Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы компенсации мешающих сигналов и нелинейных искажений являются актуальными и образуют одно из важных направлений совершенствования систем радиосвязи.
Поиски и исследования возможностей разделения нескольких радиосигналов, действующих в обшей полосе частот, способствуют, во-первых, созданию новых. отличающихся повышенной пропускной способностью систем передачи информации на базе уже существую них. во-вторых, разрешению все более обостряющейся проблемы электромагнитной совместимости радиосредств.
Широкое внимание специалистов привлекли предложенные Багда-ди в 1959 г. [1) методы разделения двух различающихся по уровню ЧМ сигналов с перекрывающимися спектрами: метод прямой связи через амплитудный ограничитель ГАО) и метод динамической резсекцин сильной ЧМ помехи. В дальнейшем предлагались различные усовершенствования этих методов, и рассматривались возможности использования их для разделения сигналов не только с частотней, но и с другими видами модуляции. Простейшим из предложенных в II] является метод прямой связи через амплитудный ограничитель. Сущность его состоит в изменении отношения амплитуд сильного неш?юаего (МО и слабого полезного (ПС) сигналов в АО и последующей компенсации помехи в результате взвешенного суммирования ограниченного и исходного колебания. Компенсатор помех (КП) с АО или нелинейный компенсатор Багдади был взят за основу при построении многих КП различного применения. Однако ряд вопросов, касающихся сущности метода, его взаимосвязи с другими способами компенсации, эффективности и перспективных областей применения, остался неизученным. Исследование этих вопросов имеет как теоретическое.
- 4 -так и практическое значение.
Компенсаторы (корректоры) нелинейных искажений (КИ) используются в передатчиках - для коррекции искажений, обусловленных нелинейностью их мощных выходных каскадов, и в приемниках ЧЫ -для уменьшения нелинейных искажений модулирующего процесса, вызванных неравномерностью характеристик ГВЗ селективных цепей.' в первом случае КИ часто называют линеариэаторами. а во втором -Фазовыми корректорами.
Синтез характеристик КИ. обратных.соответствующим характеристикам корректируемого элемента, является весьма проблематичным. Это обусловлено тем. что такие характеристики несвойственны, традиционным устройствам техники связи. В результате, корректоры оказываются либо недостаточно точны, либо сложны и неуниверсальны. Е работе предлагается новый подход к решению проблемы компенсации нелинейных искажений, использование которого позволяет в значительной мере преодолеть указанные недостатки. Он базируется на том, что. если искажения малы, их можно удвоить с помощью устройства,- характеристики которого подобны корректируемым. Поело того, как относительный уровень продукта искажений изменен, этот продукт можно скомпенсировать. Здесь используется тот же принцип . компенсации, что и в упомянутом выше нелинейном компенсаторе Багдади. Основное отличие состоит в том. что в КП амплитудные соотнбшения между полезным и мешающим сигналами меняются в АО. а в КИ - в устройстве, искажающем входной процесс так же. как и корректируемое. Представляет интерес анализ предложенных способов компенсации нелинейных искажений, направленный на определение эффективности использования их для решения конкретных технических задач.
Цель и задачи работы. Целью диссертации является исследование известных и новых методов компенсации мекаю-
тих. сигналов и нелинейных искажений, а также' разработка простых и перспективных устройств, реализующих эти методы. Основные задачи работы таковы:
-
Исследование метода нелинейной компенсации сильной помехи и выявление его взаимосвязи с методом динамической реяекции.
-
Оценка предельной эффективности простейших подавителей сильной помехи и анализ способов повышения их помехоустойчивости.
-
Разработка нелинейных компенсаторов и экспериментальное исследование возможностей выделения слабого узкополосного сигнала, действующего в полосе частот, занимаемой сильным широкополосным ЧМ сигналом,.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование нового метода подавления перекрестных помех, обусловленных амплитудной нелинейностью радиотракта.. разработка линеаризатора передающих устройств спутниковых и радиорелейных линий связи.
-
Анализ новых способов компенсации нелинейных искажений модулирующего сообщения, возникающих в системах с аналоговой уг-, ловой модуляцией (УМ) иэ-на неравномерности частотных характеристик радиотракта.
Методы исследования. При решении поставленных задач использован аппарат математического анализа, теории зероятностей и случайных процессов, вычислительной математики и программирования, методы теории радиотехнических цепей и сигналов и статистической радиотехники.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. В самом общем виде рассмотрен метод нелинейной компенсации сильного мешающего сигнала с постоянной амплитудой.
-
Определена взаимосвязь предложенных Багдади методов нелинейной компенсации и динамической режекции сильной помехи.
-
Разработана методика оценки мешающего действия комбинационной компоненты, образующейся в простейших КП при выделении слабого ЧМ сигнала из его смеси с сильной ЧМ помехой.
-
Проанализированы итерационный и предложенный в [2) более простой способы повышения точности выделения слабого узкополосного ПС. обеспечиваемой при использовании простейших компенсаторов.
-
Исследован новый метод компенсации нелинейных искажений применительно к подавлению перекрестных помех, обусловленных амплитудной нелинейностью радиотракта.
