Устройство компенсации интерференционных искажений

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве устройства компенсации интерференционных искажений при многолучевом приеме в диапазоне УКВ. Обеспечивается уменьшение интерференционных искажений при многолучевом приеме и уменьшение паразитной амплитудной модуляции. Компенсатор интерференционных искажений содержит: смеситель, амплитудный детектор, логарифматор, дифферинциатор, фазовращатель и генератор. При этом на первый вход смесителя подается сигнал с усилителя промежуточной частоты радиоприемного устройства, на второй вход - сигнал генератора, а с выхода - одновременно на амлитудный детектор компенсатора и частотный детектор радиоприемного устройства.

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве устройства компенсации интерференционных искажений при многолучевом приеме в диапазоне УКВ.

Существует множество методов борьбы с интерференционными искажениями: разнесенный прием, прием AM и ЧМ сигналов с одинаковой информацией, но наиболее близким по техническому решению является метод автоматического подавления искажений на основе трансверсального фильтра с программным управлением, работающего в каскаде ПЧ с линейной амплитудной характеристикой и микрокомпьютером. [Корректор многолучевых замираний. Multipath-fade equalizer. Miedema Aotze; Bell Telepli. Lab., Inc. Пат. 4330764, США, Заявл. 11.06.80., №158404, 18.5.82, МКИ Н 03 Н 11/06, МКИ 333/18.] С помощью микрокомпьютера производится расчет параметров отраженных сигналов (относительной амплитуды отраженного сигнала, времени задержки и разности фаз между прямым сигналом и отраженными сигналами на несущей частоте), исходя из амплитудно-частотных характеристик среды распространения между передающей станцией и каскадом промежуточной частоты приемника, получаемых на основе выходных сигналов как детектора огибающей сигналов промежуточной частоты, так и демодулятора ЧМ сигналов. С микрокомпьютера управляющие сигналы посылаются на, схемы с весовой обработкой сигналов трансверсального фильтра. Выходной сигнал трансверсального фильтра подается обратно и добавляется к поступающему сигналу. Имеется целесообразность применения данного метода в различных условиях при наличии отраженных сигналов и возможности полного подавления интерференционного искажения.

Недостатком рассмотренного метода является необходимость проведения большого количества расчетов на базе микрокомпьютера, что ведет к задержке выдачи необходимой информации для работы трансверсального фильтра, снижая эффективность предлагаемого метода, большие материальные затраты для решения поставленной задачи. Очевидно, что эффективность метода растет с увеличением тактовой частоты микроконтроллера, что влечет еще большее удорожание.

Прототипом устройства компенсации интерференционных искажений послужило устройство уменьшения искажений при многолучевом приеме ЧМ сигналов с помощью блока уменьшения интерференционных искажений, предлагаемое в патенте США, №4163945 кл. 325/473, (Н 04 В 1/10) Yukinobu Ishigaki, Temo Muraoka and Masaki Hagiwara Victor Company of Japan, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-26, February 1980, в котором предлагается использовать задержку сигнала после ЧМ-детектора в отношении задержки в додетекторной схеме анализа огибающей по предлагаемому алгоритму, таким образом, чтобы минимизировать искажения, возникающие при многолучевом распространении.

Недостатком метода является то, что он эффективен для конкретной ситуации с многолучевым распространением при введении вручную соответствующих задержек в трактах обработки сигналов устройства. При минимальном изменении ситуации с многолучевым распространением система становиться неэффективной и требует поиска, анализа и введения другого времени задержки и так до бесконечности по мере изменения ситуации, то есть как таковой компенсации не происходит.

Целью предлагаемого технического решения является уменьшение интерференционных искажений при многолучевом приеме в диапазоне УКВ.

Поставленная цель достигается методом додетекторной обработки сигнала, основанного на формировании компенсационного сигнала, эквивалентного искажениям сигнала на входе приемника и вычитании его из входного сигнала частотного детектора. При этом полное устранение искажений возможно только в том случае, когда алгоритм формирования

компенсационного сигнала разработан на основе точной функциональной связи между паразитными искажениями фазы и амплитуды принимаемого сигнала.

