Пристрій для приймання інформації

Пристрій для приймання інформації, що містить блок порівняння, вирішувальну схему, перший і другий блоки керування та приймач інформації, який відрізняється тим, що в нього додатково введені n приймачів інформації, що функціонують у різних частотних діапазонах, n блоків вимірювання середньої потужності завади, n блоків віднімання, блок вибору мінімуму середньої потужності завади, блок вибору максимуму середньої потужності сигналу, блок додавання, аналізатор миттєвого спектра завади, аналізатор миттєвого спектра сигналу, третій блок керування, перший та другий адаптивні оптимальні лінійні фільтри, детектор та відтворювальний пристрій, при цьому C2 2 UA 1 3 передспотворення та коректування відповідно сигналу, що передається та приймається, де в якості керуючого виділяють сигнал миттєвого енергетичного спектра, з допомогою якого керують ступенем передспотворення сигналу на передачі та ступенем його коректування в приймальній частині тракту [А.с. 1314466, МКИ Н04В1/62; А.с. 1555868, МКИ Н04В1/62; А.с. 1443183, МКИ Н04В1/62; Пат. 67385А, Україна, МКП7 Н04В1/62; заявка №20041210986 з пріорітетом від 30.12.2004p.]. Відомі також пристрої для приймання інформації, в яких застосовується автоматичний вибір найбільшого значення величини відношення сигнал-завада на виході ряду приймачів багатоканальної системи приймання інформації [Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для вузов; Под общ. ред. Б.М. Богдановича.Минск: Выш. школа, 1991. - С. 404-410]. Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є вибраний в якості прототипу пристрій для передачі та приймання інформації [Україна, заявка №20041210986 з пріорітетом від 30.12.2004p.]. Недолік цього пристрою, а також аналогічних пристроїв полягає в тому, що в приймальній частині пристрою, де реалізується теоретико-ігровий алгоритм обробки сигналів, застосовуються два автоматних оптимізатора, на виходах яких обчислюються мінімаксні та максимінні значення величини відношення сигнал-завада. Схеми автоматних оптимізаторів дуже складні, особливо в умовах, коли для пошуку мінімаксних значень відношення сигнал-завада необхідно мати цілий колектив незалежних автоматів з різною глибиною пам'яті. Крім того, в прототипі застосовується велика кількість адаптивних коректуючих фільтрів, що входять у приймальну частину тракту. Регулювання амплітудно-частотних характеристик цих фільтрів потребує формування спеціального керуючого сигналу, який одержується на виході вирішуючої схеми. Таким чином, прототип запропонованого винаходу має занадто складну схему, працездатність якої залежить від багатьох факторів, що обумовлені різноманітними ситуаціями апріорної невизначенності та конфлікту. Алгоритми оптимізації та мінімізації величин відношення сигнал-завада у субканалах прототипа реалізуються на основі адаптивного регулювання АЧХ багатьох коректуючих і передспотворюючих фільтрів. При цьому в складних умовах завадової обстановки інерційність регулювання АЧХ фільтрів призведе до значного зниження завадостійкості системи, що виконана за схемою прототипу. В основу винаходу поставлена задача підвищення завадостійкості пристрія для приймання інформації шляхом значного зменшення складності схеми і кількості керуючих сигналів, а також введенням режиму рознесенного приймання сигналу з автоматичним вибором. Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється тим, що у пристрої, який має в своєму складу n смугових субканальних фільтрів, n демодуляторів і генераторів піднесучих, n коректуючих фільтрів, n блоків вимірювання величини відношення сигнал 82344 4 завада у субканалах, два автоматних оптимізатора, блок порівняння, вирішуючу схему, перший та другий блоки керування і приймач інформації, введені замість n субканальних фільтрів, n демодуляторів і генераторів піднесучих та n коректуючих фільтрів n приймачів інформації, що функціонують у різних частотних діапазонах, перший, другий, третій і т.