Устройство разнесенного приема Советский патент 1984 года по МПК H04B7/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах тропосферной радиосвязи, функционирующих в условиях воздействия внешних помех. Известно устройство, позволяющее осуществлять прием сигналов в условиях воздействия помех, содержащее вькодной сумматор, два усилителя с регулируемыми коэффициентами передачи, выходы которых соединены с вхо дами выходного сумматора, и два коррелятора, выход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего усилителя с регулируемым коэффициентом передачи. При его работе происходит компенсация внешней помехи Л . Однако эксплуатация устройства предусматривает возможность таким образом организовать радиосвязь, чтобы на одну из антенн попадали только сигналы помехи (компенсационный приемник). В системе связи, для наиболее опасных помех, практически невозможно вьоделить на входе какоголибо приемника только сигналы помехи без полезной составляющей. Наличие же полезной составляющей в компенсационном канале нарушает процесс компенсации и ведет к резкому возрастанию уровня помех на выходе.устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство разнесенного приема, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90 , ограничитель, первый коррелятор первый усилитель с регулируемым коэф фициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора. Выход выходного суммато ра соединен с входом ограничителя, выход которого соединен с первыми входами первого и вторых корреляторо Второй вход каждого коррелятора соеди-ней с входом соответствующего усилителя с регулируемым коэффициентом пе дачи. Выход каждого усилителя с регу лируемым коэффициентом передачи соед нен с соответствующим входом выходно го сумматора 2J . Однако относительный фазовый сдви между полезными компонентами входных сигналов,являясь хаотическим,во многих случаях имеет некоторую постоянную составляющую, например согласно моделям распространения информационного сигнала через тропосферный канал связи, описываемый обобщенным законом РэлсяРайса и др. При этом величина скорости изменения постоянной составляющей фазового сдвига полезных сигналов одного порядка со скоростью изменения медианы сигнала за счет медленных замираний может быть вполне соизмерима со скоростью изменения фазового сдвига сигналов помехи. Таким образом, исчеза ет основное различие между помеховы - ми и полезными компонентами во входных сигналов и при любом выборе постоянных времени корреляторов невозможно определить фазовый сдвиг между помеховыми компонентами, а следовательно, и скомпенсировать внешнюю помеху. Целью изобретения является повышение помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство разнесенного приема, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90 , ограничитель, пер- вый коррелятор, первый усилитель с регулируемьм коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора, введены фильтр нижних частот, :оединенные последовательно первый смеситель, вход которого является первым входом устройства и соединен также с первым входом выходного сумматора, и перемножитель, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, последовательно соединенные усреднитель, вычитатель, другой вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот и входом усреднителя, и нелинейньй элемент с Оц.1 характеристикой у г. , выход которого соединен с первьпуш входами первого и второго корреляторов, последовательно соединенные первый опорный генератор, выход которого соединен с входом фазовращателя на 90 и входом первого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, второй смеситель, другой вход которого является вторым входом устрой31ства, а выход соединен с другим вход шфомножителя, и третий смеситель, выход которого соединен с вторым вхо дом выходного сумматора, а другой вход соединен с выходом ограничител соединенные последовательно второй опорный генератор, выход которого соединен с другим входом первого сме сителя, и четвертый смеситель, выход которого соединен с вторым входом пе вого коррелятора, а другой вход соединен с выходом первого опорного генератора, пятый смеситель, первый и второй входы которого соединены с выходом фазовращателя на 90 и вто рого опорного генератора соответстBeHHOi а выход соединен с вторым входом второго коррелятора, дополнительный сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей с регулируемыми коэффициентами передачи соответственно, а выход соединен с входом огранчителя, выход фазовращателя на 90 соединен с входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом передачи. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства разнесенного приема. Устройство разнесенного приема содержит первый смеситель 1, второй смеситель 2, второй-опорный генера-тор 3, первый опорный генератор 4, четвертый смеситель 5, пятый смеситель 6, фазовращатель 7 на 90 , выходной сумматор 8, третий смеситель ограничитель 10, первый коррелятор 1 второй коррелятор 12, первый усилитель 13 с регулируемым коэффициентом передачи, второй регулируемый усилитель 14, дополнительный сумматор 15 нелинейный элемент 16 с характерис. 7к-1 тикой у 21 Ot-x , вычитатель 17 усреднитель 18, фильтр 19 нижних частот, перемножитель 20. Устройство работает следующим образом. На входы устройства поступают сиг налы и(t) и U2(t). Поскольку полезн сигнал и помеха представляют собой узкополосные случайные процессы, то U; (t) и U(t) допускают представлени в виде )))otv6i,(, U7Ul--A2aiC05 COot Ot(tl, 0 СОо - центральная частота где спектра; A,(t), A.|(tl медленно меняющиеся отО(.,(1),о(..2 (t) носительно WQ случайные процессы. Второй 3 и первый 4 опорные генераторы вырабатьгоают синусоидальные сигналы U(t) и ) с частотами СО , и Q,, + Я , т.е. U(t) U coscj t. В первом 1 и втором 2 смесителях вьщеляются сигналы суммарной частоты, т.е. U5it))°4tWo-f iHrotAU -, ьШ бАДОсо5 Си)оШи и «мгСи1 Данные сигналы перемножаются в перемножителе 20. Фильтр 19 имеет полосу пропускания частот от О до,, причем Л несколько больше S7 . Таким образом, на выходе, фильтра 19 имеет сигнал UTW-fc A,,(t)cos at4p2( -K7«lU)c()UVl, где |(t) - представляет собой компоненту процесса oi (t) oi2(t) -ot(t), прощедшую фильтр 19. В усреднителе 18 происходит усреднение по амплитуде напряжения ) с некоторой постоянной времени с q . Таким образом Ug(t) Aij(t) t + р (t). В вычитателе 17 происходит вычитание сигналов ) и U(t). На его выходе получаем Ugit) (i,)- Ayit) (ЬЩ Ари)(Щ. После прохождения нелинейного элемента 16 сигнал имеет вид U. (t) + p/t) . Данный сигнал поступает на входы первого 11 и второго 12 корреляторов. Частота выходного сигнала четвертого смесителя 5 равна разности частот сигналов первого 4 и второго 3 опорных генераторов,т.ее- сигнал равен U,/t) 5Zt . Частота сигнала на выходе пятого смесителя 6 равна разности частот сигнала первого опорного генератора 4 и второго опорного генератора, сдвинутого по фазе на 90 , т.е. U,,jU) . Таким образом, в первом 11 и втором 12 корреляторах сигнал нелинейного элемента 16 перемножается на ортогональные сигналы U(t) и (t). Выходными напряжениями первого 11 и второго 12 корреляторов управляются первый 13 и второй 14 усилители, выходные сигналы которых складываются в дополнительном сумматоре 15, ог раничиваются в ограничителе 10, его выходной сигнал перемножается в третьем смесителе 9 с сигналом U(t) и складывается с первьм входным сигнал ом в выходном сумматоре 8. Принцип работы предлагаемого устройства основан на следующем. Полезные сигналы на каждом входе устройства можно представить в виде S,Lt)(U, + 4,iCt) M,Wl , l( |U2COS woi QnCt) где (It, и ш - амплитуды полезных сиг налов; Q(t)- изменение фазы, несущее информацию; Cf и C|2 хаотический фазовый сдвиг, обусловленный прохождением через канал .связи; |И .jUpMiUfi медленно меняющиеся и относительно процессы. Разлагаем S.(t) и 5„М на ортогональные компоненты 5Д) (t)l-|Us4Sin oo-t -q)«Wl )|Uc2C05tWo fr Wl-{ S23 fllWoi 4« l «(Uc,-|U,c05Cf,- (Us,-|U,6;n(-, lUci jMiCOStfl-, szH i ftf-Jv Помеховые сигналы V U Y«co6 cOoiwli I v(t) WQ tf olгде - практически постоянный фа зовый сдвиг между помеховыми компонентами входных сигналов uUt) «5Ai)4v,tli UjUhezCtUv a Полезные и помеховые компоненты, как случайные процессы, независимы между собой. В системах связи полоса частот группового сигнала используется для передачи информации (сигнал Cf(t)) начинается с частоты 1ц от 200 Гц до 300 Гц. В то же время верхняя граница спектра самых быстрых амплитудных и фазовых замираний не превышает частоты Пь 10 Гц. Частота CJ. и близкая к ней частота выбираются из условия: , Таким образом, после прохождения первого 1 и второго 2 смесителей и перемножения в перемножителе 20, после фильтра 19, сигнал имеет вид Uttt),UjCOs cit + tfrtpjl cos(at + (,. При работе устройства для определения фазового сдвига между помеховыми компонентами, необходимого для компенсации, используется различие в симметрических свойствах распределений аолезных сигналов и помех. В случае, когда О, сигнал ljJ(i)-(U,{UaC05(tf,-(+V%05.4)o -(ci(Uc2 Ц)о. Ортогональные компоненты |U. имеют нормальный закон распределения, т.