Устройство для приема широкополосных сигналов

Устройство для приема широкополосных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ ССС

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

P 1) 4829210/09 (22) 24.05.90 (46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Воронежский научно-исследовательский институт связи (72) В. А. Маковий (56) Авторское свидетельство СССР

N 1637026, кл. Н 04 В 1/10, H 04 1 7/02, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Цель ! (s1)s Н 04 В 1/10, Н 04 L 7/02 изобретения — повышение помехоустойчивости. Устройство для приема широкополосных сигналов содержит блок.1 бланкирования импульсных помех, полосовые фильтры 21 — 2, блоки 3< — 3 регулирования усиления, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь

6, блок 6 быстрого преобразования Фурье, блок 7 умножения, ключ 8, генератор 9 одиночного импульса, блок 10 выбора режима работы, блок 11 вычисления корректирующих коэффициентов, блок 12 бланкирования узкополосных помех коррелятор 13, формирователь 14 опорного сигнала и пороговый блок 15. 1 ил.

1774505

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами, Известно устройство цифровой обработки широкополосных сигналов, описанное в книге Мартынова В.А., Селихова Ю.И, Панорамные приемники и анализаторы спектра, M,: Сов. радио, 1980, с.260. В устройстве сигнал с выхода широкополосного, тракта поступает на вход АЦП, где преобразуется в цифровую ферму. Отсчеты выходного сигнала с выхода АЦП поступают на цифровое вычислительное устройство, где определяются его спектральные характеристики.

Динамический диапазон цифрового вычислительного устройства и устройства в целом при воздействии узкополосных помех ограничен разрядностью АЦП.

Известно устройство корреляционной обработки широкополосных сигналов, описанное в статье А,Giordano, Н.Sunkenberg u др. "А Spread=Spectrum Simulcast MF-Radio

Network", lEEE Trans, on Communications, vol Com.30, ¹ 5, Мау 1982, рр.1060 — 1062.

Устройство, содержащее блок селекции узкополосных помех и два демодулятора для снятия скачков по частоте и частотной манипуляции, имеет на входе блокдискретного преобразования Фурье (БПФ). Динамический диапазон устройства ограничен и определяется разрядностью АЦП блока дискретного преобразования Фурье и уменьшается при воздействии узкополосной помехи.

Известно устройство корреляционной обработки широкополосного сигнала, описанное в статье Бахтиярова Г,Д., Тищенко

АЛО, Реализация устройства цифровой обработки сигналов на основе алгоритма

БПФ, Зарубежная радиоэлектроника, № 9, 1975, с,71 — 98.

В этом устройстве входной сигнал переносится в двух квадратурных каналах на видеочастоту, а затем преобразуется в АЦП в цифровую форму. Блок БПФ преобразует сигнал с выхода АЦП в частотную область.

Спектр входного сигнала перемножается со спектром опорного сигнала. Произведение спектров подвергается обратному быстрому преобразованию Фурье. Результаты обратного преобразования поступают на цифровой детектор, выход которого является выходом устройства.

И для этого устройства динамический диапазон при воздействии узкополосных помех ограничен разрядностью АЦП.

Наиболее близко к предлагаемому устройство по авт.св. N 1637026. та передачи блока регулировки усиления приводят к ухудшению помехоустойчивости устройства-прототипа.

40, Разработка высокостабильных полосовых фильтров и блоков регулировки усиления является сложной технической задачей.

Но и решение этой задачи частично или в полном обьеме не устраняет принципиаль45 ного недостатка устройства-прототипа — его помехоустойчивость зависит от стабильности и точности полосовых фильтров и блоков регулировки усиления.

Цель изобретения — повышение помехо50 устойчивости при неизменной стабильности параметров паласовых фильтров, блоков регулировки усиления и упрощения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что

55 в устройство-прототип введены аналоговый ключ, присоединенный между выходом блока бланкирования импульсных помех и входами полосовых фильтров, генератор одиночного импугьса и блок управления и исключены блок памяти, сумматор и N nepe10

Устройство-прототип содержит блок бланкирования импульсных помех, вход которого является входом устройства. а выход блока бланкирования через Nцепочек,,состоящих из последовательно соединенных полосового фильтра и блока регулировки усиления, соединен с N входами сумматора.

