Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 208
Скачиваний: 0
любой, то ее распределение можно полагать равномерным. |
Неопре |
деленность по задержке неизбежна в начале работы системы |
с ШПС |
и не может быть устранена улучшением аппаратуры. |
|
Неопределенность по частоте определяется многими факторами. При отсутствии относительного движения и высокой стабильности аппаратуры она может отсутствовать. Обычно распределение откло нений по частоте в пределах интервала неопределенности отличается от равномерного. Однако с целью упрощения методики анализа во многих случаях приближенно полагают, что распределение равномер но и симметрично относительно номинальной частоты. Этим прибли жением будем широко пользоваться в дальнейшем. Для получения модели, удобной для математического анализа, физического истолко вания результатов и синтеза схем, необходимо сделать еще один шаг. Напомним, что изменение задержки и частоты на величины, существен
но меньшие чем TJBS |
и A/ S /B S I мало влияет на результат приема, а при |
|
достижении расстройки по частоте |
A/ S /B s и сдвига по задержке Ts/Bs |
|
сигналы становятся |
практически |
ортогональными. Квазиортогональ |
ность сохраняется и при больших значениях рассогласований. По этому рассогласования в небольших пределах практически не сказы ваются на результатах, и их вообще можно не рассматривать, если предполагается, что фаза сигнала случайна. Тогда удобно полагать, что и задержка и частота изменяются дискретно, причем величину
шага удобно |
принять равной |
тем значениям расстройки по частоте |
и сдвига по |
задержке, при |
которых достигается ортогональность. |
Тогда области неопределенности разбиваются на «самостоятельные» дискретные участки. Количество этих участков в пределах области
неопределенности |
будет равно: |
|
|
|
|||||
по |
задержке, |
|
# , |
= 7У(7ѴБ,) = Б в |
(5.2.1) |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
N |
2Д/^ = |
J W ^ Б |
( 5 2 . 2 ) |
|
по |
частоте. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Приняв модель дискретного изменения частоты и задержки, по |
||||||||
сути, |
мы полагаем, |
что в |
точку приема может приходить один из |
||||||
Nn |
= |
NXf |
— NfNx |
= |
NfBa |
квазиортогональных сигналов с |
разными |
||
задержками и с |
разными |
частотами. |
|
ps |
|||||
|
Если процедура поиска выполняется при передаче не одного, a |
||||||||
ортогональных сигналов, то необходимо распознавать один |
из NH |
= |
|||||||
= |
Nfbsps |
сигналов. При |
поиске |
по одному сигналу и стабильной |
|||||
частоте |
NH = Bs. |
|
|
|
|
в |
|||
|
Конечно, рассмотренная модель является приближенной и |
||||||||
какой-то степени условной. Действительно, реально и частота и |
за |
||||||||
держка |
могут принимать |
любые |
значения в определенной |
области. |
В принятой модели предполагается, что и частота и задержка изме няются дискретно от состояния точного согласования на величины, кратные Та/Б3, A/ S /B s и промежуточных значений не принимают. Кроме того, при непрерывной расстройке по частоте и непрерывном
153
изменении задержки ШПС являются квазиортогональными и в среднем максимумы боковых выбросов составляют величину, примерно равную 1/]/Б8 от максимума основного выброса. Однако рассмотренная модель позволяет просто получить результаты, правильно отражающие влия ние неопределенности по частоте и задержке, и потому широко исполь зуется.
5.2.2. Многоканальная схема «поиска»
Задача «поиска» при принятой модели сводится к тому, чтобы вы полнить обнаружение, т. е. установить, действует ли хотя бы один из квазиортогональных сигналов или есть только помехи, и распознать, какой именно из сигналов действует, что позволит устранить неопре деленность по частоте и задержке. Как было показано в гл. 2, для опти мального распознавания NH ортогональных сигналов необходимо ис пользовать ./Ѵн -канальную схему.
