Устройство компенсации помех
Полезная модель относится к радиосвязи, в частности, к приемным устройствам с подавлением помех. Технический результат - повышение помехоустойчивости устройства за счет уменьшения влияния перезахватов на качество приема полезного сигнала. Для достижения технического результата в устройство введены первый (7) и второй (8) обнаружители полезного сигнала и мультиплексор (9), при этом выходы основного (1) и дополнительного (2) компенсаторов помех подсоединены к входам соответствующих обнаружителей полезного сигнала (7) и (8), а также к соответствующим входам мультиплексора (9), выход которого является выходом устройства, кроме того, выходы первого (7) и второго (8) обнаружителей полезного сигнала соединены с соответствующими управляющими входами мультиплексора (9).
Полезная модель относится к радиосвязи, в частности, к приемным устройствам с подавлением помех.
Известны компенсаторы помех, в которых для подавления помехи используется весовое суммирование колебаний (сигнала и помехи), приходящих с различных направлений. Например, в патенте РФ 
2115233 (Бюллетень 19 1998 год) описан двухантенный адаптивный компенсатор помех, в котором эталонный сигнал формируется из выходного частотно модулированного сигнала компенсатора.
Недостатком этого компенсатора является большая вероятность перезахвата за помеху, если помеха представляет собой тоже частотно модулированное колебание.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсатор, описанный в патенте РФ на полезную модель 30044, принятый за прототип.
На фиг.1 приведена структурная схема компенсатора-прототипа, где обозначено:
1 - основной компенсатор помех;
2 - дополнительный компенсатор помех;
3 - коррелятор;
4 - усилитель-инвертор;
5 - перемножитель;
6 - сумматор.
На фиг.2 приведена структурная схема компенсатора помех, где обозначено:
1.1, 1.2 - перемножители;
1.3 - блок формирования весовых коэффициентов;
1.4 - сумматор;
1.5 - амплитудный ограничитель.
Устройство-прототип содержит основной 1 и дополнительный 2 компенсаторы помех, первые и вторые входы которых соединены соответственно между собой и являются соответственно первым и вторым входами устройства. Выход основного компенсатора помех 1 соединен с его входом эталонного сигнала, первым входом коррелятора 3 и через усилитель-инвертор 4 с первым входом перемножителя 5, выход которого подсоединен к первому входу сумматора 6, выход которого соединен с входом эталонного сигнала дополнительного компенсатора помех 2, выход которого соединен со вторыми входами коррелятора 3 и сумматора 6, а выход коррелятора соединен со вторым входом перемножителя. При этом выходы основного 1 и дополнительного 2 компенсаторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства.
Компенсаторы помех основной 1 и дополнительный 2 идентичны (схема одного из них представлена на фиг.2. Компенсатор помех 1 содержит первый 1.1 и второй 1.2 перемножители, первые входы которых являются соответствующими входами компенсатора помех и соединены с соответствующими входами блока формирования весовых коэффициентов 1.3, выходы которого соединены со вторыми входами соответствующих перемножителей 1.1 и 1.2, выходы которых подсоединены к соответствующим входам сумматора 1.4, выход которого соединен со входом амплитудного ограничителя 1.5, выход которого является выходом компенсатора помех.
Устройство-прототип работает следующим образом.
На каждый из двух входов устройства поступает смесь сигнала и помехи от разнесенных в пространстве или по поляризации антенн. Причем их частотные спектры могут существенно перекрываться, но источники должны быть разнесены в пространстве по азимуту. Различие в углах прихода сигнала и помехи приводит к различию разности фаз сигнала и помехи между антеннами, что и обусловливает принципиальную возможность выделения полезного сигнала из входной смеси. В прототипе реализован принцип разделения (сепарации) сигнала и помехи на двух алгоритмических выходах.
Эталонный сигнал для основного компенсатора 2 формируется из выходного напряжения сумматора 1.4 с помощью нелинейного устройства - амплитудного ограничителя 1.5 (фиг.2). Эталонный сигнал для дополнительного компенсатора 2 (фиг.1) формируется с помощью корреляционного фильтра, состоящего из сумматора 6, в котором суммируется выходной сигнал дополнительного компенсатора 2 и выходной сигнал основного компенсатора 1 с весом, равным величине корреляции между этими двумя выходами. Такой фильтр обеспечивает подавление на выходе коррелированных составляющих, поданных на его входы. При этом, если на входах присутствует смесь двух колебаний, то на выходе формируется та же смесь, но с инверсным отношением мощностей.
