Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости к узкополосным и структурным помехам. Сущность заявленного устройства заключается в том, что выигрыш в степени подавления паразитной составляющей помехи определяется соотношением полос режекции полосового фильтра и блока режекции. При этом полоса режекции блока режекции очень узка и не зависит ни от скорости передачи информации, ни от глубины паразитной амплитудной модуляции. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ N 2000666, H 04 В 1/10, H 04 L 7/00; N 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659, H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство корреляционной обработки широкополосных сигналов по а.с. N 1688416, H 04 B 1/10, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - первый перемножитель (фазовый модулятор), 2 - генератор копии сигнала, 3 - второй перемножитель (фазовый ремодулятор), 4 - режекторный фильтр, 5 - выходной фильтр, 6 - первый аттенюатор, 7 - вычитатель, 8 - первый элемент задержки, 9 - второй элемент задержки,
10 - полосовые фильтры,
11 - ключи,
12 - вторые аттенюаторы,
13 - четвертые элементы задержки,
14 - обнаружители узкополосной помехи,
15 - третий перемножитель,
16 - третий элемент задержки,
17 - частотные каналы.

Работает устройство следующим образом.

Входной широкополосный шумоподобный сигнал (ШПС) и помеха поступают на вход перемножителя 1, где перемножаются с копией ШПС, синхронной с приходящим ШПС, формируемой в генераторе 2. За счет этого ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется режекторным фильтром 4, и узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее полосу ΔF (где ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на перемножитель 3. В перемножителе 3 широкополосная помеха перемножается с синхронной с ней копией ШПС, подаваемой на него с выхода генератора 2 через элемент 8, обеспечивающий выравнивание задержек в тракте распространения широкополосной помехи и копии ШПС.

За счет перемножения с копией ШПС широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на частотные каналы 17. В каждом частотном канале 17 узкополосная помеха фильтруется в парциальной полосе полосового фильтра 10, равной

где Δf_ш - полоса ШПС, после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если обнаружителем 14 принято решение об обнаружении помехи в данном парциальном канале. Помеха, прошедшая через ключ 11, через аттенюатор 12 и элемент задержки 13 поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход вычитателя 7 со входа устройства через аттенюатор 6 и элемент 9. Элементы 9, 13 и аттенюаторы 6 и 12 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы вычитателя 7. Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал проходит на выход вычитателя 7. После перемножения в перемножителе 15 с копией ШПС, поступающей с выхода генератора 2 через элемент 16, широкополосный сигнал "сворачивается" в узкополосный сигнал, который фильтруется в выходном фильтре 5, после чего поступает на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и копии ШПС на входах перемножителя 15.

Недостатком такого устройства является низкая помехоустойчивость к узкополосным и структурным помехам.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, аттенюатор, третий перемножитель и генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя, введены ограничитель, усилитель, последовательно соединенные четвертый перемножитель, блок режекции, пятый перемножитель и устройство фазирования, сигнальный вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход устройства фазирования соединен со входом аттенюатора, выход которого соединен с другим входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, вход элемента задержки объединен со входом ограничителя и является входом устройства, выход ограничителя соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель и третий перемножитель соединен с опорными входами пятого и четвертого перемножителей, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, а выход генератора копии сигнала соединен с опорными входами второго и третьего перемножителей.

Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено:
1 - ограничитель;
2 - первый перемножитель;
3 - режекторный фильтр;
4 - второй перемножитель;
5 - четвертый перемножитель;
6 - блок режекции;
7 - пятый перемножитель;
8 - устройство фазирования;
9 - аттенюатор;
10 - вычитатель;
11 - генератор копии сигнала;
12 - элемент задержки;
13 - усилитель;
14 - полосовой фильтр;
15 - третий перемножитель.

