DE3324405A1 - Einrichtung zur unterdrueckung von stoersignalen - Google Patents

Description

• Einrichtunq zur Unterdrückunq von Störsisnalen.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine auf der Empfangsseite eines Nachrichtenübertragungssystems oder dergleichen vorgesehene Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen, die wesentlich stärker als das Nutzsignal sind.
• Den in Funkübertragungssystemen oder beispielsweise auch in Radarsystemen auf den Empfängereingang gelangenden Nutzsignalen können, insbesondere bei militärischen Anwendungen, Störsignale überlagert sein, die erheblich stärker sind als das Nutzsignal, so daß im Empfänger störunterdrückende Maßnahmen getroffen werden müssen.
• Klassische Verfahren der Störunterdrückung werden durch die sogannnte Bandspreiz (Spread-Spectrum)-Technik angeboten.
• Dabei wird ein zu übertragendes Signal mit einer Bandbreite erzeugt, die erheblich größer als die eigentliche Nachrichtensignalbandbreite ist. Die Spreizung der Nutzsignalbandbreite bewirkt, daß das Nutzsignal gleichsam verschmiert über ein breites Frequenzspektrum übertragen wird.
• Die Bandspreizung kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. Eine der bekannten Methoden besteht z.B. darin, den vom Nutzsignal modulierten Träger sendeseitig in der Phase mittels einer von einem Codegenerator erzeugten Pseudozufallsfolge hoher Bitfrequenz umzutasten (PN-PSK = Pseudonoise-Phase Shift Keying). Die außerordentlich geringe Empfindlichkeit eines in dieser Weise übertragenen Nutzsignals gegenüber elektromagnetischen Störsignalen ist dadurch bedingt, daß ein in das zu übertragende Frequenzband hineinfallendes Störsignal, das eine große Amplitude gegenüber der Amplitude des Nutzsignals haben kann, bei der empfangsseitig vorzunehmenden Aufhebung der Bandspreizung des Nutzsignals seinerseits energiemäßig über ein weites Frequenzband gespreizt wird, während die Energie des Nutzsignals in ein schmales Frequenzband, nämlich auf die eigentliche Nachrichtensignalbandbreite, zusammengezogen wird. Die durch die Spread-Spectrum-Technik erzielbare Störunterdrückung ist jedoch wegen der nicht unbegrenzt verfügbaren Übertragungsbandbreite beschränkt. Es besteht deshalb das Bedürfnis nach möglichst einfachen, auch zusätzlich zur Spread-Spectrum-Technik einsetzbaren annahmen, mit denen die Störresistenz ohne weitere Vergrößerung der Ubertragungsbandbreite verbessert werden kann.
• Eine wichtige Klasse von Störsignalen sind schmalbandige oder breitbandige Signale konstanter oder langsam fluktuierender Amplitude, z.B. Dauersinus-Störer, Wobbelstörer oder PN-PSK-Störer.Sofern die Störsignale unmoduliert oder allenfalls schmalbandig sind, können sie mit Notch-Filtern aus dem Empfangssignal herausgefiltert oder mit einer PLL-Regelschleife (Phase-Locked Loop) ermittelt und vom Empfangssignal subtrahiert werden.
• Bekannt ist diese letztgenannte Technik z.B. aus dem Aufsatz von M.J. Bouvier "The Rejection of Large CW Interferers in Spread Spectrum Systems in IEEE Transactions on Communications, VoL-CoM-26, No.2, Feb.1978, Seiten 254-256. Diese bekannten Möglichkeiten der Störsignalbefreiung bestehen jedoch nicht, wenn die Störsignale breitbandig sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, für die Empfangsseite eines störresistenten Nachrichtenübertragungssystems oder dergleichen eine Einrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, neben schmalbandigen auch breitbandige Störsignale zu unterdrücken, deren Amplitude konstant ist oder langsam schwankt, aber im Verhältnis zur Amplitude des Nutzsignals, welches in vorteilhafter Weise ein sogenanntes Spread-Spectrum-Signal sein kann, verhältnismäßig hoch ist.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus den Störsignalen und dem Nutzsignal bestehende Empfangssignal einem Bandpaßbegrenzer, der beispielsweise durch Serienschalten eines nichtlinearen Schaltungsgliedes und eines Bandpasses realisiert ist, eingespeist wird, daß in einem Differenzbildner das Ausgangssignal des Begrenzers vom Empfangssignal subtrahiert wird, und daß an Ausgang des Differenzbildners das von Störsignalen im wesentlichen befreite Nutzsignal ansteht. Wenn man nämlich in den Eingang des Bandpaßbegrenzers die Summe aus einem sehr starken Störsignal konstanter oder langsam fluktuierender Amplitude und beliebiger, durch Phasen- oer Frequenzmodulation bewirkter Bandbreite und aus einem schwachen Nutzsignal einspeist, so wird durch den Begrenzer das Nutzsignal unterdrückt. Am Begrenzerausgang steht dann das empfangene Störsignal faktisch ohne Nutzsignalanteil zur Verfügung. Wird dann im Differenzbildner das Begrenzerausgangssignal vom ursprünglichen Empfangssignal subtrahiert, so erhält man deshalb ein Signal, das im wesentlichen nur aus dem empfangenen Nutzsignal besteht.
