Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 179

Скачиваний: 0

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

примерно в 2 раза

меньше,

чем приведенные на рис. 8.6.1. При ограничении

полосы значением

А/оф^э

1, т. е. при излучении основного «лепестка»

спектра

идеально

сформированного

сигнала, потери в энергии составляют ~ 15%.

Из

рассмотренного выше следует, что при реальных ограничениях

полосы

частот в передатчике потери энергии и искажения формы незначительны, по­

этому часто полагают,

что в точку

приема

поступают

сигналы

с

прямоугольной

огибающей элементов и сигнала в целом. При приеме сигнала,

ограниченного по

Л(г) I

полосе частот

в

передатчике

и имеющего

паразитную

амплитудную

модуляцию,

в приемнике могут наблю­

 

даться дополнительные потери около 10%, обусловлен­

 

ные тем, что если

используются корреляторы, то реаль­

 

ные

перемножители

предусматривают

оптимальную

 

обработку

только

сигнала

с

постоянной

амплитудой.

 

При

использовании

согласованных

фильтров их реаль ­

 

ные амплитудно-частотные характеристики могут быть

 

близки

к

спектру

 

сигнала

 

и дополнительные

потери

 

незначительны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При анализе влияния ограниченной полосы частот

 

в приемнике

необходимо учитывать

ее

воздействие и

0,6 V-

іа сигнал и на помеху.

 

 

 

 

 

 

 

 

Не

 

будем

рассматривать возможные

сочетания

 

 

 

 

характеристик

приемника

и схемы

оптимальной обра­

 

ботки, так как при

 

анализе

 

указанного

случая

наибо­

 

лее

целесообразно

 

рассматривать

линейную

избира­

 

тельную

часть

приемника

как часть схемы оптималь­

 

ной

обработки.

 

Характеристики

 

УПЧ - приемника

Рис. 8.6.2.

и фильтра, включенного перед многоотводной линией задержки, совместно опре­ деляют характеристики предварительного квазиоптимального фильтра. Как

показано в гл. 6, оптимальная полоса

такого фильтра

составляет (0,7—1)/Тд

в зависимости от формы его частотной

характеристики,

и потери по сравнению

со случаем оптимального приема сигнала с прямоугольной огибающей составляют 1,2 раза или 0,5 д Б . При полосе частот, более узкой, чем оптимальная, потери возрастают. При использовании корреляторов получаются аналогичные резуль­ таты.

Следует иметь в виду, что ограничение полосы как в передатчике, так и в приемнике сопровождается не только потерями энергии и достоверности, но влияет также на вид основного выброса и характер и величину боковых выбросов. Наибольший интерес представляет исследование ФАК искаженного сигнала, так как это дает полное и однозначное представление о характере влияния огра­ ничения полосы в передатчике при оптимальном приеме такого сигнала и поз­ воляет т а к ж е определить влияние ограничения полосы в приемнике в тех усло-

338


виях, когда для облегчения технической реализации оптимальной схемы и обес­ печения ее участия в селекции мощных посторонних сигналов эта схема имеет характеристики, близкие к согласованным для искаженного сигнала.

З н а я АЧ Х канала, можно найти энергетический спектр сигнала на выходе канала, а затем от спектра перейти к ФАК . Поскольку аналитические выражения для энергетического спектра и ФАК, позволяющие в удобной форме осуществить переход от одной характеристики к другой, достаточно сложны, то удобным яв­ ляется использование методики разложения ФАК по ортогональным функциям, при этом (см. § 2.7) апериодическая ФАК может быть представлена суммой отрезков косинусоид, каждой из которых соответствует составляющая энерге­ тического спектра сигнала.

Аппроксимируем огибающую ФАК сигнала Б 5 (т) рядом Фурье , тогда

оо

Б в ( т ) = Б „ + У Б Й С О З А - І ^ Т . ( 8 . 6 . 1 )

 

Предполагая, что ФАК существует

в пределах [—Ts ,

Ts],

можно

найти

соответствующий

ей

спектр:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin. со7%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| ^ S

( » ) | 2

= 2 Б 0

Г 8

 

~ - * - - | -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ÙJ s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

(Ш — ш) Ts

 

f

sin ( Ш +

со) Ts

 

S . 6 . 2)

 

 

 

 

 

 

k= 1

 

 

 

(kQ — a) Ts

 

^

(kQ + w)Ts

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Спектр апериодической ФА К может быть с достаточной для практики

точностью

представлен

набором дискретных

 

значений с интенсивностью,

про­

порциональной

амплитудам

соответствующих

 

 

 

 

 

 

гармоник разложения ФАК в ряд Фурье.