д. та n -й блоки вимірювання середньої потужності завади, перший, другий, третій і т.д. та n -й блоки віднімання, блок вибору мінімуму середньої потужності завади, блок вибору максимуму середньої потужності сигналу, блок додавання, аналізатор миттєвого спектра завади, аналізатор миттєвого спектра сигналу, третій блок керування, перший та другий адаптивні оптимальні лінійні фільтри, причому високочастотні виходи всіх приймачів сполучені зі входами блоків вимірювання середньої потужності завади, а також з першими входами блоків віднімання, при цьому виходи блоків вимірювання середньої потужності завади з'єднані з другими входами блоків віднімання, а також відповідно зі входами блока вибору мінімуму середньої потужності завади, а виходи блоків віднімання споученні з відповідними входами блока вибору максимуму середньої потужності сигнала, причому виходи блоків вибору мінімуму середньої потужності завади і максимуму середньої потужності сигнала сполучені відповідно зі входами аналізаторів миттєвого спектра сигнала і завади, а також відповідно з першим та другим входами бока додавання, при цьому вихід останнього з'єднаний з першими входами адаптивних оптимальних лінійних фільтрів, а виходи аналізаторів миттєвого спектра сигнала і завади через відповідні перший та другий блоки керування сполученні з другими входами адаптивних оптимальних лінійних фільтрів, причому виходи останніх з'єднані відповідно з першим і другим входами блока порівняння, вихід якого сполучений зі входом вирішуючої схеми, перший вихід останньої з'єднаний зі входом детектора, а другий вихід через третій блок керування сполучений з третіми керуючими входами першого і другого адаптивних оптимальних лінійних фільтрів, при цьому вихід детектора з'єднаний зі входом відтворюючого пристрою. При порівнянні з прототипом запропонований пристрій забезпечує підвищення завадостійкості приймального тракту в умовах апріорної невизначеності та конфлікту (в умовній ситуації ігри оператора приймального тракту з "природою", яка створює заваду) за рахунок того, що завада у прототипі має однакову потужність в кожному з субканалів внаслідок наявності загального каналу зв'язку. Оскільки цей загальний канал забезпечує передачу і приймання сигналу тільки в одному частотному діапазоні, то завада матиме регулярний (постійний) характер, який обумовлено вибраним частотним діапазоном. Запропонований пристрій принципово відрізняється тим, що в ньому реалізується частотне рознесення сигналів, які приймаються, та автоматичний вибір мінімаксної величини відношення сигнал-завада. 5 Крім того, схема запропонованого пристрія значно спрощена, особливо за рахунок усунення дуже складних автоматних оптимізаторів, які замінюються адаптивними оптимальними лінійними фільтрами. Ефективність прототипу зменьшується також за рахунок впливу інерційності регулювання АЧХ адаптивних передспотворюючих і коректуючих субканальних фільтрів. Структурна схема запропонованого пристрою зображена на Фіг.1. На Фіг.2 зображена принципова електрична схема блока вибору мінімуму середньої потужності завади, а на Фіг.3 принципова електрична схема блока вибору максимуму середньої потужності сигналу. Пристрій для приймання інформації містить у своєму складу: приймачі інформації, що працюють у різних частотних діапазонах 1, 1-1, 1-2 і т.д. та 1-n, блоки вимірювання середньої потужності завади 2, 2-1, 2-2 і т.д. та 2-n, блоки віднімання 3, 3-1, 3-2 і т.