RU2160498C2 - Adaptive noise suppresser - Google Patents

Adaptive noise suppresser Download PDF

Info

Publication number
RU2160498C2
RU2160498C2 RU98123931A RU98123931A RU2160498C2 RU 2160498 C2 RU2160498 C2 RU 2160498C2 RU 98123931 A RU98123931 A RU 98123931A RU 98123931 A RU98123931 A RU 98123931A RU 2160498 C2 RU2160498 C2 RU 2160498C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
noise
output
inputs
adder
Prior art date
Application number
RU98123931A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Г. Карташевский
Д.В. Мишин
Original Assignee
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики filed Critical Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
Priority to RU98123931A priority Critical patent/RU2160498C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2160498C2 publication Critical patent/RU2160498C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: systems for message transmission over communication channels suffering additive correlated noise. SUBSTANCE: noise suppresser uses correlation function read-out shaping unit for implementing correlation principle of discriminating lumped noise along with connection of first and second adaptive filters to noise separation channel; first and second inputs of correlation function read-out shaping unit function as device inputs and their first and second outputs are connected to first and second adaptive filters, respectively; third output is connected to first input of adaptive filter control factor computing unit. EFFECT: improved reliability of noise suppression, capability of operating under a priori uncertain conditions concerning noise properties. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться в системах передачи как дискретных, так непрерывных сообщений по каналам связи, подверженных действию аддитивных коррелированных помех. The invention relates to radio communications and can be used in transmission systems of both discrete and continuous messages over communication channels subject to additive correlated interference.

Известно устройство [1, стр. 276, рис. 12.1], изображенное на фиг. 1 данного описания, содержащее последовательно соединенные адаптивный фильтр и сумматор, выход адаптивного фильтра соединен с первым входом сумматора, причем вход адаптивного фильтра является эталонным входом устройства, второй вход сумматора является сигнальным входом устройства, выход сумматора является выходом устройства и соединен с управляющим входом адаптивного фильтра. A device is known [1, p. 276, Fig. 12.1], depicted in FIG. 1 of this description, containing the adaptive filter and the adder connected in series, the adaptive filter output is connected to the first input of the adder, the adaptive filter input being the device input reference, the second adder input being the device signal input, the adder output being the device output and connected to the adaptive filter control input .

Однако известное устройство имеет значительный недостаток, связанный с тем, что устройство требует для своей работы наличия дополнительного сигнала на эталонном входе устройства. Этот сигнал должен быть не коррелирован с входным сигналом, несущим информацию, и не сильно коррелирован с помехой, содержащейся вместе с входным сигналом на входе 1 устройства. Следует отметить, что на практике, чтобы найти подходящий эталонный сигнал, требуется решить ряд сложных задач и, если бы в действительности такой сигнал имелся, то адаптивная система была бы не нужна, можно было бы обойтись только вычитающим устройством. В условиях априорной неопределенности относительно свойств аддитивных помех данное устройство могло бы быть использовано совместно с идеями разнесенного приема, когда сигнальный и эталонный входы устройства являются сигналами двух ветвей разнесения. However, the known device has a significant disadvantage associated with the fact that the device requires for its operation the presence of an additional signal at the reference input of the device. This signal should not be correlated with the input signal that carries information, and not strongly correlated with the noise contained with the input signal at input 1 of the device. It should be noted that in practice, in order to find a suitable reference signal, it is necessary to solve a number of complex problems, and if in reality such a signal existed, then an adaptive system would not be needed, it would be possible to do only with a subtractor. Under conditions of a priori uncertainty regarding the properties of additive interference, this device could be used in conjunction with the ideas of diversity reception, when the signal and reference inputs of the device are signals of two diversity branches.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство [1, стр. 354, рис. 13.15] для случая двух ветвей разнесения (К= 2), изображенное на фиг. 2 данного описания, содержащее первый и второй адаптивные фильтры и сумматор, выходы адаптивных фильтров соединены с первым и вторым входами сумматора, причем входы адаптивных фильтров являются сигнальными входами двух ветвей разнесения, а выход сумматора соединен с управляющими входами адаптивных фильтров. The closest in technical essence to the claimed device is a device [1, p. 354, Fig. 13.15] for the case of two diversity branches (K = 2), shown in FIG. 2 of this description, containing the first and second adaptive filters and the adder, the outputs of the adaptive filters are connected to the first and second inputs of the adder, the inputs of the adaptive filters are the signal inputs of two diversity branches, and the output of the adder is connected to the control inputs of the adaptive filters.

Недостаток данного устройства проявляется в том, что данное устройство также оказывается практически неработоспособным, как и аналог в случае, когда сигналы и помехи в ветвях разнесения оказываются некоррелированными. Главным условием работоспособности устройства является наличие на его входах сильно коррелированных составляющих помехи. The disadvantage of this device is that this device also turns out to be practically inoperative, like its counterpart in the case when signals and interference in the diversity branches are uncorrelated. The main condition for the operability of the device is the presence of strongly correlated interference components at its inputs.

Сущность предлагаемого изобретения - улучшение качества адаптивного подавления помех, возможность работы в условиях априорной неопределенности относительно их свойств. The essence of the invention is to improve the quality of adaptive interference suppression, the ability to work in conditions of a priori uncertainty regarding their properties.