Устройство содержит последовательно соединенные ограничитель 1, вход которого соединен со входом устройства, первый перемножитель 2, режекторный фильтр 3, второй перемножитель 4, четвертый перемножитель 5, блок режекции 6, пятый перемножитель 7, устройство фазирования 8, аттенюатор 9, вычитатель 10, второй вход вычитателя 10 объединен со входом устройства фазирования 8 и через элемент задержки 12 соединен со входом устройства. Выход первого перемножителя 2 соединен со входом полосового фильтра 14, выход которого через усилитель 13 соединен со входом третьего перемножителя 15, выход которого соединен с опорными входами четвертого 5 и пятого 7 перемножителей. Выход генератора копии сигнала 11 соединен с опорными входами первого 2, второго 4 и третьего 15 перемножителей.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный фазоманипулированный сигнал и узкополосную помеху, поступает на один из входов вычитателя 10 через элемент задержки 12, а на другой вход - через последовательно соединенные ограничитель 1, первый перемножитель 2, режекторный фильтр 3, второй перемножитель 4, четвертый перемножитель 5, блок режекции 6, пятый перемножитель 7, устройство фазирования 8, аттенюатор 9. В ограничителе 1 происходит ограничение входной смеси и подавление слабого сигнала сильной помехой. Кроме того, паразитная амплитудная модуляция сигнала, которая может возникнуть за счет фильтрации спектра сигнала в передатчике и приемнике, превращается в паразитную фазовую модуляцию (см. Дж.Спилкер "Цифровая спутниковая связь", М., Связь, 1979 г., с. 290).

Помеха и подавленный полезный сигнал подаются в первый перемножитель 2, где перемножаются (манипулируются по фазе на 0, π) с опорной псевдослучайной последовательностью, формируемой блоком 11, синхронной с полезным сигналом. В результате этого полезный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется режекторным фильтром 3. Помеха за счет манипуляции опорным сигналом становится широкополосной фазоманипулированной помехой. Часть спектра ее режектируется в блоке 3, остальная часть поступает на второй перемножитель 4, где перемножается с тем же опорным сигналом, за счет чего опять становится узкополосной. Одновременно с выхода первого перемножителя 2 свернутый полезный сигнал и часть спектра широкополосной помехи фильтруются полосовым фильтром 14, усиливаются усилителем 13 и манипулируются по фазе на 0, π в третьем перемножителе. Сформированный широкополосный сигнал используется как опорный для четвертого и пятого перемножителей. Полоса пропускания полосового фильтра 14 выбирается равной полосе режекции фильтра 3. За счет режекции части спектра широкополосной помехи в блоке 3 на выходе второго перемножителя 4 формируется широкополосная паразитная составляющая помехи, коррелированная с полезным сигналом (имеющая ту же несущую и тот же закон манипуляции и отличающаяся от него только начальной фазой, одинаковой с начальной фазой узкополосной помехи).

Опорный сигнал на выходе третьего перемножителя 15 представляет смесь широкополосного полезного сигнала и широкополосной помехи, коррелированной с полезным сигналом (отличающейся от него только начальной фазой).

Результат свертки паразитной широкополосной составляющей помехи с опорным сигналом, коррелированным с ним, представляет собой узкополосный сигнал, режектируемый в блоке режекции 6. В то же время на узкополосную помеху в четвертом перемножителе 5 накладывается манипуляция широкополосным опорным сигналом, а в пятом перемножителе 7 манипуляция снимается за счет перемножения с тем же широкополосным опорным сигналом.

В результате на выходе перемножителя 7 присутствует узкополосная помеха и новая (вторая) ее паразитная составляющая, появление которой обусловлено режекцией части широкополосной помехи (образовавшейся из узкополосной) в блоке режекции 6. Однако эта паразитная составляющая ослаблена по мощности по отношению к помехе во входной смеси значительно больше, чем первая паразитная составляющая на выходе второго перемножителя 4.

С выхода блока 7 узкополосная помеха подается на опорный вход устройства фазирования 8, на сигнальный вход которого через элемент задержки 12 подается входная смесь. На выходе устройства фазирования 8 формируется узкополосная помеха, фаза которой определяется фазой помехи, подаваемой на сигнальный вход устройства фазирования 8, т.е. узкополосной помехой во входной смеси только постоянным множителем (см. B.М. Свистов "Радиолокационные сигналы и их обработка", М., Сов.радио, 1977 г., стр. 123). Таким образом, блок 8 обеспечивает автоматическую подстройку амплитуды и фазы оценки помехи под помеху во входной смеси, что обеспечивает эффективное ее подавление.

С выхода устройства фазирования 8 через аттенюатор 9 оценка узкополосной помехи поступает на вход вычитателя 10, где компенсирует помеху во входной смеси. Аналогичным образом осуществляется компенсация структурной помехи.

