В таблице 9.2 приведены данные сравнительного анализа эффективности различных видов модуляции, полученные при hвых = 40 дБ

Одноканальные системы ЧМ и ФИМ примерно равноценны. В этих системах, а также в цифровых системах с ИКМ, высокая помехоустойчивость может быть достигнута с помощью увеличения ширины спектра сигнала, т.е. за счет частотной избыточности. При больших индексах ФМ и ЧМ приближаются по помехоустойчивости к идеальной системе (выигрыш составляет десятки и сотни раз), но информационная эффективность таких систем мала (0,12-0,17) из-за большой частотной избыточности. Основными способами повышения эффективности передачи непрерывных сообщений являются устранение избыточности, статистическое уплотнение и применение цифровых видов модуляции.

Аналоговые системы ОМ, AM и узкополосная ЧМ обеспечивают высокую частотную эффективность при сравнительно низкой энергетической эффективности. Применение этих систем целесообразно в

каналах с хорошей энергетикой (при больших значениях hвх) или в тех случаях, когда требуемое значение hвых мало. Цифровые системы

обеспечивают высокую β – эффективность при достаточно хорошей γ – эффективности. В каналах с ограниченной энергетикой (при малых

значениях hвх) преимущества цифровых систем особенно заметны. При высоком качестве передачи, когда требуемые значения hвых велики, широкополосная ЧМ и цифровые системы обеспечивают примерно

9.3. Выбор сигналов и помехоустойчивых кодов

Эффективность систем передачи дискретных сообщений можно существенно повысить путем применения многопозиционных сигналов и корректирующих кодов.

На рис. 9.2 приведены βγ - диаграммы для некоторых ансамблей многопозиционных сигналов. Центральное место на рис. 9.2 занимают кривые для систем с сигналами ФМн-4, которые относятся к классу многопозиционных при m = 4. В цифровых сетях система ФМн-4 является наиболее распространенной и принята в качестве стандарта, поэтому при сравнительной оценке эффективности систем она принята за эталон. Если начало координат перенести в точку, соответствующую ФМн-4, то в новой системе координат по вертикальной оси будет отсчитываться энергетический выигрыш ∆β рассматриваемых систем по сравнению с ФМн-4, а по горизонтальной оси – выигрыш ∆γ по удельной скорости. В этой системе координат все возможные системы связи можно условно разделить на четыре группы, соответствующие четырем квадрантам на плоскости.

Малоэффективные системы (III квадрант), имеющие относительно ФМн- 4 проигрыш по β и γ, например, АМн-2, ЧМн-2. Системы с высокой энергетической эффективностью (II квадрант), обеспечивающие выигрыш по β и проигрыш по γ (системы с корректирующими кодами).

Системы с высокой частотной эффективностью (IV квадрант), обеспечивающие выигрыш по γ и проигрыш по β (системы с многопозиционными ФМн и АФМ сигналами). Высокоэффективные системы (I квадрант), позволяющие получить одновременно выигрыш по обоим показателям β и γ на основе применения сложных сигнально- кодовых конструкций.

Наряду с многопозиционными сигналами для повышения эффективности широко используются помехоустойчивые коды. Применение корректирующих кодов позволяет повысить верность передачи сообщений или при заданной верности повысить энергетическую эффективность системы. Это особенно важно для систем с малой энергетикой, например, систем спутниковой связи.

На практике используются как блочные, так и непрерывные коды. На рис. 9.2 приведены кривые эффективности для циклического кода Боуза- Чоудхури-Хоквингема (БЧХ) и для сверточного кода (СК) с декодированием по алгоритму Витерби.

Применение циклического кода позволяет получить энергетический выигрыш ∆β = 2 ... 4 дБ, а сверточного кода ∆β = 4 ... 6 дБ дБ в обмен на снижение частотной эффективности примерно в 2 раза (3 дБ).

Энергетический выигрыш ∆β от применения помехоустойчивого кодирования тем больше, чем выше требуемая верность передачи. Для непрерывного канала с белым гауссовским шумом при требуемой вероятности ошибки 10-5 предельный энергетический выигрыш кодирования по сравнению с ФМн-2 без кодирования при оптимальном когерентном приеме составляет примерно 10 дБ.

Применение циклического кода в канале с ФМн или сверточного кода в канале с АФМ позволяет повысить одновременно энергетическую, так и частотную эффективности.

Построение высокоэффективных систем на основе сигнально- кодовых конструкций ведет к неизбежному увеличению сложности системы. Не пропускная способность, а сложность является ограничивающим фактором при построении высокоэффективных систем. Задача состоит в том, чтобы построить систему, удовлетворяющую высоким показателям эффективности, при допустимой сложности.