Выход сумматора через АЦП подсоединен к входу блока БПФ, выход которого через блок умножения соединен с входами блока бланкирования узкополосных помех, выходы которого соединены с группой входов коррелятора. Другая группа входов коррелятора соединена с выходами блока формирования опорного сигнала, выходы блока корреляторов соединены с входами порогового устройства, выход которого является выходом устройства. Выходы блока памяти соединены с группами входов блоков перемножителей, одни из входов которых соединены с выходами соответствующих блоков регулировки усиления, Выходы блоков пе-. ремножения соединены с входами блока суммирования, выходы которого через блок вычисления корректирующих коэффициентов, состоящего из последовательно соединенных блоков вычисления обратной величины и блока задержки, соединены с входами блока умножения.

Помехоустойчивость устройства-прототипа определяется не только эффективностью обработки в корректоре, но и точностью восстановления исходного сигнала на его входе. Временной дрейф параметров полосовых фильтров, погрешность установки цифровой величины коэффициен1774505 множителей, блок выбора режима работы, вход которого соединен с выходами блоков регулировки усиления, первый выход блока управления соединен с входами соответствующих блоков регулировки усиления, а также входами аналогового ключа и генератора одиночного импульса, выход которого соединен с вторым входом аналогового ключа, второй выход блока управления соединен с входом блока памяти, группа входов которого соединена с выходами блока

БПФ, а выходы соединены с группой входов блока вычисления обратной величины.

Для увеличения помехоустойчивости после установки коэффициентов передачи блоков регулировки усиления через аналоговый ключ на входы полосовых фильтров подается импульс, сформированный генератором одиночного импульса. Длительность этого импульса такова, что его спектр в полосе пропускания фильтров равномерный, С помощью импульса измеряется комплексный суммарный коэффициент передачи блоков регулировки усиления и полосовых фильтров. Результат измерения записывается в блок памяти. Затем при приеме для восстановления сигнала используются отсчеты истинного измеренного суммарного комплексного коэффициента передачи. Таким образом компенсируется изменение параметров полосовых фильтров и блоков регулировки усиления под воздействием дестабилизирующих факторов.

При дополнительном поиске не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части, поэтому предлагаемое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.

Устройство содержит блок 1 бланкирования импульсных помех, полосовые фильтры 2.1-2.N, блоки 3.1-3.N регулировки усиления, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок БПФ 6, блок 7 умножения, аналоговый ключ 8, генератор 9 одиночного импульса, блок 10 выбора режима работы, блок 11 вычисления корректирующих коэффициентов, блок

12 бланкирования узкополосных помех, коррелятор 13, блок 14 формирования опорного сигнала, пороговый блок 15.

Блок 1 бланкирования импульсных помех, вход которого является входом устройства, соединен с аналоговым ключом 8, второй вход которого соединен с выходом генератора 9 одиночного импульса. Выход аналогового ключа 8 соединен с входами N полосовых фильтров 2.1 — 2.N, выходы которых через блоки 3.1-3Я регулировки усиления соединены с соответствующими входами сумматора 4.

В состав устройства входят также последовательно соединенные АЦП 5, вход

5 которого соединен с выходом сумматора 4, блок БПФ 6, блок 7 умножения, блок 12 бланкирования узкополосных помех, коррелятор 13, соответствующие входы которого соединены с выходами блока 14 формирова10 ния опорйого сигнала. пороговый блок 15, выход которого является входом устройства. Блок 10 выбора режима работы своим входом соединен с выходами блоков 3.1 — З.N регулировки усиления, первый выход блока

15 10 выбора режима работы соединен с входом генератора 9 одиночного импульса, вторым входом аналогового ключа 8 и вторыми входами соответствующих блоков 3.1-3.N регулировки усиления.

20 Второй выход блока 10 выбора режима работы через блок 11 вычисления корректирующих коэффициентов, входы которого соединены с выходами блока БПФ 6, соединен с входами блока 7 умножения.

25 Работает устройство следующим образом.

Входная смесь сигнала, импульсных, флуктуационных и сосредоточенных помех поступает на вход блока .1 бланкирования

30 импульсных помех.

