книги из ГПНТБ / Бухвинер В.Е. Оценка качества радиосвязи

где covo 6 = J

—

,

М0=-±

; М6= 1

п

п

0 ° ~

J

п— 1

' °6 ~

f

а 1;

Выборочные

коэффициенты

регрессий

равны:

ции м е ж д у искажениями в ветвях разнесения

г&.

Н а р я д у

с

оценкой

связи

м е ж д у

временными

искажениями

по

вероятности

совпадения искажений

Р б с ,

по

коэффициенту

корре­

ляции искажений и ошибок г и но коэффициенту корреляции

иска­

жений

г й

введен

коэффициент совпадения

искажений

Кс:

К

— 2 ,

П с

•

>

•*\с

,

тх

+

т2

где

nil

и

т2

—

число искаженных

фронтов

в

ветвях

разнесения,

а тс

— число их

совпадений.

Значение Л'с

изменяется в п р е д е л а х

0-=-1,

причем /Сс = 0 в

усло­

виях независимости искажений (тс

= 0),

а

/Сс=1

в случае

совпаде­

ния равного числа искажений в ветвях

разнесения. Использование

параметра

Ко

ограничено случаем

1щ^т2

(разнесение

с

малой

базой),

ибо

в

случаях т^т2

или

тС>тг

значение Кс-+-0, хотя

корреляция искажений может оказаться существенной.

Однако применение коэффициента Кс

целесообразно

при

раз ­

несении в

пределах

радиоцентра,

поскольку

с

помощью

этого

П о г р е ш н о с ть в

измерении Ябс и Кс определяется

невозмож ­

ностью

регистрации

искажений

величины 6 ^ 5

0 % • Таким образом,

при «пропадании»

(«сливании»)

сигналов

в

одном из канало в и

наличии

искажений

во втором — с о в п а д е н и е

искажений

не фикси­

руется,

что несколько з а н и ж а е т

значения Рс

и

Кс-

каких

отношениях

величины

пространственного

разноса

антенн

(d)

к рабочей длине

волны (л.) получены результаты .

К а к

видно из табл . 3.12, частость поэлементного

совпадения

искажений

в

к а ж д о й

из

двух

ветвей

разнесения

д л я

всех

иссле­

дуемых трасс радиосвязи состав -

Т А Б Л И Ц А

3.12

ляет от

1 до

5%

от

общего

числа

зафиксированных искажений. П о ­

№.

Отношение

Частость совпаде­

этому можно

заключить,

что кор­

трассы

разнос/волна ний искажений

Р с

реляция

временных

искажений

d/X

бинарных

сигналов

величины

6 ^ 3 7 %

при

пространственном

1

21,5

4 , 1 - Ю - 2

разнесении антенн на

расстоянии

2

30

2 , 1 - Ю - 2

d>\0k

незначительна.

3

29

2,7- Ю - 2

Представленная

на рис.

3.18

зависимость

'частости

(Рс)

совпа­

4

33

2,1-

Ю - 2

дения

временных

искажений

от

среднего значения кпд связи при

разных значениях постоянной времени (Т)

одновибратора

2 пока­

зывает, что если при 7"=0,5т частость Рс

не

зависит

от

качества

связи и остается на

уровне (2-т-4) %, то

для Г = 2 ,

10 и

100т

наблю ­

дается

резкое

увеличение

значения

Рс

при

ухудшении

качества

связи

(при

к и д < 7 0 % ) .

Последний

вывод

указывает

на

наличие

группирования искажений в кв радиоканалах,

а

следовательно, и

на

то, что

качество

связи

определяется

не

единичными

искажения ­

позволяет т а к ж е

сделать вывод о том, что интервалы межд у

груп­

пами искажений

имеют порядок 10 - М00 бит. Возрастание

груп­

чества связи показывает, что хотя пачки

искажений

возникают

зависимо,

однако

искажения

отдельных

бинарных знаков корре-

л н р о в а н ы

слабо.

На

рис.

3.19

представлен

суточный

ход

изменений

значений

вероятности

временных искажений (Р 6)

и вероятности

совпадений

(Р(,с

)

искажений

в ветвях разнесения, а

т а к ж е суточный

ход опти­

мальных

рабочих

частот ( О Р Ч ) . И з рис. 3.19

следует, что

наимень­

ш а я

вероятность искажений Рбсм совпадений

Р е с соответствует точ­

кам пересечения кривой О Р Ч

с прямой рабочей частоты /рас. Откло -

нение

/раб

от

О Р Ч влечет за

собой увеличение как Р6,

так

и Я 0 с

так как при этом увеличивается влияние многолучевое™.

