DE3817643C1

DE3817643C1 - Arrangement for the suppression of interference signals in an adaptive antenna system

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Publication number: DE3817643C1
Application number: DE19883817643
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 8391 Tiefenbach De Steghafner
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1989-06-15

Abstract

For the suppression of interference signals in an antenna system consisting of at least two antenna elements, a control variable is formed in a processor from the signal voltage of one of the antenna elements and the sum of the signal voltages of all antenna elements, by means of which control variable a phase and/or amplitude adjustment device assigned to at least one of the antenna elements is so controlled, that the signal voltage (interference signal) received at that time with the largest amplitude is in opposite phase to the signal voltage of the other antenna elements; in this case a threshold value detector is assigned to at least one of the antenna elements, by means of which detector the processor is additionally controlled so that the sum signal voltage is weighted at that time in it with the value 0, if the instantaneous signal voltage of this antenna element undershoots the predetermined threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an arrangement according to the preamble of the main claim.

Anordnungen dieser Art sind in den verschiedenartigsten Ausführungsformen bekannt (Literaturverzeichnis nach IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES 22 No. 6, November 1986, S. 781-793, insbesondere IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. Ap-24, No. 5, September 1976, S. 585-598 oder Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Bericht Bd. 6 (1977), Nr. 5, S. 300-307). Mit diesen bekannten Anordnungen können beispielsweise Empfangssysteme gegen Störer geschützt werden, indem über einen Prozessor von der mit mindestens zwei Antennenele menten empfangenen größten Signalspannung, die definitions gemäß einem Störsignal entspricht, eine Wichtungsgröße gewonnen wird, durch welche diese Signalspannung mindestens eines Antennenelements so beeinflußt wird, daß es gegen phasig und wenn möglich mit gleicher Amplitude mit der Signalspannung eines anderen Antennenelements summiert und damit ausgelöscht wird. Das Antennensystem weist damit in Richtung des empfangenen Störsignals eine Nullstelle auf.Arrangements of this type are of the most varied types Embodiments known (bibliography after IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES 22 No. 6, November 1986, pp. 781-793, in particular IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. Ap-24, No. 5, September 1976, pp. 585-598 or Siemens research and Development Report Vol. 6 (1977), No. 5, pp. 300-307). With these known arrangements, for example Reception systems are protected against interference by a processor of the type with at least two antenna elements received maximum signal voltage, the definitions corresponds to an interference signal, a weighting variable is obtained by which this signal voltage at least an antenna element is influenced so that it against phase and if possible with the same amplitude with the Signal voltage of another antenna element summed and thereby being wiped out. The antenna system thus points a zero in the direction of the received interference signal on.

Diese bekannten Anordnungen arbeiten zwar einwandfrei bei kontinuierlich empfangenen Störsignalen, bei gepulsten Störsignalen pendelt die Wichtungsgröße jedoch ständig zwischen zwei verschiedenen Werten hin und her und es wird daher mit den bekannten Anordnungen kein Zustand erreicht, der eine ausreichende Unterdrückung von gepulsten Störsignalen ermöglicht, vor allem wenn diese mit hoher Impulsfrequenz arbeiten. Dieses Problem ist für eine spe zielle Anordnung der eingangs erwähnten Art, bei welcher zur Gewinnung der Wichtungsgröße zusätzlich noch ein bei spielsweise dem Nutzsignal entsprechendes Referenzsignal berücksichtigt wird, dadurch gelöst, daß die Regelgröße der Regelschleife in einem Schwellwertdetektor überwacht wird, so daß die Wichtungsgröße nur dann verändert wird, wenn die Regelgröße des Regelkreises größer ist als der vorbestimmte Schwellwert.These known arrangements work perfectly with continuously received interference signals, with pulsed However, the importance variable fluctuates constantly back and forth between two different values and it is therefore not a state with the known arrangements achieved sufficient suppression of pulsed Interference signals possible, especially if these with high Pulse frequency work. This problem is for a special ziale arrangement of the type mentioned, in which in addition to gaining the weighting size for example, the reference signal corresponding to the useful signal is taken into account in that the controlled variable the control loop is monitored in a threshold detector so that the weighting size is only changed if the controlled variable of the control loop is larger than that predetermined threshold.

