ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА Российский патент 2003 года по МПК H04L7/00 H04B1/10 

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

Для повышения надежности связи широко используются сигналы с большими базами. Реализация больших баз достигается усложнением структуры сигнала и введением частотной избыточности.

В условиях воздействия сосредоточенных по спектру помех (узкополосных) частотная избыточность приводит к увеличению вероятности поражения помехами рабочей полосы приемника.

При современной занятости основных диапазонов радиочастот это обстоятельство ставит задачу обеспечения защиты приемников сложных сигналов от действия узкополосных помех. Задача борьбы с узкополосными помехами успешно решается введением блока защиты (БЗ). Примером приемного устройства с блоком защиты может служить устройство, описанное в статье Малышева И.И., Зинчука В. М. , Шестопалова В. И., Новикова В.А. "Вопросы радиоэлектроники", серия "Техника радиосвязи", вып. 3, 1973 г., стр. 14-23.

При режекции узкополосных или, что тоже, сосредоточенных по спектру помех происходит искажение функции автокорреляции сигнала. Эти искажения проявляются в уменьшении основного "пика" корреляционной функции и возрастании боковых "пиков". Помимо снижения основного "пика" корреляционной функции и возрастании боковых, неравномерность спектра сложных сигналов приводит к расширению основного "пика" корреляционной функции при вырезании крайних частей спектра полезного сигнала и к сужению - при вырезании средней части спектра полезного сигнала.

Подробно этот вопрос рассмотрен в статье Бокка О.Ф. "Анализ изменений корреляционной функции широкополосного сигнала при режекции узкополосных помех". "Вопросы радиоэлектроники", серия "Техника радиосвязи", вып.1, 1975 г., стр. 88-95.

Анализируя материалы этой статьи можно сделать вывод, что корреляционная функция сигнала расширяется во столько раз, во сколько уменьшается полоса частот. В таких устройствах - аналогах принимается решение об обнаружении сигнала без учета описанных выше явлений и они обладают существенным недостатком: при уменьшении полосы частот в d раз снижается в d раз база сигнала, а устройство никак не реагирует на этот факт. Помехозащищенность в этом случае падает в d раз (по мощности). Так при отключении 80% линеек блока защиты потери составляют 7 дБ.

Отметим еще раз, что корреляционная функция уменьшается по амплитуде и расширяется по длительности прямо пропорционально уменьшению полосы частот. Таким образом, снижается помехоустойчивость пропорционально уменьшению амплитуды корреляционного "пика". Однако происходит и уменьшение базы сигнала, увеличение длительности корреляционного выброса, что в принципе позволяет сократить время поиска при последовательно-параллельном корреляционном обнаружителе. Такая возможность не реализована в известных обнаружителях.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является приемник, описанный в статье Бокка О.Ф. "Обнаружение сигнала на фоне окрашенного шума", часть 3 ("Техника средств связи ", серия "Техника радиосвязи", вып. 7, 1989 г., стр.87-95).

Схема приемника-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения:
1¹-1^п - полосовые фильтры (ФП);
2¹-2^п - квадратичные детекторы;
3¹-3^п - интеграторы;
4¹-4^п - регулируемые усилители;
5 - сумматор;
6 - схема выбора минимума;
7 - полосовой фильтр (ФП);
8 - квадратичный детектор;
9, 14 - интеграторы;
10 - блок временных интервалов;
11 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);
12 - перемножитель;
13 - вычитающее устройство;
15 - блок вычисления квадратного корня;
16 - квадратор;
17 - решающая схема;
18 - блок масштабирования.

Приемник-прототип имеет следующие функциональные связи.

Вход приемника соединен с входами полосовых фильтров линеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 1, квадратичного детектора 2, интегратора 3, регулируемого усилителя 4. Выходы полосовых фильтров 1¹-1^п, кроме того, соединены с вторым входом регулируемых усилителей 4¹-4^п, третьи входы которых соединены с выходом схемы выбора минимума 6, входы которой соединены с НЧ-выходами интеграторов 3¹-3^п. Выходы линеек БЗ соединены с сумматором 5, ВЧ - выход которого соединен с последовательно соединенными перемножителем 12, интегратором 14, решающей схемой 17 и последовательно соединенными полосовым фильтром 7, квадратичным детектором 8, интегратором 9, вычитающим устройством 13, блоком вычисления квадратного корня 15 и блоком масштабирования 18. Выход блока масштабирования 18 соединен с вторым входом решающей схемы 17, выход интегратора 14 соединен с входом квадратора 16, выход которого соединен с вычитающим устройством 13, выход решающей схемы 17 соединен с блоком временных интервалов 10, второй вход и выход которого соединены с генератором псевдослучайной последовательности 11, второй и третий выходы которого соединены соответственно с перемножителем 12 и интеграторами 9 и 14.

