Устройство компенсации помех для приемников широкополосных фазоманипулированных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Устройство компенсации помех содержит последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, первый полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, второй вычитатель, третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен с другим входом первого вычитателя. При этом входы первого и второго вычитателей объединены и являются входом устройства. Выход первого перемножителя через последовательно соединенные второй полосовой фильтр, усилитель и детектор 10 подсоединен к другому входу блока. Кроме того, выход полосового фильтра через последовательно соединенные второй фазовращатель, ограничитель, пятый перемножитель подсоединен одновременно к соответствующим входам третьего и четвертого перемножителей. Выход генератора копии сигнала одновременно соединен с соответствующими входами первого, второго и пятого перемножителей. Выходом устройства является выход первого перемножителя. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости по отношению к структурным помехам. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными помехами.

Известны устройства компенсации помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах N 2000666, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00, N 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659, H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является "Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов" по патенту N 2034403, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00, принятое за прототип.

Блок-схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено: 1, 6 - первый и второй вычитатель, 2, 5 - первый и второй перемножитель, 3, 8 - первый и второй полосовой фильтр, 4 - фазовращатель, 7 - блок с регулируемым коэффициентом передачи, 9 - усилитель, 10 - детектор АРУ, 11 - генератор копии сигнала.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый вычитатель 1, перемножитель 2, первый полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, второй вычитатель 6 и блок с регулируемым коэффициентом передачи 7, выход которого соединен с другим входом первого вычитателя. Кроме того, входы первого 1 и второго 6 вычитателей объединены и являются входом устройства, а общая точка выхода первого вычитателя 1 и входа первого перемножителя 2 является выходом устройства. Выход генератора копии сигнала 11 соединен одновременно с одним из входов первого 2 и второго 5 перемножителей. Общая точка выхода первого перемножителя 2 и входа первого полосового фильтра 3 через последовательно соединенные второй полосовой фильтр 8, усилитель 9, детектор АРУ 10 соединена с другим входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 7.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный сигнал и узкополосную помеху, поступает одновременно на входы вычитателей 1 и 6, при этом в вычитателе 1 из входной смеси вычитается оценка помехи, а в вычитателе 6 - оценка полезного сигнала. В результате этого на выходе вычитателя 1 выделяется широкополосный сигнал и нескомпенсированная часть узкополосной помехи, которые подаются на перемножитель 2. В нем за счет перемножения с синхронным опорным сигналом, формируемым генератором 11, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который фильтруется в фильтре 3, настроенном на частоту f₀ несущей широкополосного сигнала и через фазовращатель 4 подается на перемножитель 5. (Здесь и далее термин "перемножение" означает процедуру фазовой модуляции или ремодуляции, т.е. наложения или устранения кодовой модуляции).

В перемножителе 5 за счет перемножения с тем же опорным сигналом узкополосный сигнал превращается в широкополосный сигнал (оценку широкополосного сигнала), который подается на вход вычитателя 6. За счет компенсации широкополосного сигнала на выходе вычитателя 6 формируется оценка узкополосной помехи, которая через блок 7 подается на вычитатель 1, где компенсирует узкоплосную помеху во входной смеси. На выходе вычитателя 1 выделяется широкополосный сигнал и нескомпенсированная часть узкополосной помехи.

После перемножения в блоке 2 с опорным сигналом, формируемым генератором 11, нескомпенсированная часть узкополосной помехи превращается в широкополосную помеху, часть спектра которой поступает в полосы фильтров 3 и 8.