Dieser Schwellwert ist im Idealfall Null, da bei anwesendem Störer nur das Nutzsignal am Ausgang auftritt. Nach Sub traktion des Referenzsignals (entspricht im Idealfall genau dem Nutzsignal) vom Ausgangssignal ist diese Größe im Idealfall gleich Null. Eine Abweichung dieses Schwell wertes von Null verschlechtert die Störerunterdrückung, ist aber aus technischen Gründen nötig (System nach IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems Vol. AES 22, No. 6, November 1986, S. 716-724, insbesondere Fig. 1). Der Schwellwertdetektor steuert eine zusätzliche Wichtungs- und Speicherschaltung im Regelkreis, durch welche der Regelkreis aufgetrennt wird, wenn die Regelgröße den Schwellwert unterschreitet, und dann nur noch die vorher ermittelte gespeicherte Regelgröße wirksam ist. Dieses bekannte erst in der Regelschleife wirksame System ist nur für diese bekannte LMS Spezialanordnung geeignet, bei welcher jeweils der Mittelwert als Regelgröße gewonnen wird und der Nutzsignalanteil durch Subtraktion der Refe renzspannung eliminiert wird. Sie besitzt darüber hinaus vor allem den Nachteil, daß sie infolge der unvermeidbaren Einschwingvorgänge des Gesamtsystems nur relativ verzögert auf Änderungen des Störsignales anspricht und die Unter drückung von der eingestellten Schwelle abhängt und nicht vom Signal-Stör-Verhältnis.This threshold value is ideally zero, since it is present Only the useful signal at the output interferes. According to sub traction of the reference signal (ideally corresponds to this signal is exactly the useful signal) from the output signal ideally zero. A deviation from this threshold zero value deteriorates the interference suppression, but is necessary for technical reasons (IEEE system Transactions on Aerospace and Electronics Systems Vol. AES 22, No. 6, November 1986, pp. 716-724, in particular Fig. 1). The threshold detector controls an additional one Weighting and storage circuit in the control loop, by which the control loop is separated if the controlled variable falls below the threshold, and then only that previously determined stored controlled variable is effective. This known system is only effective in the control loop is only suitable for this known LMS special arrangement, in which the mean value is obtained as a controlled variable and the useful signal component by subtracting the ref limit voltage is eliminated. She also owns especially the disadvantage that they are due to the inevitable Settling of the entire system is only relatively delayed responsive to changes in the interference signal and the sub pressure depends on the set threshold and not on the signal-to-noise ratio.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß bei allen möglichen Antennensystemen, auch solchen, bei denen die Regelgröße ohne Verwendung eines intern erzeugten oder extern eingespeisten Referenzsignals gewonnen wird, eine wirksame Unterdrückung von auch gepulsten Störsignalen möglich ist, auch wenn sie nur kurzzeitig im Verhältnis zum Nutzsignal auftreten.It is an object of the invention to arrange the above kind mentioned to further develop and improve that with all possible antenna systems, including those with which the controlled variable without using an internally generated or externally fed reference signal is obtained, an effective suppression of pulsed interference signals is possible, even if they are only in the relationship for a short time occur to the useful signal.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on an order Preamble of the main claim by its characterizing Features solved. Advantageous further developments result itself from the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Ableitung des Schaltkriteriums von dem empfangenen gepulsten Stör signal unmittelbar am Eingangs des jeweiligen Antennenele ments, also unmittelbar von dem empfangenen Hochfrequenz-Eingangssignal und nicht mehr wie bei der bekannten Spezial-Anordnung der eingangs erwähnten Art erst in der nachgeordneten Regelschleife. Damit spricht eine erfindungsgemäße Anordnung sofort auf eventuelle Schwellwert-Über- bzw. Unterschreitungen des empfangenen Hochfrequenzsignals an und damit zeigt der Antennenprozessor nur bei vorhandenem Störsignal aktives adaptives Verhalten. Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt darüber hinaus noch den Vorteil, daß die Schwelle des Schwellwertdetektors unmittelbar an das auszulöschende Störsignal so angepaßt werden kann, daß zusätzlich gewährleistet wird, daß Abtast werte nur dann zur Berechnung der Wichtungsgröße beitragen, wenn der Störeranteil des gemessenen Spannungswertes im Abtastzeitpunkt überwiegt, was bei der bekannten Lösung mit der Schwellwertbewertung in der Regelschleife ebenfalls nicht möglich ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht daher eine wirksame Unterdrückung auch von gepulsten Stör signalen. Der schaltungstechnische Aufwand ist außerdem sehr einfach, da nur ein zusätzlicher Schwellwertdetektor nötig ist und die eigentliche Berücksichtigung des davon abgeleiteten Schaltkriteriums unmittelbar bei der Erzeugung der Regelgröße erfolgt und nicht erst nachträglich innerhalb der Regelschleife.In the arrangement according to the invention, the derivation takes place the switching criterion of the received pulsed interference signal directly at the input of the respective antenna element mentions, i.e. directly from the received High frequency input signal and no longer as with the known special arrangement of the type mentioned only in the subordinate control loop. With that speaks an arrangement according to the invention immediately on possible Threshold exceeded or fallen short of the received High frequency signal on and thus shows the antenna processor active adaptive behavior only when there is an interference signal. The arrangement according to the invention also has still the advantage that the threshold of the threshold detector adapted directly to the interference signal to be canceled can be that it is additionally ensured that sampling values only contribute to the calculation of the weighting, if the disturbance component of the measured voltage value in Sampling time prevails, what with the known solution with the threshold value evaluation in the control loop as well not possible. The arrangement according to the invention enables therefore an effective suppression of pulsed interference signals. The circuitry complexity is also very simple because there is only one additional threshold detector is necessary and the actual consideration of it derived switching criterion immediately during generation the controlled variable takes place and not only subsequently within the control loop.