Способ корреляционной обработки широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости. Способ основан на перемножении в каждом из N каналов входной смеси с соответствующим синхронным опорным сигналом, в каждом из N каналов выделенную огибающую сравнивают с вторым порогом, далее отфильтрованный сигнал перемножают с тем же синхронным опорным сигналом, за счет чего восстанавливают принятый данным каналом сигнал, который вычитают из входной смеси на входе каналов, в которых не обнаружено временное превышение двух порогов. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами с кодовым разделением каналов.

Известны способы корреляционной обработки широкополосных сигналов (см. патенты РФ 2020762, Н 04 В 1/10, 2000666, Н 04 В 1/10, 2001525, Н 04 В 1/10 и др. ), общим недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ корреляционной обработки широкополосных сигналов, описанный в монографии "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б. Песттякова. - М.: Сов. радио, 1973, с.160, рис. 5.3.1, принятый за прототип.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующая способ-прототип, где обозначено: 1₁ - 1_N - перемножители; 2₁ - 2_N - полосовые фильтры; 3₁ - 3_N - амплитудные детекторы; 4₁ - 4_N - блоки сравнения с порогом; 5 - решающий блок; 6 - генератор копии сигналов.

Устройство-прототип содержит N-каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных перемножителя 1, полосового фильтра 2, амплитудного детектора 3, блока сравнения с порогом 4, выход которого соединен с соответствующим входом решающего блока 5, выход которого является выходом устройства. Один из выходов генератора копии сигнала 6 соединен с вторыми входами N-перемножителей 1, первые входы всех N каналов соединены между собой и являются входом устройства.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входной широкополосный сигнал поступает одновременно на первые входы N перемножителей 1₁-1_N, на вторые входы которых от генератора 6 подаются копии сигнала, отличающиеся между собой задержками. Результат перемножения (свертки) фильтруется в полосовом фильтре 2, детектируется в амплитудном детекторе 3 и сравнивается с порогом в блоке сравнения 4. Решающий блок 5 фиксирует канал, в котором превышен порог.

Способ-прототип, реализованный в устройстве, представленном на фиг. 1, заключается в перемножении в каждом из N каналов входной смеси с опорным сигналом, фильтрации результата перемножения, детектировании, сравнении выделенной огибающей напряжения с порогом и фиксации канала, в котором превышен порог. При этом опорные сигналы N каналов отличаются задержками.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в способе корреляционной обработки широкополосных сигналов, заключающемся в перемножении в каждом из N каналов входной смеси с соответствующим синхронным опорным сигналом, фильтрации результата перемножения, его детектировании и сравнении выделенной огибающей напряжения с первым порогом, в каждом из N каналов выделенную огибающую сравнивают с вторым порогом, далее отфильтрованный сигнал перемножают с тем же синхронным опорным сигналом. В результате восстанавливают принятый данным каналом сигнал, который вычитают из входной смеси на входе каналов, в которых не обнаружено одновременное превышение двух порогов.

Заявляемый способ основан на следующей последовательности действий над сигналом.

В предлагаемом способе представляется последовательность действий над входной смесью в корреляторе базовой станции системы связи с кодовым разделением каналов, в которой адресным признаком абонентов является код (структура) псевдослучайной последовательности.

Входную смесь, содержащую сигналы N абонентов сотовой системы связи с кодовым разделением перемножают в каждом из каналов с соответствующим синхронным опорным сигналом. Результат перемножения фильтруют, детектируют, выделенную огибающую напряжения одновременно сравнивают с первым (низким) и вторым (высоким) порогом.

Принятый в каждом из N каналов сигнал восстанавливают за счет перемножения отфильтрованного сигнала с тем же синхронным опорным сигналом. Восстановленные сигналы тех каналов, в которых зафиксировано одновременное превышение двух порогов, вычитают из входной смеси в тех каналах, в которых не обнаружено одновременное превышение двух порогов.

Пример аппаратурной реализации предлагаемого способа приведен на фиг.2, где использованы следующие обозначения: 1,8 - первый и второй перемножители; 2 - первый полосовой фильтр; 3 - амплитудный детектор;
4,7 - первый и второй блоки сравнения с порогом;
5 - решающий блок; 6 - генератор копии сигнала;
9₁ - 9_N - третий перемножитель;
10 - второй полосовой фильтр;
11 - ключ;
12,17 - первый и второй элементы задержки;
13 - вычислитель;
14₁ - 14_N - блок с регулируемым коэффициентом передачи;
15 - коммутатор;
16 - сумматор;
18₁ - 18_N - интегратор.