В устройстве-прототипе при большом числе узкополосных помех увеличивается число открытых частотных каналов. При большой загрузке диапазона частот помехами, а также при воздействии структурной помехи все частотные каналы в устройстве-прототипе открыты и степень подавления паразитной широкополосной составляющей определяются соотношением:
,
где Δf_ш - полоса спектра полезного широкополосного сигнала,
ΔF_pф - полоса режекции режекторного фильтра,
ΔF_инф - информационная полоса полезного сигнала.

При наличии паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала в приемнике или в передатчике полоса режекции режекторного фильтра дополнительно расширяется, т.е. ΔF_pф > ΔF_инф, что приводит к дополнительному снижению степени подавления паразитной составляющей. С увеличением скорости передачи снижается степень подавления паразитной составляющей за счет увеличения ΔF_инф.

В заявляемом устройстве происходит устранение паразитной широкополосной составляющей помехи, сформировавшейся на выходе второго перемножителя 4 за счет перемножения ее с коррелированным с ней опорным сигналом в блоке 5 и режекции результата свертки в блоке 6. Новая паразитная составляющая помехи, образовавшаяся на выходе блока 7, ослаблена значительно больше, чем на выходе блока 4. Это объясняется тем, что результат свертки на выходе блока 5 коррелированных составляющих (отличающихся только начальной фазой) представляет собой узкополосный процесс. При этом полоса режекции блока режекции 6 не зависит ни от информационной полосы, ни от паразитной амплитудной модуляции сигнала.

Последнее обстоятельство объясняется тем, что благодаря использованию на входе устройства ограничителя, паразитная амплитудная модуляция превращается в паразитную фазовую модуляцию (см. Дж. Спилкер "Цифровая спутниковая связь", М. , Связь, 1979 г. , стр. 250), при этом она одинакова на обоих входах перемножителя 5. Поэтому наличие ее не приводит к расширению спектра свернутой помехи, т.e. расширению полосы режекции блока режекции 6.

Таким образом, выигрыш в степени подавления паразитной составляющей помехи определяется соотношением полосы режекции режекторного фильтра 3 (равной полосе режекции режекторного фильтра прототипа) к полосе режекции блока режекции 6. При этом полоса блока 6 чрезвычайно узка и не зависит ни от скорости передачи информации, ни от глубины паразитной амплитудной модуляции.

Структурная схема режекторного фильтра 3 приведена на фиг. 3, где обозначено:
31 - полосовой фильтр,
32 - вычитатель.

Пояснить появление паразитной широкополосной составляющей помехи на выходе второго перемножителя 4 можно следующим образом. Часть спектра широкополосной помехи с выхода первого перемножителя 2 проходит непосредственно на выход вычитателя 32 и далее в перемножителе 4 сворачивается в узкополосную помеху, аналогичную помехе во входной смеси. В то же время часть спектра широкополосной помехи, попавшая в полосовой фильтр 31, становится узкополосной. В вычитателе 32 этот узкополосный сигнал изменяет фазу на 180^o, после чего попадает в перемножитель 4, где за счет манипуляции по фазе широкополосным сигналом становится широкополосной паразитной составляющей.

Структурная схема блока режекции 6 представлена на фиг. 4, где обозначено:
41 - фильтр нижних частот,
42, 44 - вычитатели,
43 - полосовой фильтр.

То есть блок режекции состоит из двух последовательно соединенных режекторных фильтров: режекторного фильтра нижних частот (блоки 41 и 42) и режекторного фильтра на частоту, равную удвоенной частоте несущей широкополосного сигнала (блоки 43 и 44), так как при перемножении двух широкополосных помех на частоте несущей широкополосного сигнала f_o образуется свертка на разностной (нулевой) частоте и на суммарной (2f_о).

Формула изобретения

Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, аттенюатор, третий перемножитель и генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя, отличающееся тем, что введены ограничитель, усилитель, последовательно соединенные четвертый перемножитель, блок режекции, пятый перемножитель и устройство фазирования, сигнальный вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход устройства фазирования соединен со входом аттенюатора, выход которого соединен с другим входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, вход элемента задержки объединен со входом ограничителя и является входом устройства, выход ограничителя соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель и третий перемножитель соединен с опорными входами пятого и четвертого перемножителей, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, а выход генератора копии сигнала соединен с опорными входами второго и третьего перемножителей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4