но тому, как это было сделано выше для помех других видов. Однако в действии импульсных помех на схемы оптимального приема ШПС имеются существенные особенности. Действительно, при длительности импульса помехи, равной Тэ, отклик на выходе фильтра имеет малоизменяющуюся амплитуду, что, например, можно подтвердить, рас сматривая прохождение импульса через согласованный фильтр на многоотводной линии задержки, в то время как при действии других помех наблюдаются случайно чередующиеся выбросы разной интенсив ности. Поэтому влияние рассматриваемой импульсной помехи на ре зультаты поиска и приема информации при том же значении S/Sxa может быть существенно меньше, чем для других помех. Для увеличе ния эффективности импульсной помехи она должна иметь длитель ность, значительно превышающую Тэ.
При коротких (по сравнению с Т8) импульсных помехах в систе мах с ШПС имеется возможность значительного дополнительного ослабления их действия. Это может иметь значение, когда средняя мощность помехи в сотни и тысячи раз или когда импульсная мощность в десятки и сотни тысяч раз больше мощности полезного сигнала (например, мощный импульсный передатчик работает вблизи от точки приема ШПС) и когда требуемое их ослабление за счет увеличения базы сигнала Б3 будет вызывать значительные технические и организацион ные трудности. Принцип работы схем, обеспечивающих дополнитель
ные ослабления действия импульсных помех, сводится |
к тому, чтобы |
в моменты действия мощной импульсной помехи в |
соответствую |
щее число раз уменьшать усиление тракта. Практически при ин тенсивных импульсных помехах необходимо «запирать» канал на время действия мощного импульса помехи. Техническая реализация таких устройств достаточно сложна, особенно если импульсы поме хи следуют случайно. Однако имеются простые квазиоптимальные схемы, позволяющие получить значительное дополнительное повыше ние помехоустойчивости при действии импульсных помех. В этих схе мах в канале приема сигнала включается ограничитель. При прохож дении через него ШПС и флюктуационной помехи отношение сигнал/по меха ухудшается всего на 2 дБ. При этом уровень помех оказывается фиксированным. При использовании схем оптимального приема досто верность ухудшается в соответствии с ухудшением отношения мощ ности сигнала к мощности помехи или энергии сигнала к плотности мощности помех, т. е. на 2 дБ, или в 1,5 раза.
Основные преимущества такой схемы проявляются при действии мощных импульсных помех. На время действия помехи, благодаря совместному прохождению через ограничитель импульсной помехи, полезного сигнала и флюктуационной помехи, происходит перераспре деление мощности отклика. Если, как это предполагается, импульсная мощность помехи много больше, чем мощность флюктуационной и сиг нала (как как только в этом случае есть смысл использовать допол нительные меры ослабления импульсных помех), то на выходе огра ничителя на время действия помехи будут отклик, определяемый уров нем ограничения, и сигнал, практически равный нулю. Мощность импульсной помехи на выходе ограничителя при слабом сигнале при-
мерно равна мощности флюктуационной помехи в моменты времени, когда импульсная помеха отсутствует.
Следовательно, при появлении импульсной помехи любой интен сивности общая средняя мощность помехи на выходе ограничителя остается практически неизменной. Однако импульсная помеха вносит изменения в сигнал, как бы исключая из него те элементы, которые совпали с помехой по времени. Энергия сигнала уменьшается и закон его формирования как бы изменяется. Следовательно, фильтр, дейст вующий после ограничителя и согласованный с сигналом, приходя щим в точку приема, перестает быть согласованным и оптимальным
для сигнала, действующего на выходе ограничителя. Поэтому ухуд шение отношения сигнал/помеха будет происходить по двум причи нам — из-за уменьшения энергии сигнала и нарушения согласован ности фильтра с сигналом. Считая, что средняя мощность помех оста ется неизменной, можно найти отношение сигнал/помеха, рассчитав ФВК пришедшего сигнала с сигналом на выходе ограничителя.!; Основной выброс уменьшится пропорционально множителю (Ts — Тип)/Тв и относительный уровень боковых выбросов также соответственно увеличится, при этом абсолютный уровень боковых выбросов изме няется немного, так как исключение небольшой части сигнала не на рушает псевдослучайности закона его формирования.
