Каналы с переменными параметрами (1151929), страница 3
Текст из файла (страница 3)
От этихнедостатков свободны РСПИ с перестройкой рабочей частоты (ПРЧ) (рис. 9.18). Несущая частота fПРЧпередатчика изменяется в генераторе с перестраиваемой рабочей частотой (ГПРЧ) дискретно по программев широких пределах. Приемник перестраивается синхронно с изменением частоты принимаемого сигнала.НКСММf0fП РЧ f0fП Р ЧГП Р ЧГП Р ЧС и н хр о н и з ато рРис.
9.18. Структурнаяперестройкой частотысхемаРСПИсВ зависимости от скорости переключения несущей частоты различают системы с медленнойперестройкой, когда время работы на одной частоте Tч много больше длительности посылки Tс (Tч >> Tс), ибыстрой, когда Tч << Tс. Системы с быстрой перестройкой и когерентным накоплением элементов дискретногочастотного сигнала обладают такой же потенциальной помехоустойчивостью, что и системы сширокополосными сигналами, однако реализация обеляющего фильтра упрощается.
Это связано с тем, что врезультате преобразования сигнала в приемнике на выходе фильтра смесителя с полосой, определяемойдлительностью элемента ПРЧ-сигнала, получаем последовательность радиоимпульсов на промежуточнойчастоте, амплитуды которых соответствуют уровням смеси сигнала и шума на принимаемых частотах. Такимобразом, ПРЧ-сигналы как бы трансформируются из спектральной области во временнýю, в результате чегопомехи, сосредоточенные по спектру, преобразуются в помехи, сосредоточенные по времени.
Введя теперьсхему автоматической регулировки усиления с коэффициентом передачи, обратно пропорциональнымзначению спектральной плотности мощности помех на данной частоте, получаем в итоге схему (рис. 9.19), посвоим характеристикам эквивалентную обеляющему фильтру. На данной частотной позиции уровень помехизмеряется путем амплитудного детектирования смеси. Постоянная времени фильтра нижних частот (ФНЧ)должна быть много меньше длительности элемента сигнала, чтобы схема автоматической регулировкиусиления (АРУ) успевала отработать изменение уровня помех. Однако для повышения помехозащищенностиАРУ ее выбирают примерно равной длительности элемента ПРЧ-сигнала. При этом в канал обработки вводятзадержку, чтобы совпадали элемент ПРЧ-сигнала и напряжение АРУ.
Полосу пропускания усилителяпромежуточных частот (УПЧ) для когерентного ПРЧ-сигнала выбирают исходя из ширины спектраинформационного сигнала.f0АДРис. 9.19. Основное звено обеляющего фильтра системы с ПРЧПередавать информацию в РСПИ с когерентными ПРЧ-сигналами можно с помощью модуляциилюбого вида, в том числе и ФМ, при которой обеспечивается максимальная помехоустойчивость.Трудности реализации РСПИ с «быстрыми» ПРЧ-сигналами связаны с ограниченными возможностямисоздания синтезаторов частот, в которых сохраняется когерентность радиоимпульсов, формируемых наразных частотах. Поэтому в настоящее время часто используют системы с некогерентными ПРЧ-сигналами.Такие сигналы не позволяют реализовать когерентное сложение элементов, что влечет за собойэнергетические потери.
Кроме того, возникают ограничения в выборе вида модуляции. Фазовые методымодуляции здесь неприменимы. Для получения ортогональных сигналов с любым основанием т можноиспользовать частотную манипуляцию или частотно-временное кодирование внутри посылки.Рассмотрим, как формируются ортогональные ПРЧ-сигналы (рис. 9.20). Посылку длительностью Tсразбивают на N временных интервалов, в течение которых передается один элемент сигнала на частоте fi. Длят возможных сигналов последовательность частот за время Tс должна быть своя, причем такая, чтобыналожение частотно-временных матриц не давало совпадений. Получить ортогональные ПРЧ-сигналы можнои с помощью частотной манипуляции, смещая результирующий спектр посылки на фиксированные частотныеинтервалы Δf.Некогерентная обработка ПРЧ-сигнала отличается от когерентной тем, что суммирование элементовосуществляется после амплитудного детектирования.
Это приводит к энергетическим потерям, которые зависятот отношения h02 = E0/N0 для элемента сигнала. Для ℎ3 ≫ 1 потерь практически нет.Рассмотрим теперь систему с «медленной» ПРЧ. Особенность ее работызаключается в том, что отношение сигнал—помеха на входе решающей схемызависит от частоты несущей. Поэтому вероятность ошибки при приеме будетменяться. Дискретный канал приобретает «память» с интервалом корреляцииошибок, равным продолжительности работы на одной частоте при условии, чтоскорость изменения помеховой обстановки меньше скорости переключениячастот.
В противном случае отношение сигнал—помеха может изменяться завремя работы на одной частоте и «память» канала будет определяться скоростьюизменения спектральной плотности помех.Поскольку в этом случае имеем канал с переменными параметрами, качествоРис.9.20.Диаграммапередачи можно характеризовать средней вероятностью ошибки и надежностью поформирования сигналов спомехоустойчивости. Методика их оценки такая же, как и для узкополоснойПРЧсистемы с произвольно выбранной несущей частотой. Основная сложность прирасчетах заключается в определении плотности вероятностей w(h) и усреднении условной вероятности ошибкирош(h) по этому закону.Таким образом, неравномерность спектральной плотности мощности помех по-разному влияет напомехоустойчивость систем с ПРЧ при медленном и быстром переключениях частот.
