RU2811900C1 - Способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих в условиях воздействия нестационарных помех - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в средствах связи. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости средств связи путем обеспечения выделения сигнала в условиях воздействия помех с изменяющейся во времени мощностью. Это достигается тем, что в способе принятую аддитивную смесь сигнала и помехи возводят в квадрат. Полученный сигнал одновременно фильтруют фильтром нижних частот и полосовым фильтром. После фильтрации отсчеты сигналов вычитают одно из другого, результаты вычитания суммируют. Из полученной суммы вычитают значение суммы разностей, полученное по такому же алгоритму в течение временного интервала анализа помехи. Временные интервалы, в которых осуществляют прием информации, образуют в виде последовательности пар интервалов, в первом из которых определяют мощность помехи, а во втором - мощность смеси сигнала и помехи. По результатам анализа двух последовательных измерений мощности помехи значение длительности второго интервала каждой пары временных интервалов устанавливают равным величине, значение которой определяют в соответствии с заранее рассчитанными зависимостями значения второго временного интервала от значения модуля разности значений мощности помехи. 8 ил.

Description

Способ относится к радиотехнике и может найти применение в средствах связи.

Известны способы, которые реализуются устройствами подавления узкополосных помех, описанными в а.с. №1688416 H04B1/10, а также в патентах РФ №2034403, H04B1/10 , №2204203, H04B1/10 , недостатком которых является невысокая степень подавления помех с изменяющейся во времени мощностью – нестационарные помехи.

Известны способы, которые реализуются устройствами подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2115234, H04B 1/10 , RU 2143783, H04B 1/10 , RU 2190297, H04B 1/10 , а также способ энергетического обнаружения Прайса-Урковица, описанный в учебном пособии «Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие. // В. И. Борисов, В. М. Зинчук, А. Е. Лимарев, Н. П. Мухин. Под ред. В. И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 75 - 76», которые обладают недостаточно высокой эффективностью в условиях воздействия помех с изменяющейся во времени мощностью.

Известны способ и устройство энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала, и помехи, описанный в патенте RU 2683021, H04B 1/10 , недостатком которых является недостаточно высокая эффективность в условиях воздействия помех с изменяющейся во времени мощностью.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ выделения сигнала в условиях наличия помех, описанный в патенте RU 2675386, H04B 1/10 , принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в том, что аддитивную смесь сигнала и помехи обрабатывают в линейном тракте приемника, после чего сигнал возводят в квадрат и принимают решение о наличии сигнала путем сравнения с порогом. Сигнал после возведения в квадрат фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, и одновременно фильтруют полосовым фильтром (ПФ), полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота ПФ соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота полосового фильтра выбирается максимально близкой к нулю, выбор ФНЧ и ПФ осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками друг относительно друга и так, что обеспечивают минимально возможное значение суммы разностей значений амплитудно-частотных характеристик ФНЧ и ПФ, взятых для всех частот, путем преобразования в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП), формируют отсчеты сигналов, прошедших ПФ и ФНЧ, данные значения вычитают одно из другого в вычислительном устройстве, полученные значения суммируют и запоминают, из полученной суммы вычитают значение мощности помехи, которое получают путем фильтрации помехи тем же ФНЧ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи. Одновременно фильтруют помеху тем же ПФ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи, путем преобразования в соответствующих АЦП, формируют отсчеты помехи, прошедшей ФНЧ и ПФ, данные значения вычитают одно из другого, полученные значения суммируют и запоминают, данное значение мощности помехи получают в течение временного интервала анализа помехи, который расположен непосредственно перед обрабатываемым информационным символом, и в котором содержится только помеха.

Однако способ-прототип имеет недостаточно высокую эффективность в условиях воздействия помех с изменяющейся во времени мощностью, что объясняется тем, что в способе мощность помехи определяют в течение временного интервала, в котором находится только помеха.

Задача – повышение помехоустойчивости средств связи путем обеспечения выделения сигнала в условиях воздействия помех с изменяющейся во времени мощностью.

