УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может применяться в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны способы обработки широкополосных сигналов в условиях воздействия сосредоточенных по спектру помех, описанные, например, в пат. США №3112452, №4079203, в монографии Г.И.Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов", М.: Сов. радио, 1977, стр.127, основанные на режекции участков спектра входного сигнала, пораженных узкополосными помехами с дальнейший корреляционной обработкой сигнала.

Недостатком этих способов является тот факт, что одновременно с помехами режектируются участки спектра полезного сигнала, чем обусловлена их низкая помехоустойчивость в условиях большой загрузки диапазона частот помехами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ обработки широкополосного сигнала (ШПС), описанный в монографии Г.И.Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов", стр.127, и реализованный в устройстве, приведенном на рис.3.15, стр.133, принятый за прототип.

Способ-прототип основан на обработке сигнала в двух квадратурных каналах с последующим суммированием сигналов на их выходе. В каждом из квадратурных каналов сигнал перемножается с опорным гармоническим сигналом на частоте несущей ШПС с последующей согласованной фильтрацией и возведением результата фильтрации в квадрат.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Цель предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам.

Достижение поставленной цели происходит за счет того, что в каждом квадратурном канале из результата перемножения входного ШПС и гармонического опорного сигнала вычитают результат перемножения входного и опорного сигналов, задержанный на величину τ, где τ≫τ_кор (τ_кор - интервал корреляции ШПС), а согласованную фильтрацию выполняют по отношению к сигналу, полученному путем вычитания из копии сигнала его копии, задержанной на τ.

Таким образом, предлагаемый способ основан на использовании двух квадратурных каналов, в каждом канале входной ШПС перемножают с опорным гармоническим сигналом, частота которого равна частоте несущей ШПС, из результата перемножения вычитают результат перемножения, задержанный на величину задержки τ (τ≫τ_кор, (где τ_кор - интервал корреляции широкополосного сигнала), с последующей согласованной фильтрацией и возведением результата фильтрации в квадрат. Во втором канале осуществляется аналогичная обработка с тем отличием, что опорный гармонический сигнал сдвигается по фазе на 90° по отношению к опорному сигналу в первом канале, при этом сигналы двух каналов суммируются. А согласованная фильтрация выполняется не с передаваемым сигналом, а с искаженным, полученным путем вычитания из копии сигнала его копии, задержанной на τ, то есть согласованную фильтрацию выполняют не с передаваемым сигналом, а с искаженным. Искажение входного сигнала получается за счет введения элемента задержки и вычитающего устройства.

Устройство, в котором реализуется предлагаемый способ, приведено на фиг.1, где приняты следующие обозначения:

1 - перемножитель;

2 - линия задержки на τ;

3 - вычитающее устройство;

4 - согласованный фильтр;

5 - квадратор (устройство возведения в квадрат);

6 - фазовращатель на 90°;

7 - сумматор;

8 - опорный генератор.

Устройство содержит два квадратурных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 1, вычитающее устройство 3, согласованный фильтр 4, квадратор 5, а также линию задержки 2, включенную между выходом перемножителя 1 и другим входом вычитающего устройства 3. Входы квадратурных каналов являются входом устройства. Выходы квадратурных каналов соединены со входами сумматора 7, а выход опорного генератора 9 соединен с другим входом перемножителя 1 в первом квадратурном канале, а во втором квадратурном канале - через фазовращатель 6 на 90°.

Представленная на чертеже схема устройства является известной оптимальной (в условиях действия белого шума) схемой обработки ШПС с неизвестной начальной фазой (монография Г.И.Тузова "Статическая теория приема сложных сигналов, стр.133, рис.3.15), в которую введены в каждый квадратурный канал вычитающее устройство 4 и линия задержки 2 на величину τ.

Устройство работает следующим образом.

В каждом канале входной ШПС после перемножения с опорным гармоническим сигналом, частота которого равна частоте несущей ШПС, подается на вычитающее устройство 3, где осуществляется компенсация узкополосных помех, после чего сигнал обрабатывается в согласованном фильтре 4. В зависимости от выбранного значения τ полезный ШПС может искажаться в большей или меньшей степени. При τ≫τ_кор, где τ_кор - интервал корреляции ШПС, искажение сигнала будет минимальным. Однако эти искажения можно исключить, выполнив согласованную фильтрацию сигнала. Это возможно, так как и структура принимаемого сигнала, и значение τ известны, поэтому заранее известно, как исказится ПСП, и построить фильтр, согласованный с искаженным сигналом. В этом случае исключаются потери сигнала.