д. та 3-n, блок вибору мінімуму середньої потужності завади 4, аналізатор миттєвого спектра завади 5, перший блок керування 6, перший адаптивний оптимальний лінійний фільтр 7, блок додавання 8, блок порівняння 9, вирішуючу схему 10, детектор 11, відтворюючий пристрій 12, блок вибору максимуму середньої потужності сигналу 13, другий адаптивний оптимальний лінійний фільтр 14, третій блок керування 15, аналізатор миттєвого спектра сигналу 16 і другий блок керування 17. При цьому виходи приймачів 1, 1-1, 1-2, ..., 1-я сполучені з відповідними входами блоків вимірювання середньої потужності завади 2, 2-1, 2-2,..., 2- n, а також з першими входами (Вхід 1) блоків віднімання 3, 3-І, 3-2,..., 3-n, а другі входи останніх (Вхід 2) з'єднані з відповідними виходами блоків вимірювання середньої потужності завади і зі входами блока вибору мінімуму середньої потужності завади 4. При цьому виходи блоків віднімання сполученні з відповідними входами блока вибору максимуму середньої потужності сигналу 13. Виходи блоків 4 і 13 сполучені відповідно з першим входом (Вхід 1) і з другим входом (Вхід 2) блока додавання 8, а також зі входами аналізатора миттєвого спектра завади 5 і аналізатора миттєвого спектра сигналу 16. Вихід блока додавання 8 з'єднаний з першими входами (Вхід 1) адаптивних оптимальних лінійних фільтрів 7 і 14, другі керуючі входи (Вхід 2) яких сполучені з відповідними виходами першого 6 і другого 17 блоків керування, входи яких з'єднані відповідно з виходами авналізаторів миттєвого спектра завади 5 і миттєвого спектра сигналу 16. При цьому виходи першого 7 і другого 14 адаптивних оптимальних лінійних фільтрів підключені до першого (Вхід 1) і другого (Вхід 2) входів блока порівняння 9. При цьому вихід блока порівняння сполучений зі входом вирішуючої схеми 10, перший вихід якої (Вихід 1) з'єднаний зі входом детектора 11, а другий вихід (Вихід 2) - зі входом третього блока керування 15. Вихід останнього сполучений відповідно з керуючими третіми входами (Вхід 3) адаптивних оптимальних Блок вибору мінімуму середньої потужності завади фільтрів 7 і 14. лінійних(Фіг.2) у своєму складу містить: джерело напруги +Е, резістор Ri, напівпровідникові діоди 82344 6 VD1 VD2, ..., VDn, резістор R2; резістор R3, операційний підсилювач ОП і інвертор I. При цьому входи бока Вхід 1, Вхід 2, ..., Вхід n сполучені з катодами діодів, а їх аноди розпаралелені і з'єднані зі входом операційного підсилювача через резістор R2. На виході підсилювача підключено інвертор, який виконаний на базі операційного підсилювача змінювання знаку І. Резістор R3 виконує функцію резістора в колі негативного зворотного зв'язку підсилювача ОП. Блок вибору максимуму середньої потужності сигналу (Фіг.3) у своєму складу містить: напівпровідникові діоди VD1 VD2, ..., VDn, на аноди яких подаються вхідні сигнали. Катоди діодів розпаралелені і сполучені через резистор R1 зі входом операційного підсилювача ОП, вихід якого з'єднаний зі входом інвертора І. Інвертор виконано на базі операційного підсилювача змінюванння знаку. Резістор R2 включений в коло негативного зворотного зв'язку підсилювача ОП. Блоки вимірювання середньої потужності завади 2, 2-1, 2-2,..., 2-n відомі та виконані згідно з А.с. 146367, Кл. 21 а4, 71. На виході таких блоків можна одержати сигнал постійного струму, величина якого пропорційна веичині завади і не залежить від типу корисного сигналу, що приймається кожним з приймачів 1, 1-1,1-2,..., 1-я. Запропонований пристрій працює таким чином. З виходів приймачів 1, 1-1, 1-2, ..., 1-n адитивна суміш сигнала і завади надходить до входів блоків вимірювання середньої потужності завади 2, 2-1, 2-2...., 2-n, а також до перших входів (Вхід 1) блоків віднімання 3, 3-І, 3-2. ..., 3-я. На другі входи останніх (Вхід 2) подаються сигнали з виходів блоків вимірювання середньої потужності завади, які пропорційні значенню середньої потужності завади. Ці сигнали подаються також на відповідні входи блока вибору мінімуму середньої потужності завади 4 (Фіг.2). Вихідні сигнали блоків віднімання 3, 3-1, 3-2, ..., 3-n, які пропорційні середній потужності сигналу, надходять до