СПОСОБ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ЧАСТОТНЫМ СДВИГОМ Российский патент 2001 года по МПК H04B1/10 H04L1/04 H04K1/04 

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

Известны способы корреляционной обработки широкополосных сигналов, реализованные в устройствах, защищенных патентами РФ (N 2038697, H 04 B 1/10, N 2034403, H 04 B 1/10).

Указанные способы используются в системах связи с кодовым разделением каналов и не могут быть применены для обработки широкополосных сигналов с частотным сдвигом.

Известен способ корреляционной обработки широкополосных сигналов с частотным сдвигом, реализованный в многоадресной системе с выбором произвольного абонента (см. Н. Г.Петрович, М.К.Размахнин. "Системы связи с шумоподобными сигналами", издательство "Сов. радио", Москва, 1969 г., стр. 127-130), недостатком которого является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

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

Структурная схема устройства, в котором реализован способ-прототип, приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
1 - перемножитель;
2₁-2_N - первый, второй, ..., N-й полосовые фильтры;
3 - генераторы копии сигнала.

Устройство-прототип содержит перемножитель 1, вход которого является входом устройства, N полосовых фильтров 2₁-2_N и генератор копии сигналов 3, при этом выход генератора копии сигналов 3 соединен с опорным входом перемножителя 1, выход которого соединен с объединенными входами полосовых фильтров 2₁-2_N, выходы которых являются выходами устройства.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосные фазоманипулированные сигналы ближних и удаленных абонентов, отличающихся между собой частотными сдвигами несущей частоты (являющимися адресными признаками абонентов), поступают на вход базовой станции системы связи с частотным сдвигом, где в блоке 1 перемножаются с опорным сигналом генератора 3, синхронным с входными сигналами абонентов. Результат перемножения, представляющий собой свернутые узкополосные сигналы абонентов, после фильтрации в N полосовых фильтрах, каждый из которых выделяет сигнал своего абонента, поступают на выход устройства.

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

На фиг. 2 блоки 2₁-2_N объединены в один блок фильтрации сигналов 2.

Способ-прототип, реализованный в устройстве, представленном на фиг. 1 и 2, основан на перемножении входной смеси, содержащей широкополосные сигналы с частотным сдвигом, с синхронным опорным сигналом, фильтрации результата перемножения в N частотных каналах.

Способ-прототип заключается в том, что входную смесь, содержащую N широкополосных сигналов с частотным сдвигом (частотный сдвиг несущей частоты является адресным признаком абонента), поступающих от ближних и удаленных абонентов, перемножают с опорным сигналом, общим для всех N сигналов и синхронным со всеми N сигналами. Результат перемножения входной смеси с синхронным опорным сигналом, представляющий собой свертки широкополосных сигналов с частотным сдвигом - узкополосные сигналы, отличающиеся между собой частотами, фильтруют в N частотных каналах, каждый из которых выделяет сигнал одного из абонентов.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в способе, заключающемся в перемножении входной смеси из сигналов ближних и удаленных абонентов с общим для всех N абонентов синхронным опорным сигналом и в фильтрации результата перемножения в N частотных каналах, после фильтрации измеряют уровни сигналов в N частотных каналах, затем выделяют сигналы большого уровня (сигналы ближних абонентов), из которых формируют оценки структурных помех за счет перемножения в каждом из N каналов выделенных сигналов большого уровня с синхронным опорным сигналом, а сформированные оценки структурных помех после ограничения и суммирования используют в качестве опорного сигнала для режекции структурных помех из входной смеси, которую далее перемножают с тем же синхронным опорным сигналом. При этом результат перемножения фильтруют в N частотных каналах.

Предлагаемый способ обработки широкополосных сигналов с частотным сдвигом предполагает следующую последовательность действий над входным сигналом.

В корреляторе базовой станции широкополосной системы связи с частотным сдвигом, принимающей сигналы от ближних и удаленных абонентов, входную смесь, содержанию N широкополосных сигналов, адресным признаком которых является частотный сдвиг несущей частоты, перемножают с синхронным опорным сигналом.

Результат перемножения, представляющий собой свертку широкополосных сигналов абонентов - узкополосные сигналы, отличающиеся частотами, фильтруют.

Результат фильтрации используют для измерения уровней принятых сигналов.

