СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2008 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в радиолиниях, использующих широкополосные шумоподобные сигналы (ШПС).

Известны способы выделения шумоподобных сигналов на фоне узкополосных помех, позволяющих уменьшить требования к динамическому диапазону входных сигналов блоков оптимальной обработки ШПС, основанные на разделении входной полосы приемного устройства на ряд парциальных частотных участков и режекции тех парциальных участков спектра (сигнала), которые поражены узкополосными помехами.

Однако указанным способам выделения ШПС присущи следующие недостатки:

- при воздействии одной узкополосной помехи режектируется часть спектра сигнала, пораженного этой помехой, что приводит к снижению мощности выделенного сигнала. Причем эти потери мощности зависят от количества воздействующих узкополосных помех и могут достигать значений, при которых прием ШПС становится практически невозможным,

- при одновременном воздействии нескольких узкополосных помех потери мощности сигнала оказываются приближенно пропорциональными их числу и ширине полосы пропускания одного парционального фильтра. Т.е. в условиях воздействия относительно большого количества узкополосных помех число парциональных частотных полос должно быть значительно большим числа помех. Последнее обстоятельство приводит к дополнительным искажениям сигнала, связанным с ограниченной точностью, сопряжения фазовых характеристик отдельных частотных полос при суммировании и усложнению реализации соответствующих устройств;

- при воздействии группы узкополосных помех, уровни которых не превышают порога отключения соответствующих парциональных фильтров, на выходе устройства выделения будут присутствовать узкополосные помехи, вследствие чего на выходе оптимальной обработки ШПС будет присутствовать шумовая составляющая, обусловленная воздействием этих помех,

- все указанные способы выделения ШПС не обладают возможностью влиять на вид структуры ШПС, что во многих практических приложениях может оказаться целесообразным.

Из известных способов выделения шумоподобного сигнала наиболее близким к предлагаемому способу является способ, основанный на разделении полосы приема ШПС на узкие парциальные полосы, режекции участков спектра, пораженных помехой, последующем суммировании непораженных участков спектров принимаемого сигнала.

Цель - повышение быстродействия поиска и уменьшение энергетических потерь ШПС при его выделении на фоне интенсивных сосредоточенных помех.

Изменение вида структуры выделенного сигнала целесообразно производить по следующей причине. Известно, что для ускорения поиска ШПС по структуре используют пилот-сигнал, манипулированный М-последовательностью меньшей значимости (более короткой), чем информационная последовательность. Получаемый при этом выигрыш во времени поиска сигнала сопровождается потерями энергии сигнала в режиме приема информации, так как полезная мощность ПРД расходуется на пилот-сигнал. Отказ от пилот-сигнала для обеспечения заданного времени поиска приводит к уменьшению длины информационной структуры ПСП и ПРД, а смена длины ПСП в процессе работы, т.е. переход в режиме поиска сигнала на короткую последовательность, а в режиме приема информации на длинную, не возможна в радиолиниях без обратного канала, так как на передающей стороне отсутствует информация о том, когда окончился процесс поиска сигнала у принимающего абонента.

Однако, известно, что меандроинвертированные сигналы в процессе перемножения с псевдослучайными последовательностями образуют боковые лепестки взаимной корреляционной функции, которые могут быть использованы в процессе поиска сигнала с целью его ускорения. При этом, умножая в процессе выделения поступающий псевдослучайный сигнал на меандр, можно получать на входе оптимальной обработки меандроинвертированный сигнал. На фиг.1а показаны два периода семиэлементной М последовательности. На фиг.1б показан меандр, на который в процессе выделения умножается поступающий псевдослучайный сигнал, а на фиг.1в указан результат перемножения (меандроинвертированный сигнал). В зависимости от того, осуществляется или нет умножение в процессе выделения шумоподобного сигнала на дополнительный местный сигнал, изменяется вид входного сигнала оптимальной обработки. Приведенный пример показывает целесообразность в определенных ситуациях изменения вида выделенного сигнала. Заметим, что переход на входе оптимальной обработки от обычной псевдослучайной последовательности к меандроинвертированной происходит без изменения вида излучаемого сигнала на передающей стороне радиолинии.

В связи с вышесказанным представляет интерес и другой фазоманипулированный сигнал, огибающая которого показана на фиг.2а. Этот сигнал интересен тем, что умножение его на меандр (фиг.2б) дает М-последовательность, длительность элемента, которой в четыре раза больше длительностей элементов исходных сигналов (фиг.2в). Умножение же последовательности (фиг.2а) на последовательность, указанную на фиг.2г, приводит к меандроинвертированной М-последовательности (фиг.2д). Т.е. в результате произведенных преобразований в процессе выделения ШПС оказалось принципиально возможным иметь в приемном устройстве оба указанных сигнала, что может быть полезно при практической реализации следящего фильтра для слежения за временем прихода шумоподобного сигнала.

