СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ И ПРИЕМЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА С РАСШИРЕНИЕМ СПЕКТРА Российский патент 1999 года по МПК H04B1/62 H04K1/00 

Настоящее изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике связи, и может быть использовано в широкополосных системах связи с расширением спектра сигнала. Настоящее изобретение касается способа повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра.

В обычных системах для расширения спектра сигнала модулируют амплитуду сигнала, фазу, частоту или то и другое вместе. Во всех данных системах основным видом помех являются узкополосные сигналы, то есть сигналы, у которых вся энергия сосредоточена в узкой полосе частот (фиг. 1). Поэтому задача фильтрации сложного сигнала при одновременном воздействии на приемник флуктуационного шума и мощных узкополосных помех, находящихся в спектре полезного сигнала, весьма актуальна. Это связано с тем, что узкополосная станция может полностью нарушить связь в широкополосных системах, так как в перемножителе коррелятора узкополосная помеха преобразуется в фазоманипулированный сигнал, имеющий линейчатый спектр с огибающей, пропорциональной sin(x)/x, и при достаточно мощной помехе уровень шума на выходе коррелятора может превысить уровень свернутого полезного сигнала (фиг. 2).

Существует достаточно много способов для устранения этого явления, среди них квазиоптимальная линейная фильтрация, режекция участка спектра, компенсационные способы и т.д. Недостатком этих способов является то, что они сложны.

Известен способ повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра, заключающийся в формировании в передатчике передаваемого полезного сигнала, изменении частотного параметра такта псевдослучайного сигнала F_-псп в соответствии с заданной информацией, усилении его, передачe полученного сигнала через среду распространения, приеме приемником переданного сигнала с наложенным на него в среде распространения узкополосным сигналом с заданной полосой, фильтрацией узкополосного сигнала помех полученного сигнала в указанной полосе и получении полезного сигнала (см. кн. "Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами", под ред. Г.И. Тузова, М, "Радио и связь", 15 стр. 51, 52, 210 - 212).

Недостатком данного способа является его сложность.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по изменению способа получения широкополосного сигнала на выходе передатчика и изменении способа преобразования сигнала со стороны приемника, который позволит практически полностью избавиться от влияния узкополосных помех. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении качества связи за счет обеспечения помехозащищенности полезного сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра, заключающемся в формировании в передатчике передаваемого полезного сигнала, изменении частотного параметра такта псевдослучайного сигнала F_-псп в соответствии с заданной информацией, усилении его, передаче полученного сигнала через среду распространения, приеме приемником переданного сигнала с наложенным на его в среде распространения узкополосным сигналом с заданной полосой, фильтрацией узкополосного сигнала помех полученного сигнала в указанной полосе сигнала, в передатчике при формировании передаваемого сигнала после изменения информацией частотного параметра такта F_-псп формируют псевдослучайный сигнал, далее формируют фазовый шумовой сигнал с центральной частотой F₀ и полосой ± F_-псп на который накладывают цифровой псевдослучайный сигнал, при приеме данный сигнал с наложенным в среде распространения узкополосной помехой с полосой Fузк << F_-псп фильтруют в полосе F₀ ± F_-псп и преобразуют в напряжение, пропорциональное мощности, а затем его фильтруют в полосе Fузк - F_-псп, а затем корреляционным методом обработки получают сигнал рассогласования между тактом F_-псп передаваемого сигнала и соответствующей тактовой частотой приемного устройства.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого результата указанной совокупностью существенных признаков.

Описание чертежей:
на фиг. 1 - демонстрация прохождения сигнала в эфире;
на фиг. 2 - демонстрация соотношения полезного сигнала и узкополосного сигнала помехи после преобразования их в перемножителе коррелятора известного способа приема/передачи;
на фиг. 3 - блок-схема передатчика;
на фиг. 4 - блок-схема среды распространения;
на фиг. 5 - блок-схема приемника;
на фиг. 6 - демонстрация изменения сигнала в передатчике.

Настоящий способ повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра основан на реализации следующей последовательности действий.

1. В передатчике формируют передаваемый сигнал;
1.1. изменяют частотный параметр такта псевдослучайного сигнала F_-псп в соответствии с заданной информацией;
1.2. формирует псевдослучайный сигнал с тактом F_-псп;
1.3. формируют фазовый шумовой сигнал с центральной частотой F₀ и полосой ± F_-псп;
1.4. дополняют цифровой псевдослучайный сигнал фазовым шумовым сигналом, усиливают и передают полученный сигнал через среду распространения.

2. На приемном устройстве принимают переданный сигнал с наложенным на него в среде распространения узкополосным сигналом с полосой Fузк << F_-псп;
2.1. фильтруют принятый сигнал путем пропускания через высокочастотный полосовой фильтр с полосой пропускания 2 F_-псп и центральной частотой F₀;
2.2. преобразуют входной сигнал в напряжение, пропорциональное мощности;
2.3. фильтруют полученный сигнал в полосе Fузк - F_-псп;
2.4 усиливают и ограничивают полученный сигнал;
2.5. корреляционным методом обработки получают сигнал рассогласования между тактом F_-псп передаваемого сигнала и соответствующей тактовой частотой приемного устройства.

