Устройство подавления помех в ам сигнале методом компенсации
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с узкополосными амплитудно-модулированными (AM) сигналами и широкополосными помехами. Достигаемый технический результат - уменьшение потерь сигнала. Устройство подавления помех в амплитудно-модулированном сигнале методом компенсации содержит три полосовых фильтра, два сумматора, два выпрямителя, формирователь функции COS, вычитатель, делитель и два детектора. 2 ил.
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с узкополосными амплитудно-модулированными (AM) сигналами и широкополосными помехами.
Известны устройства подавления помех методом компенсации, описанные в патентах РФ №2038697 и №2034403, H04B 1/10.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является "Устройство подавления помех методом компенсации", патент №2229196, H04B 1/10, принятое за прототип.
Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
1, 2, 6 - первый, второй и третий полосовые фильтры;
3, 10 - первый и второй сумматоры,
4, 7 - первый и второй выпрямители;
5, 11 - первый и второй вычитатели;
8 - формирователь функции cos;
9 - делитель (выполняет операцию деления на найденное значение cos);
12 - блок автовыбора минимума.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый 1 полосовой фильтр, второй сумматор 10 и блок минимума 12, выход которого является выходом устройства. Последовательно соединенные второй 2 полосовой фильтр, второй вычитатель 11 и второй выпрямитель 7, выход которого соединен со вторым входом формирователя функции cos 8. Последовательно соединенные третий 6 полосовой фильтр, первый сумматор 3, первый выпрямитель 4, формирователь функции cos 8 и делитель 9, выход которого соединен со вторыми входами второго сумматора 10 и первого вычитателя 5, выход которого соединен со вторым входом блока выбора минимума 12, кроме того, выход второго 2 полосового фильтра соединен со вторым входом первого сумматора 3, выход которого соединен со вторым входом делителя 9, выход третьего 6 полосового фильтра соединен со вторым входом второго вычитателя 11, при этом входы первого 1, второго 2 и третьего 6 полосовых фильтров соединены и являются входом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Принятый широкополосный сигнал (и помеха) поступает на входы первого 1, второго 2 и третьего 6 полосовых фильтров, идентичных по амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ), причем δf=ΔF, где ΔF - ширина полосы частот каждого полосового фильтра; δf - ширина полосы частот между центральными частотами смежных полосовых фильтров.
Центральный полосовой фильтр настроен на прием полезного сигнала и при наличии в нем помех их необходимо убрать.
На вход устройства поступает помеха в виде последовательности радиоимпульсов, возникающих в процессе перемножения принятого сигнала ПСП (псевдослучайная последовательность) и опорного сигнала в перемножителе коррелятора, в котором снимается с сигнала модуляция ПСП и дальше производится фильтрация на промежуточной частоте. Следует особо подчеркнуть, что при таких условиях на все три фильтра возмущающее входное действие помех практически идентично, так как спектр от импульсов много шире, чем сумма полос и расстроек между фильтрами. Кроме того, учитывая кратковременность воздействия фронтов импульсов на фильтры (τф<<1/ΔF), сильно упрощается вычисление интеграла Дюамеля и выражения для мгновенного значения помехи на выходе каждого фильтра определится:
Здесь М<N, где N равно дискретной длине ПСП.
Так как N содержит блоки с одинаковой фазой, то число таких блоков M<N;
τ - длительность элемента ПСП;
G(t)·cosWt - импульсная характеристика фильтра.
Выражение (1) примем как контрольное, а из комбинаций выражений (2) и (3) получим выражение в конечном виде, похожее на выражение (1). Так как в этой комбинации не содержится сигнальной компоненты, то тогда используя результат этой комбинации, выражение (1) можно компенсировать.
Для получения нужного результата преобразуем выражения (2) и (3) соответственно:
Сложив и вычитая (4) и (5), получим после сложения:
Сравнивая (1) и (6), видим, что (6) отличается от (1) медленно осциллирующим множителем 
характеризующим набег фазы за счет расстройки между контурами.