• In vorteilhafter Weise ist einem der Eingänge oder beiden Eingängen des Differenzbildners ein regelbares Verstärkungs-oder Dämpfungsglied vorgeschaltet, dessen Verstärkung bzw.
• Dämpfung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung so eingestellt wird, daß an beiden Eingängen des Differenzbildners gleiche oder zumindest nahezu gleiche Amplituden vorliegen.
• Dem Ausgang des Differenzbildners kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig in Reihenschaltung mit einem für das Nutzsignal ausgelegten Bandpaß ein regelbarer Verstärker nachgeschaltet werden, dessen Verstärkung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung so eingestellt wird, daß sie etwa dem Quotienten aus der empfangenen Störsignalamplitude und der empfangenen Nutzsignalamplitude entspricht.
• Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Gesamtschaltung ein regelbares Verstärkungs- oder Dämpfungsglied vorgeschaltet werden, dessen Verstärkung bzw. Dämpfung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung eingestellt wird.
• Den Eingängen des Differenzbildners oder dem Eingang des Bandpaßbegrenzers können in vorteilhafter Weise auch Schaltungsglieder zum Ausgleich unerwünschter Amplituden-und Phasenverzerrungen vorgeschaltet werden.
• Ein Ausführungsbeispiel einer störunterdrückenden Einrichtung nach der Erfindung wird anhand zweier Figuren im folgenden erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild dieser Einrichtung, Fig. 2 ein Zeigerdiagramm der komplexen Amplituden der Ein- und Ausgangssignale des in der Einrichtung nach Fig.1 verwendeten harten Bandpaßbegrenzers bei Einwirken eines starken Störsignals.
• Bei der in Fig.1 in einem Blockschaltbild dargestellten Empfangschaltung zur V-rbesserung des Störabstands bei starken Störsignalen liegen an der Eingangsseite 1 ein harter Bandpaßbegrenzer 2 und ein hinsichtlich seines Verstärkungsgrades einstellbarer Verstärker 3, denen beiden gleichermaßen das empfangene, aus Nutz- und Störsignal zusammengesetzte Signal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 3 wird dem einen Eingang 4, dem Pluseingang, und das Ausgangssignal des Begrenzers 2 dem anderen Eingang 5, dem Minuseingang, eines Differenzbildners 6 eingegeben. Die Funktion der Schaltung beruht darauf, daß am Ausgang des Begrenzers 2 bei starker Störung im wesentlichen das Störsignal vorliegt, so daß man durch Subtraktion des Begrenzerausgangssignals vom über den Regel verstärker 3 geführten Empfangssignal ein im wesentlichen störbefreites Signal am Ausgang des Differenzbilders 6 erhält. Dieses Signal wird noch über einen Bandpaß 9 und einen Regelverstärker 7 in Reihe dazu geführt. Der Differenzbildner 6 kann z.B. durch eine einfache Additionsschaltung und eine Signalumkehrstufe an einem der beiden Eingänge realisiert werden. Die Einstellung des Verstärkungsgrades der beiden Verstärker 3 und 7 erfolgt über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung 8 in Abhängigkeit vom jeweiligen Empfangssignalpegel.
• Der harte Bandpaßbegrenzer 2 ist so ausgelegt, daß sein Ausgangssignal die normierte Amplitude 1 hat. Durch die automatische Verstärkungsregelung wird gewährleistet, daß die Amplitude am Ausgang des Verstärkers 3 ebenfalls 1 ist.
• Der Verstärker 7 wird automatisch so eingestellt, daß sein Ausgangssignal um einen Faktor An größer als sein Eingangssignal ist.
• Das empfangene Nutzsignal sei allgemein ein Bandpaßsignal mit der komplexen Einhüllenden u(t) = a(t)e jS (t) (2) Die Amplitude a(t) und der Nullphasenwinkel y (t) enthalten die Modulation von s(t), beispielsweise eine Spread-Spectrum-Modulation und zusätzlich eine Nachrichtenmodulation.
