Адаптивное приемное устройство шумоподобных сигналов

 

Адаптивное приемное устройство шумонодобных сигналов относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с шумоподобними сигналами при воздействии в канале широкополосных помех. Устройство содержит корреляторы, генератор опорного сигнала, синхронизатор, решающий блок, а также электронный ключ, два элемента задержки, два регулируемых усилителя, вычитатель, квадратор и формирователь управляющего сигнала, что позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении помехоустойчивости по отношению к широкополосным помехам, ориентировочно на 4 дБ. 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано с системах связи с шумоподобными сигналами (ШПС).

Известны беспоисковые приемные устройства ШПС, построенные на базе согласованных фильтров или многоканальных корреляторов. Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности.

Однако реализовать на практике такие приемные устройства при больших базах сигнала задача весьма проблематичная ("Теория и применение псевдослучайных сигналов" Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузок Г.И., Глазов Б.И М., "Наука", 1969 г).

Известно также приемное устройство ШПС по а.с. 1109915, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, блок выбора и запоминания на такт, ФНЧ, управляемый фазовращатель, детектор отгибающей, весовой сумматор и решающий блок.

Недостатком этого приемного устройства является то, что при наличии на его входе широкополосных и импульсных помех с достаточно большим уровнем может наступить срыв связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является квазиоптимальный приемник шумоподобных сигналов, функциональная схема которого приведена в Л.Е. Варакин "Системы связи с шумоподобными сигналами" М., "P" и "C" , 1985 г. на стр. 307, рис. 17.7, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи. Вход коррелятора 1 соединен со входом синхронизатора 4, выход которого через генератор опорного сигнала 3 соединен со вторым входом коррелятора, выход которого через решающее устройство соединен с выходом приемного устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

После обработки в ВЧ-тракте приемника принятый видеосигнал, манипулированный по фазе псевдослучайной последовательностью (ПСП), поступает на блок корреляторов 1 и одновременно на синхронизатор 4. Синхронизатор 4 осуществляет поиск ШПС по времени и синхронизацию генератора опорного сигнала ПСП 3 по фазе. После вхождения в синхронизм устройство переходит в режим выделения информации с помощью блока корреляторов 1 и решающего устройства 2.

Но данное устройство-прототип имеет тот недостаток, что при наличии на его входе широкополосных и импульсных помех с достаточно большим уровнем резко падает помехоустойчивость, в результате чего может наступить срыв связи.

Для повышения помехоустойчивости по отношению к широкополосных и импульсным помехам с большим уровнем в устройство, содержащее синхронизатор, один из выходов которого через генератор опорного сигнала соединен со входом первого блока корреляторов, и решающее устройство, выход которого является выходом предлагаемого устройства, введен электронный ключ, вход которого соединен с выходом первого блока корреляторов и управляемым входом синхронизатора, а выход электронного ключа через запоминающее устройство соединен с одним из входов первого регулируемого усилителя, второй вход которого через первый элемент задержки присоединен к выходу генератора опорного сигнала, управляющие входы электронного ключа и первого коррелятора соединены между собой и со вторым выходом синхронизатора, второй элемент задержки, вход которого присоединен к сигнальному входу первого блока корреляторов, а выход - со входами регулируемого усилителя и вычислителя, выход которого через квадратор и формирователь управляющего напряжения с управляющим входом второго регулируемого усилителя, выход которого через второй коррелятор соединен со входом решающего устройства, выход первого регулируемого усилителя соединен со вторыми входами вычитателя и второго коррелятора.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

Последовательно соединены первый коррелятор 1, электронный ключ 2, запоминающее устройство 3 и первый регулируемый усилитель 6, второй вход которого через первый элемент задержки 5 соединен с входом генератора опорного сигнала 4 и вторым входом первого коррелятора 1, первый вход которого является входом устройства, второй элемент задержки 8, вход которого присоединен ко входу устройства, а выход - ко входам второго регулируемого усилителя 12 и вычитателя 9, выход которого через квадратор 10 и формирователь управляющего напряжения 11 соединен со вторым входом второго регулируемого усилителя 12, выход которого через второй коррелятор 13 и решающее устройство 14 соединен с выходом устройства, выход первого регулируемого усилителя 6 соединен со вторыми входами вычитателя 9 и второго коррелятора 13, управляющие входы электронного ключа 2 и первого коррелятора 1 соединены между собой и вторым выходом синхронизатора 7, первый выход которого соединен со входом генератора опорного сигнала 4, вход синхронизатора 7 соединен с выходом первого коррелятора 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После обработки в ВЧ-тракте приемника принятый видеосигнал, манипулированный по фазе ПСП, поступает по коррелятор 1, который состоит из перемножителя и интегратора. На второй вход коррелятора 1 подается опорный сигнал с генератора опорного сигнала 4 в виде ПСП. Сигнал с выхода коррелятора 1 поступает на синхронизатор 7, который управляет работой генератора опорного сигнала 4 для поиска принятого сигнала по времени. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе коррелятора 1 формируется сигнал в виде пика корреляционной функции, который подается на синхронизатор 7 для остановки поиска ШПС по времени. После этого устройство переходит в режим выделения информации.

