коррелятор для сигналов с частотным сдвигом с компенсацией структурных помех

Формула изобретения

Коррелятор для сигналов с частотным сдвигом с компенсацией структурных помех, содержащий последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации, а также генератор копии сигнала, выход которого соединен со входом блока перемножения, отличающийся тем, что указанные последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации являются к-й линейкой, при этом введены к - 1 линейка и блок коммутации, каждая из к - 1 линеек содержит последовательно соединенные блок перемножения, блок фильтрации, измеритель уровней сигналов, блок восстановления сигналов и блок компенсации, причем управляющий выход измерителя уровней сигналов и точка соединения его информационного выхода и входа блока восстановления сигналов соединены с соответствующими входами блока коммутации, выход генератора копии сигнала одновременно соединен с одним из входов блока перемножения и блока восстановления сигналов каждой линейки, кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки соединен одновременно со входом блока компенсации и другим входом блока перемножения последующей линейки, вход блока компенсации первой линейки соединен со входом блока перемножения первой линейки и является входом устройства, выход блока фильтрации к-й линейки соединен с соответствующим входом блока коммутации, выход которого является выходом устройства, другой вход блока перемножения к-й линейки соединен с выходом блока компенсации к - 1-й линейки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системе связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства корреляционной обработки широкополосных сигналов, описанные в патентах N 2038697, H 04 B 1/10, N 2034403, H 04 B 1/10. Эти устройства предназначены для использования в системах связи с кодовым разделением каналов и не могут быть использованы в системах связи с широкополосными сигналами с ортогональным частотным сдвигом.

Известен коррелятор для широкополосных сигналов с частным сдвигом, используемый в многоадресной системе связи с выбором произвольного абонента (см. IEEE Int. Con. Rec. 1964, Mach, pt.6), недостатком которого является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является коррелятор с набором фильтров, настроенных на разные частоты, приведенный в монографии Г.И.Тузова "Статическая теория приема сложных сигналов", М., "Сов.радио", 1977, стр. 111, рис. 3.3, принятый за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено

1 - перемножитель (фазовый ремодулятор);

2₁ - 2_N - полосовые фильтры;

3 - генератор копии сигнала.

Устройство-прототип содержит перемножитель 1, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входами полосовых фильтров 2₁ - 2_N, выходы которых являются выходами устройства, кроме того, выход генератора копии сигнала 3 соединен с опорным входом перемножителя 1.

На фиг. 2 приведена укрупненная схема устройства-прототипа, где обозначено

1 - блок перемножителя;

2 - блок фильтрации;

3 - генератор копии сигнала.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входная смесь поступает на перемножитель 1, где перемножается с опорным широкополосным сигналом, синхронным с полезным сигналом, поступающим с генератора копии сигналов 3. Результат перемножителя - свернутый сигнал поступает в блок фильтрации 2, где фильтруется. Так как все N сигналов отличаются между собой частотным сдвигом, то каждый сигнал сворачивается в свой блок фильтрации (на свою частоту). Однако из-за неидеальности взаимокорреляционных функций сигналов в частотной области продукты взаимной корреляции сигнала данного абонента с сигналами других абонентов присутствуют в каждом блоке фильтрации. Это аналогично тому, как при кодовом разделении каналов каждый сигналов сворачивается за счет перемножения с соответствующим ему опорным сигналом, но продукты взаимной корреляции во временной области присутствуют от всех приемников.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройстве, содержащее последовательно соединенные блок перемножения и блок фильтрации, а также генератор копии сигналов, выход которого соединен с другим входом блока перенапряжения, введены (к-1) линейка и бок коммутации. Каждая из (к-1) линеек содержит последовательно соединенные блок перемножения, блок фильтрации, измеритель уровней сигналов, блок восстановления сигналов и блок компенсации. При этом управляющий выход измерителя уровней сигналов и точка соединения его информационного выхода и входа блока восстановления сигналов соединены с соответствующими входами блока коммутации. Выход генератора копии сигнала одновременно соединен с одними из входов блока перемножения и блока восстановления сигналов каждой линейки. Кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки соединен одновременно со входом блока компенсации и входом блока перемножения последующей линейки, а вход блока компенсации первой линейки соединен с одним из входов блока перемножения первой линейки и является входом устройства. Выход блока фильтрации к-той линейки соединен с соответствующим входом блока коммутации, выход которого является выходом устройства, другой вход блока перемножения к-той линейки соединен с выходом блока компенсации (к-1)-й линейки.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 3, где обозначено

1 - блок перемножения;

2 - блок фильтрации;

3 - генератор копии сигнала;

4 - измеритель уровней сигналов;

5 - блок восстановления сигналов;

6 - блок компенсации;

7 - блок коммутации.

