Способ обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале и устройство для обработки фазомодулированного сигнала
Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к системам радиосвязи массового использования. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема узкополосных фазомодулированных сигналов в аддитивной смеси с мощной узкополосной помехой. Способ обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале включает отдельную обработку усиленного входного сигнала в двух каналах. В первом канале обрабатывают текущее значение усиленного входного сигнал и выделяют из него полезный сигнал с искажениями, обусловленными амплитудно-фазовой конверсией во входном усилителе. Во втором канале формируют сигнал, пропорциональный мощности высокочастотного усиленного входного сигнала, из которого формируют сигнал, соответствующий мощности входного сигнала на входе в усилитель в рабочей полосе несущей частоты входного сигнала. Используя сигнал второго канала и сведения об амплитудно-фазовой характеристике, обрабатывают выходной сигнал первого канала, исключая из него фазовые искажения. Полученный на выходе полезный сигнал практически полностью совпадает с принятым полезным сигналом. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к системам радиосвязи массового использования, где при передаче сигнала используется фазовая модуляция, и предназначено для приема и обработки радиочастотных информационных сигналов с цифровой или аналоговой фазовой модуляцией.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время для радиосвязи на длинных, средних и коротких волнах для обработки принятого сигнала используются различные гетеродинные схемы.
Известен способ обработки фазо- или частотно-модулированного сигнала в приемном канале, в соответствии с которым принятый сигнал пропускают через полосовой высокочастотный фильтр, далее усиливают принятый сигнал и подвергают его одинарной или двойной обработке с использованием гетеродинов с последующей демодуляцией сигнала (см. книгу: Дингес С.И. Мобильная связь: технология DECT.-М.: Солон-пресс, 2003. с.115-132). Устройство для обработки фазомодулированного сигнала включает, по крайней мере, последовательно соединенные входной фильтр (преселекторный фильтр), малошумящий входной усилитель, один или два гетеродина, усилитель промежуточной частоты, и демодулятор, на выходе из которого получают полезный сигнал. Известные технические решения с использованием гетеродинов во многих случаях обладают недостаточным динамическим диапазоном и теряют работоспособность, если преселекторный фильтр не ослабляет мощные помехи в достаточной степени, в результате чего они попадают на вход усилителя и переводят его в нелинейный режим работы, что, в свою очередь, приводит к сильным искажениям полезного сигнала, еще большему усилению помех и значительному расширению их спектра. Аналогичная ситуация возникает и в случаях, когда использование преселекторных фильтров нежелательно по каким-либо причинам (большие размеры, высокая стоимость).
Известен способ обработки фазо- или частотно-модулированного сигнала в приемном канале, в соответствии с которым усиливают принятый сигнал, а далее отдельно обрабатывают синфазную и реактивную (квадратурную) составляющие сигнала с последующей цифровой обработкой указанных сигналов с получением на выходе демодулированного полезного сигнала. Соответственно устройство для обработки фазо- или частотно-модулированного сигнала включает в себя малошумящий входной усилитель, к выходу из которого подключены два канала обработки усиленного входного сигнала. В каждом из каналов установлен свой блок гетеродина, при этом сигнал промежуточной частоты, подаваемый на блок гетеродина первого канала, сдвинут по фазе на 90° относительно сигнала промежуточной частоты, подаваемого на гетеродин второго канала, с использованием соответствующего блока сдвига по фазе (см. например, патент США №5398002, НКИ 329/302, МКИ H03D 3/00, 14.05.1995). Как и в предыдущем решении, при наличии мощных потерь на входе наблюдается сильное искажение полезного сигнала, и подавление помех связано с жесткими требованиями к характеристикам аппаратуры приемного канала.
Известен способ обработки фазо- или частотно-модулированного сигнала с прямым преобразованием сигнала, в соответствии с которым принятый сигнал усиливают, из усиленного сигнала вырезают полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты принятого сигнала, и вычитают полученный вспомогательный сигнал из усиленного сигнала. Полученный таким образом сигнал демодулируют и оцифровывают демодулированный сигнал. Соответственно устройство для обработки фазо- или частотно модулированного сигнала содержит, преселекторный фильтр, малошумящий усилитель, активную линию задержки, активный полосно-заграждающий фильтр, вычитающее устройство, демодулятор, гетеродин, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, схему автоматической регулировки усиления, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и блок цифровой обработки (см., например, Ивлев Д.Н. Некоторые особенности приема фазомодулированного сигнала на фоне мощной узкополосной аддитивной помехи, превышающей динамический диапазон приемника. // Вестник Нижегородского университета им.Н.И.Лобачевского. Серия «Радиофизика». Вып.1(2), 2004. C.111-118). Известное техническое решение обеспечивает достаточно успешный прием узкополосных фазомодулированных сигналов в аддитивной смеси с мощными узкополосными помехами, превышающими динамический диапазон устройства. Однако малошумящий усилитель, входящий в данное устройство, должен иметь пренебрежимо малую величину амплитудно-фазовой конверсии в нелинейном режиме работы, что практически трудно достижимо без использования дорогостоящих усилителей и фильтров. Использование же в составе устройства усилителя с существенной величиной амплитудно-фазовой конверсии приведет в условиях действия мощной помехи к сильному случайному искажению фазы информационного сигнала, а это, в свою очередь, приведет к искажению передаваемой информации.
