Адаптивний пристрій обробки радіосигналів нвч-діапазону

Запропонований винахід відноситься до галузі радіотехніки, зокрема до радіосистем передачі інформації і може бути використаний для удосконалення систем передачі інформації з тропосферними радіоканалами крайньовисокочастотного (КВЧ) діапазону. Відомий демодулятор сигналів [1] (с.125, мал.4.3), який містить перемножувач, лінію затримки на такт (ЛЗ), інтегратор, блок визначення знака вхідної величини (БВЗВВ). Недоліком відомого демодулятора є низька завадостійкість, залежність не тільки від співвідношення сигнал/перешкода, але і від бази, тобто зі збільшенням бази при всіх інших рівних умовах (при незмінному співвідношенні сигнал/перешкода (ССП)) імовірність помилки збільшується. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є когерентний демодулятор сигналів [1] (с.42, мал.2.2), що містить перемножувач, інтегратор, БВЗВВ, формувач опорного коливання (ФОК), лінію затримки на такт (ЛЗ), причому, з'єднані між собою сигнальний вхід перемножувача і ФОК є опорним входом демодулятора когерентних сигналів, вихід ФОК є опорним входом перемножувача, вихід перемножувача приєднаний до входу інтегратора, вихід інтегратора з'єднаний із входом БВЗВВ. Недоліком пристрою-прототипу є те, що він має низьку завадостійкість внаслідок стрибкоподібних змін частоти і фази при проходженні радіосигналом КВЧ діапазону турбулентної тропосфери. В основу винаходу поставлена задача створити адаптивний пристрій обробки радіосигналів КВЧ діапазону, який забезпечить підвищення завадостійкості при сполученні когерентного й автокореляційного методів обробки на основі аналізу зміни дисперсії фази при проходженні КВЧ радіосигналом тропосферної траси. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрій для демодуляції сигналів, що містить перемножувач, інтегратор, лінію затримки на такт, БВЗВВ, ФОК, причому, з'єднані між собою сигнальний вхід перемножувача, вхід лінії затримки ЛЗ і вхід ФОК є входом пристрою, вихід перемножувача з'єднаний із входом інтегратора, вихід інтегратора з'єднаний із входом БВЗВВ, вихід БВЗВВ є виходом пристрою, додатково введений аналізатор дисперсії фази (АДФ), комутатор аналогових сигналів з цифровим керуванням (КС). Перший вхід АДФ приєднаний до входу пристрою, вихід АДФ з'єднаний з керуючим входом КС, вихід ФОК з'єднаний із другим сигнальним входом КС і другим входом АДФ, вихід КС приєднаний до опорного входу перемножувача. Введення АДФ і КС необхідно для створення ланцюгів когерентної й автокореляційної обробки сигналу, аналізу величини дисперсії фази і вибору методу обробки за значенням величини дисперсії фази. Аналізатор дисперсії фази призначений для кількісного визначення значення Dj шляхом роздільного перемножування центральної частоти передавача з кожним з бічних коливань і обчислення потім величини Dj по наступній формулі: Dj = 2j 2 - j1 - j3 , (1) де j1, j 2, j3 , - збільшення фази, отримані відповідно нижньої бічної, центральної і верхньої бічної спектральними складовими при їхньому поширенні через турбулентну тропосферу. По величині Dj виробляється керуючий сигнал, що дорівнює 1 при Dj ¹ 0 і рівний 0 при Dj = 0. Комутатор аналогових сигналів з цифровим керуванням призначений для визначення ланцюга обробки когерентного чи автокореляційного сигналу по керуючому сигналу від АДФ. Фазові перекручування модульованих коливань приводять до зсуву оцінок інформаційних параметрів внаслідок помилок 5(р когерентного відновлення несучої dj = 1 Dj Df 2 ò j( f )df, (2) Df 2 де j( f ) - фазочастотна характеристика каналу зв'язку, що використовується; Df - смуга каналу зв'язку. Значення дисперсії фази Dj = 40o - 60o тропосферних КВЧ радіоканалів при когерентному прийомі інформаційних сигналів приводять до втрати завадостійкості від 2-4дБ для сигналів з відносною фазовою маніпуляцією (ВФМ) ВФМ-2 до 3,5-5дБ для ВФМ-4 у залежності від виду фазочастотної характеристики j( f ) радіолінії, що використовується [1]. При зростанні частотно-селективних фазових перекручувань на трасі поширення міліметрових радіохвиль АДФ, керуючим сигналом переводять КС на автокореляційний прийом. