Пестряков Б.В. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации (1973), страница 2

Однако обычно удобнее осуществлять нумерацию элементов в алфавите, начиная с нуля, т. е. г( †» О, 1. При этом во многих случаях оказывается возможным упростить оперирование с кодами и использовать правила оперирования, широко развитые в вычислительной математике, теории чисел и математическом обеспечении ЦВМ. Для некоторых сигналов, например двоичных фазоманипулированных, при исследовании их функций авто- и взаимокорреляции удобно использовать символику кода, отображающую в какой-то степени физический смысл этого сигнала (особенно в его видеочастотном варианте), используя символы +! и — !.

В книге для удобства будет использоваться различная символика для описания кодов. б 1.3. Развитие представлений о дискретных радио- сигналах С современных позиций радиосигналы, использованные в первых системах дискретной радиосвязи, в силу значительных случайных изменений их частоты (фазы) мало отличались от узкополосного шума. Последующее развитие дискретных радиосигналов, направленное на обеспечение возможно большей стабильности их частоты, когерентности и т.

д., все в большей и большей степеви делало их непохожими на шум. Достоверный прием таких сигналов достигался за счет того, что в узкой полосе частот обеспечивалась мощность, много большая, чем мощность шума (помех). В то же время исследования показали, что каждая реализация шума своеобразна и имеет свою «индивидуальностып и если сделать фильтр, предназначенный для какой-то конкретной реализации шума, то он выделит ее из смеси с другими реализациями шума, действующими в той же полосе частот, если она в этой смеси содержится. При этом выделение сигнала из помех обусловливается ие тем, что его мощность много больше мощности помех (в полосе спектра сигнала), а использованием «тонких» отличий сигнала и шума, проявляющихся в протекании изменений фазы (частоты) и амплитуды.

Такой сигнал является важнейшим примером многомерного шумоподобного сигнала. Можно представить себе большое количество правил или законов, используя которые можно сформировать соответствующие сигналы. Глава вторая ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРИЕМА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ 2. 1. Модели радиосигналов и помех 2.1.1.

Прием ШПС Теория приема ШПС должна охватывать три режима работы системы передачи информации: определение факта функционирования, поиск (синхронизация), передача полезной информации. Режим определения факта функционирования в основном характерен для действий другой стороны в условиях, когда закон формирования сигнала неизвестен. Прн поиске закон формирования сигнала известен и определяется, в каком из участков спектра частот действует система и в какие моменты времени начинается или кончается полезный сигнал в точке приема. При этом решается также вопрос о том, действует ли система.

В системах с ШПС в силу специфики их свойств режим поиска обязателен. После окончания поиска и осуществления синхронизации в системе начинается прием полезной информации. В режиме передачи информации основное применение получили системы с активной паузой. Если используется двоичное кодирование, то одному информационному символу (1) соответствует сигнал зт (1), а другому (О) — сигнал з, (1), отличающийся, «различимый» от з, (1). Если в системе дискретной связи применяется р;ичное кодирование, т.

е. имеется р, символов в алфавите, то должны использоваться р, = рг различимых сигналов. В системе с двоичным кодом одному символу (например, !) может соответствовать сигнал з (1), а другому (О) — пауза. Такие системы называют системами с пассивной паузой. В системах радиосвязи они используются редко.

Прием сигнала всегда сопровождается помехами. В системах с активной паузой нужно прн наличии помех осуществить распознавание различимых ненулевых радиосигналов, в системах с пассивной паузой — обнаружение сигнала. Важность режима обнаружения в радиосвязи обусловливается тем, что к обнаружению сводится задача поиска по частоте и времени, о которой было сказано выше и решение которой имеет особенно большое значение в системах радиосвязи, использующих ШПС. Задача обнаружения решается также н в случае, когда другая сторона определяет факт функционирования системы радиосвязи. Важно решить задачу обеспечения оптимального прпема, т.

е. распознавания и обнаружения радиосигналов. в Упрощенная функциональная схема приемного устройства дана на рис. 2.1.1. Она содержит: антенну (А), каскады предварительного усиления и селекции (ПУС), схему (устройство) оптимальной обработки (УОО), устройство вторичной обработки информации (УВО) и схему (устройство) поиска и синхронизации (УПС). Сигнал, принятый антенной, обычно имеет малую мощность и, как правило, перед осуществлением оптимальной обработки должен быть подвергнут усилению и предварительной селекции. В этой главе будем полагать, что имеется идеальный линейный усилитель, который обеспечивает требующийся уровень сигнала. В принципе предвари- 4 тельной селекции не требуется, так как все необхо- Ф44'и димые свойства селекции ПУС ип УВО прнсуши устройству оптимальной обработки.

Однако ввиду значительного уси- У/7С ления посторонние мощные сигналы, действующие в антенне на частотах, зна- Рис. 2.1.1. чительно отличающихся от спектра сигнала, легко могут вызвать перегрузки каскадов как приемника, так и устройства оптимальной обработки. В связи с этим практически необходима предварительная селекция. В этой главе будем предполагать, что принятые меры обеспечивают такие условия, когда все возможные помехи не выходят за пределы линейных участков характеристик устройств, но в то же время каскады предварительной селекции не вызывают изменений и искажений сигналов и помех (в той части, которая совпадает со спектром сигнала).

