Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. В устройстве осуществляется компенсация структурной помехи с помощью ее оценки, аналогичной помехе во входной смеси. При этом оценка помехи формируется с учетом принятого информационного сигнала. Это означает, что эффективность компенсации не зависит от скорости передачи информации, что и является достигаемым техническим результатам. 5 ил.

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 B 1/10; N 2000663 H 04 B 1/10, N 2001525 H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по патенту РФ N 2000659, H 04 B 1/10, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - первый перемножитель, 2 - генератор копии сигнала, 3 - фильтр, 4 - режекторный фильтр, 5 - второй перемножитель, 6 - элемент задержки, 7₁, 7₂, 9₁, 9₂, 13 - дополнительные перемножители, 8₁, 8₂ - фильтры нижних частот, 10 - сумматор,
11 - фазовращатель,
12 - вычитатель,
14, 15 - дополнительные элементы задержки.

Устройство содержит последовательно соединенные элемент задержки 15, вычитатель 12, дополнительный перемножитель 13 и фильтр 3, выход которого является выходом устройства, а вход элемента задержки 15 объединен со входом первого перемножителя 1 и является входом устройства. Выход перемножителя 1 через последовательно соединенные режекторный фильтр 4, второй перемножитель 5 соединен со входом фазовращателя 11 на 90^o и одновременно с одними входами дополнительных перемножителей 7₁ и 9₁. Выход фазовращателя 11 соединен одновременно с одними входами дополнительных перемножителей 7₂ и 9₂.

Общая точка других входов дополнительных перемножителей 7₁ и 7₂ соединена с общей точкой выхода вычитателя 12 и входа дополнительного перемножителя 13. Выход дополнительного перемножителя 7₁ через последовательно соединенные ФНЧ 8₁ и дополнительный перемножитель 9₁ соединен с одним из входов сумматора 10. Выход дополнительного перемножителя 7₂ через последовательно соединенные ФНЧ 8₂ и дополнительный перемножитель 9₂ соединен с другим входом сумматора 10, выход которого соединен с другим входом вычитателя 12. Выход ГКС 2 соединен одновременно с другим входом перемножителя 1 и через элемент задержки 6 - с другим входом перемножителя 5.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал, представляющий собой смесь полезного ШПС и узкополосной помехи, поступает на вход перемножителя 1 и через элемент задержки 15 на вход вычитателя 12, где из него вычитается помеха, сформированная в кольце обратной связи. С выхода вычитателя 12 напряжение подается на перемножитель 13, где перемножается с опорным сигналом, формируемым в ГКС 2 и задержанным в элементе задержки 14. В результате перемножения через фильтр 3 подается на выход устройства. Одновременно напряжение с выхода перемножителя 1 поступает в кольцо обратной связи, содержащее элементы 4, 5, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂, 9₁, 9₂, 10 и 11. В результате перемножения с копией сигнала полезный ШПС на выходе перемножителя 1 сворачивается в узкополосный сигнал, а узкополосная помеха превращается в широкополосную с базой Б, равной базе полезного ШПС. В режекторном фильтре 4 осуществляется режекция свернутого полезного сигнала и части спектра помехи, попадающей в его полосу. В полосу режекторного фильтра попадает 1/Б-я часть мощности помехи, т.е. на выход режекторного фильтра 4 полезный сигнал не проходит, а помеха ослабляется не более чем в (1-1/Б) раз. С выхода режекторного фильтра 4 помеха поступает на перемножитель 5, где путем перемножения с той же копией последнего сигнала, задержанной в элементе задержки 6 на время, равное задержке в режекторном фильтре 4, широкополосная помеха сворачивается в узкополосную, т.е. приводится к своему первоначальному виду. Узкополосная помеха с выхода перемножителя 5 через элементы 7₁-11 подается на другой вход вычитателя 12, где компенсирует узкополосную помеху, поступающую по первому входу вычитателя 12.

Элементы 7₁-11 обеспечивают автоматическую подстройку амплитуды и фазы компенсирующего напряжения так, чтобы обеспечивалась противофазность помех, поступающих по входам вычитателя 12, и равенство их амплитуд.

Так как полезный сигнал поступает только по первому входу вычитателя 12, а помехи - как по первому входу, так и по второму, то сигнал на его выход проходит практически без искажений, а помехи в нем компенсируются. Нескомпенсированная часть помехи составляет 1/Б-ю ее часть. Следовательно, за счет введения кольца обратной связи с автоматической подстройкой амплитуды и фазы компенсирующего напряжения обеспечивается ослабление помехи на входе перемножителя 1 в Б раз.