Эта сущность достигается тем, что в устройство адаптивного подавления помех, содержащее первый и второй адаптивные фильтры и сумматор, выходы адаптивных фильтров соединены с первым и вторым входами сумматора, введены блок вычисления отсчетов корреляционной функции, блок вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, блок усреднения, масштабный блок, первый и второй сумматоры, причем входами устройства являются первый и второй входы блока вычисления отсчетов корреляционной функции, первый выход которого подключен к входу второго адаптивного фильтра и к первому входу первого сумматора, второй выход блока вычисления отсчетов корреляционной функции подключен к входу первого адаптивного фильтра и к первому входу второго сумматора, третий выход блока вычисления отсчетов корреляционной функции соединен с третьим входом масштабного блока и с первым входом блока вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к управляющим входам первого и второго адаптивных фильтров, выход сумматора соединен с первым входом масштабного блока, а через блок усреднения со вторым входом масштабного блока, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго сумматоров, выходы которых являются выходами всего устройства. This essence is achieved by the fact that the adaptive noise suppression device containing the first and second adaptive filters and the adder, the outputs of the adaptive filters are connected to the first and second inputs of the adder, a unit for calculating the correlation function samples, a unit for calculating the adaptive filter control coefficients, an averaging unit, large-scale block, first and second adders, and the inputs of the device are the first and second inputs of the block for calculating samples of the correlation function, the first output of which is connected to the input w of the adaptive filter and to the first input of the first adder, the second output of the correlation function sample calculation unit is connected to the input of the first adaptive filter and to the first input of the second adder, the third output of the correlation function sample calculation unit is connected to the third input of the scale unit and to the first input of the coefficient calculation unit adaptive filter control, the second input of which is connected to the output of the adder, and the output is connected to the control inputs of the first and second adaptive filters, the output of the adder and connected to the first input of the scale block, and through the averaging block with the second input of the scale block, the output of which is connected to the second inputs of the first and second adders, the outputs of which are the outputs of the entire device.

На фиг. 1 представлена функциональная схема адаптивного фильтра (аналог); на фиг. 2 представлена функциональная схема матричного адаптивного фильтра (прототип); на фиг. 3 представлена функциональная схема блока вычисления отсчетов корреляционной функции; на фиг. 4 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of an adaptive filter (analogue); in FIG. 2 shows a functional diagram of a matrix adaptive filter (prototype); in FIG. 3 is a functional block diagram of the calculation of samples of the correlation function; in FIG. 4 presents a functional diagram of the proposed device.

Устройство адаптивного подавления помех (фиг. 4) содержит первый адаптивный фильтр 1, сумматор 2, второй адаптивный фильтр 3, блок 4 вычисления отсчетов корреляционной функции, блок 5 вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, блок 6 усреднения, масштабный блок 7, первый сумматор 8, второй сумматор 9. The adaptive interference suppression device (Fig. 4) comprises a first adaptive filter 1, an adder 2, a second adaptive filter 3, a correlation function calculation unit 4, an adaptive filter control coefficient calculation unit 5, an averaging unit 6, a scale unit 7, a first adder 8, second adder 9.

Устройство адаптивного подавление помех содержит первый 1 и второй 3 адаптивные фильтры и сумматор 2, блок 4 вычисления отсчетов корреляционной функции, блок 5 вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, блок 6 усреднения, масштабный блок 7, первый сумматор 8, второй сумматор 9, причем выходы первого 1 и второго 3 адаптивных фильтров соединены с первым и вторым входами сумматора 2, входами устройства являются первый и второй входы блока 4 вычисления отсчетов корреляционной функции, первый выход которого подключен к входу второго адаптивного фильтра 3 и к первому входу первого сумматора 8, второй выход блока 4 вычисления отсчетов корреляционной функции подключен к входу первого адаптивного фильтра 1 и к первому входу второго сумматора 9, третий выход блока 4 вычисления отсчетов корреляционной функции соединен с третьим входом масштабного блока 7 и с первым входом блока 5 вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, второй вход которого соединен с выходом сумматора 2, а выход подключен к управляющим входам первого 1 и второго 3 адаптивных фильтров, выход сумматора 2 соединен с первым входом масштабного блока 7, а через блок 6 усреднения со вторым входом масштабного блока 7, выход которого подключен ко вторым входам первого 8 и второго 9 сумматоров, выходы которых являются выходами всего устройства. The adaptive interference suppression device comprises first 1 and second 3 adaptive filters and an adder 2, a correlation function calculation unit 4, adaptive filter control coefficient calculation unit 5, averaging unit 6, a scale unit 7, a first adder 8, a second adder 9, and the outputs of the first 1 and the second 3 adaptive filters are connected to the first and second inputs of the adder 2, the inputs of the device are the first and second inputs of the unit 4 for calculating the samples of the correlation function, the first output of which is connected to the input of the second a an active filter 3 and to the first input of the first adder 8, the second output of the correlation function sample calculation unit 4 is connected to the input of the first adaptive filter 1 and to the first input of the second adder 9, the third output of the correlation function sample calculation unit 4 is connected to the third input of the scale unit 7 and with the first input of the adaptive filter control coefficient calculation unit 5, the second input of which is connected to the output of the adder 2, and the output is connected to the control inputs of the first 1 and second 3 adaptive filters, the output of the sum Ator 2 is connected to the first input of scaling unit 7, and through the averaging unit 6 to a second input of scaling unit 7, whose output is connected to the second inputs of the first 8 and second 9 adders whose outputs are the outputs of the entire device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В условиях априорной неопределенности относительно свойств сосредоточенных помех рассмотрим один из возможных способов предварительной обработки принимаемой смеси полезного сигнала S(t), сосредоточенной помехи ξ (t) и флуктуационного шума n(t), основанный на использовании адаптивной фильтрации совместно с разнесенным приемом. Under the conditions of a priori uncertainty regarding the properties of lumped interference, we consider one of the possible methods for preliminary processing of the received mixture of the useful signal S (t), lumped interference ξ (t), and fluctuation noise n (t), based on the use of adaptive filtering together with diversity reception.

