Радиолиния с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех Российский патент 2024 года по МПК H04B1/12 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи, осуществляющих автоматическую регулировку параметров спектра радиосигнала в интересах обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) с радиоэлектронными средствами (РЭС), работающими одновременно с радиопередающим устройством в общих областях пространства и в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства, для обеспечения максимальной мощности и снижения вероятности битовой ошибки при приеме сигнала путем согласования параметров фильтра приемного устройства со спектральными характеристиками принимаемого сигнала в радиолинии, а также непрерывной компенсации аддитивных гауссовых помех в канале приема независимо от наличия сигнала и его уровня.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство - радиолиния с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала [патент РФ №2811564, H04B7/005, 2024], содержащая на передающей стороне радиопередающее устройство, состоящее из задающего генератора, выход которого соединен с одним из входов перемножителя, генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), выход которого соединен с одним из входов перемножителя, выход которого соединен с одним из входов фильтра основной полосы (ФОП), имеющего выход, соединенный с одним из входов модулятора, генератора несущего колебания, выход которого соединен с другим входом модулятора, выход которого соединен с входом коммутатора, один из выходов которого соединен с входом усилителя, имеющего выход, соединенный с входом полосового фильтра (ПФ), выход которого соединен с входом антенно-фидерного устройства (АФУ), другой выход коммутатора соединен с входом блока определения параметров радиосигнала, являющимся входом устройства управления (УУ) ФОП, состоящего из радиоприемного устройства, блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов, блока определения параметров радиосигнала, и блока расчета параметров ФОП, один из выходов блока определения параметров радиосигнала соединен с одним из входов блока расчета параметров ФОП, другой выход блока определения параметров радиосигнала соединен с одним из входов приемного устройства, выход которого соединен с одним из входов блока расчета параметров ФОП, а другой вход соединен с выходом блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов, вход которого является одним из входов УУ ФОП в виде разъема Х1 для соединения со съемным защищенным носителем информации, другой выход блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов, соединенный с одним из входов блока расчета параметров ФОП, один из выходов которого соединен с одним из входов коммутатора, а другой выход соединен с одним из входов ФОП, дополнительно радиопередающее устройство оснащено вторым генератором ПСП, вторым перемножителем и сумматором, выход второго генератора ПСП соединен с одним из входов второго перемножителя, другой вход которого соединен с выходом блока управления параметров ФОП, выход второго перемножителя соединен с одним из входов сумматора, у которого другой вход соединен с выходом первого перемножителя, а выход сумматора соединен с входом ФОП, а на приемной стороне радиоприемное устройство, состоящее из радиочастотного блока, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифрового вычислителя и синтезатора частот, в котором выход радиочастотного блока соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен с первым входом цифрового вычислителя, выход которого идет к потребителю и является выходом устройства, один выход синтезатора частот соединен с входом устройства радиочастотного блока, другой его выход соединен с вторым входом АЦП, а третий его выход соединен с вторым входом цифрового вычислителя.

Недостатком устройства является низкое отношение сигнал-шум (ОСШ) в условиях аддитивных гауссовых заградительных помех.