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on a schematic Drawing explained in more detail using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Unterdrücken von gegebenenfalls auch gespulsten Störsignalen bei einem sogenannten adaptiven Antennensystem. Sie be steht aus mindestens zwei Antennenelementen 1 und 2 belie biger Art, deren Ausgangs-Signalspannungen U ₁ und U ₂ einer Summierschaltung 3 zugeführt sind, deren Ausgang 4 mit der eigentlichen Empfangseinrichtung verbunden ist. Dem einen Antennenelement 1 ist eine Auskoppeleinrichtung 5 zugeordnet, mit welcher eine der Signalspannung U ₁ ent sprechende Referenzspannung U _r gewonnen wird, die in einem Empfänger 6 auf eine niedrigere Zwischenfrequenz ZF umge setzt und in einem Analog-Digital-Wandler 7 fortlaufend in entsprechende Digitalwerte umgesetzt wird. Das Summen signal U _s am Ausgang 4 wird ebenfalls über eine Auskoppel einrichtung 8 ausgekoppelt und über einen Empfänger 9 und einen AD-Wandler 10, die beide gleich aufgebaut sind wie der Empfänger 6 bzw. der AD-Wandler 7, in entsprechende Digitalsignale umgesetzt. Die so gewonnenen jeweils U _r bzw. U _s entsprechenden Digitalsignale werden einem Prozessor 11 zugeführt, in welchem aus diesen Größen nach der be kannten Beziehung die Wichtungsgröße W berechnet wird, mit welcher eine dem Antennenelement 1 zugeordnete Einrich tung 12 zum Einstellen der Phase und/oder der Amplitude der mit diesem Antennenelement 1 empfangenen Signalspannung U ₁ steuerbar ist. In der so gebildeten Regelschleife 17 ist zwischen der Auskoppeleinrichtung 8 und dem Prozessor 11 noch ein schematisch angedeuteter Schalter 13 angeordnet, der über einen Schwellwertdetektor 14 steuerbar ist, der am Ausgang des AD-Wandlers 7 vor dem Prozessor 11 zwischen geschaltet ist und an dem vom Benutzer eine vorbestimmte Entscheidungsschwelle U _t für die Referenzspannung U _r ein stellbar ist. Wenn die Referenzspannung U _r den Schwellwert U _t überschreitet, die mit dem Antennenelement 1 empfangene Signalspannung U ₁ also definitionsgemäß mit einem Störsignal behaftet ist, nimmt der Schalter 13 seine Schaltstellung 15 ein und die Anordnung arbeitet in bekannter Weise, d. h. es wird im Prozessor 11 aus den Größen U _r und U _s jeweils die Wichtungsgröße W errechnet und über die Ein richtung 12 die mit dem Antennenelement 1 empfangene Stör spannung U ₁ mit 180° Phasenverschiebung und wenn möglich auch mit gleicher Amplitude zu dem über das Antennenelement 2 empfangenen maximalen Störsignal U ₂ der Summiereinrichtung 3 zugeführt, hierdurch wird also das Störsignal infolge der gegenphasigen Aufsummierung ausgelöscht und unterdrückt. Unterschreitet dagegen die Referenzspannung U _r die einge stellte Entscheidungsschwelle U _t, was beispielsweise bei einem gepulsten Störsignal in den Pulslücken der Fall ist, so wird der Schalter 13 in die Schaltstellung 16 umgeschaltet und damit dem Prozessor 11 nicht mehr die Summenspannung U _s, sondern vielmehr ein Spannungswert Null zugeführt, d. h. der Verarbeitungsalgorithmus sieht eine vollkommene Signalunterdrückung, die immer dann erreicht ist, wenn U _s = 0 ist. Im Prozessor 11 wird damit die Ge wichtungsgröße W nicht weiterhin adaptiv verändert, sondern es bleibt der vorher in der Schaltstellung 15 ermittelte Wichtungswert W erhalten, es wird also weiterhin auch die entsprechende Einstellung der Einrichtung 12 beibehal ten. Tritt dann anschließend nach Ende der Störspannungs lücke wieder die Störspannung in voller Größe auf, so ist die Einrichtung 12 noch immer auf den vorher ermittelten Wichtungswert eingestellt und die entsprechende Störsignal unterdrückung ist erhalten geblieben. Nachdem in diesem Fall über den Schwellwertdetektor 14 gleichzeitig auch wieder der Schalter 13 umgeschaltet wird, wird sofort wieder der neue Wichtungswert W aus der Summenspannung U _s errechnet und die Regelgröße wieder nachgestellt. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of an arrangement for suppressing interference signals gespulsten optionally also in a so-called adaptive antenna system. It consists of at least two antenna elements 1 and 2 of any type, the output signal voltages U ₁ and U ₂ of which are supplied to a summing circuit 3 , the output 4 of which is connected to the actual receiving device. The one antenna element 1 is associated with an output device 5, to which a signal voltage U obtained ₁ ent speaking reference voltage U _R, the converted in a receiver 6 to a lower intermediate frequency IF sets and in an analog-to-digital converter 7 continuously into corresponding digital values, is implemented. The sum signal U _s at the output 4 is also coupled out via a decoupling device 8 and converted into corresponding digital signals via a receiver 9 and an AD converter 10 , both of which are constructed in the same way as the receiver 6 or the AD converter 7 . The digital signals thus obtained, each corresponding to U _r or U _s , are fed to a processor 11 , in which the weighting variable W is calculated from these variables according to the known relationship, with which a device 12 assigned to the antenna element 1 for setting the phase and / or the amplitude of the received signal with that antenna element 1 voltage U is controllable. ₁ In the control loop 17 thus formed, a schematically indicated switch 13 is arranged between the decoupling device 8 and the processor 11 , which can be controlled via a threshold value detector 14 , which is connected at the output of the AD converter 7 in front of the processor 11 and on which the User a predetermined decision threshold U _t for the reference voltage U _{r is} adjustable. When the reference voltage U _r the threshold value U exceeds _t, the received with the antenna element 1 signal voltage U ₁ is thus defined to involve a disturbance signal, the switch 13 receives its switching position 15 and the assembly operates in a known manner, that is, in the processor 11 _r from the magnitudes of U and U _s are each the weighting variable W is calculated, and the direction via the input 12 the received with the antenna element 1 sturgeon voltage U ₁ with a 180 ° phase shift and, if possible, with the same amplitude to the received via the antenna element 2 maximum interference signal U _{2 of} the summing device 3 is supplied, so that the interference signal is canceled and suppressed due to the phase accumulation. If, on the other hand, the reference voltage U _r falls below the set decision threshold U _t , which is the case, for example, in the case of a pulsed interference signal in the pulse gaps, then the switch 13 is switched to the switching position 16 and thus the processor 11 no longer the sum voltage U _s , but rather a voltage value of zero is supplied, ie the processing algorithm sees complete signal suppression which is always achieved when U _s = 0. In the processor 11 so that the Ge weighting value w do not continue to adaptively changed, but remains the weighting value determined in advance in the switching position 15 W, so it will continue to subsequently complete the appropriate setting of the means 12 beibehal th. If, after the end of the interference voltage the interference voltage again in full size, the device 12 is still set to the previously determined weighting value and the corresponding interference signal suppression has been retained. After the switch 13 is also switched over again in this case via the threshold value detector 14 , the new weighting value W is immediately calculated again from the total voltage U _s and the controlled variable is readjusted.

