Устройство компенсации помех для приемников широкополосных фазоманипулированных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Устройство позволяет повысить степень подавления структурных помех, так как применение ограничителя, включенного между вторым перемножителем и опорными входами третьего и четвертого перемножителей, обеспечивает резкое уменьшение полосы режекции режекторного фильтра, включенного в тракт формирования оценки помехи, что позволяет устранить искажение оценки помех и повысить степень их подавления. 2 ил.

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

Известны устройства компенсации помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ N 2000666, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00, N 2000665, H 04 B 1/10 и N 2000659, H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным и структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является "Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов" по патенту РФ N 2115239C, кл. H 04 B 1/10, 1994 г., структурная схема которого приведена на фиг. 1, где обозначено: 1, 6 - первый и второй вычитатели; 2, 5 - первый и второй перемножители; 3 - полосовой фильтр; 4 - фазовращатель; 7 - блок с регулируемым коэффициентом передачи; 8 - блок формирования регулирующего напряжения; 9 - генератор копии сигнала; 10, 11 - третий и четвертый перемножители; 11 - режекторнмй фильтр.

Устройство содержит последовательно соединенные первый вычитатель 1, первый перемножитель 2, полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, второй вычитатель 6, третий перемножитель и режекторный фильтр 11, четвертый перемножитель 12, блок с регулируемым коэффициентом передачи 7, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя 1. Первые входы вычитателей 1 и 6 объединены и являются входом устройства.

Выход первого перемножителя 2 соединен также со входом блока формирования регулирующего напряжения 8, выход которого соединен со вторым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 13. Вторые входы первого 2, второго 5, третьего 10 и четвертого 12 перемножителей соединены с выходом генератора копии сигнала 9.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и структурную помеху, поступает одновременно на входы блоков 1 и 6. В блоке 1 из входной смеси вычитается оценка помехи, а в блоке 6 из входной смеси вычитается оценка сигнала. В исходный момент времени, когда напряжение на выходе блока 5 отсутствует, блоки 10 и 12 закрыты, поэтому напряжение с выхода блока 12 через блок 7 на блок 1 не подается. В этом случае входная смесь через блок 1 поступает на вход блока 2. В блоке 2 за счет перемножения с синхронным опорным сигналом, формируемым блоком 9, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который после фильтрации в блоке 3, через блок 4 подается на вход блока 5, где перемножается с тем же опорным сигналом. В результате перемножения на выходе блока 5 формируется оценка широкополосного сигнала, которая компенсирует в блоке 6 широкополосный сигнал во входной смеси. Одновременно помеха проходит тот же путь. В блоке 2 она манипулируется по фазе опорным сигналом блока 9, часть расширенного спектра помехи попадает в полосу пропускания блока 3 и через блок 4 поступает на вход блока 5, где узкая часть спектра помехи, отфильтрованная блоком 3, манипулируется по фазе тем же опорным сигналом, в результате чего эта часть спектра превращается в широкополосную помеху, коррелированную с полезным широкополосным сигналом.

Таким образом на выходе блока 5 присутствует не только широкополосный сигнал, но и широкополосная помеха, коррелированная с ним. Эта смесь подается на блок 6, в котором осуществляется компенсация полезного сигнала, при этом на его выходе выделяется структурная помеха и ее составляющая, коррелированная с полезным сигналом, которая подается на блок 3. В блоке 3 за счет перемножения с опорным сигналом блока 9 осуществляется свертка полезного широкополосного сигнала и широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом, в узкополосную помеху с ширимой спектра ΔF, равной полосе пропускания блока 3. Свернутые полезный сигнал и широкополосная составляющая помеха режектируются в блоке 11, полоса режекции которого ΔF_p = ΔF, и не проходят на блок 7. В то же время структурная помеха в блоке 10 получает дополнительную манипуляцию опорным сигналом блока 9, которая затем снимается в блоке 12 за счет перемножения с тем же опорным сигналом. Структурная помеха с выхода блока 12 подается через блок 7 на блок 1. Коэффициент передачи блока 7 регулируется с помощью блока 8 таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помехи.

