Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf

выполнения функций и паразитными параметрами функциональных устройств.

Потери при приеме информации, которые имеют место при работе реальной системы связи и которые обусловлены перечисленными неидеальностями реализации, удобно характеризовать потерями досто­ верности и потерями энергии.

Потерями достоверности | о ш будем называть отношение вероят­ ности ошибок в реальной схеме Р о ш р к вероятности ошибок в теоре­

при котором получается та же достоверность, что и в теоретической

рактеристикой потерь являются потери энергии. Они могут опреде­ ляться неидеальностью одного или нескольких параметров отдельных

ния функций и паразитными параметрами, потери могут рассматри­ ваться как детерминированные величины.

Если исследуются потери, обусловленные неточностью изготов­ ления и нестабильностью элементов, то параметры L t являются слу­ чайными величинами и потери £г также являются случайными вели­ чинами и должны описываться функцией распределения w (£я). Однако оперирование с функциями распределения в инженерной практике не всегда удобно.

Наиболее целесообразной вероятностной инженерной оценкой потерь являются ожидаемые потери при заданной вероятности того, что эти потери не будут превышены в любом случайно взятом устройст­

191

Обычно берут Р (ІЕ > ІЕ ож) ~ 0,003, так как для нормального закона распределения со (|Е) это соответствует отклонениям в 3D1/2(IE) [6.14, 6.22]. При такой заданной вероятности ожидаемые

потери \Е ОЖ будем обозначать как %Е И иногда для краткости называть максимальными потерями.

Иногда удобно оценивать потерн энергии (достоверности), вы­

—оо

6.2.Общие вопросы реализации схем с корре­ ляторами

Корреляционные схемы широко используются в различной радио­ технической аппаратуре. Имеется большое количество вариантов реа­ лизации этих схем. Выбор варианта корреляционной схемы в систе­ мах передачи информации с ШПС определяется в первую очередь тем, какие параметры сигнала известны, а какие нет. Реализация осущест­ вляется исходя из оптимальных теоретических схем, приведенных в гл. 2 для основных сочетаний неизвестных параметров сигнала.

Во многих случаях оказывается целесообразной реализация кор­ реляционной схемы совместно с другими схемами и устройствами, поз­ воляющими считать известными те или иные неизвестные параметры сигнала, например со схемами поиска и синхронизации по частоте и задержке сигнала, с устройствами выделения фазы сигнала и т. д.

При реализации должны быть решены следующие вопросы: а) воз­ можное усовершенствование принципа построения корреляционной схемы, при котором по техническому выполнению она отличается от схемы, вытекающей из аналитических выражений, позволяющее упростить техническую реализацию и устранить ряд практических недостатков корреляционных схем, построенных на основе теоретиче­ ских; вариантом усовершенствованной схемы является, например, часто используемый радиочастотный коррелятор; б) включение до­ полнительных каскадов и устройств, необходимых в реальной схеме для обеспечения согласования, усиления, разделения и т. д.; в) сопря­ жение корреляционной схемы с другими частями приемного устройства (устройством поиска и синхронизации по частоте и задержке, приемни­ ком, устройством вторичной обработки информации и т. д.); г) иссле­ дование и уменьшение влияния неидеальностей схемы и элементов на потери достоверности и энергии.

Ч- ' Не имея возможности подробно рассматривать все варианты реа­ лизации схем с корреляторами для приема сигналов со всевозможными

192

сочетаниями случайных параметров, остановимся только на наибо­ лее типичном случае, когда используются бинарные ортогональные сигналы с неизвестными амплитудой, фазой, задержкой и частотой. Причем вопросы реализации самой корреляционной схемы будем рас­ сматривать в предположении, что неопределенность по частоте и за­ держке сигнала устраняется применением соответствующих дополни­ тельных схем и устройств.

На рис. 6.2.1 приведен пример реализации такой схемы и даны функциональные устройства, входящие в ее состав. Сигнал, пройдя через приемник (Пр), обычно состоящий из усилителя высокой ча­ стоты (УВЧ), смесителя (См), гетеродина (Г) и усилителя промежуточ-

Рис. 6.2.1.