Дальнейшими преобразованиями (6) и (7) можно найти требуемые компоненты для синтеза необходимого нам выражения. Для этого произведем выпрямление (6) и (7), чтобы исключить осциллирующие функции. После выпрямления (6) получим:
После выражения (7) получим:
Используя выражения (8) и (9), можно сформировать функцию ΣcosδW(t-kτ). По этой причине к блоку 8 поступают напряжения, описываемые выражениями (8) и (9), а с выхода блока 8 поступает значение функции:
Однако остается неизвестным нужный начальный знак этого выражения, поэтому такое обстоятельство необходимо учитывать в последующей конструкции предлагаемого устройства.
Теперь нетрудно, используя (6) и (11), найти значение, аналогичное (1)»
Возьмем отношение (6) к 10, получим:
Однако нужный начальный знак (11) не известен. По причине неизвестности начального знака суммы помех в (1) и (11) поступим следующим образом.
Сложив (1) и (11), получим:
Вычтем из (1) - (11), получим:
Правильным решением будет то, которое минимальное, то есть (12б).
В идеальном случае помеховая компонента должна свестись к нулю, то есть результат равен нулю, таи как сигнал значительно меньше помехи, что и видно из (12б).
Таким образом, показана принципиальная возможность при помощи двух вспомогательных фильтров компенсировать помеху в фильтре, в котором находится полезный сигнал.
Недостатком устройства-прототипа является наличие блока автовыбора минимума, который переключается при наличии помех, знак которых неизвестен при выборе минимума, что приводит к определенным потерям полезного сигнала.
Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные третий полосовой фильтр, первый сумматор, первый выпрямитель, формирователь функции cos, делитель, причем выход первого сумматора, кроме того, соединен со вторым входом делителя, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй вычитатель, второй выпрямитель, выход которого соединен со вторым входом формирователя функции cos, выход третьего полосового фильтра, кроме того, соединен со вторым входом второго вычитателя, выход второго полосового фильтра, кроме того, соединен со вторым входом первого сумматора, а также первый полосовой фильтр, вход которого соединен со входами второго и третьего фильтров и является входом устройства, и второй сумматор, введены первый детектор, вход которого соединен с выходом делителя, и второй детектор, вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, причем выходы первого и второго детекторов соединены с первым и вторым входами второго сумматора соответственно, при этом выход второго сумматора является выходом устройства.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1, 2, 6 - первый, второй и третий полосовые фильтры;
3, 10 - первый и второй сумматоры;
4, 7 - первый и второй выпрямители;
11 - вычитатель;
8 - формирователь функции cos;
9 - делитель;
13, 14 - первый и второй детекторы.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый 1 полосовой фильтр, второй детектор 14, второй сумматор 10, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные второй 2 полосовой фильтр, вычитатель 11, второй выпрямитель 7, выход которого соединен со вторым входом формирователя функции cos 8, последовательно соединенные третий 6 полосовой фильтр, первый сумматор 3, первый выпрямитель 4, формирователь функции cos 8, делитель 9, выход которого соединен со входом первого детектора 13, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора 10, входы первого 1, второго 2 и третьего 6 полосовых фильтров соединены и являются входом устройства, кроме того, выход второго 2 полосового фильтра соединен со вторым входом первого сумматора 3, выход которого соединен со вторым входом делителя 9, выход третьего 6 полосового фильтра соединен со вторым входом вычитателя 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Принятый широкополосный сигнал (и помеха) поступает на входы первого 1, второго 2 и третьего 6 полосовых фильтров, идентичных по амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ), причем δf=ΔF,
где ΔF - ширина полосы частот каждого полосового фильтра;
δf - ширина полосы частот между центральными частотами смежных полосовых фильтров.
Центральный полосовой фильтр настроен на прием полезного сигнала и при наличии в нем помех их необходимо убрать.
