Устройство подавления помех для спутниковых систем связи с кодовым разделением каналов

 

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с кодовым разделением каналов. Достигаемый технический результат - высокая степень подавления помехи от близко расположенного спутника на входе приемника земной станции с многостанционным доступом. Устройство подавления помех для спутниковых систем связи с кодовым разделением каналов содержит два ограничителя, два полосовых фильтра, три элемента задержки, четыре перемножителя, режекторный фильтр, амплитудный детектор, решающий блок, блок управления поиском, блок генераторов опорных сигналов. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть применено в системах связи с кодовым разделением каналов.

Известны устройства подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в пат. РФ N 2000662, H 04 B 1/10, N 20001525, H 04 B 1/10 и др., недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство подавления мощного сигнала близко расположенного спутника на входе приемника земной станции спутниковой сети с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов, принимающего слабый сигнал удаленного спутника, описанный в статье В.П.Ефимова "Оценка влияния нелинейного преобразователя на помехоустойчивость приема широкополосных сигналов в спутниковых сетях ("Электромагнитные волны и электромагнитные системы", N 1, т. 3, 1998, стр. 95), принятое за прототип.

Структурная схема прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено: 1 - усилитель, 2 - вычитатель, 3 - ограничитель, 4 - полосовой фильтр.

Устрйоство-прототип содержит усилитель 1, выход которого соединен с одним из входов вычитателя 2, ограничитель 3, вход которого объединен со входом усилителя 1 и является входом устройства, а выход ограничителя 3 через полосовой фильтр 4 соединен с другим входом вычитателя 2, выход которого является выходом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая мощную структурную помеху от ближнего спутника и слабый полезный сигнал от удаленного спутника, поступает через усилитель 1 на один вход вычитателя 2 и через последовательно соединенные ограничитель 3 и полосовой фильтр 4 - на другой вход вычитателя 2. Амплитуда помехи на выходе ограничителя 3 равна U_о. В полосовом фильтре 4 осуществляется подавление мощной помехой слабого сигнала. В вычитателе 2 из входной смеси вычитается помеха с уровнем U_o и сигнал, подавленный в ограничителе 3 в К раз, в результате чего помеха компенсируется.

Недостатком прототипа является малая степень подавления в земной станции помехи от близко расположенного спутника.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый ограничитель и первый полосовой фильтр, причем вход первого ограничителя является входом устройства, введены последовательно соединенные первый элемент задержки, первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, выход которого является выходом устройства, а вход первого элемента задержки соединен со входом первого ограничителя; последовательно соединенные третий перемножитель, второй полосовой фильтр, амплитудный детектор, решающий блок, блок управления поиском, блок генераторов опорных сигналов, второй элемент задержки, четвертый перемножитель, второй ограничитель и третий элемент задержки, выход которого соединен с другим входом второго перемножителя.

Кроме того, выход первого полосового фильтра соединен с одним из входов третьего перемножителя, другой вход которого соединен с выходом блока генераторов опорных сигналов. Выход второго полосового фильтра одновременно соединен с одним из входов четвертого перемножителя, а выход второго ограничителя - с другим входом первого перемножителя.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено: 1, 15 - первый и второй ограничитель, 2, 8 - первый и второй полосовой фильтр, 3, 13, 16 - первый, второй и третий элемент задержки, 4, 6, 7, 14 - первый, второй, третий и четвертый перемножитель, 5 - режекторный фильтр,
9 - амплитудный детектор,
10 - решающий блок,
11 - блок управления поиском,
12 - блок генераторов опорных сигналов.

Заявляемое устройство содержит первый ограничитель 1 и первый элемент задержки 3, входы которых объединены и являются входом устройства, выход элемента задержки 3 через последовательно соединенные первый перемножитель 4 и режекторный фильтр 5 соединен с одним из выходов второго перемножителя 6, выход которого является выходом устройства.

Выход первого ограничителя 1 через последовательно соединенные первый полосовой фильтр 2, третий перемножитель 7, второй полосовой фильтр 8, детектор 9 соединен со входом решающего блока 10, выход которого через последовательно соединенные блок управления поиском 11 и блок генераторов опорных сигналов 12 соединен с другим входом третьего перемножителя 7 и одновременно - через последовательно соединенные второй элемент задержки 13, четвертый перемножитель 14, второй ограничитель 15, третий элемент задержки 16 - с другим входом второго перемножителя 6. При этом выход второго полосового фильтра 8 соединен с другим входом четвертого перемножителя 14. Выход второго ограничителя 15 соединен одновременно с другим входом первого перемножителя 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал от удаленного спутника и мощную структурную помеху от близко расположенного спутника, поступает на ограничитель 1, где осуществляется ее жесткое ограничение с последующей фильтрацией в полосовом фильтре 2 с полосой пропускания, равной ширине спектра используемых сигналов с кодовым разделением каналов. В результате на выходе фильтра 2 выделяется помеха и подавленный (на величину порядка 6 дБ) полезный сигнал, которые поступают на третий перемножитель 7, где указанная смесь перемножается с опорным сигналом блока 12, который представляет собой кодовую последовательность, аналогичную кодовой последовательности, используемой при формировании широкополосного мешающего сигнала ближнего спутника. Результат перемножения фильтруется узкополосным фильтром 8, детектируется детектором 9, результат детектирования сравнивается с порогом в блоке 10. Команда о превышении (непревышении) порога с выхода блока 10 подается на блок управления поиском 11, который обеспечивает сканирование по задержке блока 12 при отсутствии превышения в блоке 10 и прекращает его при превышении порога в блоке 10. В случае превышения в блоке 10 опорная кодовая последовательность, формируемая блоком 12, находится в синхронизме с помехой, поэтому на выходе блока 8 выделяется свернутая отфильтрованная помеха, которая в блоке 14 опять становится широкополосной за счет манипуляции ее по фазе той же опорной кодовой последовательностью блока 12, подаваемой на блок 14 через элемент задержки 13. В то же время полезный сигнал от удаленного спутника в блоке 7 не сворачивается, так как его кодовая последовательность не совпадает с кодовой последовательностью блока 12. Это означает, что за счет корреляционной обработки в блоках 7,8 полезный сигнал подавляется в Б раз, где Б - база широкополосного сигнала.