По результатам измерения выделяют сигналы большого уровня, сигналы ближних абонентов и формируют из них оценки структурных помех. Для этого восстанавливают сигналы большого уровня за счет перемножения в каждом из N каналов выделенных сигналов большого уровня с тем же синхронным опорным сигналом. Восстановленные сигналы большого уровня ограничивают и суммируют. Суммарный сигнал используют в качестве опорного сигнала при выполнении процедуры режекции сигналов большого уровня (структурных помех) из входной смеси.

Входную смесь после режекции из нее структурных помех (сигналов большого уровня) перемножают с синхронным опорным сигналом, результат перемножения фильтруют в N частотных каналах.

Пример аппаратурной реализации предлагаемого способа представлен на фиг. 3, где использованы следующие обозначения:
1₁, 1₂ - первый и второй блоки перемножения;
2₁, 2₂ - первый и второй блоки фильтрации;
3 - генератор копии сигнала;
4 - измеритель уровней сигналов;
5 - формирователь оценок структурных помех;
6 - блок режекции структурных помех;
7 - блок коммутации;
8 - блок ограничения;
9 - сумматор.

На фиг. 3 изображены последовательно соединенные первый блок перемножения 1₁, первый блок фильтрации 2₁, измеритель уровней сигналов 4, управляющий выход которого (шина из N управляющих выходов) соединен с управляющим входом блока коммутации 7, сигнальный же выход (шина из N сигнальных выходов) измерителя уровней сигналов 4 соединен с первым сигнальным входом блока коммутации 7 и сигнальным входом формирователя оценок структурных помех 5, опорный вход которого соединен с опорными входами первого и второго блока перемножения 1₁ и 1₂ и с выходом генератора копии сигнала 3, а выход формирователя оценок структурных помех 5 шиной через блок ограничения 8 и сумматор 9 соединен с опорным входом блока режекции структурных помех 6, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом первого блока перемножения 1₁ и является входом устройства, а выход блока режекции структурных помех 6 соединен с сигнальным входом второго блока перемножения 1₂, выход которого через блок фильтрации 2₂ шиной соединен со вторым сигнальным входом блока коммутации 7, выход которого является выходом устройства.

Устройство, реализующее заявляемый способ, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосные фазоманипулированные сигналы от N абонентов, отличающиеся между собой частотным сдвигом несущих частот (равным для соседних каналов T - длительность информационного символа), являющимся адресом абонента, поступает на блок 1₁, где перемножается с опорным сигналом (копией сигнала), формируемой блоком 3. В результате перемножения широкополосные фазоманипулированные сигналы N абонентов сворачиваются в узкополосные сигналы, отличающиеся между собой частотами, которые подаются на блок 2₁. В блоке 2₁ узкополосные сигналы фильтруются с помощью гребенки из N полосовых фильтров, каждый из которых настроен на свою частоту, отфильтрованные сигналы поступают на блок 4. В блоке 4 в каждом из N каналов сигнал усиливается и детектируется, полученные огибающие сигналов сравниваются с порогом. Команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов подаются на блок 7.

Узкополосные сигналы, уровни которых превысили порог, подаются одновременно на блоки 5 и 7. В блоке 5 они восстанавливаются в широкополосные сигналы большого уровня (сигналы ближних абонентов). Это достигается за счет перемножения (фазовой манипуляции) узкополосных сигналов, прошедших на выход блока 4 опорным сигналом блока 3. С выхода блока 5 широкополосные сигналы большого уровня (оценки структурных помех) через блок 8, осуществляющий их ограничение, и блок 9, осуществляющий их суммирование, подаются на блок 6, где производится режекция обнаруженных в блоке 4 структурных помех.

С выхода блока 6 входная смесь, из которой исключены структурные помехи, подается на блок 1₂, где перемножается с опорным сигналом (копией сигнала), формируемой блоком 3. За счет перемножения с синхронным опорным сигналом в блоке 1₂ осуществляется свертка широкополосных сигналов удаленных абонентов (сигналов малого уровня). В блоке 2₂ свернутые узкополосные сигналы малого уровня фильтруются каждый в своем полосовом фильтре, после чего подаются на блок 7, осуществляющий коммутацию N частотных каналов на выход устройства.

Блок 7 за счет использования команд управления, поступающих от блока 4, обеспечивает прохождение сигналов большого и малого уровней на разные выходы блока 7.

Структурная схема блока 4 приведена на фиг. 4, где использованы следующие обозначения:
41₁-41_N - элемент задержки;
42₁-42_N - ключ;
43₁-43_N - усилитель;
44₁-44_N - детектор;
45₁-45_N - блок сравнения с порогом.