КК |
— » • |
1 |
t
КК
2
x(t)
•
•
•
КК
' i l l
Генератор
копий
Схема отбора по максимуму
Номер избранного канала или
* решение о эабержке
ичастоте
. 1 + Сигналы есть
1 - Сигналов нет
\
Порог П
|
Рис. 5.2.1. |
Синтез схемы, |
оптимальной при решении задачи обнаружения, |
в указанных выше |
условиях требует отдельного рассмотрения и вы |
полнен ниже. Поэтому в настоящем параграфе рассмотрим квазиопти мальную схему, в которой осуществляется оптимальное іѴн-ичное распознавание и для выбранного сигнала (канала) выполняется про цедура оптимального двоичного обнаружения. Соответствующая функ циональная схема дана на рис. 5.2.1. Схема может содержать УѴН квадратурных корреляторов (КК), на которые подаются копии p s сигналов с разными значениями частоты и задержки. Выходы каналов поступают в решающее устройство, в котором осуществляется сравне ние и выбирается канал с наибольшим значением. Принимается гипотеза о действии того сигнала, который соответствует этому каналу, или,
154
поскольку решается задача устранения неопределенности по частоте и задержке, принимается решение о том, что сигналы имеют отклонения по частоте и по задержке, соответствующие этому каналу. Поскольку отклики NH каналов взаимно сравниваются, то в каждом из них может вычисляться любая монотонная функция от отношения правдоподобия, например In / (х), что обеспечивается корреляторами.
Для того чтобы проверить правильность этого решения, нужно, очевидно, выбранное решающей схемой наибольшее напряжение срав нить с порогом, который может быть установлен по разным правилам, т. е. осуществить операцию обнаружения сигнала в избранном канале. По причинам, которые были подробно изложены выше, наиболее целе сообразно установить порог по допустимой вероятности ложного обна ружения.
Рассматриваемая многоканальная схема, по сути, является бес поисковой. Однако она решает ту же задачу, что и рассмотренные ниже поисковые схемы, но только в основном за один цикл приема сигнала. Поэтому применительно к этим схемам термин «поиск» будем приме нять условно, что отмечается кавычками.
5.2.3. Качество работы схемы и вероятности ошибок
Рассматриваемая схема (рис. 5.2.1) может работать в условиях, когда сигнала нет и в точке приема отсутствуют сведения о моменте включения системы. При этом необходимо систематически следить за моментом включения системы и приемное устройство должно ре шать задачу обнаружения. В таком режиме наблюдаются следующие основные ошибки. Если сигнал отсутствует, то схема распознавания все равно выбирает один из каналов; тогда ошибка может состоять в том, что отклик избранного канала превысит порог, и будет принято ошибочное решение о действии сигнала в то время, когда он отсутст вует. Поскольку имеется NH каналов и сравнение с порогом произво дится для того канала, в котором напряжение наибольшее, то вероят ность ложного обнаружения Р (TJ0Nu) при высокой достоверности ориентировочно будет в Na раз больше, чем вероятность для каждого из каналов Р (ГУОІ). Тогда
Р (ІУ0#„) « NaP (ГM)- |
(5.2.3) |
Выражения для Р (ІУОІ) были получены в § 2.3. Отметим, что в них отсутствовал индекс 1, поскольку в §2.3 рассматривался случай бинарного обнаружения и не было надобности в усложнении индекса. Величина Р (rg /(WH ) обычно задается из условий работы системы при отсутствии сигнала и составляет Ю- 1 —10~3 . Каждое ложное обнару жение сопровождается указанием канала, где как будто есть сигнал. Последующая проверка — прием на ошибочно избранном канале не подтверждает наличия сигнала, и поиск возобновляется. Это приводит к увеличению времени устранения неопределенности. Желательно уменьшить Р (іуОЛ/н), устанавливая соответствующим образом порог,
155
но это приведет к увеличению вероятности другой ошибки — про пуска сигнала, а также к потере времени.
Если сигнал появился и схема распознавания указала или вы брала канал, в котором отклик максимален, то ошибка может состоять в том, что при сравнении отклика канала с порогом он не достигнет порога и будет принято решение об отсутствии сигнала. Поскольку производится сравнение с порогом выхода одного канала, то вероят ность пропуска сигнала в схеме с JV„ каналами Р (T0/sNn) будет в пер вом приближении при высокой достоверности равна вероятности про
пуска сигнала в одном канале |
Р (F0/s 1) при одинаковых |
энергиях |
и порогах: |
|
|
Р (T0/sN„) |
да Р (Го/sl). |
(5.2.4) |
Если сигнал действовал, но схема распознавания неправильно «распознала» канал, то это не обязательно приведет к ошибке обнару жения, если будет превышен порог. Не будем учитывать этой ошибки ввиду малой вероятности ее появления. Поскольку рассматривается процедура обнаружения, то ее качественной характеристикой являет ся вероятность пропуска сигнала при заданной вероятности ложного обнаружения.