Обеспечить такие возможности выделения ШПС, как это следует из пояснений, можно вводя в процесс выделения дополнительную операцию над приходящим сигналом - манипуляцию его по фазе, что будет эквивалентно рассмотренным выше операциям множения. Вид закона дополнительной манипуляции, определяющий вид выходного сигнала, должен соответствовать требованиям, накладываемым на свойства выходного сигнала.

Введение фазовой манипуляции на 180° позволяет одновременно и сократить потери мощности сигнала при его выделении на фоне интенсивных узкополосных помех. Это связано с тем обстоятельством, что узкополосная помеха и ШПС имеют существенно различные спектральные характеристики. Предположим, что на входе приемника присутствует синусоидальная помеха. Тогда после фазовой манипуляции меандром ее спектр будет состоять из спектральных составляющих, ближайшие из которых отстоят от значения частоты исходной синусоиды на частотные отрезки , где 2τ₀ - период меандра. При этом известно, что после фазовой манипуляции меандром на 180° мощность спектральной составляющей на частоте исходной неманипулированной синусоиды равна нулю. Если преобразованную таким образом помеху пропустить через фильтр, полоса которого несколько уже , то на выходе фильтра составляющие узкополосной помехи, ближайшие из которых отстоят друг от друга на величину , будут отфильтрованы, т.е. указанная манипуляция как бы "выталкивает" узкополосные помехи из указанной полосы частот. Сигнал же, имеющий псевдослучайную структуру, после произведенной операции видоизменится, но будет содержать в своем спектре составляющие, которые пройдут через указанный фильтр. Таким образом, оказывается возможным осуществлять защиту от узкополосных помех без вырезания участков спектра сигнала.

Эпюры, иллюстрирующие эффект "выталкивания" узкополосных помех, показаны на фиг.3. Причем на фиг.3в приводится входной сигнал, описанный выше и показанный на фиг.2а. На фиг.3б и 3а показаны соответственно инвертирующий сигнал и сигнал, полученный в результате перемножения (семиэлементная М-последовательность). На эпюре 3г показана часть спектра частот поступающих сигналов, причем частота помехи f_п совпадает со средней частотой сигнала f₀. Спектры преобразованных сигнала и помехи показаны на фиг.3д. Из нее видно, что после произведенной фазовой манипуляции соответствующие спектры изменились. Основная часть мощности сигнала оказалась заключенной в частотной области между

где: f₀ - средняя частота сигнала. Спектр помехи, разделился на составляющие, ближайшие из которых отстоят от средней частоты сигнала на удалениях

Штриховой линией на этом же чертеже показана полоса пропускания фильтра Ф, фильтрующего преобразованные сигналы. Из чертежа видно, что спектр помехи оказался вне полосы пропускания этого фильтра, а сигнал практически полностью будет пропущен этим фильтром на последующую оптимальную обработку. Следует заметить, что эффект "выталкивания" узкополосных помех будет наблюдаться при значениях их частот, лежащих в любой точке интервала частот .

Манипулирующая последовательность, показанная на фиг.2г, является также периодической, но уже с периода равным 8τ₀. При этом для разделения спектров преобразованной узкополосной помехи и ШПС потребуется фильтр в 4 раза более узкий, чем в выше рассмотренном случае.

На фиг.4 представлена структурная электрическая схема устройства, с помощью которого реализован способ выделения шумоподобных сигналов.

Устройство выделения шумоподобных сигналов содержит широкополосный входной фильтр 1, манипулятор фазы входного сигнала 2, широкополосный фильтр, согласованный в преобразованным сигналом 3, блок оптимальной обработки 4, формирователь манипулирующей последовательности 5.

Устройство выделения широкополосного сигнала работает следующим образом.

Входные сигналы поступают да входной широкополосный фильтр 1, выход которого подключен ко входу манипулятора фазы 2. Выход манипулятора фазы 2 соединен со входом широкополосного фильтра 3, полоса которого согласована со спектром преобразованного ШПС. К другому входу манипулятора фазы 2 подключен выход формирователя манипулирующей последовательности 5, причем к одному из входов последнего поступают тактовые импульсы, синхронные и синфазные с тактовой частотой формирования местного эталона принимаемого сигнала в блоке оптимальной обработки 4, или кратные им, а на другой вход формирователя 5 подаются сигналы, изменяющие вид манипулирующей последовательности также с выхода блока 4. Вход блока оптимальной обработки ШПС 4 соединен с выходом широкополосного фильтра 3.