Благодаря наличию в цепи формирования весовых коэффициентов нелинейного устройства - ограничителя 1.5, в основном компенсаторе 1 в первый момент происходит выделение (захват) большего из компонентов смеси сигнала и помехи. Затем удержание этого компонента продолжается и при изменении отношения сигнал/помеха в широком динамическом диапазоне. Поскольку оба компенсатора являются идентичными, то на их выходах в первый момент будет выделяться один и тот же компонент, например, помеха. Однако, благодаря корреляционному фильтру, на входе эталонного сигнала дополнительного компенсатора 2 выделяется меньший компонент смеси, т.е. полезный сигнал. В результате на выходе дополнительного компенсатора начинает выделяться полезный сигнал.
Недостатком устройства-прототипа является возможность перезахвата, т.е. перепутывания выделяемых компонентов смеси на выходах устройства. В реальных каналах передачи такие перезахваты происходят достаточно регулярно, но в случайные моменты времени, вследствие интенсивных изменения отношения сигнал/помеха и направления прихода волн. Вероятность этого события тем больше, чем меньше пространственные различия (угол прихода) сигнала и помехи.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение помехоустойчивости устройства за счет уменьшения влияния перезахватов на качество приема полезного сигнала.
Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее основной и дополнительный компенсаторы помех, два входа каждого из которых соединены между собой соответственно и являются соответственно первым и вторым входами устройства, выход основного компенсатора помех соединен с его входом эталонного сигнала, первым входом коррелятора и через усилитель-инвертор с первым входом перемножителя, выход которого подсоединен к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом эталонного сигнала дополнительного компенсатора помех, выход которого соединен со вторыми входами коррелятора и сумматора, а выход коррелятора соединен со вторым входом перемножителя, согласно полезной модели, введены первый и второй обнаружители полезного сигнала и мультиплексор, при этом выходы основного и дополнительного компенсаторов помех подсоединены к входам соответствующих обнаружителей полезного сигнала, а также к соответствующим входам мультиплексора, выход которого является выходом устройства, кроме того, выходы первого и второго обнаружителей полезного сигнала соединены с соответствующими управляющими входами мультиплексора.
Схема заявляемого устройства приведена на фиг.3, где обозначено:
1 - основной компенсатор помех;
2 - дополнительный компенсатор помех;
3 - коррелятор;
4 - усилитель-инвертор;
5 - перемножитель;
6 - сумматор;
7, 8 - первый и второй обнаружители полезного сигнала;
9 - мультиплексор.
Предлагаемое устройство содержит основной 1 и дополнительный 2 компенсаторы помех, первые и вторые входы которых соединены соответственно между собой и являются соответственно первым и вторым входами устройства, причем компенсаторы аналогичны компенсаторам устройства-прототипа (фиг.2).
Выход основного компенсатора помех 1 соединен с его входом эталонного сигнала, первым входом коррелятора 3 и через усилитель-инвертор 4 с первым входом перемножителя 5, выход которого подсоединен к первому входу сумматора 6, выход которого соединен с входом эталонного сигнала дополнительного компенсатора помех 2, выход которого соединен со вторыми входами коррелятора 3 и сумматора 6, а выход коррелятора 3 соединен со вторым входом перемножителя. При этом выходы основного 1 и дополнительного 2 компенсаторов подсоединены к входам соответствующих обнаружителей полезного сигнала 7 и 8, а также к соответствующим входам мультиплексора 9, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выходы первого 7 и второго 8 обнаружителей полезного сигнала соединены с соответствующими управляющими входами мультиплексора 9.
Устройство работает следующим образом.
Смеси сигнала и помехи от двух разнесенных антенн поступают на входы двух идентичных компенсаторов помех: основного 1, являющимся ведущим, и дополнительного 2 - ведомым.
Различие между этими компенсаторами 1 и 2 состоит в способах формирования эталонных сигналов (т.е. колебаний, под которые подстраивается выход соответствующего компенсатора).
В основном компенсаторе 1 эталонный сигнал формируется из его выходного колебания с помощью амплитудного ограничителя 1.5 (фиг.2), а в дополнительном компенсаторе 2 - с помощью корреляционного фильтра, в котором производится выделение другого (меньшего) компонента смеси.
С целью уменьшение влияния перезахватов на качество приема полезного сигнала к выходу основного 1 и дополнительного 2 компенсаторов подключены соответствующие обнаружители полезного сигнала 7 и 8, на выходах которых формируется логический результат обнаружения: 1 - в случае обнаружения и 0 - в случае необнаружения полезного сигнала. Эти логические сигналы служат сигналами управления для мультиплексора 9.
