Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами (1985) (1151877), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Именно поэтому величину цшпс=Ч /Р (1В) называют коэффициентом усиления ШПС при обработке или просто усилением обработки. Из (1.4), (1.5) следует, что усиление об- а Таблица 1.1. Параметры систем связи с ШПС Система санки Тип ШПС Ширина спектра, мги Уеиление абрабетки, ая Ссылки тл Рис. !.2. Помехоустойчивость систем связи с ШПС: ЧМ и АМ Работки Кшпс —— 2В.
В'ШСС пРием инфоРмации хаРактеРизУетси отношением сигнал-помеха Ьз=д92, т. е. У=В р'. (1.6) На рис. 1.1 представлены зависимости усиления обработки и базы ШПС В от отношения сигнал-помеха на входе рз дБ при значениях с)Я (сплошные линии) и йз (штриховые линии), равных 10, 20 и 30 дБ, построенные согласно (1.4), (1.6). Например, если необходимо иметь Ьк = 20 дБ, ат а на входе приемника р'= = — 40 дБ, то требуемая балл за должна быть равна 60дБ, ~ лгдл т.
е. В=10'. ер Соотношения (1.4), (1.6) являются фундаментальными в теории систем связи с ШПС. Они получены для помехи в виде белого шума с равномерной спектральной плотностью мощности в пределах полосы частот, шири- Б на которой равна ширине -,р -лг -хр -ы а 1р гсгач'дб спектра ШПС. Вместе с тем зги соотношения справедлиРис. 1.1. Зависимость усиления обработки вы для широкого круга пои базы ШПС от отиошеиии сигнал-помеха мех (узкополосных, имп льва выходе приемника , и уль- сных, структурных), что и определяет их фундаментальное значение. В общем случае, усиление обработки ШПС для произвольных помех тлшпс ж 2В, (1.7) где степень приближения зависит как от вида помех, так и от базы ШПС.
В та~бл. 1.1 приведены значения усиления обработки для некоторых зарубежных систем связи нгь т навигации. 1рр б,дл В табл. 1.1 введены обозначения: ФМ— фазоманипулнрованный сигнал, ЧМ вЂ” ча- лл стотноманипулированный сигнал. ~Приведенные в таблице параметры соответствуют ~ в основном системам связи шестидесятых годов (первые четыре строки) и только в пятой строке приведены параметры современной системы ЙР8 (ИоЬа! Роз!1!оп Буз1ет) — многоспутниковой радионавигационной системы [11].
На рис. 1.2 приведены графики помехоустойчивости систем связи с ШПС, с частотной модуляцией (ЧМ) и с амплитудной модуляцией (АМ). Для сравнения ЧМ и ШПС взяты одинаковые полосы частот, что соответствует В=100. Помехоустойчивость системы связи с ШПС рассчитана согласно (1.4), причем положено, что информация передается с помощью широтно — импульсной модуляции (ШИМ). Известно, ЧМ обладает высокой помехоустойчивостью и обеапечивает высокое качество воспроизведения информации при условии, что отношение сигнал-помеха на входе выше порогового значения р'„»=10...15 дБ.
Прн уменьшении р' ниже порогового значения помехоустойчивость системы связи с ЧМ резко падает (см. рнс. 1.2). Система с АМ н эквивалентной базой В= =1 работает лишь при рз)0 дБ, зависимость д» от р» линейная. Система связи с ШПС обеспечивает надежный прием информации и при р'(О дБ. Например, если положить д'=1О дБ, то система связи будет работать при отношении сигнал-помеха на входе — 13 дВ, т.
е. р'=0,05. Таким образом, одним из основных назначений систем овязи с ШПС является обеспечение надежного приема, информации при воздействии мощных помех, когда отношение сигнал-помеха на входе приемника р» может быть много меньше единицы. Необходимо еще раз отметить, что приведенные соотношения строго справедливы для помехи в виде гауссовского случайного процесса с равномерной спектральной плотностью мощности (чбелый» шум). Совместное воздействие комплекса помех будет рассмотрено более, подробно в гл.
10. Вопросу фильтрации комплекса помех посвящено большое число работ. 1.4. Скрытность сметены евнин Это способность противостоять обнаружению и измерению параметров. Скрытность — понятие очень емкое, так как включает в себя большое множество особенностей обнаружения ШПС,и измерения их параметров. Поскольку обнаружение ШПС и измерение пара~метров возможны при различной первоначальной осведомленности (априорной неопределенности) о системе связи, то можно указать только основные соотношения, характеризующие скрытность.
Когда, известно, что в данном диапазоне частот может работать система связи, но параметры ее неизвестны, то в этом случае можно говорить об энергетической скрытности системы связи, так как ее обнаружение возможно с помощью анализа спектра (энергетнческое обнаружение). Характеристика обнаружения (вероятности ложной тревоги и пропуска сигнала) полностью определяется отношением сигнал-помеха на входе приемника-анализатора р»=Р,(Р„, где помеха представляет собой собст- в еенный шум приемника Р,=лТо(И вЂ” 1) Р, а й — постоянная Больцмана, Та — температура окружающей среды, У вЂ” коэффициент шума приемника.
Время обнаружения ШПС при условии р'«1 приближенно определяется соотношением Т,6,— ж~Р-ь(р')-'2д' или Т,з„ж аР, (1.8) где размерная постоянная а=ЯдзйТО(Ȅ— 1)(Р,~' зависит как от шумовых свойств приемника, мощности сигнала на входе, так и от требуемого отношения сигнал-помеха на выходе дз. Таким образом, чем шире ширина опектра ШПС, тем больше время обнаружения, тем выше энергетическая скрытность системы связи. Если ШПС системы связи воспроизводятся приемником-анализатором уверенно, то время анализа пр~иближенно определяется соотношением, аналогичным по виду соотношению (1.8), но а= =ЬТ(ИТо(МШ вЂ” 1)/Рс], Ь вЂ” постоянная величина. Чем шире спектр ШПС, тем больше база, тем больше время анализа, тем выше параметрнчеакая скрытность системы связи. Таким образом, чем шире спектр ШПС и чем больше его база, тем выше как энергетическая, так и параиетрическая скрытность.
