УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ СТРУКТУРНЫХ ПОМЕХ ДЛЯ ПРИЕМНИКОВ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК H04B1/10 

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

Известны устройства подавления структурных помех, описанные в а.с. N 1338078, патентах РФ NN 2038697, 2034403, H 04 B 1/10 и др., недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство по а.с. N 1688416, H 04 B 1/10, структурная схема которого приведена на фиг. 1, где обозначено:
1 - первый перемножитель (фазовый модулятор),
2 - генератор копии сигнала,
3 - второй перемножитель (фазовый демодулятор),
4 - режекторный фильтр,
5 - выходной фильтр,
6 - первый аттенюатор,
7 - вычитатель,
8 - первый элемент задержки,
9 - второй элемент задержки,
10 - полосовые фильтры,
11 - ключи,
12 - вторые аттенюаторы,
13 - четвертые элементы задержки,
14 - обнаружители узкополосной помехи,
15 - третий перемножитель,
16 - третий элемент задержки,
17 - частотные каналы.

Работает устройство следующим образом.

Входной широкополосной шумоподобный сигнал (ШПС) и помеха поступают на вход перемножителя 1, где перемножаются с копией ШПС, синхронной с приходящим ШПС, формируемой в генераторе 2. За счет этого ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который рекомендуется режекторным фильтром 4, и узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее полосу ΔF (где ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на перемножитель 3. В перемножителе 3 широкополосная помеха перемножается с синхронной с ней копией ШПС, подаваемой на него с выхода генератора 2 через элемент 8, обеспечивающий выравнивание задержек в тракте распространения широкополосной помехи и копии ШПС.

За счет перемножения с копией ШПС широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на частотах каналов 17. В каждом частотном канале 17 узкополосная помеха фильтруется в парциальной полосе полосового фильтра 10, равной

где Δf_ш - полоса ШПС, после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если обнаружителем 14 принято решение об обнаружении помехи в данном парциальном канале. Помеха, прошедшая ключ 11, через аттенюатор 12 и элемент задержки 13 поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсируют помеху, поступающую на другой вход вычитателя 7 со входа устройства через аттенюатор 6 и элемент 9. Элементы 9, 13 и аттенюаторы 6 и 12 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы вычитателя 7. Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосной сигнал проходит на выход вычитателя 7. После перемножения в перемножителе 15 с копией ШПС, поступающей с выхода генератора 2 через элемент 16, широкополосный сигнал "сворачивается" в узкополосный сигнал, который фильтруется в выходном фильтре 5, после чего поступает на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и копии ШПС на входах перемножителя 15.

Укрупним структурную схему устройства-прототипа так, как показано на фиг.2, где обозначено:
1 - приемник полезного сигнала (блоки 2, 5, 15, 16 фиг.1),
2, 4 - перемножители (фазовые манипуляторы),
3 - режекторный фильтр,
5 - элемент задержки,
6 - аттенюатор,
7 - вычитатель,
8 - блок частотной селекции помех (n каналов блоки 10 - 14 фиг.1),
9 - элемент задержки.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным (внутрисистемным) помехам.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее приемник полезного широкополосного сигнала и канал, содержащий последовательно соединенные первый элемент задержки, первый аттенюатор, вычитатель, а также первый перемножитель, первый вход которого объединен со входом первого элемента задержки, первый полосовой фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход - со входом второго полосового фильтра, введены пятый элемент задержки и (n -1) каналов, в каждый из которых введены последовательно соединенные приемник мешающего сигнала, блок управления, второй вход которого соединен со вторым выходом приемника мешающего сигнала, коммутатор, последовательно соединенные четвертый элемент задержки, второй аттенюатор, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, выход коммутатора является выходом канала, третий выход приемника мешающего сигнала через третий элемент задержки соединен со вторым входом первого перемножителя и со входом второго элемента задержки, выход первого перемножителя соединен со входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, выход второго полосового фильтра соединен со вторым входом вычитателя, вход четвертого элемента задержки объединен со входом первого элемента задержки и является входом канала, входом устройства является вход пятого элемента задержки, выход которого соединен со входом первого канала.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 3, где обозначено:
1 - приемник полезного сигнала,
2,4 - первый и второй перемножители,
3, 16 - первый и второй полосовые фильтры,
5, 11, 12, 13, 14 - первый, второй, третий, четвертый, пятый элементы задержки,
6, 15 - аттенюатор,
7 - вычитатель,
8 - коммутатор,
9 - приемник мешающего сигнала,
10 - блок управления.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные пятый элемент задержки 14, вход которого является входом устройства, n каналов и приемник полезного сигнала 1. Каждый канал содержит последовательно соединенные первый перемножитель 2, первый полосовой фильтр 3, второй перемножитель, второй полосовой фильтр 16, вычитатель 7, к первому входу которого присоединены последовательно соединенные первый элемент задержки 5 и первый аттенюатор 6. Выход вычислителя 7 соединен со вторым входом коммутатора 8, первый вход которого соединен с последовательно соединенными четвертым элементом задержки 13 и вторым аттенюатором 15. Входы первого элемента задержки 5, четвертого элемента задержки 13 и первый вход первого перемножителя 2 объединены и являются входом канала. Управляющий вход коммутатора 8 соединен с выходом блока управления 10, первый и второй вход которого соединены с первым и вторым выходом приемника мешающего сигнала 9, третий выход которого через третий элемент задержки 12 соединен со вторым входом первого перемножителя 2, а через третий 12 и второй 11 элементы задержки со вторым входом второго перемножителя 4.