Для решения поставленной задачи в способе энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих в условиях воздействия нестационарных помех, заключающемся в том, что аддитивную смесь сигнала и помехи обрабатывают в линейном тракте приемника, после чего сигнал возводят в квадрат и принимают решение о наличии сигнала путем сравнения с порогом, сигнал после возведения в квадрат фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, и одновременно фильтруют полосовым фильтром (ПФ), полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота ПФ соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота полосового фильтра выбирается максимально близкой к нулю, выбор ФНЧ и ПФ осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками друг относительно друга и так, что обеспечивают минимально возможное значение суммы разностей значений амплитудно-частотных характеристик ФНЧ и ПФ, взятых для всех частот, путем преобразования в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП), формируют отсчеты сигналов, прошедших ПФ и ФНЧ, данные значения вычитают одно из другого в вычислительном устройстве, полученные значения суммируют и запоминают, из полученной суммы вычитают значение мощности помехи, которое получают путем фильтрации помехи тем же ФНЧ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи, одновременно фильтруют помеху тем же ПФ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи, путем преобразования в соответствующих АЦП, формируют отсчеты помехи, прошедшей ФНЧ и ПФ, данные значения вычитают одно из другого, полученные значения суммируют и запоминают, значение мощности помехи получают в течение временного интервала анализа помехи, который расположен непосредственно перед обрабатываемым информационным символом, и в котором содержится только помеха, согласно изобретению станции работают с использованием временного деления каналов,

временные интервалы, в которых осуществляют прием информации, образуют в виде последовательности пар временных интервалов, первый из которых предназначен для измерения мощности помехи, и в котором сигнал отсутствует, длительность этого интервала устанавливают минимально возможной, но не менее значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности помехи, второй интервал предназначен для приема и обработки информационных символов и измерения мощности смеси сигнала и помехи, значение длительности двух первых таких интервалов, устанавливают равными значению, для которого обеспечивается обмен информацией с заданной эффективностью, и которое рассчитывают заранее исходя из априорных сведений о возможной помеховой обстановке, при этом соблюдают условие, что это значение не меньше значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности смеси сигнала и помехи, данное условие соблюдают при любом изменении длительности второго временного интервала;

после установления связи и завершения процесса синхронизации в каждой станции после первого и второго измерения мощности помехи, а в дальнейшем после измерений мощностей помехи в временных интервалах, следующих один за другим, сравнивают модуль разности измеренных значений мощности помехи с порогом, значение которого устанавливают заранее;

если модуль разности измеренных значений мощности помехи не превосходит пороговое значение, то значение длительности второго временного интервала увеличивают на величину, значение которой устанавливают заранее, в противном случае значение длительности второго временного интервала каждой пары временных интервалов устанавливают равным величине, значение которой определяют в соответствии с заранее рассчитанными зависимостями значения второго временного интервала от значения модуля разности значений мощности помехи;

полученное значение второго временного интервала станция в очередном интервале передачи передает другой станции способом, обеспечивающим заданное значение вероятности доведения информации;

другая станция, после получения значения второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации передает кодовое слово – квитанцию, подтверждающее прием данной информации способом, обеспечивающим заданное значение вероятности доведения информации;

если станция, передавшая значение второго временного интервала, не принимает квитанцию о приеме данной информации другой станцией, то в станции используют текущее значение второго временного интервала и передача данной информации продолжается до тех пор, пока станция не получит подтверждение о ее приеме;

если за время, в течение которого станция передает значение второго временного интервала, в станции получают другое значение второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации станция передает новое значение второго временного интервала;

если станция передавшая значение второго временного интервала принимает подтверждение приема данной информации другой станцией, то в очередном интервале передачи информации станция передает информацию в интервале, длительность которого была установлена в соответствии с рассчитанным значением, соответственно, другая станция, принимает информацию в временном интервале, значение которого было принято этой станцией.

Предлагаемый способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих в условиях наличия помехи, мощность которой изменяется во времени, заключается в следующем.

Приводится описание способа для случая работы на фиксированной частоте. Для случая работы с перестройкой частоты процесс осуществляется для каждой рабочей частоты так же как для фиксированной частоты.

Сигнал формируют с использованием амплитудной манипуляции (АМн) или частотной манипуляция (ЧМн).

Станции работают с использованием временного деления каналов.

Ниже приведено описание для случая использования АМн.

Для случая использования ЧМн обработку осуществляют одинаково для всех используемых частот.

Информацию передают в виде одного или нескольких информационных символов, каждый из которых передает один бит информации. В случае использования многопозиционной модуляции каждый информационный символ, передает соответствующее число бит информации.

Временные интервалы, в которых осуществляют прием информации, образуют в виде последовательности пар временных интервалов, первый из которых предназначен для измерения мощности помехи, и в котором сигнал отсутствует. Длительность этого интервала устанавливают минимально возможной, но не менее значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности помехи.

Второй интервал предназначен для приема и обработки информационных символов и измерения мощности смеси сигнала и помехи. Значение длительности двух первых таких интервалов, устанавливают равными значению, для которого обеспечивается обмен информацией с заданной эффективностью, и которое рассчитывают заранее, исходя из априорных сведений о возможной помеховой обстановке. При этом соблюдают условие, что это значение не меньше значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности смеси сигнала и помехи. Данное условие соблюдают при любом изменении длительности второго временного интервала.

