Радиостанция с адаптивной компенсацией помех
Владельцы патента RU 2335084:
Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах радиосвязи. Технический результат - повышение помехоустойчивости независимо от уровня помех в пределах динамического диапазона приемника. Радиостанция с адаптивной компенсацией помех содержит последовательно соединенные ограничитель снизу и схему «запрет», информационные входы которых объединены и являются входом устройства, а также последовательно соединенные схему накопления, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), предназначенную для определения оптимального значения порогового напряжения, а также электронный ключ и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Выход ЦАП соединен с управляющим входом ограничителя снизу, а вход подключен ко второму выходу ПЛИС, при этом выход схемы накопления соединен с аналоговым входом электронного ключа, управляющий выход ПЛИС соединен с цифровым входом электронного ключа, выход которого является выходом устройства, выход схемы «запрет» соединен с входом схемы накопления. 2 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах радиосвязи.
Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в а.с. №1688416, Н04В 1/10, а также в патентах РФ №2034403, Н04В 1/10, №2204203, Н04В 1/10, недостатком которых является невысокая степень подавления узкополосных помех, а также схема амплитудной селекции, такая как ограничитель снизу, недостатком которой является то, что данная схема эффективна, когда амплитуда полезного сигнала существенно превышает амплитуду помехи (см. книга Максимова М.В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.Х. и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., с.344...346).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство компенсации помех, описанное в книге Максимова М.В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.Х. и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., с.346-347, принятое за прототип.
Структурная схема прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
1 - ограничитель снизу;
2 - схема «запрет».
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные ограничитель снизу 1 и схему «запрет» 2, причем информационные входы ограничителя снизу 1 и схемы «запрет» 2 объединены и являются входом устройства, выходом которого является выход схемы «запрет» 2.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Через ограничитель снизу 1 проходят те импульсы, амплитуда которых превышает пороговый уровень. С выхода ограничителя 1 импульсы напряжения с амплитудой Uимп поступают на запрещающий вход схемы «запрет» 2. На информационный вход схемы «запрет» 2 подается входное напряжение. Импульсное напряжение передается с информационного входа на выход схемы «запрет» 2 только в том случае, когда отсутствует напряжение на ее запрещающем входе. Следовательно, на выход схемы «запрет» 2 пройдут только те импульсные сигналы, для которых справедливо соотношение
Uвх<Uогр,
где Uвх - входное напряжение,
Uогр - пороговый уровень напряжения.
Устройство-прототип эффективно работает в том случае, когда значение отношения мощности сигнала к мощности помехи на входе приемника известно достаточно точно. В противном случае на выход схемы «запрет» 2 или будет проходить помеха большого уровня, или ограничиваться полезный сигнал.
Недостатком устройства-прототипа является низкая степень подавления помех в условиях априорной неопределенности информации о мощности помехи и сигнала.
Для устранения указанных недостатков в радиостанцию с адаптивной компенсацией помех, содержащую последовательно соединенные ограничитель снизу и схему «запрет», информационные входы которых объединены и являются входом устройства, согласно изобретению введены последовательно соединенные схема накопления, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) и электронный ключ, а также цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого соединен с управляющим входом ограничителя снизу, а вход подключен ко второму выходу ПЛИС 5, при этом выход схемы накопления соединен с аналоговым входом электронного ключа 7, а выход схемы «запрет» - с входом схемы накопления, выход электронного ключа является выходом устройства.
Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - ограничитель снизу;
2 - схема «запрет» 2;
3 - схема накопления;
4 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС);
6 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
7 - электронный ключ.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные ограничитель снизу 1, схему «запрет» 2, схему накопления 3, АЦП 4, ПЛИС 5 и электронный ключ 7, выход которого является выходом устройства, а также ЦАП 6, вход которого подключен ко второму выходу ПЛИС 5, а выход - к управляющему входу ограничителя снизу 1, информационный вход которого соединен с информационным входом схемы «запрет» 2 и является входом устройства. При этом выход схемы накопления 3 соединен с аналоговым входом электронного ключа 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В радиостанции, принимающей информацию, на управляющем входе ограничителя снизу 1 формируется пороговое напряжение, значение которого оптимально, т.е. на выходе схемы «запрет» 2 обеспечивается отношение амплитуды сигнала к амплитуде помехи, близкое к единице, а на выходе схемы накопления 3 отношение амплитуды сигнала к амплитуде помехи улучшается в N раз (N - коэффициент, характеризующий эффективность схемы накопления). Конкретное значение отношение амплитуды сигнала к амплитуде помехи на выходе схемы накопления 3 зависит от типа реализованной схемы накопления 3, например, путем использования сумматора, интегратора, кодовых групп импульсов (см. книгу Максимова М.В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.Х. и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., с.347...353) или широкополосных сигналов, таких как фазоманипулированные (ФМ) сигналы, линейно-частотно-модулированные сигналы, или других типов схем накопления.