При этом будем предполагать, что обработка осуществляется в низкочастотной области после преобразования частоты в полосе, определяемой шириной спектра полезного сигнала. Такие условия анализа предполагают использование рассматриваемого метода фильтрации в радиоканалах различных диапазонов волн, в которых понятие "сосредоточенная помеха" используется в том, что ширина спектра помехи ξ (t) меньше или соизмерима с шириной спектра полезного сигнала S(t) независимо от типа передаваемых сообщений и используемых видов модуляции. In this case, we will assume that the processing is carried out in the low-frequency region after frequency conversion in the band determined by the spectrum width of the useful signal. Such analysis conditions suggest the use of the filtering method under consideration in radio channels of various wavelength ranges in which the concept of “concentrated interference” is used in that the interference spectrum width ξ (t) is less than or comparable with the spectrum width of the useful signal S (t) regardless of the type of transmitted messages and types of modulation used.

Известно [1] , что в схеме, представленной на фиг. 1, адаптивный фильтр (АФ) - блок 1, изменяющий свою импульсную характеристику под воздействием выходного сигнала, например по алгоритму наименьших квадратов, отфильтровывает из сигнала на втором входе сумматора 2 все составляющие, коррелированные с сигналом на входе АФ, по критерию минимума среднеквадратической ошибки. При этом после окончания процесса адаптации в режиме слежения за медленным изменением корреляционных свойств сигнала на входе АФ, АФ идентичен фильтру Колмогорова-Винера [1]. It is known [1] that in the circuit shown in FIG. 1, adaptive filter (AF) - block 1, which changes its impulse response under the influence of the output signal, for example, according to the least squares algorithm, filters out all the components correlated with the signal at the input of the AF from the signal at the second input of adder 2 according to the minimum root-mean-square error criterion. Moreover, after the end of the adaptation process in the tracking mode for a slow change in the correlation properties of the signal at the AF input, the AF is identical to the Kolmogorov-Wiener filter [1].

Пусть полезный сигнал, помеха и шум являются стационарными случайными процессами, а сигналы двух ветвей разнесения z2(t) и z1(t) подаются соответственно на вх.1 и вх.2 устройства фиг. 1:
z1(t) = S1(t) + ξ1 (t) + n1(t);
z2(t) = S2(t) + ξ2 (t) + n2(t). (1)
В дальнейшем предполагаем независимость S1(t) от ξi (t), i,j = 1,2, и от "белых" шумов n1(t) и n2(t). Модуль коэффициента передачи АФ в стационарном режиме запишется в виде

Figure 00000002

где
Figure 00000003
- взаимный энергетический спектр сигналов z2(t) и z1(t),
Figure 00000004
- энергетический спектр сигнала на вх.2 (эталонном входе).Let the useful signal, interference and noise be stationary random processes, and the signals of two diversity branches z 2 (t) and z 1 (t) are supplied to input 1 and input 2 of the device of FIG. 1:
z 1 (t) = S 1 (t) + ξ 1 (t) + n 1 (t);
z 2 (t) = S 2 (t) + ξ 2 (t) + n 2 (t). (1)
In the future, we assume that S 1 (t) is independent of ξ i (t), i, j = 1,2, and from the white noise n 1 (t) and n 2 (t). The AF transmission coefficient module in stationary mode is written as
Figure 00000002

Where
Figure 00000003
- the mutual energy spectrum of the signals z 2 (t) and z 1 (t),
Figure 00000004
- energy spectrum of the signal at input 2 (reference input).

Строго говоря, модуль коэффициента передачи фильтра Колмогорова-Винера, дающего оценку ξi (t), определяется как

Figure 00000005

однако формула (2) учитывает особенности рассматриваемой схемы. В нашем случае взаимный энергетический спектр зависит только от коррелированных составляющих процессов на первом и втором входах, поэтому
Figure 00000006

Будем предполагать, что GS(ω) и Gξ(ω) - энергетические спектры сигнала и помехи на передаче (в месте возникновения), a Ki(j ω ) и Li(j ω ), i,j = 1,2, - коэффициенты передачи соответствующих путей распространения сигнала и помехи к месту приема. Тогда
Figure 00000007

Figure 00000008

Исходя из определения взаимного энергетического спектра как преобразования Фурье взаимной корреляционной функции, можно показать, что
Figure 00000009

Figure 00000010

где (°)* и
Figure 00000011
- символы комплексной сопряженности и усреднения.Strictly speaking, the modulus of the transmission coefficient of the Kolmogorov-Wiener filter, which gives an estimate of ξ i (t), is defined as
Figure 00000005

however, formula (2) takes into account the features of the considered scheme. In our case, the mutual energy spectrum depends only on the correlated components of the processes at the first and second inputs, therefore
Figure 00000006

We assume that G S (ω) and G ξ (ω) are the energy spectra of the signal and the interference in the transmission (at the origin), a K i (j ω) and L i (j ω), i, j = 1, 2, - transmission coefficients of the corresponding signal propagation paths and interference to the receiving location. Then
Figure 00000007

Figure 00000008

Based on the definition of the mutual energy spectrum as the Fourier transform of the mutual correlation function, we can show that
Figure 00000009

Figure 00000010

where (°) * and
Figure 00000011
- symbols of complex conjugation and averaging.

Подставляя (3), (4) и (5) в (2) получим:

Figure 00000012

где N2 - энергетический спектр n2(t).Substituting (3), (4) and (5) in (2) we obtain:
Figure 00000012

where N 2 is the energy spectrum of n 2 (t).

Для энергетического спектра шума и сигнала на выходе схемы фиг.1 при действии на вх. 1 и вх. 2 сигналов z2(t) и z1(t) можно получить

Figure 00000013

Figure 00000014

Из (8) следует, что возможные искажения полезного сигнала являются линейными, т.к. не появляется новых спектральных составляющих.For the energy spectrum of noise and signal at the output of the circuit of figure 1 when acting on the input. 1 and in. 2 signals z 2 (t) and z 1 (t) can be obtained
Figure 00000013

Figure 00000014

From (8) it follows that the possible distortions of the useful signal are linear, because no new spectral components appear.