відповідних входів блока вибору максимуму середньої потужності сигнала 13 (Фіг.3). Блок вибору мінімуму середньої потужності завади (Фіг.2) працює таким чином. На його входи (Вхід 1, Вхід 2,..., Вхід n) надходять сигнали, що пропорційні середній потужності завади. Ці сигнали подаються на катоди діодів VD1, VD2, ..., VDn, а їх аноди запаралелені і сполучені зі входом операційного підсилювача ОП, який функціонує в режимі додавання. Від джерела напруги +Е на аноди всіх діодів подається напруга такої величини, щоб наименьший з вхідних сигналів після відкриття свого діоду був прикладений до анодів всіх інших діодів і приводив до їх запирання. Таким чином, сигнал, пропорційний мінімуму середньої потужності завади після підсилення у операційному підсилювачі ОП та інвертуванні в інверторі I, находить до входу аналізатора миттєвого спектра завади 5 і до першого входу (Вхід 1) блока середньої потужності Блок вибору максимуму додавання 8. сигнала (Фіг.3) функціонує аналогічно, як і блок (Фіг.2), з тою різницею, що діоди VD1 VD2, ..., VDn мають іншу полярність включення. Крім того, 7 джерело напруги -Е відсутнє, що обумовлено позитивними значеннями вхідних сигналів. При цьому найбільший з вхідних сигналів відкриває свій діод і одноразово запирає всі інші діоди схеми в наслідок того, що цей сигнал прикладений до їх катодів, Вихід схеми має таку ж структуру, як і відповідний вихід блоку (Фіг.2). Таким чином, сигнал, пропорційний максимуму середньої потужності сигналу, що приймається, з виходу блока 13 надходить до входу аналізатора миттєвого спектра сигнала 16 і до другого входу (Вхід 2) блока додавання 8. З виходу блока додавання 8 адитивна суміш сигнала і завади подається одноразово на перші входи (Вхід 1) першого 7 і другого 14 адаптивних оптимальних лінійних фільтрів. На другі керуючі входи цих фільтрів (Вхід 2) надходять керуючі сигнали з відповідних виходів першого 6 і другого 17 блоків керування, на входи яких подаються вихідні сигнали аналізатора миттєвого спектра завади 5 і аналізатора миттєвого спектра сигналу 16. Сигнали з виходів адаптивних оптимальних лінійних фільтрів подаються до першого (Вхід 1) і ! другого (Вхід 2) входів блока порівняння 9. Середня квадратична помилка на виході оптимального лінійного фільтра оцінюється за виразом 1 Dw G (w) × N (w ) e2 = dw (1) min 2 p ò G(w) + N w ) ( 0 де G(ω), Ν(ω) - спектральні щільності потужностей відповідно сигналу і завади; Δω - ефективна смуга частот каналу, в якому реалізуется приймання сигналу. = ι e2 0 тільки в такому випадку, коли min спектри сигналу і завади не мають перекриття, тобто при G(ω)×Ν(ω)=0. Теоретико-ігровий алгоритм І функціонування запропонованого пристрія можна записати у вигляді нерівності max min 2 min max 2 e £ e (2) min G(w) N w ) min ( N(w) G ( ) w де мінізація та максимізація середньої квадратичної помилки досягається відповідним вибором спектральних щільностей потужностей сигналу і завади. В такому випадку, коли нерівність (2) перетворюється в рівність, існує ціна ігри, тобто реалізується теоретико-ігровий алгоритм обробки сигналу і завади в приймальному тракті. Останнє досягається таким чином. Вихідний сигнал блока порівняння 9 подається на вхід вирішуючої схеми 10 (Фіг.1), яка виробляє і команду підключення сигналу до входу детектора 11, який з'єднаний з виходом блока порівняння, лише тоді, коли нерівність (2) перетворюється в рівність. В І протилежному випадку на другому виході (Вихід 2) вирішуючої схеми 10 І формується сигнал, який через третій блок керування 15 подається до третіх 10 керуючих входів (Вхід 3) адаптивних оптимальних лінійних фільтрів 7 і 14. Цей керуючий сигнал призводить до адаптивного регулювання АЧХ оптимальних лінійних фільтрів таким чином, щоб максимін і мінімакс у нерівності (2) були 82344 8 однаковими, тобто виконувався теоретико-ігровий алгоритм