Коррелятор с компенсацией структурных помех для базовых станций сотовых систем связи

 

В изобретении на базовой станции осуществляется компенсация более мощных сигналов от ближних абонентских станций на входах коррелятора, которые затрудняют прием более слабых сигналов от удаленных абонентских станций. Коррелятор содержит последовательно соединенные генератор копии сигналов, перемножитель, другой вход которого является входом устройства, а также блок фильтрации, первый и второй блоки обработки сигналов, первый и второй блоки восстановления сигналов, первый и второй блоки компенсации сигналов, первый и второй блоки перемножения, блок коммутации и развязывающий блок. Технический результат - повышение помехоустойчивости. 7 ил.

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

Известны устройства корреляционной обработки широкополосных сигналов с подавлением структурных помех, описанные в а.с. N 1338678 H 04 B 1/10, патентах N 2038697, N 2034403 H 04 B 1/10.

Указанные устройства предназначены для использования в системах связи с кодовым разделением каналов, в котором адресом абонента является структура (код) псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании широкополосных сигналов.

Недостатком таких устройств является низкая помехоустойчивость к структурным помехам, а также невозможность их использования в системах связи с широкополосными сигналами с ортогональным частотным сдвигом, в которых адресом абонента является частотный сдвиг несущей.

Известен коррелятор для широкополосных сигналов с ортогональным частотным сдвигом, используемый в многоадресной системе связи с выбором произвольного абонента (IEEE Int. Con. Bec., 1964, March, pt. 6), недостатком которого является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелятор с набором фильтров, настроенных на разные частоты, приведенный в монографии Г.И.Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов", Москва, "Сов. радио", 1977, стр. 111, рис. 3.3, принятый за прототип, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - перемножитель (фазовый ремодулятор), 2₁...2_N - полосовой фильтр, 3 - генератор копии сигнала, 4 - блок фильтрации сигналов.

Устройство-прототип содержит перемножитель 1, выход которого соединен со входами N полосовых фильтров, выходы которых являются выходами коррелятора, а его входом - вход перемножителя 1, другой вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала 3. Полосовые фильтры 2₁...2_N объединены в блок фильтрации сигналов 4.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В сотовой системе связи с широкополосными сигналами с ортогональным частотным сдвигом прототип представляет собой коррелятор приемника базовой станции. При формировании широкополосных сигналов используются одинаковые для всех абонентских станций частота несущей и кодовая последовательность. Адресным признаком абонентской станции является частотный сдвиг несущей, который для соседних каналов составляет где T - длительность информационного символа.

При перемножении в перемножителе 1 входной смеси, состоящей из сигналов N абонентских станций с опорным широкополосным сигналом генератора копии сигнала 3, на выходе перемножителя 1 (при условии наличия синхронизации опорного сигнала со входными сигналами) выделяется N узкополосных (свернутых) сигналов от N абонентских станций, которые фильтруются в N полосовых фильтрах.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор копии сигнала и перемножитель, другой вход которого является входом устройства и блок фильтрации, введены первый и второй блоки обработки сигналов, первый и второй блоки восстановления сигналов, первый и второй блоки компенсации сигналов, первый и второй блоки перемножения, блок коммутации и развязывающий блок. Причем выход перемножителя соединен со входом первого блока обработки сигналов, один из выходов которого соединен одновременно с одним из входов блока коммутации и входом второго блока обработки сигналов, N выходов которого одновременно соединены с соответствующими N входами развязывающего блока и второго блока восстановления сигналов, выход которого через последовательно соединенные второй блок компенсации сигналов, второй блок перемножения и блок фильтрации сигналов соединен с соответствующими N входами блока коммутации, N выходов которого соединены с соответствующими N входами развязывающего блока. N выходов первого блока обработки сигналов соединены одновременно с соответствующими N входами развязывающего блока и первого блока восстановления сигналов, выход которого через последовательно соединенные первый блок компенсации сигналов, первый блок перемножения и второй блок обработки сигналов соединен с соответствующим входом блока коммутации, при этом другой выход первого блока компенсации сигналов соединен с соответствующим входом второго блока компенсации сигналов. Кроме того, выход генератора копии сигнала одновременно соединен с соответствующими входами первого и второго блоков восстановления сигналов, первого и второго блоков перемножения. Вход перемножителя соединен со входом первого блока компенсации сигналов. Выход развязывающего блока является выходом устройства.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено: 1 - перемножитель (фазовый ремодулятор), 2 - блок фильтрации сигналов, 3 - генератор копии сигналов, 4₁ - первый блок обработки сигналов, 4₂ - второй блок обработки сигналов,
5₁ - первый блок восстановления сигналов,
5₂ - второй блок восстановления сигналов,
6₁ - первый блок компенсации сигналов,
6₂ - второй блок компенсации сигналов,
7₁ - первый блок перемножения (фазовой ремодуляции),
7₂ - второй блок перемножения (фазовой ремодуляции),
8 - блок коммутации,
9 - развязывающий блок.

