КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ СИГНАЛОВ С ЧАСТОТНЫМ СДВИГОМ С КОМПЕНСАЦИЕЙ СТРУКТУРНЫХ ПОМЕХ Российский патент 2001 года по МПК H04B1/10 H04L1/04 H04K1/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системе связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства корреляционной обработки широкополосных сигналов, описанные в патентах N 2038697, H 04 B 1/10, N 2034403, H 04 B 1/10. Эти устройства предназначены для использования в системах связи с кодовым разделением каналов и не могут быть использованы в системах связи с широкополосными сигналами с ортогональным частотным сдвигом.

Известен коррелятор для широкополосных сигналов с частным сдвигом, используемый в многоадресной системе связи с выбором произвольного абонента (см. IEEE Int. Con. Rec. 1964, Mach, pt.6), недостатком которого является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является коррелятор с набором фильтров, настроенных на разные частоты, приведенный в монографии Г.И.Тузова "Статическая теория приема сложных сигналов", М., "Сов.радио", 1977, стр. 111, рис. 3.3, принятый за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено
1 - перемножитель (фазовый ремодулятор);
2₁ - 2_N - полосовые фильтры;
3 - генератор копии сигнала.

Устройство-прототип содержит перемножитель 1, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входами полосовых фильтров 2₁ - 2_N, выходы которых являются выходами устройства, кроме того, выход генератора копии сигнала 3 соединен с опорным входом перемножителя 1.

На фиг. 2 приведена укрупненная схема устройства-прототипа, где обозначено
1 - блок перемножителя;
2 - блок фильтрации;
3 - генератор копии сигнала.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входная смесь поступает на перемножитель 1, где перемножается с опорным широкополосным сигналом, синхронным с полезным сигналом, поступающим с генератора копии сигналов 3. Результат перемножителя - свернутый сигнал поступает в блок фильтрации 2, где фильтруется. Так как все N сигналов отличаются между собой частотным сдвигом, то каждый сигнал сворачивается в свой блок фильтрации (на свою частоту). Однако из-за неидеальности взаимокорреляционных функций сигналов в частотной области продукты взаимной корреляции сигнала данного абонента с сигналами других абонентов присутствуют в каждом блоке фильтрации. Это аналогично тому, как при кодовом разделении каналов каждый сигналов сворачивается за счет перемножения с соответствующим ему опорным сигналом, но продукты взаимной корреляции во временной области присутствуют от всех приемников.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройстве, содержащее последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации, а также генератор копии сигналов, выход которого соединен с другим входом блока перенапряжения, введены (к-1) линейка и бок коммутации. Каждая из (к-1) линеек содержит последовательно соединенные блок перемножения, блок фильтрации, измеритель уровней сигналов, блок восстановления сигналов и блок компенсации. При этом управляющий выход измерителя уровней сигналов и точка соединения его информационного выхода и входа блока восстановления сигналов соединены с соответствующими входами блока коммутации. Выход генератора копии сигнала одновременно соединен с одними из входов блока перемножения и блока восстановления сигналов каждой линейки. Кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки соединен одновременно со входом блока компенсации и входом блока перемножения последующей линейки, а вход блока компенсации первой линейки соединен с одним из входов блока перемножения первой линейки и является входом устройства. Выход блока фильтрации к-той линейки соединен с соответствующим входом блока коммутации, выход которого является выходом устройства, другой вход блока перемножения к-той линейки соединен с выходом блока компенсации (к-1)-й линейки.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 3, где обозначено
1 - блок перемножения;
2 - блок фильтрации;
3 - генератор копии сигнала;
4 - измеритель уровней сигналов;
5 - блок восстановления сигналов;
6 - блок компенсации;
7 - блок коммутации.

Заявляемое устройство содержит (к-1) идентичную линейку, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок перемножения 1, блок фильтрации 2, измеритель уровней сигналов 4, блок восстановления сигналов 5 и блок компенсации 6. При этом входы блоков 1 и 6 первой линейки объединены и являются входом устройства.

Управляющий выход (шина из N управляющих выходов) измерителя уровней сигналов 4 соединены с соответствующими входами блока коммутации 7, выход которого является выходом устройства. При этом точка соединения информационного выхода (шина из N информационных выходов) и входа блока восстановления сигналов 5 соединена с соответствующим входом блока коммутации 7. Кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки 6 соединен со входами блока перемножения 1 и блока компенсации 6 последующей линейки.

Выход генератора копии сигналов 3 одновременно соединен с соответствующими входами блоков перемножения 1 и блока восстановления сигналов 5 каждой из (К-1) линеек.