Для систем с быстрымпереключением и когерентным накоплением элементов сигнала помехоустойчивость растет с увеличениемстепени неравномерности помех по спектру, а для систем с медленным переключением это, как видно напримере одиночной помехи, не всегда выполняется. Можно существенно повысить помехоустойчивостьсистем с медленной ПРЧ, если применить кодирование, эффективное для дискретного канала с памятью.Теперь вернемся к выражению (9.7) для определения отношения сигнал—помеха на входе решающейсхемы.
Предположим, что сведения о спектральной плотности помех N( f, t) известны на передающей стороне.:Тогда очевидно, что при фиксированной энергии посылки 9 = 3 ; ( ) значение qСФ будет наибольшим приминимальном знаменателеS2( f ) N ( f , t )df . Это условие выполняется, если0S2( f ) = 2E( f – f0);N( f0, t) = min,где ( f – f0) — дельта-функция.Таким образом, для получения максимального отношения сигнал—помеха на входе решающей схемыспектр сигнала должен быть предельно узким и иметь несущую частоту, на которой в момент передачимощность помех минимальна. Для реализации такого метода повышения качества передачи в условияхнебелого шума необходим обратный канал, по которому должна передаваться информация о помеховойобстановке в месте приема.
В принципе, достаточно передать значение частоты, соответствующее минимумупомех, или при наборе дискретных значений частот — номер рабочей частоты.Прямой и обратный каналы НКС1 и НКС2 содержат РСПИ с адаптивным переключением несущейчастоты (рис. 9.21). В прямом канале передается информация от источника к потребителю, в обратном —значение оптимальной рабочей частоты. Для определения рабочей частоты в приемнике имеется анализаторканала (АК), в котором измеряется спектральная плотность помех в отведенном для передачи диапазонечастот. Решающее устройство (РУ) определяет значение оптимальной рабочей частоты, которое кодируется вкодере (К) и передается по обратному каналу.
Таким образом, реализуется практически синхронный переход счастоты на частоту при изменении помеховой обстановки. При идеальном обратном канале, по которомуинформация передается без задержки и ошибок, отношение сигнал—помеха q на выходе СФ будет равно2Е/Nmin, где Nmin — минимальное значение спектральной плотности помех в отведенном для передачидиапазоне частот. В канале, где спектральная плотность помех изменяется, величина q будет случайной и дляопределения средней вероятности ошибки необходимо знать закон распределения w(q). Для этого нужноопределить плотность распределения максимума случайной величины 1/N( f ) в частотной области призаданном интервале наблюдений. Решение задачи несколько упрощается при переходе к дискретной моделипомех, действующих в канале. При этом достаточно найти плотность распределения максимума конечногочисла независимых отсчетов, равного Fк/Fп, где Fп — интервал корреляции помех по частоте.
Дляколичественной оценки можно рекомендовать методы математического моделирования.МДМНК С1ГП Р ЧГП Р ЧДКАКДМНК С2РУМКРис. 9.21. Структурная схема РСПИ садаптивной перестройкой рабочей частотыЗначительно проще оценить надежность по помехоустойчивости при адаптивном выборе оптимальнойрабочей частоты. В этом случае необходимо определить отношение сигнал—помеха или значениеспектральной плотности помех Nдоп, обеспечивающие требуемую достоверность. Затем, зная плотностьраспределения спектральной плотности помех w (N), найдем вероятность P(N ≤ Nдоп), характеризующуюситуацию, когда уровень помех на произвольно выбранной частоте меньше допустимого. При адаптивномвыборе частоты из набора, содержащего М фиксированных частот, надежность по помехоустойчивостиопределяется формулойPM (N ≤ Nдоп) = 1 – [1 – P(N ≤ Nдоп)]M.В реальных ситуациях несущая частота в прямом канале может не совпадать с оптимальным значением.Это отличие обусловлено в основном двумя причинами: ошибками, вносимыми анализатором канала, и потерейинформации в обратном канале.
Для определения оптимальной частоты необходимо затратить определенноевремя. Если спектральная плотность помех меняется, то ее вид будет воспроизводиться с некоторойпогрешностью. Используя оптимальные методы фильтрации, основанные на экстраполяции и интерполяциирезультатов наблюдения, можно уменьшить погрешности измерения, но исключить их полностью нельзя.Потеря информации в обратном канале связана с ее задержкой и ошибками при передаче. Обратныйканал в рассмотренной РСПИ работает в менее благоприятных условиях, чем прямой.
Это определяетсяслучайным выбором несущей частоты. В момент передачи мощность помех в обратном канале может бытьнедопустимо большой и, как следствие, достоверность передаваемой информации низкой. Для повышениядостоверности передачи в обратном канале можно, например, использовать широкополосные сигналы сприменением оптимальной обработки их в приемнике..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
