Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 81
Текст из файла (страница 81)
АДАПТАЦИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ И РАДИОЛИНИЙ К ИЗМЕНЕНИЯМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ Априорная неопределенность электромагнитной обстановки в радиолиииях связи и вещания и способы ее преодоления. Совокупность излучений источников рабочих сигналов и помех в заданной области пространства образует электромагнитную обстановку (ЭМО). В реальных условиях ЭМО представляет собой многомерный случайный процесс, развивающийся во времени и пространстве топографических координат. Различия параметров самих источников излучения и изменчивость условий распространения радиоволн приводят к тому, что помеховая ситуация в точке приема описывается нестационарным во времени и существенно неоднородным в пространстве случайным процессом.
Оценивание и прогнозирование ЭМО базируются на статистическом моделировании источников излучений, среды распространения и рецепторов. При этом в радиолиниях связи и вещания обычно используются модели с дифференциальным вкладом излучений источников, допускающие в отличие от интегральных моделей конструктивные упрощения. Особые трудности возникают при моделировании ЭМО на локальных объектах, так как она формируется внешними источниками, находящимися в дальней зоне излучения, и местными источниками в ближней зоне излучения, причем сами помехи могут быть радиационными и кондуктивными, узкополосными и широкополосными. 4ОЕ ГЛАВА 8 Для ЭМО в точке приема характерна неполнота статистических сведений о помехах и сигналах.
Эта неопределенность может быть параметрической, когда известен закон распределения, но информация о числовых значениях его параметров отсутствует, и непараметрической, когда неизвестен сам закон распределения. Статистические задачи выделения сигналов на фоне ЭМП с априорной неопределенностью вызывают повышенный интерес. Это диктуется необходимостью разработки алгоритмов построения РПрУ, работоспособных при неизвестных и изменяющихся во времени условиях приема сигналов. Для решения подобных задач классические байесовские алгоритмы, использующие критерий минимума среднего риска, оказываются малопригодными, так как требуют априорного знания статистических свойств сигналов и помех, особенностей их взаимодействия в функциональных элементах РПрУ, а ~акже потерь при ошибочных решениях.
В основе параметрических задач преодоления априорной неопределенности лежит ограничение класса допустимых распределений (функций правдоподобия) наблюдаемых суммарных выборок сигналов и помех. В задачах с непараметрической неопределенностью класс возможных распределений векторов сигналов и помех невозможно описать конечным числом параметров, что приводит к отличиям в методах решения таких задач. Для преодоления априорной неопределенности предложены различные принципы обработки принимаемых сигналов, большинство из которых изучается в курсе «Теория электрической связи», Ниже кратко рассматриваются три метода, получающих все более широкое применение в системах связи, вещания и передачи данных.
Инвариантный прием сигналов. В технике связи понятие инвариантности означает свойство аппаратуры системы быть устойчивой к внешним воздействиям, в роли которых выступают в большинстве случаев ЭМП; при этом характеристиками, инвариантными к помехам, могут быть помехоустойчивость, скорость передачи, восприимчивость, выраженные в количественной мере. Наиболее часто инвариантной характеристикой выступает вероятность ошибки р, при помехах Ц!) данного вида, что условно обозначается как р,= 1пчаг г,. Потребность в инвариантных системах в радиосвязи обусловлена необходимостью обеспечения заданного качества приема сообщений в каналах с переменными параметрами. При этом перед разработчиком возникает ряд вопросов: Можно ли построи~ь инвариантную систему для помех любого вида? Какой ценой достигается инвариантность в каждом конкретном случае? Каковы возможности систем связи с сигналами различных классов излучения Электромагнитные помехи в радиоприемных устройствах 407 и различными алгоритмами их обработки с точки зрения придания им инвариантных свойств? Сложность инвариантных алгоритмов обработки сигналов зависит от вида помех, свойств среды распространения, требований к достоверности принимаемых сообщений.
В качестве примера рассмотрим прием сигналов при действии в канале сосредоточенных помех с(Е) и гауссовских шумов. Инвариантность к сосредоточенным помехам может быть достигнута использованием широкополосных составных сигналов с базой Б, » 1, однако это связано с расширением занимаемой полосы частот. Вероятность ошибки, вызываемой шумами, определяется превышением сигнала /е,=Б,Р,/Р . Поэтому инвариантом к помехам г(Е) выстУпает фУнкЦиЯ Ре()е~„с). ПРи Увеличении Б, значениЯ ра()е'„Р) приближаются к /те()е'„О), и можно говорить об инвариантности /ее(/е',) = шуаг Р,. Для оценки Б„необходимой для достижения требуемой степени инвариантности, следует установить зависимость от Б, проигрыша в помехоустойчивости при наличии помех г(Е) по сравнению с их отсутствием.
Проигрыш можно оценить коэффициентом т1,= ДгоЕЯ.о — Л0,), где Дго — энергия сигнала, необходимая в отсутствие помех для обеспечения требуемого значения р;, ЛДг — уменьшение энергии сигнала на входе РПрУ, вызываемое противофазной сосредоточенной помехой. Можно показать, что т), = (1 — 0,Т5Ек,~Р„/Р,1п(Б, +1)/ (Б, ) '. Однако базу сигнала Б, нельзя увеличивать беспредельно, так как это сопровождается усилением селективных замираний и ростом взаимных помех между радиолиниями.