Полоса пропускания фильтра 8 выбирается равной полосе пропускания фильтра 3 (с учетом возможности получения заданной избирательности фильтров). В фильтре 8, отстроенном от фильтра 3 на заданную величину, выделяется часть спектра помехи, а полезный сигнал в него не попадает. Выделенное напряжение помехи усиливается усилителем 9, детектируется детектором 10 и используется для регулировки коэффициента передачи блока 7. Эта регулировка осуществляется автоматически таким образом, чтобы достигалось минимальное напряжение помехи в фильтре 8.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость по отношению к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, второй вычитатель, а также блок с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен с одним из входов первого вычитателя, генератор копии сигнала, выход которого одновременно соединен с соответствующими входами первого и второго перемножителей, выход первого перемножителя через последовательно соединенные второй полосовой фильтр, усилитель, детектор соединен с одним из входов блока с регулируемым коэффциентом передачи, при этом входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом устройства, а его выход - выход первого перемножителя, введены третий, четвертый и пятый перемножители, второй фазовращатель, ограничитель и режекторный фильтр. Причем выход второго полосового фильтра через последовательно соединенные второй фазовращатель, ограничитель и пятый перемножитель соединены с соответствующими входами третьего и четвертого перемножителей, выход второго вычитателя через последовательно соединенные третий перемножитель, режекторный фильтр и четвертый перемножитель соединен с одним из входов блока с регулируемым коэффициентом передачи. Кроме того, другой вход пятого перемножителя соединен с выходом генератора копии сигнала.

Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено: 1, 6 - первый и второй вычитатели,
2, 5, 12, 14, 15 - первый, второй, третий, четвертый и пятый перемножители,
3, 8- первый и второй полосовые фильтры,
4, 16 - первый и второй фазовращатели,
7 - блок с регулируемым коэффициентом передачи,
9 - усилитель,
10 - детектор АРУ,
11 - генератор копии сигнала (генератор псевдослучайной последовательности),
13 - режекторный фильтр,
17 - ограничитель.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый вычитатель 1, первый перемножитель 2, первый полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, второй вычитатель 6, третий перемножитель 12, режекторный фильтр 13, четвертый перемножитель 14, блок с регулируемым коэффициентом передачи 7, выход которого соединен с другим входом первого вычитателя 1. При этом выходы первого 1 и второго 6 вычитателей объединены и являются входом устройства. Общая точка выхода первого перемножителя 2 и входа первого полосового фильтра 3 через последовательно соединенные второй полосовой фильтр 8, усилитель 9 и детектор 10 подсоединена к другому входу блока 7. Кроме того, общая точка выхода полосового фильтра 8 и входа усилителя 9 через последовательно соединенные второй фазовращатель 16, ограничитель 17, пятый перемножитель 15 подсоединена одновременно к соответствующим входам третьего 12 и четвертого 14 перемножителей. При этом выход генератора копии сигнала 11 одновременно соединен с соответствующими входами первого 2, второго 5 и пятого 15 перемножителей. Выходом устройства является общая точка выхода первого вычитателя 1 и входа первого перемножителя 2.

Работает заявляемое устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и структурную помеху, поступает одновременно на входы вычитателей 1 и 6. В исходный момент времени на опорных входах перемножителей 12 и 14 соответствует напряжение, что эквивалентно разрыву цепи между вычитателями 1 и 6. В этом случае с выхода вычитателя 1 сигнал и помеха поступают на перемножитель 2, где за счет перемножителя с синхронным опорным сигналом, формируемом в генераторе 11, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, а узкополосная помеха становится широкополосной.

Свернутый узкополосный сигнал и часть спектра широкополосной помехи попадают в полосу пропускания полосового фильтра 3, настроенного на частоту несущей полезного сигнала f₀. Полоса пропускания полосового фильтра 3 выбирается равной полосе свернутого полезного сигнала F.
Часть спектра широкополосной помехи попадает в полосу фильтра 8, настроенного на частоту f₁= f_o+KF, К2 и имеющего полосу пропускания, равную F, при этом частота f₁ выбирается максимально близкой к f₀ (с учетом возможности достижения необходимой степени избирательности фильтров 3 и 8).

