Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Основными причинами этого являются сложности технической реализации ОФ и трудности формирования и обработки широкополосных сигналов при ширине спектра сигнала выше десятков мегагерц. От этих недостатков свободны РСПИ с перестройкой рабочей частоты (ПРЧ) (рис. 9.18). Несущая частота передатчика изменяется дискретно по программе в широких пределах. Приемник перестраивается синхронно с изменением частоты принимаемого сигнала. В зависимости от скорости переключения несущей частоты различают системы с медленной перестройкой, когда время работы на одной частоте Т„ много больше длительности посылки Т, (Т„» Т,), и быстрой, когда Т„.к Т,.
Системы с быстрой перестройкой и когерентным накоплением элементов дискретного частотного сигнала обладают такой же потенциальной помехоустойчивостью, что и системы с широкополосными сигналами„однако реализация обеляющего фильтра упрощается. Это связано с тем, что в результате преобразования сигнала в приемнике на выходе фильтра смесителя с полосой, определяемой длительностью элемента ПРЧ сигнала, получаем последовательность радиоимпульсов на промежуточной частоте, амплитуды которых соответствуют уровням смеси сигнала и шума на принимаемых частотах. Таким образом, сигналы ПРЧ как бы трансформируются из спектральной области во временную, в результате чего помехи, сосредоточенные по спектру, преобразуют- м нкс м ся в помехи, сосредоточенные .,с во времени.
Введя теперь схему автоматической регулиров- Хп пч Тппч 'е ки усиления с коэффициентом гпгч гпгч передачи, обратно пропорциональным значению спектральной плотности мощности помех на данной частоте, получаем в итоге схему (рис. 9.19), 9. Радиотехнические системы передачи информации нальные ПРЧ сигналы (рис, 9.20). Посылку длительностью Т, разбивают на )ч' временных интервалов, в течение которых передается один элемент сигнала на частоте ~. Для т возможных сигналов последовательность частот за время Т, должна быть своя, причем такая, чтобы наложение частотно-временных матриц не давало совпадений. Получить ортогональные ПРЧ сигналы можно и с помощью частотной манипуляции, смещая результирующий спектр посылки на фиксированные частотные интервалы ф: рнс.
9.20. Диаграмма формирования сигналов с ПРЧ 568 по своим характеристикам эквивалентную обеляющему фильтру. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