обробки сигналу, що приймається. Продетектований у детекторі 11 сигнал подається до входу відтворюючого пристрія 12. Запропонований пристрій забезпечує більшу завадостійкість при порівнянні з прототипом завдяки тому, що в ньому реалізується алгоритм рознесенного приймання сигналів, при якому n приймачів функціонують у різних діапазонах частот. Останнє дає змогу повністю реалізувати метод автоматичного вибору на виходах приймачів такого сигналу, який забезпечує найбільшу величину відношення сигнал-завада. Крім того, значно спрощується схема запропонованого пристрія в наслідок усунення адаптивних коректуючих фільтрів, що мають значну інерційність регулювання АЧХ, а також дуже складних схем автоматних оптимізаторів, які потребують велику кількість автоматів з різною глибиною пам'яті. розрахунок Наведено виграшу в завадостійкості, який може бути одержаним від використання запропонованого пристрія. У запропонованому пристрої реалізується принцип рознесенного приймання сигналів і автоматичного вибору найкращого з каналів приймання, що дає змогу одержати величину виграшу у відношенні напруг сигналу і завади за формулою [Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для вузов; Под общ. ред. Б.М. Богдановича. - Минск: Выш. школа, 1991.- С.409] n æV ö Vc = åç c ÷ (3) Vз i =1ç Vз ÷ øi è де Vc, V3 - напруги відповідно сигнала і завади; n - кількість каналів приймання. На сторінці 409 означеної книги наведено рисунок 12.9, з якого випливає, що для 10-канальної системи рознесеного приймання (n=10), де застосовується автоматичний вибір каналу, величина виграшу у завадостійкості складає 4,3 або 12,67дБ. У прототипі застосовується частотна фільтрація сигналів на піднесучих частотах, тобто рознесення каналів приймання сигналів не має місця. В зв'язку з цим величина відношення напруг сигнала і завади у кожному з субканалів є однаковою. Таким чином, завадостійкість запропонованого пристрія на 12,67дБ більша, ніж у прототипі. В запропонованому пристрої застосовується оптимальна лінійна фільтрація сигналу, що приймається (Фіг.1), а у прототипі - оптимальне лінійне передспотворювання та корекція сигналу. При цьому останній метод обробки сигналу на фоні завад має деякі переваги у завадостійкості. Відношення максимальних значень мінімальної середньої квадратичної помилки e2 для цих min методів можна розрахувати за виразом [Маригодов В.К., Бабуров Э.Ф. Синтез оптимальных радиосистем с адаптивным предискажением и корректированием сигналов. М. : Радио и min 2 1985. - С. 78] max связь, c= (K,N)олф e Pcepk 2 w N(w) K ( ) min 0 = max min 2 Pз[1 + (Pc / Pз )] emin (K,N)олп ( N(w) K w ) (4) 9 де Ν(ω) - спектральна щільність потужності завади; Κ(ω) – АЧХ передспотворюючого або оптимального лінійного фільтрів; Рс - середня потужність сигналу на вході передспотворюючого фільтра; Р3 - середня потужність завади; Ρсер середня потужність сигналу на вході оптимального лінійного фільтра; k2 -коефіцієнт, що характеризує 0 послаблення сигнала в каналі. Якщо покласти Pcep × k 2 / Pз = 10 та вважати, 0 що середні потужності сигналу і завади однакові, тобто Рс= Р3, то з формули (4) одержуємо c = 5 або 6,99дБ. Це значення характеризує перевагу в завадостійкості оптимального лінійного 82344 10 передспотворення та корекції перед оптимальною лінійною фільтрацією. Враховуючі одержані розрахунки ефективности запропонованого пристрія за формулами (3) і (4), одержуємо результуючий його виграш у завадостійкості при порівнянні з прототипом γ: - 6,99 дБ = 5,68 дБ. g = 12,67 дБ Таким чином, ефективність запропонованого пристрою складає 5,68дБ. Техніко-економічна ефективність запропонованого пристрою полягає в підвищенні завадостійкого при порівнянні з прототипом на 5,68дБ. 11 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 82344 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601