 

 

 

 

 

 

 

Проиллюстрируем

применение

этого ме­

 

 

 

 

 

 

тода для анализа влияния ограничения

спект­

 

 

 

 

 

 

ра сигнала

на

примере

рассмотрения ШПС,

 

 

 

 

 

 

построенного на основе

ЛІ-последовательности

 

 

 

 

 

 

с Б 8

=

15.

На рис. 8 . 6 . 2 дана

ФАК

неиска­

 

 

 

 

 

 

женного

сигнала

(кривая

1),

а также

пред­

 

 

 

 

 

 

ставлены ФА К

искаженных

сигналов при на­

 

 

 

 

 

 

личии

ограничения

полосы

(кривая

 

2

соот-

 

 

 

 

 

 

ветствует

 

каналу

при Д / Э

 

0 , 8 Д / 5

кривая

 

 

 

 

 

 

3 - п р и

Д / 8 =

0,4Д/„).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осуществив

расчеты

 

большого

количе­

 

 

 

 

 

 

ства

 

сигналов

при

разной ширине

полосы

 

 

 

 

 

 

пропускания с помощью ЭВМ «Минск-22»,

 

 

 

 

 

 

можно

выявить

общие

закономерности

изме­

 

 

 

 

 

нения

их

параметров

[ 8 . 2 6 ] .

На рис. 8 . 6 . 3

 

 

 

 

представлены

изменения

величины

главного

 

 

 

 

 

максимума

R j (0)1 RS (0) — кривая

1

(т.

е.

 

 

Рис. 8.6.3.

 

изменение

энергии

сигнала),

ширина

основ­

 

 

 

 

 

ного выброса относительно ширины главного

 

 

 

 

 

выброса

ФАК неискаженного

сигнала

Г в

ы д 1ІТЪЬІ§ s (кривая 2),

уровень

боко­

вых

выбросов относительно

величины

основного

выброса

[RQIR(Q))VNB

(кри­

вая

3) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из результатов следует, что ограничение полосы сигнала, по сути, экви­ валентно соответствующему изменению базы сигнала. Такж е видно, что харак ­ тер боковых выбросов по мере сужения полосы частот изменяется. Короткие вы­ бросы с длительностью до Тд размываются и сливаются с импульсами большей длительности. Аналогичные явления наблюдаются при изучении взаимодейст­ вия двух сигналов. Следовательно, выбор базы используемых сигналов должен осуществляться с учетом ширины полосы пропускания канала .

339


8.7.Общая оценка влияния искажений

Изложенное выше позволяет сделать вывод о том, что характе­ ристики радиотехнических устройств оказывают существенное влия­ ние на свойства систем, использующих ШПС, в связи с чем анализ идеализированных свойств ШПС, выполненный в предположении от­ сутствия каких-либо искажений, неизбежных в реальной аппаратуре, не дает правильного и полного представления о свойствах систем, использующих такие сигналы.

При оценке всех основных параметров систем передачи информа­ ции, а именно: помехоустойчивости, взаимовлияния сигналов, разре­ шающей способности и т. п., необходимо учитывать влияние характе­ ристик аппаратуры. Особенно существенно влияние характеристик аппаратуры на потери в энергии сигнала и в достоверности его приема. При благоприятных условиях потери энергии могут составлять 1,5— 2 дБ, при неблагоприятных — до 10 дБ и более.

Рассмотренные в данной главе методы позволяют производить расчеты влияния реальных характеристик радиотехнических уст­ ройств систем передачи информации с использованием ШПС для ряда важных на практике случаев.


Г л а в а

д е в я т а я

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШУМОПОДОБНЫХ СИГ­ НАЛОВ ДЛЯ КОДОВОГО РАЗДЕЛЕНИЯ В МНОГОАДРЕСНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

9.1. Многоадресные системы и методы разделе­ ния сигналов

Шумоподобные сигналы могут использоваться в многока­ нальных и многоадресных системах связи. Многоканальные системы осуществляют передачу большого количества независимых сообщений по одному тракту, связывающему оконечные станции. При этом в общий тракт поступает групповой сигнал, формируемый тем или иным обра­ зом (в зависимости от способа разделения). Эти системы подробно изу­ чены и описаны в литературе [1.6], поэтому рассматривать их не будем.