Эффективность подавления сосредоточенных помех оценим энергетическим выигрышем:

Figure 00000015

а также отношением:
Figure 00000016

где Pс и Pш - мощности сигнала и шума соответственно.The effectiveness of the suppression of concentrated interference is estimated by the energy gain:
Figure 00000015

as well as the ratio:
Figure 00000016

where P with and P W - signal power and noise, respectively.

Для удобства анализа введем параметры

Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

Figure 00000021

Figure 00000022

В выражении (11) RK и RL определяют корреляцию замираний сигнала и сосредоточенной помехи в ветвях разнесения.For the convenience of analysis, we introduce the parameters
Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

Figure 00000021

Figure 00000022

In expression (11), R K and R L determine the correlation of signal fading and concentrated interference in the diversity branches.

Считая, что после завершения процесса адаптации в стационарном режиме

Figure 00000023
Figure 00000024
i,j = 1,2, и учитывая, что
Figure 00000025

Figure 00000026

для (7) и (8) можно получить
Figure 00000027

Figure 00000028

где B(ω) = 1+a2(ω)+h 2 2 (ω),
Figure 00000029

M(ω) = RKF(ω)+RL. (15)
При этом
Figure 00000030

a η может быть рассчитано после интегрирования полученных энергетических спектров в заданном диапазоне частот.Considering that after the completion of the adaptation process in stationary mode
Figure 00000023
Figure 00000024
i, j = 1,2, and considering that
Figure 00000025

Figure 00000026

for (7) and (8) we can obtain
Figure 00000027

Figure 00000028

where B (ω) = 1 + a 2 (ω) + h 2 2 (ω),
Figure 00000029

M (ω) = R K F (ω) + R L. (fifteen)
Wherein
Figure 00000030

a η can be calculated after integrating the obtained energy spectra in a given frequency range.

Для фиксированного значения ω наибольшее значение ρ принимает при K2(j ω ) = 0 и N2 = 0. Это соответствует случаю идеального "обучения" адаптивного фильтра, когда на его эталонный вход подается помеха, коррелированная с помехой в основной ветви разнесения. При этом ρ = 1/(1-R 2 L ) и при RL ---> 1 возможно полное подавление помехи в основной ветви разнесения при любой форме ее спектра, даже совпадающей со спектром полезного сигнала. Последнее характерно для систем радиосвязи с подвижными объектами при сотовом принципе построения системы [3].For a fixed value of ω, the largest value of ρ takes at K 2 (j ω) = 0 and N 2 = 0. This corresponds to the case of ideal “training” of the adaptive filter, when interference is applied to its reference input, correlated with the interference in the main diversity branch. Moreover, ρ = 1 / (1-R 2 L ) and when R L ---> 1, it is possible to completely suppress interference in the main diversity branch for any form of its spectrum, even coinciding with the spectrum of the useful signal. The latter is characteristic of radio communication systems with moving objects with the cellular principle of system construction [3].

Анализ выражения для ρ(ω) при фиксированном значении ω , когда a2, b2, h12, h22 являются постоянными параметрами, показывает, что при произвольном выборе значений этих параметров максимальное значение ρ достигается при RK = 0 и RL = 1. Это соответствует некоррелированности замираний сигнала в ветвях разнесения и полной коррелированности помехи. При RK = 0 искажения сигнала на выходе, как следует из (12), отсутствуют, и обеспечивается наибольшее значение энергетического выигрыша η.An analysis of the expression for ρ (ω) for a fixed value of ω, when a 2 , b 2 , h 1 2 , h 2 2 are constant parameters, shows that with an arbitrary choice of the values of these parameters, the maximum value of ρ is achieved at R K = 0 and R L = 1. This corresponds to the uncorrelated fading of the signal in the diversity branches and the complete correlation of the interference. At R K = 0, there are no distortions of the output signal, as follows from (12), and the largest value of the energy gain η is provided.

Рассмотрим пример. Пусть на выходе модулятора энергетический спектр полезного сигнала имеет вид

Figure 00000031

где T - длительность тактового интервала, а энергетический спектр помехи в месте возникновения:
Figure 00000032

На входах 1 и 2 схемы фиг. 1 действует аддитивная смесь полезного сигнала, помехи и "белого" шума в соответствии с (1), причем статистическая связь сигналов S1(t) и S2(t) определяется коэффициентом корреляции RK путей распространения сигнала к входам 1 и 2. Корреляция путей распространения помехи к входам 1 и 2 определяется коэффициентом RL. Полоса анализируемых частот, [ω12] , где
Figure 00000033
Figure 00000034

Из проведенных расчетов следует, что искажения сигнала на выходе практически отсутствуют при малых RK. Энергетический спектр шума на выходе существенно отличается от спектра "белого" шума и при малом отношении Pс вх./Pn1 на входе 1 практически повторяет форму спектра помехи на входе 1.Consider an example. Let the energy spectrum of the useful signal at the modulator output have the form
Figure 00000031

where T is the duration of the clock interval, and the energy spectrum of the interference at the place of occurrence:
Figure 00000032

At the inputs 1 and 2 of the circuit of FIG. 1, an additive mixture of the useful signal, interference and white noise is applied in accordance with (1), and the statistical relationship of the signals S 1 (t) and S 2 (t) is determined by the correlation coefficient R K of the signal propagation paths to inputs 1 and 2. Correlation interference propagation paths to inputs 1 and 2 is determined by the coefficient R L. The band of the analyzed frequencies, [ω 1 , ω 2 ], where
Figure 00000033
Figure 00000034

From the calculations it follows that the distortion of the output signal is practically absent at small R K. The energy spectrum of the noise at the output differs significantly from the spectrum of “white” noise and with a small ratio of P with in. / P n1 at input 1 practically repeats the shape of the interference spectrum at input 1.

