Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 106
Текст из файла (страница 106)
На рис. 18,31 переходная характеристика захвата представлена как функция времени при максимальных скоростях поиска и большом коэффициенте передачи петли. 18.10. ПОИСК И ЗАХВАТ ШПС Поиск и захват ШПС в присутствии шума — это один из самых важных аспектов передачи информации и измерения расстояния. Перед началом процесса слежения за ШПС, необходимо осуществить его захват как во времени, так и по частоте из-за ее доплеровского смещения.
В предыдущих параграфах были рассмотрены нелинейные переходные процессы прн захвате и удержании ШПС системой АПВ, работающей в отсутствие шума. Работа прн малых отношениях сигнал[шум требует, вообще говоря, меньшей скорости поиска, а специальные процедуры захвата могут улучшить качество работы системы АПВ. В этом параграфе рассмотрим две процедуры захвата ШПС: а) обычное некогергнтное обнаружение при фиксированной структуре сигнала, б) последовательное некогерентное обнаружение.
При некогерентном обнаружении с фиксированной структурой сигнала в течение определенного интервала времени Тц произво- 52о дится отсчет сигнала в каждой частотно-времеинбй ячейке, а затем выносится решение. При последовательном обнаружении для достижения желаемого уровня уверенности в любом из двух возможных решений — сигнал присутствует или сигнал отсутствует— используется переменное время отсчета.
При любом методе поиска ШПС необходим поиск начала отсчета во времени и по частоте, как это показано на рис. 18.32 ггк Роа 18.82. Поиск ШПС во времени к по чзстотс Предположим, что каждому временнбму интервалу соответствует Ф частотных интервалов, среди которых необходимо найти начало отсчета. Полная область частотной неопределенности сигнала Лг"=АгВпч в основном определяется частотной неопределенностью принимаемого сигнала, обусловленной эффектом Доплера. Ширина полосы по промежуточной частоте В пи должна быть достаточной, чтооы пропустить любые составляющие спектра промодулированиой полезным сигналом несущей и другие компоненты, расширяющие спектр, которые остаются после исключения псевдослучайного кода, например составляющие, обусловленные фазовым шумом генераторов или конечным временем наблюдения.
Неопределенность сигнала во времени ЬТ определяется либо периодом кода, либо исходной неопределенностью расстояния или тактовой частоты. Обычно перестройка системы АПВ осуществляется с шагом приращения времени Л/2, а не Л с тем, чтобы по крайней мере один из отсчетов оказывался вблизи корреляционного пика. Метод поиска при фиксированной структуре сигнала. При использовании обычного метода поиска при фиксированной структуре сигнала производится опробованне каждой ячейки в течение Тг с и выносится решение о том, содержит или нет данная ячейка 526 начало отсчета ШПС.
Порог для этого решения устанавливается таким, чтобы получить максимальную вероятность обнаружения при заданной вероятности (частости) ложного обнаружения и заданном отношении сигнал/шум. Этот метод можно обобщить, учтя требование: из и) испытаний на признак «состояние захвата» было бы принято и решений об обнаружении (п(т). Кроме того, можно использовать своего рода гистерезис, чтобы предотвратить ложную индикацию состояния отсутствия захвата после того, как захват был осуществлен. Например, состояние отсутствия захвата или срыва синхронизма можно нндицировать только, если будет четыре подряд показания о состоянии ниже порога. Метод поиска ШПС при фиксированной структуре сигнала иллюстрируется функциональной схемой рис.
18.33. Принятый сигнал ЮлпдпппппгНап шум гй=ч'рз)С" ь)спз ш,: С ь)У)ур „ггша/, неа' ~-(й- вш дслр Пппрпмпспгппп Рис. Ийз. Функциональная схема системы обнаружения и аахвата ШПС фиксированной структуры на основе некогерент- ного обнаружения. Опо)зной сигнал 1' йь)г.~.т,)сов)и .)-О,)). Оценка Фазы кода ть или сдвиг опорной частоты юг изменяется через каждые Та, с такой жс скоростью днскретизируется выходной сигнал ФНЧ Ф вЂ” Фильтр радиочастот с полосой пропускания В Фнч— РЧ РЧ однополюсный ВС-филыр с шумовой полосой Вея ПФ вЂ” полосовой Фильтр с полосой пропускання В , настроенный на частоту пч' пч пропускается через полосовой фильтр с центральной частотой )о, осуществляющий подавление помех по зеркальному каналу и защиту от помех входа корреляционного преобразователя частоты.
