RU2276834C2

RU2276834C2 - Adaptive noise compensator

Info

Publication number: RU2276834C2
Application number: RU2004113751/09A
Authority: RU
Inventors: Виталий Александрович Пикалов (RU); Виталий Александрович Пикалов; Юрий Васильевич Шишкин (RU); Юрий Васильевич Шишкин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Тамбовский НИИ радиотехники "ЭФИР"
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2006-05-20
Also published as: RU2004113751A

Abstract

FIELD: radio engineering; receiving devices.

SUBSTANCE: proposed noise compensator has series-connected first normalizing amplifier, second adder, third normalizing amplifier, first quadrature filter, adder whose output is connected to that of noise compensator, to subtracter input, to input of amplitude limiter whose output is connected to non-inverting input of subtracter through phase shifter inserted in reference oscillation shaping circuit; subtracter output is connected to main inputs of first and second quadrature filters through amplifier inserted in feedback circuit of correlation feedback loop; second normalizing amplifier is connected to input of second quadrature filter whose output is connected to second input of first adder and to input of third quadrature filter whose output is connected to second input of second adder; second input of quadrature filter is connected to adder output through amplifier-inverter.

EFFECT: enhanced noise suppression factor due to noise immunity of radio lines using adaptive noise compensator.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к технике приема радиосигналов.The invention relates to techniques for radio communications, in particular to a technique for receiving radio signals.

Известно устройство защиты от помех по а.с. №1419485, Н 04 В 7/02 (1), однако это техническое решение не обеспечивает высокой степени помехозащищенности.A device for protection against interference on.with. No. 1419485, Н 04 В 7/02 (1), however, this technical solution does not provide a high degree of noise immunity.

Прототипом предлагаемого устройства является адаптивный компенсатор помех по патенту 2115233, Н 04 В 1/10 (2).The prototype of the proposed device is an adaptive interference canceller according to patent 2115233, Н 04 В 1/10 (2).

Прототип содержит в своем составе два нормирующих усилителя, автокомпенсатор-ортогонализатор, состоящий из сумматора, квадратурного фильтра и инвертирующего усилителя, третий нормирующий усилитель, базовую часть схемы (блок выделения), представляющую собой петлю корреляционной обратной связи (КОС) с эталонным колебанием, реализующую алгоритм МСКО и формирователь эталонного колебания в виде амплитудного ограничителя.The prototype contains two normalizing amplifiers, an auto-compensator-orthogonalizer, consisting of an adder, a quadrature filter and an inverting amplifier, a third normalizing amplifier, the base part of the circuit (separation unit), which is a correlation feedback loop (CBS) with a reference oscillation that implements the algorithm ISCED and a reference oscillator as an amplitude limiter.

Назначение входных нормирующих усилителей состоит в стабилизации мощности входных колебаний ортогонализатора, для стабилизации инерционности (т.е. эквивалентной полосы пропускания квадратурного фильтра) ортогонализатора.The purpose of the input normalizing amplifiers is to stabilize the power of the input oscillations of the orthogonalizer, to stabilize the inertia (i.e., the equivalent passband of the quadrature filter) of the orthogonalizer.

Ортогонализатор осуществляет предварительную обработку входных колебаний (смесей сигнал плюс помеха) с целью получения на входах блока выделения некоррелированых (ортогональных) процессов. Одновременно ортогонализатор осуществляет инверсию отношения сигнал/помеха на своем выходе по отношению к значению отношения сигнал/помеха на первом входе.The orthogonalizer performs preliminary processing of input oscillations (signal plus noise mixtures) in order to obtain uncorrelated (orthogonal) processes at the inputs of the isolation block. At the same time, the orthogonalizer inverts the signal-to-noise ratio at its output with respect to the signal-to-noise ratio at the first input.

