Коррелятор для базовой станции системы связи с кодовым разделением каналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с кодовым разделением каналов. В корреляторе базовой станции, осуществляющей корреляционную обработку сигналов N абонентов, обеспечивается обнаружение мощных сигналов ближних абонентов и формирование из них оценок структурных помех. Оценки структурных помех, сформированные в каждом из каналов, используют для компенсации посредством вычитателя соответствующих им структурных помех во входной смеси, причем на один вход вычитателя поступает через элемент задержки входная смесь, а на второй - просуммированные оценки структурных помех, сформированные в каждом из каналов, прошедшие через синхронно-фазовый фильтр. Технический результат - повышение помехоустойчивости к структурным помехам. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с кодовым разделением каналов.

Известны корреляторы для широкополосных сигналов, описанные в пат. РФ 2020762, Н 04 В 1/10, пат. РФ 2001525, H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многоканальный коррелятор, описанный в монографии "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", под ред. В.Б.Пестрякова, М.: Сов. радио, 1973 г., с. 160, рис. 5.3.1, принятый за прототип. Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено: 1 - перемножитель; 2 - фильтр; 3 - амплитудный детектор; 4 - блок сравнение с порогом; 5 - решающий блок; 6 - генератор копии сигнала.

Устройство-прототип содержит N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 1, фильтр 2, амплитудный детектор 3, блок сравнения с порогом 4, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока 5, выход которого является выходом устройства. N выходов генератора копии сигнала 6 соединены с другими входами N перемножителей 1, входы которых объединены и являются входами устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал поступает одновременно на входы N перемножителей 1₁÷1_N, на другие входы которых от блока 6 подаются копии сигнала, отличающиеся между собой задержками. Результат перемножения (свертка) фильтруется в блоке 2, детектируется в блоке 3, сравнивается с порогом в блоке 4. Блок 5 фиксирует канал, в котором превышен порог.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее решающий блок и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый перемножитель, фильтр, амплитудный детектор, первый блок сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, причем первый канал содержит генератор копии сигнала, выход которого подсоединен к второму входу первого перемножителя, содержащегося в первом канале, введены первый элемент задержки и вычитатель, последовательно соединенные сумматор и синхронно-фазовый фильтр, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, а выход первого элемента задержки соединен с сигнальным входом синхронно-фазового фильтра, кроме того, в каждый из N каналов введены последовательно соединенные второй элемент задержки, второй перемножитель, ограничитель, полосовой фильтр и ключ, а также второй блок сравнения с порогом и коммутатор. При этом в каждый канал со второго по N-й введен генератор копии сигнала, выход которого соединен со вторым входом перемножителя и входом второго элемента задержки. Выход фильтра соединен со вторым входом второго перемножителя и является выходом канала. Выход амплитудного детектора соединен с входом второго блока сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, один из выходов которого соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен с одним из N входов сумматора, вход первого элемента задержки являются входом устройства и первым входом канала, являющимся первым входом коммутатора, второй вход которого является входом канала и соединен с выходом вычитателя. При этом первые и вторые входы N каналов соединены между собой соответственно. Третий вход коммутатора соединен с другим выходом решающего блока, содержащего элемент "ИЛИ" и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый элемент "И", инвертор и второй элемент "И", причем, выход элемента "ИЛИ" соединен со вторыми входами вторых элементов "И" всех N каналов, при этом выход второго элемента "И" является другим входом решающего блока, первый и второй входы первого элемента "И" являются соответствующими входами решающего блока, подсоединенными к выходу соответствующего канала устройства, выход первого элемента "И" является выходом решающего блока, подсоединенным к второму входу ключа соответствующего канала.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено: 1,8 - первый и второй перемножители; 2 - фильтр; 3 - амплитудный детектор;
4,7 - первый и второй блоки сравнения с порогом;
5 - решающий блок;
6 - генератор копии сигнала;
9 - ограничитель;
10 - полосовой фильтр;
11 - ключ;
12, 17 - первый и второй элементы задержки;
13 - вычитатель;
14 - синхронно-фазовый фильтр;
15 - коммутатор;
16 - сумматор.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый элемент задержки 12 и вычитатель 13, последовательно соединенные сумматор l6 и синхронно-фазовый фильтр 14, выход которого соединен со вторым входом вычитателя 13, выход которого является вторым входом N каналов, первым входом которых является вход первого элемента задержки 12 и одновременно - вход всего устройства. При этом выход первого элемента задержки 12 соединен с сигнальным входом синхронно-фазового фильтра 14.

