СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ ПОМЕХ
INTERMODULATION INTERFERENCE SUPPRESSION METHOD

Изобретение относится к повышению помехозащищенности радиоприемных устройств на основе аналого-цифрового преобразования группового сигнала и может использоваться в широкополосных системах связи.
В настоящее время активно используются практически все диапазоны частот различными службами как государственными, так и коммерческими. Развитие мобильной связи привело к созданию во всех регионах ретрансляционных вышек для увеличения зоны покрытия. Это приводит к тому, что на входе радиоприемного тракта (РПТ) действует сложный групповой радиосигнал. В силу несовершенства построения структурной схемы и усилительных элементов в РПТ возникают нелинейные искажения. Одним из видов помех являются интермодуляционные помехи (ИМП), которые проявляются в нелинейном тракте при наличии двух или более сигналов (помех), вызывающих в полосе пропускания тракта появления новых спектральных составляющих, с частотами, равными сумме или разности частот входных сигналов или их гармоник.
Сравнительный анализ проведенных исследований [Вопросы оптимизации радиотрактов приемных систем и комплексов // Технические и научно-методические материалы / Под ред. В.Д. Челышева - Л.: ВАС, 1983 г.; Медынский С.А., Мирзаев А.И., Левша А.В. // Экспериментальные исследования характеристик внешних помех ОВЧ диапазона в городских условиях / Наукоемкие технологии. - 2008. - Вып.1. - №1. - С.12-15] показывает, что наибольшую опасность для РПТ несут ИМП третьего порядка вида 2f1-f2, 2f2-f1, f1+f2-f3, где fl, f2, f3 - частоты первой, второй, третьей помехи.
В настоящее время их влияние возрастает еще и потому, что РПТ имеют входные полосы порядка 10 МГц. Поэтому мощные сигналы попадают на вход усилителя без ослабления и создают в полосе частот большое количество ИМП, которых в полосе 10 МГц может быть до 4 [Медынский С.А., Мирзаев А.И., Левша А.В. // Экспериментальные исследования характеристик внешних помех ОВЧ диапазона в городских условиях / Наукоемкие технологии. - 2008. - Вып.1. - №1. - С.12-15]. В этом случае они создают до 24 интермодуляционных помех.
Основными направлениями по борьбе с ИМП являются расширение динамического диапазона и обработка сигналов с компенсацией ИМП.
Существуют различные способы и устройства борьбы с ИМП, реализующие данные направления, такие как расширение динамического диапазона по интермодуляции третьего порядка, компенсация ИМП, настройка фильтров на мощные сигналы базовых станций в сотовых системах связи, ограничение полосы пропускания.
В частности, известно изобретение радиолокационный приемник с большим динамическим диапазоном по интермодуляции третьего порядка (RU 2254590 С1), основанный на максимизации динамического диапазона по интермодуляции третьего порядка и минимизации коэффициента шума радиоприемного устройства, заключающегося в расширении динамического диапазона приемного тракта по интермодуляции третьего порядка.
Недостатком данного изобретения является введение дополнительных элементов к стандартной элементной базе в РПТ, что приводит к усложнению структурной схемы приемника.
Известен способ обработки широкополосных сигналов с ортогональным сдвигом с компенсацией структурных помех и интермодуляционных помех (RU 2288537 С1), основанный на многоэтапной компенсации ИМП при формировании копии сигнала, сдвинутого по частоте относительно опорного, заключающийся в повышении помехоустойчивости в условиях интермодуляционных помех.
Недостатками данного изобретения является то, что для реализации способа необходима точная настройка фазы, а для сложных сигналов это проблематично. Кроме того, для получения точной копии сигнала нужно знать структуру входного сигнала, что ограничивает область применения способа в системах связи с заранее известными параметрами.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ «Фильтрация помех в приемниках сотовой радиосвязи» [РЖ «Радиотехника», 2003, 03.12-24Г.80 или Microwaves and RF. 2003. - 42, №5, с.88, 90, 92, 94 (англ.)], заключающийся в том, что для устранения интермодуляционных помех используется режекторный фильтр, вырезающий конкретные полосы частот, на которых есть мощные сигналы.
Недостатком способа является использование режекторного фильтра без учета влияния этих сигналов на создание ИМП на рабочих частотах приемного радиотракта.
Технический результат предлагаемого способа - повышение помехоустойчивости в условиях ИМП.