Для иллюстрации действия импульсной помехи на сигнал в рас сматриваемой схеме на рис. 10.3.2 сплошной линией дана функция взаимокорреляции В * (т) при одном исключенном элементе (элемент
№ 11) и волнистой линией при пяти исключенных элементах (№ 8—11 и 12) в М-последовательности с Ng = 15. Для сравнения пункти-
ром показана ФАК этого сигнала. Таким образом, при использовании схем с ограничителем можно, теряя в энергии сигнала при действии только флюктуационных помех примерно 2 дБ (т. е. в 1,5 раза), обес печить значительное дополнительное ослабление действия импульсных помех, при котором импульсная помеха значительной интенсивности оказывает воздействие, приводящее к уменьшению отклика на сиг нал всего на величину (Ts — Tiln)/Ts.
Таким образом, можно сделать важный вывод о том, что действие любой помехи, сформированной по любому закону, определяется только средней (за продолжительность сигнала Ts) мощностью в пре делах полосы частот сигнала. Причем ее действие ослабляется в Б 5 раз и отношение сигнала (пикового значения) к помехе (среднеквадра тичному значению) определяется выражением
(10.3.17)
где ^ „ c p 2 Ä f —средняя мощность помехи в полосе 2A/S . При дей ствии импульсных и узкополосных помех можно значительно допол нительно уменьшить их действие (при некоторых потерях в энергии сигнала при его приеме на фоне флюктуационных помех), применяя схемы с ограничителями, но это ухудшит помехоустойчивость при действии аналогичных сигналов. Приведенные результаты справедли вы и при использовании линейных фильтров и корреляторов. При применении цифровых фильтров имеются существенные особенности, которые были рассмотрены в гл. 7.
10.4. Передача информации по загруженному каналу
Как неоднократно отмечалось выше, возможен прием ШПС с вы сокой достоверностью в условиях, когда мощность помех (в полосе частот сигнала) много больше, чем мощность сигнала. Это позволяет осуществить передачу дополнительной информации по каналу, кото рый «загружен» передачей основного сообщения [10.8, 10.11]. При этом для ШПС основной сигнал играет роль мощной помехи. В свою очередь ШПС является дополнительной помехой основному сигналу. Будем считать, что энергетический спектр основного сигнала практи чески непрерывный и равномерный с плотностью мощности Л^ос в полосе частот основной системы А/ о с . Если на этом же участке частот передается информация с ШПС, то это можно рассматривать как до
полнительную помеху основному сигналу, с |
плотностью |
мощности |
помехи А/шпс. Общая помеха основному сигналу |
будет равна Nn |
+ Nmac. |
Если отношение основной сигнал/помеха при отсутствии ШПС, равное N0JNn, соответствует предельно допустимому, то передавать по такому «загруженному» каналу дополнительную информацию нельзя.
Но если имеется некоторый запас или можно допустить ухудше ние отношения основной сигнал/помеха, то имеется возможность, со-
вершенно не затрагивая аппаратуры основной системы, передавать по каналу дополнительную информацию, используя ШПС. Для опре деления основных характеристик такой системы необходимо в первую очередь определить допустимую мощность ШПС.
Полагая, что величина |
q%c |
= N0J(Nn |
+ |
Л / ш п с ) задана, находим |
^шпс |
Ш П С |
|
|
Noc |
£Р0С |
<?ос |
Noc |
' |
При этом предполагаем, что ширина спектра основного сигнала и ШПС примерно одинаковая и спектры равномерные.
