устройство для приема шумоподобных сигналов

Формула изобретения

Устройство для приема шумоподобных сигналов, содержащее первый и второй перемножители, первые входы которых соединены между собой и являются входом устройства, последовательно соединенные третий перемножитель и интегратор, управляющий вход которого соединен с синхронизирующими входами первого и второго генераторов псевдослучайной последовательности и выходом блока формирования управляющих сигналов, вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, первый фильтр, включенный между выходом первого перемножителя и первым входом третьего перемножителя, а также второй фильтр, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, и фазовращатель, отличающееся тем, что введены два фазовых манипулятора и решающий блок, при этом дополнительный выход блока формирования управляющих сигналов подключен к второму входу первого перемножителя через первый фазовый манипулятор, к другому входу которого подключен выход первого генератора псевдослучайной последовательности, а также дополнительный выход блока формирования управляющих сигналов подключен к второму входу второго перемножителя через последовательно соединенные фазовращатель и второй фазовый манипулятор, к другому входу которого подключен выход второго генератора псевдослучайной последовательности, выход второго фильтра соединен с вторым входом третьего перемножителя, а выход интегратора соединен с сигнальным входом решающего блока, управляющий вход которого соединен с выходом блока формирования управляющих сигналов, причем первый и второй фильтры выполнены в виде фильтров нижних частот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи и предназначено для использования в системах передачи дискретной информации в многолучевых каналах связи с переменными параметрами.

Известно, что для борьбы с селективными по частоте замираниями в пилотных системах наряду с информационным сигналом S_и(t) передается пилотный сигнал S_п(t). Оба сигнала передаются в квадратуре друг относительно друга и отличаются друг от друга по форме (или сдвинуты друг относительно друга на время t или по частоте на f ) для обеспечения возможности их раздельной обработки на приеме.

Известно устройство квазикогерентной обработки ШПС с помощью коррелятора, на опорный вход которого подается сигнал, сформированный в приемнике с помощью местного генератора псевдослучайной последовательности (ГПП) и несущей, полученной с помощью системы ФАПЧ [1]

Однако при работе в каналах с частотными селективными замираниями сигналов нарушается когерентность принимаемых ШПС, т.е. отдельные частотные составляющие спектра сигнала искажаются в канале некоррелированно, и выделенная в системе ФАЧП несущая частота уже не будет являться идеальным опорным сигналом, если ширина спектра сигнала f_c превышает интервал частотной корреляции замираний f_кор. При этом, как показано в работе [2] искажается выходной сигнал коррелятора: появляется множественные выбросы выходной корреляционной функции или боковые лепестки, и часть энергии сигнала существенно задерживается во времени; уменьшается пиковое значение полезного выходного сигнала коррелятора и появляется "дрожание" положения максимума. Эти факторы приводят к резкому снижению помехоустойчивости приема сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство передачи и приема информации шумоподобными сигналами [3] содержащее первый и второй перемножители, первые входы которых объединены и подключены по входу устройства, фазовращатель, третий перемножитель, выход которого подключен к сигнальному входу интегратора, управляющий вход которого объединен с синхронизирующими входами генератора ГППи и ГППп.

Однако известное устройство также не позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость приема при работе системы связи в условиях существенных частотно-селективных замираний, так как жестко фиксированные формы сигналов на выходах ГППи и ГППп (не учитывающие искажений сигналов в канале с селективными замираниями), что не позволяет формировать опорные сигналы, являющиеся идеальными при оптимальном квазикогерентном приеме сигналов.

Цель предлагаемого изобретения состоит в повышении помехоустойчивости приема сигналов на выходе канала с существенными частотно-селективными замираниями (когда интервал частотной корреляции замираний f_кор меньше ширины спектра сигнала f_c).