-
Исследованы новые способы компенсации нелинейных искажений модулирующего сообщения, обусловленных неравномерностью частотных характеристик радиотракта в системах с аналоговой УМ, и. в частности. искажений. возникающих в полосовом Фильтре приемника ЧМ.
Основные положения, взносимые на защиту:
-
Результаты анализа метода нелинейной компенсации сильного мешающего сигнала с постоянной амплитудой; рекомендации по выбору схемы нелинейного КП. обеспечивающей на выходе максимальное превышение полезных сигналов над остатком мешающего.
-
Выводы о взаимосвязи предложенных Багдади методов нелинейной компенсации и динамической резекции сильной помехи и. как следствие, об эквивалентности нелинейного КП с добавлением АРУ,, простейшего следящего КП и его модификации включающей амплитудный детектор (АД).
-
Методика оценки мешающего действия комбинационной компо ненты. образующейся в простейших КП. при выделении слабого ЧМ сигнала из его смеси с сильной ЧМ помехой: определенные с по-
мощью этой методики условия на входе компенсатора, при которых комбинационную помеху на его выходе можно считать допустимой.
-
Вывод о том. что итерационный и предложенный в (2) более простой способы повышения помехоустойчивости простейших КП в идеале позволяют примерно вдвое увеличить отношение сигнал/помеха (в дБ) на входе демодулятора ПС.
-
Результати экспериментов по выделению слабого узкополосного сигнала, действующего в общей полосе частот с сильным широкополосным чм сигналом: рекомендации по передача Фаэоманипулиро-ванных (ФМн) и ЧМ сигналов телефонии и данных в радиорелейных и спутниковых стволах, загруженных ЧМ сигналами ТВ вещания.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований нового метода компенсации нелинейных искажений в применении к задаче подавления перекрестных помех. обусловленных амплитудной нелинейностью радиотракта; вывод о том. что эффективная коррекция ннтермодуляционных искажений возможна на передающей стороне и невозможна на приемной из-за действия теплового шума.
-
Результаты анализа новых способов компенсации нелинейных искажений Фазы УМ сигнала.
-
Технические решения по разработке отдельных блоков компенсаторов.
Практическая ценность pa-боты. Результаты выполненных в диссертации теоретических и экспериментальных исследований позволяют обоснованно выбрать параметры компенсаторов и оценить возможный вцигрші от их применения в той или иной практической ситуации. Разработана методика оценки мешающего действия комбинационной компоненты, ограничивающего помехоустойчивость простейпих КП; экспериментально доказана воз-могность эффективного выделения с помощью нелинейного и
- о -следящего компенсаторов слабых узкополосных сигналов, действующих в общей полосе частот с сильным широкополосным ЧМ сигналом; даны рекомендации по передаче ФМн и ЧМ сигналов телефонии и данных в радиорелейных и спутниковых стволах, загруженных ЧМ сигналами ТВ вещания; показана перспективность применения предложенного метода компенсации нелинейных искажений для предыскакающей линеаризации передатчиков; даны рекомендации по построению К.П и КИ; разработаны и успешно испытаны три различных макета нелинейного компенсатора сильной радиопомехи с постоянной амплитудой, предназначенных для работы в тракте ПЧ 70І20 МГц, и линеаризатор передающих, устройств спутниковых и радиорелейных линий связи "Линтра-ПЧ". отличающийся высокой эффективностью, простотой настройки, малыми размерами, весом, потреблением и себестоимостью.
Личноеучастие. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.
Реализация результатов ра.боты. Полученные в диссертации результаты, касающиеся выделения слабых сигналов, перекрывающихся по спектру с сильным УЫ сигналам, были использованы в технических предложениях по теме "Экран-Связь": практические рекомендации по повышению помехоустойчивости приема телефонии и данных, передаваемых в загруженном спутниковом ЧМ ТВ стволе, реализованы в приемном оборудовании станции "Визит". Разработка устройства "Линтра-ПЧ" велась по договору с ПО "Космическая связь"; образцы линеаризатора прошли успешные испытания и внедрены на обьектах заказчика. Факты использования результатов работы подтверждаются соответствующими документами.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на XXIII и XXIV научно-технических
- 9 -конференциях молодых ученых и специалистов НШР в 1987 и 1988 г. г.. научном симпозиуме по теме N 2 ("Исследование оптимальных методов обработки и передачи сигналов, а также новых оптимальных методов многостанционного доступа в системах спутниковой связи"! программы "Интеркосмос" по космической связи в г. Будапеште в 1988 г.. XIV Московской городской .научно-технической конференции, посвященной Дню радио, в 1983 г.. Международном симпозиуме "Спутниковая связь: реальность и перспективы" в г. Одессе в 1990 г. .
Публикации. По материалам диссертации опубликованы две статьи 13.4). два доклада (5.6), тезисы четырех докладов 17-10), получено одно авторское свидетельство 12].
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, включая 132 страницы основного текста, 17 страниц приложений и 12 страниц списка литературы иэ 122 наименований, содержит 54 рисунка и 4 таблицы.
