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
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 |
hùst |
(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 (àsi — 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/, « |
/Ѵэ, |
|
|
||
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=(і>л + |
2 |
Дю <Ш)(* — /Т 8 ), |
(2.1.6) |
|||
|
|
|
|
/ = і |
"а |
|
|
< |
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