Значение длительности двух первых интервалов устанавливают на этапе разработки радиостанций.

После установления связи и завершения процесса синхронизации станции осуществляют передачу и прием информации в двух циклах передачи-приема. При этом измеряют мощность помехи в первом и втором временных интервалах приема.

Иллюстративное пояснение способа приведено на фиг. 1-3.

Измерение мощности помехи и смеси сигнала и помехи осуществляют способом, описанным в патенте RU 2675386, H04B 1/10 , который обеспечивает измерение мощности с большой точностью за небольшое время.

Согласно этому способу аддитивную смесь помехи и сигнала (в дальнейшем по тексту – смесь помехи и сигнала), принятую в соответствующем временном интервале, усиливают, например, в усилителе промежуточной частоты (УПЧ), если обработка осуществляется на промежуточной частоте. Затем смесь помехи и сигнала разделяют на два одинаковых сигнала любым известным способом, например, в разветвителе. Полученные таким образом сигналы умножаются друг на друга, например, с использованием смесителя (умножителя).

Результат перемножения смеси сигнала и помехи самой на себя:

- результат умножения сигнал на сигнал – квадрат амплитуды сигнала – для узкополосного сигнала, сумма квадратов амплитуд сигнала (постоянная составляющая) и сумма комбинационных составляющих сигнала – для широкополосного сигнала;

- результат умножения составляющих помехи самих на себя – сумма квадратов амплитуд помехи (постоянная составляющая) и сумма результата умножения составляющих помехи на составляющие помехи (комбинационные составляющие помехи);

- результат умножения составляющих помехи на составляющие сигнала – сумма комбинационных составляющих сигнала и помехи.

Результаты умножения фильтруются фильтром нижних частот и одновременно (параллельно) – полосовым фильтром.

Полоса ФНЧ согласована с полосой сигнала, т.е. верхняя частота ФНЧ соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота ФНЧ близка к нулю.

Верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала. Нижнюю частоту полосового фильтра выбирают минимально возможной. Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками друг относительно друга и так, что обеспечивается минимально возможное значение суммы разностей значений амплитудно-частотных характеристик ФНЧ и полосового фильтра, взятых для всех частот (иллюстративное пояснение приведено на фиг. 4).

Таким образом, на выход полосового фильтра проходят только комбинационные составляющие помехи, сигнала и комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты.

Путем преобразования в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП) формируют отсчеты сигналов – результатов перемножения смеси сигнала и помехи, прошедших полосовой фильтр и ФНЧ.

Считается, что при вхождении в связь осуществлена синхронизация, и положение во времени начала сигнала известно с достаточной точностью для осуществления преобразования в АЦП. Число отсчетов, используемых для представления сигнала, определяется путем математического моделирования или экспериментальным путем.

В вычислительном устройстве отсчеты сигналов, прошедших ФНЧ, вычитают из отсчетов сигналов, прошедших полосовой фильтр, эти разности суммируют и нормируют. Полученное значение пропорционально мощности смеси сигнала и помехи или помехи.

В каждой станции после установления связи и завершения процесса синхронизации после первого и второго измерения мощности помехи, а в дальнейшем после измерений мощностей помехи во временных интервалах, следующих один за другим сравнивают модуль разности измеренных значений мощности помехи с порогом, значение которого устанавливают заранее. Данное пороговое значение определяют на этапе разработки путем моделирования или экспериментальным путем.

Если модуль разности измеренных значений мощности помехи не превосходит пороговое значение, то значение длительности второго временного интервала увеличивают на величину, значение которой устанавливают заранее. Значение данной величины определяют на этапе разработки путем моделирования или экспериментальным путем.

В противном случае значение длительности второго временного интервала каждой пары временных интервалов уменьшают. Его значение устанавливают равным величине, значение которой определяют с использованием заранее рассчитанных зависимостей значения второго временного интервала от значения модуля разности значений мощности помехи.

Вид функциональной зависимости и значения ее параметров устанавливают на этапе разработки путем математического моделирования.

Полученное значение второго временного интервала станция в очередном интервале передачи передает другой станции способом, обеспечивающим заданное значение вероятности доведения информации.

Заданное значение вероятности доведения информации может быть обеспечено, например, путем соответствующего увеличения числа передаваемых сообщений, которое выбирают в соответствии с рассчитанным значением отношения мощностей сигнала и помехи (SNR – signal-to-noise ratio) или, например, путем использования соответствующего способа кодирования. Значение SNR рассчитывают с использованием измеренных значений мощности помехи и суммы мощностей помехи и сигнала.