Величины задержки элементов задержки 6 и 14 выбираются такими, чтобы обеспечить синхронность ШПС и опорного сигнала на входах перемножителей 1 и 13, элемент задержки 15 обеспечивает выравнивание по времени прихода помех, поступающих на входы вычитателя 12.

Для простоты укрупним блок-схему устройства-прототипа так, как показано на фиг. 2, где обозначено:
1 - блок режекции сигнала,
2 - синхронно-фазовый фильтр,
3 - вычитатель,
4 - элемент задержки,
5 - приемник.

Укрупненное устройство содержит последовательно соединенные блок режекции сигнала 1, синхронно-фазовый фильтр 2, вычитатель 3, приемник 5. Вход блока режекции сигнала 1 объединен со входом элемента задержки 4 и является входом устройства. Выход элемента задержки 4 соединен со вторыми входами вычитателя 3 и синхронно-фазового фильтра 2. Второй выход блока режекции 1 соединен со вторым входом приемника 5.

Недостатком такого устройства является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные вычитатель и приемник базовой станции, а также первый элемент задержки, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом синхронно-фазового фильтра, введены формирователь опорного сигнала, приемник мешающего сигнала, обнаружитель мешающего сигнала, элемент "И", блок с регулируемым коэффициентом передачи, ключ, второй элемент задержки, причем первый выход приемника мешающего сигнала соединен с информационным входом формирователя опорного сигнала, опорный выход которого соединен со входом синхронно-фазового фильтра, второй выход приемника мешающего сигнала соединен со вторым входом формирователя опорного сигнала и первым входом элемента "И", второй вход которого через обнаружитель мешающего сигнала соединен с третьим выходом приемника мешающего сигнала, выход элемента "И" соединен со входом ключа, второй вход которого через блок с регулируемым коэффициентом передачи соединен с выходом синхронно-фазового фильтра, выход ключа соединен со вторым входом вычитателя (фиг. 3).

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный фазоманипулированный сигнал, принимаемый основным приемником базовой станции, и мощная структурная помеха, представляющая собой сигнал данной системы, принимаемый другим приемником базовой станции (приемником мешающего сигнала), со входа устройства через элементы задержки 11 и 4 поступают на вход вычитателя 1, на второй вход которого поступает оценка структурной помехи, которая компенсирует помеху во входной смеси. Очищенный от помехи сигнал с выхода вычитателя 1 поступает на вход основного приемника 3. Формирование оценки структурной помехи происходит следующим образом. Приемник мешающего сигнала 7 принимает свой сигнал и определяет, является ли его сигнал помехой для другого (основного) приемника 3 базовой станции. Это решение принимается обнаружителем мешающего сигнала 8 на основании измерения уровня принятого сигнала и сравнения его с порогом. В случае превышения порога на выходе блока 8 выдается команда "1", которая подается на вход элемента "И" 9, на второй вход которого подается команда "сигнал синхронизации" со второго выхода приемника 7, свидетельствующая об установлении синхронизации в блоке 7. При наличии двух команд на входе элемента "И" 9 на его выходе формируется команда, открывающая ключ 5. Одновременно команда "сигнал синхронизации", а также информационный сигнал, выделяемый на выходах приемника 7, подаются на формирователь опорного сигнала 6, где формируется широкополосный сигнал, полностью аналогичный сигналу, принятому приемником 7. Этот сигнал подается на опорные входы синхронно-фазового фильтра 2, на сигнальные входы которого подается смесь с выхода элемента задержки 4.

Задержка блока 4 обеспечивает выравнивание во времени сигналов на опорном и сигнальном входах блока с регулируемым коэффициентом передачи 10 с учетом времени, которое затрачивается в блоках 7 и 6 на выделение сигнала синхронизации, информационного сигнала и формирование опорного сигнала, аналогичного структурной помехе во входной смеси, поступающей на вход элемента задержки 4.

На выход синхронно-фазового фильтра 2 приходит только тот сигнал, который совпадает по структуре с сигналом на его опорных входах (т.е. тот сигнал, результат свертки которого с опорным сигналом попадает в фильтр нижних частот синхронно-фазового фильтра 2 (см. фиг. 1).

Частота и фаза сигнала на выходе блока 2 полностью совпадает с частотой и фазой сигнала, подаваемого на сигнальный вход блока 2, а амплитуда его отличается от амплитуды сигнала, подаваемого на сигнальный вход, только постоянным множителем, который с помощью блока 10 приводится к единице.

В то же время полезный сигнал отличается от опорного сигнала по структуре и задержке и не сворачивается в синхронно-фазовом фильтре 2 и поэтому не проходит на его выход.

Таким образом, на выходе блока с регулируемым коэффициентом передачи 10 формируется оценка структурной помехи, совпадающая по амплитуде, частоте и фазе с помехой во входной смеси, что позволяет ее эффективно компенсировать в вычитателе 1.

