RU2143782C1

RU2143782C1 - Noise rejection device for wide-band signal receivers

Info

Publication number: RU2143782C1
Application number: RU99100584A
Authority: RU
Inventors: В.И. Чугаева
Original assignee: Воронежский научно-исследовательский институт связи
Priority date: 1999-01-10
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 1999-12-27

Abstract

FIELD: radio engineering, in particular, wide-band communication systems. SUBSTANCE: goal of invention is achieved by introduced additional circuit, which has fourth multiplier, rejection unit and fifth multiplier in order to increase suppression of parasitic wide-band constituent of noise, since band pass of additional rejection unit is significantly less than band pass of main rejection filter. EFFECT: increased stability to noise. 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. The present invention relates to the field of radio engineering and can be used in communication systems with broadband signals.

Известны устройства подавления помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ N 2000666, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00, N 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659 H 01 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам. Known interference suppression devices for broadband signal receivers described in RF patents N 2000666, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00, N 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659 H 01 B 1/10, the disadvantage which is low noise immunity to structural interference.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство корреляционной обработки широкополосных сигналов по а.с. N 1688416, H 04 B 1/10, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено:
1 - первый перемножитель (фазовый модулятор),
2 - генератор копии сигнала,
3 - второй перемножитель (фазовый ремодулятор),
4 - режекторный фильтр,
5 - выходной фильтр,
6 - аттенюатор,
7 - вычитатель,
8 - первый элемент задержки,
9 - второй элемент задержки,
10 - полосовые фильтры,
11 - ключи,
12 - вторые аттенюаторы,
13 - четвертые элементы задержки,
14 - обнаружители узкополосной помехи,
15 - третий перемножитель,
16 - третий элемент задержки,
17 - частотные каналы.Closest to the claimed device is a device for the correlation processing of broadband signals in AS N 1688416, H 04 B 1/10, the structural diagram of which is shown in FIG. 1, where indicated:
1 - the first multiplier (phase modulator),
2 - signal copy generator,
3 - the second multiplier (phase remodulator),
4 - notch filter,
5 - output filter
6 - attenuator,
7 - subtractor,
8 is the first delay element,
9 - the second delay element,
10 - bandpass filters,
11 - keys
12 - second attenuators,
13 - fourth delay elements,
14 - detectors of narrowband interference,
15 - the third multiplier,
16 is a third delay element,
17 - frequency channels.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Входной широкополосный шумоподобный сигнал (ШПС) и помеха поступают на вход перемножителя 1, где перемножаются с копией ШПС, синхронной с приходящим ШПС, формируемой в генераторе 2. За счет этого ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется режекторным фильтром 4 и узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее полосу ΔF (где ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на перемножитель 3. В перемножителе 3 широкополосная помеха перемножается с синхронной с ней копией ШПС, подаваемой на него с выхода генератора 2 через элемент 8, обеспечивающий выравнивание задержек в тракте распространения широкополосной помехи и копии ШПС. The input broadband noise-like signal (SHPS) and the noise are fed to the input of the multiplier 1, where they are multiplied with a copy of the SHPS synchronized with the incoming ShSS formed in the generator 2. Due to this, the SHPS is turned into a narrow-band signal, which is cut by the notch filter 4 and the narrow-band noise is smeared "into the broadband interference, which through the notch filter 4, cutting out the ΔF band from it (where ΔF is the band of the minimized useful signal), enters the multiplier 3. In the multiplier 3, the broadband interference is multiplied with sync constant her copy PNS supplied to it from the output of the generator 2 via the element 8, ensures alignment path delays in propagation of broadband noise and PNS copies.

За счет перемножения с копией ШПС широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на частотных каналах 17. В каждом частотном канале 17 узкополосная помеха фильтруется в парциальной полосе полосового фильтра 10, равной