В этом режиме в конце каждой длины ПСП передним фронтом управляющего импульса со второго выхода синхронизатора 7 открывается ключ 2 и значение корреляционного пика с коррелятора 1 переписывается с запоминающее устройство 3, где хранится в течение периода ПСП, а задним фронтом управляющего импульса синхронизатора 7 значение накопленного за период ПСП сигнала на интеграторе коррелятора 1 сбрасывается до нуля. Таким образом, на выходе запоминающего устройства 3 на каждом периоде ПСП формируется управляющий сигнал для регулируемого усилителя 6, пропорциональный уровню сигнала в канале связи. Выходной сигнал с генератора опорного сигнала 4 через элемент задержки 5 на период ПСП и через регулируемый усилитель 6, где амплитуда опорного сигнала устанавливается с помощью управляющего сигнала с запоминающего устройства 3 пропорциональной амплитуде сигнала в канале связи на длительности данного периода ПСП, поступает на вычитатель 9. На другой вход вычитателя 9 через элемент задержки 8 на период ПСП подается смесь сигнала с помехой из канала связи. Поскольку в режиме выделения информации структура опорного сигнала совпадает со структурой принятого, оба сигнала точно синхронны во времени, а уровень опорного сигнала за счет адаптации приведен к уровню сигнала из канала связи, то на выходе вычитателя 9 будет присутствовать только помеха, которая через квадратор 10 поступает на формирователь управляющего сигнала 11. Блок 11 формирует управляющий сигнал для регулируемого усилителя 12, обратно пропорциональный уровню помех на выходе квадратора 10.

Видеосигнал, манипулированный ПСП, с выхода второго элемента задержки 8, кроме того, поступает на вход второго регулируемого усилителя 12, на второй (управляющий) вход которого подается управляющее напряжение с формирователя 11.

При отсутствии широкополосных помех на входе устройства регулируемый усилитель 12 работает в обычном режиме усиления. При наличии же на входе устройства широкополосных помех усиление регулируемого усилителя 12 уменьшается в зависимости от уровня этих помех. При определенных значениях амплитуды помех этот усилитель закрывается на время действия широкополосных помех.

Таким образом, на выходе регулируемого усилителя 12 будет принятый сигнал, очищенный от широкополосных помех, который затем подается на коррелятор 13, где производится его оптимальная обработка.

В качестве опорного сигнала для коррелятора 13 используется сигнал, снимаемый с регулируемого усилителя 6. Свернутый в корреляторе 13 сигнал поступает на решающее устройство 14, которое принимает решение о передаваемом символе "1" или "0", и далее - потребителю.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость принимаемого сигнала по отношению к широкополосным помехам. Это достигается за счет применения принципа адаптивной обработки сигнала (к мощности помехи и уровню сигнала) с использованием раздельных оценок мощности помехи и амплитуды сигнала.

Техническую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с устройством-прототипом можно доказать на базе показателя отношения сигнал/шум с помощью методики, изложенной в книге Л.Е.Варакина "Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "P." и "C.", 1985 г., 11.6, стр. 215.

Для этого рассмотрим пример, когда на вход устройства поступает смесь сигнала с помехой с постоянным отношением сигнал/шум, равным 10 дБ, а на интервале времени, составляющем 1/10 от длительности информационного символа (бита), присутствует помеха, превышающая в два раза по мощности сигнал. Тогда для устройства-прототипа отношение сигнал/шум составит где S(t) и n(t) - мгновенные значения напряжений сигнала и помехи соответственно; τ - длительность информационного символа.

В предложенном устройстве отношение сигнал/шум будет где q² - мгновенное значение отношения сигнал/шум.

При этом выигрыш в помехоустойчивости предлагаемого устройства в сравнении с устройством-прототипом составит Δ = q²₂-q²₁ = 9,57-5,37 = 4,2 дБ. Реализация предлагаемого устройства не составляет затруднений, т.к. все блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе.

Формула изобретения

Адаптивное приемное устройство шумоподобных сигналов, содержащее первый коррелятор, первый вход которого является входом устройства, а второй вход через генератор опорного сигнала соединен с первым выходом синхронизатора и решающий блок, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены электронный ключ, вход которого присоединен к выходу первого коррелятора и входу синхронизатора, а выход через элемент памяти соединен с одним из входов первого регулируемого усилителя, второй вход которого через первый элемент задержки соединен с выходом генератора опорного сигнала, управляющие входы электронного ключа и первого коррелятора соединены с вторым выходом синхронизатора, второй элемент задержки, вход которого присоединен к входу устройства, а выход - к входам второго регулируемого усилителя и вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого регулируемого усилителя и опорным входом второго коррелятора, а выход вычитателя через последовательно соединенные квадратор и формирователь управляющего сигнала подключен к второму входу второго регулируемого усилителя, выход которого через второй коррелятор соединен с входом решающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2