Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Предлагаемое устройство позволяет повысить степень подавления узкополосных помех в приемниках широкополосных сигналов за счет подавления паразитных составляющих оценок узкополосных помех до уровня, при котором их влиянием можно пренебречь. Это достигается за счет введения в устройство блока управления, коммутаторов, а также дополнительных элементов задержки. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в статье Бокка О. Ф. "Оптимальные характеристики фильтров БЗ от сосредоточенных по спектру помех", опубликованная в сборнике "Техника средств связи", серия "Техника радиосвязи", вып. 4, М., 1987, описанные в а.с. 1338078 и в патенте РФ 2034403, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство по а.с. 1688416, Н 04 В 1/10, принятое за прототип.

Структурная схема прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено: 1, 3 - первый и второй перемножитсли; 2 - генератор копии сигнала; 4 - режекторный фильтр, 5 - второй фильтр; 6 - первый аттенюатор; 7 - вычитатель; 8, 9 - первый и второй элементы задержки; 10₁-10_N - первый фильтр; 11₁-11_N - ключ;
12₁-12_N - второй аттенюатор;
13₁-13_N - третий элемент задержки;
14₁-14_N - обнаружитель помех;
15 - третий перемножитель;
16 - четвертый элемент задержки;
17 - коррелятор.

Блоки 5, 15 и l6 объединены в блок 17 - коррелятор.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого является входом устройства, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, выход которого соединен с N каналами, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый фильтр 10₁, ключ 11₁, сигнальный вход которого через блок обнаружение помех 14 соединен с тем же выходом первого фильтра 10, второй аттенюатор 12₁ и третий элемент задержки 13₁. Выходы N третьих элементов задержки 13 соединены со входами вычитателя 7, (N+1)-й вход которого через последовательно соединенные второй элемент задержки 9 и первый аттенюатор 6 соединен со входом устройства. Выход вычитателя 7 через третий перемножитель 15 и второй фильтр 5 соединен с выходом устройства. Выход генератора копии сигнала 2 соединен со вторым входом первого перемножителя 1 через первый элемент задержки 8 - со вторым входом второго перемножителя 3 и со вторым входом коррелятора 17 непосредственно.