где ΔF_ш - полоса ШПС, после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если обнаружителем 14 принято решение об обнаружении в данном парциальном канале. Помеха, прошедшая через ключ 11, через аттенюатор 12 и элемент задержки 13 поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход вычитателя 7 со входа устройства через аттенюатор 6 и элемент 9. Элементы 9, 13 и аттенюаторы 6 и 12 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы вычитателя 7. Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал проходит на выход вычитателя 7. После перемножения в перемножителе 15 с копией ШПС, поступающей с выхода генератора 2 через элемент 16, широкополосный сигнал "сворачивается" в узкополосный сигнал, который фильтруется в выходном фильтре 5, после чего поступает на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и копии ШПС на входах перемножителя 15.Due to the multiplication with a copy of the NPS, the broadband interference is minimized to narrow-band interference, which is fed to the frequency channels 17. In each frequency channel 17, the narrow-band interference is filtered in the partial band of the bandpass filter 10 equal to

where ΔF _w is the band of the NPS, after which it is supplied to the key 11, which opens only if the detector 14 decided to detect in this partial channel. The noise that passed through the key 11 through the attenuator 12 and the delay element 13 is fed to one of the inputs of the subtractor 7, where it compensates for the noise coming to the other input of the subtractor 7 from the input of the device through the attenuator 6 and element 9.

Elements

9, 13 and

attenuators

6 and 12 provide equalization in amplitude and time of the interference to the different inputs of the subtractor 7. Since the broadband signal and the narrowband interference arrive at one input of the subtractor 7, and only the narrowband interference at the other, the interference is compensated, and the broadband signal passes um to the output of the subtractor 7. After multiplying in the multiplier 15 with a copy of the NPS coming from the output of the generator 2 through the element 16, the broadband signal is “folded” into a narrow-band signal, which is filtered in the output filter 5, and then fed to the output of the device. The delay element 16 is selected in such a way as to ensure the synchronism of the broadband signal and the copy of the BSC at the inputs of the multiplier 15.

Недостатком такого устройства является низкая помехоустойчивость к структурным помехам. The disadvantage of this device is the low noise immunity to structural interference.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, а также третий перемножитель и генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорными входами первого и второго и третьего перемножителей, аттенюатор, полосовой фильтр, последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, причем первый вход первого перемножителя соединен со входом устройства, введены последовательно соединенные четвертый перемножитель, блок режекции, пятый перемножитель, а также ограничитель, причем вход четвертого перемножителя соединен с выходом второго перемножителя, выход пятого перемножителя соединен со входом аттенюатора, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход первого перемножителя соединен со входом полосового фильтра, выход которого соединен со входом ограничителя, выход которого через третий перемножитель, соединен с опорными входами четвертого и пятого перемножителей, кроме того, вход элемента задержки соединен со входом устройства. To eliminate this drawback, a device containing a first multiplier, a notch filter, a second multiplier, and a third multiplier and a signal copy generator, the output of which is connected to the reference inputs of the first and second and third multipliers, an attenuator, a bandpass filter, and a delay element in series, is connected in series and a subtracter, wherein the first input of the first multiplier is connected to the input of the device, the fourth multiplier, the rejection unit, the fifth are connected in series a multiplier, as well as a limiter, the input of the fourth multiplier connected to the output of the second multiplier, the output of the fifth multiplier connected to the input of the attenuator, the output of which is connected to the second input of the subtractor, the output of the first multiplier is connected to the input of the bandpass filter, the output of which is connected to the input of the limiter, the output of which through the third multiplier, connected to the reference inputs of the fourth and fifth multipliers, in addition, the input of the delay element is connected to the input of the device.

На фиг. 2, где обозначено:
1 - первый перемножитель (фазовый модулятор),
2 - режекторный фильтр,
3 - второй перемножитель (фазовый ремодулятор),
4 - четвертый перемножитель (фазовый модулятор),
5 - блок режекции,
6 - пятый перемножитель (фазовый ремодулятор),
7 - аттенюатор,
8 - вычитатель,
9 - генератор копии сигнала (генератор опорной псевдослучайной последовательности),
10 - элемент задержки,
11 - полосовой фильтр,
12 - третий перемножитель (фазовый манипулятор),
13 - ограничитель.In FIG. 2, where indicated:
1 - the first multiplier (phase modulator),
2 - notch filter,
3 - the second multiplier (phase remodulator),
4 - the fourth multiplier (phase modulator),
5 - block rejection,
6 - fifth multiplier (phase remodulator),
7 - attenuator,
8 - subtractor,
9 - signal copy generator (reference pseudo-random sequence generator),
10 - element delay
11 - band-pass filter,
12 - the third multiplier (phase manipulator),
13 - limiter.