Таким образом, для систем мобильной связи и радиовещания существует потребность в разработке эффективных средств для обработки фазомодулированного сигнала, способных обеспечить качественный прием входного сигнала и выделение из него полезного сигнала с минимальными искажениями полезного сигнала.
РАКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является разработка способа обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале и соответствующего устройства, обеспечивающих качественный прием узкополосных фазомодулированных сигналов в аддитивной смеси с мощной узкополосной помехой, превышающей динамический диапазон приемника, в том числе при наличии существенной амплитудно-фазовой конверсии при усилении принятого сигнала. Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа обработки фазомодулированного сигнала, для реализации которого можно использовать освоенные промышленностью функциональные блоки, и соответствующего устройства для обработки фазомодулированного сигнала, обеспечивающего высокое качество обработки принятого сигнала даже при наличии на входе приемника малошумящего усилителя с большой величиной амплитудно-фазовой конверсии, что позволит уменьшить стоимость устройства обработки и соответственно уменьшить стоимость приемника в целом за счет минимизации или полного исключения из его структуры внешних пассивных фильтров.
Для достижения поставленной задачи предлагается способ обработки фазомодулированного сигнала в приемнике, заключающийся в том, что:
- усиливают входной сигнал во входном усилителе с последующей обработкой усиленного входного сигнала в двух различных каналах, при этом в первом канале обрабатывают текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала, а во втором канале обрабатывают значение текущей мощности усиленного входного сигнала, усредненное за период окна наблюдения длительностью, не меньше одного периода колебаний усиленного входного сигнала;
- при обработке усиленного входного сигнала в указанном первом канале из усиленного входного сигнала вырезают полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты входного полезного сигнала, и полученный вспомогательный сигнал первого канала вычитают из усиленного входного сигнала, демодулируют полученный таким образом сигнал, и оцифровывают демодулированный сигнал на выходе первого канала, получая выходной сигнал первого канала, включающий в себя полезный сигнал и фазовые помехи;
- при обработке усиленного входного сигнала во втором канале из усиленного входного сигнала формируют вспомогательный сигнал второго канала, пропорциональный текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, оцифровывают указанный вспомогательный сигнал и корректируют указанный оцифрованный вспомогательный сигнал, используя данные об искажениях, вносимых при усилении принятого текущего сигнала и обработке вспомогательного сигнала во втором канале, получая выходной сигнал второго канала, указывающий на мощность входного сигнала на входе во входной усилитель;
- далее обрабатывают выходной сигнал первого канала и исключают из него фазовые помехи, используя выходной сигнал второго канала и информацию об амплитудно-фазовой характеристике входного усилителя.
Предпочтительно, периоды дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах равны.
Кроме того, оцифровку сигналов в первом и втором каналах выполняют одновременно.
Предпочтительно, при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед выполнением операции вычитания в усиленный текущий сигнал вносят фазовые искажения и/или задержку по времени, присущие операции вырезания из текущего усиленного сигнала полосы частот.
Кроме того, при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале после выполнения операции демодулирования из демодулированного сигнала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот модулирующего сигнала.
Кроме того, при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед оцифровкой демодулированного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
Предпочтительно, при обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют непрерывный вспомогательный сигнал второго канала.
Далее из непрерывного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала.
Кроме того, непрерывный вспомогательный сигнал второго канала преобразуют в расширенный вспомогательный сигнал второго канала, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления.
Кроме того, далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала.
Предпочтительно, при обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
Кроме того, в соответствии с одним из осуществлении настоящего изобретения, при обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют вспомогательный сигнал второго канала, усредненный за период окна наблюдения.
Предпочтительно, при этом длительность окна наблюдения равна периоду дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах.
