Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах связи для приема цифровых сигналов в условиях неопределенных помех. Изобретение направлено на повышение помехоустойчивости радиоприемных устройств цифровых сигналов в условиях воздействия оптимизированных гармонических помех с ограниченной средней мощностью. Радиоприемное устройство цифровых сигналов содержит антенное устройство 1, малошумящий усилитель 2, приемник с демодулятором 3, решающее устройство 4, блок сдвига несущей 5, высокочастотный переключатель 6, аттенюатор 7 и генератор шума 8. Повышение помехоустойчивости приема базируется на явлении, заключающемся в уменьшении вероятности ошибки приема цифровых сигналов в условиях воздействия оптимизированных гармонических помех при дополнительном увеличении фонового шума. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2090005
Класс(ы) патента: H04B15/00
Номер заявки: 94025931/09
Дата подачи заявки: 12.07.1994
Дата публикации: 10.09.1997
Заявитель(и): Военная академия связи
Автор(ы): Одоевский С.М.; Панфилов В.А.
Патентообладатель(и): Военная академия связи
Описание изобретения: Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах связи для приема цифровых сигналов в условиях неопределенных помех.
Известны радиоприемные устройства, использующие для демодуляции цифровых сигналов манипулированных по частоте (ЧТ) или фазе (ОФТ) помехоустойчивые методы когерентной и некогерентной обработки [1] Они содержат антенное устройство, малошумящий усилитель, приемник с демодулятором и решающее устройство.
Однако в неопределенных условиях возможно возникновение случайных или постановка преднамеренных помех некоторой наихудшей структуры, в результате чего достоверность приема цифровых сигналов данными устройствами может существенно снижаться [2, 3] При этом следует отметить, что в условиях неопределенной помеховой обстановки качество работы радиоприемников цифровых сигналов целесообразно оценивать именно по результатам воздействия наихудших (оптимизированных) помех.
Известны также радиоприемные устройства с элементами адаптации к неопределенной помеховой обстановке, которые в отличие от описанных ранее содержат специальные устройства для борьбы с помехами (патент США N 3699444, кл. H 04 B 1/56, 1972 г. заявка ФРГ, кл. H 04 B 1/10,1976 г. А.С. СССР N 369725, кл. H 04 B 15/00, А.С. СССР N 517167,кл. H 04 B 1/10,1975 г. заявка ФРГ N 3541694,кл. H 04 B 1/10,1990 г.).
Данные радиоприемные устройства цифровых сигналов позволяют эффективно бороться с импульсными, гармоническими, нестационарными, шумовыми и другими видами помех. Однако применяемые в приведенных аналогах алгоритмы адаптации могут оказаться неэффективными, если в неопределенных условиях помехи будут иметь структуру наихудшую для самого процесса адаптации. Кроме того, существуют виды оптимизированных помех с ограниченной средней мощностью близких по структуре к принимаемым сигналам [2,3] последствия воздействия которых практически не удается устранить методами адаптации.
Из известных приемников цифровых сигналов наиболее близким по технической сущности является радиоприемное устройство станции космической связи (СтКС) Р-440 ("Кристалл") [4] которое можно рассматривать в качестве прототипа (структурная схема прототипа показана на фиг. 4). Оно содержит последовательно соединенные антенное устройство (АУ), малошумящий усилитель (МШУ), приемник с демодулятором (ПРДМ), решающее устройство (РУ), а также блок сдвига несущей (БСН), выход которого подключен ко второму входу антенного устройства. При приеме сигналов ЧТ используется некогерентный метод, а при приеме сигналов ОФТ квазикогерентный метод обработки со сравнением полярностей.
В условия воздействия шумовых помех эти методы позволяют обеспечить требуемое качество информационного обмена при реальном отношении сигнал/шум h2. Однако при воздействии оптимизированных прерывистых гармонических помех с ограниченной средней мощностью помехоустойчивость перечисленных приемных устройств цифровых сигналов значительно снижается [2]
Целью изобретения является создание радиоприемника цифровых сигналов, обеспечивающего более высокую помехоустойчивость в условиях воздействия оптимизированных гармонических помех с ограниченной средней мощностью.
Сущность изобретения заключается в следующем. В радиоприемник цифровых сигналов, содержащий блок сдвига несущей, а также последовательно соединенные антенное устройство, малошумящий усилитель, приемник с демодулятором, решающее устройство, введены последовательно соединенные генератор шума, аттенюатор и высокочастотный переключатель. Причем выход высокочастотного переключателя соединен со вторым входом антенного устройства, а второй вход высокочастотного переключателя соединен с выходом блока сдвига несущей.