Для борьбы с радноразведкой в помехозащищенных системах .связи применяют также смену ШПС. Частота смены ШПС, нх выбор из некоторого ансамбля (системы сигналов) определяется многими требованиями к системе связи и не может быть однозначно определен. Однако полагают, что число сигналов в системе (или объем системы сигналов) должно быть много больше базы ШПС. Можно предположить, что для помехозащищенных систем связи объем системы сигналов Е определяется степен~ным законом: 1. (1.9) где т — некоторое число, по крайней мере удовлетворяющее условию т)2, хотя для работы может использоваться гораздо меньшее число ШПС. Следовательно, использование ШПС повышает помехоустойчивость и скрытность системы связи, т. е.
ее помехозащищенность. Как следует из материалов зарубежной печати, ШПС используют в спутниковых системах связи, в авиационных системах связи, в радиорелейных линиях, в спутниковых навигационных системах. По видимому, применение ШПС в помехозащищенных аистемах связи будет расширяться. 1.б. Кодовое равделенне абонентов Помехозащищенные системы связи являются специальными, а ле коммерческими. Поэтому на раннем этапе развития систем связи с ШПС полагали, что ШПС не найдут широкого применения в коммерческих системах связи. Однако с развитием асинхронных адресных систем связи внедрение ШПС в системы массовой .радио- 9 связи стало возможным.
Основу для этого представляет кодовое разделение абонентов за счет ШПС, отличающихся по форме. При больших базах можно построить большое число, различных ШПС. Например, пусть ШПС представляет собой фазомапипулированный сигнал, состоящий из радиоимпульсов, фазы которых 0 или я, а число их равно В. Можно построить множество сигналов (так называемый полный код), число сигналов в котором равно 2э, а сигналы между собой отличаются хотя бы в одном импульсе. Если положить В='100, то имеем 2не 10з' различных сигналов.
Из такого большого множества можно отобрать систему сиг~налов так, чтобы каждому абоненту в системе связи выделить свои собственные сигналы. При этом все а~боненты могут работать в общей полосе частот, а,разделение их возможно за счет различия ШПС по форме. Такое разделение абонентов называется кодовым. При этом ШПС является по сути дела адресом абонента и в этом случае принципиально нет необходимости в принудительной временнбй синхронизации абонентов. Поэтому подобные сн. ьь стемы связи получили название асиихрон- ,л ных адресных систем связи (ААСС). Они м ь основаны на применении ШПС и кодовом разделении абонентов.
В ААСС все абоненты работают в об- щей полосе частот. Поэтому при передаче гз информации ШПС различных абонентов перекрываются по времени и по частоте и м создают взаимные помехи. Однако при иса ~а гр „тдгдз пользовании ШПС с большими базами воз- можно свести уровень взаимных помех до Рнс. ьз. Повехоустов- требуемого, чтобы обеспечить необходимое чивость ЛАСС качество приема информации. Если предпо- ложить, что на входе одного из приемников системы связи действует 1 мешающих ШПС с одинаковыми мощностями, то отношение сигнал-помеха на выходе приемника Ьз =В/1. (1.10) Тачеим образом, увеличивая базу ШПС, всегда можно добиться требуемого качества приема информации.
На рис. 1.3 представлены зависимости базы ШПС от числа активных абонентов, построенные согласно (1.10). Графики рис. 1.3 позволяют определить помехоустойчивость ААСС. 1.6. Эффективность ААСС Как следует из (1.10), повышение помехоустойчивости ААСС при заданном числе активных абонентов возможно только за счет увеличения базы ШПС. При заданной скорости передачи информации увеличение базы приводит к пропорциональному расширению спектра ШПС в соответствии с определением (1.2).
Возни- 10 кает вопрос об эффективности использования радиоспектра в системах связи с ШПС. В системах связи эффективность использован|ия радиоспектра карактеризуется удельной плотностью активных абонентов у, равной числу активных абонентов, приходящихся на 1 МГц полосы частот, т. е. у=1/Р, (1.11) где 1 — число аквивных абонентов, одновременно работающих в полосе частот шириной г".
Заменяя 1 в (1.11) согласно (1.10), имеем у =т~К'. (1.12) Часто удельная плотность активных абонентов называется просто эффективностью системы связи. Бз (1.12) следует, что эффективность ААСС тем меньше, чем больше требуемое отношение сигнал-помеха на выходе приемника. Таким образом, ААСС более перспективны в тех случаях, когда не требуется высокое качество передачи информации, что характерно для систем массовой радиосвязи.
Для примера, в радиотелефонной системе подвижной связи с частотным разделением каналов максимальная эффективность т,=250 аб/МГц, так как минимальная ширина каждого канала равна 4 кГц:и в 1 МГц можно разместить 250 частотных каналов, т'. е. активных абонентов. Однако, для повышения помехоустойчивости используется частотная модуляция (ЧМ) и соседние частотные каналы разнесены на 25 кГц. При этом в 1 МГц можно разместить 40 частотных каналов, т. е. учм =40 аб/МГц. Ранние системы связи сП$ПС («ЯАПА», «НАСЕР» идр.) имели низкуюэффектнвность, у них ушпсж7...9 аб/МГ~ц. Из (1.12) следует, что высокую эффективность систем связи с ШПС непосредственно получить трудно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