С выхода фильтра 3 узкополосный сигнал и часть спектра помехи, попавшей в полосу пропускания фильтра 3, через фазовращатель 4 подаются на перемножитель 5, где за счет манипуляции с опорным сигналом, формируемым генератором 11, они превращаются в широкополосный полезный сигнал и в паразитную широкополосную помеху, коррелированную с полезным сигналом (имеющую ту же несущую и тот же закон формирования и отличающуюся от него начальной фазой).

Широкополосный сигнал и паразитная широкополосная помеха с выхода перемножителя 5 поступает на вход вычитателя 6, где осуществляется компенсация полезного сигнала и выделение оценки структурной помехи и ее паразитной широкополосной составляющей, которые подаются на сигнальный вход перемножителя 12.

На опорные входы перемножителей 12 и 14 подается напряжение с выхода перемножителя 15, которое формируется следующим образом.

Часть спектра широкополосной помехи, образовавшейся за счет манипуляции структурной помехи опорным сигналом в перемножителе 2, выделяется узкополосным полосовым фильтром 8 с полосой пропускания, равной полосе пропускания F фильтра 3. Частота настройки фильтра 8 выбирается максимально близкой к частоте несущей широкополосного сигнала f₀ (с учетом аппаратурных возможностей достижения заданной избирательности фильтров 3 и 8).

С выхода фильтра 8 помеха через фазовращатель 16 и ограничитель 17 поступает на сигнальный вход перемножителя 15, где за счет перемножения с опорным сигналом с генератора 11 становится широкополосной фазоманипулированной помехой, аналогичной паразитной широкополосной помехи на выходе перемножителя 5, т.е. имеющей тот же закон формирования, ту же полосу спектра и отличающейся от нее частотой несущей, равной (f_o+KF, K 2), где KF - частота отстройки фильтра 8 по отношению к частоте настройки фильтра 3, К - целое число.

В перемножителе 12 осуществляется перемножение смеси структурной помехи и ее паразитной широкополосной составляющей на несущей f₀ с паразитной широкополосной составляющей той же помехи на несущей (f_o+KF), К2, К - целое число. Результаты перемножения двух коррелированных широкополосных паразитных составляющих помехи является их свертка, которая режектируется в фильтре 13, при этом исключается циркуляция паразитной широкополосной составляющей помехи по кольцу обратной связи.

В то же время структурная помеха проходит через блоки 6, 12, 13, 14 практически без искажения, т.к. в перемножителе 12 на помеху накладывается манипуляция опорной паразитной широкополосной помехой, поступающей с выхода перемножителя 15, а в перемножителе 14 она снимается за счет перемножения с тем же опорным сигналом.

В то же время часть спектра широкополосной структурной помехи на выходе перемножителя 12, попавшая в полосу фильтра 13, манипулируется по фазе опорной паразитной составляющей в перемножителе 14, за счет чего образуется новая паразитная широкополосная составляющая помехи на частоте f₀. Уровень этой помехи определяется соотношением:

Фильтр 13 выделяет результат свертки коррелированных помех одинаковой структуры, при этом полоса режекции должна выбираться с учетом возможности выделения разных фаз помех, поступающих на вход перемножителя 12, т.е. она чрезвычайно узкая, что подтверждает справедливость соотношения (1).

Так как паразитные широкополосные составляющие помехи в перемножителе 12 поступают на несущей частоте f₀, то фильтр 13 представляет собой последовательно соединенные режекторные фильтры на разностной (нулевой) частоте и на суммарной (удвоенной) частоте.

В прототипе степень подавления помех ограничивается наличием паразитной широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом и циркулирующей по кольцу обратной связи.

Некомпенсированная часть помехи с выхода вычитателя поступает на перемножитель 2, где манипулируется по фазе опорной псевдослучайной последовательностью, в результате чего она становится широкополосной. Часть спектра ее, попавшая в полосовой фильтр 3, через фазовращатель 4 поступает в перемножитель 5, где манипулируется по фазе тем же опорным сигналом, после этого она превращается в паразитную широкополосную составляющую помехи, коррелированную с полезным сигналом (имеющую одинаковую с ним несущую частоту и закон манипуляции и отличающуюся от него только начальной фазой).