е. симметричны. Посколь-; ку при разнесенном приеме антенные системы разносят на такие расстояния, что 11 и lUZ независимы, т.е. изменения Up, и Uc2 а также|1|, ( взаимно некоррелированы, то распределение процесса jHj.|U С также симметрично. Поскольку С08( ПОСТОЯН но, то симметрия распределения процесса V cos (о полностью определяется симметрией V . При этом нетрудно заметить, что за исключением редких случаев, когда форма распределения V,специально сформирована, распределение VJ асимметрично. В этом случае распределение процесса .V7(,.,(Uc2 (s. ( % также асимметрично (за счет присутствия составляющей VJ), причем вели-, чина асимметриии определяется долей vf cos (Q в ойцем распределении Vj(t). Эта доля в свою очередь прямо пропорциональна величине cosVo кототорая поступает, как весовой коэффициент при V. I Таким образом, мера, построенная на величиневасимметрии процесса (t), может.служить для определения величины постоянного фазового сдвига (между помеховыми компонентами входных сигналов и (в таких условиях эксплуатации) , когда фазовый сдвиг между полезньми сигналами имеет постоянную составляющую. Пусть Ы(х) - плотность распреде1 ления процесса U(t); X nrit )- среднее значение процесса ). Мерой величины cos Ц является фУНт кция от асимметричности распределения (Оп(х) со(х - XQ) относительно начала координат. Пусть некоторая величина характеризует асимметричность распределения со2(х) процес са U-|(t) - Хр. При этом lV(t) - где f(z)- не которая нелинейная монотонная функция, но симметричная относительно центра координат. Например, функция f(z) может быть представлена, как f(z) f; , где К - нату ральное число, т.е. как сумма нечет ных степеней z с некоторыми взвешива ющими коэффициентами а |( . При этом очевидно, что если неко торый процесс x(t) имеет симметрич ный закон распределения, то l,w,,-m,x,iilVOЕсли х распределен несимметрично, то x 5 О Если известен вид распределения внешней помехи, то f(z) может быть выбрана таким образом, что коэффициент передачи Мера асимметрииё максимален. Однако и при неизвестном распределении помехи произвольная f(z), выбранная согласно-накладьшаемым условиям, также обеспечивает зависимость от асимметрии процесса uiCt), лишь с меньшим коэффи1Ц1ентом передачи. Предлагаемое устройство работает на основании этого свойства таким образом. Сигнал на выходе усреднителя 18 равен сигналу U-j(t) с амплитудой, усредненной с некоторой постоянной времени. Величина Сц выбирается в зависимости от скорости изменения фазового сдвига полезных сигналов (f - Cfj, таким образом, что ошибка усреднения мала по сравнению с величиной средней амплитуды. Таким образом, сигнал Ug(.ib,(U2COS(,,-(2)coSalf .HUilUzSAnCtf -qa sinCli- -V cosCalvt ol (cpcos ( + V cos Cat в вычитателе 17 образуется разно колебаний, т.е. Uo(t) rco55lttjU,(U,CoeC,-q)2V(U,|U2Cos(Cf,-Cf, ,|U.iSiYiCtf,-q.,|Uj6 iiC{|,-CpjV Vv M cosUt+VoV ( +(р)Ч Cat+1 о). Процесс ,jUp cos (fl t +Ц ) имеет симметрично .распределенную амплитуду, распределение амплитуды процесса Vpcos (fl t +9o) - несимметрично. На выходе нелинейного элемента 16 сигнал имеет вид 00 UJt)J aK jUpCos(at4t|pV 4;VpCos(liCVetf В первом корреляторе 11 данный сигнал перемножается с сигналом U (t ) и во втором корреляторе 12 с (t) AjjSinyit, произведения усредняются на интервале, много большем квазипериода изменения случайных процессов (lip и Срр , т.е. на выходе первого коррелятора а„(1) и„Ши,о (11 АО a |UpCos(U )4VpCos(aii-9oM cos Slt ДоИ х : о л ,С - Upcosiat tfp - - X ; у Vpcos(at Ц) П.1 , где п - натуральное. Поскольку процесс /и р cosCf рраспределен симметрично, 4 (U р cosfl-t (fpT равен нулю при 2k -1-п нечетном, т.е. при п - четном. Поскольку процесс jUp cos ср. независим от Vp, ; jUpCos(iVt|py -- VpCos(aH-Cp - (Q. ° cossiiгде MO p cosCsit -Kfp) не зависит от (f . Косинус степени п при п нечетном может быть разложен b сумму косинусов кратных дуг п-1 co5( Sit: ..n COSSll I к «CJco5Un-2CKattq). Поскольку COS л tcosfl.ot , то (a.itt,)o COS sit Bo COSSlt l c05Cn.tvC o BoCOSVoТаким образом, U(t)-coec oA Д .