Устройство содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого соединен со входом устройства, режекторный фильтр 2, второй перемножитель 3, четвертый перемножитель 4, блок режекции 5, пятый перемножитель 6, аттенюатор 7, вычитатель 8, второй вход которого через элемент задержки 10 соединен со входом устройства. Выход вычитателя 8 является выходом устройства. Опорные входы первого 1, второго 3 и третьего 12 перемножителей соединены с выходом генератора копий сигнала 9. Выход первого перемножителя 1 соединен также со входом полосового фильтра 11, выход которого соединен со входом ограничителя 13. Выход ограничителя 13 соединен с первым входом третьего перемножителя 12, выход которого соединен с опорными входами четвертого 4 и пятого перемножителей 6. The device comprises a first multiplier 1 connected in series, the first input of which is connected to the input of the device, a notch filter 2, a second multiplier 3, a fourth multiplier 4, a notch unit 5, a fifth multiplier 6, an attenuator 7, a subtractor 8, the second input of which is connected through a delay element 10 with device input. The output of the subtractor 8 is the output of the device. The reference inputs of the first 1, second 3, and third 12 multipliers are connected to the output of the signal generator 9. The output of the first multiplier 1 is also connected to the input of the bandpass filter 11, the output of which is connected to the input of the limiter 13. The output of the limiter 13 is connected to the first input of the third multiplier 12, the output of which is connected to the reference inputs of the fourth 4 and fifth multipliers 6.

Работает устройство-прототип следующим образом. The device prototype works as follows.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и структурную помеху поступает на вход вычитателя 8 через элемент задержки 10 и на вход первого перемножителя 1, где перемножаются с опорной псевдослучайной последовательностью, синхронной с полезным сигналом, формируемой генератором 9. В результате этой процедуры полезный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 2. В то же время структурная помеха в первом перемножителе 1 получает дополнительную манипуляцию, т. е. не сворачивается, а становится еще больше широкополосной. Часть спектра структурной помехи режектируется блоком 2, а оставшаяся часть ее спектра поступает на второй перемножитель 3, где перемножается с тем же опорным сигналом. За счет этого на выходе второго перемножителя 3 формируются две составляющие структурной помехи: первая, аналогичная помехе во входной смеси, и вторая, коррелированная с полезным сигналом, т.е. имеющая тот же закон манипуляции и ту же несущую частоту и отличающаяся от него только начальной фазой. Наличие второй составляющей обусловлено режекцией части спектра блоком 2 и эта составляющая является нежелательной (паразитной). An input mixture containing a broadband phase-shifted signal and structural noise is fed to the input of the subtractor 8 through the delay element 10 and to the input of the first multiplier 1, where it is multiplied with a reference pseudorandom sequence synchronous with the useful signal generated by the generator 9. As a result of this procedure, the useful signal is collapsed into narrow-band signal, which is rejected by block 2. At the same time, the structural noise in the first multiplier 1 receives additional manipulation, that is, it does not collapse, but a hundred ovitsya more broadband. A part of the spectrum of structural interference is rejected by block 2, and the rest of its spectrum goes to the second multiplier 3, where it is multiplied with the same reference signal. Due to this, two components of the structural noise are formed at the output of the second multiplier 3: the first, similar to the noise in the input mixture, and the second, correlated with the useful signal, i.e. having the same law of manipulation and the same carrier frequency and differing from it only in the initial phase. The presence of the second component is due to the rejection of part of the spectrum by block 2 and this component is undesirable (spurious).

Две составляющие помехи подаются на сигнальный вход четвертого перемножителя 4, на опорный вход которого подается опорный сигнал, сформированный следующим образом. Свернутый полезный сигнал и часть спектра широкополосной структурной помехи с выхода первого перемножителя 1 подается на полосовой фильтр 11, настроенный на частоту несущей полезного широкополосного сигнала и имеющий полосу пропускания, равную полосе спектра свернутого полезного сигнала, т.е. полоса пропускания блока 11 и полоса режекции блока 2 выбираются равными. С выхода полосового фильтра 11 результат фильтрации через ограничитель 13 подается на вход третьего перемножителя 12, где манипулируется опорным сигналом с генератора 9. С выхода третьего перемножителя 12 напряжение поступает на опорный вход четвертого перемножителя 4, где манипулирует по фазе (на 0, π) напряжение, поступающее со второго перемножителя 3. Two components of the interference are fed to the signal input of the fourth multiplier 4, to the reference input of which a reference signal is generated, formed as follows. The folded useful signal and part of the spectrum of broadband structural interference from the output of the first multiplier 1 is supplied to a band-pass filter 11 tuned to the carrier frequency of the useful broadband signal and having a passband equal to the spectrum band of the minimized useful signal, i.e. the bandwidth of block 11 and the notch band of block 2 are chosen equal. From the output of the bandpass filter 11, the filtering result through the limiter 13 is fed to the input of the third multiplier 12, where it is manipulated by the reference signal from the generator 9. From the output of the third multiplier 12, the voltage is supplied to the reference input of the fourth multiplier 4, where the voltage is manipulated in phase (by 0, π) coming from the second multiplier 3.