При такой схеме построения радиоприемного устройства повышение помехоустойчивости приема базируется на обнаруженном явлении, заключающемся в уменьшении вероятности ошибки приема цифровых сигналов в условиях воздействия оптимизированных гармонических помех при дополнительном увеличении фонового шума, что достигается введением в радиоприемное устройство генератора шума и аттенюатора,отсутствующих в прототипе.
На фиг. 1 показана структурная схема заявляемого приемного устройства цифровых сигналов; на фиг. 2 графики зависимости вероятности ошибочного приема при воздействии на приемник ЧТ сигналов непрерывно излучаемых помех и оптимизированных помех с ограниченной средней мощностью; на фиг. 3 график зависимости относительной средней мощности оптимизированной помехи для приемника ЧТ сигналов; на фиг. 4 структурная схема существующего приемного устройства цифровых сигналов (прототипа).
Радиоприемное устройство цифровых сигналов, показанное на фиг. 1, содержит АУ 1, выход которого соединен со входом МШУ 2, выход последнего соединен с ПРДМ 3, а выход ПРДМ соединен с РУ 4. Причем второй вход АУ соединен с выходом высокочастотного переключателя (ВЧП) 6, первый вход которого соединен с выходом ВСН 5, а второй вход ВЧП соединен с выходом аттенюатора (АТ) 7, вход которого соединен с выходом генератора шума (ГШ) 8.
Реализация перечисленных в заявляемом приемном устройстве цифровых сигналов АУ, МШУ, ПРДМ, РУ, ВСН ничем не отличается от реализации данных элементов в прототипе и трактах аналогичных приемных устройств [4] Реализуемость ВЧП, АТ и ГШ также показана в ряде источников [4,7] где данные элементы использовались для других целей.
Заявленное устройство работает следующим образом. Вначале рассмотрим условия функционирования данного устройства. При воздействии на приемник цифровых сигналов непрерывно излучаемых помех, вероятность ошибки Pош определяется отношением δ мощности помехи Pп к мощности сигнала Pc на длительности элементарного сигнала Pош = ϕ(δ) где ϕ(δ) функция, учитывающая вид используемых сигналов, параметры модуляции и структуру помехи. В данном случае δ имеет смысл относительной пиковой мощности помехи.
При воздействии помех с наихудшим распределением в классе помех с ограниченной средней мощностью зависимость Pош от d примет вид Pош = ϕ*(δ), где ϕ*(δ) выпуклое замыкание функции ϕ(δ), описываемое следующим выражением:

где

В данном случае d имеет смысл относительной средней мощности помехи.
Как видно из формулы (1), в зависимости от величины относительной средней мощности помех постановщик преднамеренной помехи должен придерживаться следующей стратегии.
Если d < δf, то на длительности элементарного сигнал τ с вероятностью m1 = δ/δf излучается помеха с относительной мощностью δ1= δf а с вероятностью μo = 1 - μ1 не излучается вообще, т.е. δo0.
Если δ > δf то помеха излучается непрерывно с относительной мощностью δ1= δ.
Практически всегда для функций ϕ(·) описывающих качество приема цифровых сигналов ОФТ, ЧТ, характерно выполнение неравенства ϕ(δf) > 0,1 Величина мощности помехи в импульсе соизмерена с мощностью сигнала, т.е. 0,5.2. Величину ϕ(0), определяющую вероятность ошибки от собственного шума, обычно стремятся сделать как можно меньше, т.е. ϕ(0) _→ 0 Следовательно, в области допустимых значений вероятности ошибки Pош=0,001.0,01 зависимость ϕ*(δ) будет линейной, а оптимальная помеха будет прерывистой.
Фоновый шум, который присутствует на входе демодулятора цифровых сигналов и не зависит от внешних источников помех, влияет на вид функции ϕ(δ) а следовательно и ϕ*(δ) На фиг. 2 в качестве примера представлены графики зависимостей ϕ(δ) и ϕ*(δ) для некогерентного приемника ЧТ сигналов в условиях воздействия некогерентных гармонических помех при наличии фонового шума (отношение сигнал/шум h21 = 10) и при его отсутствии
Аналитическая зависимость ϕ(δ) получена на основных [7] и представлена ниже:

где lo(.) модифицированная функция Бесселя О-го порядка, Q(.) функция Маркума.