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу полягає у тому, що кожна з відмічених ознак окремо і усі вони в сукупності безпосередньо спрямовані на досягнення мети підвищення завадостійкості шляхом сполучення когерентного й автокореляційного методів обробки КВЧ радіосигналів на основі аналізу дисперсії фази при проходженні міліметровими радіохвилями тропосферної траси. Запропонований пристрій у турбулентному середовищі поширення міліметрових радіохвиль забезпечує виграш ~0,9-1,0дБ для ВФМ-2 та ~1,5-1,7дБ для ВФМ-4 у порівнянні з прототипом. На фіг.1 зображена функціональна схема пристрою для адаптивної демодуляції КВЧ радіосигналів. На фіг.2 зображена функціональна схема аналізатора дисперсії фази. Запропонований пристрій адаптивної обробки радіосигналів КВЧ діапазону містить: аналізатор дисперсії фази 1, перемножувач 2, лінію затримки на такт 3, формувач опорних коливань 4, комутатор аналогових сигналів з цифровим керуванням 5, інтегратор 6, блок визначення знака і величини вхідної величини 7. Входом пристрою є об'єднані між собою входи ЛЗ 3, ФОК 4, перший вхід АДФ 1 і перший вхід перемножувача 2, вихід АДФ 1 приєднаний до першого сигнального входу КС 5, вихід ФОК 4 з'єднаний із другим входом АДФ 1 і з другим сигнальним входом КС 5, вихід КС 5 підключений до опорного входу перемножувача 2, вихід перемножувача 2 з'єднаний із входом інтегратора 6, вихід інтегратора 6 підключений до входу БВЗВВ 7, вихід БВЗВВ 7 є вихідним пристроєм. АДФ містить: смуговий фільтр 1, СФ 2, обмежувач рівня 3, ОР 4, перемножувач 5, перемножувач 6, інтегратор 7, інтегратор 8, віднімач 9. Першим входом АДФ є з'єднані між собою входи СФ 1 і СФ 2, вихід СФ 1 з'єднаний із входом ОР 3, вихід ОР 3 з'єднаний з першим входом перемножувача 5, вихід СФ 2 з'єднаний із входом ОР 4, вихід ОР 4 з'єднаний з першим входом перемножувача 6, до других входів перемножувача 5 і перемножувача 6 підключений опорний сигнал, вихід перемножувача 5 з'єднаний із входом інтегратора 7, вихід перемножувача 6 з'єднаний із входом інтегратора 8, вихід інтегратора 7 з'єднаний з першим входом віднімача 9, вихід перемножувача 8 з'єднаний із другим входом віднімача 9, вихід віднімача 9 є виходом АДФ. Робота запропонованого пристрою полягає в наступному. На вхід надходить сигнал S( t ) = A sin( wc t + Q) + шум, (3) де А - амплітуда сигналу; ( wc t + Q) - значення фази сигналу. З входу сигнал S(t) надходить на АДФ, який, аналізуючи наявність частотно-селективних завмирань, видає на керуючий вхід КС напругу V0 чи V1 (V0=0 при відсутності і V1 при наявності частотно-селективних завмирань). При наявності частотно-селективних завмирань включається в роботу КС автокореляційного сигналу, при цьому сигнал буде надходити на сигнальний вхід перемножувача, на другий вхід перемножувача буде поступати сигнал, затриманий на такт A sin[( wc ( t - t) + Q)]. При відсутності частотно-селективних завмирань на керуючий вхід КС надходить V0. КС включає в роботу когерентну обробку сигналу. Сигнал S(t) із входу пристрою надходить на сигнальний вхід перемножувача і на вхід ФОК. ФОК відновлює когерентне коливання