Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 35
Текст из файла (страница 35)
п. С вопросами теории приема цифровой информации с учетом межсимвольных помех более детально можно ознакомиться в работах [17 †2. 4.В.2. Неидеальность синхронизации Для нормальной работы приемного устройства синхронной цифровой системы связи необходимо обеспечить строгое временное соответствие между принимаемой последовательностью посылок сигнала и режимом работы демодулятора и декодера приемника. Установление такого соответствия назгявается синхронизацией. Чтобы обеспечить синхронизацию приемника, нужно располагать сведениями о частоте сигнала, его начальной фазе, а также о 'моментах начала и окончания информационных символов, кодовых комбинаций и групп тамих комбинаций. Эта совокупность сведений называется синхроипформацией.
Чем точнее эти сведения, тем ближе к идеальному может быть осуществлен процесс синхронизации. 162 Процесс синхронизации можно разделить на пять этапов: 1) поиск и захват передаваемого сигнала; 2) измерение (оценка) частоты и начальной фазы принимаемого сигнала * (обеспечение высокочастотной синхронизации); 3) установление начала н окончания каждой элементарной посылки принимаемого сигнала (обеспечепие символьной синхронизации); в литературе по цифровым системам символьную синхронизацию часто называют тактовой, понимая лод тактом период повторения сиихроимпульсов, равный длительности элементарного символа; 4) установление начала и окончания кодовой комбинации (обеспечение словной синхронизации); 5) установление начала или окончания кадра, содержащего несколько кодовых комбинаций от различных источников (обеспечение кадровой синхронизации).
Последние три этапа называют временной синхронизацией. В системах связи необходимости в решении задачи первого этапа часто'не возникает, так как направление прихода сигнала к приемной антенне обычно известно заранее. Синхроинформацию можно извлечь или непосредственно из~информационного сигнала, или из синхросигнала, передаваемого по отдельному каналу. Такой канал может быть либо полностью автономным и создаваться на своей несущей частоте, либо формироваться при включении специальных символов синхронизации в информационную агослвдовательность. На практике чаще предпочитают иметь отдельный канал синхронизации. Несмотря на то, что такой канал требует дополнительных затрат полосы и энергии, его применение оказывается целесообразным, так как эти затраты ~составляют сравнительно небольшую часть общих затрат, а система получается технически более удобной и простой.
Извлечение необходимой синхроинформации и управление в соответствии сней работой демодулятора и декодера приемника осуществляется с помощью устройств синхронизации. Для высокочастотной синхронизации широкое применение находят устройства, основанные на методах автоподстройки частоты и фазы. Некоторые из них были .рассмотрены в э 4.5. * для иогеренсного приема. Лля ~некогорентного лриема достаточно оценивать только частоту сигнала.
183 Таблица 4.5 Необходиное увеличение знергии носилки требуеизя оетоятнскть ошибки Величина рассогласо виня Внд синхршшзачии чО-е 10-з а)р ~ 0,1,'че 1,15 — 1,25 Высокочастотная (по частоте) Высокочастотная (по фазе) 10-е 10-з атр ~ (10 — гб) 1,! — 1,! 5 10 ' — 1О 1,3 — 1,5 Временная (по време- ни прихода сигнала) Ьтр е~ 0,05 т, В этой таблице гз)р, Ьгрр и Атр — среднеквадратичные значения рассогласования по частоте, фазе и времени прихода сигнала соответственно. Таблица показывает, во сколько раз необходимо увеличить энергию посылки по сравнению с идеальной синхронизацией для получения той же вероятности ошибки.
184 Временную синхронизацию обычно осуществляют автоматическим слежением за изменением временного положения синхросимволов, передаваемых по отдельному временному или частотному каналу. Такое слежение основывается на тех же принципах, что и слежение за частотой или фазой гармонического сигнала и реализуется различными следящими временными дискриминаторами. Неидеальность работы синхронизирующих устройсгв проявляется в том, что между оцениваемым (измеряемым) параметром и его истинным значением всегда имеется некоторое рассогласование. Величина этого рассогласования зависит как от применяемого способа синхронизации, так и от отношения сигнал/шум в канале синхронизации. Анализ помехоустойчивости приема цифровой информации с учетом неидеальности синхро~низации представляет собой довольно сложную самостоятельную задачу, которую мы рассматривать не будем.
Некоторое представление о степени вл~ияния неидеальности синхронизации на помехоустойчивость приема цифровой информации можно получить из табл. 4,5, которая составлена на основе исследований, изложенных в работах 123 — 26). Подчеркнем, что приведенные значения ориентировочны и для расчетов нужно пользоваться результатами указанных работ. 4.8.3. Оценка помехоустойчивости и реальной скорости передачи двоичных сигналов Межсимвольные помехи и неидеалыность оинхрониза.