Таким образом, в четвертом перемножителе 4 перемножается паразитная составляющая помехи, коррелированная с полезным сигналом, сформированным в третьем перемножителе 12, который также коррелирован с полезным сигналом (имеет тот же закон формирования и ту же несущую и отличается от нег только начальной фазой). Так как полоса режекции блока режекции (ΔF₂) и полоса пропускания полосового фильтра 11 выбираются одинаковыми, то задержки паразитных широкополосных составляющих на входах четвертого перемножителя 4 одинаковы, то есть они не только коррелированы между собой, но и синхронны. То есть четвертый перемножитель 4 производит свертку двух широкополосных составляющих.Thus, in the fourth multiplier 4, the parasitic interference component is multiplied, correlated with the useful signal generated in the third multiplier 12, which is also correlated with the useful signal (has the same formation law and the same carrier and differs from neg only in the initial phase). Since the notch band of the notch block (ΔF ₂ ) and the passband of the band-pass filter 11 are chosen the same, the delays of the spurious broadband components at the inputs of the fourth multiplier 4 are the same, that is, they are not only correlated with each other, but also synchronous. That is, the fourth multiplier 4 produces a convolution of two broadband components.

Результат свертки двух коррелированных процессов режектируется блоком режекции 5. В то же время структурная помеха (первая составляющая на выходе второго перемножителя 3) в четвертом перемножителе 4 получает дополнительную манипуляцию, которая снимается в пятом перемножителе 6 за счет перемножения с тем же опорным сигналом. Таким образом, на выходе пятого перемножителя выделяются структурная помеха и новая паразитная широкополосная составляющая структурной помехи, которые через аттенюатор 7 поступают на вход вычитателя 8, где структурные помехи компенсируются, а вторая паразитная составляющая структурной помехи и полезный широкополосный сигнал проходят на выход устройства. Степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом определяется соотношением

Δf_ш - полоса спектра полезного широкополосного сигнала;
ΔF₅ - полоса режекции блока.The result of the convolution of the two correlated processes is rejected by the notch unit 5. At the same time, the structural interference (the first component at the output of the second multiplier 3) in the fourth multiplier 4 receives additional manipulation, which is removed in the fifth multiplier 6 due to multiplication with the same reference signal. Thus, at the output of the fifth multiplier, structural interference and a new spurious broadband component of the structural noise are distinguished, which through the attenuator 7 are fed to the input of the subtractor 8, where the structural interference is compensated, and the second spurious component of the structural noise and the useful broadband signal pass to the output of the device. The degree of suppression of the spurious broadband component of the noise correlated with the useful signal is determined by the ratio

Δf _w - the spectrum band of the useful broadband signal;
ΔF ₅ - band rejection block.

Блок режекции 5 осуществляет режекцию результата свертки коррелированных процессов (отличающихся только начальной фазой), он должен выделять сигнал разностных фаз. Это означает, что полоса режекции блока 5 ΔF₅≪ ΔF₂, где ΔF₂ - полоса режекции режекторного фильтра 2, равная информационной полосе полезного сигнала.The notch unit 5 performs the notch of the result of the convolution of the correlated processes (differing only in the initial phase), it should highlight the signal of the differential phases. This means that the notch band of the block 5 ΔF ₅ ≪ ΔF ₂ , where ΔF ₂ is the notch band of the notch filter 2, which is equal to the information band of the useful signal.

Так как в четвертом перемножителе 4 осуществляется перемножение двух широкополосных составляющих на частоте f_o, где f_o - частота несущей полезного сигнала, то блок режекции 5 может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных режекторных фильтров, один из которых настроен на разностную (нулевую) частоту, а другой на суммарную (удвоенную частоту).Since the fourth multiplier 4 multiplies two broadband components at a frequency f _o , where f _o is the carrier frequency of the useful signal, the notch unit 5 can be made in the form of two series-connected notch filters, one of which is tuned to the differential (zero) frequency , and the other on the total (doubled frequency).

