Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 43
Текст из файла (страница 43)
По указанной причине одиночный прием двоичных сигналов в релеевских каналах не находит применения. Следовательно, не представляет практического интереса и отыскание структур оптимальных приемников для одиночного приема сигналов в таких каналах. Одним из возможных путей существенного повышения качественных показателей передачи цифровой информации в релеевских каналах является применение разнесенного приема сигналов. Рассмотрению основных особенностей метода разнесенного приема и способов его реализации посвящены следующие параграфы этой главы. 224 5.5. РАЗНЕСЕНИЕ СИГНАЛОВ КАК МЕТОД БОРЬББ! С ЗАМИРАНИЯМИ. ВИДБ! РАЗНЕСЕНИЯ Разнесение сигналов является эффективным методам повышения качеспва передачи ~информации в каналах со случайными параметрами.
Сутьметодасостоитв том, что решение о приеме сообщения принимается на основе анализа несколыонх различающихся образцов сигнала, несущих одно н то же сообщение '. Прн передаче цифровой информации по каналам со случайными параметрами эти образцы представляют собой флюктуирующие копии переданной посылки сигнала. Допустим, что имеется а различных флюктунрующих некоррелированных образцов (копий) аосылки сигнала, содержащих одну и ту же информацию, т. е.
соопветствующих одному и тому же элементу передаваемой цифровой последовательности. Полагая замирания общими, обозначим образцы, соответствующие одной переданной посылке сигнала, через зл (() = Бл ~. (~), -; зл! (() = З.у~л! ((), "; зла (() = = Зал! ла (() (5.84) где 3„; — огибающая образца с номером 7, а 7,7(г) — сигнальная функция этого образца. Все эти образцы действуют на,интервале времени 0(1(то. Пусть вероятность того, что амплитуда флюктуирующего образца с номером 7' меньше некоторой величины его, равна р,: Р(З„;< Оо) =Рь Тогда вероятность того, что все и образцов будут иметь а!мплитуды меньше величины Уо, равна р(З.,<О„З.,<О„...,З..<и.)=П р.
(5.85) !=! Если статистика замираний всех образцов одинакова, то Ра=Ра= =Ру= ... =Р„=р и вероятность сложного события (5.85) равна (5.86) -=П Р ='". * Метод разнесения сигналов является одним из примеров прин- пипа дублирования, который находит широкое применение в различных областях техники для повышения надежности функдиош!рования разнообразных устройств, механизмов и систем, 1б — 376 33б Из этого выражения следует, что с увеличением числа образцов п вероятность одновременных сильных замираний |всех образцов резко уменьшается. Например, робпз= =10-' при р1=0,1 и я=3. Отмеченное обстоятельство можно использовать для ослабления влияния заввираний при передаче цифровой информации в ка|налах со случайными параметрами. Чтобы реализовать эту возможность, необходимо располагать нужным числом образцов принимаемого сигнала.
В настоящее время известны следующие виды разнесения, позволяющие получить флюктуи~рующие копии (образцы) одного и того же сигнала: частотное, временное, угловое, поляризац~ионное и пространственное. Рассмотрим кратко суть этих видов разнесения сигналов. Частотное разнесение сигналов. При этом виде необходимые для приема образцы сигнала создаются одновременной передачей одной и той же информации на разных частотах, разнесенных так, чтобы обеспечивалась сла~бая коррелированность образцов между собой, По сути дела, при частотном разнесении сигналов одна н та же информация одновременно передается ~по нескольким параллельным каналам.
Нетрудно видеть, что такое разнесение сигналов требует значительного расширения используемого частотного диапазона и связано с усложнением как приемной, так,и передающей аппаратуры системы связи. Поэтому частотное разнесение не нашло широкого применения прн передаче информации в каналах со случайными параметра~ми '. Временное разнесение сигналов. Суть этого вида разнесения состоит в том, что передача одной и той же информации повторяется через некоторые интервалы времени, соизмеримые или превышающие время корреляции за~мираний т„.
Естественно, что необходимость повторения передачи одной и той же информации приводит к уменьшению скорости ее передачи. Поскольку при общих замираниях должно выполняться условие т,»те, при реализации временного разнесения нужно использовать устройства памяти достаточно большого объема как в передающей, так и в приемной частях системы и значительно усложнять авпачзатуру. ' В некоторых случаях, например для СВЧ линий связи прямой видимости [51 или для связи между подвижными объектами [16], частотное разнесение может оказаться целесообразным.
226 Снижение скорости передачи и усложнение аппаратуры систем при временном разнесении сигналов являются основными причинам~и того, что этот вид разнесения не получил широкого применения на практике. Угловое разнесение сигналов. Этот вид разнесения основан на применении приемных антенн с остронаправленньгми диаграммами, ориентированными в направлении ожидаемого прихода сигналов от передатчика, ~При этом между отдельными диаграммами создается некоторый разнос по углу, обеспечивающий получение различающихся образцов сигнала.