К-я линейка содержит последовательно соединенные блок перемножения 1_к и блок фильтрации 2_к, выход которого соединен с соответствующим входом блока коммутации 7. Входы блока перемножения 1_к соединены с выходом генератора копии сигнала 3 и выходом блока компенсации 6_(к-1) (К-1) линейки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигналы N абонентов, отличающихся между собой частотным сдвигом несущих частот (равным для соседних каналов где T -длительность информационного символа) поступает на блок 1₁, где перемножается с опорной псевдослучайной последовательностью блока 3. В результате перемножения широкополосные сигналы N абонентов сворачиваются в узкополосные сигналы, отличающиеся частотами, которые подаются на блок 2₁.

В блоке 2₁ осуществляется фильтрация свернутых узкополосных сигналов с помощью гребенки из N фильтров, после чего они поступают на блок 4₁. В блоке 4 в каждом (К-1) частотном канале сигналы усиливаются, детектируются и сравниваются с первым (самым высоким) порогом. Команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов подаются на блок 7. Узкополосные сигналы, уровни которых превысили первый порог, подаются одновременно на блоки 5₁ и 7. В блоке 5₁ они превращаются в широкополосные сигналы, аналогичные соответствующим сигналам во входной смеси.

Это достигается за счет перемножения (фазовой манипуляции) узкополосных сигналов с опорной псевдослучайной последовательностью, поступающей на блок 5₁ с выхода генератора 3.

Восстановленные широкополосные сигналы первого уровня (превысившие первый порог) с входа блока 5₁ подаются на блок 6₁, где компенсируют соответствующие им сигналы во входной смеси. С выхода блока 6₁ входная смесь, из которой исключены сигналы первого уровня, подаются на блоки 1₂ и 6₂ второй линейки, состав блоков которой аналогичен составу блоков первой линейки.

Отличие второй линейки от первой состоит в том, что в блоке 4₂ проводится сравнение уровней узкополосных сигналов со вторым (более низким порогом).

С выхода блока 6₂ входная смесь, из которой исключены сигналы первого и второго уровней, подается на третью линейку, где из нее вычитаются сигналы 3-го уровня.

В (К-1)-й линейке восстанавливаются и компенсируются сигналы (К-1)-го уровня.

С выхода блока 6_(к-1) сигнал поступает на блок 1_к, на опорный вход которого подается псевдослучайная последовательность с выхода генератора 3. В блоке 1_к осуществляется свертка широкополосных сигналов абонентов К-го (наиболее низкого) уровня, которые остались во входной смеси после того, как в ней были скомпенсированы сигналы более высоких уровней.

В блоке 2_к осуществляется фильтрация свернутых узкополосных сигналов К-го уровня, которые подаются на вход блока 7.

Остановимся на аппаратурной реализации блоков.

Блок перемножения 1 выполняется в виде перемножителя, на входы которого сигналы могут подаваться через регулируемые элементы задержка, величина задержки которых выбирается такой (в том числе и равной нулю), чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов.

Структурная схема блока 4 представлена на фиг. 4, где обозначено
41 _1-N - элемент задержки;
42 _1-N - ключ;
43 _1-N - усилитель;
44 _1-N - детектор;
45 _1-N - схема сравнения с порогом.

В блоке 4 в каждом частотном канале сигнал усиливается, детектируется, сравнивается с порогом. Команды о превышении порога и узкополосные сигналы, уровни которых превысили порог, подаются на управляющие и информационные выходы блока 4.

Блок 5 содержит последовательно соединенные сумматор 4 и перемножитель (фазовый модулятор), на опорный вход которого сигнал подается через регулируемый элемент задержки, значение задержки которого в процессе настройки выбирается таким, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов.

Суммирование сигналов N частотных каналов выполняется с использованием развязывающих элементов (резисторов или усилителей), исключающих взаимное влияние полосовых фильтров.

Блок 6 представляет собой последовательно соединенные элементы задержки и вычитатель, ко второму входу которого подсоединены последовательно соединенные элементы задержки и усилитель. Элемент задержки и усилитель обеспечивают выравнивание сигнала на входах вычитателя по времени и амплитуде.

Вариант выполнения блока 7 при к = 3 представлен на фиг. 5 где обозначено:
71_1-N, 75_1-N - инвертор;
72_1-N, 76_1-N, 77_1-N - ключ;
73_1-N, 74_1-N, 78_1-N - усилитель.

