Каналы с переменными параметрами

Передача и прием дискретных сообщенийв каналах с замираниямиВ реальных радиоканалах действуют аддитивные помехи, порождаемые внешними источниками, посвоим свойствам отличаемые от модели гауссовского белого шума, а также случайные искажения сигнала.Виды помех и искажений весьма разнообразны, и учесть все их при проектировании СПИ не представляетсявозможным. Однако для каждого диапазона частот можно указать наиболее характерные ситуации, составитьматематическую модель канала и провести оптимизацию параметров сигналов и алгоритмов их обработки.Рассмотрим сначала канал с белым шумом и общими замираниями, которые проявляются в измененииуровня сигнала на входе приемника.

Если скорость изменения коэффициента передачи канала  мала посравнению со скоростью передачи посылок (τк >> Tc), то за время длительности посылки условия приемасигнала практически не меняются и решающая схема, оптимальная для канала с постоянными параметрами,сохраняет свою оптимальность и в данном случае. Однако достоверность принимаемых символов будетменяться во времени в зависимости от μ.

Поэтому можно ввести условную вероятность ошибки Poш(μ).Учитывая, что коэффициент μ принимает случайные значения, качество передачи информации можнозадавать средней вероятностью ошибки Pош () и надежностью по помехоустойчивости Р(Pош(μ) ≤ Pдоп),характеризующей вероятность непревышения Pош(μ) допустимого значения Pдоп.Оценим, как влияют общие замирания на помехоустойчивость и надежность для двоичной СПИ.Вероятность ошибки при приеме информации является функцией отношения h2 = E/N0 и коэффициентавзаимной корреляции сигналов: Poш = (h2; r1,2). Вид функции (h2; r1,2) определяется способом обработкисигналов (когерентная, некогерентная и т.

д.). Среднюю вероятность ошибки при медленных общихзамираниях можно оценить, усредняя Pош(μ) по закону распределения w(μ):00Pош     Pош  h    Pош    w    d    Pош  h  w  h  dh.Тогда для канала с рэлеевскими замираниями при некогерентном приеме ортогональных сигналов сактивной паузой h2  h 2  2h11Pош  h    exp    2 exp   2  dh ,222  hср 2  hср0 hср 2222где hср— среднее значение h2 = ( 2 / ср) hср; ср— средний квадрат коэффициента передачи.Сравнивая формулы вероятности ошибки в каналах с замираниями и без замираний, видим, что дляполучения одинаковой вероятности ошибки, например 10–4, необходимо увеличить мощность сигнала вканале с замираниями в 600 раз. Заметим, что поскольку зависимость вероятности ошибки от параметра h2 —монотонно убывающая функция экспоненциального характера, то любые флуктуации h относительносреднего значения hcp приведут к увеличению вероятности ошибки независимо от вида распределения w(h),т.

е. Pош (h) ≥ Poш(hcp).Вероятность ошибки Pош (h) недостаточно полно характеризует качество приема, особенно припередаче сообщений, длительность которых соизмерима с интервалом корреляции замираний. В этом случаевероятность правильного приема сообщений в различных сеансах будет разной. В такой ситуации частопользуются понятием надежности по помехоустойчивости Р(Pош ≤ Pдоп). Если известны характер замиранийw(h), способ приема (функциональная связь между Pош и h) и значение Pдоп, то можно записатьош≤доп=ℎ ≥ ℎдоп =доп(ℎ) ℎ.Для канала с рэлеевскими замираниямиош≤доп=допсрexp(−ср) ℎ = exp(−допср).Учитывая, что при некогерентном приеме двоичных символов Pдоп = 0,5ехр(–h2доп/2), получаемош≤доп= 2доп⁄ ср.(9.6)При низкой достоверности и надежности принимаемой информации в канале с замираниями требуютсяспециальные меры для их повышения.

Увеличение мощности передатчика, как видно из соотношений (9.6),неэффективно.Для повышения помехоустойчивости СПИ в канале с медленными замираниями применяюткодирование, разнесенный прием и передачу с переменной скоростью. Поскольку интервал корреляциимедленных замираний τк значительно больше длительности посылки Тc, то уровень сигнала на входеприемника с большой вероятностью сохраняется постоянным для серии посылок.

Поэтому существуеттенденция к группированию ошибок в пачки. Дискретный канал, в котором ошибки группируются в пачки,обладает памятью, и для повышения достоверности передачи в нем могут применяться помехоустойчивыекоды с перемежением символов.Принципиально можно избавиться от флуктуаций уровня сигнала на входе решающей схемы, еслидлительность сигнала сделать обратно пропорциональной коэффициенту передачи канала по мощности.Действительно, на выходе согласованного фильтра отношение сигнал—шум имеет видq 2 2 PcTc,2N0сргде Pc — средняя мощность сигнала.Если теперь предположить, что Tc = Tср μ2ср/μ2, то q станет величиной постоянной. Система, использующая такой принцип работы, должна быть адаптивной с переменной длительностью посылки (рис.