Паразитная широкополосная составляющая помехи по кольцу обратной связи (через блоки 6, 7 и 1) поступает на перемножитель 2, где за счет перемножения с тем же опорным сигналом сворачивается в паразитную узкополосную помеховую составляющую, которая попадая в фильтр 3, суммируется с основной помеховой составляющей, попадающей в фильтр 3 из входной смеси (через блоки 1 и 2). Этот процесс многократно повторяется.

Таким образом в устройстве-прототипе имеет место циркуляция паразитной помеховой составляющей и ее накопление в фильтре 3, что снижает устойчивость устройства и степень подавления помехи.

Для прототипа уровень паразитной широкополосной составляющей помехи определяется соотношением:

где U_n - напряжение помехи на входе;
F - полоса спектра свернутого полезного сигнала (полоса пропускания фильтра 3);
f_ш - полоса спектра широкополосного сигнала;
K - коэффициент передачи тракта между блоками 1 и 6.

При K = 1 устройство-прототип неработоспособно, а увеличение K приводит к увеличению длительности переходных процессов.

Ограничения, налагаемые на значения K приводят к ограничению на значения U_п.
Так, при K < 0,9, U_п> 0,1U_п, а с учетом накопления паразитной составляющей помехи для U_шпп для прототипа имеем:

В предлагаемом устройстве цепь между вычитателями 1 и 6 в исходный момент времени разорвана и открывается только после выделения помехи на выходе перемножителя 15.

Это означает, что в заявляемом устройстве коэффициент передачи между блоками 1 и 6 может быть установлен как угодно близким к 1. Величина K не влияет на длительность переходных процессов, а U_п может быть как угодно мало.

Режекция паразитной составляющей помехи в блоках 10, 11, 12 исключает возможность ее накопления, потому для уровня паразитной составляющей помехи в предлагаемом устройстве равна:
(3)
Так при K = 0,99 получим

Из выражений (3) и (4) видно, что в заявляемом устройстве может быть достигнута значительно большая степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи, чем в прототипе.

В то же время в заявленном устройстве в блоках 12, 13, 14 образуется новая паразитная помеховая составляющая, появление которой обусловлено режекцией части спектра широкополосной структурной помехи в блоке 13. Однако полоса режекции блока 13 значительно меньше полосы F, т.е. F₁₃ 0,
так как блок 13 режектирует результат свертки коррелированных составляющих помех, отличающихся несущими частотами и начальными фазами, т.е. имеет узкую полосу, выделяющую разность фаз.

При этом в устройстве исключается возможность циркуляции этой помеховой составляющей, уровень которой определяется:

Таким образом в предлагаемом устройстве исключается циркуляция паразитной широкополосной составляющей помехи по кольцу обратной связи и достигается более высокая степень подавления помех чем в прототипе.

Формула изобретения

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных фазоманипулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, первый полосовой фильтр, фазовращатель, второй вычитатель, а также блок с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя, генератор копии сигнала, выход которого одновременно соединен с опорными входами первого и второго перемножителей, выход первого перемножителя через последовательно соединенные второй полосовой фильтр, усилитель, детектор АРУ соединен с управляющим входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, при этом первый вход первого и второй вход второго вычитателей объединены и являются входом устройства, а его выходом является точка соединения первого вычитателя и первого перемножителя, отличающееся тем, что введены третий, четвертый и пятый перемножители, второй фазовращатель, ограничитель и режекторный фильтр, причем выход второго полосового фильтра через последовательно соединенные второй фазовращатель, ограничитель и пятый перемножитель соединен с опорными входами третьего и четвертого перемножителей, выход второго вычитателя через последовательно соединенные третий перемножитель, режекторный фильтр и четвертый перемножитель соединен с одним из входов блока с регулируемым коэффициентом передачи, кроме того, опорный вход пятого перемножителя соединен с выходом генератора копии сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2