Кроме того, в соответствии с одним из осуществлении настоящего изобретения, далее из вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала.
Кроме того, в соответствии с этим осуществлением настоящего изобретения, далее вспомогательный сигнал второго канала преобразуют в расширенный вспомогательный сигнал второго канала, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления.
Далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала.
Предпочтительно, при обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
Для достижения поставленной задачи предлагается также устройство для обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале, включающее:
усилитель входного сигнала;
систему обработки усиленного входного сигнала, присоединенную к выходу указанного усилителя и имеющую два канала обработки усиленного входного сигнала: первый канал, в котором обрабатывается текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала, и второй канал, в котором обрабатывается значение текущей мощности усиленного входного сигнала, усредненное за период окна наблюдения длительностью не меньше одного периода колебаний усиленного входного сигнала; при этом первый канал системы обработки усиленного входного сигнала включает в себя последовательно установленные полосно-заграждающий фильтр, вырезающий из усиленного входного сигнала полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты входного полезного сигнала, блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом усилителя входного сигнала, демодулятор и аналого-цифровой преобразователь, в котором формируется выходной сигнал первого канала, а второй канал системы обработки усиленного входного сигнала включает в себя последовательно установленные блок формирования вспомогательного сигнала второго канала обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, аналого-цифровой преобразователь вспомогательного сигнала и блок коррекции оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала обработки, в котором из оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала формируется выходной сигнал второго канала, равный текущей мощности входного сигнал перед усилителем;
блок обработки выходных сигналов первого и второго каналов системы обработки усиленного входного сигнала, к которому присоединены выходы первого и второго каналов обработки усиленного входного сигнала и в котором из выходного сигнала первого канала исключаются фазовые помехи, используя выходной сигнал второго канала и информацию об амплитудно-фазовой характеристике входного усилителя.
При этом в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала между вторым входом блока вычитания и усилителем входного сигнала установлен блок коррекции сдвига по времени и/или фазе в полосно-заграждающем фильтре.
Кроме того, в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала на выходе из блока демодулирования дополнительно установлен фильтр, вырезающий частоты за пределами рабочей полосы частот модулирующего сигнала.
Кроме того, в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала на входе в аналого-цифровой преобразователь дополнительно установлен усилитель.
Кроме того, во втором канале системы обработки усиленного входного сигнала на выходе из блока формирования вспомогательного сигнала второго канала системы обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, установлен экспандер.
Кроме того, во втором канале системы обработки усиленного входного сигнала на входе в аналого-цифровой преобразователь дополнительно установлен усилитель.
В основу изобретения положена обработка усиленного входного сигнала в двух различных каналах, при этом в первом канале обрабатывают текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала и получают на выходе сигнал с небольшой долей помех, обусловленных неидеальностью фильтрации в первом канале обработки, но со всеми искажениями, обусловленными амплитудно-фазовой конверсией во входном усилителе в данном сигнале, и для их устранения обрабатывают усиленный входной сигнал во втором канале и получают на выходе из второго канала сигнал, содержащий информацию о фазовых искажениях, вносимых входным усилителем, используя которую можно исключить фазовые помехи из выходного сигнала первого канала обработки и получить на выходе полезный сигнал с минимальными искажениями, обусловленными в основном только неидеальностью фильтрации в первом и втором каналах, что приведет к улучшению качества приема сигнала. Фактически во втором канале получают сигнал, пропорциональный текущей мощности принятого сигнала, что дает возможность, зная амплитудно-фазовую характеристику входного усилителя (паспортные данные или результаты прямого измерения характеристики конкретного усилителя), обработать выходной сигнал первого канала и исключить из него фазовые помехи.
Равенство периодов дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах и одновременность выполнения оцифровки сигналов упрощает согласование работы двух каналов.
При обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед выполнением операции вычитания в усиленный текущий сигнал вносят фазовые искажения и/или задержку по времени, присущие операции вырезания из текущего усиленного сигнала полосы частот, что повышает качество обработки сигнала в первом канале.
При обработке усиленного текущего сигнала в первом канале после выполнения операции демодулирования из демодулированного сигнала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот модулирующего сигнала, что повышает качество обработки сигнала в первом канале, исключая все случайные помехи за пределами рабочей полосы частот.
При обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед оцифровкой демодулированного сигнала его дополнительно усиливают до нормированного уровня, что обеспечивает более качественное выполнение оцифровки сигнала в первом канале.
При обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют непрерывный вспомогательный сигнал второго канала, что упрощает согласование обработки усиленного входного сигнала в первом и втором каналах.
