АДАПТИВНОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в радиостанциях и на приемно-передающих центрах, как подвижных, так и стационарных, для повышения надежности радиосвязи.

Современные радиоприемные устройства для повышения надежности радиосвязи в разнообразных помеховых условиях приема имеют соответствующие устройства обнаружения помех в трактах приемника и защиты от тех или других видов помех. Так, например, при поражении радиоканала приема информации узкополосной помехой с полосой спектра, соответствующей ширине полосы частот принимаемого сигнала, устройства автоматического выбора канала радиосвязи обеспечивают переключение связного приемника в резервный канал, имеющий минимальный уровень помех из всех выделенных. В случаях появления импульсных помех в канале радиосвязи используются устройства защиты от импульсных помех, отключающие, например, узкополосные тракты и детектор приемника на время действия мешающего импульса от входных каскадов приемника.

Существуют датчики качества принимаемого сигнала, обеспечивающие контроль его параметров и стирание двоичных ненадежно принятых элементов в случаях резких изменений контролируемых уровней, спектра частот и временных моментов изменений суммарного напряжения сигнала и помехи (пат. №1227501, ФРГ) на входе и выходе демодулятора. Однако эти устройства имеют принципиальный недостаток - только регистрируют ненадежно принятые элементы и осуществляют стирание двоичных символов сообщений в блоке декодирования, но не используют потенциально имеющейся возможности активного воздействия на радиочастотные аналоговые тракты приемников с целью изменения параметров последних для уменьшения влияния обнаруженных помех.

Известные, используемые на практике, устройства защиты от импульсных помех (например, устройство по a.c. №586569 от 30.12.77 г.) не обеспечивают во многих случаях помеховых ситуаций оптимального значения порога бланкирования, в связи с чем оказывается заниженной реальная чувствительность связного приемника.

Кроме того, известное устройство защиты приемного тракта от импульсных помех не защищает потребителя принимаемых сигналов от ложно (сформированных помехами с малой степенью достоверности) принятых двоичных символов. Вместе с тем очевидно, что на отрезке времени действия бланка, соответствующем отключенному состоянию ФСС УПЧ и дискриминатора от входных цепей приемника, выходное напряжение дискриминатора образуется только помехами (по крайней мере при длительностях бланка, составляющих величину ≈0,5τ_и), в связи с чем принимаемое решение на выходе приемника относительно значения символа сообщения ("0" или "1") случайно (ненадежно). Можно было бы улучшить условия обработки принятых дискретных сообщений за счет исключения (стирания) ненадежно принятых элементов в момент действия бланка. При этом обработка (декодирование) элементов дискретных сигналов, каждый из которых имеет малую вероятность ошибки, позволяет при избыточном кодировании снизить ошибки приема сообщений на два порядка.

Устройства автоматического выбора канала радиосвязи с эталонным сигналом надежно оценивают качество радиоканала при любых видах помех, но не используются их потенциальные возможности обнаруживать недостоверно определенные двоичные символы сообщений и оптимально управлять (в смысле достижения максимально возможного значения сигнал/шум на выходе приемника при данной помехе) параметрами устройств защиты при приеме информации. Т.е. точность выбора лучшего канала оказывается заниженной, так же как и достоверность приема сообщений в выбранном лучшем канале.

Другим недостатком устройств выбора следует считать мешающее влияние эталонных сигналов на сигналы принимаемой информации в процессе анализа качества радиоканала, в результате которого ухудшается реальная чувствительность связного приемника.

С целью более краткого отражения сущности работы устройства прототипа на фиг.1 приведена его укрупненная блок-схема, в которой менее существенные признаки объединены в укрупненные блоки, отражающие сущность работы устройства.

Устройство на фиг.1 содержит следующие блоки:

1 - управляемый по амплитуде формирователь эталонного сигнала;

2 - ключ;

3 - приемник;

4 - коммутатор частот;

5 - анализатор эталонного сигнала;

6 - логическое устройство управления поиском.

Устройство-прототип работает следующим образом. При поступлении команды в логическое устройство 6 на начало поиска последнее подключает выход управляемого эталонного генератора 1 к радиочастотному входу первого преобразователя частоты приемника 3 с помощью ключа 2. На фоне помех, поступающих в приемник 3 с выхода антенны, эталонный сигнал детектируется и поступает в анализатор эталонного сигнала 5.