Отметим, •

что

значение

Р вс

всегда

почти на

два

порядка

меньше,

чем

значе­

ние вероятности Рб . Следовательно,

можно утверждать,

что

обыч­

но 'применяемые разносы антенн обеспечивают достаточную

неза­

висимость

сигналов

по временным

искажениям .

Л

0.6

OA

n

0.3

1... \

02

—>

wot ' — 1 —

0,1

/чА

ш

St

ч

0.10$

0,4 0,5 0.S 0,7 0,8 0,3

1,0

^ ®

№

08 10 12 14 Ш

18

20

22

24 ч

Р.ис. 3.18.

Зависимость

частости

Рис. 3.19. Суточные изменения искаже­

совпадений

искажений

от

качест­

ний л совпадения

искажений .в разнесен­

ва связи

(кид):

ных

каналах:

трасса

/; июль

1968

г., май

1969 г.

трасса /, июль 1968 г.

На рис. 3.20 показана полученная на трассе / зависимость час­

тости

совпадения

искажений

в ветвях

разнесения

от

отношения

d/X

д л я двух

значений постоянной

времени анализа

Т.

К а к

видно

чины

разноса антенн. Так, при

7, = 0,5то увеличение разноса

от 4Я,

до 2001 уменьшает частость совпадения искажений от

2,5 до 1 % .

При

увеличении времени анализа 7"=10то

зависимость

искажений

в ветвях разнесения сильно возрастает, однако эта

зависимость

мало

меняется при увеличении

величины

разноса

(при

росте

раз ­

носа

с 10 до 200 Я вероятность

совпадения

искажений уменьшается

всего

в пять

р а з ) .

Поэтому при использовании методов разнесенного приема с

автовыбором

сигналов по критерию телеграфных

и с к а ж е н и й

сиг­

налы

можно считать практически некоррелированными при раз ­

носах

в

несколько длин волн. М а л а я

частость совпадений искаже ­

ний при

6 ^ 3 7 % и Т=0;5% позволяет

считать, что описанный в ы ш е

случайном тексте могут

фиксироваться без одновременной фикса­

ции искажений .

Следует

подчеркнуть

не только одинаковый

характер

суточных

изменений

вероятности

ошибок и искажений, но

т а к ж е и

близость

причиной

возникновения

ошибок

в р а д и о к а н а л а х

Д Ч Т

является

наличие

временных

искажений . Однако сопоставление абсолютных

значений

Р0 и Р6

показывает, что

'вероятность ошибок

несколько

больше,

чем вероятность искажений . Этот ф а к т подтверждает

вы­

вод о том, что ошибка,

т. е. изменение полярности

бинарного

зна­

—

'/

/

1

D 1

•

— »

1

-

. . . -

—

/

/

*!/

-is•

I

I I

I

I

I -I

I

I I

I

I I

I

2

J

4

5

6

7 8910

20 M0

Рис. 3.22. Абсолютные

значения

искажения

и оши­

бок за

1 час:

1969

г.

трасса /,

сентябрь

6 ^ 5 0 %

не

могут

быть

зафиксированы

при

передаче

случайного

текста.

Такой

ж е

вывод

следует из рис. 3.22,

на

котором сопоставлены

зафиксированные за 1 ч

число

искажений

( A f e )

в

ветвях

разнесе­

ния и число ошибок

(М0).

Вычисленные по данным

измерений

на трассе

1

коэффициенты,

х а р а к т е р и з у ю щ и е корреляцию ошибок

и

искажений,

даны в

табл . 3.13.

Характерно, что

при

выборе

рабочей

частоты,

близкой

к О Р Ч ,

Т А Б Л И Ц А 3.13

Коэффициент

регрес­

Время измерений

^Раб^опт

d/l

Коэффициент кор­

сии

реляции , г

Ро

Р 6

Август

1968

1

210

0,782

2.44

0,25

Сентябрь

1968

0,6

22,5

0,899

1,15

0,703

•сказывается многолучевость

и, следовательно, ошибки

в основном

возникают из-за сильных временных

«преобладаний» .

Анализ корреляции временных искажений на дальних

радио­

линиях

при большой

б а з е разноса,

а т а к ж е

на антеннах с

поля­

ризационным

разнесением был выполнен в

1967—1968 гг.

Т А Б Л И Ц А 3.14

Трасса, режим Длина

Скорость

Число за­

трассы

Вид разноса

Направление раз­

База

меров

км

манипуля­

носа

разноса

замер—17

ции, Бод

км

мин.