Для лучшего понимания работы заявляемого технического решения укрупним приемник-прототип.

Объединим в один блок: перемножитель 12, полосовой фильтр 7, квадратичный детектор 8, интеграторы 9 и 14, вычитающее устройство 13, блок вычисления квадратного корня 15, квадратор 16, решающую схему 17 и блок масштабирования 18. Назовем этот блок - коррелятором. Коррелятор выполняет следующие функции:
1) поиск сигнала;
2) сравнение его с порогом;
3) вырабатывает решение о продолжении поиска или его прекращении.

Объединим N линеек блока защиты, сумматор 5 и схему выбора минимума 6 в один блок, который в дальнейшем будем называть блоком защиты.

Укрупненная схема приемника-прототипа представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения:
1 - блок защиты (БЗ);
2 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);
3 - коррелятор;
4 - блок временных интервалов.

Приемник-прототип, изображенный на фиг.2 имеет следующие функциональные связи.

Вход блока защиты 1 является входом приемника. ВЧ - выход блока защиты 1 соединен с входом коррелятора 3, выход которого соединен с первым входом блоком временных интервалов 4, другой вход и выход которого соединены с ГПСП 2, первый выход которого соединен с вторым входом коррелятора 3.

Работает приемник-прототип, изображенный на фиг. 2, следующим образом.

Входной сигнал плюс помеха проходят через блок защиты (БЗ), который определяет спектральную плотность, в областях частот, пораженных помехами, происходит отключение линеек БЗ, что приводит к уменьшению полосы частот и изменению формы корреляционной функции. Возможны различные варианты изменения корреляционной функции: расширение, появление боковых выбросов и т.д., в зависимости от того в каком участке частотного диапазона отключаются линейки БЗ.

Затем происходит поиск сигнала и сравнение его с порогом в корреляторе 3, который, кроме того, выдает информацию на блок временных интервалов о продолжении поиска сигнала или о завершении поиска в том случае, когда сигнал найден. Блок временных интервалов вырабатывает импульс метки времени через заданный промежуток времени Т, равный времени интегрирования коррелятора. Пока сигнал не найден блок временных интервалов вырабатывает метку времени в ГПСП, который сдвигает ПСП на τ₀. В случае многоканального коррелятора (n - число каналов) сдвиг ПСП в генераторе производится на величину nτ₀. При обнаружении сигнала команда с коррелятора прерывает выработку импульсов блоком временных интервалов и происходит постоянный прием сигнала.

Но данному приемнику-прототипу присущ достаток: снижение помехозащищенности из-за уменьшения полосы частот, вызванного искажением функции автокорреляции в блоке защиты. Особенно большие потери в помехозащищенности при отключении большей части линеек БЗ.

Заявляемое техническое решение свободно от указанного недостатка.

Этот недостаток устраняются тем, что в устройство, содержащее блок защиты, вход которого является входом приемного устройства, а ВЧ-выход соединен с первым входом коррелятора, выход которого соединен с входом блока временных интервалов, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора ПСП, а его первый выход соединен с вторым входом коррелятора, введены последовательно соединенные блок оценки искажения спектра, логическая схема и блок задержки. При этом вход блока оценки искажений спектра соединен с НЧ-выходом блока защиты, а выход блока задержки соединен с входом генератора ПСП. Кроме того, второй вход блока задержки соединен с выходом блока временных интервалов.

Схема заявляемого приемника приведена на фиг.3, где введены следующие обозначения:
1 - блок защиты (БЗ);
2 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);
3 - коррелятор;
4 - блок временных интервалов;
5 - блок оценки искажения спектра;
6 - логическая схема;
7 - блок задержки.