Блок 4 состоит из N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент задержки 41 и ключ 42, а также последовательно соединенные усилитель 43, детектор 44, блок сравнения с порогом 45, выход которого соединен с управляющим входом ключа 42 и одновременно является выходом канала, выход ключа 42 является сигнальным выходом канала, входы элемента задержки 41 и усилителя 43 объединены между собой и являются входом канала.

Блок 4 работает следующим образом. В каждом из N каналов сигнал усиливается в блоке 43, детектируется в блоке 44, сравнивается с порогом в блоке 45. Одновременно в каждом канале сигнал через элемент задержки 41 подается на ключ 42. Величина задержки блока 41 выбирается равной задержке в тракте, состоящем из блоков 43, 44, 45. Команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порога с выходов блока 45 подаются на управляющий выход. Узкополосные сигналы, превысившие пороги, подаются одновременно на сигнальный вход блока 7 (шина из N проводов) и сигнальный вход блока 5 (шина из N проводов).

Структурная схема блока 5 приведена на фиг. 5, где использованы следующие обозначения:
51₁-51_N - перемножитель;
52₁-52_N - полосовой фильтр;
53₁-53_N - элемент задержки.

Блок 5 содержит N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенный перемножитель 51 и полосовой фильтр 52. Входы блоков 51₁ ... 51_N являются сигнальными входами блока 5, а выходы блоков 52₁ ... 52_N являются выходами блока 5. Блок 5 содержит также элементы задержки 53₁ ... 53_N, объединенные входы которых являются опорным входом блока 5, выходы блоков 53₁ ... 53_N соединены с соответствующими опорными входами блоков 51₁ ... 51_N.

Блок 5 работает следующим образом.

Узкополосные сигналы, превысившие пороги в блоке 4, подаются на соответствующие блоки 51, где перемножаются с опорным сигналом, формируемым блоком 3, поступающим на блоки 51 через соответствующие элементы задержки 53. В результате перемножения (фазовой манипуляции) узкополосные сигналы становятся широкополосными фазоманипулированными сигналами, аналогичными по структуре соответствующим сигналам во входной смеси. В соответствующих блоках 52 осуществляется фильтрация сформированных сигналов, при этом полоса пропускания блоков 52 выбирается равной ширине спектра соответствующих широкополосных сигналов во входной смеси. Таким образом на выходе блока 5 формируются оценки структурных помех (копии сигналов большого уровня).

Блок ограничения 8 содержит N каналов, каждый из которых содержит ограничитель. В блоке 8 осуществляется нормирование уровней напряжений в каждом из N каналов. В сумматоре 9 осуществляется суммирование нормированных напряжений N каналов с использованием при необходимости при объединении каналов развязывающих элементов (резисторов, эммитерных повторителей и т.д.).

Структурная схема блока 6 приведена на фиг. 6, где использованы следующие обозначения:
61, 63 - перемножитель;
62 - режекторный фильтр;
64, 65 - элементы задержки.

Блок 6 содержит последовательно соединенные первый элемент задержки 64, вход которого является сигнальным входом блока, первый перемножитель 61, режекторный фильтр 62, второй перемножитель 63, выход которого является выходом блока, а также второй элемент задержки 65, при этом опорный вход блока 6 соединен с опорным входом блока 61 непосредственно, а с опорным входом блока 63 соединен через элемент задержки 65.

Блок 6 работает следующим образом.

Входная смесь со входа устройства через элемент задержки 64 поступает на сигнальный вход блока 61, на опорный вход его поступает смесь оценок (копий) структурных помех с выхода блока 9. Величина задержки блока 64 подбирается таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность сигналов на входах блока 61. За счет перемножения входной смеси с оценками структурных помех в блоке 61 осуществляется свертка широкополосных структурных помех в узкополосные помехи, которые режектируются в блоке 62. В то же время слабые сигналы (сигналы малого уровня) от удаленных абонентов в блоке 61 получают дополнительную манипуляцию смесью оценок структурных помех, которая снимается в блоке 63 за счет перемножения с тем же опорным сигналом, поступающим от блока 9 через блок 65.

Таким образом структурные помехи режектируются и поэтому не проходят на выход блока 6, а сигналы удаленных абонентов проходят через него практически без искажения. Величина задержки блоков 64 и 65 подбирается при настройке устройства таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов.