При h2 _→ ∞ функция ϕ(δ) принимает вид:

Как видно из графиков, зависимость ϕ*(δ) при h22/ в области рабочих значений Pош<0,1 примерно в два раза круче, чем при h2, что свидетельствует о большой помехоустойчивости зашумленного приемника (h2=10) по сравнению с приемником, собственный шум которого пренебрежимо мал.
Если задано допустимое значение вероятности ошибки P*, то для подавления приемника оптимизированная помеха должна иметь относительную среднюю мощность, как следует из (1), не менее
δ*= δf[P*-ϕ(0)]/[ϕ(δf)-ϕ(0)] (4)
Данная величина однозначно характеризует помехоустойчивость приемника, и решив оптимизационную задачу поиска, можно определить наилучшее значение h2*, гарантирующее максимальную помехоустойчивость. На фиг. 3 представлен для примера график зависимости (h2) для некогерентного приемника ЧТ сигналов при P*=0,01,из которого видно, что оптимальная помехоустойчивость достигается при зашумлении приемника, обеспечивающая h2≈13-14. Обычно же для достижения достаточного запаса относительно преднамеренных или случайных шумовых помех обеспечивается h2>103-104, что практически соответствует графику на фиг. 3 при h22 _→ ∞
Ожидаемый выигрыш в величине помехоутойчивости δ* от использования предлагаемого приемника цифровых сигналов в условиях воздействия оптимизированных помех с ограниченной средней мощностью может достигать, как видно из графика на фиг. 3, величины 3 дБ, а реально зависит от начального значения h2.
Функционирование данного приемного устройства, впрочем как и прототипа, подразделяется на два этапа:
в режиме проверки станции;
в режиме приема сигналов корреспондента.
Рассмотрим работу приемного устройства на каждом из этих этапов.
В режиме проверки станции эталонный сигнал поступает с выхода ВСН 5 на вход ВЧП 6, который осуществляет коммутацию данного сигнала на вход АУ 1. С выхода АУ сигнал поступает на МШУ 2, в котором осуществляется усиление и перенос сигнала на промежуточную частоту (ПЧ). С выхода МШУ сигнал на ПЧ поступает на вход ПРДМ 3, в котором происходит демодуляция сигнала. Затем демодулированный сигнал поступает в РУ 4, который осуществляет декодирование сигнала, далее сигнал поступает на оконечную аппаратуру.
В режиме приема сигнала корреспондента ВСН 5 выключается, что позволяет в процессе сеанса связи использовать второй вход АУ для других целей. В частности, для достижения целей заявляемого изобретения на вход АУ 1 должен подключаться ГШ 8 (через аттенюатор 7). Для подключения того или иного устройства ко второму входу антенного устройства используется ВЧП 6. Аттенюатор, подключенный к выходу ГШ, необходим для установки оптимальной величины h2.
Таким образом, на первый вход АУ поступает сигнал корреспондента и помеха (при воздействии средств подавления), а на второй вход АУ поступает шумовой сигнал от ГШ. В АУ происходит сложение сигнала корреспондента, помехи и шума. Далее тракт прохождения аналогичен описанному ранее в режиме проверки станции.
Источники информации:
1. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ./под. ред. В.В. Маркова. М. Связь, 1979, с. 295-302.
2. Мальцев А.Д. Одоевский С.М. Сравнительный анализ помехозащищенности систем передачи информации в условиях наихудших помех.//Радиотехника. 1990. N 4. с. 79-80. (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Чуднов А.М. Анализ систем в структурно неопределенных условиях // Радиотехника. 1983. N 3. с. 17-20. (Изв. высш. учеб. заведений).
4. Козлов В. М. Панфилов В.А. Федоров А.В. Методические рекомендации к практическим работам на СтКС Р-440АН. Л. ВАС, 1987, с. 84.
5. Козлов М.Р. Помехоустойчивость разнесенного приема сигналов с ППРЧ в условиях сетки гармонических помех // Радиотехника. 1990. N 1. с. 12-16.
6. Сикарев А.А. Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. - М. Связь, 1978. с. 82.
7. Немировский А.С. Данилович О.С. Маримонт Ю.И. и др. Под ред. Немировского А.С. Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов. М. Радио и связь, 1986, с. 85-91, 147-153, 317-325.
Формула изобретения: Радиоприемное устройство цифровых сигналов, содержащее блок сдвига несущей и последовательно соединенные антенное устройство, малошумящий усилитель, приемник с демодулятором, решающее устройство, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные генератор шума, аттенюатор и высокочастотный переключатель, причем выход высокочастотного переключателя соединен с вторым входом антенного устройства, а второй вход высокочастотного переключателя с выходом блока сдвига несущей.