В условиях многолучевого распространения сигнал на входе радиоприемника имеет вид

где S_чм(t) - передаваемый полезный ЧМ сигнал,

S_чм(t-_n) - отраженные сигналы, задержанные на время _n,

k_n - уровень ослабления задержанных сигналов,

N - количество отраженных сигналов.

В общем случае при движении радиоприемного устройства время задержки меняется во времени по закону, зависящему от трассы движения приемника.

В этом случае (1) представим в виде

где _n(t) - закон изменения времени задержки при движении автомобиля.

Рассмотрим сигнал S _чм(t). Он может быть представлен в виде аналитического сигнала

где А - амплитуда сигнала, ₀ - центральная частота, на которой ведется передача, f(t) - передаваемое сообщение.

Передаваемое сообщение может быть представлено в виде ограниченного ряда Фурье, поэтому выражение (3) можно записать в виде сигнала с фазовой модуляцией

где

₀ - постоянный сдвиг фазы S _чм(t).

Очевидно, что (t) также является функцией с ограниченным спектром. Представим задержанный сигнал k_nS_чм (t-_т(t)) в виде, аналогичном выражению (4)

где

_0n - постоянный сдвиг фазы k _nS_чм(t-_n(t)).

Так как _n(t) является функцией с ограниченным спектром, то сигнал на входе радиоприемного устройства с учетом (4) и (5) можно представить в виде

Из (6) видно, что искажения закона полезной частотной модуляции и паразитная амплитудная модуляция определяются множителем

Рассмотрим случай, когда

Для определения функциональной связи между паразитной амплитудной модуляцией и искажениями полезной ЧМ аналитически продолжим функции _n(t) и (t) на плоскость комплексного переменного z=t+j. По теореме Винера-Пэли вещественные функции (t) и _n(t) с ограниченным спектром могут быть аналитически продолжены на всю

плоскость комплексного переменного z=t+j как целые функции конечной степени , где F_max - максимальная частота в спектре функций (t) и _n(t). В этом случае

где _n(z) - аналитическое продолжение _n(t) на плоскость комплексного переменного z=t+j;

(z) - аналитическое продолжение (t) на плоскость комплексного переменного z=t+j.

Определим некоторые свойства функции R(z). Исследуемая функция R(z) является целой функцией, а e^jn(z) не обращается в 0 в конечной комплексной плоскости z. Это следует из того, что целая функция от целой функции есть также целая функция, а отношение двух целых функций есть также целая функция, если только знаменатель не обращается в некоторой точке конечной комплексной плоскости в нуль. Сумма целых функций есть также целая функция. Причем можно представить в виде целой функции порядка , не превышающего . Поэтому (9) можно представить в виде

где - целая функция порядка ,

h₀(z)=е^jh(z) -целая функция порядка .

Рассмотрим поведение модуля R(z) при в экстремальном случае (=)

lim=M(r), где М(r) - некоторая положительная функция, зависящая от r=. Так как функция порядка =, то из M(r), ().

Таким образом

В случае 2.

Для установления функциональной связи между паразитной амплитудной модуляцией и искажениями ЧМ сигнала рассмотрим функцию W(t)=lnR(t). Представим функцию W(t) в виде интеграла Коши

где с - контур интегрирования, причем W(t) на контуре непрерывна.

Непрерывность функции W{t) следует из того, что W(z) не имеет полюсов в конечной комплексной плоскости z. Рассмотрим функцию W(z)=ln[1+R(z)]. Из условия (8) и (11) следует, что

Тогда не имеет полюсов в конечной комплексной плоскости z, так как 1+R(z) не имеет нулей по теореме Руше. В этом случае (12) представим в виде

Рассмотрим каждый из интегралов I ₁, I₂, I₃.

1. Интеграл I₁

где все интегралы понимаются в смысле главного значения по Коши.

2. Интеграл I₂

где L представляет собой полуокружность бесконечно малого радиуса r с центром в точке z=t.