В случае, когда "белым" шумом на входе можно практически пренебречь (отношение Pс вх./Pn1 велико), энергетический спектр шума на выходе определяется в основном сигналом и, если сосредоточенная помеха имеет большую мощность (отношение

Figure 00000035
на входе 1 мало), то ее подавление весьма эффективно и дает приемлемое значение энергетического выигрыша. Увеличение Pс вх./Pn1 c 1,19 до 23,7 приводит к изменению выигрыша от η = 1,89 до η = 8,49. Следует заметить, что для практики разнесенного приема в декаметровом канале ситуация с большим отношением Pс вх./Pn1 весьма характерна.In the case of "white" noise at the input can be almost ignored (the ratio of P with Rin. / P n1 is large), the energy spectrum of the noise at the output is determined mainly by the signal and, if concentrated hindrance has a large capacity (ratio
Figure 00000035
input
1 is small), then its suppression is very effective and gives an acceptable value of energy gain. Increase P with int. / P n1 from 1.19 to 23.7 leads to a change in the gain from η = 1.89 to η = 8.49. It should be noted that for the practice of diversity reception in a decameter channel, the situation is with a large ratio of P with input. / P n1 is very characteristic.

Расчеты показывают, что при малых (Pс/Pш)вх. выигрыш может быть весьма значительным, так, например, при (Pс/Pш)вх. = 0,258 (RK = 1, RL = 0) η = 29,3. Однако отклонение условий приема от "идеальных", когда RK = 1, RL = 0, существенно снижает выигрыш. При RK = 0,8 и RL = 0,2 для (Pс/Pш)вх. = 0,258 выигрыш составляет 2,76.Calculations show that for small (P c / P w ) in. the gain can be very significant, for example, with (P c / P w ) in. = 0.258 (R K = 1, R L = 0) η = 29.3. However, the deviation of the reception conditions from "ideal" when R K = 1, R L = 0, significantly reduces the gain. With R K = 0.8 and R L = 0.2 for (P s / P w ) in. = 0.258 win is 2.76.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что применение адаптивной фильтрации при малом уровне "белых" шумов на основном и эталонном входе весьма эффективно для ситуации разнесенного приема, когда RK = 0 и RL = 1. Отклонение от этих условий существенно снижает эффективность подавления сосредоточенных помех, что требует разработки других схем адаптивной обработки сигналов.The analysis allows us to conclude that the use of adaptive filtering with a low level of "white" noise at the main and reference input is very effective for a diversity reception situation, when R K = 0 and R L = 1. Deviation from these conditions significantly reduces the efficiency of suppression of concentrated noise , which requires the development of other adaptive signal processing schemes.

Следует отметить, что "корреляционный" принцип выделения сосредоточенной помехи, используемый в адаптивном фильтре, является достаточно универсальным и позволяет отфильтровывать любую аддитивную помеху независимо от формы и ширины ее спектра, расположения спектра на оси частот и т.д. Главным условием работоспособности схемы является наличие на эталонном входе составляющих помехи, коррелированных с помехой на основном входе. It should be noted that the “correlation” principle of lumped interference separation used in an adaptive filter is quite universal and allows filtering out any additive interference regardless of the shape and width of its spectrum, the location of the spectrum on the frequency axis, etc. The main condition for the operability of the circuit is the presence of interference components at the reference input that are correlated with the interference at the main input.

Практическое использование АФ при обработке принимаемых сигналов на низкой частоте предполагает его реализацию в виде трансверсального фильтра с линейной фазовой характеристикой [4] с числом отводов линии задержки 2N-1, где N - число параметров модели сигнала и помехи как случайных процессов, позволяющих воспроизводить спектры сигнала и помехи с за данной точностью [5]. Такой выбор приводит на практике к значению N, равному 3...5. The practical use of AF in the processing of received signals at a low frequency involves its implementation in the form of a transverse filter with a linear phase characteristic [4] with the number of taps of the delay line 2N-1, where N is the number of parameters of the signal model and interference as random processes that allow reproducing signal spectra and interference with a given accuracy [5]. Such a choice leads in practice to a value of N equal to 3 ... 5.

Моделирование на ЭВМ данной схемы адаптивной фильтрации с применением алгоритма наименьших квадратов для изменения коэффициента передачи АФ, проведенное для различных спектров полезного сигнала и помех (в том числе и для полностью совпадающих), подтвердило сделанные выше выводы. Computer simulation of this adaptive filtering scheme using the least squares algorithm for changing the AF transmission coefficient, carried out for various spectra of the useful signal and interference (including those that completely coincide), confirmed the above conclusions.

Наличие некоторой априорной информации о свойствах фильтруемого процесса ξ1 (t) и возможности разнесенного приема позволяют улучшить качество оценки, формируемой адаптивным фильтром в схеме фиг. 1.The presence of some a priori information about the properties of the filtered process ξ 1 (t) and the possibility of diversity reception can improve the quality of the estimates generated by the adaptive filter in the circuit of FIG. 1.

Рассмотрим схему, представленную на фиг. 2. Consider the circuit shown in FIG. 2.