Другая станция, после получения значения второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации передает квитанцию – кодовое слово, подтверждающее прием данной информации способом, обеспечивающим заданное значение вероятности доведения информации.

Заданное значение вероятности передачи квитанции может быть обеспечено, так же как заданное значение вероятности передачи значения второго временного интервала.

Если станция передавшая значение второго временного интервала принимает подтверждение приема данной информации другой станцией, то в очередном интервале передачи информации станция передает информацию в интервале, длительность которого была установлена в соответствии с рассчитанным значением. Соответственно другая станция, принимает информацию в временном интервале, значение которого было принято этой станцией.

Обмен служебными сообщениями осуществляют по описанному алгоритму.

Предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом обеспечивает изменение структуры временного кадра, предназначенного для измерения мощности помехи в первом временном интервале и измерения суммарной мощности помехи и сигнала и приема сообщения во втором временном интервале, в соответствии со скоростью изменения мощности помехи. За счет этого обеспечивается поддержание уровня эффективности приема сообщений в условиях наличия помехи, мощность которой изменяется во времени, практически на неизменном уровне.

Структурная схема устройства, с использованием которого может быть реализован предлагаемый способ, приведена на фиг. 5, где обозначено:

1 – кодер;

2 – блок модуляции;

3.1, 3.2 – первый и второй смесители;

4.1, 4.2 – первый и второй полосовые фильтры (ПФ);

5 – передатчик;

6.1, 6.2, 6.3 – первый, второй и третий генераторы частот (ГЧ);

7 – антенна;

8 – усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

9 – широкополосный фильтр (ШпФ);

10 – демодулятор;

11 – устройство управления;

12 – усилитель высокой частоты (УВЧ);

13 – устройство синхронизации;

14 – фильтр нижних частот (ФНЧ);

15 – усилитель нижних частот (УНЧ);

16 – детектор автоматической регулировки усиления (АРУ);

17 – декодер;

18 – вычислительное устройство (ВУ);

19 – блок оценки мощностей сигнала и помехи (ОМСП).

Устройство содержит последовательно соединенные кодер 1, блок модуляции 2, первый смеситель 3.1, первый ПФ 4.1, передатчик 5 и антенну 7, вход-выход которой является входом-выходом устройства. При этом выход первого генератора частот 6.1 соединен со вторым входом блока модуляции 2, а выход второго генератора частот 6.2 – со вторым входом первого смесителя 3.1. Последовательно соединенные ШпФ 9, УВЧ 12, второй смеситель 3.2, УПЧ 8, второй полосовой фильтр 4.2, демодулятор 10, устройство синхронизации 13 и декодер 17, причем выход антенны 7 соединен с входом ШпФ 9. Выход третьего генератора частот 6.3 соединен со вторым входом второго смесителя 3.2. Выход ПФ 4.2 через последовательно соединенные детектор АРУ 16, УНЧ 15 и ФНЧ 14 соединен со вторым входом УПЧ 8. Выход устройства синхронизации 13 через последовательно соединенные блок оценки мощностей сигнала и помехи 19 и вычислительное устройство 18 соединен с первым входом устройства управления 11, второй вход которого является входом всего устройства, а третий вход подключен к выходу декодера 17. При этом первый выход устройства управления 11 соединен со вторым входом вычислительного устройства 18; второй выход устройства управления 11 соединен с третьим входом блока модуляции 2; третий выход устройства управления 11 соединен со вторым входом кодера 1; четвертый выход устройства управления 11 является выходом всегот устройства.

Устройство работает следующим образом.

Станции работают с использованием временного деления каналов.

Сигнал формируют с использованием одного из способов амплитудной манипуляции (АМн) или частотной манипуляции (ЧМн).

Информацию передают в виде одного или нескольких информационных символов, каждый из которых передает один бит информации. В случае использования многопозиционной модуляции каждый информационный символ передает соответствующее число бит информации.

Временные интервалы, в которых осуществляют прием информации, образуют в виде последовательности пар временных интервалов, первый из которых предназначен для измерения мощности помехи, и в котором сигнал отсутствует.

Длительность этого интервала устанавливают минимально возможной, но не менее значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности помехи.

Второй интервал предназначен для приема и обработки информационных символов и измерения мощности смеси сигнала и помехи.

Значение длительности двух первых таких интервалов, устанавливают равными значению, для которого обеспечивается обмен информацией с заданной эффективностью, и которое рассчитывают заранее исходя из априорных сведений о возможной помеховой обстановке. При этом соблюдают условие, что это значение не меньше значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности смеси сигнала и помехи. Данное условие соблюдают при любом изменении длительности второго временного интервала.

