помеху за счет манипуляции ее по фазе на (0, π ) копией сигнала, вырабатываемой генератором 4. Часть спектра широкополосной помехи попадает в полосовой фильтр 2, после чего подается на вход блока 3, на опорный вход которого поступает копия сигнала с выхода генератора 4 через элемент задержки 13.

Таким образом, на сигнальный вход второго перемножителя 3 подается смесь узкополосного сигнала и части мощности узкополосной помехи, ослабленной по отношению к помехе во входной смеси в раз, где Δf - полоса спектра полезного широкополосного сигнала, ΔF - полоса пропускания фильтра 2.

Эта смесь манипулируется по фазе [0, π ] копией широкополосного сигнала во втором перемножителе 3 и на его выходе выделяется смесь широкополосного сигнала и широкополосной помехи, при этом широкополосная помеха, сформировавшаяся из узкополосной помехи в блоках 1, 2, 3 (с использованием копии сигнала с генератора 4) коррелирована с полезным широкополосным сигналом (имеет одинаковую с ним несущую и закон манипуляции).

Эта широкополосная смесь после усиления в усилителе 5 поступает на опорный вход третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 - на опорный вход четвертого перемножителя 9. На другой вход перемножителя 7 подается входная смесь, где перемножается широкополосный сигнал с опорной широкополосной смесью, коррелированной с полезным сигналом,
Широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный низкочастотный сигнал, близкий к постоянной составляющей, так как входной и опорный широкополосные сигналы отличаются только начальной фазой.

Свернутый сигнал режектируется фильтром 8 и поэтому не проходит на вход вычитателя 11. В то же время узкополосная помеха за счет перемножения в перемножителе 7 с широкополосным опорным сигналом, поступающим с выхода усилителя 5, становится широкополосной, часть ее спектра режектируется в фильтре 8. Остальная часть спектра широкополосной помехи подается на вход перемножителя 9, где перемножается с тем же опорным сигналом, поступающим с усилителя 5 через элемент задержки 14. За счет этого широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая через аттенюатор 10 подается на вход вычитателя 11, где компенсирует помеху во входной смеси, поступающую на другой вход вычитателя через элемент задержки 12.

Усилитель 5 работает в режиме ограничения, что обеспечивает постоянство коэффициента передачи для помехи в тракте, состоящем из перемножителя 7, режекторного фильтра 8 и перемножителя 9, при изменении уровня сигнала и помех на входе устройства. Элемент задержки 12 используется для выравнивания по времени помех, поступающих на вход вычитателя 11.

Элементы задержки 6, 13 и 14 обеспечивают синхронность широкополосного сигнала и помех на опорных сигнальных входах перемножителей. Аттенюатор 10 обеспечивает выравнивание амплитуд помех на входах вычитателя 11.

Так как перемножение широкополосных сигналов в перемножителе 7 осуществляется на несущей частоте f₀, то режекторный фильтр 8 представляет собой последовательно соединенный режекторный фильтр на разностной (нулевой) частоте и режекторный фильтр на суммарной (удвоенной) частоте.

Элемент задержки 14 является регулируемым в процессе настройки и используется при необходимости.

В прототипе степень подавления помех паразитной широкополосной составляющей помехи определяется соотношением

где Δf - полоса спектра широкополосного сигнала,
ΔF_pфп - полоса режекции режекторного фильтра прототипа, равная информационной полосе,
n - число частотных каналов,
m - число узкополосных помех на входе.

При n = m, а также при воздействии структурной помехи все частотные каналы прототипа открыты и

В данном устройстве в качестве опорного сигнала для блока 7 используется напряжение широкополосного сигнала и широкополосной помехи, коррелированной с полезным сигналом и имеющей ту же несущую частоту и тот же закон формирования и отличающаяся от него только начальной фазой.

Результатом свертки полезного сигнала с коррелированным с ним опорным сигналом является сигнал с чрезвычайно узкой полосой (сигнал разностных фаз).

То есть полоса режекции сигнала в устройстве значительно меньше, чем в прототипе, а степень подавления по мощности паразитной составляющей помехи увеличивается в число раз, равное соотношению полос режекции.

Полоса режекции сигнала в прототипе определяется информационной скоростью. С увеличением скорости передачи информации увеличивается полоса режекции и снижается степень подавления помехи.

В устройстве полоса режекции не зависит от скорости передачи информации, и поэтому эффективность подавления помех также не зависит от скорости передачи информации.

Формула изобретения

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее полосовой и режекторный фильтры, первый, второй, третий и четвертый элементы задержки, аттенюатор, первый, второй и третий перемножители, генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки - с опорным входом второго перемножителя, выход второго элемента задержки соединен с первым входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, вход первого перемножителя является входом устройства, отличающееся тем, что введены усилитель и четвертый перемножитель, причем входы первого и второго элементов задержки соединены со входом первого перемножителя, выход первого элемента задержки через последовательно соединенные третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель и аттенюатор соединен со вторым входом вычитателя, выход первого перемножителя через последовательно соединенные полосовой фильтр, второй перемножитель и усилитель соединены с опорным входом третьего перемножителя, при этом выход усилителя через четвертый элемент задержки соединен с опорным входом четвертого перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2