независимые некоррелированные ошибки, когда отдельные ошибки в передаваемых кодовых комбинациях статически независимы и не влияют друг на друга; зависимые

§ 5.3. Помехоустойчивость элементарного сигнала

Помехоустойчивостью называют способность системы правильно принимать информацию, несмотря на воздействие помех. Далее будет рассмотрена помехоустойчивость элементарного сигнала при флуктуационных и импульсных помехах.

Помехоустойчивость элементарного сигнала при флуктуационных помехах разработана В. А. Котельниковым и развита рядом других ученых.

с о о б щ е н и я — необнаруженное изменение телемеханического сообщения, возникшее в процессе передачи под воздействием помех и приводящее к приему ложного сигнала (ГОСТ 26.005—82). Элементарный сигнал может передавать дискретные сообщения типа команд. Во многих промышленных устройствах ТУ — ТС передача одного видео - или радиоимпульса означает передачу одной команды или одного сигнала телесигнализации. Если команда, соответствующая сигналу 1, подавлена помехой, то это означает, что сигнал 1 трансформировался (перешел) в сигнал 0. Вероятность подавления команды или сигнала телесигнализации обозначают Рп или Рю (вероятность трансформации 1 в 0). Вероятность ложной команды или ложного сигнала телесигнализации возможна, если помеха возникает при отсутствии сигнала, т. е. когда посланный сигнал 0 трансформируется в сигнал 1 (Pod-

Таким образом, при передаче элементарного сигнала 1 или 0 возможны два результата

а 0 —в 1, т. е. 0-> 1. Обозначим Р(1->0)=Рю и Р(0->1)=Роь

Вероятность правильной и неправильной передач I и соответственно 0 определяют в

Помехоустойчивость нередачн элементарного сигнала нрн флуктуационных номехах.

Наиболее высокой помехоустойчивостью обладает идеальный приемник Котельникова, который обеспечивает при данном способе передачи наилучшую помехоустойчивость, называемую потенциальной.

(5. И )

где а — среднее значение случайного напряжения помехи (обычно а = 0); UncK — среднеквадратичное значение переменной составляющей этого напряжения; Un — мгновенное значение помехи.

На рис. 5.6 показано, что более вероятными являются небольшие мгновенные значения помехи и менее вероятными — большие.

Ложный импульс возникнет в случае, если напряжение флуктуационной помехи превысит пороговое нанряжение Unop, при котором открывается приемник, т. е. Un >U„op. Это иллюстрируется рис. 5.7, на котором показано, что помеха превысила порог срабатывания и в точке а открыла приемник. Заштрихованная площадь под кривой распределения на рис. 5.6 показывает вероятность ложных срабатываний при заданном значении UnopОчевидно, чем больше Unop, тем меньше заштрихованная площадь и значение

Рот Вероятность того, что напряжение помехи превысит напряжение порога,

Этот интеграл не выражается через элементарные функции и может быть определен по специальным таблицам (см. Приложение II), где приводятся значения вероятностного интеграла

^i

Внашем случае этот интеграл будет функцией порогового напряжения приемника Unop и напряжения помех Пцск-

Подавление импульса произойдет в случае, если суммарное напряжение сигнала Uc и помехи Un будет меньше Unop, т. е. если к сигналу Uc который обычно примерно на 30 % превышает Unop, приложится помеха отрицательной полярности, превышающая разность Un >UC— Unop. На рис. 5.7 показано, что отрицательная помеха настолько уменьшила сигнал, что амплитуда оставшейся части сигнала (на рисунке заштрихована) не может превысить порог срабатывания

Чем больше амплитуда и длительность импульса, тем больше его энергия и меньше вероятность подавления импульса и образования ложной команды. Увеличение энергии сигнала — наиболее простой и действенный способ повышения помехоустойчивости. Передача команды одним импульсом может обеспечить в принципе такую же помехоустойчивость, как и при передаче кодом, если энергия этого импульса равна энергии всей кодовой группы, однако при передаче кода легче осуществить защиту от ложной команды, правда, ценой повышения возможности подавления импульса кода.

Рассмотрим теперь потенциальпую помехоустойчивость передачи двух дискретных сообщений с а к т и в н о й п а у з о й . Активная пауза означает, что если сигнал Aj(t) не посылается, то в линию поступает другой сигнал отличный от нуля. Рассмотрим несколько случаев.