Блок 7 содержит последовательно соединенные инвертор 71, ключ 72 и усилитель 73, кроме того, выход инвертора 71 соединен через ключ 77 со входом усилителя 78. Входы всех N инверторов 71 соединены с управляющими входами блока 4₁. N выходов от блока 4₂ соединены с соответствующими входами N ключей 72. N выходов от блока 2₃ соединены с соответствующими входами ключей 76, выходы которых соединены с соответствующими входами ключей 77.

N управляющих выходов блока 4₂ соединены со входами N инверторов 75, выходы которых соединены с другими входами ключей 76.

При этом N выходов от блока 4₁ соединены со входами N усилителей 74, выходы которых соединены с выходами усилителей 73 и 78 и являются N выходами устройства 7.

Блок 7 работает следующим образом.

На сигнальные входы ключей 72_1-N подаются узкополосные сигналы от блока 4₂. С выходов ключей 72_1-N они поступают на выходы блока 7, куда поступают сигналы от блока 4₁ через усилители 74_1-N и сигналы от блока 2₃ через последовательно соединенные ключи 76_1-N, 77_1-N и усилители 78_1-N.

Управление ключами 72_1-N и 77 _1-N осуществляется командами блока 4₁, поступающими на них через инверторы 71_1-N.

При появлении на управляющих выходах блока 4₁ команды "1", указанные ключи закрываются, не пропуская сигналы от блоков 4₂ и 2₃ на соответствующие выходы устройства, обеспечивая прохождение на них только сигналов блока 4₁.

Управляющими командами блока 4₂ осуществляется запрет на прохождение сигналов блока 2₃ на выходы устройства. Блоки 73, 74, 78 обеспечивают прохождение сигналов в одном направлении, за счет чего исключается взаимное влияние блоков 4₁, 4₂, 2₃, 5₁ и 5₂.

Устройство-прототип обеспечивает одновременную корреляционную обработку сигналов как ближних, так и удаленных абонентов, при этом мощные сигналы ближних абонентов оказывают мешающее воздействие на прием сигналов от удаленных абонентов. Мешающее воздействие обусловлено наличием выбросов функции взаимной корреляции широкополосных сигналов в частотной области.

В соответствии с монографией В.Б.Пестрякова "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", М., "Сов.радио", 1978, стр. 323, допустимое превышение мощности одной структурной помехи над сигналом, определяемые их взаимокорреляционными свойствами, при Б = 10³, где Б - база широкополосных сигналов, не превышает 20 дБ. При увеличении числа структурных помех эти цифра снижается.

В заявляемом устройстве осуществляется измерение уровней принимаемых сигналов, при этом производится поэтапная обработка сигналов абонентов различных уровней. Обработка сигналов i-го уровня осуществляется после компенсации во входной смеси сигналов 1-го, 2-го... (i-1)-го уровней, при этом допустимый уровень структурных помех на входе коррелятора базовой станции увеличивается на величину, определяемую подавлением помех за счет их компенсации, что составляет 20 - 40 дБ.

Коррелятор для сигналов с частотным сдвигом с компенсацией структурных помех относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости к структурным помехам, который обеспечивается поэтапной корреляционной обработкой сигналов абонентов различных уровней, при этом обработка слабых сигналов удаленных абонентов осуществляется после обработки сильных сигналов ближних абонентов. Указанный коррелятор содержит генератор копии сигнала, блок коммутации, блок перемножения, блок фильтрации, а также к-1 линейку, каждая из которых содержит блок перемножения, блок фильтрации, измеритель уровней сигналов, блок восстановления сигналов и блок компенсации. 5 ил.

Коррелятор для сигналов с частотным сдвигом с компенсацией структурных помех, содержащий последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации, а также генератор копии сигнала, выход которого соединен со входом блока перемножения, отличающийся тем, что указанные последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации являются к-й линейкой, при этом введены к - 1 линейка и блок коммутации, каждая из к - 1 линеек содержит последовательно соединенные блок перемножения, блок фильтрации, измеритель уровней сигналов, блок восстановления сигналов и блок компенсации, причем управляющий выход измерителя уровней сигналов и точка соединения его информационного выхода и входа блока восстановления сигналов соединены с соответствующими входами блока коммутации, выход генератора копии сигнала одновременно соединен с одним из входов блока перемножения и блока восстановления сигналов каждой линейки, кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки соединен одновременно со входом блока компенсации и другим входом блока перемножения последующей линейки, вход блока компенсации первой линейки соединен со входом блока перемножения первой линейки и является входом устройства, выход блока фильтрации к-й линейки соединен с соответствующим входом блока коммутации, выход которого является выходом устройства, другой вход блока перемножения к-й линейки соединен с выходом блока компенсации к - 1-й линейки.