ции приводят к тому, что для получения требуемой точносги передачи информации в реальных системах связи необходимо затрачивать большую энергию посылки сигнала, чем в системах, где эти факторы отсутствуют (идеализи~рованные системы). Нетрудно показать, что необходимая энергия посылки в реальной системе определяется выражением Ер=Е(умсусх=рсто(уьлсусх, (4.73) где Š— энергия посылки сигнала с мощностью Р, ицлительиостью то в системе с идеальной син>сронизацией и без 'межсимвольных помех; У„, и у,х — коэффициенты, учитывающие влияние межсимвольных помех и неидеальность синхронизации, соответственно. Естественно, что ум,<! и усх(1, Чем меньше влияние рассматриваемых факторов, тем ближе коэффициенты уме я тех единице.
Учитывая результаты предыдущего рассмотрения, ориентировочно можно считать, что в реальных оистемах элле=0,7 — 0,9; тех=0,6 — 0,8. (4.74) Следоватедьно, в реальных системах для получения заданной вероятности ошиб>си передачи цифровой информации необходимо увеличивать энергию посылок в 1,5— 2 раза по сравнению с идеализированными системами. Такое увеличение тво>кно осуществить, либо повышая мощность сигнала, либо увеличивая длительность посылки. Несложно убедиться в том, что при одинаковой вероятности ошибки увеличение энергии посылки в реальной системе любым способом всегда эквивалентно увеличению длительности этой посылки по сравнению с длительностью посылки в ~идеализированной системе е. л В илевливяроввниой системе при увеличении мощности посылии и сохрвнеияи пенс>ленной вероятности ошиоки нужно соответственно умсныпвть липтельность посылки, Приняв во внимание (4.73), нетрудно видеть, что указанное увеличение длительности посылки определяется выражением тор/тр= 1 7моусх.
(4.75) Из выражения (4.75) следует, что межсимвольные помехи и неидеальность синхронизации неизбежно приводят к снижению скорости передачи информации в реальных системах связи. Из теории передачи сообщений известно, что информационная скорость передачи в симметричных двоичных каналах с постоянными параметрами определяется выражением Я = —, [1+ Рош 1о~т Рош+ (1 — Рош) 1оцт (1 — Рош)] (4 76) 1 При увеличении отношения сигнал/шум в канале вероятность ошибки р, уменьшается и скорость передачи стремится к величине (4.77) 1пп й = 1/ х, = И„ Рош тр где /7, — техническая скорость передачи (см. гл.
1). С достаточно хорошим приближением можно считать, что выражение (4.77) справедливо, если р, (10-х. С учетом выражений (4.75) и (477) снижение скорости передачи в реальных системах связи Яр можно оценить формулой /7р/аст =то/тор= 7мо7сх, (4.78) из которой с учетом (4.74) следует йр = 1/хор = (1/хо) умоуох. (4.79) Проведенное рассмотрение показывает, что межсимволыные искажения и неидеальность синхрониза/тии могут приводить к заметному уменьшению скорости передачи информации в реальных системах связи. 4.9. КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛ, 4 1.
В реальных условиях параметры принимаемого сигнала никогда не могут быть известны точно. Особенно чувствительным параметром сигнала является его 186 фаза. Поэтому даже незначительные случайные изменекия параметров канала приводят к заметным случайным изменениям фазы. 2. Спруктура приемных устройств в каналах со случайными измененияэги фазы может быть найдена иа основе теории оптимального приема в та~них каналах н некоторых инженерных соображений, учитывающих в первую очередь ~простоту реализации приемников. 3. Применяемые на практике реальные способы приема простых двоичных сигналов принято делить на когерентные и некогереятные. При когерентных способах необходимо измерять (оценивать) значение фазы пр~инимаемого сигнала н использовать полученную информацию о фазе при демодуляции сигнала.
Реализац~ия когерентных способов связана со значительным усложнением приемного устройства, поэтому в ряде случаев на практике отдают предпочтение некогерентным способам приема. 4. Проведенные исследования показывают, что при достаточно высоких требованиях к достоверности передачи помехоустойчивость некогерентного приема простых сигналов незначительно отличается от помехоустойчивости оптимального ~приема таких сигналов в каналах с полностью постоянными параметрами. 5.
Результаты рассмотрения позволяют записать общее выражение для вероятности ошибки при некогврентном приеме двоичных сигналов в виде р, =0,5 ехр( — у'.Лэ/2) (4.80) где у,— коэффициент, зависящий от вида и ~параметров манипуляции сигналов (см. гл. 3). Из этого выражения следуе~, что для получения заданной вероятности ошибки необходимо обеспечить отношение мощности сигнала к мощности шума на входе приемника, равное Ь' га (Рс/Рш)вх — — (2/'('с) 1и (1/2р,ш).
(4.81) 6. При использовании двоичных сигналов предпочтение нужно отдавать сигналам с активной паузой. Важным ~достоинством таких сигналов является то, что онн обеспечивают работу приемника,при нулевом пороге независимо от уровня принимаемого сигнала. Иными сло- 187 вами, режим работы приемника инвариантен"' к уровнто принимаемого сигнала. 7. Наиболее сложен с точки зрения реализации прием двоичных сигналов с фазовой манипуляцией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