Полоса пропускання Врч этого фильтра должна быть шире спектра сигнала. Далее принятый сигнал взаимодействует во взаимокорреляционном смесителе с опорным сигналом: д (1) = )У 2 з (1 + у„) соз (( оп + о)ь) г], (18.130) ГдЕ В()) = лв 1 — ПСЕВдОСЛуЧайНая ПОСЛЕдОВатЕЛЬНОСтЬ, О)Ь= =о) пч +)2пвпч, тй=усЛ/2+та. Значения ), А изменяются с каждым временным интервалом ТФ Сигнал на выходе смесителя содержит белый шум и возможно чистое синусоидальное колебание или же синусоидальное колебание, модулированное узкополосным сигналом. Если величины ), й будут иметь соответствующие значения, то синусоидальиое колебание, представляющее уровень корРеляции сигнала, проходит через полосовой фильтр и возводится в квадрат в квадратичном детекторе, на выходе которого включен 5227 )гС-фильтр нижних частот с полосой пропускания В .
В момент времени принятия решения пТа берется отсчет выходного напряжения ФНЧ з('/), который сравнивается с пороговым значением г„. Если з(пТа)')з„то считается, что данная ячейка содержит полезный элемент сигнала. Если же з(пТа) <г, то считается, что ячейка содержит только шум, и поиск продолжается.
Пусть на входе смесителя действует аддитивная смесь сигнала и шума: г (/) ~ [ 2Р, з (/) соз (ыо (+ <р) + п (/), п (/) а Л'(/) соз [(ы, г + ~р (/)), где Р, — мощность принимаемого сигнала; з['г/ — псевдослуча йная последовательность; п(!) — ограниченный по ширине спектра белый шум с односторонним энергетическим спектром Уа Вт/Гц. Тогда выходное напряжение в полосе частот тракта ПЧ будет суммой составляющих разностной частоты сигнала и шума: и (/) = 1 Р, 3 (() г (/+ /г Л/2) соз [(опч + ~ 2п Впч) /+ [Лг (/)/Р 2 [ з (/+ +й Л/2) соз [(впч+12п Впч) Г+ грш (/)) (18 132) И здесь шумовая компонента является ограниченным по ширине сгектра белым шумом со спектральной плотностью мощности Ьа/2 Вт/Гц.
Полоса пропускания фильтра ПЧ предполагаегся узкой по сравнению с шириной спектра сигнала, т. е, Вцч«2/Л, но широкой по сравнению с величиной, обратной времени наблюдения. Если сигнал попадает в полосу пропускания фильтра ПЧ, то его на выходе фильтра ПЧ можно представить в виде х(/) =) Р,Я. (йЛ/2) соз(апч+'2пВпч)/+й/ (/) сов [гвпч/+гр (/)~ (18.133) где /г,( ) — корреляционная функция кода, а шумовая компонента имеет спектральную плотность Ло/2 и мощность (Уо/2)Впч.
Если сигнал находится вне полосы пропускания фильтра ПЧ или если й)2, то первое слагаемое этого выражения равно нулю. Низкочастотная составляющая сигнала на выходе квадратичного детектора в присутствии сигнала в полосе пропускания фильтра ПЧ (1=0, /г=О, <р «1) у(г) =х'(/)[юнчик Рс'2+ [А" (/)Р/2+) Р,л/'(г). (18.134а) Плотность вероятности мгновенного значения этой составляющей описывается законом Райса, т.