Докажем достижение поставленной цели.

Пусть фазоманипулированный шумоподобный сигнал (ФМ ШПС) передается на частоте несущей f₀, а длительность элемента ПСП составляет τ₀. Тогда ширина спектра ФМ ШПС равна . На входе устройства обработки одновременно с ФМ ШПС действует гармоническая помеха на частоте f_п. После перемножения входного сигнала с опорным гармоническим сигналом частоты f₀ в каадом квадратурном канале на выходе перемножителя 1 выделяется видео-ПСП, а помеха, действующая на частоте f_п, переносится на частоту (f_п-f₀). ПСП и помеха подаются на один вход вычитающего устройства 3 непосредственно, а на другой вход - через линию задержки 2 на τ≫τ_кор.

Известно, например Д.Е.Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.30, рис.2.9), что при сдвиге ПСП на τ≫τ₀, где τ₀ - длительность элементарного символа ПСП, получается ПСП ортогональная или квазиортогональная по отношению к первоначальной. Это означает, что при величине задержки, равной, например, τ=τ₀, полезный сигнал (ПСП) пройдет через вычитающее устройство 3 с небольшими искажениями. В то же время узкополосные (в том числе и гармонические) помехи, для которых выполняется условие , где Т - период гармонической помехи, компенсируются полностью или частично. Очевидно, что при f_п=f₀ достигается наибольшая степень подавления (полное подавление) помехи. Степень подавления помехи уменьшается с увеличением f_п. При компенсации нет, так как при τ=τ₀ и задержка равна половине периода частоты помехи. При степень подавления увеличивается, а при f_п=f_т также наблюдается полное подавление помех. Действительно, для комплексного коэффициента передачи к(jω) устройства, состоящего из вычитающего устройства и линии задержки на τ можно записать

Тогда для модуля коэффициента передачи |к(ω)| имеем

Из полученного выражения видно, что введенные в устройство блоки представляют собой фильтр, режектирующий низкие частоты и частоты, лежащие в окрестностях f_т.

Способ-прототип представляет собой оптимальную обработку ШПС, обеспечивающую, ослабление узкополосных помех в Б раз, где Б - база ШПС (см. Л.Е.Варакин. Теория систем сигналов. - М.: Радио и связь, 1978, стр.124).

Предлагаемый способ обеспечивает ослабление помех в 2·Б·К(ω)^-1 раз, где . Функция

обращается в нуль при . При τ=τ₀,

где τ₀ - длительность элементарного символа ПСП, функция обращается в нуль на частотах f=0 и кратных где f_т - тактовая частота ПСП.

При функция обращается в нуль при f=0 и частотах, кратных . Таким образом, выбирая τ можно добиваться ослабления необходимой части спектра помех. На выходе вычитающего устройства сигнал в зависимости от значения τ будет искажаться в большей или меньшей степени. Но так как параметры ШПС и значение τ известны, то можно выполнять согласованную фильтрацию с искаженным сигналом, что исключает потери сигнала.

При дополнительном поиске, проведенном авторами в соответствии с п.52 ЭЗ-1-74, не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части. Учитывая это, авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам. Достигается тем, что в каждом квадратурном канале из результата перемножения входного ШПС и гармонического опорного сигнала вычитают результат перемножения входного и опорного сигналов, задержанный на величину τ, где τ≫τ_кор (τ_кор - интервал корреляции ШПС), а согласованную фильтрацию выполняют по отношению к сигналу, полученному путем вычитания из копии сигнала его копии, задержанной на τ. 1 ил.

Устройство обработки широкополосных сигналов, содержащее генератор опорного гармонического сигнала, фазовращатель на 90°, сумматор и два квадратурных канала, каждый из которых содержит перемножитель, последовательно соединенные согласованный фильтр и квадратор, при этом первые входы перемножителей двух квадратурных каналов объединены и являются информационными входом устройства, выход генератора опорного гармонического сигнала подключен к второму входу перемножителя первого квадратурного канала и через фазовращатель на 90° - к второму входу перемножителя второго квадратурного канала, выходы квадраторов двух квадратурных каналов подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости к узкополосным помехам, в каждом квадратурном канале введены последовательно соединенные линия задержки и блок вычитания, выход которого подключен к входу согласованного фильтра, а вход объединен с входом линии задержки и соединен с выходом перемножителя, при этом величина задержки линии задержки τ>τ_кор, где τ_кор - интервал корреляции широкополосного сигнала.