В прототипе в блоке режекции сигнала 1 (фиг. 2) осуществляется режекция из входной смеси полезного сигнала. Это достигается за счет свертки полезного сигнала и его режекции в режекторном фильтре 4 (фиг. 1).

В этот режекторный фильтр попадает и часть широкополосной структуры помехи, присутствующей на выходе перемножителя 1 (фиг. 1). За счет этого оценка структурной помехи отличается от структурной помехи во входной смеси. При этом отличие возрастает с увеличением отношения ΔF_рф/Δf_ш, где Δf_ш - полоса спектра широкополосного сигнала, ΔF_рф - полоса режекции фильтра 4 (фиг. 1). Полоса режекции ΔF_рф согласована с информационной скоростью полезного сигнала. Поэтому при увеличении скорости передаваемых сообщений возрастает искажение оценки структурной помехи, что снижает степень ее компенсации.

В заявляемом устройстве приемник сигнала базовой станции, работающий с ближним абонентом (приемник мешающего сигнала), принимает решение о том, что его сигнал мешает приему сигнала от удаленного абонента. С использованием команд, формируемых приемником мешающих сигналов 7, в формирователе 6 формируется сигнал, аналогичный сигналу, принимаемому блоком 7. Этот сигнал является мешающим (структурной помехой) для приемника 3. Поэтому через синхронно-фазовый фильтр 2, обеспечивающий привязку его фазы и амплитуды к амплитуде и фазе структурной помехи, поступающей на вход элемента задержки 4, он подается на вход вычитателя 1, где компенсирует структурную помеху во входной смеси.

Таким образом, в заявляемом устройстве осуществляется компенсация структурной помехи с помощью ее оценки, аналогичной помехе во входной смеси. При этом оценка помехи формируется с учетом принятого информационного сигнала. Это означает, что эффективность компенсации не зависит от скорости передачи информации, как это имеет место в прототипе.

Формирователь опорного сигнала 6 может быть выполнен, например, так как показано на фиг. 4, где обозначено:
41 - генератор несущей и тактовой частот;
42 - формирователь опорной псевдослучайной последовательности;
43 - генератор псевдослучайной последовательности;
44, 45 - перемножитель,
46 - фазовращатель;
47 - фазовый манипулятор,
48 - сумматор.

Фазирование блоков 42 и 43 осуществляется командой "сигнал синхронизации", формируемой приемником 7. При этом информационный сигнал на блок 47 поступает также от приемника 7.

Приемник 7 может быть выполнен так, как показано на фиг. 5, где обозначено:
51 - устройство синхронизации,
52, 53 - перемножители,
54 - формирователь опорой псевдослучайной последовательности,
55 - генератор опорной псевдослучайной последовательности,
56 - устройство фазирования,
57, 58 - полосовые фильтры,
59 - фазовый детектор.

При этом сигнал синхронизации, формируемый блоком 51 используется в формирователе 6 для синхронизации опорных генераторов. Сигнал с выхода блока 57 подается на обнаружитель мешающего сигнала 8.

Обнаружитель мешающего сигнала 8 содержит амплитудный детектор и схему сравнения с порогом.

Блок с регулируемым коэффициентом передачи 10 может быть выполнен в виде аттенюатора.

Элементы задержки 4 и 11 являются регулируемыми в процессе настройки и обеспечивают синхронность сигналов на входах синхронно-фазового фильтра и входах вычитателя.

Патентообладатель - Воронежский НИИ связи.

Формула изобретения

Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные вычитатель и приемник базовой станции, а также первый элемент задержки, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом синхронно-фазового фильтра, отличающееся тем, что введены формирователь опорного сигнала, формирующий структурную помеху, другой приемник базовой станции, принимающий свой сигнал, обнаружитель сигнала, принимающий решение о том, является ли сигнал, принятый другим приемником базовой станции, мощной структурной помехой для приемника базовой станции, элемент И, на один вход которого поступает команда с выхода упомянутого обнаружителя сигнала, на другой - команда "сигнал синхронизации" с другого приемника базовой станции, блок с регулируемым коэффициентом передачи, ключ и второй элемент задержки, при этом информационный сигнал и команда "сигнал синхронизации" с выходов другого приемника базовой станции подаются на упомянутый формирователь опорного сигнала, выход которого соединен с опорным входом синхронно-фазового фильтра, выход ключа соединен с вторым входом вычитателя, на вход которого поступает через первый и второй элементы задержки сигнал с входа устройства, выход элемента И соединен с входом ключа, второй вход которого через блок с регулируемым коэффициентом передачи соединен с выходом синхронно-фазового фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5