Далее в анализаторе 5 осуществляется выделение эталонного сигнала из шума и оценка отношения эталонного сигнала к шуму в течение предварительного времени анализа, меньшего, чем основное. Моменты начала и окончания предварительного анализа задаются логическим устройством 6. Если измеренное отношение сигнала к шуму не превышает некоторого порогового значения, логическое устройство 6 выдает команду на продолжение анализа в течение основного времени. Результат оценки в конце основного анализа сравнивается с порогом, соответствующим заданному качеству канала.

Если порог превышает, то логическое устройство 6 с помощью коммутатора 4 переводит приемник 3 в следующий радиоканал. В противном случае логическое устройство 6 изменяет вид эталонного сигнала на инверсный в блоке 1 и соответствующим образом изменяет тракт выделения эталонного сигнала в анализаторе 5. Описанная 2-х этапная процедура анализа продолжается, но уже для выделенного инверсного эталонного сигнала.

Сам процесс измерения отношения сигнала к шуму в радиоканале сводится к установлению минимально необходимого уровня эталонного радиосигнала на входе приемника 3, достаточного для обеспечения заданного отношения сигнала к шуму на его выходе. При этом в зависимости от текущего значения сигнал/шум блок 5 изменяет выходной уровень управляемого по уровню эталонного генератора 1. Установившееся значение величины минимально необходимого уровня эталонного сигнала и является оценкой качества радиоканала.

Как следует из приведенного описания устройству-прототипу присущи следующие недостатки:

- заниженная точность анализа качества одного радиоканала, а следовательно, и выбора лучшего из выделенных за счет отсутствия в устройстве выбора блоков защиты от подавлений гармоническими помехами входных трактов связного приемника при большой загрузке диапазона (за счет ограниченной многосигнальной избирательности) и незащищенности от поражения элементов сообщений импульсными помехами;

- сравнительно большое время анализа одного радиоканала за счет "слепого" перебора градаций уровней эталонного сигнала;

- потери адресных вызовов в случаях совпадения моментов их излучения с временным интервалом анализа качества канала за счет подавлений принимаемых сигналов эталонным сигналом;

- простаивание аппаратуры анализа помех при приеме информации после окончания процедуры выбора лучшего канала радиосвязи, в связи с чем оказываются неиспользованными потенциальные возможности по повышению достоверности приема сообщений.

Целью предложения является устранение этих недостатков, т.е. повышение точности выбора канала радиосвязи и повышение помехоустойчивости приема информации при импульсных и гармонических помехах.

Поставленные цели достигаются введением блоков грубой оценки 3, регулировки 6, 8, управления настройкой 9, повышающих быстродействие, точность выбора канала радиосвязи и надежность приема сообщений при наличии в радиоканалах импульсных, гармонических и шумовых помех; блока 7 - датчика сигналов стирания недостоверных символов, дополнительно повышающего достоверность приема сообщений, и блока 16 (буферное устройство), обеспечивающего развязку тракта приема информационных сигналов от эталонных сигналов, в результате которой оказался возможным прием вызывных сигналов в процессе анализа и контроль степени достоверности-приема дискретных сообщений по эталонному сигналу при приеме информации.

Блок-схема предложения приведена на фиг.2. Она содержит:

1 - входной аттенюатор;

2 - связной приемник;

3 - блок грубой оценки огибающей помех;

4 - коммутатор каналов;

5 - блок оценки эталонного сигнала;

6 - блок автоматического управления настройки параметров;

7 - датчик сигналов стирания недостоверных символов;

6 - регулятор порога бланкирования;

9 - регулятор ослабления уровней;

10 - преобразователь частоты;

11 - ключ;

12, 18 - фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

13, 19 - детектор;

14 - интегратор;

15 - амплитудный детектор;

16 - блок развязки и вспомогательные, необходимые для пояснения сущности работы устройства;

17 - высокочастотный сумматор;

20 - формирователь эталонного сигнала;

21 - формирователь команд стирания;

22 - аттенюатор эталонного сигнала;

23 - низкочастотный сумматор;

24 - анализатор эталонного сигнала;

25 - блок повышения достоверности дискретных сообщений;

26 - решающая схема;

27 - формирователь импульсов бланкирования;

28, 32 - логическое устройство управления;

29, 33 - измеритель приращения сигнал/шум;

30 - управляемый делитель напряжения;

31 - формирователь напряжения управления.