Эта вероятность для основного случая, когда каждый из возмож ных квазиортогональных сигналов рассматривается как сигнал со случайной фазой, может быть получена, если не учитывать неидеаль ную ортогональность, с использованием (2.3.33). Выполнив преобра зования, получим
/ 2Ё; |
21п |
(5.2.5) |
|
Процедура обнаружения должна выполняться в системе перед началом приема информации, когда и частота и задержка точно из вестны. При этом, если ps = 1, реализуется случай простого бинарного обнаружения, рассмотренный в гл. 2. Очевидно, что при наличии не определенностей достоверность обнаружения ухудшается, что можно рассматривать как потери энергии сигнала. Используя тот же метод, что и при получении (2.3.34), можем для сигнала со случайной фазой записать выражение, связывающее отношение энергии сигнала к плот ности мощности помех ESN /МП, при наличии неопределенности NH и при заданных вероятностях ошибок пропуска сигнала и ложного обнаружения:
I n — ^ |
f ] / In |
1 |
1,4 |
(5.2.6) |
Р ( Г , / 0 Л Г И ) |
V |
P(T0/sNa) |
|
|
Требуемое отношение энергии сигнала к плотности мощности помех при отсутствии неопределенностей по частоте и задержке для сигнала
,56
со случайной фазой дается выражением (2.3.34). Тогда отношение требуемых энергий сигнала будет иметь вид
|
|
P(ralONB) |
+ |
In P(r0/sNn) |
1,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
(5.2.7) |
|
In- Р (IVO) |
|
In |
P(r0/s) |
- 1,4 |
||
Определяя потери энергии, при выполнении процедуры обнаруже |
|||||||
ния нужно предполагать |
одинаковое |
качество работы, т. е. полагать |
|||||
Р (Г,/0ЛГн) = |
Р (ГУО) |
и |
P (r0/sNH) |
= Р (Го/s). |
Например, при |
||
Р (ГУ0ІѴ„) = |
10"2, Nx} |
= |
104 и |
P (r0/sNH) |
= 0,9 |
потери в эквива |
лентной энергии составляют примерно 2 раза. Как видно, потери энергии при выполнении процедуры обнаружения, вызванные зна чительной неопределенностью, могут быть сравнительно небольшими. Однако это имеет место только при использовании многоканальной схемы и при чрезмерном усложнении аппаратуры. В рассмотренном примере должно быть 101 каналов.
Наряду с процедурой обнаружения схема решает и задачу устра нения неопределенности по частоте и задержке. При этом также про
исходят |
ошибки. Рассмотренная |
выше вероятность пропуска сигнала |
P (r0/siVH) вместе с тем должна |
рассматриваться и как составляющая |
|
ошибки |
устранения неопределенности, так как если сигнал был и мы |
его пропустили, то неопределенность не была устранена. При анализе работы этой схемы в режиме устранения неопределенности может быть еще ошибка, обусловленная тем, что распознавание выполнено не правильно, т. е. произошло переименование «сигналов», что имеет место, если максимальный отклик наблюдался на выходе канала, не соответствующего частоте и задержке пришедшего сигнала. При этом не имеет значения правильность или неправильность выполнения про цедуры обнаружения, так как и при пропуске сигнала, и при принятии
гипотезы о его действии неопределенность |
не будет устранена. |
|||||
Если рассматривать случай, когда вероятность ошибок невелика, |
||||||
то вероятность |
переименования |
Р 0 ш N , |
определяемая |
из (2.3.36), |
||
будет равна |
|
|
N„ |
• |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ош Nн |
M |
1 |
|
(5.2.8) |
|
|
|
|
|
||
Результирующая вероятность ошибки при устранении неопределен |
||||||
ности по частоте и задержке Р о ш у „ |
равна |
|
|
|||
|
Р.ош ун |
|
|
|
(5.2.9) |
|
Для сигнала |
со случайной |
фазой получим |
|
|||
|
П |
~ # н — |
1 |
EJ2N |
1 — |
|
|
ош уH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2£e |
|
|
Nu |
(5.2.10) |
|
— F |
|
|
21п-Р(Г,№и) ] |
157