Если известна автокорреляционная функция стационарного случайного процесса ξ (t), а в z1(t) и z2(t) содержатся процессы, коррелированные c ξ (t), то алгоритм наименьших квадратов, управляющий изменением коэффициентов передачи АФ1 (блок 1) и АФ2 (блок 3), приводит к формированию на выходе схемы оценки

Figure 00000036
по критерию минимума среднеквадратической ошибки [1]. При разнесенном приеме в предположении RK=0, RL=1 оценка отсчетов корреляционной функции ξ (t) может быть получена согласно схеме фиг. 3. Оценка отсчетов функции корреляции (выход блока 4 вычисления отсчетов корреляционной функции) при этом может быть определена, например, в виде
Figure 00000037

где z (tj) - значение сигнала на j-ом отводе линии задержки ЛЗ, а К определяется полосой частот ожидаемой сосредоточенной помехи ξ (t).If the autocorrelation function of the stationary random process ξ (t) is known, and z 1 (t) and z 2 (t) contain processes correlated with ξ (t), then the least squares algorithm that controls the change in the transmission coefficients AF1 (block 1) and AF2 (block 3), leads to the formation of the output evaluation scheme
Figure 00000036
by the criterion of the minimum standard error [1]. With an exploded reception, assuming R K = 0, R L = 1, an estimate of the samples of the correlation function ξ (t) can be obtained according to the scheme of FIG. 3. An estimate of the samples of the correlation function (the output of the block 4 for calculating the samples of the correlation function) can be determined, for example, in the form
Figure 00000037

where z (t j ) is the signal value at the jth tap of the delay line of the LZ, and K is determined by the frequency band of the expected concentrated interference ξ (t).

Строго говоря, формула (17) дает оценку отсчетов взаимно корреляционной функции z1(t) и z2(t). При RK= 0, RL = 1 эти оценки совпадают с оценками отсчетов автокорреляционной функции ξ (t).Strictly speaking, formula (17) gives an estimate of the readings of the cross-correlation function z 1 (t) and z 2 (t). For R K = 0, R L = 1, these estimates coincide with the estimates of the readings of the autocorrelation function ξ (t).

Обозначим

Figure 00000038

- вектор коэффициентов передачи АФ1 и АФ2 в установившемся режиме. Вектор W(ω) может быть найден из матричного выражения
W(ω) = G -1 zz (ω)Gξz(ω) (19)
соответствующего уравнению Винера-Хопфа. В выражении (19) Gzz(ω) - матрица энергетических спектров входных сигналов, Gξz(ω) - вектор взаимных
энергетических спектров выделяемой оценки и входных сигналов. Выражения для Gzz(ω) и Gξz(ω) имеют вид
Figure 00000039

Figure 00000040

Подставляя (20) в (19), с учетом обозначений (11) для W1( ω ) и W2 ( ω ) в установившемся режиме можно получить
Figure 00000041

Figure 00000042

где A(ω) = 1+a2(ω)+h 2 1 (ω),
Figure 00000043
,
Figure 00000044
.We denote
Figure 00000038

- vector transmission coefficients AF1 and AF2 in steady state. The vector W (ω) can be found from the matrix expression
W (ω) = G -1 zz (ω) G ξz (ω) (19)
corresponding to the Wiener-Hopf equation. In expression (19), G zz (ω) is the matrix of energy spectra of the input signals, G ξz (ω) is the vector of mutual
energy spectra of the allocated estimation and input signals. The expressions for G zz (ω) and G ξz (ω) have the form
Figure 00000039

Figure 00000040

Substituting (20) into (19), taking into account the notation (11) for W 1 (ω) and W 2 (ω) in the steady state, we can obtain
Figure 00000041

Figure 00000042

where A (ω) = 1 + a 2 (ω) + h 2 1 (ω),
Figure 00000043
,
Figure 00000044
.

Теперь согласно схеме фиг. 2 в установившемся режиме энергетический спектр оценки помехи

Figure 00000045
на выходе сумматора 2 имеет вид
Figure 00000046

где
Figure 00000047

Figure 00000048
(23)
Figure 00000049

Для выше рассмотренного примера результаты вычисления нормированного энергетического спектра оценки для относительно тяжелых условий работы матричного фильтра, представленного на фиг. 2,
Figure 00000050
;
Figure 00000051
дают довольно хорошее совпадение энергетических спектров сосредоточенной помехи и ее оценки. Подчеркнем, что данные результаты относятся к устройству фиг. 1, получены в предположении известности корреляционной функции процесса ξ (t).Now, according to the circuit of FIG. 2 steady state energy spectrum of interference assessment
Figure 00000045
at the output of adder 2 has the form
Figure 00000046

Where
Figure 00000047

Figure 00000048
(23)
Figure 00000049

For the above example, the results of calculating the normalized energy spectrum of the estimate for the relatively difficult operating conditions of the matrix filter shown in FIG. 2
Figure 00000050
;
Figure 00000051
give a fairly good agreement of the energy spectra of the concentrated noise and its estimates. We emphasize that these results relate to the device of FIG. 1 are obtained under the assumption that the correlation function of the process ξ (t) is known.

Будем использовать оценку, полученную матричным фильтром (фиг. 2), в схеме фильтрации, представленной на фиг. 4. Утолщенная стрелка характеризует передачу совокупности отсчетов {rk}, вычисляемую выражением (17), блоку 5 вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров. Блок 5 вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров функционирует по алгоритму наименьших квадратов при известной корреляционной функции помехи [1]. Коэффициент умножения K0 масштабного блока 7 определяет необходимый масштаб представления оценки

Figure 00000052
и зависит от r0 и дисперсии
Figure 00000053
оценки
Figure 00000054
, формируемой на выходе блока 6 усреднения. Выберем K0 в виде
Figure 00000055
,
где
Figure 00000056
.We will use the estimate obtained by the matrix filter (FIG. 2) in the filtration scheme shown in FIG. 4. The thickened arrow characterizes the transmission of the set of samples {r k }, calculated by expression (17), to the block 5 for calculating the control coefficients of adaptive filters. Unit 5 for calculating the control coefficients of adaptive filters operates according to the least squares algorithm with a known interference correlation function [1]. The multiplication coefficient K 0 of the scale block 7 determines the necessary scale for the presentation of the estimate
Figure 00000052
and depends on r 0 and variance
Figure 00000053
assessments
Figure 00000054
formed at the output of block 6 averaging. We choose K 0 in the form
Figure 00000055
,
Where
Figure 00000056
.