• Das empfangene Störsignal sei n(t) = An cos(2tçfnt + ) (3) mit der komplexen Einhüllenden Es sei An > a(t) , (5) d.h. die Störleistung A2/2 sei viel größer als die Nutzleistung a2 (t)/2. n Zum besseren Verständnis der Funktion der Störunterdrückung nach der Erfindung wird im folgenden auch Fig.2 herangezogen, welche ein Zeigerdiagramm der komplexen Amplituden der Ein- und Ausgangssignale des harten Bandpaßbegrenzers 2 bei Einwirken eines starken Störsignals zeigt. Die komplexe Einhüllende des empfangenen Signals am Eingang 1 der Schaltung nach Fig.1 ist Aus der geometrischen Betrachtung in Fig.2 folgt, daß unter der Voraussetzung gemäß der Gleichung (5) die komplexe Einhüllende des Signals am Ausgang des Begrenzers 2 ist. Die komplexe Einhüllende des Signals am Ausgang des Verstärkers 3 ist Somit ist die komplexe Einhüllende des Signals am Ausgang des Differenzbildners 6 w3(t) = w2(t) - w1(t) = Am Ausgang des Verstärkers 7 erhält-man ein Signal mit der komplexen Einhüllenden u'(t) = a(t)ei(t) + ja(t) sin(2#.#f.t+#n-#(t)).
• eei(2 Af t+<n) . (10) Der erste der beiden Terme auf der rechten Seite der Gleichung (10) ist die komplexe Amplitude des störbefreiten Nutzsignals' der zweite Term ist die komplexe Amplitude eines restlichen Störsignals. Der Betrag des zweiten Terms ist kleiner oder allenfalls gleich dem Betrag des ersten Terms. Gegenüber dem sehr kleinen Störabstand («1) am Schaltungseingang 1 ist somit eine wesentliche Verbesserung eingetreten.
• Die Wirksamkeit der Schaltung ist nicht beschränkt auf Störsignale konstanter Amplitude. Auch Störsignale fluktuierender Amplitude können unterdrückt werden, solange die Amplitudenfluktuationen des Störsignals n(t) wesentlich langsamer sind als die des Nutzsignals s(t).

Claims (8)

1. Patentansprüche X Auf der Empfangsseite eines Nachrichtenübertragungssystems oder dergleichen vorgesehene Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen, die wesentlich stärker als das Nutzsignal sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das aus den Störsignalen und dem Nutzsignal bestehende Empfangssignal einem Bandpaßbegrenzer (2), der beipielsweise durch Serienschalten eines nichtlinearen Schaltungsgliedes und eines Bandpasses realisiert ist, eingespeist wird, daß in einem Differenzbildner (6) das Ausgangssignal des Begrenzers (2) vom Empfangssignal subtrahiert wird, und daß am Ausgang des Differenzbildners (6) das von Störsignalen im wesentlichen befreite Nutzsignal ansteht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Eingänge (4,5) oder beiden Eingangen des Differenzbildners (6) ein regelbares Verstärkungs- oder Dämpfungsglied (3) vorgeschaltet ist, dessen Verstärkung bzw. Dämpfung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung (8) so eingestellt wird, daß an beiden Eingängen (4,5) des Differenzbildners (6) gleiche oder nahezu gleiche Amplituden vorliegen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Differenzbildners (6) ein regelbarer Verstärker (7) nachgeschaltet ist, dessen Verstärkung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine AGC-Verstärkungsregelschaltung (8) so eingestellt wird, daß sie etwa dem Quotienten aus der empfangenen Störsignalamplitude und der empfangenen Nutzsignalamplitude entspricht.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Differenzbildners (6) ein für das Nutzsignal ausgelegter Bandpaß (9) liegt.
5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzbildner (6) aus einem Summierglied besteht, dessen einem Eingang eine Umkehrstufe vorgeschaltet ist.
6. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nutzsignal ein sogenanntes bandgespreiztes (Spread-Spectrum-) Signal ist, das als Modulation eine Nachrichtenmodulation und zusätzlich eine sogenannte Spread-Spectrum-Modulation, z.B. eine pseudozufallige Phasensprung-Modulation oder Frequenzsprung-Modulation, aufweist.
7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtschaltung ein regelbares Verstärkungs- oder Dämpfungsglied vorgeschaltet ist, dessen Verstärkung bzw. Dämpfung abhängig vom jeweiligen Empfangssignalpegel über eine ACC-Verstärkungsregelschaltung eingestellt wird.
8. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen (4,5) des Differenzbildners oder dem Eingang des Bandpaßbegrenzers (2) Schaltungsglieder zum Ausgleich unerwünschter Amplituden- und Phasenverzerrungen vorgeschaltet sind.