Настоящий способ реализуется приемопередающим устройством, которое представлено на фиг. 3 - 5.

На фиг. 3 представлена блок-схема передатчика. Информационный сигнал поступает на вход блока генератора 1 (ГУП), управляемого напряжением (со средней частотой F_-псп), модулируемого информационным сигналом. С выхода блока 1 сигнал F_-псп поступает на вход блока 2 (ПСП), вырабатывающего псевдослучайную последовательность (псп) с тактовой частотой F_-псп. В качестве блока ПСП может быть использованы нелинейные последовательности, формируемые комбинированием по определенным правилам символов с выхода одного или нескольких РС с линейной обратной связью, и нелинейные рекуррентные последовательности, формируемые РС с нелинейной обратной связью. Данные схемы представлены в кн. "Адресные системы управления и связи". под ред. Г.И. Тузова, М, "Радио и связь", 1993, стр. 35, рис. 2.4 и 2.5.

Выходной с блока 2 сигнал поступает на первый вход логического блока 3 И (AND) - блок с логической функцией "and", объединяющий два логических сигнала. На второй вход этого блока 3 И поступает сигнал с генератора 4 шума, выполненного в виде блока, вырабатывающего радио частоту F₀ со случайной фазой, занимаемой в эфире полосу, равную 2 F_-псп. Полученный в блоке 3 И сигнал поступает на выходной каскад 5, в котором происходит дополнительная фильтрация, усиление и согласование с антенной 6.

Демонстрация изменения сигнала в передатчике представлена на фиг. 6, где clk - вспомогательный такт, из которого синтезируются все остальные сигналы; takt psp соответствует частоте F_-псп, noise - сигнал псевдослучайной последовательности (псп) от генератора шума, а psp_and_noise - сигнал, формируемый на выходе блока И (AND).

Блок схема среды распространения представлена на фиг. 4. Данная схема представлена в виде вспомогательной для пояснения сути проблемы. Сигнал с передающей антенны 6 попадает в среду распространения радиоволны, из которой он улавливается принимающей антенной 7. На сигнал в среде распространения налагаются сигналы двух типов: узкополосной шум и широкополосный шум. Под узкоплосными шумами понимаются узкополосные станции, попадающие в полосу F₀ ± F_-псп и имеющие полосу сигнала Fузк << F_-псп. Широкополосный шум - это шумы атмосферы или шумы от других мешающих широкополосных систем, имеющих полосу, соизмеримую с полосой 2 F_-псп. Таким образом, принимающая антенна 7 получает из среды распространения полезный сигнал, смешанный с сигналами узкополосных и широкополосных помех. Более детально проблема влияния на полезный сигнал помех описана в [2, стр. 267 - 270].

Блок-схема приемника представлена на фиг. 5. Сигнал с принимающей антенны 7 поступает на вход блока 8 (ПФ1) полосового фильтра с центральной частотой F0 и полосой 2 F_-псп. С выхода этого блока сигнал поступает в конвертор 9, где происходит преобразование входного сигнала в напряжение, пропорциональное мощности. Полученный сигнал пропускается через блок 10 (ПФ2) полосового фильтра для преобразования (после конвертора) сигнала с полосой Fузк - F_-псп. После усиления в усилителе-ограничителе 11 сигнал в виде псевдослучайной последовательности (со стороны передатчика) плюс широкополосный шум поступает на вход блока 12 дешифрации, имеющего стандартную логику обнаружения и слежения за сигналом. В качестве данного блока может быть использован блок дешифрации, описанный в кн. "Цифровые радиоприемные системы", под ред. М.И. Жодзинского, М, "Радио и связь", 1990, стр. 128 - 129.

На фиг. 5 из блока дешифрации выделены (исключительно для ясности понимания прохождения сигнала) подблок ГУН 13 (такт ПСП) - генератор, управляемый напряжением, и подблок 14 - генератор ПСП (сигналов псевдослучайной последовательности). Эти блоки 13 и 14 являются составными частями блока дешифрации.

Приведенное приемопередающее устройство, реализующее заявленный способ передачи помехозащищенного сигнала, работает следующим образом.

На выходе передатчика образуются псевдослучайные импульсы, заполненные радиочастотным полосовым шумом, которые излучаются в эфир. Информация закладывается в модуляцию такта ПСП. В эфире на данный сигнал накладываются сигналы с полосой Fузк, а также широкополосные шумы (см. фиг. 4).

