Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Одновременно возникает межсимвольная интерференция (МСИ), вызывающая взаимные помехи между соседними элементами сигнала. Величина ВСИ зависит от ширины спектра сигнала Г, и длительности Т„„импульсной характеристики канала; при Г,Т„„«0,5 искажения формы сигнала незначительны (каналы с «гладкими» замираниями). Величина МСИ зависит от соотношения Т„„и длительности элементарного сигнала Т,. При Т„„«Т, наблюдаются только краевые искажения, которые можно устранить при приеме, исключая пораженные участки сигналов.
Физические факторы, вызывающие временное рассеяние сигналов, подвержены случайным изменениям. Поэтому форма фй г„) зависит от времени 0 а переданный сигнал в процессе прохождения по каналу претерпевает паразитное преобразование, подобное модуляции. Если в системе связи применяется частотное разделение каналов, то рассеяние по частоте может вызвать перекрытие частотных спектров сигналов и, как следствие, взаимные помехи между каналами. Увеличению частотного рассеяния способствуют такие факторы, как доплеровский сдвиг частоты при относительном перемещении источника и приемника сигналов, а также нестабильность частоты генераторного оборудования каналообразующей аппаратуры. Перегрузка тракта модуляции или выходного каскада РПду, а также нелинейные эффекты в УТ радиоприемника придают каналу нелинейность и приводят к дополнительным помехам приему сигналов.
Наконец, диэлектрические неоднородности среды распространения искажают плоский фронт радиоволны, что проявляется в виде пространственного рассеяния. При этом в точке приема возникает сложная интерференционная картина замираний, когда напряженность поля зависит от несущей частоты сигнала, времени и вектора К координат точки приема. В результате каждая из системных характеристик канала приобретает еще векторный аргумент К.
Перечисленные виды рассеяния образуют мультипликативные помехи, поскольку передаточная функция канала играет роль сомножителя при принимаемом сигнале. Кроме того, на принимаемый сигнал накладываются аддитивные помехи. Подчеркнем, что от мультипликативных помех нельзя избавиться наращиванием мощности передатчика и ошибки возможны даже при отсутствии аддитивных помех. Этот эффект характеризуется так называемой несократимой вероятностью ошибок.
Характеристика способов ослабления мультиплякативных помех. Замирания сигналов в каналах с рассеянием представ- 388 ГПАВА а лают собой нестационарные случайные процессы. Однако для коротких временных интервалов приближенно их можно считать квазистационарными процессами с сохраняющимися от интервала к интервалу времени законами распределения, но с изменяющимися значениями числовых параметров. Замирания в пределах таких интервалов принято называть быстрыми, а изменения в их пределах средних по времени значений уровней сигналов — медленными.
Быстрые замирания в зависимости от частотного диапазона канала, условий распространения радиоволны длятся от десятых долей секунды до 10 с и вызываются в основном случайными амплитудными и фазовыми соотношениями интерферирующих радиоволн при многолучевом распространении. Причинами медленных замираний являются поглощение и рассеяние энергии радиоволн в атмосфере. Для борьбы с мультипликативными помехами используются различные способы, сложность и эффективность которых зависит от физической природы МСИ. Так, если рассеяние сигналов обусловлено только фазочастотными факторами, то применяется фазовая коррекция канала. Для ослабления искажений, вызванных пространственным рассеянием, эффективен прием сигналов на несколько пространственно разнесенных антенн.
Амплитудно- частотные факторы нарушают ортогональность откликов канала, и при глубоких замираниях на отдельных частотах может быть утрачена различимость элементов сигнала. Такие селективные замирания характерны и для многолучевых радиоканалов. Разность хода сигналов в отдельных лучах вызывает фазовый сдвиг, зависящий от частоты. В результате на одних частотах возникает благоприятное, а на других — неблагоприятное соотношение фаз лучей. причем эта интерференционная картина случайным образом изменяется во времени. Фактор многолучевости двояко влияет на помехоустойчивость приема сигналов.
С одной стороны, интерференционные искажения снижаю~ достоверность демодуляции сигналов, с другой — наличие нескольких разнесенных во времени сигналов, отображающих одно и то же сообщение и замирающих независимо, несет в себе потенциальную возможность повышения помехоустойчивости.
Поэтому разработки передающей и приемной аппаратуры для каналов с рассеянием были направлены как на преодоление вредных последствий многолучевости, так и на обращение ее в полезный фактор, повышающий помехоустойчивость по сравнению с однолучевыми каналами с замираниями. В основе их лежат методы пространственного, частотного или корреляционного разделения лучей.
Электромагнитные помехи в радиоприемных устройствах 389 Пространственное разделение лучей предполагает использование остронаправленных приемных антенн с автоматической перестройкой диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Такие антенны сравнительно просты в конструктивной реализации только в диапазонах СВЧ и выше. При частотном разделении лучей используют передачу элементов сигнала, следующих друг за другом, на различных смежных частотах, что позволяет разделить мешающие отклики канала с помощью резонансных фильтров.
