Способ приема сложных фазоманипулированных сигналов на фоне узкополосных помех и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в помехоустойчивых радиосистемах со сложными фазоманипулированными сигналами (СФМнС). Технический результат – повышение помехоустойчивости на фоне узкополосных помех. Способ приема СФМнС заключается в режекции участков спектра сигнала, пораженных узкополосными помехами, снятии манипулирующей псевдослучайной последовательности и последующей демодуляции полученного сигнала, причем обработку сигнала ведут в два этапа, полезный сигнал формируют в виде последовательности когерентных радиоимпульсов со спектром, состоящим из нескольких спектральных линий, спектр узкополосной помехи преобразуют в спектр, поражающий две спектральные линии полезного сигнала, а корреляционную обработку сигнала осуществляют одновременно с режекцией помехового спектра путем исключения соответствующих гармонических составляющих опорного радиоимпульсного сигнала. Устройство для реализации заявляемого способа приема СФМнС обеспечивает подавление узкополосных помех без применения неискажающей сигнал гребенки большого числа сложных взаимосогласованных полосовых фильтров. Для решения этой задачи в устройство, содержащее перемножитель, генератор псевдослучайной последовательности, блок синхронизации, узкополосный фильтр, демодулятор, а также блок управления и сумматор дополнительно введены Q перемножителей, Q элементов задержки, Q формирователей сигналов, коммутатор, блок ключей и генератор сетки частот. 2 н.п.ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в помехоустойчивых радиосистемах со сложными фазоманипулированными сигналами (СФМнС).

Известны два основных способа повышения помехоустойчивости приемников СФМнС при узкополосных (УП) помехах [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.26; Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации./Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 254-267]: компенсационный и способ выравнивания ("обеливания") спектра.

При компенсационном способе из входной смеси сигнала и помехи вычитается сформированная в приемнике копия помехи. В нестационарной обстановке формирование копии с достаточной точностью затруднительно, поэтому компенсация помехи получается неполной.

Выравнивание ("обеливание") спектра входной смеси сигнал-помеха производится так называемыми блоками защиты ("обеляющими фильтрами"), осуществляющими режекцию (вырезание) участков спектра, пораженных помехами.

Обычно блоки защиты выполняются в виде гребенки полосовых фильтров с примыкающими амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ), причем такая гребенка при всех включенных фильтрах не должна искажать СФМнС [Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации/Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1993, рис.13.3 стр.254]. Поэтому блоки защиты являются сложными и дорогостоящими устройствами, применение которых ограничено. Так, например, согласно стандарту мобильной связи IS-95 блок защиты от узкополосных помех не применяется даже в базовых станциях, не говоря уже о мобильных. В результате, как показывает практика, даже одна узкополосная помеха может вызвать срыв связи.

Наиболее близким к предлагаемому способу приема СФМнС на фоне узкополосных помех является способ корреляционного приема с режекцией узкополосных помех на входе коррелятора, описанный в книге [Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации/Под ред. Г.И.Тузова - М.: Радио и связь, 1993, стр.256-257], принятый за прототип.

Способ - прототип заключается в режекции участков спектра сигнала, пораженных узкополосными помехами, снятии манипулирующей псевдослучайной последовательности (ПСП) и последующей демодуляции полученного сигнала.

Недостатком данного способа является техническая сложность осуществления режекции участков спектра сигнала, пораженных узкополосными помехами.

Для устранения указанного недостатка в способе, заключающемся в режекции участков спектра сигнала, пораженных узкополосными помехами, снятии манипулирующей ПСП и последующей демодуляции полученного сигнала, согласно изобретению обработку сигнала ведут в два этапа, на первом этапе в результате снятия ПСП формируют полезный сигнал в виде последовательности когерентных радиоимпульсов со спектром, состоящим из нескольких спектральных линий числом ≥3, при этом спектр узкополосной помехи преобразуют в спектр, поражающий две спектральные линии полезного сигнала, на втором этапе осуществляют корреляционную обработку сигнала с одновременной режекцией помехового спектра путем исключения соответствующих гармонических составляющих из опорного радиоимпульсного сигнала.

Графические материалы, представленные в заявке

Фиг.1 - функциональная схема устройства - прототипа.

Фиг.2 - функциональная схема предлагаемого устройства.

Фиг.3 - эпюры сигналов в разных точках схемы предлагаемого устройства.

Фиг.4 - преобразование спектров сигнала и помех в известном

и предлагаемом устройствах.

Фиг.5 - функциональная схема генератора сетки частот.

Фиг.6 - функциональная схема блока управления.

