Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 146

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Упрощенная функциональная схема приемного устройства

дана

на рис. 2.1.1. Она содержит: антенну

(А), каскады предварительного

усиления и селекции (ПУС), схему

(устройство)

оптимальной

обра­

ботки (УОО), устройство вторичной

обработки

информации (УВО)

и схему (устройство) поиска и синхронизации

(УПС). Сигнал, приня­

тый антенной, обычно имеет малую мощность

и, как правило,

перед

осуществлением оптимальной обработки должен быть подвергнут уси­ лению и предварительной селекции. В этой главе будем полагать, что имеется идеальный линейный усилитель, который обеспечивает тре­ бующийся уровень сигнала.

В принципе предвари- S/A тельной селекции не тре­ буется, так как все необхо­ димые свойства селекции присущи устройству опти­ мальной обработки. Однако ввиду значительного уси­ ления посторонние мощные ^сигналы, действующие в антенне на частотах, зна­ чительно отличающихся от

ПУС

УОО

УВО

_ упсУПС

Рис. 2.1.1.

спектра сигнала, легко могут вызвать

перегрузки каскадов как

приемника,

так и устройства оптимальной

обработки, В связи с этим

практически

необходима предварительная

селекция.

В этой главе будем предполагать, что принятые меры обеспечи­ вают такие условия, когда все возможные помехи не выходят за пре­ делы линейных участков характеристик устройств, но в то же время каскады предварительной селекции не вызывают изменений и иска­ жений сигналов и помех (в той части, которая совпадает со спектром

сигнала).

изложенного выше под сигналом s (t) и помехами

На основании

n (t) в дальнейшем

будем понимать то, что подается на схему опти­

мальной обработки. Исследование и расчет каскадов предваритель­ ного усиления и селекции подробно освещены в литературе и на этом останавливаться не будем. Влияние искажений, которым может под­ вергаться сигнал в этих каскадах, рассмотрено в гл. 8. Во многих слу­ чаях в составе блоков предварительного усиления и селекции должны находиться каскады, обеспечивающие фиксацию или стабилизацию уровня сигнала или помех, подаваемых на схему оптимальной обработ­ ки, например АРУ или ограничители. Работа этих каскадов в условиях приема ШПС имеет существенные особенности, и они (каскады) оказы­ вают существенное влияние на работу приемного устройства. Это влияние будет учитываться в настоящей главе и рассмотрено в гл. 6 и 8.

2.1.2. Модели радиосигналов

Дискретный радиосигнал s£ (t) можно записать в следующем об­ щем виде (индекс і в тех случаях, когда он не требуется, будем опу­ скать):

9



 

Si (t) = Si (t — T s ) cos

st

(t — тв )

+

<pSI- (/ — Ts )

cps 0 0 ], (2.1.1)

где

T S задержка и q>s00

— начальная

фаза сигнала,

cps- закон из­

менения фазы сигнала.

 

 

 

 

 

 

Если считать момент начала отсчета времени известным, то удоб­

но положить T S = 0 и фзоо — 0. Тогда

 

 

 

 

Si (t) =

Si

(t) cos [<ùatt

- (fsi (t)).

(2.1.2)

t)

рассмотрим,сигналу

 

 

 

его формирования. Мно­

житель 5 (if) определяет закон изменения амплитуды сигнала. Из за­ кона S (t) вытекает такой важный параметр дискретного сигнала, как его длительность Ts, определяющий скорость передачи информации. Например, в двоичной системе скорость передачи в двоичных единицах

в секунду С определяется

выражением С = \ITS. Длительность сигнала

определяет и его энергию Es

= ëPaTs,

где &>s — средняя мощность сиг­

нала.

 

 

 

В общем случае

 

 

 

Es =

l s2

( 0 dt =

~ J S2 (t) dt.

 

о

 

0

Хотя в принципе возможно формирование ШПС за счет использо­ вания внутриимпульсной амплитудной модуляции, обычно для увели­ чения энергии сигнала при ограниченной пиковой мощности и улучше­ ния его свойств, определяющих энергетическую скрытность, эта мо­ дуляция для создания ШПС не используется. В дальнейшем будем полагать, что ШПС формируется за счет использования частотной и фазовой манипуляции и модуляции. Очевидно, что при манипуляции фазы и частоты за счет конечной ширины спектра сигнала эта мани­ пуляция приводит к изменениям (модуляции) амплитуды. Кроме того, при'генерировании импульсного сигнала нарастание и спадание ам­ плитуды происходит по сложному закону. Следовательно, реально S (t) должно описываться сложной функцией времени и понятие дли­ тельности сигнала Ts зависит от того, какой уровень амплитуды счи­ тать за начало и конец сигнала. Дополнительные усложнения в опи­ сании амплитуды возникают, если рассматривать не одиночный сиг­ нал, а последовательность сигналов. Однако во многих случаях нет надобности в таком точном описании законов изменения амплитуды и можно оперировать с энергией сигнала Еа и его длительностью Ts. Часто можно приближенно полагать, что амплитуда постоянна в пре­

делах от 0 до Ts,

а в другие моменты времени равна нулю.

 

Как отмечено

выше, при формировании ШПС используется мани­

пуляция по частоте или по фазе.

 

 

При использовании фазовой

манипуляции (ФМн сигналы) фаза

і-го сигнала меняется дискретно

по псевдослучайному закону

(коду),

П рИ ЭТОМ si c o s 0 ,

 

 

 

4>si(t) = 2i

Acpdij(t-jT9),

(2.1.3)

10


где Дерюгу- дискретные значения фазы элемента сигнала, которые могут принимать р э значений и d Ç 1, рэ, / — номер элемента сигнала,

число элементов в сигнале;

 

 

 

 

 

 

 

d,

diydi^di^ ...

du ... d[f

 

 

— код сигнала, определяющий

закон

 

его формирования.