Из непрерывного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала упрощает дальнейшую обработку сигнала и исключает влияние помех за пределами рабочей полосы частот.
Непрерывный вспомогательный сигнал второго канала расширяют, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления, и далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала, что упрощает дальнейшую обработку сигнала и исключает влияние помех за пределами рабочей полосы частот.
При обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня, что обеспечивает более качественное выполнение оцифровки сигнала во втором канале.
При другом осуществлении настоящего изобретения, при обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют вспомогательный сигнал второго канала, усредненный за период окна наблюдения, причем длительность окна наблюдения равна периоду дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах, что упрощает согласование обработки усиленного входного сигнала в первом и втором каналах.
В данном примере осуществления изобретения, из вспомогательного сигнала второго канала также вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала, что упрощает дальнейшую обработку сигнала и исключает влияние помех за пределами рабочей полосы частот.
В данном примере осуществления изобретения, вспомогательный сигнал второго канала расширяют, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления, и далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала, что упрощает дальнейшую обработку сигнала и исключает влияние помех за пределами рабочей полосы частот.
При обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня что обеспечивает более качественное выполнение оцифровки сигнала во втором канале.
Предложенное устройство для обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале содержит совокупность функциональных блоков, выполняющих отдельные операции способа обработки фазомодулированного сигнала в приемном канал, с достижением тех же технических результатов.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества приема сигнала на фоне мощной помехи в системах радиосвязи массового использования, например, приемным устройством мобильной связи или широковещательным радиоприемником, в том числе, за счет уменьшения влияния на качество полезного сигнала амплитудно-фазовой конверсии во входном усилителе, а также в возможности исключения из схем систем радиосвязи дорогостоящих пассивных фильтров, что к тому же способствует минимизации размеров приемного модуля.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертеже приведена структурная схема устройства для обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале, например цифрового помехоустойчивого приемника фазомодулированных сигналов.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приемный канал цифрового приемника содержит антенну 1, преселекторный фильтр 2 (ППФ) (может отсутствовать), малошумящий усилитель 3 входного сигнала, и систему обработки усиленного входного сигнала, присоединенную к выходу усилителя 3 и имеющую два канала 4 и 5 обработки усиленного входного сигнала.
Первый канал 4 системы обработки усиленного входного сигнала, в котором обрабатывается текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала, включает в себя активный полосно-заграждающий фильтр 6 (ПЗФ), вырезающий из усиленного входного сигнала полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты принятого входного сигнала, блок 7 вычитания, первый вход которого соединен с полосно-заграждающим фильтром 6 (ПЗФ), а второй вход соединен с выходом усилителя 3 через активную линию 8 задержки, являющуюся блоком коррекции сдвига усиленного входного сигнала по времени (или по фазе) в полосно-заграждающем фильтре 6. К блоку 7 вычитания последовательно подсоединены демодулятор 9, фильтр 10 нижней частоты (ФНЧ), вырезающий частоты за пределами рабочей частот модулирующего сигнала, согласующий усилитель 11 с автоматической регулировкой усиления, например, с использованием блока 12 автоматического регулирования усиления (АРУ) в линии обратной связи, и аналого-цифровой преобразователь 13 (АЦП), в котором в цифровой форме формируется выходной сигнал первого канала 4. Для управления демодулятором 9 используется регулируемый (перенастраиваемый) гетеродин 14.
Второй канал 5 системы обработки усиленного входного сигнала, в котором обрабатывается текущее значение усиленного входного сигнала, усредненное за период окна наблюдения длительностью не меньше одного периода колебаний, включает в себя последовательно установленные блок 15 формирования вспомогательного сигнала второго канала обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, экспандер 16, фильтр нижних частот 17 (ФНЧ), согласующий усилитель 18 с автоматической регулировкой усиления, например с использованием блока 19 автоматического регулирования усиления (АРУ) в линии обратной связи, аналого-цифровой преобразователь 20 (АЦП) вспомогательного сигнала второго канала и блок 21 коррекции оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала обработки с подключенным к нему, или встроенным в него, блоком памяти 22. В блоке 21 коррекции в цифровой форме формируется выходной сигнал второго канала 4, равный текущей мощности входного сигнала перед усилителем.
На выходе устройства для обработки фазомодулированного сигнала установлен блок 23 обработки выходных сигналов первого 4 и второго 5 каналов системы обработки усиленного входного сигнала с подключенным к нему, или встроенным в него блоком памяти 24. К блоку 23 выходы аналого-цифрового преобразователя 13 первого канала 4 и блока 21 коррекции оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала 5.