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый и второй перемножители, первые входы которых объединены и подключены ко входу устройства, фазовращатель, третий перемножитель, выход которого подключен к сигнальному входу интегратора, управляющий вход которого соединен с объединенными синхронизирующими входами генераторов ГППи и ГППп, введены блоки: блок формирования управляющих сигналов (БФУС), первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй ФНЧ, а также решающий блок, причем выход первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй ПМЧ подключены к первому и второму входу третьего перемножителя, а вход блока формирования управляющих сигналов соединен со входом устройства, первый выход блока формирования управляющих сигналов подключен через фазовый манипулятор ко второму входу первого перемножителя, а через последовательно соединенные фазовращатель и второй фазовый манипулятор подключен ко второму входу второго перемножителя, а второй выход блока формирования управляющих сигналов подключен к объединенным синхронизирующим входам генераторов ГППи и ГППп, и управляющему входу решающего блока, причем выходы генераторов ГППи и ГППп подключены ко вторым входам соответственно первого и второго фазовых манипуляторов, а выход интегратора подключен к сигнальному входу решающего блока, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для приема шумоподобных сигналов, где приняты следующие обозначения: 1, 7 и 12 перемножители; 2 и 13 -ФНЧ; 3 генератор ГППи; 4 и 11 фазовые манипуляторы; 5 блок формирования управляющих сигналов; 6 фазовращатель; 8 интегратор; 9 решающий блок; 10 генератор ГППп.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока формирования управляющих сигналов, где 14 блок ФАПЧ; 15 блок системы слежения за задержкой (ССЗ); 16, 18, 25 и 26 перемножители; 17 и 33 элементы задержки; 19 фазовый детектор; 20 и 29 усилители; 21 и 30 фильтры; 22 и 31 управляющие элементы; 23 и 32 управляемые генераторы; 24 и 28 генераторы ГППи и ГППп на регистрах сдвига; 27 вычитающее устройство; 34 первый выход блока формирования управляющих сигналов; 35 второй выход блока формирования управляющих сигналов.

Устройство работает следующим образом. На вход устройства поступает искаженный в канале полезный сигнал и флуктуационная помеха. Полезный сигнал представляет собой сумму информационного S_и(t) и пилотного S_п(t) сигналов, причем S_и(t) и S_п(t) передаются на одной несущей частоте и занимают одинаковую полосу частот. При передаче информационного символа "1" начальные фазы S_и(t) и S_п(t) одинаковые, а при передаче символа "О" начальные фазы S_и(t) и S_п(t) отличаются на 180^o. Для снижения пикфатора суммарного сигнала S_и(t) и S_п(t), сформированные путем фазовой манипуляции на 180^o по законам различных псевдослучайных последовательностей ПСПи и ПСПп, передаются в квадратурных каналах.

Из принимаемого суммарного колебания по сигналу S_п(t) системой ФАПЧ блока формирования управляющих сигналов выделяется гармоническое колебание несущей частоты, а по сигналу S_и(t) системой слежения за задержкой блока формирования управляющих сигналов выделяются синхронизирующие импульсы, которые используются для запуска генераторов ГППи и ГППп, а также для запуска и сброса интегратора и стробирования решающего блока в моменты принятия решений об информационном параметре.

Квазиортогональные ПСП информационного и пилотного сигналов соответственно с выходов ГППи и ГППп манипулируют по фазе выделенную несущую частоту в фазовых манипуляторах ФМ1 и ФМ2, причем для компенсации фазового сдвига на 90^o, внесенного на передаче в пилотный сигнал, выделенное колебание несущей частоты поступает на ФМ2 через фазовращатель на 90^o. На выходах ФМ1 и ФМ2 формируются опорные фазоманипуляционные сигналы, идентично отличающиеся соответственно от информационного и пилотного ШПС, искаженных также идентично в канале с частотно-селективными замираниями. Если бы сигналы передавались в канале с постоянными известными параметрами и не было бы флуктуационных помех, то колебание на выходе ФМ2 было бы идентично пилотному ШПС, а колебание на выходе ФМ1 было бы идентично информационному ШПС (при передаче информационного символа "1"), или находилось бы в инверсии по отношению к информационному ШПС (при передаче информационного символа "0"). При этом на выходе ФНЧ2 был бы постоянный положительный уровень, допустим +1В, а на выходе ФНЧ1 уровень был бы равен 1В (в зависимости от последовательности информационных импульсов). Эта же последовательность импульсов с амплитудой 1 поступила бы на интегратор и в моменты стробирования в решающем блоке принимались бы решения о принимаемых символах путем сравнения выходного напряжения интегратора с нулевым пороговым уровнем. При учете флуктуационных помех рассмотренная схема идентична идеальному приемнику Котельникова, обеспечивающему потенциальную помехоустойчивость приема сигналов на фоне гауссовских помех с равномерным энергетическим спектром (чем и характеризуются флуктуационные помехи).

При наличии же существенных частотных селективных замираний, когда ширина спектра сигнала превышает интервал частотной корреляции замираний, сформированные опорные сигналы отличаются от принимаемых информационного и пилотного ШПС. В этом случае сигналы на выходах ФНЧ1 и ФНЧ2 будут искаженными низкочастотными колебаниями, причем при передаче "1" они будут идентичными, а при передаче "0" противоположными, т.е.

