CC BY
47
УДК 621.396
Представлен метод увеличения помехоустойчивости систем радиосвязи, с помощью использования скачкообразного изменения частоты. Обеспечивается увеличение эффективности приема сигнала путем предварительной настройки вектора весовых коэффициентов для частотной позиции с наилучшей сигнально-помеховой обстановкой. Предварительная настройка вектора весовых коэффициентов реализуется путем использования двух каналов настройки с соответствующими каналами переключения
ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ СО СКАЧКООБРАЗНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ ВЕКТОРА ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
С. В. Гаркуша
Соискатель
Кафедра телекоммуникационных систем Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61166 Контактный тел.: (050) 913-72-87 e-mail:[email protected]
1. Введение
Актуальной задачей в пределах разработки и усовершенствования систем радиосвязи является проблема обеспечения надежной связи в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, уменьшения мощности передатчика без снижения качества связи, а также осуществление многостанционного доступа при работе в пакетных сетях радиосвязи.
2. Методы борьбы с помехами
Широкое место в стратегии борьбы с организованными помехами в средствах радиосвязи занимает
принцип ухода от помехи, который реализуется с помощью скачкообразного изменения частоты (СИЧ). В результате этого в средствах радиосвязи с СИЧ, в рамках борьбы с помехами, важной характеристикой является время работы системы на одной частоте. При уменьшении этого времени уменьшается возможность воздействия организованной помехи на сигнал средства радиосвязи. Однако при использовании адаптивных антенных решеток (ААР) использующей структурные методы пространственно временной обработки сигнала (ПВОС) необходимо увеличивать это время для того, чтобы система успела адаптироваться в условиях существующей сигнально-помеховой обстановки и удерживаться в установившемся состоянии максимальное количество времени. Эта задача возникает в результате изменения частоты полезного
сигнала на входе антенного элемента (АЭ), что значительно ухудшает характеристики ААР даже в том случае, когда обработка осуществляется на фиксированной промежуточной частоте (ПЧ) [1]. Причиной ухудшения характеристик является то, что на каждой очередной частотной позиции сигнально-помеховая обстановка (СПО) в общем случае различна, что вызвано частотной зависимостью амплитудно-фазового распределения токов по раскрыву решетки. Таким образом, после каждого очередного скачка частоты, требуется соответствующая коррекция вектора весовых коэффициентов (ВВК) даже для установившегося режима [1, 2].
3. Повышение эффективности приема сигнала
В результате этого возникает задача повышения эффективности обработки сигнала на выходе ААР за счет минимизации времени сходимости алгоритма адаптации, а также исключения из общего набора значений псевдослучайного кода элементов, которые переводят систему на частотные позиции со сложной СПО.
Решение задачи минимизации времени сходимости адаптивного алгоритма лежит в основе расчета весовых коэффициентов ААР для частотной позиции генерируемой на основе элемента псевдослучайного кода следующего после текущего. Однако необходимо учитывать тот факт, что существующие алгоритмы АПВОС предназначены для вычисления ВВК в реальном времени, а для решения поставленной задачи необходимо производить расчет ВВК для частотной позиции на которой в данный момент времени сигнал отсутствует. Для этого проведем выбор оптимального алгоритма ПВОС удовлетворяющего условиям работы системы. Выбор был проведен исходя из информации которую использует система для расчета ВВК по определенному алгоритму.
Для осуществления функционирования алгоритма синтезированного по критерию минимума средне-квадратического отклонения (МСКО) и минимума выходной мощности (МВМ) необходимо иметь информацию о структуре принимаемого сигнала. Однако, как было указано выше, такая информация не всегда известна. Поэтому использование алгоритма синтезированного по критерию МСКО может быть эффективным при известной структуре передаваемого и принимаемого сигнала. Также негативным требованием является то, что структура таких сигналов должна быть одинакова. Исходя из приведенных ограничений можно сделать вывод, что алгоритм синтезированный по критерию МСКО не может быть использован для расчета ВВК для частотной позиции на которой сигнал отсутствует.
В случае же использования алгоритма синтезированного по критерию максимум отношения сигнал/ помеха (МОСП), в качестве информационного параметра используется направление прихода сигнала. Настройка ВВК осуществляется для таких алгоритмов по помехам, в условиях отсутствия полезного сигнала, иначе он будет подавлен. Исходя из выше сказанного можно сделать вывод о том, что алгоритмы синтезированные по критерию МОСП применимы для систем
СИЧ, в которых настройка ВВК производится для частотных позиций на которых сигнал отсутствует.