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый блок обработки сигналов 4₁, развязывающий блок 9, выходы которого являются выходами всего устройства. Входы перемножителя 1 и первого блока компенсации сигналов 6₁ объединены и являются входом устройства. Выход первого блока компенсации сигналов 6₁ через первый блок перемножения 7₁ соединен со входом второго блока обработки сигналов 4₂, N выходов которого одновременно соединены с соответствующими входами развязывающего блока 9 и с соответствующими N входами второго блока восстановления сигналов 5₂. Второй блок компенсации сигналов 6₂ через второй блок перемножения 7₂ соединен со входом блока фильтрации сигналов 2, N выходов которого соединены с соответствующими N входами блока коммутации 8, N выходов которого соединены с соответствующими N входами развязывающего блока 9. N выходов первого блока обработки сигналов 4₁ соединены одновременно с соответствующими N входами первого блока восстановления сигналов 5₁, выход которого соединен с другим входом первого блока компенсации сигналов 6₁, выход которого соединен с одним из входов второго блока компенсации сигналов 6₂.

Выход генератора копии сигналов одновременно соединен с соответствующими входами первого 5₁ и второго 5₂ блоков восстановления сигналов, первого 7₁ и второго 7₂ блоков перемножения и перемножителя 1. Кроме того, один из выходов первого блока обработки сигналов 4₁ соединен одновременно с соответствующими входами блока коммутации 8 и второго блока обработки сигналов 4₂, выход которого соединен с одним из входов блока коммутации 8.

Предлагаемое устройство представляет собой коррелятор базовой станции сотовой системы связи, использующей широкополосные сигналы с ортогональным частотным сдвигом. В такой системе адресным признаком абонентской станции (АС) является частотный сдвиг несущей частоты (одинаковой для всех АС). Частотный сдвиг между двумя соседними каналами составляет где T - длительность информационного символа.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосные сигналы от АС (максимальное число сигналов равно N) поступает на блок 1, где перемножается с опорным широкополосным сигналом, формируемым блоком 3. Входные сигналы АС находятся в синхронизме с опорным сигналом генератора 3, общим для всех АС. В результате перемножения входной смеси с синхронным опорным сигналом широкополосные сигналы АС сворачиваются в узкополосные сигналы, отличающиеся частотами.

В блоке 4₁ осуществляется фильтрация свернутых (узкополосных) сигналов в N частотных каналах, каждый из которых соответствует своей АС. Каждый канал в блоке 4₁ настроен на свою частоту, соответствующую адресу данной АС. В каждом канале блока 4₁ принимается решение о наличии (или отсутствии) на входе коррелятора мощной структурной помехи. Структурными помехами являются сигналы ближних АС, уровни которых превышают допустимое для данной системы значение и затрудняют прием сигналов от удаленных АС. Обнаружение структурных помех в блоке 4₁ осуществляется на основе сравнения в каждом частотном канале уровня свернутого сигнала с первым (высоким) порогом. Сигналы, превысившие 1-й порог, с выхода блока 4₁, подаются на блок 9 и одновременно на первый блок восстановления сигналов 5₁. Сигналы, не превысившие 1-й порог, не пропускаются на выход блока 4₁. Одновременно команды с блока 4₁ подаются на управляющие входы блоков 4₂ и 8, где они запирают те частотные каналы, которые открыты в блоке 4₁. В блоке 5₁ за счет перемножения с опорным сигналом блока 3 узкополосные сигналы превращаются в широкополосные сигналы, которые являются копией структурных помех 1-й группы (от наиболее близких АС). Копии структурных помех 1-й группы подаются на блок 6₁, где компенсируют соответствующие им помехи во входной смеси, в результате чего на выходе блока 6₁ выделяются более слабые сигналы от удаленных АС. С выхода блока 6₁ входная смесь, из которой исключены мощные сигналы от ближних абонентов 1-й группы, поступают на блок 7₁, где перемножаются с тем же опорным сигналом блока 3. С выхода блока 7₁ свернутые сигналы поступают на второй блок обработки сигналов 4₂, где осуществляется их обработка, аналогичная тому, как это делается в блоке 4₁, но с тем отличием, что уровень сигнала в каждом частотном канале сравнивается со 2-м (более низким по сравнению с 1-м) порогом. Сигналы, превысившие 2-й порог, подаются на блок 9 и одновременно на второй блок восстановления сигналов 5₂. Одновременно команды управления с выхода блока 4₂ подаются на вход блока 8, где они запирают те каналы, которые открылись в блоке 4₂. На выходе блока 5₂ формируются копии сигналов АС 2-й группы, которые подаются на вход блока 6₂, где компенсируют сигналы 2-й группы во входной смеси.