Рас 5.7. Угловое разнесение иллюстрируется рис. 5.7. Из рассмотрения этого рисунка слецует, что при увеличении угла разноса Аа корреляция между образцами будет уменьшаться, а их уровень падать. Если же угол разноса Ла уменьшать, то керреляцня между образцами будет возрастать и образцы станут ~мало различающимися между собой. Следовательно, при угловом разнесении должны существовать оптимальные углы, соответствующие наиболее эффективному разнесению. Исследования показывают [5, 10ь что угловое разнесение з системах ионосферной и тропосферной связи может быть довольно эффективным средством борьбы с за~мираниями Этот вид разнесения может применяться для связи между подвижными объектами, когда нельзя применить другие виды разнесения, или как дополнительная ~мера при использовании комбинированных способов ослабления влияния замираний сигналов.
Поляризационное разнесение сигналов. В ряде случаев поляризация излученной волны при прохождении среды со случайными параметрами может изменяться и в точке приема волна имеет составляющие с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Исследования показывают, что прием этих составляющих на две антенны с различной поляризацией позволяет получить образцы со сравнительно слабой корреляцией. Необходимо отме15е 227 тить, что заметный поляризационный эффект наблюдается только в некоторых каналах (5, 1О, 18).
Поэтому такой вид разнесения имеет ограниченное применение н не может рассматриваться как эффективное средство борьбы с замираниями. Пространственное разнесение сигналов. Этот вид разнесения основан на том, что один и тот же сигнал адно- временно ~принимается на несколько антенн, расположенных в пространстве на некотором расстоянии друг от друга. При определенном расстоянии разноса антенн корреляция между огибающими полученных копий сигнала может быть ослаблена до необходимой величины.
Итак, для ослабления влияния замираний необходимо создавать несколько флюктуирующих копий одного и того же сигнала, полученных разнесением сигналов одним нз указанных способов так, чтобы обеспечить малую корреляцию менсду огибающими этих копий. Многочисленные исследования показали, что коэффициент корреляции между огибающими копий сигнала зависит от величины разнесения и может быть аппрокснмирован выражением (16, 19) Р(Лх) =ехР ( — ЬхтЬЬхэ), (5.87) где Ьх — величина интервала разноса (по частоте, времени, углу, расстоянию); Лха — характеристический интервал разноса, определяемый для каждого вида разнесения и конкретных условий работы экспериментально. При разносе, равном характеристическому интервалу (Лх=Лхо), р(бх,) =-1/ 1"е = 0,6.
(5.88) Исследования показали (5, 10), что увеличение интервала разноса сверх характеристического не приводит к существенному улучшению качества приема флюктуирующих сигналов. Поэтому применять слишком большие интервалы разноса практически нецелесообразно. Анализ, выполненный в работах [5, 7, 20), показывает, что при достаточно больших отношениях сигнал/шум на входе приемника (йз,=йзЪ!) влияние корреляции между образцами сигналов эквивалентно некоторому уменьшению средней мощности образца.
Это уменьшение можно оценить коэффициентом т,= 1/У1 — 8. (5.89) 228 В работе (20) показано, что если корреляция между любой парой образцов одинакова, то коэффициент, характеризующий уменьшение средней мощности образца, определяется выражением (5.90) Тр 11(1 р ). Для значений р<0,6 выражения (5.89) и (5.90) дают приблизительно одинаковые результаты. Поэтому прн оценках можно пользоваться любым из них.
Если р(0,4 — 0,5, то энергетический проигрыш из-за наличия корреляции между образцами незначителен (менее 1 дБ). Отсюда следует важный практический вывод, что разносить сигналы для уменьшения коэффициента корреляции ниже величины 0,4 — 0,5 нецелесообразно. Необходимо отметить, что при угловом и пространственном разнесении сигналов корреляция между сигналамн зависит не только от абсолютной величины разноса, но и от геометрии разнесения.
Так, при пространственном разнесении сигналов, образованных рассеянной волной (тропосферное, ионосферное и т. п. распространение) коэффициент корреляции с увеличением расстояния разноса между антеннами, расположенными в вертнкальном или горизонтальном направлении, перпендикулярном трассе, обычно падает быстрее, чем вдоль трассы. Для УКВ линий с прямой волной наилучшим является вертикальное разнесение, разнесение же в других направлениях практически невыполнимо, так как для него требуются чрезмерно большие расстояния разноса 151 Прн благоприятном направлении пространственного разноса антенн соотношение между длиной волны А сигнала и расстоянием разноса Л1, обеспечивающим значение коэффициента корреляции р(0,4 — 0,5, приблизительно определяется величиной Л1/А .10 — 20. Отсюда следует, что достаточная декорреляция флюктуирующих образцов достнгается при разнесении антенн на расстояния порядка одного-двух десятков длин волн.
Пространственное разнесение широко применяется в каналах со случайными параметрами. Поэтому дальнейшее рассмотрение будем вести применительно к этому виду разнесения. б.б. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА Одной из главных задач приема разнесенных сигналов является такая обработка полученных копий флюктуирующего сигнала, которая обеспечивает извлечение переданного сообщения с наименьшими «затратами», понимаемыми в том или ином смысле. В одних случаях наиболее важным фактором оказывается простота технической реализации разнесенного ~приема, в других— необходимая величина мощности излучения передатчика для обеспечения заданного качества приема информации и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