С выхода блока 1 смесь сигнала, флуктуационных и сосредоточенных помех через аналоговый ключ 8 поступает одновременно нэ N полосовых фильтров 2.1 — 2.N, которые

35 разбивают диапазон частот входного сигнала на М поддиапазонов. Сигнал с выхода полосовых фильтров 2.1 — 2.N поступает на входы блока 3.1-3.N регулировки усиления, выходы которых соединены с входами сум40 маторэ 4.

Возможная реализация блока регулировки усиления 3 приведена в статье "Вinary

galne-range amplifier operates over wide

dynamic range, Electronic Design", vol 27, N.

45 3, 1979, блок-схема которого (фиг.2) содержит: детектор 17, пороговое устройство 18, второе пороговое устройство 19, счетчик 20, управляемый аттенюатор 21, элемент И 22, элемент И 23 с открытым коллектором, 50 Входной сигнал поступает нэ первый входуправляемого аттенюаторэ 21, коэффициент передачи которого определяется цифровым кодом, поступающим с выхода счетчика 20 на управляющий вход эттенюа55 тора 21. С выхода управляемого эттенюатора 21 сигнал последовательно поступает на детектор 17 и на двэ пороговых устройства

18 и 19, которые сравнивают величину входного сигнала с заранее установленными максимальным и минимальным значения1174505 ми. Если амплитуда выходного сигнала детектора 17 выше максимального значения, с выхода первого порогового устройства

18 на первый разрешающий вход счетчика 20 поступает сигнал, разрешающий уменьшение коэффициента передачи, пока выходной сигнал не станет меньше установленного значения. Если амплитуда выходного сигнала детектора

17 ниже минимального значения, с выхода второго порогового устройства 19 на второй разрешающий вход счетчика 20 поступает сигнал, разрешающий увеличение коэффициента передачи, пока выходной сигнал не станет выше установленного минимального значения. При этом на тактовый вход счетчика 20 поступают тактавь е импульсы через элемент К 22, если сигнал разрешения подстройки равен "1". Если сигнал разрешения подстройки равен "О", подстройка запрещена, Если одно из пороговых устройств 18 или 19 разрешает изменение коэффициента передачи блоков регулировки усиления, на выходе элемента И с открытым коллектором

23 устанавливается низкий уровень, означающий необходимость изменения коэффициента передачи. Эти сигналы всех Й блоков регулировки усиления 3 обьединяются па схеме "Проваднае ИЛИ" и поступают на вход блока выбора режима работы 10. Таким образам на входе блока 10 управления возникает положительный перепад сигнала в

-момент окончания подстройки всех блоков регулировки усиления 3.1-З,N.

Выходные сигналы блоков 3 1-3.N регулировки усиления поступают на входы сумматора 4, Результаты сложения через АЦП

5, например, параллельного типа (см. Хоровиц Д., Хилл У, Искусство схемотехники, M.:

Мир, 1983, т.2, с,60), поступают на вход блока БПФ 6, в котором отсчеты сигнала преобразуются из временной в частотную область (связи на фиг.1 показаны функциональна).

Примео реализации блока БПФ6 приведен в статье Бахтиярова ГД., Тищенко A.Þ, Реализация устройств цифровой обработки сигналов на основе алгоритма БПФ, Зарубежная радиоэлектроника % 9, 1975, с.71—

98, рис.8.

Выходной сигнал блока БПФ 6 поступает на первый вход блока 7 умножения„причем все величины спектральных составляющих из блока БПФ 6 поступают одновременна и параллельно.

В блоке 7 умножения происходит параллельное умножения величин спектральных составляющих на соответствующие отсчеты обратного комплекснага коэффициента передачи паласовых фильтров 2.1-2.й с учетам коэффициентов усиления в блоках

3,1-3.N регулировки усиления, Число отсчетов обратного комплексного коэффициента передачи совпадает с числом спектральных составляющих на выходе блока БПФ 6. Фор5 миравание отсчетов обратного суммарного коэффициента передачи паласовых фильтров и блоков регулировки усиления происходит следующим образом.

После окончания .подстройки блоков

10 3.1-3.N регулировки усиления возникает положительный перепад на входе блока 10 выборг режима работы. Возможная реализация блока 10 выбора режима работы представлена на фиг.3, где обозначено:

15 10.1 — одновибратор, запускаемый положительным перепадом;

10.2- однавибратар, запускаемый отрицательный перепадом.

