Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для подавления структурных помех на входе приемника базовой станции, принимающего сигнал от удаленного абонента в условиях воздействия мощных сигналов ближних абонентов. Подавление структурных помех осуществляется за счет их компенсации, при этом формирование оценок структурных помех производится за счет восстановления сигналов, принятых приемниками ближних абонентов с учетом автоматической подстройки их фаз и амплитуд, что обеспечивает повышение точности оценки структурных помех и степени их подавления. 7 ил.

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

Известны устройства подавления структурных внутрисистемных помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах 2000666, 2000665, Н 04 В 1/10, в которых осуществляется компенсация структурных помех, при этом оценка внутрисистемной помехи формируется на основе выявления отличия ее структуры от структуры полезного сигнала.

Недостатком известных устройств является их низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по а.с. 1688416, структурная схема которого приведена на фиг.1, где 1, 3 и 15 - первый, второй и третий перемножители, 2 - генератор копии широкополосного сигнала, 4 - режекторный фильтр, 5 и 10 - первый и второй фильтры, 6 и 12 - первый и второй аттенюаторы, 7 - вычитатель, 8, 9, 16 и 13 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки, 11 - ключ, 14 - блок обнаружения помех, 17 - n частотных каналов.

Укрупненная схема устройства-прототипа приведена на фиг.2, где частотные каналы объединены в блок 5, а генератор копии широкополосного сигнала 2, элемент задержки 16, последовательно соединенные перемножитель 15 и полосовой фильтр 5 объединены в блок 2 (приемник). На фиг.2 обозначено: 1 и 3 - первый и второй перемножители, 2 - приемник, 4 - режекторный фильтр, 5 - блок частотной селекции помех, 6 - аттенюатор, 7 - вычитатель, 8 и 9 - первый и второй элементы задержки.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, блок частотной селекции помех 5, n выходов которого соединены с n входами вычитателя 7 соответственно, выход которого соединен с приемником 2, выход которого является выходом устройства. Кроме того, оно содержит последовательно соединенные аттенюатор и второй элемент задержки 9, выход которого соединен с соответствующим входом вычитателя 7. Причем входы первого перемножителя 1 и аттенюатора 6 соединены и являются входом устройства. При этом другой выход приемника 2 соединен с опорным входом первого перемножителя 1 и через первый элемент задержки 8 соединен с опорным входом второго перемножителя 3.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входной широкополосный сигнал (ШПС) и помеха поступают на вход блока 1, где перемножаются с копией ШПС, синхронной с приходящим ШПС, формируемой в блоке 2. За счет этого ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 4, а узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через блок 4, вырезающий из нее полосу ΔF (где ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на блок 3. В блоке 3 широкополосная помеха перемножается с синхронной с ней копией ШПС, подаваемой на него с выхода блока 2 через блок 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 блок 5, в котором узкополосная помеха фильтруется в n парциальных полосах, каждая из которых равна .

Каждый из n каналов открывается в том случае, если в нем обнаружена помеха, которая подается на соответствующий вход блока 7, где компенсирует соответствующую помеху, поступающую на другой вход блока 7 со входа устройства через блоки 6 и 9. Элемент задержки 9, аттенюатор 6 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы блока 7. Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим - только узкополосная помеха, то помеха компенсируется, а широкополосный сигнал проходит на выход блока 7 и на вход блока 2 и далее на выход устройства.

Указанный недостаток устраняется за счет того, что в устройство, содержащее первый и второй элементы задержки, вычитатель и приемник полезного сигнала, выход которого является выходом устройства, введены последовательно соединенные первый коммутатор и сумматор, последовательно соединенные блок управления и второй коммутатор, а также n каналов (n=N-1, где N - число абонентов базовой станции).

Каждый из n каналов содержит последовательно соединенные приемник мешающего сигнала, формирователь копии помехи, синхронно-фазовый фильтр, третий элемент задержки, выход которого соединен с соответствующим сигнальным входом первого коммутатора, а также решающий блок, первый вход которого соединен с первым выходом приемника мешающего сигнала, второй выход которого соединен со вторым входом формирователя копии помехи, а третий выход приемника мешающего сигнала соединен со вторым входом решающего блока, выход которого соединен с соответствующим управляющим входом первого коммутатора и входом блока управления, при этом входы первого и второго элементов задержки и всех (N-1) приемников мешающего сигнала соединены между собой и являются входом устройства.