Блок автоматического управления настройкой параметров 6, один выход которого соединен с входом коммутатора каналов 4 ПРМ, другой соединен с запараллеленными входами регуляторов порога бланкирования 8 и ослабления помех 9, а входы блока управления 6 соединены соответственно с выходами регуляторов ослабления помех 9 и порога бланкирования 8, датчика сигналов стирания 7 и блока оценки эталонного сигнала 5, сигнальный вход которого через блок развязки 16 соединен с выходом тракта промежуточной частоты связного приемника, а управляющий вход соединен с выходом блока грубой оценки огибающей помех 3, а один из выходов блока оценки 5 соединен с запараллеленными входами соответствующего датчика сигналов стирания 7 и регуляторов порога бланкирования 8 и ослабления помех 9, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 1 сигнала на входе связного ПРМ, а выход демодулятора связного ПРМ соединен с входом датчика сигналов стирания 7, другой вход которого соединен с входом регулятора порога 8 и подключен к одному из выходов блока грубой оценки огибающей помех 3, другой выход которого соединен с другим входом регулятора порога бланкирования 8, а вход блока грубой оценки 3 через блок развязки 16 соединен с выходом тракта ПЧ НРМ, причем управляющий вход ключа бланкирования соединен с выходом регулятора порога бланкирования 8.

Устройство на фиг.2 работает следующим образом. В процессе выбора лучшего канала радиосвязи (после настройки приемника в анализируемый радиоканал) блок управления настройкой параметров 6 фиксирует с помощью регулятора ослабления уровней 9 коэффициент аттенюации аттенюатора 1 в положении, соответствующем минимальному значению ослабления. Порог бланкирования в блоке 8 формируется в полном соответствии с выходным напряжением блока грубой оценки помех 3, без какого-либо воздействия сигналов с выхода блока оценки эталонного сигнала 5. В указанных условиях в блоке 5 формируется оценка качества анализируемого радиоканала по эталонному сигналу, которая соответствует установившемуся значению уровня управляющего напряжения на входе аттенюатора 22 эталонного сигнала. Для ускорения формирования оценки по эталонному сигналу блок грубой оценки помех 3 осуществляет предварительную установку аттенюатора 22 через НЧ сумматор 23. Для развязки тракта приема информации от эталонных сигналов при анализе качества канала используют специально введенный дополнительный тракт усиления 18 и детектирования 19 сигналов промежуточной частоты связного приемника 2, соединенный по входу с выходом сигналов промежуточной частоты приемника сообщений через буфферное устройство 16. В результате указанного схемного решения напряжение помех в канале, воздействующее на блоки 12 и 13 приема сообщений, будет присутствовать и в тракте УПЧ и детектирования блока оценки 5.

Эталонный сигнал в трактах 12 и 13 при этом отсутствует. ВЧ сумматор 17 обеспечивает суммирование помехового напряжения и эталонного сигнала, а анализатор эталонного сигнала 24 обеспечивает оптимальное выделение и взаимное сравнение эталонного сигнала и помех, по результату которого обеспечивается точная установка коэффициента аттенюации уровня эталонного сигнала через НЧ сумматор 23.

В заключительной части процедуры оценки качества радиоканала осуществляется вариация параметров схем управления бланкированием и ослаблением уровней входных напряжений. При этом в поочередно работающих регуляторах 8 и 9 последовательно изменяются уровни соответственно порога бланкирования и коэффициента аттенюации.

Эффективность этих принудительных изменений параметров автоматически оценивается по знаку приращения значения точной оценки уровня эталонного сигнала.

Так, при установке оптимального порога бланкирования значение среднего напряжения огибающей помех в тракте ПЧ, вырабатываемое блоком 3, подается на формирователь импульсов бланкирования 27, через управляемый делитель 30. На другой вход формирователя 27 подается напряжение, соответствующее мгновенным значениям огибающей напряжения в широкополосной части усилителя сигналов ПЧ (выход амплитудного детектора огибающей 15). В результате сравнения среднего и мгновенного значений формируется сигнал управления ключом 11 (при превышении мгновенным значением огибающей помех своего среднего уровня). Оптимизация порога сравнения (коэффициент деления делителя 30) по эталонному сигналу осуществляется следующим образом. Блок управления порогом 28 формирует команду, изменяющую коэффициент деления на некоторую малую величину. При этом в блоке 29 оценивается знак приращения уровня эталонного сигнала на входе тракта УПЧ. Если этот уровень при отрицательном приращении коэффициента деления делителя 30 уменьшился, то коэффициент деления продолжают уменьшать и далее. Если же уровень эталонного сигнала увеличился, то увеличивают коэффициент деления (изменяют знак приращения на обратный).

Указанная процедура будет приводить в установившемся режиме к рысканию порогового уровня напряжения в окрестности значения порога, обеспечивающего максимальную чувствительность связного приемника 2 при импульсных помехах.

Аналогичным образом производится автоматическая установка оптимального значения коэффициента ослабления входных сигналов аттенюатора 1 в блоке 9.