На вход устройства поступает помеха в виде последовательности радиоимпульсов (возникающих в процессе перемножения принятого сигнала ПСП и опорного сигнала в перемножителе коррелятора, в котором с сигнала модуляции ПСП и дальше производится фильтрация на промежуточной частоте). Следует особо подчеркнуть, что при таких условиях на все три фильтра возмущающее входное действие помех практически идентично, так как спектр от импульсов много шире, чем сумма полос и расстроек между фильтрами. Кроме того, учитывая кратковременность воздействия фронтов импульсов на фильтры (τф<<1/ΔF), сильно упрощается вычисление интеграла Дюамеля и выражение для мгновенного значения помехи на выходе каждого фильтра определится:
Здесь М<N, где N равно дискретной длине ПСП.
Так как N содержит блоки с одинаковой фазой, то число таких блоков М<N;
τ - длительность элемента ПСП;
G(t)cosωt - импульсная характеристика фильтра.
Выражение (1) примем как контрольное, на выходе этого фильтра присутствует полезный сигнал, а из комбинаций выражений (2) и (3) попытаемся получить выражение в конечном виде, похожее на выражение (1). Так как в этой комбинации не содержится сигнальной компоненты, то используя результат этой комбинации, выражение (1) можно компенсировать.
Для получения нужного результата преобразуем выражения (2) и (3) соответственно:
Сложив и вычитая (4) и (5), получим после сложения:
после вычитания:
Сравнивая (1) и (6), видим, что (6) отличается от (1) медленно осциллирующим множителем
характеризующим набег фазы за счет расстройки между контурами.
Дальнейшими преобразованиями (6) и (7) можно найти требуемые компоненты для синтеза необходимого нам выражения. Для этого произведем выпрямление (6) и (7), чтобы исключить осциллирующие функции. После выпрямления (6) получим:
После выражения (7) получим:
Используя выражения (8) и (9), можно сформировать функцию Σcosδw(t-kτ).
Это происходит в блоке 8, где последовательно осуществляют возведение в квадрат выражений (8) и (9), суммирование квадратов, извлечение корня квадратного из полученной суммы и деление выражения (8) на полученный результат корня квадратного. На выходе блока 8 получим: 
.
По этой причине к блоку 8 поступают напряжения, описываемые выражениями (8) и (9), ас выхода блока 8 поступает значение функции
Однако остается неизвестным нужный начальный знак этого выражения, поэтому такое обстоятельство необходимо учитывать в последующей конструкции предлагаемого устройства.
Теперь нетрудно, используя (6) и (10), найти значение аналогичное (1).
В блоке 9 вычисляется отношение (6) к (10), вследствие которого получаем:
Однако нужный начальный знак (11) по отношению к исходному (1) нам неизвестен. Но это и не является существенным для AM сигнала, если далее значение помехи (11) детектируется детекторами противоположного знака по отношению к выражению (1). Это выполняется в детекторах 13 и 14 соответственно, Тогда в сумматоре 10, суммируется результат детектирования, в результате чего компенсируется помеха. Это позволяет исключить процедуру автовыбора по минимуму, что упрощает работу предлагаемого устройства.
Выход сумматора 10 является выходом устройства,
Таким образом предлагаемое устройство позволяет устранить неопределенность знака помех, что позволяет значительно уменьшить потери полезного сигнала.
Реализация блока формирователь функции cos 8 приведена в материалах устройства прототипа, патент №2229196, Н04В 1/10.
Остальные блоки общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе.
Устройство подавления помех в амплитудно-модулированном сигнале методом компенсации, содержащее последовательно соединенные третий полосовой фильтр, первый сумматор, первый выпрямитель, формирователь функции cos, делитель, причем выход первого сумматора, кроме того, соединен со вторым входом делителя, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй вычитатель, второй выпрямитель, выход которого соединен со вторым входом формирователя функции cos, выход третьего полосового фильтра, кроме того, соединен со вторым входом второго вычитателя, выход второго полосового фильтра, кроме того, соединен со вторым входом первого сумматора, а также первый полосовой фильтр, вход которого соединен со входами второго и третьего фильтров и является входом устройства и второй сумматор, отличающееся тем, что введены первый детектор, вход которого соединен с выходом делителя и второй детектор, вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, причем выходы первого и второго детекторов соединены с первым и вторым входами второго сумматора соответственно, при этом выход второго сумматора является выходом устройства.