Значение длительности двух первых интервалов устанавливают на этапе разработки радиостанций по результатам математического моделирования.

После установления связи и завершения процесса синхронизации станции осуществляют передачу и прием информации в двух циклах передачи-приема. При этом измеряют мощность помехи в первом и втором временных интервалах приема (иллюстративное пояснение приведено на фиг. 1 – 3).

После установления связи и завершения процесса синхронизации станции осуществляют передачу и прием информации в двух циклах передачи-приема.

В станции, в интервале времени, предназначенном для приема информации, принятый сигнал с выхода антенны 7 подают в ШпФ 9, где его фильтруют. Затем сигнал усиливают в УВЧ 12. После чего частоту сигнала повышают или понижают во втором смесителе 3.2, за счет умножения этого сигнала на сигнал, поступающий с третьего ГЧ 6.3. С выхода второго смесителя 3.2 сигнал подают в УПЧ 8, где его усиливают до необходимого уровня.

Коэффициент усиления УПЧ 8 определяют с использованием системы АРУ, которая включает детектор АРУ 16, УНЧ 15 и ФНЧ 14 (см., например, Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х., и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976г., стр. 197, 198).

Сигнал, продетектированный в детекторе АРУ 16, усиливают в УНЧ 15 и фильтруют ФНЧ 14. Напряжение с выхода ФНЧ 14 подают на второй вход УПЧ 8 и тем самым изменяют его коэффициент усиления до необходимого уровня.

УПЧ 8 с изменяемым коэффициентом усиления может быть выполнен, например, в виде усилителя, описанного в патенте RU 2258309, H04B/005 «Схемы передатчика для систем связи».

Сигнал с выхода УПЧ 8 подают во второй ПФ 4.2, где его фильтруют. После чего сигнал подают в демодулятор 10 и в детектор АРУ 16.

Демодуляцию сигнала в демодуляторе 10 осуществляют в соответствии с используемым видом модуляции.

С демодулятора 10 сигнал подают в устройство синхронизации 13, выполненное, например, как устройство, описанное в учебном пособии «Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие. // В. И. Борисов, В. М. Зинчук, А. Е. Лимарев, Н. П. Мухин. Под ред. В. И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 222, 223.

Устройство синхронизации 13 выполнено в виде устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 8 (см. «Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие. // В. И. Борисов, В. М. Зинчук, А. Е. Лимарев, Н. П. Мухин. Под ред. В. И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 222, 223), где обозначено:

13.1 – схема регистрации;

13.2 – фазовый дискриминатор (ФД);

13.3 – интегратор;

13.4 – преобразователь напряжения;

13.5 – генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Устройство синхронизации 13 содержит схему регистрации 13.1, выход которой является выходом устройства. Кроме того, последовательно соединенные фазовый дискриминатор 13.2, интегратор 13.3, преобразователь напряжения 13.4 и ГТИ 13.5, первый выход которого соединен со вторым входом схемы регистрации 13.1. Второй выход ГТИ 13.5 соединен со вторым входом фазового дискриминатора 13.2, первый вход которого объединен с входом схемы регистрации 13.1 и является входом устройства.

Устройство синхронизации 13 работает следующим образом.

В режиме слежения за фазой сигнал с выхода демодулятора 10 подают в фазовый дискриминатор 13.2, (фиг. 8) на второй вход которого подают сигналы с ГТИ 13.5, управляемого напряжением, подаваемым с преобразователя напряжения 13.4. Фазовый дискриминатор 13.2 вырабатывает напряжение (напряжение ошибки), знак и амплитуда которого пропорциональна знаку и величине рассогласования фаз (времени) между тактовыми импульсами ГТИ 13.5 и принимаемыми символами. Символ, в данном случае, представляет собой сигнал установленной заранее длительности с полностью известными параметрами, кроме его времени прихода (фазы). Напряжение, поступающее с выхода фазового дискриминатора 13.2, усредняют в интеграторе 13.3 и формируют с его использованием управляющее напряжение в преобразователе напряжения 13.4 таким образом, чтобы рассогласование фаз уменьшилось до минимума. Напряжение с выхода преобразователя напряжения 13.4 поступает в ГТИ 13.5, где формируют соответствующие импульсы. На выход схемы регистрации 13.1 поступают символы после того, как процесс синхронизации завершают. Схема регистрации 13.1 может быть выполнена, например, в виде электронного ключа, который открывают напряжением, поступающим с ГТИ 13.5. В данном случае преобразователь напряжения 13.4 преобразует напряжение, которое изменяется в пределах от U₁ до U₂, в напряжение, которое изменяется соответственно в пределах от U₃ до U₄ по определенной функциональной зависимости.