Третий нормирующий усилитель обеспечивает стабилизацию уровня ортогонализированного процесса, что необходимо для стабилизации инерционности (эквивалентной полосы пропускания квадратурного фильтра в петле КОС) по второму входу блока выделения.The third normalizing amplifier provides stabilization of the level of the orthogonalized process, which is necessary to stabilize the inertia (equivalent bandwidth of the quadrature filter in the loop of the CBS) at the second input of the selection block.

Блок выделения осуществляет выделение полезного компонента из принимаемых колебаний (смесей сигнал плюс помеха) и включает в себя два квадратурных фильтра, на опорные входы которых поданы ортогональные процессы (смеси сигнал плюс помеха), сумматор выходных колебаний квадратурных фильтров и вычитатель выходного колебания петли КОС из эталонного колебания.The extraction unit extracts the useful component from the received oscillations (signal-plus-noise mixtures) and includes two quadrature filters whose orthogonal processes are fed to the reference inputs (signal-plus-noise mixtures), an adder of the output oscillations of the quadrature filters and a subtractor of the output oscillation of the KOS loop from the reference fluctuations.

Сигнал ошибки, сформированный вычитателем, подается на входы квадратурных фильтров с целью вычисления весовых коэффициентов.The error signal generated by the subtractor is fed to the inputs of the quadrature filters in order to calculate the weight coefficients.

Формирование эталонного колебания производится с помощью амплитудного ограничителя, т.е. устройства, реализующего в идеальном случае функцию

и обладающего, как известно, свойством подавлять слабое колебание (изменять соотношение сигнал/помеха).The formation of the reference oscillation is performed using the amplitude limiter, i.e. ideally implementing a function

and having, as you know, the ability to suppress weak oscillations (change the signal-to-noise ratio).

Указанное устройство обладает следующими недостатками:The specified device has the following disadvantages:

1) из-за наличия паразитного фазового набега в цепи амплитудного ограничителя снижается коэффициент подавления помехи (т.е. помехозащищенность) блока выделения;1) due to the presence of a parasitic phase incursion in the amplitude limiter circuit, the interference suppression coefficient (i.e., noise immunity) of the isolation unit is reduced;

2) отсутствие усиления в петле КОС устройства-прототипа не обеспечивает достаточной для практики степени подавления помехи.2) the lack of amplification in the loop of the CBS of the prototype device does not provide a sufficient degree of interference suppression for practice.

Целью настоящего изобретения является повышение помехозащищенности радиолиний, использующих адаптивный компенсатор помех, за счет увеличения коэффициента подавления помехи.The aim of the present invention is to increase the noise immunity of radio lines using an adaptive noise canceller, by increasing the noise suppression coefficient.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный компенсатор помех, содержащий последовательно соединенные первый нормирующий усилитель, вход которого является первым входом устройства, первый сумматор, второй нормирующий усилитель, первый квадратурный фильтр, второй сумматор, выход которого соединен с выходом устройства, инвертирующим входом вычитателя, и входом амплитудного ограничителя, и последовательно соединенные третий нормирующий усилитель, вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с опорным входом второго квадратурного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и третий квадратурный фильтр, второй вход которого через усилитель-инвертор подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен со вторым входом первого сумматора дополнительно введены фазовращатель, подключенный между выходом аммлитудного ограничителя и вторым входом вычитателя, и усилитель, вход которого соединен с выходом вычитателя, а выход - со вторыми входами первого и третьего квадратурных фильтров.This goal is achieved by the fact that in an adaptive noise canceller containing a series-connected first normalizing amplifier, the input of which is the first input of the device, the first adder, the second normalizing amplifier, the first quadrature filter, the second adder, the output of which is connected to the output of the device, inverting the input of the subtractor, and the input of the amplitude limiter, and connected in series with the third normalizing amplifier, the input of which is the second input of the device, and the output is connected to the reference input m of the second quadrature filter, the output of which is connected to the second input of the second adder, and the third quadrature filter, the second input of which is connected through the amplifier-inverter to the output of the first adder, and the output is connected to the second input of the first adder, an additional phase shifter connected between the output of the amplitude limiter and the second input of the subtractor, and the amplifier, the input of which is connected to the output of the subtractor, and the output - with the second inputs of the first and third quadrature filters.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the device.