В разработанном цифровом помехоустойчивом приемном канале обработки фазомодулированных сигналов принятый антенной 1 входной сигнал усиливается малошумящим входным усилителем 3, а затем обрабатывается в двух каналах.
В первом канале 4 усиленный входной сигнал поступает на полосно-задерживающий фильтр 6 и линию 8 задержки, а затем поступает на блок 7 вычитания, где из сигнала, прошедшего линию задержки, вырезается сигнал, прошедший через полосно-задерживающий фильтр 6. Далее сигнал поступает на демодулятор 9. В изобретении можно использовать одноканальный демодулятор, но предпочтительнее использовать квадратурный демодулятор с разделением сигнала на синфазную и реактивную (квадратурную) составляющие. Демодулированный сигнал проходит через фильтр 10 нижних частот, согласующий усилитель 11 с автоматической регулировкой усиления и аналого-цифровой преобразователь 13.
Во втором канале 5 усиленный входной сигнал подается в блок 15 формирования вспомогательного сигнала второго канала обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, а далее в экспандер 16, фильтр нижних частот 17, согласующий усилитель 18 с автоматической регулировкой усиления, аналого-цифровой преобразователь 20 и блок 21 коррекции оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала обработки, в который из блока памяти 22 поступает информация о динамической характеристике по мощности усилителя 3. В блоке 21 коррекции в цифровой форме формируется выходной сигнал второго канала 4, равный текущей мощности входного сигнала перед усилителем.
Выходные сигналы первого и второго каналов системы обработки усиленного входного сигнала поступают в блок 23 цифровой обработки, в который из блока памяти 24 поступает информация об амплитудно-фазовой характеристике малошумящего входного усилителя. Зная текущую мощность входного сигнала перед усилителем 3 и амплитудно-фазовую характеристику усилителя 3, можно определить фазовые искажения выходного сигнала первого канала 4 системы обработки усиленного входного сигнала и исключить их из выходного сигнала первого канала 4, получив на выходе устройства полезный сигнал с минимальными искажениями.
Обработка принятого входного сигнала в приемном канале в соответствии с настоящим изобретением происходит следующим образом.
Антенна 1 обеспечивает прием входного сигнала, представляющего собой аддитивную смесь полезного информационного узкополосного фазомодулированного сигнала u1(t), мощной узкополосной помехи и произвольных относительно слабых помех. Преселекторный фильтр 2, который может отсутствовать, в определенной степени, недостаточной для подавления мощной помехи, осуществляет фильтрацию входного сигнала. Малошумящий усилитель 3 усиливает входной сигнал u2(t) (смесь слабого полезного сигнала u1(t) с мощной помехой) и одновременно ограничивает уровень мощной помехи. Усиленный входной сигнал u3(t) с выхода малошумящего усилителя 3, содержащий полезный сигнал u1(t) с искаженной амплитудой и расширенные в спектральной области помехи, подается в систему обработки усиленного входного сигнала.
В первом канале 4 усиленный входной сигнал u3(t) поступает на вход активной линии задержки 8 и активного полосно-заграждающего фильтра 6. Активный полосно-заграждающий фильтр 6 подавляет в усиленном входном сигнале u3(t) полезный входной сигнал u1(t) на его частоте - в полосе частот, соответствующей рабочей полосе несущей частоты входного полезного сигнала сигнала, пропуская на выход помехи. Активная линия задержки 8 преобразует фазовый спектр сигнала u3(t), состоящего из полезного сигнала u1(t) с искаженной амплитудой и помех, по тому же закону, что и активный полосно-заграждающий фильтр 6, не меняя при этом амплитудного спектра. В блоке вычитания 7 производится вычитание из сигнала, поступающего с выхода активной линии задержки 8, сигнала помех с выхода активного полосно-заграждающего фильтра 5. Таким образом, на выходе вычитающего устройства 7 будет присутствовать сигнал u7(t), включающий в себя усиленный полезный сигнал u1(t) с искажениями, обусловленными эффектом амплитудно-фазовой конверсии в малошумящем входном усилителе 3, небольшой остаточной долей помех, обусловленной неидеальностью фильтрации и помехами в полосе полезного сигнала. При этом степень ослабления полезного сигнала на выходе вычитающего устройства 7 по сравнению с входами активной линии задержки 8 и активного полосно-заграждающего фильтра 6, обусловленного конечной величиной коэффициента ослабления активного полосно-заграждающего фильтра 6 в полосе заграждения, будет равна в децибелах
где αдБ - коэффициент ослабления в децибелах активного полосно-заграждающего фильтра 6 в полосе заграждения.