Функциональная схема устройства, принятого за прототип и реализующего способ - прототип, приведена на рис.13.2 [Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации/Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1993, стр.257] и представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - блок защиты от узкополосных помех;

2 - коррелятор;

3¹..3ⁿ - гребенка полосовых фильтров;

4¹...4ⁿ - управляемые аттенюаторы;

5 - блок управления;

6 - сумматор;

7 - перемножитель;

8 - генератор ПСП;

9 - узкополосный фильтр;

10 - блок синхронизации;

11 - демодулятор.

Устройство - прототип содержит последовательно соединенные блок защиты от узкополосных помех 1, коррелятор 2 и демодулятор 11, причем вход устройства, являющийся входом блока защиты 1, соединен с входами n параллельно соединенных полосовых фильтров 3, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствующих n управляемых аттенюаторов 4 и с входами блока управления 5, n выходов которого соединены с управляющими входами соответствующих n аттенюаторов 4, выходы которых соединены с входами сумматора 6, выход которого является выходом блока защиты 1 и соединен с сигнальным входом перемножителя 7, являющегося входом коррелятора 2. Опорный вход перемножителя 7 соединен с выходом генератора ПСП 8, вход которого соединен с выходом блока синхронизации 10, а выход перемножителя 7 - через узкополосный фильтр 9, выход которого является и выходом коррелятора 2, соединен с демодулятором 11, выход которого является выходом устройства.

Работает устройство - прототип следующим образом.

Входная смесь СФМнС и узкополосных помех поступает на вход гребенки полосовых фильтров 3¹...3ⁿ с примыкающими АЧХ. Сигнал с выхода каждого фильтра подается на блок управления 5 и на соответствующий управляемый аттенюатор 4, коэффициент передачи которого обратно пропорционален мощности помех на выходе соответствующего фильтра. Управляющие аттенюаторами 4 сигналы вырабатываются в блоке управления 5 на основе анализа уровней сигналов с выходов всех фильтров 3 гребенки. Аттенюаторы 4 могут работать и в ключевом режиме: каналы блока защиты 1 открыты при малых уровнях помех и закрыты при больших. В результате на выходе сумматора 6 формируется входной СФМнС, но с режектированными участками спектра, которые были поражены узкополосными помехами. В перемножителе 7 происходит снятие с СФМнС манипулирующей ПСП при ее совпадении с ПСП, вырабатываемой генератором 8. Совпадение ПСП обеспечивается блоком синхронизации 10. Остается лишь манипуляция, обусловленная информационным сигналом. Выходной узкополосный фильтр 9 имеет полосу, соответствующую полосе информационного сигнала, который выделяется на выходе демодулятора 11.

Недостаток устройства - прототипа заключается в необходимости использования неискажающей сигнал гребенки большого числа сложных взаимосогласованных полосовых фильтров.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, - обеспечение подавления одной или нескольких узкополосных помех в системах, использующих сложные фазоманипулированные сигналы, без применения гребенки полосовых фильтров.

Для решения этой задачи в устройство, содержащее перемножитель, последовательно соединенные блок синхронизации и генератор ПСП, последовательно соединенные узкополосный фильтр и демодулятор, а также блок управления и сумматор, согласно изобретению дополнительно введены последовательно соединенные Q перемножителей и Q элементов задержки, а также Q формирователей сигналов, коммутатор, блок ключей и генератор сетки частот, причем сигнальные входы Q перемножителей объединены и являются входом устройства, выходы Q элементов задержки соединены с соответствующими Q входами сумматора, выход которого через (Q+1)-й перемножитель соединен со входом узкополосного фильтра, а выход демодулятора является выходом устройства. Выход генератора ПСП соединен со входом коммутатора, Q выходов которого соединены со входами соответствующих Q формирователей сигналов, выходы которых соединены с опорными входами соответствующих Q перемножителей, второй выход блока синхронизации соединен со входом генератора сетки частот, (2Q-1) выходов которого соединены с соответствующими сигнальными (2Q-1) входами блока ключей и (2Q-1)входами блока управления, при этом выходы блока управления соединены с (2Q-1) управляющими входами блока ключей, кроме того, выход сумматора соединен с 2Q-m входом блока управления, а выход блока ключей - с опорным входом (Q+1)-го перемножителя.

Функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено:

1¹...1^Q+1 - перемножители;

2¹...2^Q - элементы задержки;

3¹..3^Q - формирователи сигналов;

4 - коммутатор;

5 - генератор ПСП;

6 - сумматор;

7 - блок синхронизации;

8 - блок ключей;

9 - узкополосный фильтр;

10 - генератор сетки частот;

11 - демодулятор;