Выход коммутатора 8 является выходом канала. Вход первого канала через пятый элемент задержки 14 соединен со входом устройства. Выход n-го канала соединен со входом приемника полезного сигнала 1.

Работает устройство следующим образом.

Заявляемое устройство предназначено для подавления структурных (внутрисистемных) помех на входе приемников базовой станции системы связи с кодовым разделением каналов. Система содержит базовую станцию и N абонентских станций, которые могут находиться на разных расстояниях базовой станции. Сигналы ближних абонентов создают мощные структурные помехи приемникам базовой станции, принимающих сигналы от удаленных абонентов. Абоненты системы используют широкополосные фазоманипулированные сигналы, отличающиеся между собой структурой моделирующих последовательностей и имеющие одинаковую несущую частоту f₀ и полосу спектра Δf_ш.
Так как на базовой станции установлены N приемников от абонентов системы, то она располагает информацией о том, какие приемники вошли в синхронизм со своими абонентами. При этом имеется возможность измерения уровней сигналов, принимаемых базовой станцией, и определения степени мешания сигнала каждого из абонентов системы другим приемникам.

Входная смесь через последовательно соединенные элемент задержки 14 и n = N - 1 идентичных каналов (узлов) поступает на вход приемника полезного сигнала 1. В каждом канале входная смесь поступает на первый вход вычитателя 7 через последовательно соединенные элемент задержки 5 и аттенюатор 6, а на второй вход вычитателя 7 входная смесь поступает через последовательно соединенные перемножитель 2, полосовой фильтр 3, перемножитель 4, полосовой фильтр 16. В перемножителе 2 происходит свертка первой помехи за счет перемножения входной смеси с опорным сигналом. В качестве опорного сигнала используется псевдослучайная последовательность, поступающая с выхода приемника мешающего сигнала 9, подаваемая на опорный вход перемножителя 2 через элемент задержки 12. На опорный вход перемножителя 4 опорный сигнал подается с выхода приемника мешающего сигнала 9 через элементы задержки 12 и 11. За счет выбора значения задержки элементов 11, 12, 13 обеспечивается синхронность опорного сигнала (копии мешающего сигнала от первого абонента) с мешающим сигналом от первого абонента во входной смеси. Результат свертки фильтруется полосовым фильтром 3, после чего за счет перемножения с тем же опорным сигналом в перемножителе 4 на его выходе формируется первая широкополосная структурная помеха, очищенная от других структурных помех и от полезного сигнала. Опорный сигнал подается на опорный вход перемножителя 4 через элемент задержки 11, величина задержки которого равна задержке в полосовом фильтре 3. С выхода блока 4 широкополосная структурная помеха поступает на полосовой фильтр 16, амплитудо-частотная характеристика которого выбирается аналогичной амплитудо-частотной характеристике передатчика соответствующей абонентской станции. Это делается для более эффективной компенсации структурной помехи в вычитателе 7.

С выхода вычитателя 7 входная смесь, из которой исключена первая структурная помеха, поступает на вход коммутатора 8, на другой вход которого подается входная смесь через элемент задержки 13 и аттенюатор 15, которые аналогичны блокам 5 и 6. Коммутатор 8 управляется командами, формируемыми блоком управления 10. На блок управления 10 с выхода приемника мешающего сигнала 7 поступает команда о наличии или отсутствии его синхронизации с сигналом соответствующего абонента и о превышении (или непревышении) принятным сигналом допустимого уровня, который определяется по степени мешания его другим приемником. При наличии синхронизации с сигналом передатчика своего абонента и превышении принятого им сигнала допустимого значения блок управления 10 формируют команду "1", которая подключает к выходу коммутатора 8 выход вычитателя 7. При отсутствии синхронизации, а также в случае непревышения принятым сигналом порогового значения на выходе блока управления 10 формируется команда "0", которая подключает к выходу коммутатора 8 выход аттенюатора 15. В этом случае входная смесь проходит через данный узел транзитом, при этом в обоих случаях задержка и коэффициент передачи трактов прохождения входной смеси выбираются равными, что достигается за счет выбора параметров блоков 13, 15, 5, 6 и коэффициент передачи перемножителей 2 и 4. Это делается для того, чтобы включение или отключение тракта компенсации не влияло на режим синхронизации приемника полезного сигнала 1.