С выхода блока 6₂ сигналы от удаленных АС поступают на блок 7₂, где осуществляется их перемножение с опорным сигналом блока 3. Свернутые (узкополосные) сигналы удаленных АС фильтруются в блоке 2 с помощью гребенки из N фильтров, после чего через блок 8 поступают на входы блока 9, на другие входы которого подаются сигналы с выходов блоков 4₁ и 4₂. В блоке 9 обеспечивается развязка сигналов с целью устранения их взаимного влияния. Выходы блока 9 являются выходом всего устройства.

Рассмотрим аппаратурную реализацию блоков предлагаемого устройства.

Структурная схема первого блока обработки сигналов 4₁ приведена на фиг. 3, где обозначено:
41_1...N - полосовой фильтр,
42_1...N - обнаружитель помех 1-й группы,
43_1...N - ключ,
44 - элемент задержки.

Блок 4₁ работает следующим образом.

Свернутые в перемножителе 1 сигналы от N абонентов подаются на частотные каналы, в каждом из которых фильтруются в фильтре 41. Сигнал с выхода блока 41 подается на вход блока 42, где сигнал усиливается, детектируется и сравнивается с первым (высоким) порогом.

Команда о превышении порога "1" открывает ключ 43, пропускает сигналы частотных каналов на блоки 9 и 5₁. Управляющие выходы блока 4₁ (выходы блоков 42 и 43) подаются на блоки 4₂ и 8. Время задержки элемента 44 выбирается равным времени задержки сигнала в блоке 42.

Структурная схема второго блока обработки сигналов 4₂ приведена на фиг. 4, где обозначено:
41_1...N - полосовой фильтр,
42_1...N - обнаружитель помех 2-й группы,
43_1...N - 45_1...N - ключ,
44_1...N - элемент задержки,
46_1...N - инвертор.

Блок 4₂ отличается от блока 4₁ тем, что введены дополнительные ключи 45_1...N, управляемые командами, поступающими с управляющих выходов блока 4₁, через инвертор 46, при этом осуществляется запирание тех каналов блока 4₂, которые открыты в блоке 4₁. Выходы блоков 4₁ и 4₂ подключены к соответствующим входам развязывающего блока 9. За счет введения в блок 42 ключа 45 и инвертора 46 к каждому из N выходов коррелятора обеспечивается подключение только одного из каналов (или блока 4₁, или блока 4₂).

Структурная схема блока восстановления сигналов 5₁ и 5₂ приведена на фиг. 5, где обозначено:
51 - сумматор,
52 - перемножитель (фазовый модулятор),
53 - усилитель,
54 - элемент задержки.

Блок 5₁ (5₂) работает следующим образом.

Свернутые (узкополосные) сигналы, превысившие порог в блоке 4₁, поступают на сумматор 51, с выхода которого подаются на перемножитель (фазовый модулятор) 52, где перемножаются с опорным сигналом блока 3, подаваемым через элемент задержки 54, величина задержки выбирается равной задержке сигналов в блоке 4₁. Результат перемножения через усилитель 53 подается на первый блок компенсации сигналов 6₁. Коэффициент передачи усилителя 53 выбирается таким образом, чтобы осуществлялась эффективная компенсация помех.

Блок 6₁ (6₂) представляет собой последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, на второй вход которого подаются восстановленные помехи, превысившие порог, в вычитателе осуществляется компенсация помех. Величина задержки для входной смеси выбирается равной задержке в тракте выделения и восстановления помех, что обеспечивает их эффективную компенсацию.

Блок 7₁ (7₂) представляет собой перемножитель (фазовый модулятор), на первый вход которого подается входная смесь с выхода блока 6 (из которой исключены помехи за счет их компенсации), а на второй вход - опорный сигнал с генератора 3, подаваемый через элемент задержки, величина которого выбирается такой, чтобы обеспечивалась синхронность сигналов, поступающих на вход перемножителя 7.

Структурная схема блока коммутации 8 представлена на фиг. 6, где обозначено:
81, 83 - ключ,
82, 84 - инвертор.