Исходя из заданной достоверности передачи дополнительной
информации Р о |
ш ш п |
0 |
, |
находим |
базу |
сигнала из |
выражения |
|
|
|
|
|
|
F |
- |
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^шпс |
_ и |
|
шпс п г |
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
~" |
Ф |
|
Z D umc> |
|
|
|
|
|
|
|
'VOC |
|
|
-J |
ОС |
|
|
|
|
|
тогда |
Б ш |
п |
с |
= ( ^ 0 |
Д Ш |
П |
С |
) |
In ( 1 / 2 Р 0 Ш Ш П С ) , |
|
|
если полагать, что для передачи |
|
информации с помощью ШПС ис |
пользуется двоичная система с двумя квазиортогональными |
ШПС со |
случайной фазой. |
Величиной |
базы |
и полосой |
канала 2 А / 0 С |
опре |
деляется возможная |
скорость передачи информации |
|
|
|
|
|
|
Т'шпс |
|
|
В Ш Г | С / А / 0 0 . |
|
|
|
Рассмотрим |
пример: |
при |
|
|
А / о с = |
5-10е, |
^ ш п е / ^ о с |
= Ю - 2 , |
•Рош шпс = Ю - 2 |
получим |
Б ш |
п |
с |
= |
700, |
Т ш п с |
= 0,15-10"3 |
с |
или |
скорость передачи |
около |
6000 дв. ед. в |
1 с. Следовательно, |
имеется |
возможность по «загруженному» каналу в случае необходимости пере
дать с |
достаточной |
достоверностью дополнительную информацию |
с малой |
скоростью, |
практически без влияния на передачу основного |
сообщения. Поскольку базы сигналов, которые могут быть использо ваны в рассматриваемом случае, большие, то ансамбль квазиортого нальных сигналов также значительный. Это может быть использовано для увеличения скорости передачи информации по «загруженному» каналу за счет использования /ѵичных систем при ps ^> 2.
Большие возможности дает рассмотренный случай при исполь зовании ШПС для передачи сигналов синхронизации в системах связи.
10.5. Воздействие систем с ШПС на функциони рование других систем
Взаимное влияние сигналов различных систем при работе в близ ких или общих участках частот и областях пространства имеет боль шое значение. Вопрос этот сложный и его рассмотрению посвящается специальная литература. Для нас основной интерес представляет уста новить влияние мощных ШПС, создаваемых передающими станциями, расположенными в области действия приемных устройств систем, ис пользующих простые или шумоподобные сигналы, на функциониро вание этих приемных устройств.
Полоса частот, занимаемая системой с ШПС, при той же скорости передачи информации, много шире, чем при использовании простых сигналов, так как важные положительные свойства ШПС (помехо устойчивость, энергетическая скрытность и т. д.) проявляются наибо лее четко при больших базах сигнала. Амплитудно-частотный и энер гетический спектры ШПС практически равномерны в полосе 2A/S и на другие системы ШПС действуют примерно так же, как флюктуа-
ционные |
помехи. Поскольку |
передатчик излучает |
л / - |
в широкой |
полосе |
частот, |
то на |
небольших рас |
|
стояниях от него в случае, если используются |
|
ненаправленные антенны, |
в |
полосе |
частот |
ШПС |
|
2A/S прием |
других |
сигналов |
практически |
невоз |
|
можен. |
В |
этом смысле |
системы |
с |
ШПС |
имеют |
А |
принципиальный недостаток по сравнению с систе |
мами, использующими простые сиг-налы, так как |
|
последние, |
занимая |
более |
узкий участок спектра, |
|
при принятии соответствующих мер по устранению |
|
внеполосных излучений |
позволяют |
обеспечить ра- |
|
|
|
|
|
•Äf |
|
|
|
|
|
|
' " |
I 1 |
] |
О <£ |
|
Рис. |
10.5.1. |
|
боту приемных устройств |
при ,~их расположении вблизи |
передатчика |
на частотах, близких к частоте канала передатчика.
Однако область пространства, где нельзя располагать приемные устройства, предназначенные для приема сигналов других систем, при работе в совпадающих участках частот, у систем, использующих обыкновенные сигналы, значительно больше.
