4.2.1. Обзор альтернативных решений

В настоящее время существует множество различных способов защиты ШПС сигнала от узкополосных помех, различающихся принципом действия, разрешающей способностью, полосой сигнала и уровнем подавления. Все устройства подавления узкополосных помех при приеме ШПС сигнала подразделяются на две основные группы: компенсирующие и устройства фильтрации узкополосных помех.

Компенсирующие устройства осуществляют оценку параметров помехи и в дальнейшем вычитают ее из входного сигнала. Оценка параметров помехи может осуществляться линейными и нелинейными методами.

При линейной оценке подавление помехи не превышает 17дБ. Малый уровень подавления обусловлен, прежде всего, тем, что в реальных условиях фазовые погрешности подобных систем составляют порядка 0.1рад, а погрешность амплитуды – 10%. Эффективность подавления будет еще ниже, если у помехи наблюдается амплитудная или угловая модуляции, так как тракт формирования оценки помехи обладает инерционностью, что является недостатком линейных методов.

Нелинейные методы оценки помехи являются безинерционными. Сущность данных методов заключена в измерении соотношения амплитуд сигнала и помехи некоторым нелинейным безынерционным блоком. Дальнейшим вычитанием процессов на входе и выходе последнего можно полностью скомпенсировать помеху. Однако нелинейная обработка подразумевает появление комбинационных составляющих сигнала и помех, которые не могут быть скомпенсированы. Кроме того, возможны варианты подавления полезного сигнала при отсутствии помехи, а также когда уровень последней ниже самого сигнала.

Устройства фильтрации. Эти устройства подавления основаны на фильтрации узкополосных помех. Их можно разделить на четыре группы: устройства подавления помех на перестраиваемых режекторных фильтрах; устройства подавления помех на параллельных анализаторах спектра (БЗ); методы, основанные на переходе в спектральную область; адаптивные фильтры.

Перестраиваемые режекторные фильтры. Данный класс устройств фильтрации предполагает частотное преобразование смеси сигнала и узкополосной помехи таким образом, что помеха оказывается в зоне режекции. Этот метод заключается в преобразовании помехи посредством детектора огибающей к нулевой частоте, где она подавляется с помощью ФВЧ. Затем, по сигналу управления, формируемого ограничителем, сигнал с подавленной помехой переносится на первоначальную частоту. К недостаткам устройства относится то, что возможно подавление полезного сигнала при уменьшении уровня помехи и ухудшение отношения сигнал/шум, когда помеха находится в районе средней частоты полезного сигнала (порядка 3дБ). Другой способ подавления помехи, это преобразование узкополосной помехи к фиксированной частоте с помощью синхронизируемого генератора и последующей ее режекции. После чего сигнал с подавленной помехой возвращается на исходную частоту. Существует также метод подавления режекторным фильтром основанный на автоматической настройке зоны режекции на узкополосную помеху. Недостаток таких устройств в том, что перестраиваемые аналоговые фильтры, как правило, имеют низкий порядок, что не позволяет получить достаточно узкую зону подавления. Реализация этого метода в цифровом виде позволит использовать фильтры более высоких порядков.

Блок защиты. Данное устройство защиты от узкополосных помех основано на применении параллельного анализатора спектра. Основным устройством блока защиты является гребенка фильтров, перекрывающая полосу широкополосного сигнала. Таким образом, уровень помехи оценивается в каждом частотном канале отдельно. Если этот уровень превысит заранее установленный, то канал либо отключается, либо в нем производится корректировка усиления, что приводит к подавлению узкополосной помехи. Рассмотренный блок защиты одновременно является и анализатором спектра параллельного типа, и подавителем помех. Такая структура выгодна для работы в диапазонах частот, загруженных узкополосными помехами. В рамках поставленной задачи, где предполагается малое количество помех, такая структура не является рациональной. В целом блоки защиты являются достаточно сложными и в существующем виде не могут быть реализованы в условиях мобильной станции.

Методы, основанные на переходе в спектральную область. Устройства, основанные на этом методе, осуществляют переход из временной области в частотную. То есть определенный интервал времени передается в частотную область при помощи преобразования Фурье. Узкополосные помехи при этом превращаются в импульс и могут быть удалены известными методами. Затем обратным преобразованием Фурье сигнал с удаленными помехами возвращается во временную область. Общим недостатком таких устройств, является расширение спектра помехи из-за конечности интервалов времени, которое приводит к уменьшению разрешающей способности. Увеличение временного интервала приводит к существенному усложнению устройства.

Адаптивные фильтры. Эти устройства являются одним из вариантов подавления нескольких помех. Работа данных фильтров основана на различии между узкополосными и широкополосными сигналами. Недостатком адаптивных фильтров является необходимость обеспечения сходимости процесса адаптации без потери устойчивости. Кроме того, при определенных условиях адаптивный фильтр может подавлять полезный сигнал.

Заданные требования к разрабатываемому УЗ от УП существенно ограничивают возможности использования перечисленных выше подходов к построению УЗ. Предполагается комбинированный подход, основанный на компенсации помехи при помощи перестраиваемого по частоте полосового фильтра. Фильтр настраивается на узкополосные помехи. Выделенная фильтром помеха вычитается из принимаемого сигнала.

Как и любое компенсирующее устройство, предлагаемое УЗ требует высокой точности установки амплитуд и фаз для обеспечения глубины режекции. Поскольку разрабатываемое устройство будет реализовано в цифровом виде, оно, в отличие от аналоговых компенсаторов, сможет обеспечить необходимую точность амплитуд и фаз, а также их температурную стабильность и неизменность во времени. Применение КИХ-фильтров обеспечит линейность фазовой характеристики УЗ.

Основными проблемами при разработке (в теоретической части работы) устройства будут являться:

• синтез выделяющего фильтра, обеспечивающего требуемую глубину и ширину зоны режекции;

• разработка и оптимизация алгоритмов оценки помеховой обстановки для обеспечения высокой скорости перестройки.