Такой принцип требует большого расхода частотного ресурса, что затрудняет цикловую синхронизацию генераторов и приемных фильтров и ухудшает ЭМС радиолиний. Корреляционное разделение лучей предполагает использование широкополосных сигналов с базой Б,= 2П,Т,»1 в качестве переносчика сообщений. Сигналы с разностью хода лучей Лг при П,Лг»1 оказываются практически ортогональными на интервале длительности единичного элемента Т,. В радиоприемнике реализуются разделение этих ортогональных образцов сигнала, совмещение их во времени, взвешенное когерентное сложение и некогерентное детектирование. Такая обработка дает заметный выигрыш в помехоустойчивости в каналах с замираниями.
Здесь сказывается эффект накопления сигналов отдельных лучей, содержащих значительную регулярную компоненту, и меньшая глубина замираний в одном луче на фиксированной частоте по сравнению с замираниями суммарного сигнала всех лучей. Однако повышение помехоустойчивости широкополосных систем с корреляционным разделением лучей достигается ценой снижения удельной скорости передачи.
Проблема заключаешься в способе организации операции «модуляция — демодуляция» сигнала, инвариантного к многолучевости. Системы передачи, в которых решается эта задача, моя<но разделить на три группы; с инвариантными характеристиками, сохраняющими устойчивость показателей качества в некотором диапазоне мгновенных значений параметров канала. Это достигается выбором структуры сигнала и вида модуляции, слабо подверженных искажениям рассеяния (составные широкополосные сигналы); с адаптивной коррекцией канала или сигнала. Этой цели служат приемный оцениватель системной характеристики канала, корректор формы импульсной характеристики или передаточной функции канала, оцениватель информативного параметра сигнала; с оценкой текущего состояния канала и оптимальной демодуляцией сигнала.
Здесь перспективны процедуры приема сигнала «в целом» с последовательным принятием решения [111. гллвл в 390 Пространственно разнесенный прием сигналов. При разнесенном приеме сигналов можно использовать их угловое, временное, частотное и пространственное разнесение. В основе этих способов лежит идея ослабления статистической взаимосвязи сигналов при их разнесении, т.е. уменьшения коэффициента корреляции замираний при увеличении параметра разнесения ~р. В зависимости от вида разнесения параметр ~„обычно нормируют в долях диаграммы направленности приемной антенны, разнесения несущих частот сигналов, разнесения временных интервалов передачи одноименных реализаций сигналов, пространственного разнесения приемных антенн.
Последний способ получил наибольшее распространение; при этом антенны обычно располагают поперек трассы связи в горизонтальной плоскости, что сокращает размеры антенного поля, на расстоянии ~, = (10...50) Ь друг от друга. Энергетическую эффективность различных способов разнесения удобно оценивать относительно одиночного приема по отношению сигнал/помеха Ь,'~= Ь„ЬУ', требуемому для обеспечения заданной вероятности ошибки, где д — кратность разнесения (число приемных антенн при пространственно разнесенном приеме); а — коэффициент снижения мощности сигнала при разнесении.
При угловом и пространственном разнесении и = О, при временном и =1, при частотном с общим радиопередатчиком 1< а < 2. При пространственном разнесении наиболее часто применяются сдвоенный (д = 2) и строенный (о = 3) приемы. При этом из сигналов параллельных каналов формируется результирующий сигнал ис р (Е) —, 1З,11е, (Г) х (1) .ь л(1)] где х(~) — переданная реализация сигнала; (з,(г) — коэффициент передачи 1-го параллельного канала; Р, — коэффициент, зависящий от алгоритма формирования результирующего сигнала; п(~) — аддитивная помеха. При экстремальном алгоритме Д,=! для 1=) и р;= 0 для 1~ 1', где индекс 1 соответствует каналу с наибольшим превышением сигнала Ь„= Ь, „„, а сигналы остальных каналов не 2 2 учитываются при обработке.
При пороговом алгоритме коэффициенты 1э; по-прежнему определяются теми же условиями. но индекс 1' соответствует любому каналу, для которого в данный момент Ь'„> Ь„„„и этот канал используется до тех пор, пока превышение сигнала Ь„не упадет ниже допустимого Ь„„,. Использование информации только одного параллельного канала и отбрасывание остальных, среди которых могут быть каналы удовлетворительного качества, является существенным недостат- Элехтромагнитные помехи в радиоприемных устройствах 391 ком обоих алгоритмов. При линейном сложении все 1>,=1 (г .=1, г)), т.е.
все параллельные каналы, в том числе и с низким качеством, на одинаковых правах участвуют в формировании выходного сигнала. При взвешенном сложении значения ()г выбираются в зависимости от качества канала. Поэтому ~акой алгоритм наиболее рациональный; при этом независимо от способа приема в параллельных каналах (когерентный, некогерентный) взвешенные сигналы складываются синхронно и синфазно. Разнесенный прием сигналов повышает помехоустойчивость связи в каналах с замираниями. Вероятности искажения ортогональных двоичных сигналов для некогерентного одиночного и сдвоенного приемов при замираниях по закону Накагами описываютса выРажениЯми Рс| = (2т)"'/2(2лг + Ь,')"', Рсг = (2лг)н'(4т + +(2+ т)Ь,')>4(2пг+ Ь,'.)'"'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
