Устройство обработки широкополосных сигналов

Устройство обработки широкополосных сигналов

Реферат

 

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 , где >_кор (_кор - интервал корреляции ШПС), а согласованную фильтрацию выполняют по отношению к сигналу, полученному путем вычитания из копии сигнала его копии, задержанной на . 1 ил.

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 , где >_кор (_кор - интервал корреляции ШПС), а согласованную фильтрацию выполняют по отношению к сигналу, полученному путем вычитания из копии сигнала его копии, задержанной на .

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 (>_кор, (где _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 , 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 ;

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 .

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 полезный ШПС может искажаться в большей или меньшей степени. При >_кор, где _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 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 ₀. 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-f ₀). ПСП и помеха подаются на один вход вычитающего устройства 3 непосредственно, а на другой вход - через линию задержки 2 на >_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 >₀, где ₀ - длительность элементарного символа ПСП, получается ПСП ортогональная или квазиортогональная по отношению к первоначальной. Это означает, что при величине задержки, равной, например, =₀, 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=f ₀ достигается наибольшая степень подавления (полное подавление) помехи. Степень подавления помехи уменьшается с увеличением f _п. При компенсации нет, так как при =₀ 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(j) устройства, состоящего из вычитающего устройства и линии задержки на можно записать

Тогда для модуля коэффициента передачи |к()| 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()^-1 раз, где . Функция

обращается в нуль при . При =₀,

где ₀ - 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 можно добиваться ослабления необходимой части спектра помех. На выходе вычитающего устройства сигнал в зависимости от значения будет искажаться в большей или меньшей степени. Но так как параметры ШПС и значение 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".

Формула изобретения

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 >_кор, где _кор - интервал корреляции широкополосного сигнала.

РИСУНКИ