Рассмотрим возможнос~ь построения РПрУ, инвариантного к неаддитивным помехам, например, в виде нестабильности задающего генератора, доплеровского сдвига частоты в космических каналах, вызывающих случайные отклонения частоты принимаемых колебаний ~ от среднего значения со,. Сигнал на входе демодулятора х(е) = (/, гйп((ое,+ Ц)е+ ер). так как несущая часто~а точно неизвестна, следует применить автокорреляционный прием. Применительно к двоичным сигналам ФРМ-1 (фазоразностная модуляция первого порядка) алгоритм приема имее~ вид (/1х(Е)] = ) ха(Е)ха,(Е) гЕЕ, (8.9) с где (/1.1 =х! — переданный информационный элемент; х„(Е) и х„,(Е) — последовательные во времени посылки сигнала длительностью Т,: Х„(Е) = (/с ЬЗЕт [(Еас -> 1) Е + Ер„), ПТг < Е < (П + 1) Тт', х„,(е) =Е/„„з)п((ео, +Р)егер„,), (и-1) Т, <е < пТ,.
гллвА в 408 При вычислении выходного напряжения коррелятора У[) учтем, что посылках„| после совмещения ее во времени с посылкой х„(с помощью линии задержки на время т=Т) примет вид х„= У, а1п [[ао, +8)(г+т) + ср„1). Тогда 0[ ) м0,5 О, Т, сов(ар„— ар„1+ + гт). Следовательно, результат обработки сигнала зависит от случайного изменения частоты г„и если 8т > 0,5Т„то в соответствии с [8.9) знак У[1 изменяется и в фиксируемом сообщении произойдет ошибка. Поэтому для такой системы ро(ФРМ-1) ~ 1пчаг 8. Пусть теперь используются двоичные сигналы с ФРМ-2, у которых информация заложена во вторую разность фаз Лоро = (<р„.,— — оа„) — (аоа — оаи,). Структурная схема приемного решающего устройства показана на рис.
8.2. Отсчеты напряжений на выходе интеграторов пропорциональны соя(ди — ф„1) и гйп(д„— ао„,); остальные элементы схемы вычисляют значение сов Лф,. Такой приемник реализует алгоритмы обработки трех последовательных посылок сигнала х„ь х„, х„„; Ц ] = в18п(Х,Л;,,+УиУи,), где Х„= [~ха„Ях„ЯМ; Х„, = )х„Ях„,Яй; а о уа = ) хи„(у)х„(Е)й; уа, = /х„(Е)х„,(Г)й. о а Здесь символ * означает преобразование посылок по Гиль- берту с помощью фазовращателя на я/2. Окончательно имеем Цх(~)) =- 0,5 И, „,Т, сов Л<р, = 1пчаг г,. Инвариантность достигается ценой усложнения аппаратуры и снижения помехоустойчивости к аддитивным помехам. В ряде случаев может существовать несколько способов приема, инвариантных к помехам данного вида: например, авто- корреляционный демодулятор инвариантен к изменениям несущей частоты в пределах основного канала приема, и алгоритмы обработки сигналов следует выбирать по наименьшему значению вероятности р,.
Рис. 8.2 Электромагнитные помехи в радиоприемиых устройствах 409 Адаптивные системы радиосвязи. Адаптация представляет собой процесс изменения параметров или/и структуры системы радиосвязи на основе текущей информации о помеховой обстановке в канале для достижения требуемого качества приема сообщений при априорной неопределенности сведений о помехах и изменяющихся условиях работы. Адаптация обеспечивает расширение свойств системы связи с точки зрения ее инвариантности к помехам. На рис. 8.3 показана структура адаптивной симплексной радиолинии. Процесс передачи сообщений можно представить как последовательность преобразований сигналов источника Ь(!) в радиопередатчике РПдУн среде распространения и радиоприемнике РПрУ,, описываемых соответствующими операторами Фн Ч' и Фъ Сигналы, поступающие к получателю, являются оценкой 5(!) = Фт< Ч'(Ф,[5(!)]), п(т) > сигналов 5(!) с учетом влияния помех, нелинейности функциональных элементов канала, запаздывания исполнения команд управления, посылаемых со станции 2 на станцию ! по обратному (командному) каналу.
Оператор среды Ч' — объективно независимый, и его влияние можно ослабить только целенаправленным изменением операторов Ф, и Ф,. Сложность реализации их значений, обеспечивающих близость о(!) к 5(1), зависит от полноты информации об операторе Ч' и степени ее использования. С этой целью анализатор помеховой обстановки (АПО) оценивает параметры принимаемого колебания з(!) и формирует сигнал у(!), несущий информацию о помеховой обстановке. На основе этого управляющее устройство УУ, вырабатывает сигналы управления РПрУ. н командные сигналы с(~) управления РПдУ„посылаемые по командному каналу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
