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

Результаты моделирования с учетом селективности замира­ ний при однолучевом (а) и двухлучевом (б) сигналах с опреде­ лением двухчастотной функции корреляции отображает рис. 3.16а, б:

ляции резко сужается, доходя до сотен герц. Отрицательная корреляция возникает уже при малом частотном и временном разносе. Функция неопределенности (плоскость F-x) оказывается многомодальной в отличие от одномодального в первом случае.

Рис. 3.17.

В заключение рассмотрим выводы о возможности отображе­ ния среды в виде фильтра с переменными во времени АЧХ и ФЧХ. Очевидно, намного упростилась бы модель канала, если бы удалось это сделать в общем случае с учетом селективности за­ мираний. Многократные попытки получения такой модели, пред­ принятые в пределах второго эксперимента, оказались неудач­ ными. Смысл их сводился к тому, что вводилась различная неравномерность замираний в пределах представления АЧХ и ФЧХ для двух-трех разнесенных по частоте участков, при исполь­ зовании данных) полученных в пределах первого эксперимента.

A/i2=450 мкс и A ^i3= 1250 мкс. Таким образом, АЧХ существенно изменяется, а фазо-частотная характеристика оказывается не только нелинейной, но и с быстроизменяющимся (случайным) характером нелинейности даже при однолучевом сигнале.

Поэтому характеристика неравномерности не является доста­ точной для моделирования, так как требуется тождественное отражение в модели самого процесса изменения АЧХ и ФЧХ.

118

Общий вывод:

1.Полученные результаты на моделях при общих и селектив­ ных замираниях находятся' в согласии с экспериментальными данными, а в ряде случаев удовлетворяют и условиям статисти­ ческого подобия.

2.Замена модели ионосферы фильтром с переменными пара­ метрами требует дальнейшего изучения. Для этого должны про­ водиться комплексные исследования с целенаправленными на­ турными испытаниями. Необходимые затраты при этом окупятся как с точки зрения глубины проникновения в механизм замира­ ний, так и за счет резкого (более чем в 10 раз) уменьшения за­ трат машинного времени.

§3.5. Моделирование узкополосных и многочастотных систем связи

Рассмотрим общие принципы моделирования узкополосных и широкополосных (многочастотных) систем связи.

Вопросы моделирования узкополосных AM, ЧМ и ОФМ систем рассматривались нами ранее [2], поэтому ниже представляются как частный случай моделирования многочастотных систем. Не­ которые изменения моделей обусловлены лишь усовершенство­ ванием алгоритмов ряда ФЭ, в том числе с учетом тех обстоя­ тельств, которые изложены в § 3.1—3.2, а также введением в

них модели систем синхронизации. Поскольку последняя требует обстоятельного изложения, приходится в пределах данной ра­ боты отказываться от ее рассмотрения. Укажем лишь, что про­ стейшая модель основана на введении в решающую схему блока, отображающего статистические свойства ошибок синхронизации, а полная — это модель, позволяющая получить оценку расфазирования (§ 2.3) приемного и передающего устройств во времени.

Многочастотная (широкополосная) система связи представ­ ляет собой при отводимой ширине спектра частот AF частотного канала по существу систему уплотнения, поэтому количество субканалов и потенциально достижимая скорость и верность передачи информации в каждом из них не могут превосходить значений, определяемых пропускной способностью такого канала. Выделение для каждого субканала части спектра всего канала, так же как и в обычной системе частотного уплотнения, неиз­ бежно связано с наличием взаимного воздействия их друг на друга.'Кроме того, показатели помехоустойчивости й группиро­ вание ошибок в них существенно зависят от характера помех, что определяет коррелированность потоков ошибок, а следова­ тельно, предъявляет особые требования к системам совместной обработки и декодирования. Ниже кратко рассматривается один из возможных вариантов построения многочастотной системы, выбранный исходя из стремления хотя бы частично охватить не только радио, но и проводные системы связи. С целью показа

)19

тех блоков, которые могут быть исключены (или заменены) при моделировании конкретных систем, описание доводится до крат­ кой характеристики функционального назначения каждого из них.