Поэтому при разработке способа был использован алгоритм синтезированный на основе алгоритма МОСП.
Структурная схема представленная на рис. 1 реализует прием сигнала использующего СИЧ, а также производит предварительную настройку ВВК для следующей частотной позиции. Данная схема имеет в своем составе ключи переключения К, где i = 1..^ , N - количество АЭ. Эти ключи переключения позволяют использовать значение ВВК для той или иной частотной позиции. В процессе функционирования ключи переключения могут принимать два значения. В начальный момент времени ключ находится в первом состоянии, что позволяет производить настройку ВВК для первой частотной позиции ^ . Одновременно с этим, по рассчитанным значениям ВВК, производится адаптации ААР к текущей СПО. При этом во втором канале настройки ВВК производится
адаптация к СПО на второй частотной позиции ^ . По окончанию передачи сигнала на частоте ^ синхронизатор выдает сигнал о переключении на генератор псевдослучайного кода, который выдает второй элемент псевдослучайного кода на синтезатор частот. То в свою очередь перестраивает приемную антенную решетку на сигнал с соответствующей частотой. Также, с синхронизатора, сигнал поступает на счетчик, который дает команду на ключи переключения о переходе во второе состояние. После этого на вход сумматора каждого канала поступает уже настроенный ВВК для текущей СПО. Соответственно исключается время на подавление помехи. При этом в первом канале настройки ВВК производится адапта-
ция к СПО на третей частотной позиции. Дальнейшая работа алгоритма производится по аналогии.
Рисунок 1. Структурная схема N-элементной ААР с предварительной настройкой ВВК для приема сигнала с СИЧ
В следствие этого можно сказать, что расчет ВВК первого канала Wü(t) производится для нечетных частотных позиций, а во втором Wi2(t) для четных. Соответственно выражение определения ВВК рекуррентном виде для обоих каналов настройки можно записать с помощью следующих выражений:
(1) (2)
^(к + 1) = ^(к)-ц[ХТг(кЩ(к)Хпг(к)- Vc],
г = 1,3,5,... ^ ^ ^ ^ ^
W2(k +1) = W2(k)-ц[ХТг(к^2(к)Хпг(к)- V,:],
г = 2,4,6,...
где г - номер частотной позиции; к = (г -1) +1, (г -1) + 2 ,..., гК ; К - количество шагов итерации за время одной частотной позиции.
Значение ВВК поступающего на сумматор канала адаптации можно записать в виде
^(к), если г = 1,3,5,...
W(k) =
W2(k), если г = 2,4,6,...
(3)
где к = (г -1) +1, (г-1) + 2 ,..., К .
Произведем описание данного способа повышения помехозащищенности системы связи использующей СИЧ и адаптацию к СПО. На передающем конце, станции корреспондента, осуществляют формирование пакетов информации для установления связи, производят перестройку несущей частоты передатчика и излучают радиосигнал на приемный конец радиолинии на всех частотных позициях выделенных для данного сеанса связи. На приемной стороне радиолинии осуществляется прием заявки на связь одновременно на всех частотах выделенных для данного сеанса связи. После соответствующих преобразований производится подача информационного сигнала на приемник информации.
Одновременно с этим контрольные приемники осуществляют измерение СПО на каждой из частотных позиций и формируют управляющую информацию для перестройки частоты передатчика находящегося на передающей стороне радиолинии на частоту с наилучшей СПО, формируют пакеты служебной информации к которым прикрепляют управляющую информацию на перестройку частоты передатчика, который находится на передающем конце радиолинии, модулируют несущую частоту передатчика находящегося на приемном конце, производят настройку ВВК для частоты, на которой будет принят сигнал в следующий момент времени. Радиосигнал с сформированным пакетом информации излучают на передающий конец радиолинии.
Приемник передающего конца радиолинии принимает радиосигнал, выделяет из него управляющую информацию, перенастраивает передатчик на соответствующую частоту с наилучшей СПО, производит передачу радиосигнала на приемную сторону радиолинии на установившейся частотной позиции. Радиосигнал поступает на приемник приемного конца радиолинии, контрольные приемники измеряют СПО на этой частотной позиции, принимают решение о использовании частотной позиции для передачи следующего пакета информации. В случае ухудшения СПО на данной частотной позиции принимается решение о изменении частоты.