Кроме того, выход первого элемента задержки через вычитатель соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого соединен со входом приемника полезного сигнала, первый выход которого соединен с (N+1)-м входом блока управления, N-й вход которого соединен с третьим выходом приемника полезного сигнала, выход второго элемента-задержки соединен со вторым входом второго коммутатора, выход первого элемента задержки соединен с соединенными между собой сигнальными входами синхронно-фазовых фильтров всех (N-1) каналов.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.3, где 1 и 6 - первый и второй элементы задержки, 2 - вычитатель, 3 - блок управления, 4 - приемник полезного сигнала, 4₁÷4_(N-1) - приемники мешающего сигнала, 5₁÷5_(N-1) - формирователи копии помехи, 7₁÷7_(N-1) - синхронно-фазовые фильтры, 8₁÷8_(N-1) - третий элемент задержки, 9₁÷9_(N-1) - решающие блоки, 10 и 12 - первый и второй коммутаторы, 11 - сумматор.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый элемент задержки 1 и вычитатель 2, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора 12, выход которого соединен с первым входом приемника полезного сигнала 4, выход которого является выходом устройства. Кроме того, вход первого элемента задержки 1 соединен со входом второго элемента задержки 6 и является входом устройства. Выход второго элемента задержки 6 соединен со вторым входом второго коммутатора 12. При этом входы приемников мешающего сигнала каждого из n каналов 4₁÷4_N-1 (n=N-1, где N - число абонентов базовой системы связи) соединены между собой и со входом устройства. Причем, каждый канал содержит последовательно соединенные формирователь копии помехи 5, синхронно-фазовый фильтр 7 и третий элемент задержка 8, выход которого соединен с соответствующим каждому каналу сигнальным входом первого коммутатора 10.

Первый и второй выходы приемника мешающего сигнала 4₁ (4_N-1) соединены с первым и вторым входами формирователя копии помехи 5 соответственно. При этом первый выход блока 4₁ (4_N-1) соединен и с первым входом решающего блока 9, второй вход которого соединен с третьим выходом блока 4₁ (4_N-1). Выход решающего блока 9 соединен с соответствующим управляющим входом первого коммутатора 10 и входом блока управления 3. N-1 выходов первого коммутатора 10 соединены с N-1 входами сумматора 11 соответственно. Выход сумматора 11 соединен с управляющим входом вычитателя 2, первый вход которого соединен с сигнальными входами синхронно-фазового фильтра каждого канала 7₁÷7_N-1. Первый выход приемника полезного сигнала 4 соединен с (N+1)-м входом блока управления 3, N-й вход которого соединен с третьим выходом приемника 4. Выход блока управления 3 соединен с управляющим входом второго коммутатора 12.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь сигналов N абонентов системы связи с кодовым разделением каналов поступает на базовую станцию, содержащую приемник данного абонента 4, рассматриваемый как приемник полезного сигнала, и приемники других абонентов данной системы 4₁÷4_N-1, рассматриваемые как приемники мешающих сигналов в связи с тем, что принимаемые ими сигналы потенциально (при определенных условиях) могут оказывать мешающее влияние на приемник 4, создавая структурные помехи. На входы блоков 4₁÷4_N-1 входная смесь поступает непосредственно, а на вход блока 4 - либо через блоки 6, 12, либо через блоки 1, 2, 12.

Блок 12 управляется блоком 3, который подключает к выходу блока 12 его первый вход в том случае, если блок 4 не вошел в синхронизм с сигналом своего абонента, а хотя бы один из уровней сигналов, принимаемых блоками 4₁÷4_N-1, превысил допустимое значение.

На первый вход блока 2 поступает входная смесь через блок 1, а на второй его вход - смесь оценок структурных помех с выхода блока 11.

Формирование оценок структурных помех (копий структурных помех) осуществляется в n=N-1 (где N - число абонентов системы) каналах. В каждом из n каналов, например в первом, с первого выхода блока 4₁ подается сигнал синхронизации данного приемника со входным сигналом соответствующего абонента системы, а со второго выхода блока 4₁ на второй вход блока 5₁ подается информация (информационные символы "1" и "0"), выделенная в блоке 4₁.