Коррелятор, состоящий из третьего перемножителя и интегратора, вырабатывает напряжение, пропорциональное энергии принимаемого сигнала, которое может быть либо положительным, либо отрицательным. Решающий блок, сравнивая решающее напряжение интегратора с нулевым порогом, принимает решение о переданном символе "1" или "0", если на приеме известны значения времени многолучевости, или времени памяти канала L, и величина доплеровского расширения спектра B, то известны и длительность и ширина спектра принимаемого сигнала. Это позволяет при соответствующем выборе частот среза ФНЧ и интервале интегрирования обеспечить помехоустойчивость приема практически не отличающуюся от помехоустойчивости приема сигналов без частотно-селективных искажений сигналов.

Работа блока формирования управляющих сигналов, схема которого, приведена на фиг. 2, является модификацией базовой схемы [4, стр. 316 317] Как отмечается в [4] на основе этой схемы разработано много приемников, осуществляющих прием информации при слежении за временем задержки и за чистотой. Там же описан и принцип работы базовой схемы. Особенность модификации базовой схемы применительно к предлагаемому устройству для приема шумоподобных сигналов заключается в следующем.

Периодически повторяющийся пилотный сигнал используется в блоке ФАПЧ. В перемножителе 16 происходит свертка по частоте пилотного сигнала. По свернутому ШПСп в блоке 14 формируется квазигармоническое колебание несущей частоты. Это колебание после свертки информационного сигнала во времени в перемножителе 18 используется в блоке слежения за задержкой 15, на выходе которого формируется тактовые импульсы, следующие за частотой, обратной длительностям принимаемых информационных сигналов. Сформированные тактовые импульсы используются как для запуска генераторов ПСП 3, 10, 24 и 28, так и для управления работой интегратора 8 и решающего блока 9. Сравнение заявляемого технического решения с устройством-прототипом показывает, что применение новых блоков приводит к повышению помехоустойчивости приема сигналов в каналах с существенными частотно-селективными замираниями за счет следующих факторов.

В устройстве-прототипе на опорные входы перемножителей приемника поступают двоичные псевдослучайные последовательности с генераторов ГППи и ГППп. На выходе первого перемножителя (информационный тракт) после первого полосового фильтра (ПФ1) с полосой пропускания Df_u формируется узкополосный фазоманипулированный сигнал, начальная фаза посылок которого в моменты пТс принимает значение 0 или 180^o в соответствии с передаваемыми информационными символами (если не учитывать влияния замираний и аддитивных помех). На выходе второго перемножителя (пилотный тракт) после второго полосового фильтра (ПФ2 с полосой пропускания f_n) формируется квазигармоническое колебание, которое в случае f_u>>f_n можно считать практически гармоническим. Помехоустойчивость приема сигналов в устройстве-прототипе будет тем выше, чем уже полоса пропускания f_n по сравнению с f_u. При наличии доплеровских эффектов смещения и расширения спектра принимаемого сигнала, это условие не выполняется и f_n f_u. Такие условия характерны для низкоскоростных систем связи, в которых длительность информационных посылок соизмерима с интервалом корреляции замирений. Равенство полос пропускания информационных и опорного трактов имеет место в автокорреляционных системах связи с ШПС. Как отмечается в [5] в таких системах энергетический проигрыш по сравнению с взаимно-корреляционными составляет при вероятностях ошибок P_ош10^-4 не менее 9 15 дБ.

В предлагаемом же устройстве наличие блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), входящего в блок формирования управляющих сигналов, позволяет уменьшить уровень аддитивных помех как в информационном, так и в пилотном трактах за счет снижения частоты среза первого и второго ФНЧ.

Литература.

1. Смирнов Н.И. Заличев Н.И. Помехоустойчивость систем передачи информации при различных вариантах синхронизации. Радиотехника, 1982, N 1, c. 3 11.

2. Богут Р.Л. и др. Влияние частотно-селективных эффектов распространения радиоволн на автоматическое слежение за сигналом в приемниках широкополосных систем связи. ТИИЭР, 1981, N 7, c. 21 42.

3. Окунев Ю.Б. и др. Использование сложных сигналов для построения системы передачи дискретной информации, инвариантной к изменениям их частоты и фазы. Радиотехника, 1979, N 11, c. 26 30.

4. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М. Радио и связь, 1985.

5. Семенов А. М. Сикарев А.А. Широкополосная радиосвязь. М. Воениздат, 1970 г.