9.12).П ря м ой Н К СВ хо дБНМ1ДМ 1БНУУ1АКУУ2В ы хо дО б р а тн ы й Н К СДКДМ 2М2КРис. 9.12. Структурная схема РСПИ спеременной скоростью передачиВ состав такой РСПИ входит прямой канал, по которому передается информация от источника кпотребителю, и обратный — для получения информации о требуемой скорости передачи. На приемнойстороне в анализаторе канала (АК) оценивается текущее отношение h2 и определяется требуемое значениескорости передачи, которое кодируется в кодере (К), модулирует высокочастотную несущую в модулятореМ2 и по обратному каналу передается на передающую сторону, где эта информация демодулируется вдемодуляторе ДМ2, декодируется в декодере ДК и управляет работой модулятора М1, обеспечиваянеобходимую скорость передачи.

Поскольку в большинстве случаев источник выдает информацию спостоянной скоростью, а передача ее по каналу осуществляется с переменной скоростью, то на входемодулятора Ml и выходе демодулятора ДМ1 прямого канала включают буферные накопители (БН), которыевыполняют согласование источника и канала. Для управления работой модема служат устройства УУ1 и УУ2.Эффективность работы РСПИ с адаптацией по скорости передачи определяется тем, насколько синхроннобудет изменяться Тс и коэффициент передачи μ. Очевидно, что запаздывание информации о параметрахпрямого канала должно быть значительно меньше интервала корреляции замираний. В реальных системах дляоблегчения работы системы синхронизации модема скорость передачи посылок по прямому каналу изменяютдискретно.

Предельным случаем дискретизации является передача информации «пакетами» в моменты«хорошего» состояния канала, что имеет, например, место при использовании метеорного канала.Адаптивная система позволяет повысить помехоустойчивость, однако требует наличия обратногоканала, что не всегда может быть обеспечено. Кроме того, она оказывается практически неработоспособнойпри замираниях, интервал корреляции которых меньше или соизмерим с запаздыванием информации пообратному каналу.Эффективным способом повышения качества передачи по каналам с замираниями являетсяразнесенный прием. Сущность его заключается в том, что демодулятор принимает решение о переданномсимволе по нескольким сигналам, несущим одну и ту же информацию.

Основным условием для эффективногоприема разнесенных сигналов является независимость замираний в каналах. Разнесенный прием подобенрезервированию устройств, обладающих конечной надежностью. Если, например, надежность передачи водном канале равна P1(Pош ≤ Pдоп), то вероятность того, что Pош будет меньше Pдоп в одном из L каналов,определяется формулойPL(Pош ≤ Pдоп) = 1 – [1 – P1(Pош ≤ Pдоп)]L.При низкой надежности P1 << 1 разнесенный прием позволяет ее повысить примерно в L раз.Следует различать способы разнесения и объединения сигналов. Разнесение сигналов заключается ворганизации каналов, в которых полностью отсутствует или мала степень корреляции уровней сигналов. ВРСПИ применяют следующие способы разнесения сигналов: по времени (он сводится к повторению сигналачерез промежутки времени, превышающие интервал корреляции замираний); по частоте (сигнал дублируетсяпо многим частотным каналам); прием на различные антенны, разнесенные в пространстве илирасположенные в одном месте, но с узкими диаграммами направленности, позволяющими разделить сигналыпо углу прихода; прием на две антенны, расположенные в одном месте, но принимающие электромагнитныеволны различной поляризации (поляризационное разнесение).Поскольку демодулятор дискретных сигналов (рис.

9.13), как правило, содержит набор согласованныхфильтров (СФ), амплитудные детекторы (АД) и решающую схему (PC), то сигналы можно объединять навходе согласованных фильтров, на входе решающей схемы и на ее выходе. Соответственно, различаютразнесенный прием с когерентным сложением сигналов (в точке а), с последетекторным некогерентнымсложением сигналов (в точке б) и с дискретным сложением сигналов (в точке в). В первых двух случаях дляполучения максимального отношения сигнал—шум на входе решающей схемы необходимо складыватьсигналы с весовыми коэффициентами, определяемыми μi(t). Действительно, нет необходимости складыватьсигналы в каналах, в которых на данный момент присутствует только шум или очень слабый сигнал.