Блок 8 содержит N линеек, каждая из которых содержит два последовательно соединенных ключа 81 и 83, выходы ключей 83₁...83_N являются выходами блока 8. Ключи 81₁. . .81_N управляются командами от блока 4₁, поступающими через инверторы 82₁...82_N. Ключи 83₁...83_N управляются командами, поступающими от блока 4₂ через инверторы 84₁. ..84_N. На входы ключей 81₁...81_N поступают свернутые (узкополосные) сигналы от N абонентов, а с выходов ключей 83₁... 83_N сигналы поступают на выходы блока 9. Таким образом, узкополосные сигналы с выходов блока 2 будут проходить на выход устройства только в тех каналах, которые были закрыты в блоках 4₁ и 4₂. В этом случае с управляющих входов блоков 4₁ и 4₂ поступают команды "0", которые, инвертируясь в блоках 82 и 84, превращаются в команды "1", открывающие ключи 81 и 83.

Структурная схема блока 9 приведена на фиг. 7, где обозначено:
91_1...N, 92_1...N, 93_1...N - усилители.

Блоки 91₁-91_N обеспечивают прохождение сигналов в одном направлении, за счет чего обеспечивается развязка выходов блоков 4₁, 4₂ и 8.

В прототипе производится одновременная корреляционная обработка сигналов ближних и дальних АС, при этом мощные сигналы ближних АС оказывают мешающее влияние на прием сигналов от удаленных АС, обусловленное наличием выбросов функции взаимной корреляции широкополосных сигналов при частотном или временном сдвиге между ними.

В соответствии с монографией под ред. В.Б.Пестрякова "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", М., "Сов. радио", 1978, стр. 389 для допустимого превышения мощности одной структурной помехи (P_п) над мощностью полезного сигнала (P_с) для прототипа имеем

где Б - база широкополосного сигнала.

С учетом (I) для прототипа при приеме сигнала от удаленной АС допустимое превышение уровня одной структурной помехи над сигналом не превышает 20 дБ.

В заявляемом устройстве на базовой станции осуществляется компенсация более мощных сигналов от ближних АС на входах коррелятора, которые затрудняют прием более слабых сигналов от удаленных АС. Поэтому допустимое превышение уровня структурной помехи над сигналом при приеме сигналов от более удаленных АС увеличивается на величину, равную степени подавления мощных помех за счет их компенсации. Так, если за счет компенсации достигается подавление помех на 20-40 дБ, то для рассматриваемого случая воздействия одной структурной помехи допустимое превышение ее уровня над сигналом составляет 40-60 дБ, что значительно больше, чем у прототипа.

Формула изобретения

Коррелятор с компенсацией структурных помех для базовых станций сотовых систем связи с ортогональным частотным сдвигом, содержащий последовательно соединенные генератор копии сигнала и перемножитель, другой вход которого является входом устройства, и блок фильтрации сигналов, отличающийся тем, что введены первый блок обработки сигналов, подключенный к выходу перемножителя и осуществляющий фильтрацию узкополосных сигналов в N частотных каналах, каждый из которых содержит также обнаружитель помех, осуществляющий сравнение уровня узкополосного сигнала с первым порогом, и формирующий на выходах сигналы, превысившие первый порог, имеющий также управляющие выходы, образованные выходами обнаружителей помех, первый блок восстановления сигналов, на входы которого поступают сигналы с выходов первого блока обработки, превысившие первый порог, и который формирует широкополосные сигналы, являющиеся копией структурных помех первой группы, с использованием сигнала с генератора копии сигнала, подаваемые на первый блок компенсации помех, осуществляющий компенсацию помех первой группы во входной смеси, выходной сигнал которого поступает на первый перемножитель, другой вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, узкополосные сигналы с выхода первого перемножителя поступают на второй блок обработки, осуществляющий обработку, аналогичную обработке, осуществляемой в первом блоке обработки, но в котором происходит сравнение со вторым порогом, более низким по сравнению с первым, и формирующий на выходах сигналы, превысившие второй порог, и имеющий входы для подачи сигналов с управляющих выходов первого блока обработки, обеспечивающие запирание тех каналов, которые открыты в первом блоке обработки, и управляющие выходы, образованные выходами обнаружителей помех, второй блок восстановления сигналов, на входы которого поступают сигналы, превысившие второй порог, и который формирует копии структурных помех второй группы с использованием сигнала с генератора копии сигнала, которые поступают на второй блок компенсации помех, осуществляющий компенсацию помех второй группы, другой вход которого подключен к выходу первого блока компенсации помех, а выход через второй перемножитель, другой вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, соединен с блоком фильтрации, включающем гребенку из N фильтров, блок коммутации, управляемый сигналами с управляющих выходов первого и второго блоков обработки и обеспечивающий прохождение узкополосных сигналов с выходов блока фильтрации только в тех каналах, которые были закрыты в первом и втором блоках обработки, и развязывающий блок, на который поступают сигналы с выходов первого блока обработки, превысившие первый порог, сигналы со второго блока обработки, превысившие второй порог, и сигналы с выходов блока коммутации, и который обеспечивает прохождение сигналов в одном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7