В блоке 5₁ с использованием указанных сигналов формируется копия структурной помехи (копия сигнала от абонента, принятая блоком 4₁), которая через блоки 7₁ и 8₁ подается на соответствующий вход первого коммутатора 10. Одновременно "сигнал синхронизации" с 1-го выхода блока 4₁ подается на 2-й вход блока 9₁, а с третьего выхода блока 4₁ на 2-й вход блока 9₁ подается напряжение, характеризующее уровень сигнала, принятого блоком 4₁. В блоке 9₁ измеряется уровень сигнала, принятого блоком 4₁. Если измеренный уровень превышает допустимое значение и блок 4₁ вошел в синхронизм (команда "сигнал синхронизации" приняла значение "1"), блок 9₁ подает команду "1" на соответствующий управляющий вход блока 10 и соответствующий вход блока 3.

При поступлении команды "1" на 1-й вход блока 10 осуществляется подключение 1-го канала к 1-му входу блока 11, при этом обеспечивается подача копии 1-й структурной помехи на вход блока 2 через блок 11. На входы блока 3 с 1-го по (N-1)-й подаются команды с блоков 9₁÷ 9_N-1, на N-й вход блока 3 с третьего выхода блока 4₁ поступает напряжение, характеризующее уровень сигнала, принятого приемником 4. На (N+1)-й вход блока 3 поступает "сигнал синхронизации" с первого выхода приемника 4. Блок 3 формирует на своем выходе команду "1" в том случае, если хотя бы один из приемников 4₁÷4_N-1 вошел в синхронизм со своим абонентом и уровень принимаемого им сигнала превысил допустимое значение, а приемник 4 или не вошел в синхронизм, или уровень принятого им сигнала ниже допустимого значения.

Команда "1" с выхода блока 3 подается на управляющий вход блока 12, обеспечивая подключение ко входу блока 4 выхода блока 2. В этом случае на вход блока 4 входная смесь поступает после компенсации в ней структурных помех (т. е. сигналов тех абонентов, уровни которых превысили допустимое значение).

Команда "0" на выходе блока 3 обеспечивает подачу входной смеси на вход блока 4 через блок 6.

Блоки 4, 4₁÷4_N-1 имеют одинаковые структурные схемы, а также одинаковые входы и выходы, при этом в блоке 4 и в блоках 4₁÷4_N-1 могут быть использованы как одинаковые, так и разные выходы в соответствии со структурной схемой устройства. Отличие между блоками 4, 4₁÷4_N-1 заключается в различных структурах псевдослучайных последовательностей, формируемых генераторами псевдослучайных последовательностей, которые определяются адресами абонентов.

Остановимся на аппаратурной реализации блоков.

Синхронно-фазовый фильтр 7 может быть выполнен так, как это представлено в монографии В. М. Свистова "Радиолокационные сигналы и их обработка". Москва. "Сов. радио", 1977 г.? стр.123, рис.3.6. Согласно указанной монографии напряжение на выходе синхронно-фазового фильтра совпадает по фазе с напряжением на его сигнальном входе, а амплитуда на его выходе отличается от амплитуды напряжения на сигнальном входе только постоянным множителем, который за счет выбора в процессе настройки устройства соответствующего коэффициента передачи синхронно-фазового фильтра и блоков, образующих тракт формирования оценки структурной помехи, устанавливается близким к единице.

Структурная схема блока 9 приведена на фиг.4, где 91 - блок измерения уровня сигнала, 92 - элемент И.

Рассмотрим 1-й канал, т.е. блок 9₁. В блоке 91 измеряется уровень сигнала, принятого блоком 4₁, например, за счет его амплитудного детектирования и сравнения с фиксированным порогом. С выхода блока 91 команда о превышении или непревышении порога подается на первый вход блока 92, на второй его вход подается команда "сигнал синхронизации", формируемая блоком 4₁. На выходе блока 9₁ формируется команда "1" в том случае, если блок 4₁ вошел в синхронизм и уровень принятого им сигнала превысил порог.

Структурная схема блока 3 приведена на фиг.5, где 31, 35 - элементы ИЛИ, 32 - элемент И, 33, 34 - инверторы, 36 - блок измерения, уровня сигнала.

Блок 3 работает следующим образом.

На вход элемента ИЛИ 31 поступают команды "1" или "0" с выходов блоков 9₁÷9_N-1. Элемент ИЛИ 31 формирует на своем выходе команду "1" при наличии "1" на выходе хотя бы одного из блоков 9₁÷9_N-1. С выхода элемента ИЛИ 31 команда "1" или "0" подается на первый вход элемента И 32. Команда, поступающая на второй вход элемента И 32, формируется следующим образом.