С выхода устройства синхронизации 13 сигнал подают в декодер 17 (фиг. 5), где принятую служебную и пользовательскую информацию декодируют в соответствии с используемым способом кодирования.

Декодированную информацию с выхода декодера 17 подают на первый вход устройства управления 11, где запоминают принятую информацию о длительности второго временного интервала, в котором должна передаваться информация станции, передавшей информацию.

Из принятой информации выбирают пользовательскую информацию, которая была принята в течение второго интервала и передают ее с первого выхода устройства управления 11 на выход устройства.

Измерение мощности помехи в первом и втором временных интервалах приема осуществляют в блоке ОМСП 19. Измерение мощности помехи и смеси сигнала и помехи осуществляют способом, описанным в патенте RU 2675386 H04B 1/10 , который обеспечивает измерение мощности с большой точностью за небольшое время.

Структурная схема блока измерения ОМСП 19 приведена на фиг. 6, где обозначено:

19.1 – усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

19.2 – разветвитель;

19.3 – блок умножения;

19.4 – полосовой фильтр;

19.5.1, 19.5.2 – первый и второй аналого-цифровой преобразователи (АЦП);

19.6 – фильтр нижних частот (ФНЧ);

19.7 – вычислительное устройство (ВУ).

Устройство содержит последовательно соединенные УПЧ 19.1, разветвитель 19.2, блок умножения 19.3, полосовой фильтр 19.4, первый АЦП 19.5.1 и вычислительное устройство 19.7, выход которого является выходом устройства. Кроме того, второй выход разветвителя 19.2 подсоединен ко второму входу блока умножения 19.3, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот 19.6 и второй АЦП 19.5.2 соединен со вторым входом вычислительного устройства 19.7. Вход УПЧ 19.1 является входом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Аддитивную смесь помехи и сигнала (в дальнейшем по тексту – смесь помехи и сигнала), принятую в соответствующем временном интервале, усиливают в УПЧ 19.1.

Затем смесь помехи и сигнала разделяют на два одинаковых сигнала в разветвителе 19.2. Полученные таким образом сигналы умножают друг на друга в блоке умножения 19.3, в качестве которого может использоваться, например, смеситель.

Результат перемножения смеси сигнала и помехи самой на себя в блоке умножения 19.3:

- результат умножения сигнал на сигнал – квадрат амплитуды сигнала – для узкополосного сигнала, сумма квадратов амплитуд сигнала (постоянная составляющая) и сумма комбинационных составляющих сигнала – для широкополосного сигнала;

- результат умножения составляющих помехи самих на себя – сумма квадратов амплитуд помехи (постоянная составляющая) и сумма результата умножения составляющих помехи на составляющие помехи (комбинационные составляющие помехи);

- результат умножения составляющих помехи на составляющие сигнала – сумма комбинационных составляющих сигнала и помехи.

Результаты умножения фильтруют фильтром нижних частот 19.6 и одновременно (параллельно) – полосовым фильтром 19.4.

Полоса ФНЧ 19.6 согласована с полосой сигнала, т.е. верхняя частота ФНЧ 19.6 соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота ФНЧ 19.6 близка к нулю. Верхняя частота полосового фильтра 19.4 соответствует верхней частоте сигнала. Нижнюю частоту полосового фильтра 19.4 выбирают минимально близкой к нулю. Выбор ФНЧ 19.6 и полосового фильтра 19.4 осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками друг относительно друга и так, что обеспечивается минимально возможное значение суммы разностей значений амплитудно-частотных характеристик ФНЧ 19.6 и полосового фильтра 19.4, взятых для всех частот (иллюстративное пояснение приведено на фиг. 4).

Таким образом, на выход полосового фильтра 19.4 проходят только комбинационные составляющие помехи, сигнала и комбинационные составляющие помехи и сигнала.

Путем преобразования в первом 19.5.1 и втором 19.5.2 АЦП формируют отсчеты сигналов – результатов перемножения смеси сигнала и помехи, прошедших полосовой фильтр 19.4 и ФНЧ 19.6.

Считается, что при вхождении в связь осуществлена синхронизация, и положение во времени начала сигнала известно с достаточной точностью для осуществления преобразования в первом 19.5.1 и втором 19.5.2 АЦП.

Число отсчетов, используемых для представления сигнала, определяется путем математического моделирования или экспериментальным путем.

В вычислительном устройстве 19.7 отсчеты сигналов, прошедшие полосовой фильтр 19.4, вычитают из отсчетов сигналов, прошедших ФНЧ 19.6. Эти разности суммируют и нормируют. Полученное значение пропорционально мощности смеси сигнала и помехи.