12 - блок управления.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные Q перемножителей 1 и Q элементов задержки 2, причем сигнальные входы перемножителей 1¹...1^Q объединены и являются входом устройства, опорные входы перемножителей l¹...1^Q через соответствующие формирователи 3 соединены с выходами коммутатора 4, вход которого соединен с выходом генератора ПСП 5. Выходы элементов задержки 2¹...2^Q соединены с соответствующими входами сумматора 6, выход которого соединен с сигнальным входом перемножителя l^1+Q и с 2Q-M входом блока управления 12, остальные (2Q-1) входов которого соединены с соответствующими (2Q-1) выходами генератора сетки частот 10 и с (2Q-1) сигнальными входами блока ключей 8, остальные (2Q-1) управляющие входы блока ключей 8 соединены с соответствующими выходами блока управления 12, выход блока ключей 8 соединен с опорным входом перемножителя 1^Q+1, выход которого через последовательно соединенные узкополосный фильтр 9 и демодулятор 11 соединен с выходом устройства, а выходы блока синхронизации 7 соединены со входами генератора ПСП 5 и генератора сетки частот 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Генератор ПСП 5 вырабатывает периодическую ПСП, например, 111-1-1 1-1 111... с длительностью элемента τ_э, совпадающую с манипулирующей ПСП входного СФМнС (фиг.3а). Коммутатор 4 выбирает из этой ПСП Q последовательностей элементов со скважностью Q. Например, при Q=2 это последовательности нечетных (фиг.3б) и четных (фиг.3в) элементов. В формирователях 3 каждый элемент последовательности повторяется Q раз (расширяется в Q раз) в сочетании со сглаживанием фронтов результирующих импульсов с целью уменьшения уровня боковых лепестков спектра (фиг.3 г, 3д).

Выходные сигналы формирователей 3¹...3^Q являются опорными сигналами, которые перемножаются со входным СФМнС в перемножителях 1¹...1^Q

Нетрудно видеть, что в i-ом перемножителе правильно снимается манипуляция только с [i+(j-l)Q]-x элементов СФМнС, где i=1,2...Q, j=1,2,3... (фиг.3е, 3ж).

Выходной сигнал i-го перемножителя задерживается на время (Q-1)τ_э в элементе задержки 2ⁱ (фиг.3з) и задержанные сигналы всех перемножителей l¹...1^Q суммируются в сумматоре 6. Выходной сигнал сумматора 6 представлен на фиг.3и.

Полезный сигнал, который содержится в суммарном сигнале, показан на фиг.3к.

Таким образом, на первом этапе входной СФМнС преобразуется в последовательность когерентных радиоимпульсов со скважностью Q (фазовая манипуляция информационным сигналом сохраняется).

Преобразование спектров СФМнС и узкополосной помехи представлено на фиг.4.

На фиг.4а показаны спектры входного СФМнС и узкополосной помехи на входе устройства.

Спектры сигнала и помехи на выходе перемножителя обычного корреляционного приемника без блока режекции, в котором опорная ПСП совпадает с манипулирующей ПСП СФМнС, показаны на фиг.4б. Подчеркнем, что в этом случае ширина выходного спектра помехи равна 2/τ_э.

Фиг.4в иллюстрирует первый этап обработки СФМнС в предлагаемом изобретении. Спектр сигнала (в виде периодической импульсной последовательности) на выходе сумматора 6 представляется рядом спектральных линий, расстояние между которыми равно 2/Qτ_э. Ширина выходного спектра помехи равна 2/Qτ_э. Отметим, что спектр помехи перекрывает лишь две спектральные линии сигнала в отличие от обычного коррелятора.

Рассмотрим второй этап обработки СФМнС. На этом этапе осуществляется квазиоптимальный прием сигнала с выхода сумматора 6. Основная отличительная особенность этого этапа заключается в том, что опорный сигнал, подобный сигналу на фиг.3к, формируется на выходе блока ключей 8 из отдельных гармонических составляющих, вырабатываемых генератором сетки частот 10. Режекция спектра помехи достигается тем, что гармонические составляющие опорного сигнала на опорном входе перемножителя l^Q+1, соответствующие пораженным компонентам полезного сигнала, не пропускаются блоком ключей 8 (фиг.4 г).

Таким образом, в предлагаемом изобретении режекция участков спектра полезного сигнала, пораженных помехами, осуществляется простым исключением гармонических составляющих из опорного радиоимпульсного сигнала, состоящего из (2Q-1) спектральных составляющих.

После обработки в перемножителе 1^Q+1 сигнал фильтруется узкополосным фильтром 9 и поступает в демодулятор 11, где выделяется информационный сигнал.

Для определения частотных составляющих сигнала, пораженных помехами, служит блок управления 12. Этот блок последовательно сканирует частотные составляющие сигнала на выходе сумматора 6. На основе анализа уровней всех составляющих блок управления 12 определяет пораженные составляющие и запирает соответствующие ключи в блоке 8.

Таким образом, в предлагаемом устройстве режекция узкополосных помех осуществляется простым размыканием соответствующих ключей в блоке 8.