Fig. 2 zeigt schematisch die Abtastung des analogen Refe renzsignales U _r bzw. des Summensignales U _s in den Ana log-Digital-Wandlern 7 bzw. 10. Überschreitet der Digi talwert am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 7 den einge stellten Schwellwert U _t des Schwellwertdetektors 14, was durch die Punkte angedeutet ist, so wird der zugeordnete Digitalwert U _s im Prozessor 11 berücksichtigt und die Wichtungsgröße entsprechend berechnet und geändert. Wird der Schwellwert U _t jedoch von U _r nicht überschritten, so werden die diesen momentanen Werten von U _r entsprechend zugeordneten Werte von U _s im Prozessor 11 nicht berück sichtigt, sondern vielmehr mit dem Wert Null bewertet. Aus dieser Fig. 2 und dieser Funktionsweise ist ersichtlich, daß der Schalter 13 nicht unbedingt als Schaltelement in der erfindungsgemäßen Anordnung nötig ist, die Ver knüpfung zwischen Schwellwertdetektor 14 und Schalter 13 ist nur zur Klarstellung und Beschreibung eines analog arbeitenden Ausführungsbeispiels dargestellt, bei Reali sierung der Erfindung auf digitalem Wege unter Verwendung von mit Abtastung arbeitenden Analog-Digital-Wandlern 7, 10 wird diese gewünschte Berücksichtigung von U _s bei der Berechnung der Wichtungsgröße W in Abhängigkeit vom Überschreiten oder Unterschreiten des Schwellwertes U _t automatisch im Prozessor 11 berücksichtigt. Fig. 2 shows schematically the sampling of the analog reference signal U _r or the sum signal U _s in the analog digital converters 7 and 10 respectively. If the digi tal value at the output of the analog-to-digital converter 7 exceeds the set threshold value U _{t of} the threshold value detector 14 , which is indicated by the points, the assigned digital value U _{s is} taken into account in the processor 11 and the weighting variable is calculated and changed accordingly. However, the threshold value U _t U _r is not exceeded, the instantaneous values of these are _s into account by correspondingly associated U _r values of U is not taken into the processor 11, but rather rated zero. From this Fig. 2 and this mode of operation it can be seen that the switch 13 is not absolutely necessary as a switching element in the arrangement according to the invention, the linkage between the threshold detector 14 and the switch 13 is only shown for clarification and description of an analog working embodiment, Reali sierung According to the invention in a digital way using analog-to-digital converters 7, 10 working with sampling, this desired consideration of U _{s is} automatically taken into account in the processor 11 when calculating the weighting variable W as a function of the exceeding or falling below the threshold value U _t .

