Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 111
Текст из файла (страница 111)
На данной частотной позиции уровень помех измеряется путем амплитудного детектирования смеси. ПостоРнс. 9,19. Основное звено обеляющего фипьт- янная времени фильтра нижра системы с ПРЧ них частот (ФНЧ) должна быть много меньше длительности элемента сигнала, чтобы схема автоматической регулировки усиления (АРУ) успевала отработать изменение уровня помех. Однако для повышения помехозащищенности АРУ ее выбирают примерно равной длительности элемента сигнала ПРЧ. При этом в канал обработки вводят задержку, чтобы совпадали элемент ПРЧ сигнала и напряжение АРУ.
Полосу пропускания усилителя промежуточных частот (УПЧ) для когерентного ПРЧ сигнала выбирают исходя из ширины спектра информационного сигнала. Передавать информацию в РСПИ с когерентными сигналами ПРЧ можно с помощью модуляции любого вида, в том числе и ФМ, при которой обеспечивается максимальная помехоустойчивость. Трудности реализации РСПИ с «быстрыми» ПРЧ сигналами связаны с ограниченными возможностями создания синтезаторов частот, в которых сохраняется когерентность радиоимпульсов, формируемых на разных частотах, Поэтому в настоящее время часто используют системы с некогерентными ПРЧ сигналами. Такие сигналы не позволяют реализовать когерентное сложение элементов, что влечет за собой энергетические потери. Кроме того, возникают ограничения в выборе вида модуляции. Фазовые методы модуляции здесь неприменимы.
Для получения ортогональных сигналов с любым основанием т можно использовать частотную манипуляцию или частотно-временное кодирование внутри посылки. Рассмотрим, как формируются ортого- 9.4. Передача и прием дискретных сообщений Некогерентная обработка ПРЧ сигнала отличается от когереитной тем, что суммирование элементов осуществляется после амплитудного детектирования.
Это приводит к энергетическим потерям, которые зависят от отношения 72» = Ее/Фо для элемента сигнала. Для Ь ли1 потерь практически нет. 2 2 Рассмотрим теперь систему с «медленной» ПРЧ. Особенность ее работы заключается в том, что отношение сигнал — помеха на входе решающей схемы зависит от частоты несущей. Поэтому вероятность ошибки при приеме будет меняться. Дискретный канал приобретает «память» с интервалом корреляции ошибок, равным продолжительности работы на одной частоте при условии, что скорость изменения помеховой обстановки меньше скорости переключения частот. В противном случае отношение сигнал— помеха может изменяться за время работы на одной частоте и «память» канала будет определяться скоростью изменения спектральной плотности помех.
Поскольку в этом случае имеем канал с переменными параметрами, качество передачи можно характеризовать средней вероятностью ошибки и надежностью по помехоустойчивости. Методика их оценки такая же, как и для узкополосной системы с произвольно выбранной несущей частотой. Основная сложность при расчетах заключается в определении плотности вероятностей й(72) и усреднении условной вероятности ошибки р, (72) по этому закону. Таким образом, неравномерность спектральной плотности помех поразному влияет на помехоустойчивость систем с ПРЧ при медленном и быстром переключении частот. Для систем с быстрым переключением и когерентным накоплением элементов сигнала помехоустойчивость растет с увеличением степени неравномерности помех по спектру, а для систем с медленным переключением это, как видно на примере одиночной помехи, не всегда выполняется.
Можно существенно повысить помехоустойчивость систем с медленной ПРЧ, если применить кодирование, эффективное для дискретного канала с памятью. Теперь вернемся к выражению (9.7) для определения отношения сигнал — помеха на входе решающей схемы. Предположим, что сведения о спектральной плотности помех 7чЦ 2) известны на передающей стороне. Тогда 1г2 очевидно, что при фиксированной энергии посылки Е = — ~5 ( 1')~~~ значение 2 дои будет наибольшим при минимальном знаменателе )Я~(7")Ф(7, 2)ф. Это о условие выполняется, если 5б9 9.
Радиотехнические системы передачи информации Яо(7") = 2ЕЬ(~ — 7о); Ы(~о, Г) = ш1п, Рнс. 9.21. Структурная схема РСПИ с алап тивиой перестройкой рабочей частоты 570 где 6(7' — 1о) — дельта-функция. Таким образом, для получения максимального отношения сигнал— помеха на входе решающей схемы спектр сигнала должен быть предельно узким и иметь несущую частоту, на которой в момент передачи мощность помех минимальна. Для реализации такого метода повышения качества передачи в условиях небелого шума необходим обратный канал, по которому должна передаваться информация о помеховой обстановке в месте приема. В принципе, достаточно передать значение частоты, соответствующее минимуму помех, или при наборе дискретных значений частот — номер рабочей частоты.
Прямой и обратный каналы НКС1 и НКС2 содержат РСПИ с адаптивным переключением несущей частоты (рис. 9.21). В прямом канале передается информация от источника к потребителю, в обратном — значение оптимальной рабочей частоты. Для определения рабочей частоты в приемнике имеется анализатор канала (АК), в котором измеряется спектральная плотность помех в отведенном для передачи диапазоне частот. Решающее устройство (РУ) определяет значение оптимальной рабочей частоты, которое кодируется в кодере (К) и передается по обратному каналу.