После окончания подстройки БРУ

20 3.1 — Ç,N устройство переходит в режим измерения суммарного комплексного коэффициента передачи, запускается одновибратор 10.1. Высокий уровень с первого выхода блока 10 выбора режима работы по25 ступает на управляющий вход аналогового ключа 8, переключая ега так, чта выход генератора 9 адиночнога импульса подключается к входам паласовых фильтров 2.1-2Л.

Одновременно ан поступает на вторые вхаЗО ды БРУ 3.1-3.N и запрещает изменение их коэффициентов передачи, а также поступает на вход генератора одиночного импульса

9 и запускает его.

Одиночный короткий импульс имеет

35 спектр Su(cu) равномерный в паласе пропускания. После прохождения через N блоков .

3.1-3.N регулировки усиления, паласовые фильтры 2.1-2.N и сумматор 4 его спектр на выходе блока БПФ

40, N

3 и(в) = Зо(в) Z I, i-О

45 где Кф в) — коэффициент передачи 1-rо полосавога фильтра;

Ki — коэффициент передачи t-го блока регулировки усиления;

N — число паласовых фильтров.

Длительность импульса адновибратора

10.1 такова, что к моменту его окончания на выходах блока БПФ6, присутствуют отсчеты спектра S u(m}. Поскольку Su(e) постоянна в полосе частот, ее величину можно обозна55 чить постоянной О, Отсчеты спектра на выходе блока БПФ 6 с точностью до постоянного множителя совпадают с отсчетами суммарного комплексного коэффициента передачи N паласовых фильтров, N блоков регулировки усиления, сумматора и

1774505 (4) D X Кi() в} =О

Кобр0 в) = Р " К О >) М

1=1

АЦП. После окончания импульса на выходе одновибратора 10.1 запускается одновибратор 10.2, и сигнал с второго выхода блока

10 выбора режима работы записывает отсчеты с выхода блока БПФ 6 в блок 11 вы- 5 числения корректирующих коэффициентов параллельно.

Длительность импульса одновибратора

10.2 равна минимально необходимому времени. для надежной записи всех отсчетов 10 параллельно и одновременно в блок 11 вычисления корректирующих коэффициентов., Поскольку форма сигнала на входе блока БПФ 6 во время контрольного измерения не совпадает с формой принимаемого по- 15 лезного широкополосного сигнала, сигнал на выходе коррелятора 13 не достигает значений, превышающих порог блока 15, сигнал на выход устройства не поступает, На этом заканчивается измерение уста- 20 новившегося суммарного комплексного коэффициента передачи, и устройство возвращается в режим приема. С первого выхода блока 10 выбора режима работы сигнал низкого уровня запрещает работу гене- 25 ратора 9 одиночного импульса, разрешает подстройку блоков 3.1-3.N регулировки усиления и переключает аналоговый ключ 8 так, что сигнал с выхода блока 1 бланкирования импульсных помех поступает на вход поло- 30 совых фильтров 2.1 — 2.N.

Рассмотрим подробнее работу устройства в режиме приема. Предположим, что на вход поступает сигнал со спектральной плотностью Я(в), Тогда на выходе БПФ его 35 спектр

М

S (в) = 5(в) " К)0 в) К (2)

1=1

Отсчеты измеренного комплексного коэффициента передачи поступают параллельно на входы блока 11 вычисления корректирующих коэффициентов, На выходе блока 11 имеем отсчеты обратного суммарного коэффициента передачи

Эти отсчеты поступают параллельно на второй вход блока 7 умножения, где происходит умножения спектральных отсчетов сигнала (формула 2) на соответствующие отсчеты обратного коэффициента передачи (формула 3). Блок 7 умножения может быть выполнен как К умножителей, где К вЂ” число отсчетов на выходе блока БПФ 6. Спектр сигнала на выходе блока умножения

К

3(в} ХК ()в} К;

S() . Восстановленный таким образом сигнал поступает на вход блока 12 бланкирования узкополосных помех, где подавляются спектральные сос1 авляющие этих помех.

В спектре смеси сигнала, флуктуационных и сосредоточенных помех спектральные составляющие узкополосной помехи представляют собой импульсы, значительно превосходящие по амплитуде другие спектральные составляющие, Следовательно, блок 12 бланкирования узкополосных помех может быть выполнен как блок бланкирования импульсных помех в спектральной области, аналогично блоку 1 бланкирования входных импульсных помех.

