Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 194

Скачиваний: 0

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

Если уэх > 0 при yBS = ST3 или если уэх < О при г/э« = ST 9 , то элемент сигнала будет распознан правильно. Вероятность этого

ввиду того, что функции распределения

уэх при уЭ8

= ± STa рас­

положены зеркально

и разнополярные

элементы

равновероятны,

можно найти

из

выражения

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

Рэ=

S w(yaJyas=STd)

dyax=

+ —aresin-^- =

 

0

 

 

2

Л

On

 

 

 

- - J - + aresin

(7,„.

(7.7.3)

 

 

 

l

л

 

 

Для случая,

когда

т к о р ф

= Та, решения по распознаванию со­

седних элементов сигнала можно считать независимыми и для описа­ ния распределения отклика на выходе ДСФ может быть использован биномиальный закон с переходом при больших значениях Б 8 к нормаль­ ному распределению, как это было сделано в § 7.5. Тогда вероятность

правильного распознавания

противоположных

ШПС

определяется

с использованием выражения

(7.5.5), в котором

рэ определено со­

гласно (7.7.3).

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись

разложением

(7.7.3) в степенной

ряд и ограни­

чившись первым его членом,

что справедливо при qan-+0,

получим

P{r*lsx)=P{YM

= F

2

2Beq!„

 

(7.7.4)

Для линейного согласованного фильтра можно

аналогично

получить

P (VjSl)

= P (rjst)

= F [У 2 Б ^ ] .

 

(7.7.5)

Следовательно, при сильной помехе ее влияние в ДСФ по мощности будет всего в 4,8 раза значительнее, чем в линейном фильтре. При

уменьшении интенсивности

помехи

ее

влияние будет ослабевать и

при Sn < 5 полностью исчезает.

 

 

Для случая, когда т к о р

ф ; г ^ Ts

=

Б 8 Т Э , решения по распознава­

нию элементов, имеющих один и тот же знак, получаются одинаковыми, т. е. если фаза помехи такова, что Sn cos Ф „ 0 > S, и, следовательно, переименован хотя бы один из элементов ШПС, то все совпадающие с ним по знаку элементы также переименованы, и сигнал не может быть распознан. В этом случае средняя вероятность распознавания сигна­ ла за счет того, что фаза случайна и может приобретать значения, при

которых распознавание возможно,

равна

вероятности распознавания

элемента и может быть определена

из (7.7.3), т. е.

 

Р (ГM

= P (rs2 /s2 ) =

\ +

i - aresin qsn.

(7.7.6)

Для случая линейного согласованного фильтра при этих же усло­

виях можно получить

 

 

 

Р (ГM

' = P (rs2 /s2 ) =

- i -

+ \ aresin Ѵ~Б~Ж-

(7.7.7)

305


Следовательно, в ДСФ при помехе, близкой к гармоническому сигналу, средние потери энергии составляют Б 8 раз по сравнению с по­ терями линейного фильтра.

Для случая, когда Т э

^ т к о р ф <

 

Ts,

представим ШПС как сово­

купность прилежащих друг к другу

kc

=

Ts/xK0V4,Qn

сегментов

рав­

ной длины, состоящих из

m = т к о р

ф

/Гэ элементов. Считаем,

что

помеха на каждый сегмент действует независимо, в течение его дли­ тельности фаза помехи не изменяется и с плотностью вероятностей 1/2я может принимать любые значения в пределах от 0 до 2л. В за­ висимости от фазы и значения амплитуды помеха может или изменять решение по приему элементов сегмента, которые имеют другой знак, или не влиять на правильность решений по приему элементов. По­ скольку знак помехи с равной вероятностью может совпадать как с по­ ложительными элементами ШПС, так и с отрицательными, и имеет место усреднение действия помехи на выходе ДСФ по всем kc сегмен­ там, можно положить, что в любом сегменте количество положитель­ ных элементов составляет половину общего числа элементов. Вероят­ ность правильного приема всех элементов сегмента равна правильному распознаванию элемента в сегменте.