Таким образом, появление полезного сигнала на выходе любого компенсатора 1 или 2 приводит через время обнаружения к переключению мультиплексора 9 и появлению полезного сигнала на выходе устройства.
В качестве характерных признаков полезного сигнала для его обнаружения используются:
- проверка контрольной суммы передаваемых данных;
- наличие высокостабильной тактовой частоты;
- наличие синхропосылки.
В первом случае обнаружители полезного сигнала 7 и 8 выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора сигнала, определителя контрольной суммы информационного сигнала, устройства сравнения и порогового устройства, при этом второй вход устройства сравнения соединен с выходом демодулятора. Определитель контрольной суммы - это стандартный для цифрового канала блок, предназначенный для обнаружения ошибок в канале и реализованный в большинстве современных модемов в виде программы. Различные примеры его выполнения описаны в статье Ross N/ Williams «Элементарное руководство по CRC-алгоритмам обнаружения ошибок», компания Roksoft Pty Ltd., 1993 г. В нем производится суммирование информационных символов по определенному правилу и сравнение с такой же суммой, сформированной на передающем конце радиолинии. Если эти суммы совпадают, принимается решение о наличии полезного сигнала, что соответствует логической 1, если не совпадают - решение об отсутствии, что соответствует логическому 0.
Во втором случае обнаружители 7 и 8 выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора, устройства оценки тактовой синхронизации и порогового устройства. Устройство тактовой синхронизации является обязательным устройством при приеме цифровой информации, например в цифровых модемах. Примеры возможного выполнения устройства тактовой синхронизации приведены в книге Bingham J. " The theory and practice of modem design" 1988, а также в книге Б.Скляр «Цифровая связь», 2003, стр.648.
При достаточном превышении сигнала над помехами в этом устройстве производится подстройка генератора, входящего в устройство тактовой синхронизации, под тактовую частоту (с точностью до фазы) приходящей цифровой последовательности для оптимальной оценки информационных символов. При успешном окончании подстройки выносится решение о правильном приеме сигнала (соответствует логической 1 на выходе). Если в результате действия помехи синхронизация пропадает, то выносится решение об отсутствии сигнала (соответствует логическому 0 на выходе).
В третьем случае, когда вместе с информационными символами передается синхропосылка, обнаружители 7 8 выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора, согласованного фильтра и порогового устройства.
Синхропосылка периодически передается в полезном сигнале и используется для синхронизации различных блоков в приемнике: эквалайзеров, модемов, демодуляторов и т.п. Согласованный фильтр устройства обнаружения синхропосылки настроен на известную на приемной стороне синхро-последовательность. Появление такой посылки в принимаемом сигнале приводит к появлению импульса на выходе этого согласованного фильтра. Превышение этим импульсом некоторого порога в пороговом устройстве (формирование логической 1) свидетельствует о наличии сигнала.
Реализация функциональных блоков устройства компенсации следует из их названия и не вызывает практических затруднений.
1. Устройство компенсации помех, содержащее основной и дополнительный компенсаторы помех, два входа каждого из которых соединены между собой соответственно и являются соответственно первым и вторым входами устройства, выход основного компенсатора помех соединен с его входом эталонного сигнала, первым входом коррелятора и через усилитель-инвертор с первым входом перемножителя, выход которого подсоединен к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом эталонного сигнала дополнительного компенсатора помех, выход которого соединен со вторыми входами коррелятора и сумматора, а выход коррелятора соединен со вторым входом перемножителя, отличающееся тем, что введены первый и второй обнаружители полезного сигнала и мультиплексор, при этом выходы основного и дополнительного компенсаторов помех подсоединены к входам соответствующих обнаружителей полезного сигнала, а также к соответствующим входам мультиплексора, выход которого является выходом устройства, кроме того, выходы первого и второго обнаружителей полезного сигнала соединены с соответствующими управляющими входами мультиплексора.
2. Устройство компенсации помех по п.1, отличающееся тем, что обнаружители полезного сигнала выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора сигнала, определителя контрольной суммы информационного сигнала, устройства сравнения и порогового устройства, причем второй вход устройства сравнения соединен с выходом демодулятора.
3. Устройство компенсации помех по п.1, отличающееся тем, что обнаружители полезного сигнала выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора, устройства тактовой синхронизации и порогового устройства.
4. Устройство компенсации помех по п.1, отличающееся тем, что обнаружители полезного сигнала выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора, согласованного фильтра и порогового устройства.