Команда "сигнал синхронизации" ("1" или "0") с первого выхода блока 4 через инвертор 33 поступает на первый вход элемента ИЛИ 35. Сигнал, характеризующий уровень принимаемого сигнала, с третьего выхода блока 4 поступает на блок 36, где осуществляется измерение уровня принимаемого сигнала за счет его амплитудного детектирования и сравнение выделенной огибающей сигнала с фиксированным порогом.

Команда о превышении ("1") или непревышении ("0") порога с выхода блока 36 через инвертор 34 поступает на элемент ИЛИ 35, на выходе которого формируется "1" в том случае, если блок 4 или не вошел в синхронизм или уровень принимаемого им сигнала ниже допустимого значения.

Команда с выхода элемента ИЛИ 35 поступает на второй вход элемента И 32, на выходе которого формируется "1" в том случае, если хотя бы в одном из n приемников (4₁, ... 4_N-1), вошедших в синхронизм, уровень принятого сигнала превысил допустимое значение, а блок 4 либо не вошел в синхронизм, либо уровень принятого им сигнала ниже допустимого значения.

В этом случае по команде блока 3 блок 12 подключает вход устройства ко входу блока 4 через блоки 1 и 2. При наличии команды "0" на выходе блока 3 блок 12 подключает вход устройства ко входу блока 4 через блок 6.

Значение задержек блоков 1 и 8 подбирается в процессе настройки устройства таким образом, чтобы обеспечивалась эффективная компенсация структурных помех с учетом разбросов аппаратурных задержек в трактах формирования оценок (копий) структурных помех. Значение задержки блока 6 также подбирается в процессе настройки устройства таким образом, чтобы время задержки входной смеси на входе блока 4 было одинаковым при подключении к нему первого или второго входа блока 12.

Блоки 4, 4₁÷4_N-1 имеют одинаковые структурные схемы и отличаются между собой кодами псевдослучайных последовательностей, формируемых генераторами псевдослучайных последовательностей.

Структурная схема блока 4 приведена на фиг.6, где 41 - устройство синхронизации, 42 и 44 - первый и второй перемножители, 43 и 45 - первый и второй полосовые фильтры, 46 и 48 - первый и второй генераторы псевдослучайной последовательности, 47 - устройство фазирования, 49 - фазовый детектор.

Блок 4 представляет собой типовое приемное устройство (см. а.с. 300946, Н 03 С 3/40, авторы В.В. Перьков и Л.А. Яковлев), содержащее устройство синхронизации 41, формирующее "сигнал синхронизации", свидетельствующий о вхождении приемника в синхронизм с принимаемым широкополосным сигналом, который синхронизирует блоки 46, 48 и подается на 1-й выход блока 4. В блоках 42 и 44 за счет перемножения с опорными сигналами, формируемыми блоками 46 и 48 соответственно, осуществляется свертка пилот-сигнала, фильтруемого блоком 43, и информационного сигнала, фильтруемого блоком 45. Свернутые и отфильтрованные пилот-сигнал и информационный сигнал подаются на блок 49, где за счет фазового детектирования информационного (высокочастотного) сигнала выделяется низкочастотная информация, подаваемая на второй выход блока 4.

Свернутый (узкополосный высокочастотный) пилот-сигнал с выхода блока 43 подается на третий выход блока 4.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.7, где 51 - генератор несущей и тактовых частот, 52 и 53 - первый и второй операторы псевдослучайной последовательности, 54 и 55 - первый и второй перемножители, 56 - фазовращатель на 90^o, 57 - фазовый манипулятор, 58 - сумматор.

Блок 5 представляет собой типовой формирователь широкополосного сигнала (см. упомянутое а. с. 300946), содержащее формирователь несущей и тактовых частот 51, тактовая частота которого подается на блоки 52 и 53, где формируются псевдослучайные последовательности для формирования широкополосных пилот-сигнала и информационного сигнала. Несущая частота с выхода блока 51 подается на блок 57, где она манипулируется по фазе низкочастотной информацией, поступающей на 2-й вход блока 5. С выхода блока 57 несущая частота, манипулированная по фазе информацией, подается на блок 55, где она манипулируется по фазе псевдослучайной последовательностью, формируемой блоком 53. Одновременно несущая частота через блок 56, осуществляющий поворот ее фазы на 90^o, подается на блок 54, где она манипулируется по фазе псевдослучайной последовательностью, формируемой блоком 52. На выходе блока 54 формируется широкополосный высокочастотный пилот-сигнал, а на выходе блока 55 - широкополосный высокочастотный информационный сигнал, которые суммируются в блоке 58, выход которого является выходом блока 5. Блоки 52 и 53 синхронизируются "сигналом синхронизации", поступающим на вход 1 блока 5 с выхода 1 блока 4, за счет этого в блоке 5 формируется копия сигнала, принятого приемником 4, синхронная (по задержке) со входным сигналом.