При коэффициенте ослабления полосно-заграждающего фильтра 6 в полосе непропускания, равном 30 дБ (что вполне достижимо), полезная составляющая сигнала u7(t) ослабится всего на 0,3 дБ.
С помощью демодулятора 9, на который подается сигнал с гетеродина 14, производится демодуляция выделенного сигнала u7(t). Демодулированный сигнал u9(t) может подаваться на обработку в аналого-цифровой преобразователь 13 сразу после демодулятора, но предпочтительно выполнить дополнительную обработку демодулированного сигнала в фильтре нижних частот и усилителе. Фильтр 10 нижних частот осуществляет защиту от наложения спектров при оцифровке сигнала u9(t) с помощью аналого-цифрового преобразователя 13. Согласующий усилитель 11 с автоматической регулировкой усиления выполняет усиление сигнала до необходимого аналого-цифровому преобразователю 13 уровня. Аналого-цифровой преобразователь 13 осуществляет преобразование демодулированного сигнала u9(t) в цифровой выходной сигнал первого канала 4, а далее цифровой выходной сигнал u13(t) первого канала поступает в блок цифровой обработки 23.
Параллельно во втором канале 5 в блоке 15 из усиленного входного сигнала u3(t) формируют вспомогательный сигнал u15(t), пропорциональный текущей мощности входного сигнала. При формировании вспомогательного сигнала u15(t) выделяют окно наблюдения длительностью τ не меньше одного периода колебаний усиленного входного сигнала. Для формирования вспомогательного сигнала u15(t) в настоящем изобретении используют два способа.
В соответствии с первым способом усиленный входной сигнал обрабатывают непрерывно, например, используя последовательно соединенные диод и RC-фильтр, и получают на выходе из блока 15 сигнал, пропорциональный мощности высокочастотного усиленного входного сигнала u3(t). Длительность окна наблюдения в первом способе много больше одного периода колебаний усиленного входного сигнала. Указанный вспомогательный сигнал u15(t) фактически отражает изменение текущей мощности усиленного выходного сигнала u3(t) на выходе малошумящего усилителя 3. Вспомогательный сигнал u15(t) может подаваться на обработку в аналого-цифровой преобразователь 20 сразу после блока 15, но предпочтительно выполнить дополнительную обработку вспомогательного сигнала u15(t) в экспандере 16, фильтре нижних частот 17 и усилителе 18. Экспандер 16 осуществляет расширение (нелинейное преобразование) вспомогательного сигнала u15(t) с выхода блока 15 с целью выравнивания отношения мощности квантованного с помощью аналого-цифрового преобразователя 20 сигнала к мощности шума квантования для различных интервалов изменения значений квантуемого сигнала. В качестве экспандера может быть использован, например, антилогарифмирующий усилитель. Фильтр 17 нижних частот осуществляет защиту от наложения спектров при оцифровке сигнала u15(t) в аналого-цифровом преобразователе 20. Согласующий усилитель 18 с автоматической регулировкой усиления выполняет усиление сигнала до необходимого аналого-цифровому преобразователю 20 уровня. Аналого-цифровой преобразователь 20 преобразует вспомогательный сигнал u15(t) в цифровой сигнал u20(t), а далее указанный цифровой сигнал поступает в блок коррекции 21. В блоке 21 коррекции, используя информацию о динамической характеристике по мощности усилителя 3, хранящуюся в блоке памяти 22, по известной зависимости уровня выходной мощности малошумящего усилителя 3 от уровня его входной мощности с учетом расширения сигнала экспандером 16, цифровой сигнал u20(t) преобразуют в выходной цифровой сигнал u21(t), пропорциональный мощности входного сигнала u2(t) на входе в усилитель 3 в полосе несущей частоты входного сигнала помехи.