Устройство состоит из N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные коммутатор 15, первый перемножитель 1, первый полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3, выход которого через первый 4 и второй 7 блоки сравнения с порогом соединен со входами решающего блока 5, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа 11, второй выход решающего блока 5 соединен с управляющим входом коммутатора 15; выход генератора копии сигнала 6 соединен с опорным входом первого перемножителя 1 и через второй элемент задержки 17 с опорным входом второго перемножителя 8, сигнальный вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра 2 и входом амплитудного детектора 3 и одновременно является выходом канала, а выход второго перемножителя 8 через второй полосовой фильтр 10 соединен с сигнальным входом ключа 11, выход которого соединен с первым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 14, управляющий вход которого соединен с выходом интегратора 18, вход которого соединен с выходом третьего перемножителя 9, первый вход которого соединен с выходом вычитателя 13 и с первым входом коммутатора 15, а также присоединен к первым входам коммутаторов 15 каждого N канала соответственно, а второй вход третьего перемножителя 9 соединен с выходом блока с регулируемым коэффициентом передачи 14 и одним из входов сумматора 16, выход которого соединен с первым входом вычитателя 13, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки 12, вход которого соединен со вторым входом коммутатора 15 и со всеми вторыми входами коммутаторов 15 каждого N канала, а также является входом устройства.

Устройство, реализующее заявляемый способ, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигналы от N абонентов в каждом из N каналов поступает на первый вход блока 15 через последовательно соединенные блоки 12 и 13, а на второй вход блока 15 она поступает непосредственно. Отличие между каналами заключается в структурах опорных сигналов (копий сигналов абонентов), формируемых блоком 6, определяемых адресами абонентов системы.

В исходном режиме второй вход блока 15 подключен ко входу блока 1. При этом в каждом N канале осуществляется корреляционная обработка сигнала одного из N абонентов системы и формирование оценки (копии) структурной помехи, создаваемой данным абонентом другим абонентам системы в том случае, если уровень принимаемого в данном канале сигнала превышает допустимое значение. Оценки структурных помех, формируемых в каналах, подаются на сумматор 16. С использованием полученных оценок структурных помех осуществляется компенсация соответствующих им структурных помех во входной смеси. Это достигается за счет подачи входной смеси на второй вход вычитателя 13 через первый элемент задержки 12, а на его первый вход - смеси оценок структурных помех с выхода блока 16 через блок 14. Блоки 14, 9 и 18 обеспечивают автоматическую подстройку амплитуды оценки помехи, сформированной в каждом из N каналов таким образом, чтобы достигалось их максимальное подавление на выходе блока 13. Действительно, в блоках 9 и 18 вычисляется степень корреляции выходного сигнала блока 13 с оценкой структурной помехи, сформированной в данном канале. Чем больше степень корреляции, тем больше напряжение на выходе блока 18, при этом увеличение напряжения на выходе блока 18 приводит к увеличению коэффициента передачи блока 14, то есть к увеличению амплитуды оценки структурной помехи в данном канале, следовательно, к уменьшению разности между амплитудой структурной помехи и ее оценки.

Таким образом сигналы удаленных абонентов обрабатываются в соответствующих каналах после того, как во входной смеси скомпенсированы мощные сигналы ближних абонентов (структурные помехи).

Рассмотрим работу одного канала. На второй вход блока 15 поступает смесь сигналов от N абонентов со входа устройства, а на первый его вход - входная смесь, в которой скомпенсированы структурные помехи (мощные сигналы ближних абонентов). Блок 15 подключает ко входу блока 1 по командам блока 5 либо вход устройства, либо выход блока 13. В исходный момент времени ко входу блока 1 подключается вход устройства.

В этом случае входная смесь поступает на блок 1 через второй вход блока 15, где перемножается с синхронным опорным сигналом, формируемым блоком 6 (код псевдослучайной последовательности, формируемой блоком 6 данного канала, определяется адресом абонента). В блоке 1 осуществляется свертка широкополосного сигнала данного абонента в узкополосный сигнал, который фильтруется в блоке 2, детектируется в блоке 3 с первым (низким) порогом в блоке 4 и со вторым (высоким) порогом в блоке 7.

Низкий порог соответствует уровню чувствительности канала, при котором обеспечивается его функционирование с заданным качеством.

Высокий порог соответствует уровню, превышение которого приводит к невозможности приема сигналов от удаленных абонентов. Команды о превышении порогов в блоках 4 и 7 подаются на блок 5.

С выхода блока 2 сигнал также подается на выход устройства и одновременно на блок 8, где перемножается (манипулируется по фазе) с синхронным опорным сигналом блока 6, поступающим на блок 8 через блок 17.

За счет перемножения с тем же опорным сигналом узкополосный (свернутый) сигнал данного абонента опять становится широкополосным, аналогичным по структуре сигналу данного абонента. В блоке 10 сформированный широкополосный сигнал фильтруется, при этом полоса пропускания блока 10 равна ширине спектра сигнала, излучаемого данной абонентской станцией. Таким образом сформированная оценка структурной помехи является копией принятого сигнала данного абонента. Через ключ 11, управляемый блоком 5 и блок 14, оценка подается на один из N входов блока 16, где она суммируется с оценками структурных помех, сформированных в других каналах.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.3, где обозначено:
51, 53 - элемент И;
52 - инвертор;
54 - элемент ИЛИ.