Заявляемое устройство содержит (к-1) идентичную линейку, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок перемножения 1, блок фильтрации 2, измеритель уровней сигналов 4, блок восстановления сигналов 5 и блок компенсации 6. При этом входы блоков 1 и 6 первой линейки объединены и являются входом устройства.

Управляющий выход (шина из N управляющих выходов) измерителя уровней сигналов 4 соединены с соответствующими входами блока коммутации 7, выход которого является выходом устройства. При этом точка соединения информационного выхода (шина из N информационных выходов) и входа блока восстановления сигналов 5 соединена с соответствующим входом блока коммутации 7. Кроме того, выход блока компенсации предыдущей линейки 6 соединен со входами блока перемножения 1 и блока компенсации 6 последующей линейки.

Выход генератора копии сигналов 3 одновременно соединен с соответствующими входами блоков перемножения 1 и блока восстановления сигналов 5 каждой из (К-1) линеек.

К-я линейка содержит последовательно соединенные блок перемножения 1_к и блок фильтрации 2_к, выход которого соединен с соответствующим входом блока коммутации 7. Входы блока перемножения 1_к соединены с выходом генератора копии сигнала 3 и выходом блока компенсации 6_(к-1) (К-1) линейки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигналы N абонентов, отличающихся между собой частотным сдвигом несущих частот (равным для соседних каналов где T -длительность информационного символа) поступает на блок 1₁, где перемножается с опорной псевдослучайной последовательностью блока 3. В результате перемножения широкополосные сигналы N абонентов сворачиваются в узкополосные сигналы, отличающиеся частотами, которые подаются на блок 2₁.

В блоке 2₁ осуществляется фильтрация свернутых узкополосных сигналов с помощью гребенки из N фильтров, после чего они поступают на блок 4₁. В блоке 4 в каждом (К-1) частотном канале сигналы усиливаются, детектируются и сравниваются с первым (самым высоким) порогом. Команды о превышении ("1") или непревышении ("0") порогов подаются на блок 7. Узкополосные сигналы, уровни которых превысили первый порог, подаются одновременно на блоки 5₁ и 7. В блоке 5₁ они превращаются в широкополосные сигналы, аналогичные соответствующим сигналам во входной смеси.

Это достигается за счет перемножения (фазовой манипуляции) узкополосных сигналов с опорной псевдослучайной последовательностью, поступающей на блок 5₁ с выхода генератора 3.

Восстановленные широкополосные сигналы первого уровня (превысившие первый порог) с входа блока 5₁ подаются на блок 6₁, где компенсируют соответствующие им сигналы во входной смеси. С выхода блока 6₁ входная смесь, из которой исключены сигналы первого уровня, подаются на блоки 1₂ и 6₂ второй линейки, состав блоков которой аналогичен составу блоков первой линейки.

Отличие второй линейки от первой состоит в том, что в блоке 4₂ проводится сравнение уровней узкополосных сигналов со вторым (более низким порогом).

С выхода блока 6₂ входная смесь, из которой исключены сигналы первого и второго уровней, подается на третью линейку, где из нее вычитаются сигналы 3-го уровня.

В (К-1)-й линейке восстанавливаются и компенсируются сигналы (К-1)-го уровня.

С выхода блока 6_(к-1) сигнал поступает на блок 1_к, на опорный вход которого подается псевдослучайная последовательность с выхода генератора 3. В блоке 1_к осуществляется свертка широкополосных сигналов абонентов К-го (наиболее низкого) уровня, которые остались во входной смеси после того, как в ней были скомпенсированы сигналы более высоких уровней.

В блоке 2_к осуществляется фильтрация свернутых узкополосных сигналов К-го уровня, которые подаются на вход блока 7.

Остановимся на аппаратурной реализации блоков.

Блок перемножения 1 выполняется в виде перемножителя, на входы которого сигналы могут подаваться через регулируемые элементы задержка, величина задержки которых выбирается такой (в том числе и равной нулю), чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов.