Таким образом на выходе блока 14 формируется оценка мешающего сигнала ближнего спутника, а сигнал удаленного спутника практически подавлен. Сформированная оценка помехи через ограничитель 15, обеспечивающий постоянство ее уровня, подается на перемножитель 4, где за счет перемножения ее со входной смесью, поступающей со входа устройства через первый элемент задержки 3, осуществляется ее свертка. Свернутая узкополосная помеха режектируется блоком 5 и на выход устройства не проходит.

В то же время полезный сигнал за счет перемножения в блоке 4 с оценкой помехи получает дополнительную фазовую манипуляцию, которая затем снимается в блоке 6 за счет перемножения с тем же опорным сигналом, поступающим на опорный вход блока 6 с выхода блока 15 через элемент задержки 16. Часть расширенного спектра сигнала режектируется в блоке 5, что может привести к потере части мощности полезного сигнала. Однако в связи с тем, что оценка помехи полностью аналогична по структуре помехе во входной смеси, полоса режекции блока 5 значительно меньше полосы пропускания блока 8. Это значит, что потери мощности сигнала на выходе К<<Б, где Б - база используемых широкополосных сигналов.

Таким образом на выходе устройства выделяется полезный сигнал от удаленного спутника, а помеха от близко расположенного спутника не проходит.

Рассмотрим аппаратурную реализацию блоков.

Блок 12 может быть выполнен в виде набора генераторов кода, аналогичных генераторам кода, используемым на спутниках данной системы. По данным аппаратуры программного наведения (АПН), располагающей информацией о местоположении спутников, в каждый данный момент времени ко входу блока 7 подключается генератор кода, соответствующий генератору кода наиболее близко расположенного спутника.

Блоки 3, 13, 16 обеспечивают выравнивание сигналов во времени с учетом задержки в тракте их обработки.

В прототипе степень подавления помехи определяется соотношением:
ΔU_п= U_п-U_o,
где U_п - амплитуда помехи во входной смеси,
U_о - уровень ограничения ограничителя,
ΔU_п - - остаточное напряжение помехи на входе вычитателя.

В связи с тем, что в прототипе уровень ограничения имеет постоянное значение, с увеличением амплитуды помехи при приближении решающего спутника величина ΔU_п растет, то есть степень подавления помехи снижается. Кроме того, применение ограничителя в тракте формирования оценки помехи обеспечивает подавление слабого сигнала не более, чем на 6 дБ. Это означает, что часть полезного сигнала проходит через тракт формирования оценки помехи и в вычитателе компенсируется полезный сигнал во входной смеси, что приводит к энергетическим потерям полезного сигнала.

Кроме того, эффективность схем компенсации резко снижается с увеличением спектра компенсируемых сигналов из-за возрастания аппаратурных сложностей выравнивания сигналов по амплитуде и времени, при этом степень подавления помех в компенсационных схемах определяется величиной (20 - 40) дБ.

В заявляемом устройстве с использованием корреляционной обработки помехи осуществляется восстановление помехи, при этом восстановленная помеха используется в качестве опорного сигнала в перемножителях 4 и 6. В перемножителе производится свертка помехи, которая режектируется узкополосным режекторным фильтром, обеспечивающим ее подавление на величину порядка (60 - 80) дБ, при этом степень подавления помехи не зависит от ширины спектра используемых сигналов.

В предлагаемом устройстве исключаются энергетические потери полезного сигнала, так как в тракте формирования оценки помехи подавление сигнала осуществляется не только за счет использования ограничения входной смеси, но и за счет применения корреляционной обработки помехи, обеспечивающей дополнительное подавление сигнала в Б раз, где Б - база широкополосного сигнала.

Формула изобретения

Устройство подавления помех для спутниковых систем связи с кодовым разделением каналов, содержащее последовательно соединенные первый ограничитель и первый полосовой фильтр, при этом вход первого ограничителя является входом устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый элемент задержки, первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, выход которого является выходом устройства, а вход первого элемента задержки соединен со входом первого ограничителя, последовательно соединенные третий перемножитель, второй полосовой фильтр, амплитудный детектор, решающий блок, блок управления поиском, блок генераторов опорных сигналов, второй элемент задержки, четвертый перемножитель, второй ограничитель и третий элемент задержки, выход которого соединен с другим входом второго перемножителя, причем выход первого полосового фильтра соединен с одним из входов третьего перемножителя, другой вход которого соединен с выходом блока генераторов опорных сигналов, выход второго полосового фильтра одновременно соединен с одним из входов четвертого перемножителя, а выход второго ограничителя - с другим входом первого перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2