ной частоты (УПЧ) с автоматической регулировкой усиления (АРУ), поступает на устройство поиска и синхронизации по частоте и задерж­ ке (УПС). После того как неопределенность устранена и сигнал со­ провождается по частоте и задержке, начинается процесс приема

информации, заключающийся в оптимальном распознавании сигналов

Si (0 и s 2 (/).

Устройство оптимальной обработки (УОО) состоит из двух кана­ лов, в каждом из которых, имеется генератор соответствующей копии сигнала (ГКС). Каждый из этих двух каналов в свою очередь представ­ ляет собой двухканальную квадратурную схему (см. § 2.3). На пере­ множающее устройство (Пм. У) одного из квадратурных каналов копия подается со сдвигом по фазе несущей я/2, осуществляемым фазо­ вращателями (ФВ).

Если поступил сигнал s± (t) и действует помеха, то на выходах перемножающих устройств канала sx появляются видеоимпульсы длительностью Ts, значение амплитуд которых определяется резуль­ татами перемножения смеси помехи с сигналом на копию сигнала, причем соотношение значений амплитуд для обоих квадратурных ка­ налов определяется фазой сигнала. Эти видеоимпульсы поступают на видеочастотное интегрирующее устройство со сбросом (ВИУ).

Такие корреляторы будем называть видеочастотными. Результаты интегрирования стробируются по времени стробирующими устройст­ вами (Стр. У) и после возведения в квадрат на квадрирующих уст­ ройствах (Кв. У) и суммирования на суммирующем устройстве (СУ) поступают на устройство принятия решения (УПР), где производится сравнение с выходом канала s2, в котором действует помеха. Схема принятия решения выдает на устройство вторичной обработки инфор­ мации (УВО) импульсы нормированной амплитуды и длительности, символизирующие принятие той или иной гипотезы.

Блок поиска и синхронизации по частоте и задержке управляет частотой гетеродина приемника и синхронизирует генераторы копии сигналов по тактовой частоте и задержке, а также выдает импульсы на сброс интеграторов и на стробирующие устройства.

Основным недостатком схемы с видеочастотным коррелятором является необходимость применения между выходом перемножителя и стробирующим устройством каскадов постоянного тока. За строби-

Рис. 6.2.2.

рующим устройством при реальной скважности выборок могут быть использованы каскады переменного тока. Для уменьшения числа кас­ кадов постоянного тока стробирующие устройства целесообразно располагать непосредственно за интеграторами. Наличие в схеме каскадов постоянного тока, для которых характерен дрейф нуля, при­ водит, как будет показано ниже, к существенным потерям.

На рис. 6.2.2 приведен пример схемы, в которой применен радио­ частотный коррелятор и даны основные функциональные устройства, входящие в нее. Для устранения необходимости применения каскадов постоянного тока в этой схеме результат перемножения перенесен на радиочастоту, для чего несущая частота в генераторах квазикопии сигнала (ГККС) сделана отличающейся от частоты сигнала. При по­ ступлении сигнала и действии помех на выходе соответствующего пере­ множителя образуются радиоимпульсы длительностью Ts с разност­ ной несущей частотой, огибающая, отклонения фазы и начальная фаза которых определяются перемножением смеси сигналов с помехой и ква­ зикопии сигнала. Радиоимпульсы подаются на интегрирующее уст-

194

ройство, которое в этом случае будем называть радиочастотным инте­ грирующим устройством (РИУ). Оно должно обеспечивать интегриро­ вание огибающей с учетом отклонений фазы. Огибающая на выходе интегратора не зависит от начальной фазы импульса, поэтому на выходе интегратора устанавливается амплитудный детектор (Д). От­ клики каналов подаются на стробирующие устройства (Стр. У) и за­ тем на устройство принятия решения.