Для достижения указанного технического результата предлагается использовать режекторный фильтр, настраиваемый на частоту помехи, которая, взаимодействуя с помехами на других частотах, создает ИМП на рабочих частотах приемного радиотракта, для чего устанавливают порог измерения, измеряют уровни помех, превышающих порог, ранжируют помехи по убыванию уровня, рассчитывают значения частоты интермодуляционной помехи третьего порядка, которая рассчитывается как разность второй гармоники первой частоты и первой гармоники второй частоты, при совпадении рассчитанного значения частоты интермодуляционной помехи с рабочей частотой настраивают режекторный фильтр на частоту помехи, большую по уровню, если значения частоты интермодуляционной помехи третьего порядка, как разности второй гармоники первой частоты и первой гармоники второй частоты, не совпадает с рабочими частотами, рассчитывают значения частоты интермодуляционной помехи третьего порядка, которая рассчитывается как разность суммы первых двух частот с третьей частотой, при совпадении рассчитанного значения частоты интермодуляционной помехи с рабочей частотой настраивают режекторный фильтр на частоту помехи, большую по уровню, если значения частоты интермодуляционной помехи третьего порядка как разности суммы первых двух частот с третьей частотой не совпадает с рабочими частотами, фильтр не настраивают, отличающийся тем, что режекторный фильтр настраивают на помеху, которая, взаимодействуя с помехами на других частотах, создает интермодуляционную помеху на рабочей частоте приемного радиотракта.
Общим с прототипом является то, что используют режекторный фильтр, «вырезающий» мощные помехи, превышающие установленный порог.
Отличием от прототипа является то, что режекторный фильтр настраивается на частоту помехи, которая, взаимодействуя с помехами на других частотах, создает ИМП на рабочих частотах приемного радиотракта.
Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат проявляется в минимизации нелинейных искажений, возникающих в РПТ.
Проведенный анализ уровня существующей техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, которые тождественны всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображена схема алгоритма способа подавления ИМП.
Способ подавления ИМП осуществляется следующим образом.
Этап 1. Устанавливают порог измерения. Согласно проведенным исследованиям [Медынский С.А., Мирзаев А.И., Левша А.В. // Экспериментальные исследования характеристик внешних помех ОВЧ диапазона в городских условиях / Наукоемкие технологии. - 2008. - Вып.1. - №1. - С.12-15] для современных РПТ это порядка -60 дБ/ мВт.
Этап 2. Измеряют уровни помех, превышающих порог.
Этап 3. Ранжируют помехи по убыванию.
им12
им12
Этап 4. Рассчитывают значения частоты ИМП типа f=2f1-f2, где f - частота ИМП, возникающая в результате взаимодействия внешних помех с частотами f1 и f2.
им12
r
r
Этап 5. Проверяют совпадения значения f с рабочими частотами f, где f - частота настройки радиоприемника.
r
им12
Этап 6. При f=f настраивают режекторный фильтр на частоту, большую по уровню.
r
им12
им12
им12
Этап 7. Если f и f не равны, то рассчитывают значения частоты ИМП типа f=2f2-f1, где f - частота ИМП, возникающая в результате взаимодействия внешних помех с частотами f2 и f1.
r
им12
Этап 8. При f=f настраивают режекторный фильтр на частоту, большую по уровню.
им13
им1n
им23
им2n
им31
им3n
им41
им4n
им13
им1n
им23
им2n
им31
им3n
им41
им4n
Этап 9. Если частоты не совпадают, то рассчитывают для f=2f1-f3…f=2f1-fn, f=2f2-f3…f=2f2-fn, f=2f3-f1…f=2f3-fn, f=2f4-f1…f=2f4-fn до совпадения, где f, f, f, f, f, f, f, f - частоты ИМП, возникающие в результате взаимодействия внешних помех с частотами f1 и f3, f1 и fn, f2 и f3, f2 и fn, f3 и f1, f3 и fn, f4 и f1, f4 и fn.
им123
им132
им124
им142
им134
им143
им234
им243
им341
им342
Этап 10. В случае если комбинации двоек не дают нужного результата, производят расчет комбинаций из трех частот f=f1+f2-f3, f=f1+f3-f2, f=f1+f2-f4, f=f1+f4-f2, f=f1+f3-f4, f=f1+f4-f3, f=f2+f3-f4, f=f2+f4-f3, f=f3+f4-f1, f=f3+f4-f2. При получении нужного результата происходит настройка режекторного фильтра.
Этап 11. Если нет совпадения, то фильтр не настраивают.
Условные обозначения на схеме:
п
U - уровень помехи;
пор
U - установленный уровень порога;
i - i-тая помеха;
j -j-тая помеха;
k - k-тая помеха;
i
f - частота i-той помехи;
j
f - частота j-той помехи;
N - количество частот;
m - номинал частоты i-той помехи;
p - номинал частоты j-той помехи;
P[j] - рабочая частота;
M[i] - частота ИМП;
x
f - частота настройки РФ;
m1
m2
m3
f, f, f - частоты ИМП третьего порядка.