/

Запад

9700

96

Пространств. Поперечное

27

422

ДЧТ-400

—

2

— » —

9700

96

Продольное

27

455

3

— » —

9700

96

»

Поперечное

1100

165

4

» —

9700

96

» —

1100

433

5

Запад

7000

96

— » —

— » —

0,4

472

—

— —

—

ДЧТ-400

€

— »

—

7000

96

—

» —

Продольно-попе­

48

411

речное

7

Юг

3900

96

— » —

Продольное

0,3

602

ЧТ-400

8

Восток

4200

188

— » —

Поперечное

0,4

74

ДЧТ-500

9

— » —

4200

188

Поляриз.

- » -

0,4

76

(верт.)

10

—ъ

4200

188

Поляриз.

0,4

151

(накл.)

ляции

искажений

гь

с соответствующими доверительными

интер­

в а л а м и

R,

а т а к ж е

значения коэффициентов совпадения

/Сс для

всех обследованных т р а с с и режимов .

П р е ж д е

всего

отметим увеличение корреляции искажений с

уменьшением базы

разнесения.

Т А Б Л И Ц А 3.15

№ трассы

Коэффициент кор­ Доверительный интер­ Коэффициент

совпаде­ Наличие корреля­

реляции г_

вал R

ния Кс

ции

о

;

0,52

0,45-^-0,59

0,059

Есть

2

0,59

0,53-^0,65

0,061

— »—

3

0,19

0,044-0,34

0,006

Нет

4

0,09

04-0,18

0,00

— » —

5

0,89

0,874-0,91

0,079

Есть

6

0,57

0,514-0,63

0,06

7

0,76

0,734-0,79

0,076

— »

—

8

0,74

0,64^-0,84

0,076

—»

—

9

0,67

0,55-4-0,79

0,066

—» —

10

0,75

0,684-0,82

0,076

—»

—

Д е й с т в и т е л ь н о, на трассах 3

и 4 с разносом в

1100 км фикси­

руется отсутствие корреляции

(проверка гипотезы об

отсутствии

корреляции п о к а з а л а , что указанные значения г6

и /<с

определя­

ются случайными ф а к т о р а м и ) .

На высокоширотной трассе 5 при малом

разносе

антенн

полу­

чен существенный коэффициент

корреляции

г 6 = 0 , 8 9 ,

а

иа

других

трассах (7 и 8) значение r 6 ^ 0 , 7

6 . Следовательно,

на

трассе, под­

радиоприем не может быть эффективным .

л

Вообще, можно отметить, что длительность

замера

сильно

влияет на результаты в том случае, если условия

распространения

изменяются, т. е. высокие

абсолютные значения

гь

объясняются

тем,

что о б р а б а т ы в а л и с ь

часовые

замеры .

Уменьшение

длитель­

ности

з а м е р а с 1 ч до 15 мин (трассы 3, 4)

привело к

уменьшению

значения г6 вдвое.

Абсолютные значения коэффициента корреляции искажений

г 6

полученные за часовые замеры,

о т р а ж а ю т

«макроструктуру»

из­

менения искажений,

в то

время

как значения коэффициента

сов­

падения Кс характеризуют их «микроструктуру». Интересно

отме­

тить,

что изменения

направления

т р а с с и

изменения

их

режима

(скорость манипуляции) не влияют на степень разнесения.

Ориен­

тация направления

разноса антенн при базе разнесения 5 ^

10 км

мало 'сказывается на значения величин г6 и Кс-

И з т а б л . 3.15 т а к ж е следует,

что антенны с

вертикальной

и

ковую

степень разнесения.

На

рис. 3.23 показаны изменения

значений г& и Кс в зависи­

мости

от б а з ы разноса 5, откуда видно, что зависимость r6 =

f(S)

близка

к логарифмической, поскольку

верна аппроксимация

пря-

мой

на линейно-логарифмической сетке. На рис. 3.23

указана так­

ж е

нумерация трасс.

(Ввиду того что выявлена существенная связь между

искаже ­

ниями в

ветвях

разнесения

при часовых

з а м е р а х

(г6

=0,194-0,76),

а т а к ж е

м а л ы е

величины

коэффициента

/ С с < 0 , 0 8 ,

характеризую ­

щего лишь относительную

частость совпадений

искажений

(табл.

I

I

I И М I I I

1 . . I I I 1

1

- 1 —

0J

1 1

ТО

100

1000 3,км

Рис. 3.23.

Зависимость

коэффициента

корреляции

искажений

rf i и коэффициента совпадения искажений /Со от базы

разнесе­

ния 5

налов) .