Так как z=rе ^j, то I₂ запишется в виде

3. Интеграл I₃. Рассмотрим функцию и определим ее поведение при , то есть найдем

Как было определено выше, lim=const=R₀. При этом lim можно заменить на R_t, где R _t - радиус полуокружности с центром в точке t. Таким образом,

Отсюда в соответствии с заключаем, что

Подставляя (14), (15) и (16) в выражение (13), получим

Так как функция аналитична в области, ограниченной контуром с, то по теореме Коши

Из(17) и (18) получаем соотношения

Полученные выражения являются прямым и обратным преобразованиями Гильберта функций и argR(t).

Для случая МЛР представляет собой закон паразитной амплитудной модуляции, argR(t) - фазовые искажения, вносимые в полезный передаваемый сигнал. Определим argR(t) и в виде аналитических сигналов

Сравнивая (20) и (18), а также (21) и (19), получим

Из (22) и (23) видно, что

Ф(t)=-jL(t)=е ^-j/2L(t).

В этом случае искажения передаваемого сообщения из (5) при многолучевом приеме при условии связаны соотношением

где - закон паразитной амплитудной модуляции.

Выражение (25) устанавливает функциональную связь между искажениями передаваемого ЧМ - сигнала и паразитной амплитудной модуляцией, возникающих из-за многолучевого распространения радиоволн. Знание этой зависимости позволяет получить компенсирующий сигнал для автоматической компенсации таких искажений.

На основании (25) можно синтезировать автокомпенсатор с додетекторной компенсацией (Фиг.1).

Он состоит из следующих блоков:

1 CM - смеситель радиоприемника,

2 ЧД - частотный детектор,

3 АД - амплитудный детектор,

4 In - логарифматор,

5 d/dt - дифференциатор,

6 /2 - широкополосный фазовращатель /2,

7 Г - управляемый гетеродин.

Рассмотрим работу такого рода автокомпенсатора. Пусть на входе смесителя действует сигнал:

где A(t) - закон паразитной амплитудной модуляции, fn(t) - полезное передаваемое сообщение, fu(t) - искажения, ₀ - средняя частота

передаваемого сигнала.

В этом случае сигнал на выходе смесителя запишем в виде:

где _г - средняя частота выходного сигнала гетеродина большая ₀,

f_г (t) - закон изменения частоты выходного сигнала гетеродина. Выходной сигнал U_чд можно записать в виде:

где b - крутизна дискриминационной характеристики частотного детектора.

С помощью управляющего тракта, состоящего из амплитудного детектора, логарифматора, дифференциатора и фазовращателя сформируем сигнал управления частотой гетеродина в соответствии с выражением (25), тогда изменения частоты гетеродина.

где а - крутизна характеристики управления гетеродина.

Из сравнения (28) и (29) видно, что при условии b·а=1, выражение (28) преобразуется к виду

Таким образом, в результате получена компенсация искажений полезного частотно-модулированного сигнала при многолучевом распространении с учетом условия (8).

Устройство компенсации интерференционных искажений с блоком уменьшения интерференционных искажений, подключенный своим входом к выходу преобразователя частоты радиоприемного устройства и состоящего из последовательно соединенных регулируемого усилителя, амплитудного детектора, первой схемы задержки с изменяемым временем задержки и включаемой с помощью переключающей схемы, состояние которой определяется условиями радиоприема и которая, в свою очередь, включена в разрыв между частотным детектором и выходом радиоприемного устройства, состоящая из коммутируемых ею второй схемы задержки с изменяемым синхронно с первой временем задержки и последовательно соединенных нелинейной цепи, переключателя, первого и второго сумматоров, на вторые входы которых с помощью переключающей схемы подаются сигналы в зависимости от условий радиоприема, причем качество подавления искажений оценивается с помощью детектора и индикатора искажений визуально при соответствующем выборе времени задержки в первой и второй схемах задержки, отличающееся тем, что в разрыв между усилителем промежуточной частоты и частотным детектором радиоприемного устройства с помощью смесителя введен сигнал детекторного устройства компенсации, состоящего из последовательно соединенных амплитудного детектора, логарифматора, дифференциатора, широкополосного фазовращателя и гетеродина, выходной сигнал которого подается на смеситель, результирующий сигнал является входным для детекторного устройства компенсации и частотного детектора.