Ш и р о т н а я м а н и п у л я ц и я . Передача осуществляется поочередно импульсами различной длительности. В каждом такте передачи посылается имнульс длительностью ii или гг. Пусть АО) и Аг(0) — видеоимпульсы одинаковой амплитуды Uc. При этом

Помехоустойчивость такой передачи при постоянной амплитуде импульсов тем выше, чем больше разность тг - xi Из уравнений (5.22) и (5.24) следует, что помехоустойчивость при передаче амплитудной манинуляцией выше, чем при широтной манинуляции (амплитуда и максимальная длительность импульсов в обоих случаях одинаковы).

Из сравнения выражений (5.22) и (5.25) следует, что помехоустойчивость при передаче разнополярными импульсами в два раза выше, чем при амплитудной манипуляции, если в обоих случаях амплитуда и длительность имнульсов одинаковы. Однако это повышение помехоустойчивости достигается за счет двукратного увеличения средней мощности сигнала.

Ч а с т о т н а я м а н и п у л я ц и я . Передача осуществляется радиоимпульсами на разнесенных частотахfi иyS Помехоустойчивость характеризуется величиной

При одинаковом динамическом диапазоне, т. е. Ав=Ар (см. рис. 1.9,е, ж), помехоустойчивость такой передачи эквивалентна помехоустойчивости при амплитудной

радиоимнульсами с одной и той же частотой, но с фазами, отличающимися на 180°. При этом

(5.27)

Сравнение выражений (5.22) и (5.27) показывает, что введение активной паузы может привести к ухудшению помехоустойчивости (при передаче сообщений имнульсами различной длительности) или к ее улучшению (при передаче сообщений разнополярными импульсами или при фазовой манипуляции).

Если сравнивать импульсные методы манинуляции, то окажется, что самой помехоустойчивой является фазовая манипуляция. Это следует как из приведенных соотношений, так и из кривых рис. 5.8. Более высокую помехоустойчивость фазовой манипуляции по сравнению, например, с амплитудной можно объяснить и таким образом. При передаче радиоимпульсами при амплитудной манипуляции символу 1 соответствует колебание Acosojt. а символу 0 — отсутствие колебаний. Таким образом, различие между 1 и 0 характеризуется величиной А. При фазовой манипуляции символу 1 соответствует колебание Acosojt. а символу 0 — колебание — Acosojt, т. е. различие между О и 1 в два раза больше, чем при амплитудной манипуляции. Частотная манипуляция и амплитудная манипуляция радиоимпульсами эквивалентны при условии одинаковой средней мощности и равно вероятности передачи нуля и единицы.

То обстоятельство, что фазовая манипуляция всегда обеспечивает наибольшую энергию разности между двумя посылками, делает ее помехоустойчивость более высокой, чем помехоустойчивость частотной манинуляции, при которой энергия разности между посылками изменяется в зависимости от соотношения их фаз.

Описанная помехоустойчивость элементарных сигналов предполагает наличие идеального приемника, для реализации которого требуется знание фазы несущей частоты и амплитуды сигнала, а также синхронизация начала приема сигнала. Из этих требований наиболее трудным является необходимость знания амплитуды сигнала, которая изменяется в процессе передачи по линии связи. Поэтому рассмотрим помехоустойчивость реальных приемников элементарных сигналов.

Помехоустойчивость реальных приемников телеуправления. Ранее была рассмотрена потенциальная помехоустойчивость для различных способов передачи при флуктуационных помехах. Помехоустойчивость реальных приемников при их совершенствовании не может превышать идеальной для данного способа передачи, но может быть очень близкой к ней. Далее будут рассмотрены некоторые способы приема сигналов и дана оценка их помехоустойчивости. Приемники можно подразделить на две группы: приемники видеоимпульсов (импульсов постоянного тока) и приемники радиоимпульсов (импульсов с высокочастотным заполнением).

П р и е м н и к и в и д е о и м п у л ь с о в . На рис. 5.9, а представлена структурная схема приемника, состоящего из фильтра нижних частот ФНЧ и порогового устройства ПОУ, под которым понимают какое-либо релейное устройство, срабатывающее при достижении сигналом определенного значения (порога). Этот приемник просто реализовать, и в отно­ шении помехоустойчивости он будет близок к идеальному. В таком приемнике видеоимпульсов оптимальной с точки зрения помехоустойчивости является полоса частот \FoTii = 0,7/т. Это объясняется тем, что помехоустойчивость зависит от соотношения напряжений сигнала Uc