Каждый из N каналов содержит последовательно соединенные коммутатор 15, первый перемножитель 1, фильтр 2, амплитудный детектор 3, выход которого одновременно соединен со входами первого 4 и второго 7 блоков сравнения с порогом. Кроме того, выход генератора копии сигнала 6 одновременно соединен со вторым входом первого перемножителя 1 и через последовательно соединенные второй элемент задержки 17, второй перемножитель 8, ограничитель 9 и полосовой фильтр 10 - с первым входом ключа 11. Выход фильтра 2 одновременно соединен со вторым входом второго перемножителя 8 и является выходом канала. Выход ключа 11 соединен с соответствующим входом сумматора 16. Выходы первого 4 и второго 7 блоков сравнение с порогом соединены с соответствующими входами решающего блока 5, один из выходов которого соединен с третьим входом коммутатора 15, а другой его выход - со вторым входом ключа 11.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигналы от N абонентов, поступает на входы N каналов либо непосредственно, либо через последовательно соединенные блоки 12 и 13. Отличие между каналами заключается в структурах опорных сигналов (копий сигналов абонентов), формируемых блоком 6 и определяемых адресами абонентов системы.

В каждом из N каналов осуществляется корреляционная обработка сигнала одного из N абонентов системы и формирование оценки структурной помехи, создаваемой данным абонентом другим абонентам системы в том случае, если уровень принимаемого сигнала превышает допустимое значение, оценки структурных помех, формируемые в каналах, подаются на сумматор 16. С использованием полученных оценок структурных помех осуществляется компенсация соответствующих им структурных помех во входной смеси. Это достигаемая за счет подачи входной смеси на первый вход вычитателя 13 через первый элемент задержки 12, а на второй вход вычитателя 13 - смеси оценок структурных помех с выхода сумматора 16 через синхронно-фазовый фильтр 14. Смесь оценок структурных помех подается на опорный вход блока 14, на сигнальный вход которого подается входная смесь, содержащая сигналы N абонентов. Блок 14 обеспечивает автоматическую подстройку амплитуд и фаз оценок структурных помех под амплитуды и фазы соответствующих структурных помех во входной смеси, обеспечивая их эффективную компенсацию на выходе блока 13. Таким образом, сигнала удаленных абонентов обрабатываются в соответствующих каналах после того, как по входной смеси скомпенсированы мощные сигналы ближних абонентов (структурные помехи).

Рассмотрим работу одного канала. На первый вход блока 15 поступает смесь сигналов от N абонентов со входа устройства, а на второй его вход - входная смесь, в которой скомпенсированы структурные помехи (мощные сигналы ближних абонентов).

Блок 15 подключает ко входу блока 1 по командам от блока 5 либо вход устройства, либо выход блока 13. В исходный момент времени на вход блока 1 подключается вход устройства. В этом случае входная смесь поступает на блок 1, где перемножается с синхронным сигналом блока (копией сигнала данного абонента), формируемым блоком 6. (Код псевдослучайной последовательности, формируемой блоком 6 данного канала определяется адресом абонента). В блоке 1 осуществляется свертка широкополосного сигнала данного абонента в узкополосный сигнал, который фильтруется в блоке 2, детектируется в блоке 3, сравнивается с низким порогом в блоке 4 и с высоким порогом в блоке 7. Низкий порог соответствует уровню чувствительности канала, при котором обеспечивается его функционирование с заданным качеством. Высокий порог соответствует уровню, превышение которого приводит к невозможности приема сигналов от удаленных абонентов. Команда о превышении порогов в блоках 4 и 7 подается на блок 5. С выхода блока 2 сигнал также подается на выход устройства и одновременно - на блок 8, где перемножается (манипулируется по фазе) с синхронным опорным сигналом блока 6, поступающим на блок 8 через блок 17. За счет перемножения с тем же опорным сигналом узкополосный (свернутый) сигнал данного абонента опять становится широкополосным, аналогичным по структуре сигналу данного абонента. В блоке 9 восстановленный широкополосный сигнал данного абонента нормируется по амплитуде за счет его ограничения в блоке 9. В блоке 10 сформированный широкополосный сигнал фильтруется, при этом полоса пропускания блока 10 равна ширине спектра сигнала, излучаемого данной абонентской станцией.

Таким образом сформированная оценка структурной помехи является копией принятого сигнала данного абонента и отличается от нее только амплитудой. Через ключ 11, управляемый блоком 5, оценка структурной помехи данного канала подается на блок 16, где она суммируется с оценками структурных помех, сформированных в других каналах.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.3, где обозначено:
51,53 - элемент "И";
52 - инвертор;
54 - элемент "ИЛИ".

Блок 5 содержит блок 54 и N каналов, каждый из которых содержит блоки 51, 52, 53.