Сигнал с выхода блока 12 бланкиравания узкополосных помех поступает на первый вход коррелятора 13, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока

14 формирования опорного сигнала. Коррелятор может быть выполнен как последовательно соединенные блок умножения и блок обратного быстрого преобразования

Фурье.

В корреляторе 13 определяется взаимно-корреляционная функция опорного сигнала и сигнала с выхода блока 12 бланкирования узкополосных помех, Выборки с выхода коррелятора 13 поступают на пороговый блок 15. Превышение порога означает обнаружение сигнала.

В устройстве-прототипе сигнал после восстановление имеет спектр вида

N (в} Х К ()в} К>

S,(в) —, (5) =0

Х {К +д }. К„() в} =О где 4 — погрешность установки коэффициента усиления в l-том блоке регулировки усиления;

К 0 в) — комплексный коэффициент передачи 1-го паласового фильтра, занесенный в блок памяти.

Таким образом, при восстановлении сигнала в устройстве-прототипе из-за наличия ошибок восстановления помехоустойчивость ниже, чем в предлагаемом.

В предлагаемом устройстве из-за периодического измерения истинного коэффициента передачи отсутствуют погрешности

1774505

Выход восстановления, ухудшающие помехоустойчивость и вызванные неточностью блоков регулировки усиления и нестабильностью полосовых фильтров.

Если амплитуда сигнала неизменна, 5 контрольное измерение производится однократно, после первоначального включения устройства. Практически иэ-за изменения входного сигнала, атмосферных и иных помех временной интервал между контроль- 10 ными измерениями недостаточен для заметного изменения параметров полосовых фильтров вследствие температурной и временной нестабильности.

Выигрыш при 16 полосовых фильтрах и 15

10-разрядном АЦП составляет не менее 3 дБ по сравнению с устройством-прототипом.

Выигрыш увеличивается, если узкополосная помеха попадает в область частичного перекрытия амплитудно-частотной характе- 20 ристики полосовых фильтров, т.е. в область наименьшей стабильности параметров. Упрощение достигается за счет исключения N блоков перемножения в устройстве-прототипе. Каждый из этих блоков 25 представляет M устройств перемножения комплексных чисел, где M — количество отсчетов на выходе блока БПФ, Каждое устройство перемножения комплексного числа содержит четыре устройства умножения 30 действительных чисел.

Таким образом, в предлагаемом устройстве на 4MN меньше перемножителей комплексных чисел. При N = 8, M = 128 выигрыш — более четырех тысяч умножителей, что су- 35 щественно упрощает устройство по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство для приема широкополосных сигналов, содержащее блок бланкирования импульсных помех, последовательно соединенные аналого-цифровой и реобразователь (АЦП), блок быстрого преобразования Фурье, блок умножения,. к другим входам которого подключены соответствующие выходы блока вычисления корректирующих коэффициентов, блок бланкирования узкополосных помех, корреля1ор, к другим входам которого подключены соответствующие выходы формирователя опорного сигнала, а также M полосовых фильтров, входы которых соединены между собой, а выходы соединены с входами соответствующих блоков регулирования усиления, выходы которых.через сумматор подключены к входу

АЦП,отличающееся тем,что, с целью повышения помехоустойчивости, введены последовательно соединенные блок выбора режима работы, генератор одиночного импульса и ключ, включенный между выходом блока бланкирования импульсных помех и входами M полосовых фильтров, выходы сигнала ошибки M блоков регулирования усйления соединены с соответствующим вхо-. дом блока выбора режима работы, первый выход которого соединен с соответствующими входами ключа и М блоков регулирования усиления, а второй выход блока выбора режима работы соединен с управляющим входом блока вычисления корректирующих коэффициентов, к другим входам которого подключены соответствующие выходы блока быстрого преобразования

Фурье.

1774505 одсмройй7

Составитель В. Маковский

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И. Шмакова

Редактор

Заказ 3936 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уи.Гагарина, 101 и рч ереме конплексНОМ

КО рсрВЦ.. ePeAw

Запись но8в2о ко чплекс/ЮГО коэфриц. лередрус