Рассматривая результат обработки в ДСФ сегментов ШПС как последовательность kc независимых испытаний, можно определить вероятность любого количества правильно принятых сегментов и, воспользовавшись нормальным приближением для биномиального закона, применяя методику, неоднократно использованную выше, мож­ но получить следующее приближенное выражение:

 

Ts

2 р э ~ 1

 

P(Tsl/Sl) =

P(rs2/s2)^F VТ к о р ф п

2 і / р э ( 1 - р э ) J

(7.7.8)

Из полученных

результатов следует, что по мере уменьшения ин­

тервала корреляции фазы помехи ее мешающее действие на ДСФ осла­ бевает. Это можно объяснить тем, что при наличии случайных изме­ нений фазы за время действия сигнала увеличивается вероятность того, что некоторые из сегментов будут приниматься в благоприятных условиях и обеспечат распознавание сигнала.

Таким образом, ДСФ обладают существенно худшей помехоустой­ чивостью по отношению к помехе с постоянной амплитудой, чем ли­ нейные согласованные фильтры. Это объясняется тем, что при исполь­ зовании ДСФ помеха не декоррелируется в фильтре, как это имеет место при использовании линейных фильтров в ШПС.

Указанное значительное влияние помех на ДСФ имеет место при совладении частот: со0„ = coÄ. При наличии расстройки по частоте, превышающей \ІТа, действие помехи с постоянной амплитудой будет существенно ослабевать, так как при этом будет происходить «набег» фазы помехи за время действия ШПС, что создаст благоприятные условия для приема части элементов сигнала. Все сказанное выше отно­ силось к условному случаю отсутствия других помех. Реально они всегда действуют и этот случай будет рассмотрен ниже.

306


7.7.2. Фазоманипулированная помеха

При (Oon = û)s и

Т,т

Тя

При оценке действия

этой помехи на ДСФ необходимо учитывать

дополнительное обстоятельство. Влияние ФМн

помехи зависит

от

взаимного положения моментов переброса фазы помехи и сигнала.

Наиболее неблагоприятным будет случай, когда моменты переброса

фазы сигнала и помехи совпадают, при этом накопление энергии помехи

в фильтре первого решающего устройства ДСФ

происходит при

по­

стоянном ее знаке в те­

 

чение

 

времени

накопле­

 

ния сигнала.

Не

 

приводя

 

 

выкладок,

отметим, что ве­

 

 

роятность

 

правильного

 

приема ШПС в этом случае

 

 

определяется

выражением

 

'35

(7.7.6), т. е. действие ФМн

 

помехи,

 

синхронной

по

 

такту

с

сигналом,

эквива­

 

лентно

действию

 

на ДСФ

 

помехи

с

постоянной

ам­

 

плитудой

и

интервалом

 

корреляции

фазы,

равным

 

длительности

ШПС.

 

 

 

 

Если же момент переб­

 

роса

фазы помехи

имеет

 

произвольный сдвиг

отно­

 

сительно

момента

 

переб­

Рис. 7.7.1.

роса

фазы

сигнала,

то

 

качество

работы

 

ДСФ

 

будет

зависеть от

 

сдвига

моментов начала действия элементов сиг­

нала

и

помехи.

Имея

в

виду квазислучайность законов манипуля­

ции фазы сигнала

 

и помехи,

элементы ШПС с точки зрения влияния

помехи можно разделить на две группы. Первую составляют те 0,5BS элементов, на которые не приходится разрыв фазы помехи, остальные 0,5Б8 элементов сигнала образуют вторую группу, которая характери­ зуется тем, что за время длительности любого элемента напряжение помехи на выходе перемножителя ДСФ изменяет свой знак. Вероят­ ность правильного распознавания элементов первой группы не за­ висит от взаимного положения моментов переброса фазы сигнала и по­

мехи и определяется (7.7.3). Во втором случае напряжение

помехи

на выходе фильтра первого решающего устройства

ДСФ в момент со­

гласования элемента ШПС и фильтра определяется величиной

интер­

вала времени тг а между моментом переброса фазы

помехи и момен­

том принятия решения (рис. 7.7.1):

 

 

2Хп

COS ф п 0 ,

 

(7.7.9)

 

 

307


Тогда вероятность правильного распознавания элемента ШПС второй группы определяется выражением

 

Р У С О =

 

v +

" ~ a r

 

c s i n ^

2т„

 

(7.7.10)

 

 

 

2

л

 

 

 

 

причем р,, (т„) =•. 1,

если qsn

\ Tj2xn

\ >

1.