Работает устройство следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и узкополосная помеха поступают на вход блока 1, где перемножаются с опорным сигналом, формируемым блоком 2. За счет перемножения входного широкополосного сигнала с синхронным с ним опорным широкополосным сигналом полезный широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 4, а узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через блок 4, вырезающий из ее спектра узкую полосу ΔF (ΔF - полоса спектра свернутого полезного сигнала), поступает на блок 3. В блоке 3 широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху за счет перемножения с тем же опорным сигналом блока 2, подаваемым на блок 3 через блок 8. Узкополосная помеха с выхода блока 3 подается на N частотных каналов. В каждом канале помеха фильтруется в блоке 10 с полосой фильтрации, равной ΔF_N = Δf/N, где Δf - полоса спектра широкополосного сигнала, после чего подается на блок 11, который пропускает на свой выход помеху в том случае, если в блоке 14 принято решение об обнаружении помехи в данном частотном канале. Помеха, прошедшая через блоки 11, 12 и 13 , поступает на один из входов блока 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход блока 7 со входа устройства через блоки 6 и 9. Блоки 6, 12, 9 и 13 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы блока 7. Так как по одному входу блока 7 поступает широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим - только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал поступает на первый вход блока 17, на второй вход которого подается опорный широкополосный сигнал от блока 2. В блоке 17 осуществляется корреляционная обработка полезного широкополосного сигнала, очищенного от помех.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, выход которого соединен со входами N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр, ключ, второй аттенюатор и третий элемент задержки, а также обнаружитель помех, вход которого присоединен к выходу фильтра, а выход - к сигнальному входу ключа; кроме того, первый вход первого перемножителя является входом устройства и через последовательно соединенные первый аттенюатор и второй элемент задержки присоединен ко второму входу вычитателя, выход которого через коррелятор соединен с выходом устройства; выход генератора копии сигнала соединен со вторым входом первого перемножителя и вторым входом коррелятора непосредственно, а со вторым входом второго перемножителя соединен через первый элемент задержки, введен блок управления, а в каждый из N каналов введены второй обнаружитель помех, вход которого соединен с выходом фильтра, коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен со вторым сигнальным входом коммутатора, выход которого соединен с одним из N входов вычитателя. При этом управляющий вход коммутатора соединен с соответствующим одним из N выходов блока управления, соответствующий один из N первых входов которого соединен c выходом первого обнаружителя помех, а соответствующий один из N вторых входов блока управления соединен с выходом второго обнаружителя помех.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено:
1, 3 - первый и второй перемножители;
2 - генератор копии сигнала;
4 - режекторный фильтр;
5 - блок управления;
6 - первый аттенюатор;
7 - вычитатель;
8 - первый элемент задержки,
9 - второй элемент задержки;
10₁ - фильтр;
11₁ - ключ;
12₁ - второй аттенюатор;
13₁ - третий элемент задержки;
14₁ - первый обнаружитель помех;
15₁ - второй обнаружитель помех;
16₁ - четвертый элемент задержки;
17₁ - коммутатор;
18 - коррелятор.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого является входом устройства, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, второй вход которого через первый элемент задержки соединен с выходом генератора копии сигнала 2 и вторым входом первого перемножителя 1, выход которого соединен со входами N каналов, каждый из которых содержит фильтр 10, выход которого присоединен к первому 14 и второму 15 обнаружителям помех и сигнальному входу ключа 11, выход которого через последовательно соединенные второй аттенюатор 12 и третий элемент задержки 13 соединен с первым сигнальным входом коммутатора 17 и входом четвертого элемента задержки 16, выход которого соединен со вторым сигнальным входом коммутатора 17, управляющий вход которого соединен с одним из N выходов блока управление 5, один из N первых входов которого присоединен к выходу первого обнаружителя помех 14 и управляющему входу ключа 11, один из вторых N входов блока управления 5 соединен с выходом второго обнаружителя помех 15; выход коммутатора 17 соединен с одним из N первых входов вычитателя 7, второй вход которого через последовательно соединенные второй элемент задержки 9 и первый аттенюатор 6 соединен со входом устройства, а выход вычитателя 7 через коррелятор 18 присоединен ко входу первого элемента задержки 8. Выход коррелятора 18 является выходом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входной полезный широкополосный сигнал и узкополосная помеха поступают на блок 1, где перемножаются с опорным сигналом, синхронным со входным полезным сигналом, формируемым блоком 2. В результате перемножения широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 4, а узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху. Из широкополосной помехи блоком 4 вырезается полоса ΔF, равная полосе свернутого полезного сигнала, после чего помеха поступает на блок 3. В блоке 3 широкополосная помеха перемножается с тем же опорным сигналом, поступающим от блока 2 через блок 8, за счет чего она сворачивается в узкополосную помеху, подаваемую на N каналов. В каждом канале осуществляется фильтрация помехи в парциальной полосе фильтра 10, равной ΔF_П = Δf/N, где Δf - полоса спектра широкополосного сигнала, после чего она подается на сигнальный вход ключа 11, который открывается только в том случае, если в блоке 14 принято решение об обнаружении помехи малого уровня в данном частотном канале. Помеха, прошедшая через блоки 11, 12 и 13, поступает на первый вход блока 17 непосредственно, а на второй его вход через блок 16. С выхода блока 17 помеха подается на один из N входов блока 7, где компенсирует соответствующую помеху из входной смеси, поступающую на (N+1)-й вход блока 7 через блоки 6 и 9. Блоки 6, 9, 12 и 13 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на входы блока 7.

С выхода блока 10 помеха одновременно подается на блоки 14 и 15. В блоке 14 происходит обнаружение помех малого уровня, в блоке 15 - помех высокого уровня. Обнаружение помех высокого уровня происходит путем сравнения продетектированного напряжения с высоким порогом. Уровень высокого порога (u_пор.2) устанавливается в соответствии с соотношением:
u_пор.2=K u_пор.1,
где u_пор.1 - уровень низкого порога;
К - коэффициент, характеризующий степень подавления помех в блоке 7.

Управление блоком 17 осуществляет блок 5, на который поступают команды от блоков 14 и 15.

Блок 17 управляется блоком 5 следующим образом.

В каждом из N каналов в исходном режиме работы на выходе блока 5 присутствует команда "0", которая подается на управляющий вход блока 17, по которой к выходу блока 17 подсоединяется его первый сигнальный вход. В этом случае блок 13 через блок 17 подсоединяется к одному из N первых входов блока 7. Команда "1" в блоке 5 формируется в случае обнаружения помехи большого уровня в соответствующем частотном канале или обнаружения помех малого уровня во всех частотных каналах, а также в случае одновременного выполнения указанных событий.

В указанных случаях в соответствующих частотных каналах выход блока 13 через блок 16 подключается к одному из N первых входов блока 7 через блок 17.

Величина задержки N блоков 16 выбирается следующим образом: τ_i≥τ_o,

где τ_o - длительность элемента псевдослучайной последовательности, используемой при формировании широкополосного сигнала,
f_i- - средняя частота спектра i-го частотного канала,
K - целое число.

Сформированные оценки помех подаются на блок 7, где они компенсируют помехи во входной смеси. При этом в зависимости от уровне обнаруживаемых помех в данном частотном канале, оценки помех подаются на вход блока 7 с выхода блока 13 либо через блок 12, либо через блоки 16 и 17.