Недостатком прототипа является малая степень подавления структурных помех.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, второй вычитатель, третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи, а также блок формирования регулирующего напряжения и генератор копии сигнала, при этом объединенные первые входы первого и второго вычитателей являются входом устройства, выход первого вычитателя является выходом устройства, выход первого перемножителя соединен также со входом блока формирования регулирующего напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, коэффициент передачи которого регулируется таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помех, выход генератора копии сигнала соединен со вторыми входами первого и второго перемножителей, опорные входы третьего и четвертого перемножителей объединены, введен ограничитель, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, а выход - с объединенными опорными входами третьего и четвертого перемножителей.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:
1, 6 - первый и второй вычитатель,
2 - первый перемножитель (фазовый манипулятор),
3 - полосовой фильтр,
4 - фазовращатель,
5 - второй перемножитель (фазовый ремодулятор),
7 - ограничитель,
8 - блок формирования регулирующего напряжения,
9 - генератор копии сигнала (генератор псевдослучайной последовательности),
10 - третий перемножитель (фазовый модулятор),
11 - блок режекции,
12 - четвертый перемножитель (фазовый ремодулятор),
13 - блок с регулируемым коэффициентом передачи.

Устройство содержит последовательно соединенные первый вычитатель 1, первый перемножитель 2, полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, второй вычитатель 6, третий перемножитель 10, режекторный фильтр 11, четвертый перемножитель 12, блок с регулируемым коэффициентом передачи 13, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя 1. Первые входы вычитателей 1 и 6 объединены и являются входом устройства. Выход первого перемножителя 2 соединен также со входом блока формирования регулирующего напряжения 8, выход которого соединен со вторым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 13. Вторые входы первого 2 и второго 5 перемножителей соединены с выходом генератора копии сигнала 9. Вторые входы третьего 10 и четвертого перемножителей 12 соединены с выходом ограничителя 7, вход которого соединен с выходом второго перемножителя 5.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и структурную помеху, поступает одновременно на первые входы вычитателей 1 и 6. При этом в вычитателе 1 из входной смеси вычитается оценка узкополосной помехи, а в вычитателе 6 из входной смеси вычитается оценка широкополосного сигнала.

В начальный момент времени, когда напряжение на выходе перемножителя 5 отсутствует, перемножители 10 и 12 закрыты, поэтому напряжение на второй вход вычитателя 1 не подается. В этом случае входная смесь через вычитатель 1 поступает на вход перемножителя 2. В перемножителе 2 за счет перемножения с синхронным опорным сигналом, формируемым в блоке 9, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который после фильтрации в полосовом фильтре 3, настроенном на частоту несущей полезного широкополосного сигнала f₀ и имеющем полосу пропускания, равную его полосе спектра Δf_ш, через фазовращатель 4 подается на вход перемножителя 5, где перемножается с тем же опорным сигналом. Здесь и далее под термином "перемножение" понимается процедура наложения и снятия фазовой манипуляции. В результате перемножения на выходе блока 5 формируется оценка широкополосного сигнала, которая компенсирует в вычитателе 6 широкополосный сигнал во входной смеси. Одновременно структурная помеха проходит тот же путь: через вычитатель 1, перемножитель 2, где манипулируется по фазе опорным широкополосным сигналом, формируемым в блоке 9. В результате этого помеха становится широкополосной, часть спектра ее попадает в полосовой фильтр 3 и через фазовращатель 4 поступает на вход перемножителя 5, где манипулируется по фазе тем же опорным сигналом. На выходе блока 5 структурная помеха становится широкополосной, коррелированной с полезным широкополосным сигналом, т.к. она имеет с ним одинаковый закон манипуляции и ту же несущую, равную частоте настройки фильтра 3. Таким образом, на выходе блока 5 присутствует не только широкополосный сигнал, но и широкополосная помеха, коррелированная с ним. Эта смесь поступает на опорные входы блоков 10 и 12 через блок 7. Блок 7 является усилителем, работающим в режиме ограничения, и предназначен для поддержания необходимого и постоянного уровня напряжения на опорных входах перемножителей 10 и 12 при изменении уровня помехи на входе. На сигнальный вход перемножителя 10 поступает структурная помеха из входной смеси с выхода вычитателя 6 и ее широкополосная составляющая, сформированная в блоках 1-5. За счет перемножения с широкополосным опорным сигналом в перемножителе 10 широкополосная составляющая помехи сворачивается, режектируется в блоке 11 и поэтому не проходит на вход вычитателя 1. В то же время структурная помеха, поступающая на вход блока 10 из входной смеси через вычитатель 6, в перемножителе 10 манипулируется по фазе опорной помехой, сформировавшейся на выходе блока 5. За счет этого помеха на выходе блока 10 становится еще более широкополосной. В перемножителе 12 за счет перемножения с той же опорной помехой она становится структурной помехой (аналогичной помехе во входной смеси), которая в вычитателе 1 компенсирует структурную помеху во входной смеси. Коэффициент передачи блока 13 регулируется с помощью блока формирования регулирующего напряжения 8 таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помех, аналогично тому, как это делается в прототипе.