При современной элементной базе затраты на реализацию кодирующих и декодирующих устройств значительно сократились. В то же время стоимость энергетики канала практически не изменилась. Таким образом, «цена» выигрыша ∆β за счет кодирования может быть существенно меньше цены того же выигрыша, полученного за счет увеличения энергетики канала (мощности сигнала или размеров антенн).

Отметим, что выбор способов кодирования и модуляции зависит от характеристик канала. Улучшение этих характеристик, например, путем адаптации к помехам и оценивания искажений сигнала и их последующей компенсации, снижает потери в канале и создает лучшие условия для применения корректирующих кодов.

Сравнение между собой различных ТКС осуществляется по степени использования ими основных ресурсов канала связи, выражаемой через показатели информационной, энергетической и частотной эффективности. Создание ТКС, в которых достигаются близкие к предельным показатели эффективности, требует согласования методов модуляции и кодирования с учетом статистических свойств непрерывного канала.

9.4.Оценка эффективности ТКС связи

9.4.1.Параметры ТКС связи

Для радиотехнической системы морской связи, максимальная протяженность которой rB = 3000 км, рабочая частота (в дневное время)

составляет fp = 15 МГц, мощность передатчика P1= 15 кВт, действующая

длина приемной антенны (типа БС-2) – 30 м, коэффициент усиления передающей антенны G1 = 50. При радиотелеграфной работе используются

амплитудная, частотная и фазовая манипуляции со скоростью V = 50 бит/с; при радиотелефонной работе используются амплитудная и частотная модуляции с первичным сигналом звукового вещания, имеющие следующие параметры: КA2 =2 дБ – коэффициент амплитуды модулирующего сигнала; М

= 0,6 – коэффициент модуляции при AM; 300 < F <3400 Гц – частота модуляции; f = 3 кГц – полоса частот передачи.

Требуется определить:

- отношение сигнал/помеха на входе приемного устройства и обосновать применяемый метод обработки сигнала в приемнике;

- количество информации при передаче дискретных и непрерывных сигналов;

- реальную и потенциальную помехоустойчивость при оптимальном и неоптимальном приеме сигналов радиотелеграфии;

- реальную и потенциальную помехоустойчивость при оптимальном и неоптимальном приеме непрерывных сигналов;

- выигрыш демодулятора при передаче сигналов с амплитудной и частотной модуляциями;

-производительность источника сообщений;

-пропускную способность при приеме сигналов радиотелеграфии и радиотелефонии.

9.4.2. Оценка отношения сигнал/помеха на входе радиоприемника

Расчет проведем дня значения критической частоты слоя E, равного fкрЕ = 3 МГц, и действующей высоты отражения волны hд = 350 км. Для

расчета воспользуемся методикой, изложенной в работе [Черенкова Е.Л., Чернышёв О.В. Распространение радиоволн: учебник для вузов связи. – М. : Радио и связь, 1984.]. Считаем, что число скачков п = 1.

Медианное значение напряженности поля в точке приема определяется по формуле

Гн – полный интегральный коэффициент поглощения в регулярных слоях

Предварительно по значениям rB = 3000 км, fкрЕ = 3 МГц и hд = 350 км, используя графики рис. 9.3. и рис. 9.4. находим A∑ ≈ 260 – суммарный коэффициент не отклоняющего поглощения; BF2 ≈ 8∙10-4 – отклоняющее поглощение,

где fp – рабочая частота в МГц; fпд – продольная составляющая

гиромагнитной частоты (в средних широтах обычно принимают = 0,7 ÷ 0,8

МГц), и окончательно

Напряжение сигнала на выходе приёмника равно произведению напряжённости поля на действующую длину приёмной антенны: UC =

0,269 ∙ 30 = 8,07 мВ, или в децибелах относительно 1 мкВ UC = 20∙lg 8070 = 78,1 дБ.

Медианное значение напряжения помех станций (преобладающих в диапазоне ВЧ), измеренное в дневное время в полосе частот 1 кГц, на антенне типа БС-2, согласно статистики, не превышает 10 дБ над уровнем 1 мкВ, и в полосе передачи 3 кГц напряжение помех составит:

или 5,5 мкВ.

Таким образом, дня рассматриваемой радиотехнической системы отношение сигнал/помеха по напряжению вычисляется но формуле

UC /UП = (8,07∙10-6) / (5,5∙10-6) = 1,47

или UC /UП = 78,1 - 14,8 = 63,3 дБ, т.о. ρвх = 1,47 или ρвх = 63,3 дБ.