На основании изложенного выше под сигналом з (1) и помехами п (1) в дальнейшем будем понимать то, что подается на схему оптимальной обработки. Исследование и расчет каскадов предварительного усиления и селекции подробно освещены в литературе и на этом останавливаться не будем. Влияние искажений, которым может подвергаться сигнал в этих каскадах, рассмотрено в гл. 8. Во многих случаях в составе блоков предварительного усиления и селекции должны находиться каскады, обеспечивающие фиксацию или стабилизацию уровня сигнала или помех, подаваемых на схему оптимальной обработки, например АРУ или ограничители. Работа этих каскадов в условиях приема ШПС имеет существенные особенности, и они (каскады) оказывают существенное влияние на работу приемного устройства.

Это влияние будет учитываться в настоящей главе и рассмотрено в гл. б и 8. 2.1.2. Модели радиосигналов Дискретный радиосигнал зл (1) можно записать в следующем общем виде (индекс 1 в тех случаях, когда он не требуется, будем опускать): Э з! (1) = Е! (1 — тв) соз 1!эз! (1 — т8) + !Гв! (1 — тз) — !рз001, (2.1.1) где т, — задержка и ср„, — начальная фаза сигнала, !р„— закон изменения фазы сигнала. Если считать момент начала отсчета времени известным, то удобно положить т, = О и !р,00 = О.

Тогда з! (1) = 5! (~) соз 1!э!!1 — ср„(1)!. (2.1.2) Рассмотрим сигнал с точки зрения закона его формирования. Множитель Я (1) определяет закон изменения амплитуды сигнала. Из закона 5 (1) вытекает такой важный параметр дискретного сигнала, как его длительность Т„ определяющий скорость передачи информации. Например, в двоичной системе скорость передачи в двоичных единицах в секунду С определяется выражением С = 11Т,.

Длительность сигнала определяет и его энергию Е, = У,Т„где У, — средняя мощность сигнала. В общем случае т, г, Е, =- ~ з! (1) (1 = ' ~ 3! (1) (Е о о Хотя в принципе возможно формирование ШПС за счет использования внутриимпульсной амплитудной модуляции, обычно для увеличения энергии сигнала при ограниченной пиковой мощности и улучшения его свойств, определяющих энергетическую скрытность, эта модуляция для создания ШПС не используется. В дальнейшем будем полагать, что ШПС формируется за счет использования частотной и фазовой манипуляции и модуляции. Очевидно, что при манипуляции фазы и частоты за счет конечной ширины спектра сигнала эта манипуляция приводит к изменениям (модуляции) амплитуды.

Кроме того, при генерировании импульсного сигнала нарастание и спадание амплитуды происходит по сложному закону. Следовательно, реально 3 (1) должно описываться сложной функцией времени и понятие длительности сигнала Т, зависит от того, какой уровень амплитуды считать за начало и конец сигнала. Дополнительные усложнения в описании амплитуды возникают, если рассматривать не одиночный сигнал, а последовательность сигналов. Однако во многих случаях нет надобности в таком точном описании законов изменения амплитуды и можно оперировать с энергией сигнала Е, и его длительностью Т,.

Часто можно приближенно полагать, что амплитуда постоянна в пределах от О до Т„а в другие моменты времени равна нулю. Как отмечено выше, при формировании ШПС используется манипуляция по частоте или по фазе. При использовании фазовой манипуляции (ФМн сигналы) фаза !-го сигнала меняется дискретно по псевдослучайному закону (коду), при этом !э,! = !а„, ш г-! где Лсэгпт — дискретные значения фазы элемента сигнала, которые могут принимать р, значений и с( с 1, р,, 1' — номер элемента сигнала, Я, — число элементов в сигнале; '~а код сигнала, определяющий закон его формирования. Для наиболее часто применяющейся двоичной манипуляции Ь~р принимает два значения: Лср, = — п)2 и Лср, = +и!2 и ~э Рм (1) = Х ЛР, „., (1 — )Т,). (2.1.4) /=! База сигнала Б.

= Тс Л~, — )11„ Рис. 2.1.2 где съ1, — ширина спектра сигнала в одну сторону от несущей. При прямоугольной огибающей каждого элемента и в предположении, что ширину спектра можно считать до первого нуля функ- ~а ции (з(п 0,5мТ,У0,5свТ„получим Жз = — 1/Тэ = )У»)Т,. »1за»Л~Ъ' Для реальных сигналов с плавным нарастанием оги- аа с"» П бающей и монотонным изме-, »,~ в'»»» ~>з некием спектра определение Т, и Л~, может производить- иа„ »лм ся различно, что несколько изменяет величину Б,.

Одна- »1с»»лют ко соотношение Б, =- Ж, остается справедливым и У 2 Я» Х у' имеет физический смысл, так как базу Б, можно трактовать как меру, показываю1цую, какое количество независимых значений (в данном случае по фазе) может иметь сигнал за время его действия. При использовании частотной манипуляции могут быть два случая. В первом случае частота манипулирования изменяется по закону Ф ю с» О+ Х Аиз~и1 (1 !Тэ) (2.1.5) 1=! 'и а начальная фаза каждого элемента сигнала Лср»1 случайна, При этом сигнал состоит из у, независимых элементов и не может быть на радиочастоте обработан в целом из-за случайности Лср, Р Закон формирования такого сигнала удобно изобразить в виде "атрицы, которая для у, = 5 и д< 1 с 1, 5 приведена на рис.