Для пояснения работы этого устройства обратимся к чертежам, показанным на фиг.3. Пусть на вход широкополосного фильтра 1 поступает полезный сигнал (фиг.3в) и синусоидальная помеха. Пройдя через фильтр 1 и манипулятор 2, преобразуется к виду, показанному на фиг.3а. Пройдя через широкополосный фильтр 3, помеха отфильтруется (фиг.3д), а сигнал с его выхода поступит на оптимальную обработку в блок 4. При необходимости иметь на входе оптимальной обработки ШПС, указанный на фиг.2д, с блока 4 на манипулятор 5 выдаются соответствующие сигналы, осуществляющие в нем переключение вида манипулирующей последовательности с последовательности, указанной на фиг.2б, на последовательность, указанную на фиг.2г.

Как уже было замечено, устройство, использующее рассматриваемый способ защиты от узкополосных помех, обеспечивает "выталкивание" только таких узкополосных помех, частоты которых лежат в полосе от до . Но так как в устройстве на фиг.4 входной сигнал имеет полосу по первым нулям огибающей от до , то помехи, частоты которых попадают вне полосы Ф^I (штриховая линия, смотри фиг.3г), будут давать после дополнительной манипуляции составляющие спектра, попадающие на вход блока оптимальной обработки 4.

Для обеспечения защиты блока оптимальной обработки ШПС 4 от узкополосных помех в указанных условиях должны быть приняты дополнительные меры.

Вместо одного входного широкополосного фильтра 1 в этом случае предусматриваются три фильтра, одинаковые полосы пропускания каждого из которых равны . На фиг.5 эти фильтры обозначены как 1^II, 1^I, 1^III, а полосы пропускания, соответствующие каждому из них, обозначены на фиг.3г через Ф^II, Ф^I и Ф^III. При этом суммарная волоса сигнала, пропускаемая ими, будет соответствовать 1,5/τ₀. (На практике обычно используют широкополосные фильтры в известных устройствах выделения сигналов, согласованные с τ₀ как 1,37/τ_j). Далее сигналы с выходов этих трех полосовых фильтров суммируются в сумматоре 6, а выход сумматора соединяется со входом манипулятора фазы входного сигнала 2, который, как и остальные, одинаково обозначенные на фиг.5 и 4, блоки, работает уже ранее рассмотренным образом. Введение в данном случае двух полосовых фильтров Ф^II и Ф^III обеспечивает защиту входа манипулятора фазы 2 от узкополосных помех, попадающих в полосы Ф^II и Ф^III. При этом фильтры I^I или I^III могут отключаться при попадании в них помех известным способом, т.е. по сигналам блока 7 формирователя порога отключения осуществляется режекция полосы Ф^I или Ф^III с помощью ключей 8 или 9. При этом в зависимости от требований к допустимым потерям мощности выделенного сигнала, возможно дополнительное разбиение фильтров I^II и I^III на узкие парциальные полосы, как и в способе-прототипе, с последующей режекцией пораженных помехами участков. Существенно отметить, что полоса сигнала Ф^I в окрестности его средней частоты никогда не может быть поражена узкополосными помехами. Поэтому спектр сигнала в интервале частот от до всегда сохраняется.

Кроме того, реализация данного способа, при потенциально меньших потерях выделенного полезного сигнала, позволяет обойтись значительно меньшим суммарным количеством парциальных полос, так как полоса сигнала Ф^I не требует разбиения на парциональные участки спектра.

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи. Технический результат заключается в повышении быстродействия поиска и уменьшении энергетических потерь шумоподобных сигналов (ШПС). Для этого в способе при выделении ШПС на фоне интенсивных сосредоточенных помех осуществляют трехканальное разделение спектра ШПС с последующей фазовой манипуляцией с тактовой частотой, синхронной или кратной частоте формирования ШПС. 5 ил.

Способ выделения шумоподобных сигналов (ШПС), основанный на многоканальных узкополосной фильтрации и режекции парциальных составляющих спектра ШПС с последующими суммированием и оптимальной обработкой, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия поиска и уменьшения энергетических потерь ШПС при его выделении на фоне интенсивных сосредоточенных помех, осуществляют трехканальное разделение спектра ШПС с последующей фазовой манипуляцией с тактовой частотой, синхронной или кратной частоте формирования ШПС.