На входы блока 51, которые являются входами каждого канала, поступают команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов с выходов блоков 4 и 7. С выхода блока 51 сформированная команда ("1" или "0") подается на блоки 54, 11 непосредственно, а на блок 15 - через блоки 52 и 53.

Рассмотрим режима работы блока 5.

Если в канале данного абонента превышены оба порога, на выходе блока 51 формируемся "1", которая, инвертируясь в блоке 52, подается на блок 53 в виде команды "О". В этом случае при любом значении команды, вырабатываемой на выходе блока 54, на выходе блока 53 формируется команда "0". Эта команда подается на блок 15 данного канала, который подключает вход устройства непосредственно на вход блока 1 данного канала (в этом случае компенсация структурных помех на входе блока 1 данного канала не производится). Одновременно команда "1" с выхода блока 51 подается на ключ 2, обеспечивая прохождение оценки структурной помехи, сформированной в данном канале, ко входу сумматора 16. В случае непревышения порога хотя бы в одном из блоков (4 или 7) на выходе блока 51 формируется "0", который подается на ключ 2, запирая его.

В этом случае оценка структурной помехи, формируемая в данном канале, не поступает на сумматор 16. Одновременно команда "0", инвертируюсь в блоке 52, поступает на вход блока 53 в виде команды "1". Если хотя бы в одном из N каналов наблюдается превышение двух порогов, на выходе блоков 54 и 53 формируются команды "1". Команда "1" с выхода блока 53 подается на блок 15 данного канала, обеспечивая подключение входа устройства ко входу блока 1 через последовательно соединенные блоки 12, 13. В этом случае на вход данного канала входная смесь поступает после компенсации структурных помех.

Значения задержки блоков 12 и 17 подбираются при настройке устройства таким образом, чтобы обеспечивалась эффективная компенсация структурных помех в блоке 13 с учетом аппаратурных задержек в трактах формирования оценок структурных помех.

В прототипе помехоустойчивость к структурным помехам определяется базой используемых широкополосных сигналов и их взаимокорреляционными свойствами. При реализуемых базах широкополосных сигналов (30÷40) дБ степень подавления структурных помех в прототипе не является достаточной для сотовых систем связи с подвижными абонентами, где динамический диапазон уровней сигналов, принимаемых базовой станцией, может достигать значения (60÷80) дБ.

В предлагаемом многоканальном корреляторе базовой станции сотовой системы связи с кодовым разделением каналов обеспечивается обнаружение мощных сигналов ближних абонентов и формирование из них оценок структурных помех, которые компенсируют соответствующие им структурные помехи во входной смеси при корреляционной обработке сигналов удаленных абонентов, за счет этого обеспечивается повышение помехоустойчивости системы к структурным помехам на величину порядка (30÷40) дБ по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Коррелятор для базовой станции системы связи с кодовым разделением каналов, содержащий решающий блок и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый перемножитель, фильтр, амплитудный детектор, первый блок сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, причем первый канал содержит генератор копии сигналов, выход которого подсоединен к второму входу первого перемножителя, содержащегося в первом канале, отличающийся тем, что введены первый элемент задержки и вычитатель, последовательно соединенные сумматор и синхронно-фазовый фильтр, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, а выход задержки первого элемента задержки соединен с сигнальным входом синхронно-фазового фильтра, кроме того, в каждый из каналов введены последовательно соединенные второй элемент задержки, второй перемножитель, ограничитель, полосовой фильтр и ключ, а также второй блок сравнения с порогом и коммутатор, при этом в каждый канал со второго по N-й введен генератор копии сигнала, выход которого соединен со вторым входом перемножителя и входом второго элемента задержки, выход фильтра соединен со вторым входом второго перемножителя и является выходом канала, выход амплитудного детектора соединен с входом второго блока сравнения с порогом, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока, один из выходов которого соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен с одним из N входов сумматора, вход первого элемента задержки является входом устройства и первым входом канала, являющимся первым входом коммутатора, второй вход которого является вторым входом канала и соединен с выходом вычитателя, при этом первые и вторые входы N каналов соединены между собой соответственно, третий вход коммутатора соединен с другим выходом решающего блока, содержащего элемент ИЛИ и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый элемент И, инвертор и второй элемент И, причем выход элемента ИЛИ соединен со вторыми входами вторых элементов И всех N каналов, при этом выход второго элемента И является другим входом решающего блока, первый и второй входы первого элемента И являются соответствующими входами решающего блока, подсоединенными к выходу соответствующего канала устройства, выход первого элемента И является выходом решающего блока, подсоединенным к второму входу ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3