 

 

 

Условная вероятность

правильного приема ШПС имеет вид

 

P(rs l /s1 ,

xn) = P(Tjs2,

т„) =

 

 

^; Y

+ 2^ a r c s

i n

Я,п + ^ a r c

s i n 7 s n l ^ / 2 t „ | ,

(7.7.11)

 

 

 

 

 

 

0,8

1,0 <}sn

 

Рис. 7.7.2.

и после усреднения (7.7.11) по всем возможным значениям хп получим

Р (Гл/S!) = P (rs 2 /s2 ) =

4- + — arcsin qsn

+

.£jn j n I + Y l ~ l ! n

(7.7.12)

2n

Q2

 

Сравнение полученного выражения с (7.7.7) показывает, что ФМн

помеха менее эффективна, чем гармоническая, так

как третий член

в (7.7.12) всегда больше нуля. На рис. 7.7.2 приведены зависимости,

характеризующие помехоустойчивость ДСФ

при

действии

помехи

с постоянной амплитудой, от qsn для т к о р Ф п

 

= 7Y, 0,1 Ts; 0,02TS ; Тэ

(кривые аг соответственно). На рис. 7.7.2

приведены также зависи­

мости Р о ш (qsn) для фазоманипулированной

помехи

(кривая

д) и для

линейного согласованного фильтра при т к о р ф

= Тэ;

Ts (кривые е и ж).

308


Таким образом, в рассмотренном варианте ДСФ существенно уступают линейным фильтрам в помехоустойчивости при действии помех с постоянной амплитудой. Однако при оценке ДСФ в этом смысле нужно иметь в виду, что был рассмотрен случай, когда частота помехи точно равна частоте сигнала, отсутствуют другие помехи и выпол­ няется распознавание противоположных сигналов. Более полное пред­ ставление о свойствах ДСФ при действии помех с постоянной амплиту­ дой требует исследования случаев, когда имеется расстройка помех и по частоте и ДСФ построен по схеме приема сигнала со случайной фазой и задержкой.

Существенный проигрыш в помехоустойчивости объясняется тем, что в рассматриваемых ДСФ используется двоичное квантование отклика на выходе фильтра РУ1. Если использовать в РУ1 многоуров­ невое квантование и усложнить алгоритм и схему обработки последо­ вательности решений, то можно существенно ослабить указанный недостаток ДСФ.

7.7.3. Воздействие на ДСФ помехи

С П О С Т О Я Н Н О Й а М П Л И Т у Д О Й П р И 0n = (ùs,

Ткорфп = 7'8 и шумовой помехи

В реальных условиях помимо помехи с постоянной амплитудой всегда действует шумовая помеха той или иной интенсивности. В ли­ нейных фильтрах можно рассматривать прохождение разных помех и сигнала независимо. В ДСФ этого делать нельзя, что приводит к зна­ чительным трудностям анализа. Поэтому с целью выявления основных закономерностей было осуществлено моделирование на ЭВМ работы синхронного ДСФ при распознавании противоположных сигналов в ус­ ловиях действия указанных помех. Результаты моделирования приве­ дены на рис. 7.7.3. Они хорошо согласуются с результатами теоретиче­ ского анализа, а именно: вероятность правильного распознавания сиг­ нала при on/s = О соответствует (7.7.6); вероятность правильного распознавания сигнала при действии одной шумовой помехи (s„/s = 0) соответствует (7.5.5).

Из анализа зависимостей, приведенных на рис. 7.7.3, следует, что работа ДСФ в условиях действия совокупности разных помех в принципе отличается от работы линейных фильтров. Действительно, появление шумовой помехи и увеличение ее мощности при наличии помехи, подобной сигналу, приводит к улучшению достоверности приема. Это объясняется тем, что шумовая помеха, смешиваясь с по­ мехой с постоянной амплитудой и фазой, создает результирующую помеху, у которой амплитуда и фаза принимают случайные значения, что создает более благоприятные условия для правильной работы РУ1 и фильтра в целом, несмотря на увеличение суммарной мощно­ сти помехи. Если мощность шумовой помехи больше, чем мощность помехи с постоянной амплитудой, то помеха с постоянной амплиту­ дой на работу ДСФ практически не влияет. Аналогичные закономер­ ности должны наблюдаться и в схемах для приема сигнала со слу­ чайной фазой.

309