Структурная схема блока 4 представлена на фиг. 4, где обозначено

41 _1-N - элемент задержки;

42 _1-N - ключ;

43 _1-N - усилитель;

44 _1-N - детектор;

45 _1-N - схема сравнения с порогом.

В блоке 4 в каждом частотном канале сигнал усиливается, детектируется, сравнивается с порогом. Команды о превышении порога и узкополосные сигналы, уровни которых превысили порог, подаются на управляющие и информационные выходы блока 4.

Блок 5 содержит последовательно соединенные сумматор 4 и перемножитель (фазовый модулятор), на опорный вход которого сигнал подается через регулируемый элемент задержки, значение задержки которого в процессе настройки выбирается таким, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов.

Суммирование сигналов N частотных каналов выполняется с использованием развязывающих элементов (резисторов или усилителей), исключающих взаимное влияние полосовых фильтров.

Блок 6 представляет собой последовательно соединенные элементы задержки и вычитатель, ко второму входу которого подсоединены последовательно соединенные элементы задержки и усилитель. Элемент задержки и усилитель обеспечивают выравнивание сигнала на входах вычитателя по времени и амплитуде.

Вариант выполнения блока 7 при к = 3 представлен на фиг. 5 где обозначено:

71_1-N, 75_1-N - инвертор;

72_1-N, 76_1-N, 77_1-N - ключ;

73_1-N, 74_1-N, 78_1-N - усилитель.

Блок 7 содержит последовательно соединенные инвертор 71, ключ 72 и усилитель 73, кроме того, выход инвертора 71 соединен через ключ 77 со входом усилителя 78. Входы всех N инверторов 71 соединены с управляющими входами блока 4₁. N выходов от блока 4₂ соединены с соответствующими входами N ключей 72. N выходов от блока 2₃ соединены с соответствующими входами ключей 76, выходы которых соединены с соответствующими входами ключей 77.

N управляющих выходов блока 4₂ соединены со входами N инверторов 75, выходы которых соединены с другими входами ключей 76.

При этом N выходов от блока 4₁ соединены со входами N усилителей 74, выходы которых соединены с выходами усилителей 73 и 78 и являются N выходами устройства 7.

Блок 7 работает следующим образом.

На сигнальные входы ключей 72_1-N подаются узкополосные сигналы от блока 4₂. С выходов ключей 72_1-N они поступают на выходы блока 7, куда поступают сигналы от блока 4₁ через усилители 74_1-N и сигналы от блока 2₃ через последовательно соединенные ключи 76_1-N, 77_1-N и усилители 78_1-N.

Управление ключами 72_1-N и 77 _1-N осуществляется командами блока 4₁, поступающими на них через инверторы 71_1-N.

При появлении на управляющих выходах блока 4₁ команды "1", указанные ключи закрываются, не пропуская сигналы от блоков 4₂ и 2₃ на соответствующие выходы устройства, обеспечивая прохождение на них только сигналов блока 4₁.

Управляющими командами блока 4₂ осуществляется запрет на прохождение сигналов блока 2₃ на выходы устройства. Блоки 73, 74, 78 обеспечивают прохождение сигналов в одном направлении, за счет чего исключается взаимное влияние блоков 4₁, 4₂, 2₃, 5₁ и 5₂.

Устройство-прототип обеспечивает одновременную корреляционную обработку сигналов как ближних, так и удаленных абонентов, при этом мощные сигналы ближних абонентов оказывают мешающее воздействие на прием сигналов от удаленных абонентов. Мешающее воздействие обусловлено наличием выбросов функции взаимной корреляции широкополосных сигналов в частотной области.

В соответствии с монографией В.Б.Пестрякова "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", М., "Сов.радио", 1978, стр. 323, допустимое превышение мощности одной структурной помехи над сигналом, определяемые их взаимокорреляционными свойствами, при Б = 10³, где Б - база широкополосных сигналов, не превышает 20 дБ. При увеличении числа структурных помех эти цифра снижается.

В заявляемом устройстве осуществляется измерение уровней принимаемых сигналов, при этом производится поэтапная обработка сигналов абонентов различных уровней. Обработка сигналов i-го уровня осуществляется после компенсации во входной смеси сигналов 1-го, 2-го... (i-1)-го уровней, при этом допустимый уровень структурных помех на входе коррелятора базовой станции увеличивается на величину, определяемую подавлением помех за счет их компенсации, что составляет 20 - 40 дБ.