е. компоненты полезного сигнала в ней отсутствуют. Если полезный сигнал попадает за пределы полосы пропускания фильтра ПЧ или если [/г[)2, то р (/) = [й/' (г)) з/2. (18.1346) В этом случае плотность вероятности у['г/ подчиняется закону распределения Рэлея. 528 Шумовыс составляющие на выходе ФНЧ (18.134) имеют мощность: Лтвлп, Тжв ~ В„,дпч о~= Р,(1 — ав) +(х — ) — при наличии сигнала, ~м, ~ впчн в отсутствие сигнала. (!8.137) При заданном значении порога г„ вероятность пропуска ШПС 'при наличии сигнала 1209~ Р = Р (г ( г 11 в)~свтивл ирисутствует 1 1 — а+ 1,'(С(Ш) — гв =- — ег1 ~ и", (18.138) 1! 1 '11вт Р,Лв!2+(Лет2)Впч при наличии сигнала, ((18.
138) (Л(о12) Впч в отсутствие сигнала. Предположим, что ФНЧ на выходе детектора являешься одно- полюсным РС-фильтром с постоянной времени Те и шумовой по- 1 лосой В„ь причем Те= — В„в Предположим далее, что шумовая 2 полоса ФНЧ мала по сравнению с полосой пропускания фильтра ПЧ, т. е. В„,«Впч, так что распределение вероятности значений сигнала на выходе ФНЧ является примерно гауссовским.
Если сиг- нал попадаез в полосу пропускания фильтра ПЧ на время Та, а тиум присутствует, то средняя мощность сигнала на выходе ФНЧ будет Е (а (Та)) = (Р;12) (1 — 1х) + Л(вВпч,'2~ пРи наличии сигнала, Л(вВпч(2 (в отсутствие сигнала, гче ийехр( — Ти(Те). Аналогично дисперсия сигнала на выходе ФНЧ будет где (С!Ш)пи= '; ег1скд = ( е а*!(У, Впч Хв !'л х Аналогично вероятность ложного обнаружения ШПС 1 (С!Ш)пч Р =Р(г г ) ! =-.— ег1с л— (си~ив.т отсутствует 2 4В ! Впч (с 1Ш)пч (18.139) Оптимально значение Тс для отношения сигнал/шум по промежуточной частоте от О до 4 дБ равно соответственно: Тс-1,1Та= !8 †1 529 бд =1,1/4В . Именно это значение используется в проводимом ниже расчете.
На рис. 18.34 представлена зависимость вероятности обнаружения от отношения сигнал/шум при фиксированном значении вероятности ложного обнаружения Рлг 5 10 ' и различных отношениях полос частот. Заметим, что при РВ=0,9 уменьшение ширины полосы пропускания ФНЧ в 2 раза вызывает уменьшение требуемого отношения 1С/Ш)пч примерно на 1,8 дБ. При более низких значениях 1С/Ш) пч такое же уменьшение полосы частот из-за влияния квадратичных шумов приводит к снижению отно- шения 1С//Ш) пч всего на (3 г,б дБ)/2=1,5 дБ.
фьф фа. Поиск и захват ШПС мето- ФВ дом последовательного обнаруЬь Э женил. Вместо того чтобы сдвигать опорный сигнал отнобб— еь е е — сительно принимаемого ШПС е „в системе АПВ, как это было описано выше, можно последо- Ф вЂ” ту — — — 4- — вательно изменять фазу опоря ного сигнала на фиксированную величину в области неопбб~ — ф — -- — — ---- -~ ределенности времени запаз- дывания.
Такой метод может ) 4 ю „обеспечить более быстрый поф ) $ . м- ~~ ь, иск и захват ШПС при нали- чии помех. Как только будет м захвачен ШПС, петлю системы Ф АПВ можно замкнуть, после чего будет осуществляться автоматическое слежение. Допустим, например, что принимаемый сигнал имеет как бб ГВУВ/„а ДОПЛЕРОВСКИЙ СДВИГ ЧаСтОтЫ На б г 4 б в А) частотных интервалов, так и сдвиг во времени на К элеменРнс. !ВЗ4. Зависимость вероятности обнаружения щПС фиксировваной струк- тарных сдвигов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