Результаты двух сточасовых сеансов измерений,

выполненных

на трассах Н ь ю - Й о р к и Монреаль в июле 1968 г.,

представлены

ными частостями

искажений

Р& в ветвях разнесения ( 5 = 0 , 4

км)

(рис. 3.24, кривые 1, 2 и 4, 5)

и с фиксированными частостями

сов­

ладения искажений

Р б с (кривые 3,

6).

Величина РА =

, т. е. абсолютное значение частости сов-

падения

искажений

определяется

отношением

числа

совпадений

—

искажений V Mci

к

общему

числу

принятых бинарных

знаков за

Т

п замеров длительностью At

к а ж д ы й .

'

Рассмотрение рис. 3.24 показывает, что для обследованных

трасс

носы антенн

обеспечивают

достаточную независимость сигналов

по временным

искажениям .

В а ж н о отметить т а к ж е ,

что

взаимозависимость

искажений

воз­

растает с общим ухудшением

качества связи, ибо

при малой

базе-

лучевость,

наличие станционных и атмосферных помех.

Так, из

рис. 3.24

видно, что в

области Р в ^ 5 - 1 0 - 4

наблюдаются

редкие-

совпадения искажений,

а в области

Я б > 1 - 1 0 ~ 3 — частые

совпаде­

ния. Такой

ход кривых,

по-видимому,

можно

объяснить изменением

!&5

99

98

97

9S

95

X.,

90

85

80

\

х-.

75

X.

70

A/as

Щ

щ

. t'4.01)

(тек. <ВХ

55

50

\

45

\

40

V \

f=l5,BMru

35

N.

J0

\?=/5.00+Я

I.OOQ

25

(моек. 6Ю

20

15

f7

S

S

/.

s \

J'

2

1

10''

10-'

Ш* .

Pj,Pdc

Р.ис. 3.24. Процент

времени работы ц

с частостя-

ми

'искажений Р 6

и

частостямл совпадения

Р б с ;

(Нью-Йорк,

Монреаль,

У=96 Бод

модели потока

искажений

в

ветвях

разнесения,

т. е. при малых

ухудшении радиоприема

(многолучевость, ослабление поля)

иска­

жения группируются, что ведет к возрастанию совпадения

иска­

жений. Таким образом,

разнесенный прием (так ж е , как

и

м о щ ­

ность передатчика) не

является действенным средством

з а щ и т ы

от многолучевости.

3.4. А Н А Л И З Г Р У П П И Р О В А Н И Я

И С К А Ж Е Н И Й

В Р А Д И О К А Н А Л А Х Д Ч Т

Постановка задачи

Поскольку качество радиосвязи определяется случайными неза­

висимыми флуктуациями сигналов и помех

в среде распростране­

тельность

групп искажений, т а к

и интервалы времени

м е ж д у

груп­

пами меняются по случайным законам .

Следует уточнить, что под группой ошибок или искажений

бу­

дем понимать отрезок времени

(в течение

которого значение

час­

тости ошибок или искажений приближается к величине Р<

0,5),

ограниченный с. обеих сторон безошибочными сигналами на

интер­

валах времени, п р е в ы ш а ю щ и х длительность группы.

Изучение статистики группирования ошибок в реальных

радио­

к а н а л а х имеет большое значение д л я проектирования

адаптирую ­

щихся систем связи. Так,

например, при построении

систем

связи

с временным разнесением сигналов время

з а д е р ж к и

д о л ж н о

пре­

вышать длительность наибольшей группы искажений,

но оставать ­

ся меньше наименьшего интервала м е ж д у

группами. Столь ж е

не­

обходимо

знание законов

группирования

искажений

при

разра ­

(АРУ) и авторегулировки частоты (АРЧ) в радиоприемнике

д о л ж ­

ны выбираться с учетом времени группирования искажений

радио­

сигналов. Следует

т а к ж е заметить, что при

исследовании

законов

группообразования

искажений, постоянные

времени

систем

А Р У

и А П Ч данного радиоканала, в свою очередь, влияют

на

длитель­

ционность

этих

систем.

Поскольку

при изменении условий распространения радиоволн

(суточный

или

сезонный цикл) условия группообразования иска­

данные могут быть

получены лишь при длительных измерениях

на

различных радиолиниях. Поэтому задача

заключается в том,

что­

бы выбрать такую

методику исследования

группообразования ис­

кажений, которая

может

быть использована

на действующих

ра­

д и о к а н а л а х без нарушения

рабочего р е ж и м а

эксплуатации .