В случае если СПО не ухудшилась, принимается решение о использовании той же частотной позиции. Процессор адаптации производит настройку ВВК для частотной позиции, которая будет использоваться на следующем временном интервале. Передатчик приемного конца прикрепляет к информационному пакету управляющую информацию и передает сформи-
рованныи пакет на передающим конец радиолинии. Приемник передающего конца радиолинии принимает пакет информации на установленной частоте, выделяет управляющую информацию. В случае если принято решение о работе на установленной частоте, передатчик передающего конца радиолинии производит передачу радиосигнала на той же частоте. Если принято решение о перестройке частоты передатчика, то передатчик производит передачу радиосигнала на всех частотах выделенных для данного сеанса связи. Приемник приемного конца радиолинии производит прием радиосигнала на всех выделенных частотах. Контрольными приемниками производится измерение СПО на всех частотах выделенных для данного сеанса связи, принимается решение о перестройке передатчика передающего конца радиолинии на частоту с наилучшей СПО.
Полученная на основе этого управляющая информация прикрепляется к информационному пакету, радиосигнал излучается в радиолинию, процессор адаптации производит настройку ВВК для СПО на частотной позиции используемой в следующий интервал времени.
На рис. 2 представлены результаты математического моделирования для линейной ААР с количеством АЭ равным N = 3.
Для моделирования использовался сигнал транкин-говой системы связи TETRA с характеристиками: промежуточная частота сигнала юс =380 МГц, угол прихода сигнала 9c =50, угол прихода помехи 9„ = 300. Для передачи сигнала использовалось две частотные позиции. При этом был использован код, который включает в себя коэффициенты для первой частотной позиции rnh1 = 0,95rnc и для второй частотной позиции rnh2 = 1,05rnc. При этом частотная позиция rnh1 поражена узкополосной помехой. При этом мощность помехи по отношению к мощности сигнала равна 5 дБ.
?, дБ 20
15
10
-10
...Гг.
Г
K
Рисунок 2. Пошаговые значения ОСПШ на выходе ААР
Для эффективного подавления помехи необходимо исключить переход на частотные позиции пораженные помехой.
Это требование можно реализовать с помощью выбора элементов из общей последовательности, которую выдает генератор псевдослучайного кода.
Выбор необходимо поводить на основе оценки СПО на каждой частотной позиции, на которую планирует перестроить сигнал передатчик. При этом приемник производит оценку СПО на каждой частотной позиции выделенной для данного сеанса связи, принимает решение и радиосигнал передается на оптимальной частоте.
Литература
1. Марчук Л.А. Пространственно-временная обработка сиг-
налов в линиях радиосвязи. - ВАС. С. 1-136.
2. Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радио-
связи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. - М.: Радио и связь, 2000. 384 с.: ил.
■а о-
Рассмотрена задача выявления влияния неинформативных параметров входного сигнала на информативный параметр выходного сигнала. На основе полученных расчетных соотношений может быть разработана методика расчета ограничителей высокой частоты
■а о
УДК 621.385.832.84
ОЦЕНКА АППАРАТНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОГРАНИЧИТЕЛЯ PSK СИГНАЛОВ
П.В. Лимаренко
Аспирант
Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г.Харьков, Украина, 61166 Контактный тел.: 8-068-890-61-16 e-mail:[email protected]
1. Введение
В технических средствах формирования и обработки сигналов с фазовой модуляцией (манипуляцией, Р-SK) широко используются ограничители амплитуды (ОА). Повышение частот несущих колебаний в современных системах радиодоступа и мобильной связи делает актуальной задачу по исследованию влияния амплитуды и частот входного колебания на фазу выходного сигнала (задача выявления неинформативных параметров входного сигнала на информационный параметр выходного сигнала).
2. Расчет амплитудной и фазоамплитудной характеристик ОА
Схема ограничителя представлена на рис. 1.
Вольтамперная характеристика нелинейного элемента может быть аппроксимирована кусочно-линейной зависимостью (рис.2).
А
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Выходное напряжение ограничителя представляет собой векторную сумму двух напряжений, одно из которых создается первой гармоникой импульса тока 1т1, протекающего через нелинейный элемент и фильтр, а второе - током, проходящим через шунтирующую цепь обратной связи и фильтр.