Г 910 (iipCoS5tl+q pVl АдСо5 о . Коэффициент AI зависит от величины асимметрии процесса V р и от вида реализуемой нелинейным элементом 16 функции. Аналогично на выходе второго кор(релятора 12 имеем (ti-A,s;r,9o. в первом 13 и втором 14 усилителя напряжения U4((at4U)) перемножаются соответственно с U|«(t) и Uj(t). Таким образом, на выходах первого 13 и второго 14 усилителей ),и4С05(Л+(.),Нсо5Ц)о U,7(t)U,5(tl S,n(W44SL)t5int O в дополнительном сумматоре 15 сиг налы U,(t) и U|(t) вычитаются (К - |С. ki) и на его выходе имеем (i - .tcosCu, Л) t -5;п(ииЛИ Ч оЪ 2и4А1ео5(о, Этот сигнал в ограничителе 10 под вергается глубокому ограничению по амплитуде для того, чтобы устранить зависимость амплитуды сигнала U|g(t) от вида распределения используемой функции f(z), параметров полезного сигнала fUn , Cfp и прочих. Таким образом, на выходе ограничителя 10 образуется сигнал постоянной амплитуды U(ih-U,,C05(WH«). в третьем смесителе 9 перемножаются сигналы (t) и U(t) и выделяется сигнал разностной частоты 2()U,,C05tWot Ot2tt)-Vol . При обеспечении условия ), Ц, 1 на выходе третьего смесителя 9 сигнал равен и2о)Аг(1)со5(о Ьыа1е)-д„, т.е. равен сигналу ) на втором входе устройства, сдвинутому по фазе на ( . В то же время U,2Ct)52Ct)+V2(,t) (UiCOS COoi (1) С4) 4 . Следовательно ) rjUjCOS cOot- C|( -4z-t o V,costcoo-t4if. Для сравнения Uiitjx jU,cos()ol4Cf«Hb(f,. Таким образом, на входах выходного сумматора 8 имеются сигналы, помеховые компоненты которых идентичны . В выходном сумматоре 8 происходит суммирование входных сигналов с равными, но противоположными по знаку, весовыми коэффициентами. При этом помеховые компоненты компенсируются. Выходной сигнал устройства ШУ( 4, q)ttf ,-| -|U,),bl| vcf2-9ol не содержит составляющих внешних помех. Таким образом в предлагаемом устройстве величина фазового сдвига (jtg , необходимого для компенсации внешней помехи, определяется независимо от параметров амплитудно-фазовых распределений сигналов, а также инвариантна в широких пределах к распределению внешних помех. В связи с этим устройство работоспособно и в таких условиях, когда известные устройства обработки не могут обеспечить компенсацию внешних помех. Применение предлагаемого устройства обработки разнесенных сигналов ведет к повьппению помехоустойчивости радиосвязи с разнесенным приемом в условиях воздействия внешних помех.

ktf

УСТРОЙСТВО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90°, ограничитель, первый коррелятор, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены фильтр нижних частот, соединенные последовательно первый смеситель, вход которого является первым входом устройства и соединен также с первым входом выходного сумматора, и перемножитель, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, последовательно соединенные усреднитель, вычитатель, другой вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот и входом усреднителя, и нелинейный элемент с характеристикой у Z. ЗкХ , выход которого соединен с первыми входами первого и второго корреляторов, последовательно соединенные первый опорный генератор, выход которого соединен с входом фазовращателя на 90 и входом первого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи,, второй смеситель, другой вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с другим входом перемножителя, третий смеситель, выход которого соединен с вторым входом выходного сумматора, а другой вход соединен с выходом ограничителя, соединенные последователь(Л но второй опорный генератор, выход которого соединен с другим входом первого смесителя, и четвертый смеситель, выход которого соединен с вторым входом первого коррелятора, а другой вход соединен с выходом первого опорного генератора, пятый смеситель, первый и второй входы кото00 00 рого соединены с выходом фазовращателя на 90 и второго опорного генератора соответственно, а выход соединен с вторым входом второго коррелятора, дополнительный сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей с регулЛ)уемыми коэффициентами передачи соответственно, а выход соединен с входом ограничителя, выход фазовращателя на 90° соединен с входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом передачи.

S

ч

CD

«J