Поиск оптимального значения порогового напряжения осуществляется следующим образом.
Радиостанция, передающая информацию, в начале каждого цикла передачи (пакета) передает служебную информацию - кодовый сигнал, состоящий из 7...10 (определяется расчетным или опытным путем) одинаковых кодовых групп объемом 5...10 бит (определяется расчетным или опытным путем).
Для поиска оптимального значения порогового напряжения могут применяться любые известные оптимизационные методы, например, такие как метод деления пополам, метод золотого сечения и т.д.
Рассмотрим пример работы предлагаемого устройства при реализации в качестве оптимизационного метода метода деления пополам.
На первом шаге в радиостанции, принимающей информацию, на управляющий вход ограничителя снизу 1 с ЦАП 6 поступает напряжение, значение которого максимально.
В этом случае на вход схемы накопления 3 с выхода схемы «запрет» 2 поступает принятая смесь сигнала и помехи без изменения. Первая группа кодового сигнала с выхода АЦП 4 поступает в ПЛИС 5, где сравнивается с копией кодового сигнала. Если результат сравнения (коэффициент совпадения) превышает пороговое значение коэффициента совпадения, определяемое расчетным путем, то цифровое значение порогового напряжения, вырабатываемое в ПЛИС 5, не изменяется. В противном случае в ПЛИС 5 рассчитывается цифровое значение напряжения, равное среднему значению первого и второго промежуточных значений порогового напряжения
где Uт - текущее значение порогового напряжения,
Uп1 - первое промежуточное значение порогового напряжения,
Uп2 - второе промежуточное значение порогового напряжения.
На первом шаге первое промежуточное значение порогового напряжения принимается равным максимальному значению порогового напряжения, второе промежуточное значение порогового напряжения принимается равным минимальному значению порогового напряжения.
Полученное значение напряжения фиксируется как текущее значение порогового напряжения.
На последующих шагах расчет значений порогового напряжения осуществляется следующим образом.
При обработке очередной группы кодового сигнала на вход схемы накопления 3 с выхода схемы «запрет» 2 поступает часть аддитивной смеси сигнала и помехи, не превысившей порог.
Кодовый сигнал и помеха в цифровом виде с выхода АЦП 4 поступает в ПЛИС 5, где сравнивается с копией кодового сигнала. Если результат сравнения (коэффициент совпадения) превышает порог совпадения, то цифровое значение порогового напряжения, вырабатываемое в ПЛИС 5, не изменяется, процесс поиска оптимального значения порогового напряжения останавливается, на первом выходе ПЛИС 5 формируется единичное напряжение, открывающее электронный ключ 7.
Если коэффициент совпадения превышает коэффициент совпадения, полученный на предыдущем шаге, то в качестве первого промежуточного значения запоминается текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге:
Uп1=Uт(n-1),
где Uт(n-1) - текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге,
n - номер текущего шага процесса.
Если коэффициент совпадения не превышает коэффициент совпадения, полученный на предыдущем шаге, то в качестве второго промежуточного значения запоминается текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге
Uп2=Uт(n-1).
Текущее значение порогового напряжения рассчитывается по формуле (1).
Процесс продолжается до тех пор, пока коэффициент совпадения не станет равным или не превысит пороговое значение коэффициента совпадения или пока не будут исчерпаны все кодовые группы служебного сообщения.
После чего осуществляется прием информации, причем в приемном устройстве радиостанции, принимающей информацию, используется оптимальное значение порогового напряжения.
При скорости передачи информации 1200 бит/с служебное сообщение, содержащее 12 кодовых групп по 10 импульсов, составляет 10% от объема передаваемой информации, если темп адаптации равен 1 циклу в секунду, и соответственно составляет 1% от объема передаваемой информации, если темп адаптации равен 1 циклу в 10 секунд.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает нормальную работу приемника независимо от уровня помех в пределах динамического диапазона приемника.
Радиостанция с адаптивной компенсацией помех, содержащая последовательно соединенные ограничитель снизу и схему «запрет», информационные входы которых объединены и являются входом устройства, отличающаяся тем, что введены последовательно соединенные схема накопления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), предназначенная для определения оптимального значения порогового напряжения, а также электронный ключ и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого соединен с управляющим входом ограничителя снизу, а вход подключен ко второму выходу ПЛИС, при этом выход схемы накопления соединен с аналоговым входом электронного ключа, управляющий выход ПЛИС соединен с цифровым входом электронного ключа, выход которого является выходом устройства, выход схемы «запрет» соединен с входом схемы накопления.