Техническим результатом изобретения является повышение ОСШ на первом входе цифрового вычислителя радиоприемного устройства путем компенсации аддитивной гауссовой помехи на выходе АЦП.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее на приемной стороне радиоприемное устройство, состоящее из радиочастотного блока, АЦП, цифрового вычислителя и синтезатора частот, в котором выход радиочастотного блока соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен с первым входом цифрового вычислителя, выход которого идет к потребителю и является выходом устройства, один выход синтезатора частот соединен с входом устройства радиочастотного блока, другой его выход соединен с вторым входом АЦП, а третий его выход соединен с вторым входом цифрового вычислителя, и при этом дополнительно введено устройство компенсации помех, включающее первый, второй и третий, параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, при этом первые входы перемножителей каждого из каналов автокорреляционной обработки и вторые входы перемножителей первого и второго каналов автокорреляционной обработки объединены и соединены с выходом АЦП, а второй вход перемножителя третьего канала автокорреляционной обработки соединен с выходом дополнительно введенного цифрового генератора опорного сигнала (ЦГОС), вход которого соединен с выходом синтезатора частот, при этом выходы интеграторов второго и третьего, дополнительно введенных каналов автокорреляционной обработки, соединены соответственно с первым и вторым входами дополнительно введенного первого вычитающего устройства (ВУ), выход которого соединен со вторым входом дополнительно введенного второго ВУ, первый вход которого соединен с выходом интегратора первого канала автокорреляционной обработки, а выход с первым входом цифрового вычислителя, выход которого является выходом устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введенное устройство компенсации помех, включающее первый, второй и третий, параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, при этом первые входы перемножителей каждого из каналов автокорреляционной обработки и вторые входы перемножителей первого и второго каналов автокорреляционной обработки объединены и соединены с выходом АЦП, а второй вход перемножителя третьего канала автокорреляционной обработки соединен с выходом дополнительно введенного ЦГОС, вход которого соединен с выходом синтезатора частот, при этом выходы интеграторов второго и третьего дополнительно введенных каналов автокорреляционной обработки соединены соответственно с первым и вторым входами дополнительно введенного первого ВУ, выход которого соединен со вторым входом дополнительно введенного второго ВУ, первый вход которого соединен с выходом интегратора первого канала автокорреляционной обработки, а выход с первым входом цифрового вычислителя, выход которого является выходом устройства, обеспечивают измерение средней мощности аддитивной гауссовой помехи (помеховой составляющей в принимаемой смеси сигнала, помехи и внутреннего шума приемника) независимо от наличия сигнала и его уровня на выходе первого ВУ и компенсацию помехи на выходе второго ВУ, являющегося входом цифрового вычислителя, что и обеспечивает увеличение ОСШ, чем достигается технический результат.

Поэтому введенные согласно изобретению блоки обеспечивают:

- во-первых, измерение средней мощности аддитивной гауссовой помехи входному процессу в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала и внутреннего шума приемника на основе двухканальной автокорреляционной обработки, образованной вторым и третьим каналами автокорреляционной обработки, при этом на выходе третьего канала автокорреляционной обработки за счет перемножения входного процесса с опорным сигналом, поступающего с выхода ЦГОС, идентичного передаваемому в радиолинии, с последующим интегрированием результата перемножения, формируется напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности одной только сигнальной составляющей вследствие некоррелированности внутреннего шума и аддитивной гауссовой помехи с сигналом на интервале интегрирования, а на выходе второго канала автокорреляционной обработки формируется напряжение с уровнем, соответствующем суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала, внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи. Таким образом, алгоритмическое вычитание значения средней мощности одной только сигнальной составляющей из уровня, соответствующего суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала, внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи в дополнительно введенном первом ВУ позволяет в результате получить уровень напряжения, соответствующий средней мощности аддитивной гауссовой помехи и внутреннего шума приемника;

- во-вторых, позволяет реализовать с помощью дополнительно введенного второго ВУ на выходе АЦП компенсацию помехи на входе цифрового вычислителя путем вычитания из уровня напряжения, соответствующего значению суммарной средней мощности входного процесса на выходе первого канала корреляционной обработки, уровня напряжения, соответствующего средней мощности аддитивной гауссовой помехи и внутреннего шума приемника на выходе дополнительно введенного первого ВУ, что обусловит увеличение ОСШ на входе цифрового вычислителя, а, следовательно, этим достигается заявленный технический результат.

Определение средней мощности помеховой составляющей аддитивной смеси полезного радиосигнала, внутреннего шума и аддитивной гауссовой помехи может быть выполнено в соответствии с, например, алгоритмом, изложенным в [см., например, Одновременное измерение мощности сигнала и мощности шума (помехи) в полосе пропускания основного канала радиоприема. Бубеньщиков А.А., Владимиров В.И., Бубеньщиков А.В., Сиденко С.В. Информационно-измерительные и управляющие системы (журнал), №7, 2012, с. 67-73, а также, например, Синтез инвариантного к наличию сигнала алгоритма оценивания средней мощности гауссовой помехи неизвестной интенсивности. Бубеньщиков А.А., Болдырев А.А., Ключникова И.Д. Электросвязь (журнал), №8, 2020, с. 39-44].

На фигуре 1 представлена функциональная схема радиопередающего устройства радиолинии с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех, где введены следующие обозначения: 1 - задающий генератор; 2 - первый перемножитель; 3 - ФОП; 4 - модулятор; 5 - коммутатор; 6 - усилитель; 7 - ПФ; 8 - АФУ; 9 - первый генератор ПСП; 10 - генератор несущего колебания; 11 - УУ ФОП; 12 - съемный защищенный носитель информации; 13 - второй генератор ПСП; 14 - второй перемножитель; 15 - сумматор.