Устройство содержитThe device contains

1 - первый нормирующий усилитель1 - the first normalizing amplifier

2 - первый сумматор2 - first adder

3 - второй нормирующий усилитель3 - second normalizing amplifier

4 - первый квадратурный фильтр4 - the first quadrature filter

5 - второй сумматор5 - second adder

6 - вычитатель6 - subtractor

7 - амплитудный ограничитель7 - amplitude limiter

8 - третий нормирующий усилитель8 - the third normalizing amplifier

9 - второй квадратурный фильтр9 - second quadrature filter

10 - третий квадратурный фильтр10 - third quadrature filter

11 - усилитель-инвертор11 - inverter amplifier

12 - фазовращатель12 - phase shifter

13 - усилитель13 - amplifier

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Смеси сигнала и помехи с выходов радиоприемников, подключенных к разнесенным в пространстве антеннам, поступают на два входа устройства. С помощью нормирующих усилителей 1 и 8 уровни смесей доводятся до стандартного уровня (определяемого параметрами квадратурного фильтра).The signal mixtures and interference from the outputs of the radios connected to the antennas spaced in space are fed to two inputs of the device. Using normalizing amplifiers 1 and 8, the mixture levels are brought to the standard level (determined by the parameters of the quadrature filter).

Сумматор 2, квадратурный фильтр 10, усилитель-инвертор 11 образуют автокомпенсатор-ортогонализатор. Это устройство названо ортогонализатором, поскольку производит обработку таким образом, что выходное колебание оказывается некоррелированым (ортогональным) с колебанием на опорном входе (подключенном к выходу нормирующего усилителя 8).The adder 2, the quadrature filter 10, the amplifier-inverter 11 form an auto-compensator-orthogonalizer. This device is called an orthogonalizer, because it processes in such a way that the output oscillation is uncorrelated (orthogonal) with the oscillation at the reference input (connected to the output of the normalizing amplifier 8).

Стоит заметить, что для компенсации необходимо, чтобы одноименные компоненты входных смесей были максимально коррелированы, а корреляция между сигналом и помехой незначительна, а это практически всегда выполняется вследствие раличных законов модуляции сигнала и помехи.It is worth noting that for compensation it is necessary that the same components of the input mixtures are maximally correlated, and the correlation between the signal and the noise is negligible, and this is almost always done due to different laws of signal modulation and interference.

Кроме того, ортогонализатор инвертирует отношение сигнал/помеха по сравнению с отношением на его опорном входе, т.е. если на входе квадратурного фильтра 9 помеха превышает сигнал, то на входе квадратурного фильтра 4 сигнал превысит помеху.In addition, the orthogonalizer inverts the signal-to-noise ratio compared to the ratio at its reference input, i.e. if at the input of the quadrature filter 9 the interference exceeds the signal, then at the input of the quadrature filter 4 the signal will exceed the noise.

Нормирующий усилитель 3 приводит уровень смеси на входе квадратурного фильтра 4 к стандартному для выравнивания эквивалентных постоянных времени квадратурных фильтров 4 и 9, работающих в петле КОС блока выделения.The normalizing amplifier 3 reduces the level of the mixture at the input of the quadrature filter 4 to the standard one for equalizing the equivalent time constants of the quadrature filters 4 and 9 operating in the loop of the CBS of the extraction unit.

Блок выделения, включающий в себя квадратурные фильтры 4 и 9, сумматор 5, усилитель 13, вычитатель 6, амплитудный ограничитель 7, фазовращатель 12, представляет собой петлю корреляционной отрицательной обратной связи (КОС), которая обеспечивает на выходе сумматора 5 (выходе устройства) выделение компонента, максимально коррелированного с колебанием, поданным на вход вычитателя 6 (т.н. эталонным сигналом). Формирование эталонного сигнала осуществляет амплитудный ограничитель 6.The selection unit, including quadrature filters 4 and 9, an adder 5, an amplifier 13, a subtractor 6, an amplitude limiter 7, a phase shifter 12, is a correlation negative feedback loop (CBS), which provides selection at the output of the adder 5 (device output) component that is maximally correlated with the oscillation applied to the input of the subtractor 6 (the so-called reference signal). The formation of the reference signal is the amplitude limiter 6.