Преимуществом схемы обработки с радиочастотным коррелятором, помимо отсутствия каскадов постоянного тока, является возможность обработки сигналов с неизвестной фазой в одноканальной схеме. При расчете достоверности, обеспечиваемой такой схемой при идеальном выполнении аппаратуры, можно пользоваться теми же выражениями (см. гл. 2), что и при идеальном выполнении предыдущей схемы.

Рассмотренные корреляционные УОО могут представлять из себя отдельные каналы системы, в которой неопределенность по частоте и задержке устраняется применением соответствующего числа кана­

Одним из возможных вариантов работы УПС является следующий. В режиме поиска частота гетеродина по программе скачками меняется на А / г е т < \ITS с периодичностью, задаваемой поисковым устройст­ вом по частоте (ПУЧ). По сигналу, поступающему с поискового поро­ гового устройства (ППУ), изменение частоты по программе прекращает­ ся и частота гетеродина управляется по замкнутому контуру через устройство синхронизации по частоте (УСЧ), основой которого яв­ ляется узкополосный частотный дискриминатор.

Задержка копии сигнала определяется временным положением импульсов на выходе устройства формирования синхроимпульсов (УФСИ), которое управляется генератором тактовых импульсов (ГТИ) через устройство поиска по задержке (ПУЗ). В процессе поиска по задержке после каждого цикла импульсов в N3 элементов производит­ ся сдвиг на один элемент. Этот сдвиг прекращается по команде с вы­ хода поискового порогового устройства и включается устройство син­ хронизации по задержке (УСЗ), управляющее временным положением синхроимпульсов. Следует отметить, что обычно большое число ка­ скадов корреляционной схемы оптимального приема может использо­ ваться в устройствах поиска и синхронизации.

6.3. Общие вопросы реализации схем с согласо­

ванными фильтрами

Согласованные фильтры нашли применение в различной радио­ технической аппаратуре, в том числе и в системах передачи информа­ ции, использующих ШПС. Реальные схемы приема ШПС с согласован­ ными фильтрами (СФ), как и корреляционные схемы, должны строить-

ся на основе теоретических схем, приведенных в гл. 2. Так же как и при реализации схем с корреляторами, во многих случаях оказывает­ ся необходимым использовать СФ совместно с другими схемами и уст­ ройствами, позволяющими считать известными те или иные неизвест­ ные параметры сигнала.

При реализации схем с СФ должны быть решены следующие во­ просы: а) сопряжение схемы с согласованным фильтром с приемником, устройствами вторичной обработки информации, с устройствами по­ иска и синхронизации; б) выбор схемы и типа согласованных фильт­ ров для ШПС, например радиочастотные или видеочастотные фильт­ ры с использованием линий задержки с отводами или многоканальных фильтров; в) включение дополнительных каскадов и устройств, не­ обходимых в реальной схеме для обеспечения согласования, усиления,

ности элементов фильтра, а также других каскадов и функциональных устройств, неидеальности выполнения функций и паразитных пара­ метров и т. д.

Не имея возможности подробно рассмотреть большое количество вариантов схем оптимального приема ШПС с согласованными фильтра­ ми, в дальнейшем в основном будем иметь в виду их реализацию для наиболее распространенного в системах передачи информации с ШПС случая приема бинарных ортогональных ФМн сигналов с неизвестной амплитудой, фазой, частотой и задержкой, предполагая, что примене­ ние соответствующих устройств устраняет неопределенность и осу­ ществляется синхронизация по задержке и по частоте, что позволяет реализовать СФ на основе теоретической схемы, оптимальной для приема сигнала с известной частотой и задержкой.

Пример схемы с радиочастотным СФ и основные функциональные устройства, входящие в ее состав, даны на рис. 6.3.1. Сигнал с вы­ хода приемника поступает на устройство оптимального распознава­ ния сигналов, состоящее из двух каналов: канала сигнала st и канала сигнала s2. В свою очередь каждый из каналов состоит из согласован­ ного с соответствующим сигналом радиочастотного фильтра (РСФ), детектора (Д) и стробирующего устройства (Стр. У). Результаты рабо­ ты каналов сравниваются в устройстве принятия решения (УПР).

196