Пестряков Б.В. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации (1973) (1151884), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Большое влияние неопределенностей по частоте и задержке на прием ШПС обусловлено теми же факторами, которые определяют и его преимущества, а именно сложностью или «многомерностью» сигнала. Как будет показано ниже, при наличии рассогласований возможно только частичное использование преимуществ ШПС, причем зто достигается за счет чрезмерного усложнения аппаратуры. Сохранение основных преимуществ ШПС требует предварительного устранения неопределенности по частоте и задержке. Операция устранения неопределенности может начинаться после того, как теми или иными методами и средствами установлено, что система функционирует, или, другими словами, установлен факт наличия сигналов. Однако в связи с тем, что режим устранения неопределенности также может предусматривать достаточно достоверное обнаружение факта функционирования системы, в реальных системах режимы обнаРужения факта функционирования системы и устранения неопределенности по частоте и задержке совмещаются и в смысле процедуры, и в смысле аппаратуры и могут быть объединены общим термином «по- па искэ.
Очевидно, желательно, чтобы аппаратура поиска совмещалась с аппаратурой приема информации, была бы возможно более простой и время, затрачиваемое на эту операцию, — минимальным. Однако ниже будет показано, что при простой аппаратуре на поиск затрачивается значительное время. Его сокращение требует усложнения аппаратуры. Осуществление поиска еще не решает полностью задачи устранения влияния неопределенностей по частоте и задержке, так как после перехода на режим приема информации и частота и временнбе положение сигнала могут изменяться. Однако при этом нет надобности повторять операцию поиска, так как если частота и задержка на какойто момент найдены, то могут быть введены в действие следящие системы, осуществляющие автоматическую подстройку частоты и автоматическую подстройку по такту (задержке) (синхронизация по частоте и такту).
Слежение за частотой и задержкой полезно также и потому, что поиск по частоте и задержке обычно осуществляется с конечной точностью, а иногда дискретно, «шагамию и следящие системы позволяют завершить поиск, осуществив практически точную подстройку и по частоте и по задержке, при которой остаточные неточности приводят только к случайности фазы. Поиск и слежение могут осуществляться самостоятельными устройствами или совмещенными. Поскольку конечным этапом последовательности операций является слежение, то часто все операции, предшествующие режиму приема информации, называют «синхронизацией» системы передачи информации. 5.2. Многоканальные схемы 5.2.1. Описание неопределенности по частоте и задержке Практически всегда задержка и расстройка по частоте сигнала являются случайными, непрерывными величинами и описываются функциями распределения или числовыми характеристиками.
Во многих случаях пользуются более простым описанием, оперируя с интервалами — областями неопределенности времени ЛТ„и частоты ~ Л1„, в пределах которых с вероятностью, близкой к единице, находятся задержка и расстройка по частоте. В системах передачи информации сигналы длительностью Т, следуют непрерывно. Если в режиме поиска используется последовательность, состоящая из одинаковых сигналов, то очевидно, что интервал неопределенности по задержке точно равен Т, или ЛТ„= Т,. Если поиск осуществляется по случайной последовательности сигналов, то определение ЛТ„усложняется и ЛТ„= Т, только в том случае, когда поиск ведется одновременно по всему алфавиту сигналов.
Также усложняется определение ЛТ„в командных системах, когда сигналы могут следовать со значительными случайными интервалами времени. Далее будем пользоваться простейшей моделью, полагая, что ЛТ„ = Т,. Поскольку задержка с равной вероятностью может быть 152 А', = Т,ДТ,) Б,) = Б, (5.2.1) по задержке, 2лг'„2л/ц г лг' /Б лг' (5.2.2) по частоте. Приняв модель дискретного изменения частоты и задержки, по сути, мы полагаем, что в точку приема может приходить один из Л'» = Мм = ЖгУ, = Л'уБ, квазиортогональных сигналов с разными задержками и с разными частотами.
Если процедура поиска выполняется при передаче не одного, а р, ортогональных сигналов, то необходимо распознавать один из У„= = М~Б,р, сигналов. При поиске по одному сигналу и стабильной частоте ̄— Б,. Конечно, рассмотренная модель является приближенной и в какой-то степени условной. действительно, реально и частота и задержка могут принимать любые значения в определенной области. В принятой модели предполагается, что и частота и задержка изменяются дискретно от состояния точного согласования на величины, кратные Т,.Ъ,, Л),уБ, и промежуточных значений не принимают. КРоме того, при непрерывной расстройке по частоте и непрерывном 153 любой, то ее распределение можно полагать равномерным.
Неопределенность по задержке неизбежна в начале работы системы с ШПС и не может быть устранена улучшением аппаратуры. Неопределенность по частоте определяется многими факторами. При отсутствии относительного движения и высокой стабильности аппаратуры она может отсутствовать. Обычно распределение отклонений по частоте в пределах интервала неопределенности отличается от равномерного. Однако с целью упрощения методики анализа во многих случаях приближенно полагают, что распределение равномерно и симметрично относительно номинальной частоты.