С использованием данного алгоритма обработки получают оценку мощности помехи путем ее обработки в течение временных интервалов анализа, которые располагают непосредственно перед информационными символами, и в котором содержится только помеха.

В станциях осуществляют первое и второе измерения мощности помехи в блоке ОМСП 19. Измеренные значения с выхода блока ОМСП 19 подают на второй вход вычислительного устройства 18 (фиг. 5).

В вычислительном устройстве 18 рассчитывают модуль разности измеренных значений мощности помехи. Сравнивают модуль разности измеренных значений мощности помехи с порогом, значение которого устанавливают заранее.

Если модуль разности измеренных значений мощности помехи не превосходит пороговое значение, то значение длительности второго временного интервала увеличивают на величину, значение которой устанавливают заранее.

В противном случае значение длительности второго временного интервала каждой пары временных интервалов устанавливают равным величине, значение которой определяют в соответствии с заранее рассчитанными зависимостями значения второго временного интервала от значения модуля разности значений мощности помехи.

Данное значение вычисляют как значение функции от модуля разности измеренных значений мощности помехи. Вид функции устанавливают на этапе разработки путем математического моделирования.

Рассчитанное значение длительности второго временного интервала подают с выхода ВУ 18 на третий вход устройства управления 11.

На второй вход устройства управления 11 подают информацию, предназначенную для передачи.

В устройстве управления 11 формируют пакет данных и подают его на вход кодера 1, где информацию кодируют в соответствии с используемым способом кодирования. В пакеты данных включают установленное число информационных символов в соответствии с рассчитанным значением длительности второго временного интервала, а также значение длительности второго временного интервала.

В устройстве управления 11 формируют так же управляющий сигнал, длительность которого равна длительности второго временного интервала. Данный управляющий сигнал подают со второго выхода устройства управления 11 на третий вход блока модуляции 2.

Информацию с кодера 1 подают на первый вход блока модуляции 2, где осуществляют модуляцию сигнала в соответствии с используемым видом модуляции.

Устройство управления 11 может быть выполнено в виде процессора или в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС).

Структурная схема устройства, с использованием которого может быть реализован блок модуляции 2, приведена на фиг. 7, где обозначено:

2.1 – электронный ключ;

2.2 – модулятор.

Устройство содержит последовательно соединенные электронный ключ 2.1 и модулятор 2.2, выход которого является выходом устройства. Первый вход электронного ключа 2.1 является первым входом устройства, его второй вход является третьим входом устройства. Второй вход модулятора 2.2 является вторым входом блок модуляции 2.

Блок модуляции 2 работает следующим образом.

На первый вход блока модуляции 2 и соответственно на первый вход электронного ключа 2.1 подают информацию с выхода кодера 1.

На третий вход блока модуляции 2 и соответственно на второй вход электронного ключа 2.1 подают управляющий сигнал в цифровом виде со второго выхода устройства управления 11 (фиг. 5). Длительность данного сигнала устанавливают равной рассчитанному значению длительности второго временного интервала. При этом информационный сигнал, который подают в устройство, реализующее заявляемый способ, через управляющее устройство 11 с выхода кодера 1, поступает в блок модуляции 2, где гармонический сигнал, который подают на второй вход блока модуляции 2, с выхода первого ГЧ 6.1 модулируют с использованием данного информационного сигнала.

Электронный ключ 2.1 выполнен в виде замыкающего ключа (SWM). Сигнал может проходить в любом направлении пока цифровой вход находится в состоянии «1» (см., например, Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М.: Издательство стандартов, 1989, стр. 273).

Промодулированный сигнал с выхода блока модуляции 2 подают в первый смеситель 3.1, где значение частоты сигнала повышают или понижают, за счет умножения сигнала на гармонический сигнал, поступающий со второго ГЧ 6.2.

Сигнал с выхода первого смесителя 3.1 подают в первый ПФ 4.1, где его фильтруют соответствующим образом.

Затем сигнал подают в передатчик 5, где его усиливают и фильтруют соответствующим образом.

Сформированный таким образом сигнал через антенну 7 излучают в пространство.

Другая станция, после получения значения второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации передает кодовое слово – подтверждение приема данной информации способом, обеспечивающим заданное значение вероятности доведения информации. Кодовое слово формируют и включают его в пакет данных в устройстве управления 11.

Если станция, передавшая значение второго временного интервала, не принимает квитанцию о приеме данной информации другой станцией, то она продолжает передавать данную информацию до тех пор, пока не получит подтверждение о ее приеме. Если за время, в течение которого станция передает значение второго временного интервала, в ВУ 18 получают другое значение второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации станция передает новое значение второго временного интервала.