На фигуре 2 представлена функциональная схема радиоприемного устройства радиолинии с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех, где введены следующие обозначения: 16 - радиочастотный блок; 17 - АЦП; 18 - устройство компенсации помех; 19 - цифровой вычислитель; 20 - синтезатор частот.

На фигуре 3 представлена функциональная схема устройства компенсации помех 18 радиоприемного устройства радиолинии с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех, где введены следующие обозначения: 18.1, 18.2, 18.3 - третий, четвертый и пятый перемножитель; 18.4 - ЦГОС; 18.5, 18.6, 18.7 - первый, второй и третий интеграторы; 18.8, 18.9 - первое и второе ВУ.

Назначение элементов устройства ясны из их названия и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.

Все элементы радиолинии с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех имеют между собой связи: в радиопередающем устройстве радиолинии согласно прототипу, а в радиоприемном устройстве, состоящем из радиочастотного блока 16, АЦП 17, устройства компенсации помех 18, цифрового вычислителя 19 и синтезатора частот 20, в котором выход радиочастотного блока 16 соединен с первым входом АЦП 17, выход которого соединен с первым входом устройства компенсации помех 18, выход которого соединен с первым входом цифрового вычислителя 19, выход которого идет к потребителю и является выходом радиоприемного устройства, один выход синтезатора частот 20 соединен с входом радиочастотного блока 16, другой его выход соединен со вторым входом АЦП 17, третий его выход соединен со вторым входом устройства компенсации помех 18, а четвертый его выход соединен со вторым входом цифрового вычислителя 19, выход которого является выходом радиоприемного устройства, при этом устройство компенсации помех 18, состоит из первого канала автокорреляционной обработки состоящего из третьего перемножителя 18.1 и первого интегратора 18.5, из второго канала автокорреляционной обработки состоящего из четвертого перемножителя 18.2 и второго интегратора 18.6, из третьего канала автокорреляционной обработки состоящие из пятого перемножителя 18.3 и третьего интегратора 18.7, ЦГОС 18.4, первого ВУ 18.8, второго ВУ 18.9 имеющих между собой связи: первый и второй входы третьего перемножителя 18.1, первый и второй входы четвертого перемножителя 18.2 и первый вход пятого перемножителя 18.3, которые являются первым входом устройства компенсации помех 18, выход третьего перемножителя 18.1 соединен с входом первого интегратора 18.5, выход которого соединен с входом второго ВУ 18.9, выход четвертого перемножителя 18.2 соединен со вторым интегратором 18.6, выход которого соединен с первым входом первого ВУ 18.8, второй вход пятого перемножителя 18.3 соединен с выходом ЦГОС 18.4, вход которого является вторым входом устройства компенсации помех 18, выход пятого перемножителя соединен с входом третьего интегратора 18.7 выход которого соединен со вторым входом первого ВУ 18.8 выход которого соединен со вторым входом ВУ 18.9, выход которого является выходом устройства компенсации помех 18.

Радиолиния с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех работает аналогично прототипу, за некоторым исключением.

На вход устройства компенсации помех 18, одновременно являющимся объединенными первыми входами для третьего 18.1, четвертого 18.2 и пятого 18.3 перемножителей соответственно, поступает с выхода АЦП 17 совокупность L временных отсчетов X_i(t) аддитивной смеси принимаемого полезного сигнала s(t), внутреннего шума приемника n(t) и аддитивной гауссовой помехи η(t). Одновременно в третьем и четвертом перемножителях 18.1, 18.2 первого и второго каналов автокорреляционной обработки осуществляется перемножение входной совокупности L временных отсчетов X_i(t) саму на себя, поступающей на вторые входы третье го и четвертого перемножителей 18.1, 18.2 с выхода АЦП 17, при этом на выходе третьего и четвертого перемножителей 18.1, 18.2 получая X²_i(t) = (s_i(t) + n_i(t) + η_i(t))². Одновременно с этим в пятом перемножителе 18.3 третьего автокорреляционного канала обработки осуществляется перемножение совокупности L временных отсчетов X_i(t) аддитивной смеси принимаемого полезного сигнала s(t), внутреннего шума приемника n(t) и аддитивной гауссовой помехи η(t) с опорным сигналом с выхода ЦГОС 18.4, идентичным принимаемому полезному сигналу s_on(t) = s(t). Таким образом, на выходе пятого перемножителя 18.3 формируется произведение X_i(t) • s_oni(t) = (s_t(t) + n_i(t) + η_i(t)) • s_oni(t). После чего, на выходах интеграторов 18.5, 18.6, 18.7 соответственно первого, второго и третьего каналов автокорреляционной обработки формируются отсчеты с уровнями равными соответственно:

- оценке суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного сигнала , внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи на выходах первого и второго каналов автокорреляционной обработки;

- оценке средней мощности полезного сигнала на выходе третьего канала автокорреляционной обработки.

