Файл: Кондратьев, С. Л. Применение метода функционального моделирования для оценки помехоустойчивости систем связи.pdf

Кроме того, в процессе моделирования ставилась цеЛь рас­

В этом втором случае модель среды выступает как часть модели канала связи, на которую подаются сигналы от модели передат­ чика (с учетом свойств системы, отображаемых в специальных моделях). Преобразованные в модели среды сигналы с учетом моделей помех поступают на модель приемного устройства и решающую схему. Специально разработанные программы позво­

ИЗМИРАН, в свою очередь использующих модификацию метода Казанцева А. Н.

3.4.1. Общие сведения об ионосфере

Рассмотрим только первый пункт исследований с целью оценки возмож­ ностей использования модели среды в качестве элемента модели канала. Кри­ терием качества модели, как и ранее, выступают экспериментальные данные, выбранные с учетом условий моделирования.

В основу модели на ЦВМ положены данные тонкой структуры ионосферы 'И законы распространения радиоволн, в которых (используются известные ста­ тистические данные с учетом результатов, полученных по программам МГГ и МГСС. Она основана на общепринятой модели появления замираний, возни­ кающих из-за рассеяния электромагнитных волн локальными неоднородностями, находящимися в постоянном движении как в вертикальном, так и в гори­ зонтальном направлении. Возможно-и другое объяснение замирания: электро­ магнитные волны отражаются от шероховатого движущегося экрана, в силу чего в точке приема будет наблюдаться дифракционная (переменная во вре­ мени) картина поля. Первая модель, однако, более наглядна и можно пред­ ставить себе физическую модель в виде совокупности большого числа отра­ жателей, «подвешенных» на разных высотах (по слоям Е, F] и Ft с учетом концентрации) и совершающих как совместное (в облаке) движение вверх и вниз, так и Дрейф (горизонтальное движение), а кроме того, более быстрые колебания («на пружинах»), носящие случайный характер. Каждая из неод- •нородностёй осуществляет рассеяние энергии, причем преобладающая часть ее концентрируется в определенном угле, величина которого тем меньше, чем больше размеры неоднородности.

В зависимости от направления наблюдения (приема) максимальнее рас­ сеяние возникает на неоднородностях с соответствующими размерами. В част­ ности, при. вертикальном зондировании на частотах / ниже критических основ­ ная доля энергии рассеивается «еоднородностями больших размеров, а при одинаковых размерах'— больше в .местах, соответствующих наибольшей элек­ тронной концентрации N.

Радиоволны, попадающие в область с высокой концентрацией,- достигают уровня отражения, где коэффициент преломления я=0 , что порождает зер^ кальную компоненту луча. Сигнал в точке приема образуется в результате

.интерференции зеркально отраженной и суммы рассеянных волн, каждая из которых в силу движения получает допплеровский сдвиг частоты. Поэтому в точке приема сигнал представляет собой суперпозицию зеркальной и рас­ сеянных компонентов:

е

107

Таковы грубая м идеализированная физическая сущность модели. В зави­ симости от соотношений между Мощностями рассеянной <^е и зеркальной о^°о компонент изменяется коэффициент мутности ионосферы:

наибольшие. Хаотические движения имеют наиболее вероятные значения

более вероятное число неоднородностей, ответственных за возникновение

Как правило, слои ионосферы располагаются на высотах:

а) £-слой: # £ = 9 0 ч- 160 км с максимумом ионизации Я м а к с = 1 Ю км. Плот­ ность электронов возрастает в дневное и падает в ночное время. Приме­ няется для связи на односкачковых (коротких и средних) трассах.

б) Fj-слой: HFi=200 км, причем он существует самостоятельно лишь в дневное время, сливаясь со слоем F3 ночью.

в) /^-сдой: 7/^^2504-450 км и является основным для связи на большие

расстояния.

Кроме указанных в дневное время,, на Н s. 60 ч- 100 км появляется слой D, который, как правило, не используется для связи, но в нем могут возникать' затухания радиоволн.

м слоев. Различие в длине путей приводит к различию времени их прихода, причем время миогопутевости может достигать 2—4, а иногда и более мил­ лисекунд.

108

Такова кратко общая картина влияния среды на сигнал. Главное здесь с точки зрения моделирования заключается в том, что среда вносит задержку во времени и изменяет частоту сигнала (в частном случае сдвигает на вели­ чину допплеро'вской частоты из-за движения слоев и неоднородностей в слоях). Заметам, кроме того, что не всегда можно наблюдать временные и частотные сдвиги. Для этого нужно, чтобы сигнал обладал высокими разре­ шающими способностями по времени и частоте, которые, как известно, можно

Если Fs мало (узкополосный сигнал), то величина Мр велика (плоха), поэ­ тому имеем сигнал, прошедший по разным путям, как один замирающий сигнал: если Тл мало, разрешающая способность по частоте плохая (велико значение Д/р ), то можем наблюдать поведение сигнала лишь на группе спектральных составляющих. Следовательно, с точки зрения эксперимен­ тальных исследований зондирующий сигнал должен быть широкополосным с базой B=2FT^ 1, так как только в этом случае возможно наблюдать и многопутевость, и многочастотность принимаемого сигнала.