Следовательно, имея значительно более широкую область воздей ствия на работу других систем по частоте, передатчики систем с ШПС имеют значительно меньшую область этого воздействия по дальности. Это наглядно качественно изображено на рис. 10.5.1, где показаны по двум координатам частота А/ и расстояние 3) зоны мешающего
|
|
|
|
|
действия для системы с ШПС при базе B s = |
100 (полоса частот 2A/S |
= |
= 2BS /7S ) |
и системы с простыми сигналами |
(полоса частот 2A/S |
та |
та 6/Т$) |
при одинаковой максимальной дальности действия системы |
Жмако- Иначе, при переходе к системам |
с |
ШПС происходит обмен |
дальности мешающего действия на полосу частот, где оно прояв ляется.
Трудно однозначно ответить на вопрос о том, какой вариант лучше, так как в каждом случае нужно исходить из конкретной зада чи и выполнять точные расчеты. Очевидно, что если передатчики си398
стем передачи информации с ШПС или приемники других систем имеют направленные антенны (например, радиорелейные и тропосферные станции связи), то задача уменьшения влияния систем с ШПС на дру гие системы может быть решена более эффективно. Однако для количе ственной оценки этих возможностей должны быть проведены сложные исследования и громоздкие расчеты, на которых не представляется возможным останавливаться. Рассматриваемая здесь особенность си стем с ШПС проявляется значительно менее существенно, если исполь зуются многоадресные или многоканальные системы, так как полоса частот, которую они занимают, широкая и при использовании простых сигналов. Анализ свойств таких систем был выполнен в гл. 9. Рассма триваемая особенность также не проявляется, если ШПС используют ся для передачи дополнительной информации по «загруженному» ка налу.
Большое значение имеет вопрос о воздействии передающей стан ции системы с ШПС также и на приемные устройства других систем, использующих ШПС. Наиболее наглядно это можно показать на при мере MAC. Если в MAC используются ретрансляторы, то и передаю щие станции, и приемные устройства используют направленные антен ны и разнесены на значительные расстояния друг от друга. Поэтому в гл. 9 фактор воздействия передающей станции на приемные устройст ва мог не учитываться. Однако известно, что MAC может быть построе на и без ретранслятора. При этом «адреса» размещаются на поверх ности случайно и должны поддерживать связь между собой и может наблюдаться ситуация, когда близко расположены два адреса и один из них должен вести прием, а другой передачу. Разнесенные по частоте простые сигналы, используемые обычно в таких MAC, при соответ ствующем выполнении аппаратуры позволяют обеспечить прием на других частотных каналах в непосредственной близости от пере дающей станции.
Если система построена на квазиортогональных ШПС, то очевид но, что благодаря наличию у ФВК боковых выбросов с относительной интенсивностью до 1 / K B s , мощный сигнал передатчика приведет к то му, что относительный уровень боковых выбросов ФВК увеличится и прием полезного сигнала с мощностью З5 ,. окажется невозможным. Можно ориентировочно определить относительную дальность 3)х-2 до передающей станции первого адреса, на которой возможно располо жение приемного устройства второго адреса, если оно ведет прием сиг налов минимально допустимой мощности. Допустив, что мощность сигнала уменьшается пропорционально 1/2) 1-2, пренебрегая естест
венными помехами и воспользовавшись результатами § 10.3, |
получаем |
|
|
|
Ж ! _ 2 » к с |
« |
(In 1/2Р0 Ш )/Б,. . |
|
|
|
|
Например, |
при |
Р о ш |
= |
Ю - 5 |
и |
B S '= 2000"получим, |
что |
2)± _2 « |
« |
0,08 2 ) м а к с . |
Если |
бы |
работала |
система с простыми сигналами, то |
при прочих аналогичных |
условиях |
получили бы |
5 ) j _ 2 » 2 , 5 2 ) M a K C . |
|
Следовательно, при использовании ШПС в MAC без ретранслято |
ра |
расположение адресов |
на |
поверхности должно |
быть |
специально |