Если станция передавшая значение второго временного интервала принимает подтверждение приема данной информации другой станцией, то в очередном интервале передачи информации станция передает информацию в интервале, длительность которого была установлена в соответствии с рассчитанным значением, соответственно другая станция, принимает информацию в временном интервале, значение которого было принято этой станцией.

Устройство управления 11, ВУ 18 и ВУ 19.7 могут быть выполнены, например, в виде единого микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением, например, процессора серии TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments, или в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), с соответствующим программным обеспечением, например ПЛИС XCV400 фирмы Xilinx.

Первый 19.5.1 и второй 19.5.2 АЦП могут быть выполнены, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.

Таким образом, описанное устройство позволяет реализовать способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих в условиях воздействия нестационарных помех, что позволяет обеспечить уровень эффективности приема сообщений в условиях наличия

Claims (1)

1. Способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих в условиях воздействия нестационарных помех, заключающийся в том, что аддитивную смесь сигнала и помехи обрабатывают в линейном тракте приемника, после чего сигнал возводят в квадрат и принимают решение о наличии сигнала путем сравнения с порогом, сигнал после возведения в квадрат фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, и одновременно фильтруют полосовым фильтром (ПФ), полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота ПФ соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота полосового фильтра выбирается максимально близкой к нулю, выбор ФНЧ и ПФ осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками относительно друг друга и так, что обеспечивают минимально возможное значение суммы разностей значений амплитудно-частотных характеристик ФНЧ и ПФ, взятых для всех частот, путем преобразования в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП), формируют отсчеты сигналов, прошедших ПФ и ФНЧ, данные значения вычитают одно из другого в вычислительном устройстве, полученные значения суммируют и запоминают, из полученной суммы вычитают значение мощности помехи, которое получают путем фильтрации помехи тем же ФНЧ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи, одновременно фильтруют помеху тем же ПФ, которым фильтруют смесь сигнала и помехи, путем преобразования в соответствующих АЦП, формируют отсчеты помехи, прошедшей ФНЧ и ПФ, данные значения вычитают одно из другого, полученные значения суммируют и запоминают, значение мощности помехи получают в течение временного интервала анализа помехи, который расположен непосредственно перед обрабатываемым информационным символом и в котором содержится только помеха, отличающийся тем, что станции работают с использованием временного деления каналов, временные интервалы, в которых осуществляют прием информации, образуют в виде последовательности пар временных интервалов, первый из которых предназначен для измерения мощности помехи и в котором сигнал отсутствует, длительность этого интервала устанавливают минимально возможной, но не менее значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности помехи, второй интервал предназначен для приема и обработки информационных символов и измерения мощности смеси сигнала и помехи, значение длительности двух первых таких интервалов устанавливают равными значению, которое рассчитывают заранее исходя из априорных сведений о возможной помеховой обстановке, при этом соблюдают условие, что это значение не меньше значения, обеспечивающего заданную точность измерения мощности смеси сигнала и помехи, данное условие соблюдают при любом изменении длительности второго временного интервала; после установления связи и завершения процесса синхронизации в каждой станции после первого и второго измерения мощности помехи, а в дальнейшем после измерений мощностей помехи в временных интервалах, следующих один за другим, сравнивают модуль разности измеренных значений мощности помехи с порогом, значение которого устанавливают заранее; если модуль разности измеренных значений мощности помехи не превосходит пороговое значение, то значение длительности второго временного интервала увеличивают на величину, значение которой устанавливают заранее, в противном случае значение длительности второго временного интервала каждой пары временных интервалов устанавливают равным величине, значение которой определяют в соответствии с заранее рассчитанными зависимостями значения второго временного интервала от значения модуля разности значений мощности помехи; полученное значение второго временного интервала станция в очередном интервале передачи передает другой станции; другая станция, после получения значения второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации передает кодовое слово - квитанцию, подтверждающее прием данной информации; если станция, передавшая значение второго временного интервала, не принимает квитанцию о приеме данной информации другой станцией, то в станции используют текущее значение второго временного интервала и передача данной информации продолжается до тех пор, пока станция не получит подтверждение о ее приеме; если за время, в течение которого станция передает значение второго временного интервала, в станции получают другое значение второго временного интервала, в очередном интервале передачи служебной информации станция передает новое значение второго временного интервала; если станция, передавшая значение второго временного интервала, принимает подтверждение приема данной информации другой станцией, то в очередном интервале передачи информации станция передает информацию в интервале, длительность которого была установлена в соответствии с рассчитанным значением, соответственно другая станция принимает информацию в временном интервале, значение которого было принято этой станцией.