В соответствии со вторым способом назначают длительность τ окна наблюдения, например, один или несколько периодов колебаний усиленного входного сигнала. Предпочтительно назначать длительность τ окна наблюдения равной периоду дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах системы обработки. Усиленный входной сигнал u3(t) обрабатывают в блоке 15 формирования вспомогательного сигнала, в качестве которого используют интегрирующее устройство. Усиленный входной сигнал u3(t) интегрируют за период окна наблюдения в соответствии с формулой
На выходе из блока 15 получают сигнал u15(t), отслеживающий текущую мощность высокочастотного усиленного входного сигнала u3(t). Указанный вспомогательный сигнал u15(t) фактически отражает характер изменения текущей мощности усиленного выходного сигнала u3(t) на выходе малошумящего усилителя 3. Вспомогательный сигнал u15(t) может подаваться на обработку в аналого-цифровой преобразователь 20 сразу после блока 15, но предпочтительно выполнить дополнительную обработку вспомогательного сигнала u15(t) в экспандере 16, фильтре нижних частот 17 и усилителе 18. Экспандер 16 осуществляет нелинейное преобразование вспомогательного сигнала u15(t) с выхода блока 15 с целью выравнивания отношения мощности квантованного с помощью аналого-цифрового преобразователя 20 сигнала к мощности шума квантования для различных интервалов изменения значений квантуемого сигнала. В качестве экспандера может быть использован, например, антилогарифмирующий усилитель. Фильтр 17 нижних частот осуществляет защиту от наложения спектров при оцифровке сигнала u15(t) в аналого-цифровом преобразователе 20. Согласующий усилитель 18 с автоматической регулировкой усиления выполняет усиление сигнала до необходимого аналого-цифровому преобразователю 20 уровня. Аналого-цифровой преобразователь 20 преобразует вспомогательный сигнал u15(t) в цифровой сигнал, а далее указанный цифровой сигнал поступает в блок коррекции 21. В блоке 21 коррекции, используя информацию о динамической характеристике усилителя 3, хранящуюся в блоке памяти 22, по известной зависимости уровня выходной мощности малошумящего усилителя 3 от уровня его входной мощности с учетом расширения сигнала экспандером 16, цифровой сигнал u20(t) преобразуют в выходной цифровой сигнал u21(t), пропорциональный мощности входного сигнала u2(t) на входе в усилитель 3 в полосе несущей частоты входного сигнала помехи.
Цифровой выходной сигнал u13(t) первого канала 4 обработки и цифровой выходной сигнал u21(t) второго канала 5 обработки поступают в блок 23 цифровой обработки. В блоке 23 цифровой обработки, используя и цифровой выходной сигнал u21(t) второго канала и информацию об амплитудно-фазовой характеристике усилителя 3, хранящуюся в блоке памяти 24, по известным зависимостям определяют сдвиг фазы полезного сигнала в усилителе 3 при нелинейном режиме его работы (сдвиг фазы в рабочей полосе частоты входного полезного сигнала, обусловленный амплитудно-фазовой конверсией в усилителе, при конкретном уровне сигнала на входе в усилитель 3) и корректируют выходной сигнал u13(t), исключая из него указанный фазовый сдвиг. При обработке выходного сигнала u13(t) в блоке 23 цифровой обработки желательно учесть все известные задержки по времени в первом и втором каналах системы обработки усиленного входного сигнала. Полученный выходной сигнал u23(t) будет практически полностью совпадать с усиленным полезным сигналом, отличаясь от него только помехами, обусловленными неидеальностью фильтрации, и помехами в полосе полезного сигнала.
Для реализации предложенного способа используются хорошо отработанные промышленностью блоки: полосно-заграждающие фильтры, фильтры нижних частот, малошумящие усилители, согласующие усилители с автоматической регулировкой усиления, запоминающие устройства, микропроцессоры, обрабатывающие поступающую в них информацию по известным зависимостям, которые учитываются при определении алгоритма обработки данных в микропроцессоре.
1. Способ обработки фазомодулированного сигнала в приемнике, заключающийся в том, что:
усиливают входной сигнал во входном усилителе с последующей обработкой усиленного входного сигнала в двух различных каналах, при этом в первом канале обрабатывают текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала, а во втором канале обрабатывают значение мощности усиленного входного сигнала, усредненное за период окна наблюдения длительностью не меньше одного периода колебаний усиленного входного сигнала;
при обработке усиленного входного сигнала в указанном первом канале из усиленного входного сигнала вырезают полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты полезного входного сигнала, и полученный вспомогательный сигнал первого канала вычитают из усиленного входного сигнала, демодулируют полученный таким образом сигнал, и оцифровывают демодулированный сигнал на выходе первого канала, получая выходной сигнал первого канала, включающий в себя полезный сигнал и фазовые помехи;
при обработке усиленного входного сигнала во втором канале из усиленного входного сигнала формируют вспомогательный сигнал второго канала пропорциональный текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, оцифровывают указанный вспомогательный сигнал и корректируют указанный оцифрованный вспомогательный сигнал, используя данные об искажениях, вносимых при усилении принятого текущего сигнала и обработке вспомогательного сигнала во втором канале, получая выходной сигнал второго канала, указывающий на мощность входного сигнала на входе во входной усилитель;
далее обрабатывают выходной сигнал первого канала и исключают из него фазовые помехи, используя выходной сигнал второго канала и информацию об амплитудно-фазовой характеристике входного усилителя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что периоды дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах равны.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что оцифровку сигналов в первом и втором каналах выполняют одновременно.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед выполнением операции вычитания в усиленный текущий сигнал вносят фазовые искажения и/или задержку по времени, присущие операции вырезания из текущего усиленного сигнала полосы частот.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале после выполнения операции демодулирования из демодулированного сигнала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот модулирующего сигнала.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке усиленного текущего сигнала в первом канале перед оцифровкой демодулированного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют непрерывный вспомогательный сигнал второго канала.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что далее из непрерывного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что далее непрерывный вспомогательный сигнал второго канала преобразуют в расширенный вспомогательный сигнал второго канала, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала.