Этим приближением будем широко пользоваться в дальнейшем. Для получения модели, удобной для математического анализа, физического истолкования результатов и синтеза схем, необходимо сделать еще один шаг. Напомним, что изменение задержки и частоты на величины, существенно меньшие чем Т,~Б, и Л1,/Б„мало влияет на результат приема, а при достижении расстройки по частоте ЛГ',!Б, и сдвига по задержке Т,~Б, сигналы становятся практически ортогональными. Квазиортогональность сохраняется и при больших значениях рассогласований. Поэтому рассогласования в небольших пределах практически не сказываются на результатах, и их вообще можно не рассматривать, если предполагается, что фаза сигнала случайна, Тогда удобно полагать, что и задержка и частота изменяются дискретно, причем величину шага удобно принять равной тем значениям расстройки по частоте и сдвига по задержке, при которых достигается ортогональность.
Тогда области неопределенности разбиваются на «самостоятельные» дискретные участки. Количество этих участков в пределах области неопределенности будет равно: изменении задержки ШПС являются квазиортогональными и в среднем максимумы боковых выбросов составляют величину, примерно равную 1Д Б, от максимума основного выброса. Однако рассмотренная модель позволяет просто получить результаты, правильно отражающие влияние неопределенности по частоте и задержке, и потому широко используется.
5,2.2. Многоканальная схема «поиска» Задача споиска» при принятой модели сводится к тому, чтобы выполнить обнаружение, т. е. установить, действует ли хотя бы один из квазиортогональных сигналов или есть только помехи, и распознать, какой именно из сигналов действует, что позволит устранить неопределенность по частоте и задержке. Как было показано в гл. 2, для оптимального распознавания )У„ортогональных сигналов необходимо использовать У„-канальную схему. ер издраллеге аеала или елие е засзазлсле калюжное Си злалы еелэ Сиглалее «елт Рис. 5.2.1.
Синтез схемы, оптимальной при решении задачи обнаружения, в указанных выше условиях требует отдельного рассмотрения и выполнен ниже. Поэтому в настоящем параграфе рассмотрим квазиоптимальную схему, в которой осуществляется оптимальное л1„-ичное распознавание и для выбранного сигнала (канала) выполняется процедура оптимального двоичного обнаружения. Соответствующая функциональная схема дана на рис. 5.2.1.
Схема может содержать У„ квадратурных корреляторов (КК), на которые подаются копии р, сигналов с разными значениями частоты и задержки. Выходы каналов поступают в решающее устройство, в котором осуществляется сравнение и выбирается канал с наибольшим значением.
Принимается гипотеза о действии того сигнала, который соответствует этому каналу, или, 1З4 поскольку решается задача устранения неопределенности по частоте и задержке, принимается решение о том, что сигналы имеют отклонения по частоте и по задержке, соответствующие этому каналу. Поскольку отклики У„каналов взаимно сравниваются, то в каждом из них может вычисляться любая монотонная функция от отношения правдоподобия, например !п 1(х), что обеспечивается корреляторами. Для того чтобы проверить правильность этого решения, нужно, очевидно, выбранное решающей схемой наибольшее напряжение сравнить с порогом, который может быть установлен по разным правилам, т, е. осуществить операцию обнаружения сигнала в избранном канале. По причинам, которые были подробно изложены выше, наиболее целесообразно установить порог по допустимой вероятности ложного обнаружения.
Рассматриваемая многоканальная схема, по сути, является беспоисковой. Однако она решает туже задачу, что и рассмотренные ниже поисковые схемы, но только в основном за один цикл приема сигнала. Поэтому применительно к этим схемам термин «поиск» будем применять условно, что отмечается кавычками. 5.2.3. Качество работы схемы и вероятности ошибок Рассматриваемая схема (рис. 5.2.1) может работать в условиях, когда сигнала нет и в точке приема отсутствуют сведения о моменте включения системы.
При этом необходимо систематически следить за моментом включения системы и приемное устройство должно решать задачу обнаружения. В таком режиме наблюдаются следующие основные ошибки. Если сигнал отсутствует, то схема распознавания все равно выбирает один из каналов; тогда ошибка может состоять в том, что отклик избранного канала превысит порог, и будет принято ошибочное решение о действии сигнала в то время, когда он отсутствует. Поскольку имеется У„каналов и сравнение с порогом производится для того канала, в котором напряжение наибольшее, то вероятность ложного обнаружения Р (Г,!ОФ„) при высокой достоверности ориентировочно будет в Л/„ раз больше, чем вероятность для каждого нз каналов Р (Г,101).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