На входе приемника эти шум и сам сигнал поступают на блок 8 полосового фильтра ПФ1 (с центральной частотой F₀ и полосой 2 F_-псп), где происходит улучшение соотношения сигнал/шум за счет уменьшения полосы принимаемого сигнала. Далее этот сигнал поступает на конвертор 9, где происходит преобразование радиочастотного напряжения в напряжение, пропорциональное мощности (механизм этого преобразования будет рассмотрен ниже). В результате на выходе имеется напряжение, пропорциональное мощности полезного сигнала, занимающее полосу 0 - F_-псп (это не что иное как ПСП передатчика), плюс напряжение, пропорциональное мощности широкополосного шума, занимающее полосу 0 - F_-псп, так как суммарный сигнал прошел через блок 8 полосового фильтра ПФ1, а также напряжение, пропорциональное мощности узкополосного сигнала с полосой 0 - Fузк. Но так как Fузк << F_-псп, то пропуская полученный сигнал через блок 10 полосового фильтра ПФ2 (Fузк - F_-псп), из сигнала вырезается компонента, связанная с мощной узкополосной помехой, и на выходе блока полосового фильтра ПФ2 остается полезный сигнал плюс широкополосный шум, что является классическим случаем в теории широкополосных систем и хорошо рассмотрен в литературе [2] и [3].

Усилитель-ограничитель 11 необходим для устранения низкочастотных колебаний в амплитуде полезного сигнала, которые могут возникнуть из-за неидеальности конвертора 9.

Ниже приводится описание механизма преобразования в конверторе радиосигнала.

1. В преобразователе сигнал преобразуется в напряжение, пропорциональное мощности Vout = Vylog(VIn/Vx), где Vy и Vx - нормирующие множители. В дальнейшем эти множители для упрощения записи писаться не будут, то есть Vout ≈ log(VIn).

Алгоритм работы КОНВЕРТОРА

При прохождении через блок полосового фильтра ПФ2 компонента (2) не пройдет на выход фильтра, а компоненты (1), связанные с широкополосным шумом и сигналом, пройдут, но будут ослаблены в |V_узк| раз. Если пропустить полученный сигнал через усилитель-ограничитель 11, то данным влиянием при дальнейшей обработке сигнала можно пренебречь.

Дальнейшая обработка сигнала является классической для широкополосных систем (см. [2] и [3]) и в рамках данной заявки не рассматривается.

Настоящее изобретение позволяет в широкополосных системах связи с расширением спектра сигнала повысить помехозащищенность при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как реализовано на стандартной элементной базе с использованием выпускаемых в настоящее время известных элементов преобразования сигналов.

Источники информации
1. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. Под ред. Г.И. Тузова.- М.: Радио и связь, 1985, стр. 51, 52, 210 - 212.

2. Адресные системы управления и связь. Под ред. Г.И. Тузова.- М.: Радио и связь, 1993, стр. 35, рис. 2.4 и 2.5.

3. Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзинского.- М.: Радио и связь, 1990, стр. 128 - 129.

4. Документация на микросхему AD8307 фирмы ANALOG DEVICES, стр. 7.

Изобретение относится к радиотехнике связи и направлено на повышение помехозащищенности полезного сигнала в широкополосных системах связи, что является техническим результатом. Способ повышения помехозащищенности широкополосного сигнала заключается в том, что в передатчике формируют передаваемый сигнал, изменяют частотный параметр такта псевдослучайного сигнала F_-псп в соответствии с заданной информацией, формируют псевдослучайный сигнал, далее формируют фазовый сигнал с центральной частотой F_o и полосой ± F_-псп, на который накладывают цифровой псевдослучайный сигнал, при приеме данный сигнал с наложенным в среде распространения узкополосной помехой с полосой Fузк << F_-псп, фильтруют в полосе F_o ± F_-псп и преобразуют в напряжение, пропорциональное мощности, а затем его фильтруют в полосе Fузк - F_-псп, а затем корреляционным методом обработки получают сигнал рассогласования между тактом F_-псп передаваемого сигнала и соответствующей тактовой частотой приемного устройства. 6 ил.

Способ повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра, заключающийся в формировании в передатчике передаваемого полезного сигнала, изменении частотного параметра такта псевдослучайного сигнала F_-псп в соответствии с заданной информацией, усилении его, передаче полученного цифрового псевдослучайного сигнала через среду распространения, приеме приемником переданного сигнала с наложенным на него в среде распространения узкополосным сигналом помех с заданной полосой, подавлении узкополосного сигнала помех фильтрацией полученного сигнала в указанной полосе и получении полезного сигнала, отличающийся тем, что в передатчике при формировании передаваемого сигнала после изменения частотного параметра такта псевдослучайного сигнала F_-псп и перед усилением его формируют цифровой фазовый шумовой сигнал с центральной частотой Fо и суммируют ранее полученный цифровой псевдослучайный сигнал с цифровым псевдослучайным фазовым шумовым сигналом, а в приемном устройстве принимают переданный сигнал с наложенным на него в среде распространения узкополосным сигналом с полосой Fузк < < F_-псп, фильтрацию принятого сигнала осуществляют путем пропускания через высокочастотный полосовой фильтр с полосой пропускания 2 F_-псп и центральной частотой Fо, преобразуют входной сигнал в напряжение, пропорциональное мощности, дополнительно фильтруют полученный сигнал в полосе Fузк ^oC F_-псп, усиливают и ограничивают полученный сигнал, а затем корреляционным методом обработки получают сигнал рассогласования между тактом F_-псп передаваемого сигнала и соответствующей тактовой частотой приемного устройства.