После этого с выходов интеграторов 18.6 и 18.7 отсчеты с уровнями и соответственно, одновременно поступают на первый и второй входы первого ВУ 18.8, на выходе которого формируется отсчет с уровнем равным оценке суммарной средней мощности внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи :

С выхода первого ВУ 18.8 отсчет с уровнем равным подается на второй вход второго ВУ 18.9, где осуществляется алгоритмическое вычитание из уровня, равного оценке суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного сигнала , внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи уровня, равного оценке суммарной средней мощности внутреннего шума приемника и аддитивной гауссовой помехи :

.

Таким образом, на первом входе цифрового вычислителя 19 повышается ОСШ, чем и достигается заявленный технический результат.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи, осуществляющих автоматическую регулировку параметров спектра радиосигнала в интересах обеспечения электромагнитной совместимости с радиоэлектронными средствами, работающими одновременно с радиопередающим устройством в общих областях пространства и в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства для обеспечения максимальной мощности и снижения вероятности битовой ошибки при приеме сигнала путем согласования параметров фильтра приемного устройства со спектральными характеристиками принимаемого сигнала в радиолинии, а также непрерывной компенсации аддитивных гауссовых помех в канале приема независимо от наличия сигнала и его уровня. Техническим результатом изобретения является повышение отношения сигнал-шум на первом входе цифрового вычислителя радиоприемного устройства путем компенсации аддитивной гауссовой помехи на выходе аналого-цифрового преобразователя. Радиолиния с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех обеспечивает измерение средней мощности аддитивной гауссовой помехи независимо от наличия сигнала и его уровня с помощью дополнительно введенных второго и третьего каналов автокорреляционной обработки и компенсацию помехи на выходе дополнительно введенного первого канала автокорреляционной обработки, являющегося входом цифрового вычислителя. 3 ил.

Радиолиния с автоматической регулировкой параметров спектра с компенсацией помех, содержащая на передающей стороне радиопередающее устройство, состоящее из задающего генератора, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, первого генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, последовательно соединенные фильтр основной полосы, модулятор, коммутатор, усилитель, полосовой фильтр и антенно-фидерное устройство, при этом второй вход сумматора соединен с выходом второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом второго генератора псевдослучайной последовательности, а первый вход – с объединенным первым выходом устройства управления фильтром основной полосы, второй выход которого соединен со вторым входом коммутатора, а первый и второй входы с выходом разъема для соединения со съемным защищенным носителем информации и вторым выходом коммутатора соответственно, на приемной стороне радиоприемное устройство, состоящее из радиочастотного блока, аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислителя и синтезатора частот, в котором выход радиочастотного блока соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом цифрового вычислителя, выход которого идет к потребителю и является выходом радиоприемного устройства, один выход синтезатора частот соединен с входом радиочастотного блока, другой его выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, другой его выход соединен со вторым входом цифрового вычислителя, отличающаяся тем, что на приемной стороне в радиоприемное устройство дополнительно введено устройство компенсации помех, расположенное между аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислителем, состоящее из первого канала автокорреляционной обработки, имеющего третий перемножитель и первый интегратор, второго канала автокорреляционной обработки, имеющего четвертый перемножитель и второй интегратор, третьего канала автокорреляционной обработки, имеющего пятый перемножитель и третий интегратор, цифрового генератора опорного сигнала, первого вычитающего устройства, второго вычитающего устройства, имеющих между собой связи: первый и второй входы третьего перемножителя, первый и второй входы четвертого перемножителя и первый вход пятого перемножителя, являются первым входом устройства компенсации помех, соединенным с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход третьего перемножителя соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с входом второго вычитающего устройства, выход четвертого перемножителя соединен со вторым интегратором, выход которого соединен с первым входом первого вычитающего устройства, второй вход пятого перемножителя соединен с выходом цифрового генератора опорного сигнала, вход которого является вторым входом устройства компенсации помех, выход пятого перемножителя соединен с входом третьего интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого вычитающего устройства, выход которого соединен со вторым входом второго вычитающего устройства, выход которого является выходом устройства компенсации помех, соединенным с первым входом цифрового вычислителя.