Многоадресные системы (MAC) обеспечивают связь между любой парой из совокупности независимых источников и получателей сооб­ щений (абонентов), размещенных в пространстве независимо друг от друга. В многоадресной системе в отличие от многоканальной сиг­ налы различных абонентов поступают в общий тракт (ретранслятор или среду). Необходимым условием выделения полезного сигнала является взаимная ортогональность (квазиортогональность) сигналов различных адресов, что достигается для простых сигналов сдвигом по времени — временное разделение (BP) — или по частоте — частотное разделение (4P), а для шумоподобных сигналов ШПС — специальным выбором закона формирования сигналов при их частичном или полном совпадении по времени и полосе частот — разделение по форме т. е. кодовое разделение (KP). Эти способы разделения адресов отличаются друг от друга использованием времени, полосы частот и мощности передатчиков, причем при временном разделении принципиально не­ обходимо наличие синхронизации в работе всей системы, в то время как системы с 4P и KP могут быть как синхронными, так и асинхрон­ ными.

Временное и частотное разделения в сочетании с частотной моду­ ляцией в многоадресных системах с ретранслятором рассмотрены в мо­ нографии [1.11], поэтому подробно останавливаться на них не будем. Там же проведена информационная оценка, не учитывающая техниче­ ских ограничений, и сравнение различных методов разделения с точки зрения критерия использования пропускной способности ретрансля­ тора при многоадресной работе, включая KP для сигналов в виде от­ резков шума в случае передачи информации в бинарной форме. Ис-

341


следованию свойств многоадресных систем с кодовым разделением по­ священы работы [9 . 3, 9 . 1 1 ] и др. Однако, учитывая, что KP представ­ ляет принципиальный и технический интерес, считаем необходимым рассмотреть его возможности в сочетании с различными видами мо­ дуляции в асинхронных MAC при реальных моделях сигналов с учетом технических ограничений, а затем сравнить полученные результаты с аналогичными характеристиками для других методов разделения.

Кодовое разделение предполагает использование сигналов с осо­ быми свойствами. Такими свойствами обладают некогерентные сигна­ лы с временным кодированием и сигналы с частотно-временной матри­ цей (ЧВМ) [ 1 . 1 6 ] . У некогерентных сигналов начальная фаза высоко­ частотного заполнения каждого элемента случайна, и оптимальная обработка включает накопление после детектирования, что снижает их устойчивость по сравнению с когерентными сигналами по отноше­ нию к шумовым помехам с ограниченной мощностью, в том числе и к мешающим сигналам других адресов. Однако эти сигналы обладают преимуществами перед когерентными сигналами с точки зрения про­ стоты устройств формирования и приема. Возможности использования таких сигналов в асинхронных MAC исследованы в литературе [1.16, 9 . 1], поэтому не будем на них останавливаться, а лишь воспользуемся результатами для сравнения с результатами, получающимися при использовании ШПС, предусматривающих когерентность в пределах длительности сигнала.

В качестве ШПС для кодового разделения могут использоваться фазоманипулированные (ФМн) и когерентные частотноманипулированные (ЧМн) [1 . 7] шумоподобные сигналы. Так как используемые ів MAC шумоподобные сигналы являются квазиортогональными, то кодовому разделению принципиально присущи взаимные помехи между адресами, обусловленные неидеальностью функций взаимной корреляции и называемые шумами неорт_огона.л_ьности. Для уменьшения

шумов неортогональности необходимо выбрать-

ансамбль сигналов

с хорошими взаимокорреляционными свойствами, например

М-по-

следовательности, у которых выбросы взаимокорреляцонной

функ­

ции

не превосходят (2—3)/І/~Б7 ОТ основного

выброса

автокорре­

ляционной функции. Использование для кодового разделены

ФМн

или

ЧМн сигналов определяется принципом построения

многоадрес­

ной

системы.

 

 

 

Многоадресные системы могут быть построены с центральной станцией и без нее с соединением абонентов между собой непосредст­ венно через физическую среду.

Центральная станция может выполнять различные функции: усиление сигналов, преобразование частоты, коммутацию сигналов различных абонентов, преобразование вида модуляции, выделение сигналов отдельных адресов и др. Простейшей разновидностью цен­ тральной станции является ретранслятор, осуществляющий преобра­ зование частоты передачи абонентской станции на частоту приема и усиление ретранслируемого сигнала. При введении ретранслятора дальность связи может быть значительно увеличена путем усиления 342