Поскольку среда распространения чаще всего (хотя и не всегда) может быть представлена в виде линейной системы с переменными параметрами, то она характеризуется теми же показателями, что и любая другая линей­ ная система, для чего возможно пользоваться и импульсным откликом g(t, т),

отобразить как вид кривых АЧХ и ФЧХ, так и их временную зависимость. 3.4.2. Модели KB каналов

Рассмотрим теперь наиболее употребительные модели KB ка­ налов, последовательно усложняя их, приближаясь к отображе­

указывалось, в этом случае сигнал на выходе остается строго подобным сигналу на входе (рис. 3.9а).

2. Примем теперь, что отражатели неподвижны, но распо­ ложены на разных расстояниях, обладая одинаковой (в общем случае различной) эффективной отражающей способностью. Тогда модель можно представить в виде линии задержки с от­ водами (непрерывными или дискретными) и с весовыми коэф­ фициентами (множителями) на каждом из отводов, а также в виде схемы интегрирования или суммирования (рис. 3.96).

3. Отражатели подвижны и изменяют свое положение слу­ чайным образом по законам, известным из экспериментальных данных:

а) положение отражателей меняется относительно некоторого положения области отражения, которая является неподвижной; б) область отражения подвижна в вертикальном и горизон­

тальном направлениях.

Модель можно представить в виде одной или двух (случай «б») линий задержки (они, конечно, могут быть объединены

109

с учетом совокупного движения в единую линию, что не всегда удобно на практике), отводы которых содержат линии задержек (смещения) по частоте на величину v*. Каждый отвод, в свою очередь, содержит весовые коэффициенты для учета смещения по частоте v и задержки во времени т, представляющие собой

а)

Рис. 3.9.

5.Каждая из указанных моделей, отображая свойства обла­ сти отражения одного слоя, объединяется с моделями других слоев, с учетом их изменений во времени.

6.Выделим в отдельную модель ситуацию, в которой пред­ ставляется воздействие магнитного поля, т. е. образование и взаимосвязь обыкновенного и необыкновенного лучей. Если по­ лагать их независимыми (что, очевидно, не соответствует дей­ ствительности, поскольку они порождаются одним сигналом, а области их отражения не случайны в пространстве), то модели их будут такими же, как указано выше.

Представленные здесь модели не могут, конечно, претендо­ вать на абсолютную полноту, но они, по крайней мере, в состоя­ нии отобразить все используемые в теоретических исследованиях условия, позволяя получить как общие (медленные и быстрые),

по

ние, физически более наглядно, чем это получено на основе четырехпараметрического распределения.

Все указанные модели могут быть представлены либо через квадратурные составляющие по каждому лучу, либо через оги­ бающую и фазу, выбираемые в качестве переменных состояний сигнала.

Обратим внимание на то, что все модели расположены в по­ рядке их усложнения, и поэтому модели с малым номером могут рассматриваться как частные случаи модели 5, если бы в каж­ дой из них удалось отобразить взаимосвязь между компонен­ тами во времени. Кроме того, все модели лучей и подлучей, при­

возможно получить совокупный сипнал с помощью модели век­ торного сложения с интервалами дискретности At точно так же, как это делалось в § 3.1.

Таким образом, используя спектрально-временное представ­ ление сигналов, можем последовательно отображать их прохож­ дение через среду. Общая схема модели такова:

1. Сигнал передатчика (в виде спектра на отрезке Г с уче­ том частотных свойств и направленности антенны, если это необ­ ходимо) последовательно преобразуется в модели по каждой спектральной компоненте (в силу линейности среды это воз­ можно).

2. Затем «размноженные» средой за счет задержек и разли­ чия коэффициента отражения лучи (подлучи) поступают на мо­ дель векторного сложения. •

3.Модель векторного сложения преобразует частотную струк­ туру в функцию времени.

4.Схема обработки модели позволяет получить огибающую

ифазу совокупного сигнала в каждой точке отсчета, по которым производится обработка, с получением функций распределения параметров, корреляционных и взаимокорреляционных функций

идругих характеристик.

Программы моделей на языке транслятора МЕИ-3 для слу­ чаев однолучевого распространения, общих и селективных зами­ раний были разработаны Б. А. Паничевым и реализованы на ЦВМ Минск-22, а общая модель канала с небольшими измене­ ниями в алгоритме среды (в некоторых данных и введением коррелированности лучей) использовалась автором при модели­ ровании на БЭСМ-6.

Рассмотрим некоторые результаты моделирования, имеющие непосредственное влияние на оценку помехоустойчивости, и срав­ ним их с экспериментальными и теоретическими данными, что позволит удостовериться в верности модели в указанных усло­ виях. В силу многообразия и «естационарности этих условий

111