Обнаружители помех 14 и 15 могут быть выполнены в виде последовательно соединенных амплитудного детектора и блока сравнение с фиксированным порогом, при этом в блоке 15 порог выбирается в К раз выше, чем в блоке 14.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.3, где использованы следующие обозначения:
31 - элемент И;
32₁...32_N - элемент ИЛИ.

Блок 5 содержит элемент И 31 и N элементов ИЛИ 32, при этом первая группа входов блока 5, поступающая с выходов первых обнаружителей помех 14 подается на входы блока 31, выход которого подается на первые входы N блоков 32, выходы которых являются управляющими выходами блока 5. Второй вход каждого из N блоков 32 соединен с выходом соответствующего второго обнаружителя помех 15 (вторая группа из N входов).

На блок 31 подаются команды об обнаружении помех малого уровня из N каналов. На его выходе формируется "1" в том случае, если помехи малого уровне обнаружены во всех N каналах. С выхода блока 31 команды подаются на первые входы N блоков 32, на вторые входы которых поступают команды об обнаружении помех большого уровня с выходов блоков 15 (фиг.2). Таким образом, на вход блока 17 i-го канала поступает команда "1" в случае обнаружения помех малого уровня во всех N каналах, обнаружения помехи большого уровня в соответствующем частотном канале или одновременном выполнении указанных событий.

В прототипе оценка узкополосной помехи представляет собой сумму узкополосной и широкополосной ее составляющих. Появление широкополосной составляющей обусловлено наличием режекторного фильтра 4, вырезающего из спектра помехи, проманипулированной по фазе широкополосным опорным сигналом, узкой части ее спектра на частоте несущей широкополосного сигнала, которая за счет повторного перемножения (манипуляции по фазе) тем же опорным сигналом превращается в паразитную широкополосную составляющую оценки узкополосной помехи. Эта паразитная составляющая помехи коррелирована с полезным широкополосным сигналом, так как ее несущая частота и закон манипуляции совпадает с несущей частотой и законом манипуляции полезного сигнала. Широкополосная паразитная составляющая помехи в прототипе подавляется за счет наличия N частотных каналов, каждый из которых открывается в том случае, если в нем обнаружена помеха. В случае обнаружения помехи в одном частотном канале, открывается один канал, пропускающий на вычитатель эту помеху, которая компенсирует помеху во входной смеси. Мощность широкополосной составляющей оценки помехи (Р_шпп) для прототипа в этом случае определяется соотношением

где Р_уп - мощность узкополосной помехи во входной смеси;
Б - база широкополосного сигнала.

При обнаружении η узкополосных помех имеем

при η=N P_шпп=P_уп/Б.

Таким образом при увеличении числа помех помехоустойчивость прототипа снижается.

В предлагаемом устройстве при обнаружении помех большого уровня в соответствующих частотных каналах вводится задержка на время τ≥τ_o,

где τ_o - длительность элемента псевдослучайной последовательности, используемой при формировании широкополосного сигнала, f_i - средняя частота i-го частотного канала, К - целое число. За счет введения задержки достигается квазиортогональность паразитной широкополосной составляющей по отношению к полезному широкополосному сигналу и дополнительное подавление ее в Б раз при корреляционной обработке.

Таким образом, в предлагаемом устройстве мощность паразитной широкополосной составляющей оценки помехи на выходе коррелятора при обнаружении η помех определяется соотношением

а при η=N P_шпп3=P_уп/Б².

За счет увеличения степени подавления паразитной широкополосной составляющей оценки помехи увеличивается помехоустойчивость заявляемого устройства по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, выход которого соединен со входами N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр, ключ, второй аттенюатор и третий элемент задержки, а также обнаружитель помех, вход которого присоединен к выходу фильтра, а выход - к сигнальному входу ключа, кроме того, первый вход первого перемножителя является входом устройства и через последовательно соединенные первый аттенютор и второй элемент задержки присоединен ко второму входу вычитателя, выход которого через коррелятор соединен с выходом устройства, выход генератора копии сигнала соединен со вторым входом первого перемножителя и вторым входом коррелятора непосредственно, а со вторым входом второго перемножителя соединен через первый элемент задержки, отличающееся тем, что в каждый из N каналов введены второй обнаружитель помех, вход которого соединен с выходом фильтра, коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен со вторым сигнальным входом коммутатора, выход которого соединен с одним из N входов вычитателя, а также введен блок управления, формирующий команду на подключение в каждом канале к выходу коммутатора сигнала на его втором сигнальном входе, если во всех каналах обнаружена помеха малого уровня или если помеха большого уровня обнаружена в соответствующем канале, или при одновременном выполнении указанных событий, каждый из N первых входов которого подключен к выходу первого обнаружителя соответствующего канала, каждый из N вторых входов соединен с выходом второго обнаружителя помех соответствующего канала, а каждый из N выходов блока управления подключен к управляющему входу коммутатора соответствующего канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3