В прототипе степень подавления помех ограничивается наличием в нем паразитной широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом и циркулирующей по кольцу обратной связи.

Действительно, нескомпенсированная часть помехи с выхода вычитателя 1 поступает на перемножитель 2, где манипулируется по фазе опорной псевдослучайной последовательностью, в результате чего она становится широкополосной.

Часть спектра ее, попавшая в полосовой фильтр 3, манипулируется по фазе (на 0, π) тем же опорным сигналом в блоке 5, в результате чего она превращается в паразитную широкополосную составляющую помехи, коррелированную с полезным сигналом (имеющую одинаковую с ним несущую частоту и закон манипуляции и отличающуюся от него только начальной фазой).

Паразитная широкополосная составляющая помехи по кольцу обратной связи (через вычитатель 6, ограничитель 7, вычитатель 1) поступает на блок 2, где за счет перемножения с тем же опорным сигналом сворачивается в паразитную узкополосную помеховую составляющую, которая попадает в полосовой фильтр 3, где суммируется с основной помеховой составляющей, попадающей в блок 3 из входной смеси. Этот процесс многократно повторяется. Таким образом в прототипе имеет место циркуляция помеховой составляющей и ее накопление в полосовом фильтре 3, что снижает устойчивость устройства и степень подавления помехи.

Для прототипа уровень паразитной составляющей помехи определяется соотношением

где Δ U_п = (1-k)U_п;
U_п - напряжение помехи на входе;
ΔF - полоса спектра свернутого полезного сигнала (полоса пропускания фильтра 3);
k - коэффициент передачи тракта между блоками 1 и 6.

При k = 1 устройство-прототип не работоспособно, а увеличение k приводит к увеличению длительности переходных процессов.

Ограничения, накладываемые на k, приводят к ограничению на значение ΔU_п. Так при k < 0,9 Δ U_п > 0,1 U_п, а с учетом накопления паразитной составляющей помехи для U_шпп для прототипа имеем

В заявляемом устройстве цепь между вычитателями 1 и 6 в исходный момент времени разорвана и открывается только при выделении напряжения на выходе блока 7. Это означает, что в нем значение k может быть как угодно близким к 1, а ΔU_п - как угодно малым. Режекция паразитной составляющей помехи в блоках 10, 11, 12 исключает возможность ее накопления, поэтому для уровня паразитной широкополосной составляющей помехи в заявляемом устройстве можно записать

k_→∞
Так при k = 0,99 получаем

Из сравнения (1) и (3), а также (2) и (4) видно, что в заявляемом устройстве может быть достигнута значительно большая степень подавления помехи, чем в прототипе.

В то же время в заявляемом устройстве в блоках 10, 11, 12 за счет режекции части спектра широкополосной структурной помехи в блоке режекции 11, поступающей в него из входной смеси через вычитатель 6, образуется новая паразитная помеховая составляющая, уровень которой определяется соотношением

т. е. зависит от полосы режекции блока 11. Т.к. блок 11 режектирует результат свертки коррелированных составляющих помех, отличающихся только начальными фазами, Δ F₁₁ ---> 0, следовательно, U_шпп2 ---> 0. При этом эта составляющая в устройстве не накапливается.

Таким образом, в заявляемом устройстве исключается накопление паразитных помеховых составляющих и снимаются ограничения на коэффициент передачи тракта между вычитателями, что обеспечивает более высокую степень подавления структурных помех по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных фазоманипулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, второй вычитатель, третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи, а также блок формирования регулирующего напряжения и генератор копии сигнала, при этом объединенные первые входы первого и второго вычитателей являются входом устройства, выход первого вычитателя является выходом устройства, выход первого перемножителя соединен также со входом блока формирования регулирующего напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, коэффициент передачи которого регулируется таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помех, выход генератора копии сигнала соединен со вторыми входами первого и второго перемножителей, вторые входы третьего и четвертого перемножителей объединены, отличающееся тем, что введен ограничитель, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, а выход - с объединенными вторыми входами третьего и четвертого перемножителей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2