Блок 5 содержит элемент ИЛИ 54 и N каналов, каждый из которых содержит элемент И 51, инвертор 52 и элемент И 53.

На входы элемента И 51, которые являются входами каждого канала, поступают команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов с выходов блоков 4 и 7. С выхода элемента И 51 сформированная команда ("1" и "0") подается на элемент ИЛИ 54 и инвертор 52 и первый выход блока 5, а через инвертор 52 и элемент И 53 - на его второй выход.

Рассмотрим режимы работы блока 5.

Если в канале данного абонента превышены оба порога, на выходе элемента И 51 формируется команда "1", которая, инвертируясь в инверторе 52, подается на элемент И 53 в виде команды "0". В этом случае при любом значении команды, вырабатываемой на выходе элемента ИЛИ 54, на выходе элемента И 53 формируется команда "0". Эта команда подается на управляющий вход блока 15, который подключает вход устройства на вход блока 1 (в этом случае компенсация структурных помех на входе блока 1 не производится). Одновременно команда "1" с выхода элемента И 51 подается на управляющий вход ключа 11, обеспечивая прохождение оценки структурной помехи, сформированной в данном канале к соответствующему входу сумматора 16.

В случае непревышения порога хотя бы в одном из блоков (4 или 7) на выходе элемента И 51 формируется "0", который подается на ключ 11, запирая его.

В этом случае оценка структурной помехи, формируемая в данном канале, не поступает на сумматор 16. Одновременно команда "0", инвертируясь в инверторе 52, поступает на вход элемента И 53 в виде команды "1". Если хотя бы в одном из N каналов наблюдается превышение двух порогов, на выходе элемента И 53 и элемента ИЛИ 54 формируется команда "1". Команда "1" с выхода элемента И 53 подается на блок 15 данного канала, обеспечивая подключение входа устройства ко входу блока 1 через последовательно соединенные блоки 12,13. В этом случае на вход данного канала входная смесь поступает после компенсации структурных помех.

Значение задержки блоков 12 и 17 подбирается при настройке устройства таким образом, чтобы обеспечивалась эффективная компенсация структурных помех в блоке 13 с учетом аппаратурных задержек в трактах формирования оценок структурных помех.

При использовании способа-прототипа помехоустойчивость к структурным помехам определяется базой используемых широкополосных сигналов и их взаимокорреляционными свойствами.

При реализуемых базах широкополосных сигналов (30-40) дБ степень подавления структурных помех при использовании способа-прототипа не является достаточной для систем связи с кодовым разделением каналов с подвижными абонентами, где динамический диапазон уровней сигналов, принимаемых базовой станцией, может достигать значения (60÷80) дБ.

Предлагаемый способ корреляционной обработки обеспечивает возможность обнаружения мощных сигналов ближних (к базовой станции) абонентов, создающих структурные помехи для удаленных от базовой станции абонентов, и формирования из них оценок структурных помех с последующим использованием их для компенсации соответствующих структурных помех во входной смеси при корреляционной обработке сигналов удаленных абонентов.

За счет указанных действий при использовании заявляемого способа обеспечивается повышение помехоустойчивости к структурным помехам (на 30÷40) дБ по сравнению со случаем использования способа-прототипа.

Формула изобретения

Способ корреляционной обработки широкополосных сигналов, основанный на том, что в каждом из N каналов обрабатывают широкополосный сигнал после компенсации структурных помех во входной смеси широкополосных сигналов, при этом перемножают широкополосный сигнал из входной смеси широкополосных сигналов с соответствующим синхронным опорным сигналом данного канала, в результате перемножения получают узкополосный сигнал этого канала, который фильтруют и получают отфильтрованный сигнал, который затем детектируют и получают выделенную огибающую напряжения, которую сравнивают с первым порогом, отличающийся тем, что в каждом из N каналов выделенную огибающую напряжения сравнивают с вторым порогом и обнаруживают одновременное превышение двух порогов, далее в каждом канале отфильтрованный сигнал перемножают с тем же синхронным опорным сигналом и получают восстановленный широкополосный сигнал, принятый данным каналом, который фильтруют и формируют оценку структурной помехи сигнала данного канала, затем оценки структурной помехи сигналов каналов, в которых не обнаружено одновременное превышение двух порогов, суммируют и вычитают из входной смеси широкополосных сигналов на входе каналов, обеспечивая выходной сигнал с компенсацией структурных помех каналов во входной смеси широкополосных сигналов, степень корреляции упомянутого выходного сигнала и оценки структурной помехи сигналов данного канала вычисляют в перемножителе и интеграторе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3