Генератор сетки частот 10 можно выполнить по схеме, представленной на фиг.5, где обозначено:

10.1 - генератор последовательности радиоимпульсов;

10.2¹...10^2Q-1 - узкополосные фильтры.

Можно противопоставить гребенку фильтров 10.2¹...10.2^2Q-1 на фиг.5 гребенке фильтров 3¹...3ⁿ на фиг.1. Фильтры на фиг.5 узкополосные, не требующие взаимного согласования, т.к. предназначены для пропускания отдельных разнесенных составляющих опорного сигнала. Поэтому их реализация значительно проще реализации гребенки взаимосогласованных полосовых фильтров в блоке защиты от узкополосных помех в устройстве-прототипе.

Блок управления 12 можно выполнить по схеме, представленной на фиг.6, где обозначено:

12.1 - перемножитель;

12.2 - сумматор;

12.3¹...12.3^2Q-1 - ключи;

12.4 - узкополосный фильтр;

12.5 - амплитудный детектор;

12.6 - блок анализа.

Блок управления 12 содержит последовательно соединенные перемножитель 12.1, узкополосный фильтр 12.4, амплитудный детектор 12.5 и блок анализа 12.6, выходы ключей 12.3¹...12.3^2Q-1 соединены с соответствующими входами сумматора 12.2, выход которого соединен со вторым входом перемножителя 12.1, (2Q-1) выходов блока анализа 12.6 соединены со вторыми входами соответствующих (2Q-1) ключей, первые входы которых соединены с соответствующими (2Q-1) выходами генератора сетки частот 10 (фиг.2), другие (2Q-1) выходы блока анализа 12.6 являются выходами блока управления 12 (фиг.2), а первый вход перемножителя 12.1 является 2Q-m входом блока управления 12.

Работа блока управления 12 осуществляется следующим образом.

По командам с блока анализа 12.6 (который может быть выполнен на микропроцессоре, например, TMS 320Cxx, Motorola 56xxx, Intel и т.д.) последовательно открываются ключи 12.3¹...12.3^2Q-1, в результате чего на перемножитель 12.1 через сумматор 12.2 подается по одной частотной составляющей опорного сигнала. Через узкополосный фильтр 12.4 последовательно проходят преобразованные по частоте все составляющие входного сигнала, которые детектируются амплитудым детектором 12.5.

В блоке анализа 12.6 на основе сравнения уровней определяются частотные составляющие, пораженные помехами. Эта информация используется для формирования сигналов управления по выходам 2Q...(4Q-2), запирающих соответствующие ключи в блоке 8 (фиг.2).

Сглаживание фронтов может быть осуществлено методами, описанными в книге [Макаров С.Б., Цикин Н.А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. - М.: Радио и связь, 1988 г., глава 3].

Формула изобретения

1. Способ приема сложного фазоманипулированного сигнала на фоне узкополосных помех, заключающийся в режекции участков спектра сигнала, пораженных узкополосными помехами, снятии манипулирующей псевдослучайной последовательности и последующей демодуляции полученного сигнала, отличающийся тем, что обработку сигнала ведут в два этапа, на первом этапе в результате снятия псевдослучайной последовательности формируют полезный сигнал в виде последовательности когерентных радиоимпульсов со спектром, состоящим из нескольких спектральных линий числом ≥3, при этом спектр узкополосной помехи преобразуют в спектр, поражающий две спектральные линии полезного сигнала, на втором этапе осуществляют корреляционную обработку сигнала с одновременной режекцией помехового спектра путем исключения соответствующих гармонических составляющих из опорного радиоимпульсного сигнала.

2. Устройство для приема сложного фазоманипулированного сигнала, содержащее перемножитель, последовательно соединенные блок синхронизации и генератор псевдослучайной последовательности, последовательно соединенные узкополосный фильтр и демодулятор, а также блок управления и сумматор, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные Q перемножителей и Q элементов задержки, а также Q формирователей сигналов, коммутатор, блок ключей и генератор сетки частот, причем сигнальные входы Q перемножителей объединены и являются входом устройства, выходы Q элементов задержки соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через (Q+1)-й перемножитель соединен с входом узкополосного фильтра, выход демодулятора является выходом устройства, выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с входом коммутатора, Q выходов которого соединены со входами соответствующих Q формирователей сигналов, выходы которых соединены с опорными входами соответствующих Q перемножителей, второй выход блока синхронизации соединен с входом генератора сетки частот, (2Q-1) выходов которого соединены с соответствующими сигнальными (2Q-1)входами блока ключей и (2Q-1)входами блока управления, при этом выходы блока управления соединены с (2Q-1) управляющими входами блока ключей, кроме того, выход сумматора соединен с 2Q-M входом блока управления, а выход блока ключей - с опорным входом (Q+l)-ro перемножителя.

РИСУНКИ

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