После окончания выбора лучшего канала радиосвязи блок автоматического управления настройкой параметров 6 обеспечивает настройку связного приемника 2 в выбранный канал для приема сообщений. При этом продолжается поочередная оптимизация параметров схем управления в регуляторах 8 и 9 по эталонному сигналу, поддерживающая предельно возможную помехоустойчивость приема сообщений. Одновременно с приемом дискретных информационных сигналов датчик сигналов стирания 7 осуществляет контроль параметров напряжений в приемнике, сопутствующих принятию решения относительного значения принятого двоичного символа. Выходные сигналы блока грубой оценки помех 7 позволяют сформировать сигнал стирания в формирователе 21 при воздействии импульсной помехи или пропадании напряжения на входе дискриминатора 13. Выходные сигналы анализатора эталонного сигнала 24 обеспечивают формирование команд стирания при воздействии помехи, совпадающий по спектру с одним из принимаемых информационных сигналов, а выходные сигналы дискриминатора 13 обеспечивают выдачу команд стирания при попадании уровня выходного напряжения дискриминатора в область, заданную некоторыми порогами, и смещении границ кодовых посылок на временной интервал, больший допустимого.

Выходные сигналы формирователя команд стирания 21 осуществляют исключение в блоке 25 из числа принятых тех элементов сообщений, решение о значении которых ("1" или "0") принималось в условиях аномальных изменений контролируемых параметров напряжений в тракте приема.

В результате рассмотренного объединения отдельных устройств защиты и анализа оказалось возможным и некоторое упрощение общей схемы адаптивного приемника за счет многоцелевого использования некоторых узлов и исключения их повторения в других устройствах (например, блок 3). Вместе с некоторым упрощением общей схемы указанное совместное использование известных ранее блоков позволило повысить эффективность работы каждого из них до границ, недостижимых при раздельном их использовании. Кроме того, за счет обобщения свойств объединенной совокупности средств адаптации оказалось вполне естественным введение дополнительных процедур контроля недостоверно принятых элементов сообщений и стирания их на выходе канала связи. Дополнительный выигрыш в помехоустойчивости при этом может быть оценен уменьшением вероятности ошибок на два порядка (Шувалов В.П. Прием с оценкой качества).

Таким образом, как следует из приведенного описания, поставленные цели в предложении достигаются.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиостанциях и на приемно-передающих центрах. Техническим результатом является повышение точности выбора лучшего канала радиосвязи и повышение помехоустойчивости приема. Для достижения технического результата устройство, содержащее электронно-перестраиваемый приемник со встроенным блоком бланкирования импульсных помех, соединенный с выходом антенны через электронно-управляемый аттенюатор и блок точной оценки качества канала, снабжено блоком грубой оценки огибающей помех, датчиком сигналов стирания недостоверных символов, регулятором порога бланкирования, регулятором ослабления уровней и блоком автоматического управления настройкой параметров. 2 ил.

Адаптивное приемное устройство, содержащее электронно-перестраиваемый приемник с встроенным блоком бланкирования импульсных помех, соединенный с выходом антенны через электронно-управляемый аттенюатор, блок точной оценки качества канала, вход которого соединен с выходом электронно-перестраиваемого приемника, а выход подключен к входу электронно-управляемого аттенюатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности выбора лучшего канала радиосвязи и повышения помехоустойчивости приема, введены блок грубой оценки огибающей помех, датчик сигналов стирания недостоверных символов, регулятор порога бланкирования, регулятор ослабления уровней, блок автоматического управления настройкой параметров, причем другой выход электронно-перестраиваемого приемника через блок грубой оценки огибающей помех соединен с другим входом блока точной оценки качества канала, третий выход электронно-перестраиваемого приемника подключен к датчику сигналов стирания недостоверных символов, а второй и третий входы - к блоку автоматического управления настройкой параметров и регулятору порога бланкирования соответственно, второй выход блока точной оценки качества канала соединен с соответствующими входами датчика сигналов стирания, регулятора порога бланкирования и регулятора ослабления уровней, выход которого подключен к третьему входу электронно-управляемого аттенюатора, другой выход блока грубой оценки огибающей помех подключен к соответствующим входам датчика сигналов стирания недостоверных символов и регулятора порога бланкирования, другой выход которого подключен к датчику сигналов стирания недостоверных символов, другие входы и выходы блока автоматического управления настройкой параметров подключены соответственно к соответствующим выходам и входам блока точной оценки качества каналов, датчика сигналов стирания недостоверных символов, регулятора порога бланкирования и регулятора ослабления уровней.