1. Структурная схема системы связи

Под потенциальной помехоустойчивостью понимают предельно достижимую помехоустойчивость при заданных сигналах и видах помех. Ее нельзя превысить никакими способами обработки сигналов при существующей помехе в заданной системе связи.

Приемник, обеспечивающий максимальную (потенциальную) помехоустойчивость приема, называют оптимальным.

Помехоустойчивость приема дискретных сигналов оценивается вероятностью ошибки при приеме заданных сигналов. Она зависит от вида модуляции и от способа приема. Для передачи дискретных сигналов используют дискретную амплитудную (ДАМ), частотную (ДЧМ), фазовую (ДФМ), относительную фазовую (ДОФМ) модуляции. Наибольшую потенциальную помехоустойчивость (минимально возможную вероятность ошибки) дает система с ДФМ, затем идут системы с ДОФМ, ДЧМ, ДАМ.

На рисунке 1 приведены векторные диаграммы сигналов дискретной модуляции.

ДФМ	ДЧМ	ДАМ
S0(t) U U S1(t) 0 ∆S = 2U	S0(t) U ∆S = 0 U S1(t)	S0(t) U S1(t) 0 ∆S = U

Рисунок 1- Векторные диаграммы сигналов дискретной модуляции.

ДФМ сигналы S₁(t) и S₀(t), служащие для передачи по каналу символов «1» и «0» кодовых комбинаций двоичного кода, из которых состоит дискретное сообщение, являются противоположными, т.е. S₁(t) = - S₀(t). Разность между этими сигналами (расстояние между концами векторов сигналов) ∆S = 2U, где U - амплитуда сигналов. ДЧМ сигналы S₁(t) и S₀(t)- ортогональные сигналы. Для них ∆S = . Для ДАМ сигналов - ∆S = U.

Таким образом, наиболее отличаются друг от друга сигналы S₁(t) и S₀(t) при ДФМ, что улучшает их распознаваемость, т.е. уменьшает вероятность ошибочного приема. Наименее отличаются друг от друга сигналы S₁(t) и S₀(t) при ДАМ, что обуславливает наименьшую помехоустойчивость этого вида модуляции. Использование ДФМ дает энергетический выигрыш по сравнению с ДЧМ в 2 раза (на З дБм), а по сравнению с ДАМ- в 4 раза (на 6 дБм). ДОФМ использует преимущества ДФМ. Она менее помехоустойчива чем ДФМ и более помехоустойчива, чем ДАМ. По сравнению с ДЧМ ДОФМ более помехоустойчива при малых помехах и менее помехоустойчива при сильных помехах.

ДОФМ используется при необходимости обеспечить высокую помехоустойчивость в каналах с невысоким уровнем помех, где ДЧМ и ДАМ дают меньшую помехоустойчивость. Чаще ДОФМ используется в проводных каналах при высокой скорости передачи и в радиоканалах с невысоким уровнем помех.

Существуют два способа приема:

- когерентный, где при демодуляции используется информация о фазе принимаемого сигнала и требуется согласованность по фазе (когерентность) между принимаемым и опорным сигналами; решение о принимаемом сигнале выносится по мгновенным значениям напряжения сигнала;

- некогерентный, где сведения о фазе сигнала не используются, а решение о принимаемом сигнале выносится по значениям его огибающей.

Эти способы приема могут использоваться для любых видов модуляции. Когерентные методы приема требуют значительного усложнения схем приемника для оценки фазы принимаемого сигнала, поэтому здесь целесообразно использовать ДФМ, дающую наибольшую помехоустойчивость, а некогерентный прием лучше совмещать с ДАМ и ДЧМ, что дает преимущество в простоте схем приемников и в менее жестких требованиях к стабильности частоты сигнала.

В каналах различного типа есть ограничения на вид модуляции и способ приема. В каналах с быстрыми флуктуациями фазы и частоты неэффективно использовать ДФМ и ДЧМ, так как это приводит к значительному усложнению схемы приемника, что не окупается достигнутым при этом увеличением помехоустойчивости. Систему с ДФМ нельзя использовать при некогерентном приеме, т.к. при ДФМ информация заложена в фазу сигналов, а при неизвестной фазе сигналов они неразличимы друг от друга.

В каналах с неопределенной фазой сигнала на приеме приходится отказываться от применения когерентного метода приема даже в тех случаях, когда с помощью сложных устройств можно оценить начальную фазу принимаемого сигнала. При этом используют алгоритм приема построенный в предположении, что начальная фаза принимаемого сигнала неизвестна - т.е. некогерентный способ приема.

Однако, в каналах с медленными флуктуациями фазы, путем ее оценки, можно достаточно надежно предсказать ее на интервале анализа. При этом, можно реализовать оптимальный когерентный прием, так как фаза изменяется достаточно медленно и разности фаз между соседними единичными элементами практически сохраняются. Здесь вполне возможен когерентный прием с применением ДОФМ. То же и с ДЧМ в каналах с медленными флуктуациями частоты.

Оптимальный когерентный прием ОФМ сигналов является оптимальным для каналов с медленным флуктуациями фазы при требовании высокой помехоустойчивости приема.

Структурная схема системы связи приведена на рисунке 2.

ИС - источник непрерывных сообщений b.

Сообщ/сигн.- преобразователь непрерывных сообщений b в аналоговый первичный сигнал U_a(t).

Рисунок 2- Структурная схема системы связи

АЦП - аналого-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговый первичный сигнал U_a(t) в цифровой сигнал U_ц(t).

Кодер - для кодирования кодовых комбинаций простого кода цифрового сигнала помехоустойчивым кодом с проверкой на четность.

Модулятор - для преобразования первичного цифрового сигнала U_цк(t) во вторичный высокочастотный сигнал S(t), соответствующий параметрам линии связи. Это дискретный относительный фазовый модулятор, в котором информация, переносимая

первичным цифровым сигналом, вкладывается в разность фаз сигналов на соседних единичных интервалах, путем изменения ее по закону первичного информационного (модулирующего) цифрового сигнала.

Вых. устр. - выходное устройство, включающее в большинстве случаев усилитель, полосовой фильтр, ограничивающий спектр сигнала для уменьшения помех взаимного влияния в различных каналах, согласующее устройство передатчика с линией связи.

Л.С. - линия связи - физическая среда для передачи сигнала.

ИП- источник помех (t), вызывающих отклонение принятых сигналов от переданных (включая искажение сигнала). S^(t) = S(t) +(t).

Вх.устр. - входное устройство, производящее фильтрацию входного сигнала для уменьшения уровня помех на входе демодулятора, усиление сигнала и согласование приемника с линией связи.

Демодулят. – демодулятор, служащий для обратного преобразования вторичного ВЧ сигнала S^(t) в первичный цифровой НЧ сигнал U^_цк(t), несущий информацию. Это дискретный относительный фазовый демодулятор, в котором информационный цифровой сигнал выделяется из изменения разности фаз сигналов на соседних единичных интервалах.

Декодер - декодирует кодовые комбинации помехоустойчивого кода, обнаруживая в ней ошибки. Код с проверкой на четность обнаруживает все ошибки нечетной кратности.

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, преобразует цифровой сигнал U^_ц(t) в первичный аналоговый сигнал U^_a(t).

Сигн/сообщ. - преобразователь аналогового первичного сигнала U^_a(t) в непрерывное сообщение b^.

ПС - получатель непрерывных сообщений.