Одной из важнейших особенностей ФМ является возмож­ ность, отображения в моделях реальных (паспортных или снятых экспериментально на данном образце) характеристик аппара­ туры. При этом можно учесть не только частные характеристики, полученные .на одном экземпляре, но и статистические свойства всей .совокупности однотипных устройств. В последующем в мо­ дели аппаратурной части канала предполагается использование некоторых средних параметров лишь для простоты описания алгоритмов. . . . . :

Известно, что основным видом помех при уплотнении яв­ ляются переходные помехи, обусловленные взаимным влиянием субканалов. Два основных фактора определяют взаимные помехи между субканалами (считается, что AF и п определены):

1) Спектр поступающих на приемник сигналов в каждом из субканалов.

2) Свойства разделительных (или согласованных) фильтров. Существенной трудностью увеличения числа субканалов в KB (и тропосферных) системах радиосвязи является «размывание»

спектра средой распространения, а также воздействием сосредо­ точенных и импульсных помех. Если теперь учесть, что в точку приема могут приходить несколько лучей, отраженных от раз­ личных слоев ионосферы, то трудности теоретического анализа и необходимость моделирования становятся еще более очевид­ ными. Попытки сделать разделительные фильтры очень узкопо­ лосными, как известно, приводят к увеличению длительности и наложению импульсов друг на друга, что может вызвать поте­ ри достоверности. Постановка согласованных фильтров теоре­ тически позволяет резко повысить число субканалов, однако требует жесткой синхронизации работы всего канала, что опять-

.Поскольку основная цель построения многочастотной системы состоит в увеличении количества передаваемой информации в заданной полосе частот,.важнейшим, фактором будет являться коррелированность сигналов, на выбранных частотах.. .

Если интервал .частотной корреляции мал, т..'/е. меньше чем &F/n,;jo в силу независимости: (при .нормальных флуктуациях) общее количество информации равно, сумме частных количеств информации по каждому из субканалов. В этом и заключается основной смысл многочастотных систем. Если рКорр (Af) перекры­ вает весь диапазон AF, то каналы зависимы и преимущества многочастотной системы, будут в значительной степени потеряны. На самом де,ле это рассуждение следовало бы уточнить, но здесь

120

не делаем этого, так как цель состоит лишь в обосновании необ­ ходимости отображения в модели указанных корреляционных свойств, а не в анализе самих систем.

Трудность в построении моделей многочастотных (и широко­ полосных) систем состоит в том, что корреляционные свойства среды не остаются постоянными, а изменяются не только во вре­ мени, но и в зависимости от ряда других параметров. Действи­ тельно, с увеличением числа субканалов сужается отводимый на каждый из них участок частот. Предположим, что при некото­ рой дальности связи интервал корреляции был малым и система эффективно функционировала. Что произойдет, если дальность связи необходимо уменьшить? Как повлияет изменение рабочей частоты в меньшую сторону, поскольку на малых дальностях, как правило, требуется использовать меньшие по номиналу частоты? Ответы на эти вопросы получить весьма трудно, так как одновременно действует ряд причин в разных направлениях.

При не слишком больших скоростях определяющими являются многократные отражения от слоев ионосферы и земли, что мо­ жет привести к срыву работы в «одночастотной» системе, в то время как многочастотная в состоянии еще работать (пусть и не очень эффективно). При больших скоростях, даже при работе по «одному лучу» на средних дальностях односкачковых трасс, определяющими могут оказаться дисперсионные свойства среды. Исследование характера зависимости корреляции по частоте при больших скоростях при однолучевом распространении и односкачковой трассе показывает, что интервал корреляции по ча­ стоте существенно зависит от дальности связи, рабочей частоты и частотного разноса между частотными компонентами. Тем более это справедливо в условиях многолучевости.

Отсюда следует, что при больших скоростях (порядка 500^- -н1000 бод) в моделях требуется дополнительно отображать не только указанные выше параметры аппаратуры, но и даль­ ность, а также рабочую частоту. При этом необходимо модели­ ровать и прохождение сигнала через среду либо непосредственно (т. е. в ходе решения задачи), либо путем предварительного введения в память машины сигналов с учетом корреляционных свойств.

В представленном ниже алгоритме предполагается, что ско­ рости передачи в каждом субканале невелики и дисперсионными свойствами среды можно пренебречь. Включение указанных свойств канала не представляет трудностей, однако практиче­ ское решение на ЦВМ класса «Минск-22» потребует очень боль­ шого машинного времени.

3.5.2. Описание модели многочастотнои системы связи

Общая блок-схема модели приведена на рис. 3.18. Основными функциональными элементами модели Системы являются модели линейного тракта, детектора, фильтра манипуляции, решающего

121