В прототипе при воздействии структурных помех все частотные каналы открываются, поэтому степень их подавления определяется полосой режекции режекторного фильтра, которая равна информационной полосе свернутого полезного сигнала. Часть расширенного спектра структурных помех в прототипе режектируется блоком 4, поэтому оценка (копия) структурных помех отличается от помех во входной смеси и на выходе вычитателя не компенсируется та часть мощности структурных помех, которая попала в режекторный фильтр. В этом случае степень подавления структурных помех не превышает величины , где Δf_ш - полоса спектра широкополосных сигналов, используемых в системе, Δf_p - полоса режекции режекторного фильтра, Б - база широкополосных сигналов.

То есть в прототипе степень подавления структурных помех не превышает степени их подавления в корреляторе.

В предлагаемом устройстве формирование оценок (копий) помех осуществляется за счет их полной регенерации из принятых сигналов, при этом осуществляется автоматическая подстройка амплитуд и фаз восстановленных сигналов. Степень подавления структурных помех определяется произведением К_к•Б, где К_к - коэффициент подавления структурных помех в вычитателе, что значительно больше, чем в прототипе.

Формула изобретения

Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее первый и второй элементы задержки, вычитатель и приемник полезного сигнала, второй выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый коммутатор и сумматор, последовательно соединенные блок управления и второй коммутатор, а также n каналов (n= N-1, где N - число абонентов базовой станции), каждый из которых содержит последовательно соединенные приемник мешающего сигнала, формирователь копии помехи, синхронно-фазовый фильтр, третий элемент задержки, выход которого соединен с соответствующим сигнальным входом первого коммутатора, а также решающий блок, первый вход которого соединен с первым выходом приемника мешающего сигнала, второй выход которого соединен со вторым входом формирователя копии помехи, а третий выход приемника мешающего сигнала соединен с вторым входом решающего блока, выход которого соединен с соответствующим управляющим входом первого коммутатора и входом блока управления, при этом входы первого и второго элементов задержки и всех N-1 приемников мешающего сигнала соединены между собой и являются входом устройства, кроме того, выход первого элемента задержки через вычитатель соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого соединен со входом приемника полезного сигнала, первый выход которого соединен с (N+1)-м входом блока управления, N-й вход которого соединен с третьим выходом приемника полезного сигнала, выход второго элемента задержки соединен с вторым входом второго коммутатора, выход первого элемента задержки соединен с соединенными между собой сигнальными входами синхронно-фазовых фильтров всех N-1 каналов, выход сумматора подключен к другому входу вычитателя, при этом в каждом из N-1 каналов приемник мешающего сигнала формирует на первом выходе сигнал синхронизации, на втором выходе - информационный сигнал, на третьем выходе - напряжение, характеризующее уровень принятого мешающего сигнала, в формирователе копии помехи низкочастотная информация манипулирует по фазе несущую частоту, а сигнал синхронизации позволяет сформировать копию помехи, синхронную с входным сигналом, в решающем блоке формируется команда первому коммутатору на подключение канала к сумматору в том случае, если приемник мешающего сигнала вошел в синхронизм и уровень принятого им сигнала превысил порог, с первого и третьего выходов приемника полезного сигнала подают сигнал синхронизации и напряжение, характеризующее уровень принятого сигнала, со второго выхода подают низкочастотную информацию, на выходе блока управления выделяется команда, подаваемая на управляющий вход второго коммутатора, обеспечивающая подключение к выходу коммутатора его первого входа в случае, если хотя бы один из приемников мешающих сигналов вошел в синхронизм и уровень принимаемого им сигнала превысил допустимое значение, а приемник полезного сигнала не вошел в синхронизм или уровень принятого им сигнала ниже допустимого значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7