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind nur zwei Antennenelemente 1 und 2 dargestellt. Wenn für ein Anten nensystem mit mehreren Antennenelementen gleichzeitig auch mehrere Störsignale, die aus unterschiedlichen Richtungen empfangen werden, unterdrückt werden sollen, müssen mehrere Antennenelemente 1 vorgesehen sein, denen jeweils eine Regelschaltung nach Fig. 1 zugeordnet ist. Unter Umständen genügt es, nur einer dieser Antennen einen erfindungsgemäßen Schwellwertdetektor 14 zuzuordnen. Die Einrichtung 12 zum Verändern der Phasenlage und/oder der Amplitude der Signalspannung U ₁ ist von bekannter Art, sie ist vorzugs weise unmittelbar digital in Abhängigkeit von der digital ermittelten Wichtungsgröße W einstellbar, könnte jedoch auch in Analogtechnik ausgeführt sein. Die entsprechende Amplitudenkorrektur könnte gegebenenfalls auch durch eine entsprechende Dämpfungseinrichtung des anderen Anten nenelementes 2 durchgeführt werden.In the embodiment according to Fig. 1, only two antenna elements 1 and 2 are shown. If, for an antenna system with a plurality of antenna elements, at the same time a plurality of interference signals which are received from different directions are to be suppressed, a plurality of antenna elements 1 must be provided, each of which is assigned a control circuit according to FIG . Under certain circumstances, it is sufficient to assign only one of these antennas to a threshold value detector 14 according to the invention. The device 12 for changing the phase position and / or the amplitude of the signal voltage U ₁ is of a known type, it is preferably directly digitally adjustable as a function of the digitally determined weighting variable W , but could also be implemented using analog technology. The corresponding amplitude correction could possibly also be carried out by a corresponding damping device of the other antenna element 2 .