Вариант выполнения блока режекции 5 представлены на фиг. 4, где обозначено:
41 - фильтр нижних частот,
42, 44 - вычитателя,
43 - полосовой фильтр.An embodiment of the notch unit 5 is shown in FIG. 4, where indicated:
41 - low pass filter,
42, 44 - subtractor,
43 - band-pass filter.

Ограничитель 13 обеспечивает постоянный уровень напряжения на опорных входах перемножителей 4 и 6, что обеспечивает постоянство коэффициента передачи для оценки помех. The limiter 13 provides a constant voltage level at the reference inputs of the multipliers 4 and 6, which ensures a constant transmission coefficient for evaluating interference.

В прототипе оценка помехи, как и в заявляемом устройстве, состоит из двух составляющих: первой, аналогичной помехе во входной смеси, и второй - паразитной широкополосной составляющей, коррелированной с полезным сигналом. In the prototype, the interference assessment, as in the inventive device, consists of two components: the first, a similar interference in the input mixture, and the second - spurious broadband component, correlated with the useful signal.

При действии на входе устройства-прототипа мощной структурной помехи все каналы открываются, при этом степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи (К_п _пр) в этом случае определяется соотношением

где ΔF₄ - полоса режекции блока 4 прототипа, равная информационной полосе полезного сигнала.When acting on the input of the prototype device of powerful structural interference, all channels open, while the degree of suppression of the spurious broadband component of the interference (K _p _pr ) in this case is determined by the ratio

where ΔF ₄ is the notch band of the prototype unit 4, equal to the information band of the useful signal.

Так как ΔF₄ прототипа равна ΔF₂ заявляемого устройства, при этом ΔF₄= ΔF₂= ΔF_инф, где ΔF_инф - информационная полоса полезного сигнала, то получим

K_пз≫ K_п _пр.
То есть при воздействии структурной помехи или при воздействии большого числа узкополосных помех подавление паразитной составляющей помехи в заявляемом устройстве значительно больше, чем в прототипе.Since ΔF _{4 of the} prototype is ΔF _{2 of the} claimed device, while ΔF ₄ = ΔF ₂ = ΔF _inf , where ΔF _inf is the information band of the useful signal, we get

K _pz ≫ K _p _pr
That is, when exposed to structural interference or when exposed to a large number of narrow-band interference, the suppression of the spurious component of the interference in the inventive device is much greater than in the prototype.

Вариант выполнения блока 3 приведен на фиг. 3, где обозначено:
31 - полосовой фильтр,
32 - вычитатель.An embodiment of block 3 is shown in FIG. 3, where indicated:
31 - band-pass filter,
32 is a subtractor.

Представленная структурная схема позволяет пояснить образование паразитной широкополосной составляющей следующим образом. Широкополосная помеха, образовавшаяся в перемножителе 1 из узкополосной помехи, приходит на вход вычитателя 32 и его выход непосредственно. Эта составляющая помехи на выходе блока 3 превращается в узкополосную помеху, аналогичную помехе во входной смеси. В то же время часть широкополосной помехи за счет фильтрации в блоке 31 становится узкополосной. В блоке 32 она меняет фазу на 180^o. За счет перемножения в блоке 3 с широкополосным опорным сигналом она становится паразитной широкополосной составляющей помехи.The presented structural diagram allows us to explain the formation of a spurious broadband component as follows. The broadband interference formed in the multiplier 1 from the narrowband interference comes to the input of the subtractor 32 and its output directly. This component of the interference at the output of block 3 turns into a narrow-band interference, similar to the interference in the input mixture. At the same time, part of the broadband interference due to filtering in block 31 becomes narrowband. In block 32, it changes phase by 180 ^o . Due to the multiplication in block 3 with a broadband reference signal, it becomes a spurious broadband interference component.

Claims

A noise suppression device for broadband signal receivers, comprising a first multiplier connected in series, the input of which is connected to the input of the device, a notch filter, a second multiplier, and a third multiplier, a signal copy generator, the output of which is connected to the reference inputs of the first, second and third multipliers, an attenuator , a band-pass filter and a series-connected delay element and a subtracter, characterized in that a limiter is introduced, connected in series to the fourth an oscillator, a notch, a fifth multiplier connected between the output of the second multiplier and the input of the attenuator, the reference inputs of the fourth and fifth multipliers are connected to the output of the third multiplier, the output of the attenuator is connected to the second input of the subtractor, the output of which is the output of the device, and the input of the delay element is connected to the input device, the output of the first multiplier through a band-pass filter is connected to the input of the limiter, the output of which is connected to the input of the third multiplier.