Одна из возможных реализаций приемника мешающих сигналов 9 представлена на фиг. 4, где приведен типовой приемник широкополосных фазоманипулированных сигналов:
41 - перемножитель,
42 - полосовой фильтр,
43 - демодулятор,
44 - устройство синхронизации,
45 - генератор псевдослучайных последовательностей.

Сигнал с выхода генератора псевдослучайной последовательности 45 приемника 9 через элемент задержки 12 подается на опорные входы перемножителей 2 и 4.

Сигналы с выхода устройства синхронизации, синхронизирующего генератор ПСП 45, и с выхода полосового фильтра 42 подаются на блок управления 10.

Структурная схема блока управления представлена на фиг.5, где обозначено:
51 - усилитель,
52 - детектор,
53 - блок сравнения с порогом,
54 - элемент "И",
55 - элемент задержки.

Напряжение с выхода полосового фильтра 42 блока 9 усиливается усилителем 51, детектируется детектором 52, сравнивается с фиксированным порогом в блоке сравнения 53. Команда о превышении (или непревышении) порога ("1" или "0") поступают на вход элемента "И" 54, который формирует команду "1" при наличии "1" по обоим входам. Блок 55 является регулируемым и обеспечивает синхронность появления команды на входах элемента "И" 54.

Блоки 5, 11, 12, 13, 14 также являются регулируемыми и обеспечивают необходимые временные соотношения.

Значение задержки блока 13 выбирается с учетом времени, затрачиваемого на формирование команд в приемнике 9 и блоке управления 10.

Величина задержки элемента задержки 12 компенсирует разброс параметров аппаратуры различных узлов.

В прототипе действие мощной структурной помехи приводит к отпиранию всех частотных каналов, при этом структурные помехи компенсируются в вычитателе, а на вход приемника проходит полезный сигнал и паразитная составляющая оценка структурной помехи, появление которой обусловлено режекцией части спектра структурной помехи режекторным фильтром. Эта паразитная составляющая коррелирована с полезным широкополосным сигналом и при дальнейшей обработке не отделяется от него. Аналогичная ситуация имеет место и при воздействии нескольких помех.

Коэффициент подавления паразитной составляющей оценки структурных помех для прототипа определяется соотношением

где ΔF_рф - полоса режекции режекторного фильтра, которая в прототипе определяется информационной полосой полезного сигнала (ΔF_инф); Б - база широкополосного сигнала.

Напряжение паразитной составляющей помехи на выходе вычитателя 7 определяется

Оценим уровень паразитной составляющей для заявляемого устройства.

В перемножителе 2 на полезный сигнал накладывается манипуляция опорной псевдослучайной последовательностью помехи, за счет чего спектр его расширяется. Часть расширенного спектра сигнала, отфильтрованного фильтром 3, манипулируется опорной псевдослучайной последовательностью помехи в перемножителе 4, в результате чего на выходе блока 4 формируется паразитная помеховая составляющая, обусловленная полезным сигналом.

Напряжение ее определится соотношением

Так как U_свх << U_пвх, то из сравнения (1) и (2) видно, что U_пз << U_ппр.

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - подавление структурных (внутрисистемных) помех на входе приемников базовой станции системы связи с кодовым разделением каналов. В устройстве на входе приемника имеется n инденичных узлов. В каждом узле осуществляется компенсация одной из структурных помех в том случае, если ее уровень превышает допустимое значение. При этом степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи больше, чем в прототипе. 5 ил.

Устройство компенсации структурных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее приемник полезного сигнала и один канал, содержащий последовательно соединенные первый элемент задержки, первый аттенюатор, вычитатель, а также первый перемножитель, один вход которого объединен со входом первого элемента задержки, первый полосовой фильтр, второй перемножитель, опорный вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с опорным входом первого перемножителя, отличающееся тем, что введены пятый элемент задержки и n - 1 последовательно соединенных дополнительных каналов, в каждый из n каналов введены последовательно соединенные четвертый элемент задержки, второй аттенюатор, коммутатор, а также приемник мешающего сигнала, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, выход которого является выходом канала, третий выход приемника мешающего сигнала через третий элемент задержки соединен с опорным входом первого перемножителя, введен второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, а выход - с соответствующим входом вычитателя, выход которого соединен со входом коммутатора, при этом выход первого перемножителя через первый полосовой фильтр соединен со входом второго перемножителя, кроме того, вход устройства через пятый элемент задержки соединен с объединенными входами первого и четвертого элементов задержки, выход последнего канала соединен со входом приемника полезного сигнала.