Структурная схема блока 7 приведена на фиг. 7, где использованы следующие обозначения:
71₁-71_N - инвертор;
72₁-72_N - ключ;
73₁-73_N - первый усилитель;
74₁-74_N - второй усилитель.

Блок 7 содержит N первых каналов, каждый из которых содержит блок 74, N вторых каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блоки 72 и 73 и N третьих каналов, каждый из которых содержит блок 71, при этом выходы первых усилителей 73 соединены с соответствующими выходами вторых усилителей 74, входы которых являются первыми N входами блока 7, а выходы являются N выходами блока 7. Вторые N входов блока 7 соединены с соответствующими сигнальными входами блоков 72, при этом N отправляющих входов блока 7 соединены через соответствующие блоки 71 с соответствующими управляющими входами ключей 72.

Сигналы ближних абонентов от блока 4 поступают на входы блоков 74₁-74_N, где осуществляется их усиление, а с их выходов - на выходы блока 7.

Сигналы удаленных абонентов поступают на второй вход блока 7 от блока 2₂. Через ключи 72₁-72_N и первые усилители 73₁-73_N они поступают на выходы блока 7. Управление ключами 72₁-72_N осуществляется командами блока 4, поступающими через инверторы 71₁-71_N. При появлении на управляющих выходах блока 4 команды "1" соответствующие им ключи 72 запираются, за счет этого обеспечивается прохождение на выход блока 7 сигналов ближних абонентов с выходов блока 4, а сигналов удаленных абонентов - с выходов блока 2₂, при этом управляющими командами блока 4 производится запрет на прохождение сигналов тех каналов блока 2₂, которые открыты в блоке 4. Блоки 73₁-73_N, 74₁-74_N обеспечивают прохождение сигналов в одном направлении, за счет чего исключается взаимное влияние блоков 4, 5, 2₂.

Блоки 1₁ и 1₂ представляют собой перемножители, на сигнальные и опорные входы которых сигналы подаются через элементы задержки, величины которых подбираются при настройке устройства таким образом, чтобы обеспечить синхронность перемножаемых сигналов с учетом их задержки в аппаратуре.

Способ-прототип обеспечивает одновременную корреляционную обработку на базовой станции сигналов как ближних, так и удаленных абонентов. Мощные сигналы ближних абонентов оказывают мешающее воздействие на прием сигналов удаленных абонентов, что обусловлено наличием выбросов функции взаимной корреляции широкополосных сигналов в частотной области, поэтому прототип имеет низкую помехоустойчивость к структурным помехам. Заявляемый способ основан на измерении уровней принимаемых сигналов в корреляторе базовой станции и использовании двухэтапной процедуры корреляционной обработки. На первом этапе осуществляют корреляционную обработку мощных сигналов ближних абонентов. Корреляционную обработку слабых сигналов удаленных абонентов производят на втором этапе после режекции из входной смеси восстановленных сигналов ближних абонентов (структурных помех). За счет этого обеспечивается повышение помехоустойчивости к структурным помехам на величину порядка (60-80) дБ, определяемую степень подавления структурных помех при их режекции.

Способ корреляционной обработки широкополосных сигналов с частотным сдвигом относится к радиотехнике и может быть использован в системах связи с широкополосными сигналами. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости к структурным помехам на величину порядка 60-80 дБ, который обеспечивается поэтапной корреляционной обработкой сигналов абонентов различных уровней. На первом этапе осуществляют корреляционную обработку мощных сигналов ближних абонентов. Корреляционную обработку слабых сигналов удаленных абонентов производят на втором этапе, после режекции из входной смеси восстановленных сигналов ближних абонентов. 7 ил.

Способ корреляционной обработки широкополосных сигналов с частотным сдвигом, основанный на перемножении входной смеси из сигналов ближних и удаленных с общим для всех абонентов синхронным опорным сигналом, и фильтрации результата перемножения в N частотных каналах, отличающийся тем, что после фильтрации уровни сигналов в N частотных каналах сравнивают с порогом, сигналы ближних абонентов, превысившие порог, подают на выход устройства и одновременно формируют из них оценки структурных помех за счет перемножения их с синхронным опорным сигналом, сформированные оценки структурных помех после ограничения и суммирования используют в качестве опорного сигнала для режекции структурных помех из входной смеси, входную смесь, из которой исключены структурные помехи, перемножают с тем же синхронным опорным сигналом, за счет перемножения осуществляют сверку широкополосных сигналов удаленных абонентов, свернутые узкополосные сигналы удаленных абонентов подают на выход устройства.