Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами (1985) (1151877), страница 39
Текст из файла (страница 39)
(10.8) Отношение сигнал-помеха д', (1.4), (10.2) и отношение сигнал- помеха й' (1.6), овределяющее помехоустойчивость приема, связаны соотношением д', = 2Й'. Соотношение (10.2) является основополагающим в технике борьбы с мощными помехами [581. Оно показывает, что при достаточно большой базе можно получить отношение сигнал-помеха д', достаточным для надежного приема, даже если мощность сигнала на входе приемника много меньше мощности помехи, т. е. если р'~1. Действительно, пусть, например, р'лв = — 40 дБ, а требуется иметь на выходе д'„в =13 дБ.
В этом случае необходимо применять ШПС с базой В„в =50 дБ или В=10'. Как показывают энергетические расчеты, в современных системах связи с ШПС В=10~ ... 10~. С другой стороны, помехоустойчивость оптимального приемника при действии помех с ограниченной спектральной плотностью мощности не зависит от формы сигнала и его базы, а определяется только его энергией согласно (10.!). Помехи, у которых Р„»Р„ т. е.
рз 4.1, называются мощными. Таким образом, соотношение (10.2) указывает метод борьбы с мощными преднамеренными помехами: использование ШПС с большими базами. Этот метод известен давно 1581, и он непосредственно следует из теоремы Шеннона 12) о пропускной способности канала связи с шумами. Эта теорема гласит, что можно найти такие коды, что пропускная способность канала связи С =Р!оя, (1+р'), (10.4,) где Р— ширина спектра сигналов, равная ширине полосы канала, р' — отношение сигнал-помеха по мощности на входе приемника (10.3). Если действует мошная помеха, т.
е. р'ч1,1, то С= = Рр'/1и 2. Соответственно р' Р/С = 1и 2. (10.5) Согласно теореме Шеннона, если имеют место соотношения (10.4), (10.5), то можно вести передачу информации по такому каналу со сколь угодно малой вероятностью ошибки. В свою очередь, если в (10.2) заменить Т на 1/Я7, где Яà — скорость передачи информации (длительность двоичной единицы), то д~ = 2 р' Р/!Р. (10.6) Сравнивая (10.6) с (10.5), можно заметить, что если положить С= Я~, т. е.
вести передачу информации со скоростью, равной пропускной способности канала, то значение отношения сигнал-помеха д'„„р — — 2 !п2 является пороговым для такой системы связи: если дз,)дз,„р, то ошибка будет сколь угодно малой, если дз,~ ~д',„р, то ошибка резко возрастет в соответствии с теоремой Шеннона. тзз Таким образом, соотношение (10.2) и целесообразность применения ШПС для борьбы с мощными помехами вытекают из теоремы Шеннона. Впервые формула (10.2) была получена для шумовых помех с ограниченной средней мощностью, но она справедлива л для других помех, в том числе для узкополосных, импульсных и ,структурных (помехи, имеющие ту же структуру, что и полезный ,сигнал) 14, 691. К структурным помехам относят помехи внутриаистемные, ретрансляционные, имитационные.
В последнее время борьба с преднамеренными помехами в системах связи ведется в более широком плане: необходимо обеспечить работоспособность системы связи при одновременном действии комплекса помех, например, собственного шума приемника, мощной шумовой, импульсной и внутрисистемной структурной помех и т. п. В большей части известных работ рассматривается совместное воздействие шумовой и узкополосных помех.
В этом случае в состав оптимального приемника должны входить режекторные фильтры, подавляющие узкополосные помехи, что является естественным. Если просуммировать спектральные плотности узкополосной и шумовой помехи, то оптимальный прием сводится к приему сигнала на фоне коррелированной помехи (помехи с неравномерной спектральной плотностью мощности). Эта задача была решена В. А.
Котельниковым в 1947 г. 111. Он показал, что оптимальный приемник должен содержать «обеляющий» фильтр, коэффициент передачи которого тем меньше, чем больше спектральная плотность помехи. По сути дела «обеляющий» фильтр положен в основу всех оптимальных методов приема сигнала на фоне шумовых и узкополосных помех при известных параметрах помех и всех адаптивных методов приема, когда параметры узкополосных помех неизвестныы.
Борьбе с импульсными помехами также посвящено много работ, но в большинстве случаев используют схему ШОУ (широкая полоса †ограничитель †у полоса), предположенную А. Н.Щукиным в 1946 г 1601. Схема ШОУ непосредственно или в модифицированном виде входит в приемники, которые принимают сигналы на фоне шумовых и импульсных помех. Ограничитель подавляет импульсные помехи, но уменьшает отношение сигнал-шумовая помеха. Совместное использование режекторных (полосовых) фильтров и схем ШОУ составляет основу некоторых эмпирических методов борьбы с узкополосными, импульсными, шумовыми и структурными помехами [61, 621 и др. Наряду с эмпирическими методами приема существуют общие методы синтеза адаптивных приемников 163, 641 и др. Характеристики адаптивного приемника должны слабо зависеть от параметров функций распределения помех.
Однако существующие методы синтеза адаптивных приемников пока еще не дали окончательного ответа на вопрос, как построить приемник для систем связи с ШПС и какими характеристиками он будет обладать, хотя общая структура таких приемников известна 1661, а именно: это 1ЗЗ многоканальный приемник, в котором анализатор измеряет уровня помех в каналах н изменяет их коэффициент передачи. В работе 1661 исследован квазноптимальный адаптивный приемник для ШПС в виде фазоманипулированного сигнала, который либо подключает канал к выходу, либо отключает его. В снстемах связи оптимальные н квазноптнмальные адаптивные приемники уже давно используют при разнесенном приеме 165 н др.). Однако разнесенный прием осуществляется при малом числе каналов, а современные приемники ШПС характеризуются большим числом каналов, что обусловливает ряд нх особенностей. Поэтому исследование помехоустойчивости систем связи с ШПС является актуальной задачей, что подтверждается выходом в свет в нашей стране книги [65'1 и выпуском за рубежом специальных номеров журнала 167, 681.