Claims

1. Arrangement for suppressing interference signals in an antenna system consisting of at least two antenna elements ( 1, 2 ), with a processor ( 11 ) in which one of the antenna elements ( 1 ) and the sum (U _s ) of the signal voltage (U _r ) the signal voltages of all antenna elements ( 1 and 2 ) a controlled variable is formed, by which at least one of the antenna elements (e.g. 1 ) assigned phase and / or amplitude adjusting device ( 12 ) is regulated so that the respective with the largest amplitude received signal voltage (noise signal) to the signal voltage of the other antenna elements (eg. B. 2) opposite in phase and is thus suppressed in the sum signal voltage (U _s), characterized in that at least one of the antenna elements (eg. B. 1 ) a threshold value detector ( 14 ) is assigned, by means of which the processor ( 11 ) is additionally controlled (switch 13 ) in such a way that the sum signal voltage (U _s ) is evaluated with the value zero in each case when the current signal voltage (U _r ) of this antenna element ( 1 ) falls below the predetermined threshold value (U _t ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the analog signal voltage (U _r ) and the analog total voltage (U _s ) are continuously converted into digital values by an analog-digital converter ( 7, 10 ) and each digital value of the signal voltage (U _r ) is compared in the threshold value detector ( 14 ) assigned to it with the predetermined threshold value, so that the respectively sampled total voltage value (U _s ) is only evaluated in the processor ( 11 ) when the threshold value (U _t ) is exceeded.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the threshold (U _t ) of the threshold detector ( 14 ) is adjustable.