Выходное колебание сумматора 5 представляет собой результат суммирования выходных сигналов квадратурных фильтров 4 и 9. Петля КОС, работающая в соответствии с алгоритмом МСКО, устанавливает в своей "нулевой точке" (выходе вычитателя 6) минимум мощности (сигнал ошибки) и на выходе сумматора 5 выделяется один из компонентов и остаток другого компонента. Степень подавления этого остатка (т.е. выходное отношение сигнал/помеха) определяется усилением в петле КОС, что и объясняет применение усилителя 13, включенного между выходом вычитателя 6 и входами квадратурных фильтров 4 и 9. Для нормальной работы петли КОС сдвиг фаз выделяемого компонента на входах вычитателя 6 должен быть равен нулю или близок к этому значению. Реальный ограничитель всегда вносит некоторый паразитный фазовый сдвиг, из-за чего петля КОС постоянно подстраивает весовые коэффициенты, пытаясь выбрать эту разницу фаз. В результате весовые коэффициенты изменяются с некоторой низкой частотой, жестко связанной с упомянутым выше фазовым сдвигом. Вследствие этого частота выходных колебаний блока выделения оказывается отличной от частоты выделяемого компонента на входах блока выделения. Такое смещение частоты снижает коэффициент подавления нежелательного компонента и эквивалентно смещению частот на входах автокомпенсатора (элементы 2, 10, 11).The output oscillation of the adder 5 is the result of summing the output signals of the quadrature filters 4 and 9. The KOS loop operating in accordance with the ISCED algorithm sets at its “zero point” (output of the subtractor 6) a minimum of power (error signal) and the output of the adder 5 is highlighted one of the components and the remainder of the other component. The degree of suppression of this residue (i.e., the output signal-to-noise ratio) is determined by the gain in the KOS loop, which explains the use of an amplifier 13 connected between the output of the subtractor 6 and the inputs of the quadrature filters 4 and 9. For normal operation of the KOS loop, the phase shift of the extracted component at the inputs of the subtractor 6 must be equal to zero or close to this value. A real limiter always introduces some parasitic phase shift, because of which the CBS loop constantly adjusts the weight coefficients, trying to choose this phase difference. As a result, the weighting coefficients change with a certain low frequency, which is rigidly connected with the aforementioned phase shift. As a result, the frequency of the output oscillations of the allocation unit is different from the frequency of the allocated component at the inputs of the allocation unit. Such a frequency shift reduces the suppression coefficient of the unwanted component and is equivalent to a frequency shift at the inputs of the auto-compensator (elements 2, 10, 11).

Зависимость коэффициента подавления автокомпенсатора от расстройки частот на входах приведена на фиг.2, гдеThe dependence of the suppression coefficient of the auto-compensator from the detuning of the frequencies at the inputs is shown in figure 2, where

q - коэффициент подавления [дБ];q is the suppression coefficient [dB];

ω - частотная расстройка;ω is the frequency detuning;

ω_с - частота среза эквивалентного ФНЧ (в замкнутой петле КОС).ω _с - cutoff frequency of the equivalent low-pass filter (in a closed loop of the CBS).

Из графика фиг.2 видно, что при исходном коэффициенте подавления q=40 дБ (при нулевой расстройке и коэффициенте усиления в петле КОС к=100) уменьшение подавления на 20 дБ происходит уже при расстройке, равной 0,1 от частоты среза.From the graph of figure 2 it can be seen that with the initial suppression coefficient q = 40 dB (with zero detuning and the gain in the KOS loop k = 100), the suppression is reduced by 20 dB even with a detuning equal to 0.1 of the cutoff frequency.