Таким образом, реализуется практически синхронный переход с частоты на частоту при изменении помеховой обстановки. При идеальном обратном канале, по которому информация передается без задержки и ошибок, отношение сигнал— помеха д на выходе СФ будет равно 2Е~79 ы, где Х,„— минимальное значение спектральной плотности помех в отведенном для передачи диапазоне частот. В канале, где спектральная плотность помех изменяется, величина ц будет случайной и для определения средней вероятности ошибки необходи- мо знать закон распределения ,Рх. и(д).
Для этого нужно опредед лить плотность распределения максимума случайной величины 1/Ю(Д в частотной области ГПРч при заданном интервале наблюдений. Решение задачи несколько упрощается при переяк РУ ходе к дискретной модели лом мех, действующих в канале. к При этом достаточно найти плотность распределения максимума конечного числа независимых отсчетов, равного 9.5. Помехоустойчивое кодирование и декодирование Р„/Р где Рв — интервал корреляции помех по частоте. Для количественной оценки можно рекомендовать методы математического моделирования.
Значительно проще оценить надежность по помехоустойчивости при адаптивном выборе оптимальной рабочей частоты. В этом случае необходимо определить отношение сигнал — помеха или значение спектральной плотности помех Ф„„, обеспечивающие требуемую достоверность. Затем, зная плотность распределения спектральной плотности помех н (М), найдем вероятность РЯ < Ф, ), характеризующую ситуацию, когда уровень помех на произвольно выбранной частоте меньше допустимого. При адаптивном выборе частоты из набора, содержащего М фиксированных частот, надежность по помехоустойчивости определяется формулой Рм(Х< У„) = 1 — [1 — РЯ1 < Ж „Яи.
В реальных ситуациях несущая частота в прямом канале может не совпадать с оптимальным значением. Это отличие обусловлено в основном двумя причинами: ошибками, вносимыми анализатором канала, и потерей информации в обратном канале. Для определения оптимальной частоты необходимо затратить определенное время. Если спектральная плотность помех меняется, то ее вид будет воспроизводиться с некоторой погрешностью. Используя оптимальные методы фильтрации, основанные на экстраполяции и интерполяции результатов наблюдения, можно уменьшить погрешности измерения, но исключить их полностью нельзя. Потеря информации в обратном канале связана с ее задержкой и ошибками при передаче.
Обратный канал в рассмотренной РСПИ работает в менее благоприятных условиях, чем прямой. Это определяется случайным выбором несущей частоты, В момент передачи мощность помех в обратном канале может быть недопустимо большой и, как следствие, достоверность передаваемой информации низкой. Для повышения достоверности передачи в обратном канале можно, например, использовать широкополосные сигналы с применением оптимальной обработки их в приемнике.
9.5. Помехоустойчивое кодирование и декодирование 9.5.1. Принципы построения кодеков Кодированием и декодированием в широком смысле называют любое преобразование сообщения в сигнал и, обратно, сигнала в сообщение путем установления взаимного соответствия. Преобразование следует считать опжимавьным, если в итоге производительность источника и пропускная способность непрерывного канала окажутся равными, т. е. полностью исполь- 571 9.
Радиотехнические системы передачи информации зуются возможности канала. К сожалению, такая постановка задачи не дает ответа на вопрос: что для этого надо делать? Поэтому это преобразование и разбивают на два этапа, а именно на этап модуляции — демодуляции, который позволяет перейти от непрерывного канала (радиоканала) к дискретному, н этап кодирования — декодирования в узком смысле, где все операции совершаются над последовательностью символов. Однако и само кодирование — декодирование имеет два противоположных по своим функциям этапа: устранение избыточности в получаемом от источника сигнале (экономное кодирование) и внесение избыточности в передаваемый по каналу цифровой сигнал (помехоустойчивое или избыточное кодирование) для повышения достоверности передаваемой информации. Экономное кодирование направлено на то, чтобы передаваемый дискретный сигнал имел максимальную энтропию (максимальное количество информации на символ).
Тогда для его передачи по радиоканалу с выбранным модемом потребуется минимальная полоса частот. Не рассматривая методы экономного кодирования, укажем только основные свойства дискретного сигнала, в котором полностью устранена избыточность, — это равная вероятность и независимость их появления в последовательности. В этом случае среднее количество информации на символ равно 1ойз т. Примером экономного кодирования является передача речевого сигнала по цифровым каналам. Если ориентироваться только на смысловое (информационное) содержание, то можно перейти к передаче текста со скоростью 5...10 букв в секунду.
С учетом объема алфавита в двоичном канале это потребует скорость передачи 25...50 бит/с. Если устранить избыточность, связанную с неодинаковой вероятностью их появления и их корреляцией в тексте, то, как показывают расчеты, скорость передачи может быть уменьшена до 10 бит/с.
Если предавать речь в цифровой форме, используя аналогово-цифровое преобразование, ориентируясь только на ширину спектра и динамический диапазон, то скорость потока двоичных символов составит 32...64 кбит/с. Такая колоссальная избыточность привела к необходимости разработки специальных кодеков речевых сигналов, называемых еокодерами, которые нашли применение при передаче речи в цифровой форме по радиоканалам. Например, в сотовых системах мобильной связи стандарта ОБМ скорость передачи составляет 8,5 кбит/с, причем сохраняется не только смысловое содержание, но и индивидуальные особенности говорящего.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