Оценим качество фильтрации в верхнем канале предлагаемого устройства, выходным сигналом которого является

Figure 00000057

Аналогично формулам (7) и (8) можно записать
Figure 00000058

Figure 00000059

При использовании ранее введенных обозначений выражения Gш вых. ( ω ) и GS вых. ( ω ) можно привести к виду
Figure 00000060

Figure 00000061

В формулах (26) и (27) введены обозначения
P1(ω) = W1(ω)K0;
P2(ω) = W2(ω)K0;
Figure 00000062
;
Figure 00000063

Сравним эффективность подавления сосредоточенной помехи в схеме фиг. 1 (или схеме фиг. 2 без знания корреляционной функции помехи) и предлагаемом устройстве (схема фиг. 4.).Let us evaluate the quality of filtration in the upper channel of the proposed device, the output signal of which is
Figure 00000057

Similarly to formulas (7) and (8), we can write
Figure 00000058

Figure 00000059

When using the previously introduced notation of the expression G w o. (ω) and G S o (ω) can be reduced to
Figure 00000060

Figure 00000061

In formulas (26) and (27), the notation
P 1 (ω) = W 1 (ω) K 0 ;
P 2 (ω) = W 2 (ω) K 0 ;
Figure 00000062
;
Figure 00000063

Let us compare the concentrated noise suppression efficiency in the circuit of FIG. 1 (or the diagram of FIG. 2 without knowing the correlation function of the interference) and the proposed device (the diagram of FIG. 4.).

Как показывает анализ формулы (27) для выше приведенного примера, энергетический спектр сигнала на выходе предлагаемого устройства практически не искажается по сравнению со спектром на входе при малых значениях RK (RK ≤ 0,3). Расчеты показывают, что шум на выходе при этом определяется слабо коррелированными спектральными составляющими сигнала, а наибольшее значение принимает на частотах вблизи максимума спектра сосредоточенной помехи. Отличие RL от 1 и RK от 0 приводит к небольшому снижению энергетического выигрыша η .As the analysis of formula (27) for the above example shows, the energy spectrum of the signal at the output of the proposed device is practically not distorted in comparison with the spectrum at the input for small values of R K (R K ≤ 0.3). Calculations show that the noise at the output is determined by the weakly correlated spectral components of the signal, and takes on the greatest value at frequencies near the maximum of the concentrated interference spectrum. The difference between R L from 1 and R K from 0 leads to a small decrease in the energy gain η.

Сравнение зависимости η от отношения сигнал/шум на входе в предположении его одинаковости для обеих ветвей разнесения показывает, что в случае, когда при разнесенном приеме не выполняется строго условие RL = 1 и RK = 0, предлагаемое устройство в 2 раза эффективнее прототипа (фиг. 2.). При пренебрежении "белым" шумом и (Pс/Pш)вх. = 1, RL = 0,8; RK = 0,2 предлагаемое устройство обеспечивает η = 5, в то время как прототип имеет η = 2,5.Comparison of the dependence of η on the signal-to-noise ratio at the input assuming its identity for both diversity branches shows that in the case when the diversity condition does not strictly fulfill the condition R L = 1 and R K = 0, the proposed device is 2 times more efficient than the prototype ( Fig. 2.). If you neglect the "white" noise and (P c / P W ) VH. = 1, R L = 0.8; R K = 0.2, the proposed device provides η = 5, while the prototype has η = 2.5.

Моделирование на ЭВМ подтвердило сделанные выводы относительно эффективности подавления коррелированных помех предлагаемым устройством при любой форме энергетического спектра помехи. Computer simulations have confirmed the findings regarding the effectiveness of suppressing correlated interference by the proposed device for any form of interference energy spectrum.

Все введенные блоки (5-9) могут быть выполнены на той же элементной базе, что и блоки прототипа. Кроме того, современный уровень развития цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС) в сочетании с быстро действующими АЦП и ЦАП позволяют сравнительно просто реализовать все операции над аналоговыми сигналами и дискретными последовательностями, описанные в представленных материалах. All entered blocks (5-9) can be performed on the same elemental base as the prototype blocks. In addition, the modern level of development of digital signal processing processors (DSPs) in combination with fast-acting ADCs and DACs makes it relatively easy to implement all operations on analog signals and discrete sequences described in the materials presented.

ЛИТЕРАТУРА
1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. - М. : Радио и связь, 1989. - 440 с.
LITERATURE
1. Widrow B., Stearns S. Adaptive signal processing: Per. from English - M.: Radio and communications, 1989 .-- 440 p.

2. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. - М.: Сов. Радио, 1978. - 320 с. 2. Sosulin Yu.G. The theory of detection and estimation of stochastic signals. - M .: Owls. Radio, 1978.- 320 s.

3. Сухопутная подвижная радиосвязь: В 2 кн. Кн. 1. Основы теории / И.М. Пышкин, И.И. Дежурный, Р.Т. Пантикян и др.: Под ред. В.С. Семенихина и И.М. Пышкина. - М.: Радио и связь, 1990. - 340 с. 3. Land mobile radio: In 2 kn. Prince 1. Fundamentals of the theory / I.M. Pyshkin, I.I. Duty, R.T. Pantikyan et al .: Ed. V.S. Semenikhina and I.M. Pyshkina. - M.: Radio and Communications, 1990. - 340 p.

4. Туркин А.И. Рекуррентный прием сложных сигналов. - М.: Радио и связь, 1988. - 248 с. 4. Turkin A.I. Recurrent reception of complex signals. - M .: Radio and communications, 1988 .-- 248 p.

5. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. - М. : Сов. радио, 1971. - 328 с. 5. Bykov VV Digital modeling in statistical radio engineering. - M.: Sov. Radio, 1971. - 328 p.

Claims (1)

Устройство адаптивного подавления помех, содержащее первый и второй адаптивные фильтры и сумматор, выходы адаптивных фильтров соединены с первым и вторым входами сумматора, отличающееся тем, что введены блок вычисления отсчетов корреляционной функции, блок вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, блок усреднения, масштабный блок, первый и второй сумматоры, причем входами устройства являются первый и второй входы блока вычисления отсчетов корреляционной функции, первый выход которого подключен к входу второго адаптивного фильтра и к первому входу первого сумматора, второй выход блока вычисления отсчетов корреляционной функции подключен к входу первого адаптивного фильтра и первому входу второго сумматора, третий выход блока вычисления отсчетов корреляционной функции соединен с третьим входом масштабного блока и первым входом блока вычисления коэффициентов управления адаптивных фильтров, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к управляющим входам первого и второго адаптивных фильтров, выход сумматора соединен с первым входом масштабного блока, а через блок усреднения - со вторым входом масштабного блока, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго сумматоров, выходы которых являются выходами всего устройства. An adaptive interference suppression device comprising first and second adaptive filters and an adder, adaptive filter outputs connected to the first and second adder inputs, characterized in that a correlation function calculation unit, adaptive filter control coefficient calculation unit, averaging unit, scale unit, first are introduced and the second adders, and the inputs of the device are the first and second inputs of the block for calculating the samples of the correlation function, the first output of which is connected to the input of the second adaptive filter and to the first input of the first adder, the second output of the correlation function sample calculation unit is connected to the input of the first adaptive filter and the first input of the second adder, the third output of the correlation function sample calculation unit is connected to the third input of the scale unit and the first input of the adaptive filter control coefficient calculation unit the second input of which is connected to the output of the adder, and the output is connected to the control inputs of the first and second adaptive filters, the output of the adder is connected to the first the input of the scale unit, and through the averaging unit, with the second input of the scale unit, the output of which is connected to the second inputs of the first and second adders, the outputs of which are the outputs of the entire device.
RU98123931A 1998-12-30 1998-12-30 Adaptive noise suppresser RU2160498C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123931A RU2160498C2 (en) 1998-12-30 1998-12-30 Adaptive noise suppresser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123931A RU2160498C2 (en) 1998-12-30 1998-12-30 Adaptive noise suppresser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2160498C2 true RU2160498C2 (en) 2000-12-10

Family

ID=20214151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98123931A RU2160498C2 (en) 1998-12-30 1998-12-30 Adaptive noise suppresser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2160498C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476991C1 (en) * 2011-07-26 2013-02-27 Дмитрий Львович Бережных Intermodulation interference suppression method
RU170828U1 (en) * 2016-12-29 2017-05-11 Дмитрий Вячеславович Астрецов QUASI-OPTIMAL RECEIVER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
УИДРОУ В. и др. Адаптивная обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1989, с.354, рис.13.15. МИРСКИЙ Г.Я. Характеристики стохастической взаимосвязи и их измерения. - М.: Энергоиздат, 1987, с.120 - 123, рис. 3.6, 3.7. Построение судового радиооборудования. /Под ред.Винокурова В.И. Л.: Судостроение, 1982, с.106, рис.5.2. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476991C1 (en) * 2011-07-26 2013-02-27 Дмитрий Львович Бережных Intermodulation interference suppression method
RU170828U1 (en) * 2016-12-29 2017-05-11 Дмитрий Вячеславович Астрецов QUASI-OPTIMAL RECEIVER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Borth et al. Analysis of direct-sequence spread-spectrum multiple-access communication over Rician fading channels
US7031402B2 (en) Interference signal removal system
US6219376B1 (en) Apparatuses and methods of suppressing a narrow-band interference with a compensator and adjustment loops
JP4446606B2 (en) Doppler diffusion evaluation system
EP1069708B1 (en) Circuit for simultaneously performing path search and antenna directivity control
US7933345B2 (en) Method and apparatus for determining combining weights for MIMO receivers
RU2110161C1 (en) Method for assessing of complex gain for trajectory in receiver and device which implements said method
KR20000052914A (en) Method of transmission and device to carry out said method
US7242731B2 (en) Method for synchronizing a receiver, a system, and an electronic device
US7995676B2 (en) Interpolation processing for enhanced signal acquisition
CN101527698A (en) Non-stationary interference suppression method based on Hilbert-Huang transformation and adaptive notch
JPH11237419A (en) Method and device for measuring electronic wave characteristic
KR20040097683A (en) Interference cancellation system by using DSP and repeating apparatus thereof
RU2160498C2 (en) Adaptive noise suppresser
CA2295803C (en) Signal quality measurement
GB2276064A (en) Carrier recovery in a digital radio link between a fixed and a mobile radio unit
CN101019331A (en) Method for designing a digital reception filter and corresponding receiving device
KR20010078096A (en) Rake receiver with low pass filter
CA2208560A1 (en) Method and apparatus for estimating and separating noise contained in spread spectrum signal
RU2548660C2 (en) Broadband signal receiving device
CN114578387A (en) Multipath interference elimination method and device, estimation method and device and receiver
CN101651479A (en) Method and device for synthesizing and enhancing multiaerial signals based on adaptive signal waveform compensation
JPH0832552A (en) Propagation path estimation device
Danilo et al. Detection techniques for fading multipath channels with unresolved components
Titouni et al. Spectral transformation-based technique for reducing effect of limited pre-correlation bandwidth in the GNSS receiver filter in presence of noise and multipath