11. Способ по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что при обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке сигнала во втором канале усиленный текущий сигнал обрабатывают в окне наблюдения непрерывно и формируют вспомогательный сигнал второго канала, усредненный за период окна наблюдения.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность окна наблюдения равна периоду дискретизации при оцифровке сигналов в первом и втором каналах.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что далее из вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного вспомогательного сигнала второго канала.
15. Способ по п.13, отличающийся тем, что далее вспомогательный сигнал второго канала преобразуют в расширенный вспомогательный сигнал второго канала, уменьшая влияние нелинейности коэффициента усиления.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что далее из расширенного вспомогательного сигнала второго канала вырезают частоты за пределами рабочей полосы частот данного расширенного вспомогательного сигнала второго канала.
17. Способ по любому из пп.12-16, отличающийся тем, что при обработке текущего сигнала во втором канале перед оцифровкой вспомогательного сигнала его усиливают до нормированного уровня.
18. Устройство для обработки фазомодулированного сигнала в приемном канале, включающее:
входной усилитель входного сигнала;
систему обработки усиленного входного сигнала, присоединенную к выходу указанного усилителя и имеющую два канала обработки усиленного входного сигнала: первый канал, в котором обрабатывается текущее мгновенное значение усиленного входного сигнала, и второй канал, в котором обрабатывается значение текущей мощности усиленного входного сигнала, усредненное за период окна наблюдения длительностью не меньше одного периода колебаний усиленного входного сигнала; при этом первый канал системы обработки усиленного входного сигнала включает в себя последовательно установленные полосно-заграждающий фильтр, вырезающий из усиленного входного сигнала полосу частот, соответствующую рабочей полосе несущей частоты входного полезного сигнала, блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом усилителя входного сигнала, демодулятор и аналого-цифровой преобразователь, в котором формируется выходной сигнал первого канала, а второй канал системы обработки усиленного входного сигнала включает в себя последовательно установленные блок формирования вспомогательного сигнала второго канала обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, аналого-цифровой преобразователь вспомогательного сигнала и блок коррекции оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала обработки, в котором из оцифрованного вспомогательного сигнала второго канала формируется выходной сигнал второго канала равный текущей мощности входного сигнала перед усилителем;
блок обработки выходных сигналов первого и второго каналов системы обработки усиленного входного сигнала, к которому присоединены выходы первого и второго каналов обработки усиленного входного сигнала, и в котором из выходного сигнала первого канала исключаются фазовые помехи, используя выходной сигнал второго канала и информацию об амплитудно-фазовой характеристике входного усилителя.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала между вторым входом блока вычитания и усилителем входного сигнала установлен блок коррекции сдвига по времени и/или фазе в полосно-заграждающем фильтре.
20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала на выходе из блока демодулирования дополнительно установлен фильтр, вырезающий частоты за пределами рабочей полосы частот модулирующего сигнала.
21. Устройство по п.18, отличающееся тем, что в первом канале системы обработки усиленного входного сигнала на входе в аналого-цифровой преобразователь дополнительно установлен усилитель.
22. Устройство по п.18, отличающееся тем, что во втором канале системы обработки усиленного входного сигнала на выходе из блока формирования вспомогательного сигнала второго канала системы обработки, пропорционального текущей мощности входного сигнала за период окна наблюдения, установлен экспандер.
23. Устройство по п.18, отличающееся тем, что во втором канале системы обработки усиленного входного сигнала на входе в аналого-цифровой преобразователь дополнительно установлен усилитель.