Кроме того, наличие частотного сдвига входных и выходных колебаний приводит к появлению в спектре весового коэффициента и в спектре выходных колебаний блока выделения паразитных компонентов высших порядков, которые дополнительно ухудшают отношение сигнал/помеха плюс шум выходного колебания.In addition, the presence of a frequency shift of the input and output oscillations leads to the appearance of a weight coefficient and a spectrum of output oscillations of the higher-order parasitic component extraction unit, which additionally worsen the signal-to-noise ratio plus the noise of the output oscillation.

Для устранения паразитного набега фазы в схему введен фазовращатель 12, с помощью которого устанавливают нулевой или близкий к этому значению фазовый сдвиг между входами вычитателя 6.To eliminate the stray phase incursion, a phase shifter 12 is introduced into the circuit, with the help of which a phase shift between the inputs of the subtractor 6 is set to zero or close to this value.

При устранении упомянутого паразитного фазового набега частотная расстройка входных и выходных колебаний исчезает, коэффициент подавления мешающего компонента возрастает, уровень паразитных компонентов уменьшается.With the elimination of the mentioned parasitic phase incursion, the frequency detuning of the input and output oscillations disappears, the suppression coefficient of the interfering component increases, and the level of parasitic components decreases.

В результате безошибочное выделение полезного компонента происходит при больших превышениях помеха/сигнал, т.е. повышается помехозащищенность радиолинии.As a result, the error-free separation of the useful component occurs at large excesses of the interference / signal, i.e. increased noise immunity of the radio line.

Перечень чертежейList of drawings

1. Фигура 1 - структурная схема адаптивного компенсатора помех.1. Figure 1 is a structural diagram of an adaptive interference canceller.

2. Фигура 2 - зависимость коэффициента подавления от частотной расстройки.2. Figure 2 - dependence of the suppression coefficient on the frequency detuning.

ЛитератураLiterature

1. Авт.свид. CCCP № 1419485, кл. Н 04 В 7/02, 1/12. Устройство защиты от помех при сдвоенном приеме радиосигналов, 1986 г.1. Autosvid. CCCP No. 1419485, CL H 04 B 7/02, 1/12. The device for protection against interference with dual reception of radio signals, 1986

2. Патент РФ № 2115233, кл. Н 04 В 1/10. Адаптивный компенсатор помех, 1998 г.2. RF patent No. 2115233, cl. H 04 V 1/10. Adaptive Interference Compensator, 1998

Claims

Адаптивный компенсатор помех, содержащий последовательно соединенные первый нормирующий усилитель, вход которого является первым входом устройства, первый сумматор, второй нормирующий усилитель, первый квадратурный фильтр, второй сумматор, выход которого соединен с выходом устройства, с инвертирующим входом вычитателя и входом амплитудного ограничителя, и последовательно соединенные третий нормирующий усилитель, вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с опорным входом второго квадратурного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и третий квадратурный фильтр, основной вход которого через усилитель-инвертор подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен со вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, выход амплитудного ограничителя подключен к неинвертирующему входу вычитателя через фазовращатель, а выход вычитателя через усилитель подключен к основным входам первого и второго квадратурных фильтров.An adaptive interference compensator comprising a first normalizing amplifier in series, the input of which is the first input of the device, a first adder, a second normalizing amplifier, a first quadrature filter, a second adder, the output of which is connected to the device output, with the inverting input of the subtractor and the input of the amplitude limiter, and in series connected a third normalizing amplifier, the input of which is the second input of the device, and the output is connected to the reference input of the second quadrature filter, the output otorogo connected to the second input of the second adder, and the third quadrature filter, the main input of which is connected through the amplifier-inverter to the output of the first adder, and the output is connected to the second input of the first adder, characterized in that, in order to increase noise immunity, the output of the amplitude limiter is connected to non-inverting input of the subtractor through the phase shifter, and the output of the subtractor through the amplifier is connected to the main inputs of the first and second quadrature filters.