 

Для

наиболее часто применяющейся двоичной

манипуляции Дер

принимает

два значения: Афх

=

—л/2 и Аф2 =

+ я / 2 и

 

 

 

 

 

 

 

Ф.І

( 0

= 2

 

А Ф

І , 2

Г

Ѵ - ( / - / Т Э

) .

(2.1.4)

База

сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б,

=

Ts

А/, «

э,

 

 

где A/s — ширина

 

спектра

сигнала

в одну сторону

от несущей. При

прямоугольной огибающей

каждого

элемента и в предположении, что

ширину

спектра

можно

счи­

 

 

ws

 

 

тать

до

первого нуля

функ-

 

 

 

 

ции (sin

0,5о)Тэ )/0,5соТ'э , по-

 

 

 

 

 

 

 

у лучим

Д / , =

1/Гэ =

 

NJTS.

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

реальных

сигналов

 

 

 

 

 

 

 

с

плавным

нарастанием

оги­

 

 

 

 

 

 

 

бающей

и монотонным

изме­

 

 

 

 

 

 

 

нением

спектра

определение

 

 

 

 

 

 

 

Ts

и Afs

может производить­

 

 

 

 

 

 

 

ся

различно,

что

 

несколько

 

 

 

 

 

 

 

изменяет величину

B s . Одна­

 

 

 

 

 

 

 

ко

 

соотношение

 

Б 8 =

Ns

 

 

 

 

 

 

 

остается

 

справедливым

и

 

 

 

 

 

 

 

имеет физический

смысл, так

 

 

 

 

 

 

 

как

базу

Б 3

можно

тракто­

 

 

 

 

 

 

 

вать

как

меру,

показываю­

 

 

 

 

 

 

 

щую,

какое количество

независимых

значений

(в данном случае по

фазе) может иметь сигнал за

 

время

 

его действия.

 

При использовании частотной манипуляции могут быть два слу­

чая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В первом случае частота манипулирования

изменяется по закону

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 2

Д м

 

, ( / - / 7 э ) ,

(2.1.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ = 1

 

ч

 

 

а начальная фаза каждого элемента сигнала Аф0 7 - случайна. При этом сигнал состоит из Na независимых элементов и не может быть на радио­ частоте обработан в целом из-за случайности Аф0 7 -.

Закон формирования такого сигнала удобно изобразить в виде матрицы, которая для Ыэ = 5 и d w 6 1,5 приведена на рис. 2.1.2. Поэтому такие сигналы часто называют сигналами, сформированными с использованием частотно-временной матрицы или ЧВМ сигналами.

И


При

этом

на радиочастоте

обрабатывается

только элемент

сигнала,

после

чего осуществляется

последетекторпая

обработка. Эти

сигналы

не могут

обеспечить многих свойств ШПС, в частности помехоустой­

чивости и

скрытности.

 

 

 

Такие сигналы, сформированные из простых элементов, позво­ ляют осуществлять разделение сигналов по форме при использовании

сравнительно простой

аппаратуры;

они применяются в асинхронных

многоадресных системах

и описаны

в [2.6; 2.16]. В настоящей книге

они рассматриваться

не

будут.

 

Однако возможно

развитие сигналов, сформированных с исполь­

зованием ЧВМ, при котором элементы сигнала формируются как слож­ ные элементы с использованием дополнительной псевдослучайной ма­ нипуляции. Такой сигнал можно рассматривать как «составной» ШПС, допускающий раздельную обработку частично на радио- и частично на видеочастоте (после детектирования). Составные ШПС могут быть получены и другими методами, если сигнал составляется из сложных элементов, фазы которых не связаны между собой, а их ортогональ­ ность достигается не разнесением по частоте, а использованием, на­ пример, законов (кодов) манипуляции, обеспечивающих квазиорто­

гональность.

Составные

ШПС

представляют значительный интерес

и ниже рассмотрены вопросы,

относящиеся к ним.

База

таких

сигналов

при

 

разнесении элементов по частоте бу­

дет равна

Б 8

=

Б э 0 N1, где Б э

с

— база сложного элемента; Ыэ— чис­

ло элементов, разнесенных по частоте. При обеспечении ортогональ­

ности

сложных

элементов за счет законов

их формирования

получим

Б 3 =

Б э с Ng. Следует иметь в виду, что

свойства

таких

сигналов

определяются не полной базой Б„, а более сложно

(см. гл.

7).

Во втором

случае частотноманипулированный

сигнал (ЧМн)

формируется с использованием дискретных изменений частоты и на­ чальной фазы элементов по определенному закону. Тогда

 

<й*і=>л +

2

Дю <Ш)(* — /Т 8 ),

(2.1.6)

 

 

 

 

/ = і

 

 

<

Ы

0 =

2

^dij(t~jTg)

+ ws0,

(2.1.7)

где

 

j(w)

.(») <(w) .(to)

.(со)

 

 

 

 

 

 

aii

«П

0-12 •••"(/

•••UiNgy

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

da

-> dildi2

... dtj

...rfj-Wg

 

— код манипуляции

частоты и код манипуляции фазы, совместно оп­

ределяющие закон

формирования

сигнала.

 

Если спектры элементов практически не перекрываются, то Б 8 »

«N1

Могут использоваться и другие, более сложные законы форми­ рования ШПС, например, когда сигнал составляется из элементов,

12