Таким образом, для борьбы с мощными помехами следует использовать ШПС с большими базами, а прием осуществлять с помощью приемников — линейных с согласованными фильтрами, нелинейных и адаптивных 14, 5, 691. По своим частотно-временным свойствам помехи с ограниченной мощностью можно резделить на сосредоточенные, узкополосные, импульсные и структурные.
Сосредоточенными помехами называются такие, у которых ширина спектра Р, совпадает с шириной спектра сигнала (сигналов) Р, т. е. Р,=Р н помеха полностью перекрывает спектр сигнала Узкополосными помехами являются те, у которых Рт«Р. Импульсные помехи определяются по длительности Т„<;Т.
Структурными помехами называются та- г кие, структура которых подобна елг структуре используемых сигналов, т. е. помехи состоят из тех Гу же элементов, что н сигналы, но отличаются параметрами манипуляции. К структурным помехам уе з т относятся все взаимные или системные помехи, а нз организо- г гlле ванных — имитационные и ретранслированные. у-д~г Для исследования воздействия комплекса помех на полезный сигнал рассмотрим распределение энергии сигнала н помех на час- Рнс 1О.1. Частотно-временная нлостотно-временной плоскости (рис. кость 10.1), где выделен базисный прямоугольник, площадь которого равна базе полезного сигнала В.
Несущая частота сигнала обозначена как )е. Базисный прямоугольник разбит на частотно-временные элементы (ЧВЭ) с помощью М частотных (горизонтальных) и М временных (вертикальных) полос. Длительность и ширина спектра ЧВЭ равны Т,=Т7М н Р,=Р/М соответственно. Штриховкой выделены те ЧВЭ, 187 в которых энергия произвольной структурной помехи распределена в виде ДЧ сигнала. Толстой горизонтальной линией изображено распределение энергии узкополосной помехи с шириной спектра Р„, а вертикальной — распределение энергии импульсной помехи с длительностью Т,. Воздействие мощных помех существенно зависит от их мощности.
Если спектральная плотность мощности помехи описывается функцией У(го), то средняя мощность помехи Р = — )" У(~) д = ~ У(1)о7. (10.7) 2" е Если интеграл в (10.7) сходится (имеет смысл), то мощность помехи равна некоторой конечной величине. Помехи такого рода будем называть помехами с ограниченной (постоянной) мощностью. При этом Р„=сонэ(. Некторые виды мощных организованных помех нельзя отнести к помехам с ограМиченной мощностью, поскольку у таких помех спектральная плотность мощности постоянна в пределах полосы частот, которая намного шире ширины спектра сигнала. Будем называть их помехами с ограниченной б-г/га уа г,-г/г Рнс. !0.2.
Распределение анергнн ШПС на частотно-временной плоскости 188 Таблица 10.1. Параметры ШПС Число импульсов в ЧВЭ (длина внутреннего ко- да) Число элемен- Числа ЧВЭ (длитарных радионм- на внешнего копульсов да) Тип сигнала База сигнала дч г.з 1.а=да( — ~) 1./К дсч-чм ДСч-Фы Помехоустойчивость приема ШПС при действии мощных помех во многом зависит от помехоустойчивости приема отдельного элемента ШПС. Поэтому приведем основные сведения по приему элемента сигнала. 189 спектральной плотностью. К ним относится заградительная шумовая помеха.
Помехоустойчивость приема информации при воздействии помех с ограниченной спектральной плотностью мощности не зависит от формы сигналов и полностью определяется отношением сигнал-помеха (10.1). Для повышения помехоустойчивости необходимо применять т-ичные алфавиты. Распределение энергии полезного сигнала в базисном прямоугольнике зависит от типа сигнала: На рис. 10.2 показано распределение'энергии для четырех наиболее распространенных типов ШПС: а — для фазоманипулированного (ФМ) сигнала, состоящего из У радиоимпульсов длительностью Тв=Т(И (энергия каждого импульса распределена в вертикальной полосе шириной Р и длительностью То, фазы импульсов (О нли ут) указаны над базисным прямоугольником); б — для дискретного частотного (ДЧ) сигнала, состоящего из Ь радиоимпульсов, каждый из которых распределен на прямоугольнике со сторонами То и Ре, в — 'для дискретного составного частотного сигнала с частотной манипуляцией (ДСЧ вЂ” ЧМ), состоящего из Ь радиоимпульсов, которые сгруппированы в К ЧВЭ длительностью Т', и шириной спектра Р';, г — для дискретного составного частотного сигнала с фазовой манипуляцией (ДСЧ вЂ” ФМ), который состоит из К ЧВЭ длительностью Т,' н шириной спектра Р,', а каждый ЧВЭ содержит 5 радиоимпульсов.
Энергия отдельного радиоимпульса сосредоточена в вертикальной полосе со сторонами Тв и Р,'. В табл. 10.1 приведены сравнительные данные рассмотренных сигналов. 10.2. Оптимальный прием влемеита еигивла Обратимся к рис. 10.1. Он характеризует распределение энергии сигнала и помех на частотно-временной плоскости. Для данного случая сигнал и помехи совпадают только в одном элементе, т. е. та или иная мощная помеха поражает один элемент сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