sin(wc t + Q ), яке, пройшовши КС, надходить на опорний вхід перемножувача. Перемножувач перемножує сигнали, що надходять на його вхід і результуючий сигнал подає на інтегратор, що, усереднює значення напруги, пропорційне дисперсії 2 фази сигналу s2 = ( V ). Це значення надходить на вхід БВЗВВ, де визначається знак і рівень вхідної величини фази [1]. Аналізатор дисперсії фази працює в такий спосіб. На входи СФ, які настроєно на різну частоту, надходить спектр сигналу S(t). СФ виділяє відповідно верхню і нижню складові спектра, виділені складові надходять на ОР, після обмеження рівня, складові надходять: верхня - на перший вхід першого перемножувача, нижня - на перший вхід другого перемножувача відповідно. На другі входи першого і другого перемножувача надходить відновлена у ФОК центральна складова спектра Після роздільного перемножування центральної і верхньої складових, та центральної і нижньої складових результуючі перемножування з першого перемножувача надходять на перший інтегратор, із другого перемножувача надходять на другий інтегратор. На виході інтеграторів, після усереднення, значення напруги пропорційне дисперсії фази, а саме її випадковому компоненту, обумовленому флуктуаціями через турбулентну тропосферу на трасі поширення. На виході першого інтегратора одержимо Dj1 = j2 - j1, на виході другого інтегратора Dj 2 = j3 - j 2. З виходу інтеграторів отриманий результат надійде на віднімач, де Dj = Dj1 - D j2 = j2 - j1 - j3 + j2 = 2j2 - j1 - j3. При Dj = 0 , тобто 2j2 = j1 + j3 , відсутні частотно-селективні завмирання. На виході віднімача буде формуватися V0=0; Dj ¹ 0 визначає наявність частотно-селективних завмирань і на виході віднімача буде формуватися V1. Імовірність помилки прототипу розраховується як [2] 1 Pош пр » , (4) 4r де r = M2 0 відношення потужності сигналу до потужності шуму. 2 Mш Імовірність помилки запропонованого пристрою буде Pшо = Pшо кг × Pшо А , (5) де Рош кг - імовірність помилки когерентного прийому 1 Pош кг » , (6) 4r де Рош А - імовірність помилки автокореляційного прийому. 1 Pош А » , (7) 2r тоді 1 1 1 × » Pош » . (8) 4r 2r 8r Відношення завадостійкості запропонованого пристрою і завадостійкості прототипу Пу 8r 2 » » 2r. (9) Ппр 4r Технічна перевага запропонованого винаходу в порівнянні з прототипом полягає в тому, що підвищується завадостійкість у 2 рази завдяки сполученню когерентного й автокореляційного методів обробки міліметрового радіосигналу, використанню прогнозування знака і величини дисперсії фази на турбулентній тропосферній трасі для внесення виправлень у процес відновлення несучої, що дозволяє підвищити надійність радіозв'язку в турбулентній тропосфері КВЧ радіодіапазону, знизити витрати на організацію міліметрової радіолінії. У практичних схемах через порівняно тривалий час непрацездатності когерентних демодуляторів під час стрибкоподібних змін амплітуди і фази, викликаних турбулентними процесами на трасі тропосферного поширення міліметрових радіохвиль, виграш у завадостійкості для пристрою, що заявляється, у порівнянні з прототипом, буде ще вище. Запропонований пристрій дозволяє забезпечити надійний прийом сигналів, переданих по турбулентних тропосферних радіоканалах у міліметровому діапазоні радіохвиль та може бути використаний для удосконалення широкого класу радіосистем високошвидкісної передачі цифрової інформації по КВЧ радіоканалах з підвищеною надійністю. Джерела інформації: 1. Окунева Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. - М.: Связь, 1979. - 216с. 2. Справочник по радиоелектронным системам / Под ред. В.Х. Кравицкого - т.1. - М.: Энергия, 1979, - 352с.