Приемник, изображенный на фиг.3, имеет следующие функциональные связи.

Предлагаемое приемное устройство содержит блок защиты 1, вход которого является входом приемника, а высокочастотный выход (ВЧ) блока защиты 1 соединен с первым входом коррелятора 3, выход которого через блок временных интервалов 4 соединен с вторым входом блока задержки 7, выход которого соединен с входом генератора ПСП 2. При этом первый выход генератора 2 соединен с вторым входом коррелятора 3. Второй выход генератора 2 соединен с вторым входом блока временных интервалов 4. Низкочастотный выход (НЧ) блока защиты 1 через последовательно соединенные блок оценки искажения спектра 5 и логическую схему 6 соединен с первым входом блока задержки 7.

Работает предлагаемый приемник, изображенный на фиг. 3, следующим образом.

Смесь сигнала и помех, поступающая на вход приемника, проходит через блок защиты, в котором вырезаются участки спектра, пораженные помехами, путем отключения части линеек блока защиты. С низкочастотного выхода блока защиты сигнал подается на блок оценки искажений спектра, в котором сравнивают напряжение на НЧ-выходе блока защиты с минимальным значением и определяют участки спектра пораженные помехами.

Сигнал с блока оценки искажений спектра поступает на логическую схему, которая определяет по количеству и местоположению выключенных линеек блока защиты величину сдвига ПСП. В блоке задержки вырабатывается величина задержки, на которую сдвигается ПСП в генераторе псевдослучайной последовательности. И если в прототипе сдвиг ПСП осуществлялся по команде с блока временных интервалов, был фиксированным и равным τ₀(nτ₀ для многоканального коррелятора), то теперь величина сдвига ПСП определяется количеством и местоположением отключенных линеек БЗ. И чем больше отключенных линеек, тем больше выигрыш в предлагаемом приемнике по отношению к прототипу. В случае небольшого числа отключенных линеек заявляемый приемник работает как прототип. Выигрыш в случае отключения 80% крайних линеек составляет 3-5 дБ.

Приведем численный пример:
Увеличиваем шаг сдвига ПСП с τ₀ до (4-5)τ₀, тогда за тоже время поиска Т будет проведено 4-5 циклов вместо одного.

Рассмотрим расчет для одной попытки. Если задать Б=1023 вероятность ложной тревоги Р_л.т= 10^-3, вероятность пропуска сигнала Р_п.с=10^-3, то получим при нормальном законе распределения амплитуды величину порога U_пop=4,9Ω, величина сигналу U_сиг = 4,9Ω+3,1Ω = 8Ω.
При пяти попытках величина базы сигнала (Б) может быть снижена до 200 и величина порога U_пop=4,6σ, вероятность пропуска сигнала на одной попытке из пяти величина сигнала U_сиг = 4,6σ+0,7σ = 5,3σ. Вместо 8,0 σ величина сигнала получается в 1,5 раза меньше или на 4 дБ. Таким образом, получаем выигрыш на 4 дБ по сигналу и, кроме того, уменьшается время обнаружения за одну попытку: Т/5•0,6+2Т/5•0,24+3Т/5•0,084+4Т/5•0,03=0,3.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности устройства на 3-5 дБ в случае отключения 80% линеек блока защиты (Б3), уменьшение времени обнаружения сигнала. Приемное устройство содержит блок защиты, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), коррелятор и блок оценки искажений спектра, логическую схему и блок задержки. В БЗ вырезают участки спектра, пораженные помехами, путем отключения части линеек БЗ. В блоке оценки искажений спектра определяют участки, пораженные помехами. Логическая схема определяет по количеству и местоположению выключенных линеек величину сдвига ПСП. 3 ил.

Приемное устройство широкополосного сигнала, содержащее блок защиты, вход которого является входом устройства, а высокочастотный (ВЧ) выход соединен с первым входом коррелятора, выход которого соединен с входом блока временных интервалов, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), первый выход которого соединен с вторым входом коррелятора, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные блок оценки искажений спектра, логическая схема и блок задержки, выход которого соединен с входом генератора ПСП, второй вход блока задержки соединен с выходом блока временных интервалов, вход блока оценки искажений спектра соединен с низкочастотным (НЧ) выходом блока защиты.