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

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Т А Б Л И Ц А 4.1

лучей A2/Ai

Фазовый угол т))0

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

15.74 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2313 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

в ы з ы в а е т ухудшение качества	связи,	т. е.	качество связи зависит
от напряженности т о л я , а в дневные		-часы	такой зависимости и е
н а б л ю д а е т с я . Это объясняется	тем, что хотя напряженность п о л я

велика,	но из-за многолучевого распространения качество связи
падает.	Таким	образом,	представленные графики	п о д т в е р ж д а ю т
известный вывод о том, что уровень радиосигналов				н е	м о ж е т слу
ж и т ь критерием		качества	связи . Наоборот, временные		и с к а ж е н и я

			1			1У
7	8 9	10 11 12 12 «	15 № /7	18 19 20 21 22 2324
(Рис. 3.33. Суточные изменения				уровня сигнала >и ка
		чества связи:
режим 2, октябрь 1970 г.; 1					среднее	значение
UB%	прямое; 2		среднее		значение	£У„Х об
ратное; 3		—	значение		Т); 4	уров
		ни iUSx	приемника

и определяемый с помощью их коэффициент исправного действия кид вполне определяют качество радиоканалов на дуплексной ра диолинии.

Взаключение представляет интерес оценить параметром кид

качество	связи	двух практически одинаковых радиолиний.		Д л я
этого в	1970 г.	были проведены измерения на двух	радиотрассах
юго-восточного		направления протяженностью около	3000 км	с ра

диоприемом в Москве. Обе радиолинии работали на одинаковых


радиосредствах		(система Д Ч Т ) и близких радиочастотах (разница
не превышала		1 М Г ц ) , отличаясь	лишь оконечным	оборудованием
(система	с АЗ О при скорости в		200 Б о д и система	без АЗ О	при
скорости	188 Б о д ) . С о п о с т а в л я я		соответствующие	графики	на

— 120 —


рис. 3.34, можно сделать заключение о том, что				часовые изменения
кид	на обоих	р а д и о к а н а л а х отличаются л и ш ь		на 1	- г - 5%, а суточ
ные	изменения	кид практически	идентичны. М о ж н о		отметить,	что-
значения кид несколько меньше			на линии с высшей		скоростью	ма

нипуляции (заштрихованная область) . Таким образом, рис. 3.34 иллюстрирует возможность использования п а р а м е т р а кид для сравнительного анализа помехоустойчивости разных радиолиний,, отдельных функциональных узлов или режимов системы связи.-

98	,/Л	Система F6 Т^ОГц) v,40QBod (сAW)
98	'Ш				Vz = 1886od (безАЗО)
				^октябрь-ноядрь 1970г.
96
94						Iподканал
94
92
90						^подканал
						^подканал
0,8-	10	12	П	№	18	20	22	24
		t, бремя тек. декретное
Рис. 3.34.	Суточные		относительные			.изменения		ка
чества	радиосвязи		на	дуплексной		радиолинии
Полученные результаты позволяют сделать некоторые р е к о м е н
дации. Так, например,		волновое		расписание,			которое задается на

радиолинию, фактически определяет изменения качества связи, ко торые можно предсказать заранее . При этом переход с волны на

волну должен осуществляться одновременно на обоих	направле
ниях.
Следует подчеркнуть, что регистрация качества связи	на к а ж

дом пункте радиоприема фактически позволяет судить о качествесвязи у корреспондента, особенно в ночное время .

4. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СВЯЗИ В СИСТЕМЕ ОБП

4 . 1 . О С О Б Е Н Н О С Т И В Р Е М Е Н Н Ы Х И С К А Ж Е Н И Й П Р И Ф А З О В О М Д Е Т Е К Т И Р О В А Н И И

Постановка задачи

Переходя	к анализу качества связи	в перспективных модемах
О Б П , следует	рассмотреть некоторые	специфические особенности

трансляции сигналов в многоканальных системах тонального теле

графирования . При этом,	хотя з а д а ч а	определения	качества связи
остается той же, что и в современных		модемах, методы ее решения
могут быть отличны, а результаты имеют иные			количественные
оценки.
Достаточно отметить,	что временные искажения		затруднитель

но использовать как критерий качества связи в многоканальных модемах с корреляционным методом детектирования, поскольку процессы детектирования и регенерации сигналов объединены в коммутируемом интеграторе.

Однако необходимо подчеркнуть, что в многоканальных моде мах с перекрывающимися спектрами канальных сигналов, так или иначе, выделяются сигналы, временное положение которых соот ветствует моментам манипуляции (фронты сигналов), что необхо димо для обеспечения синхронизма в демодуляторе . Поэтому спе цифика регистрации качества связи по критерию временных иска


жений в модемах	с корреляционным			детектированием сводится к
р а з р а б о т к е методов выделения фронтов сигналов.
Поскольку в подканалах		таких	модемов транслируются синхрон
но-синфазные сигналы, то		на приемной стороне в о з м о ж н о				фикси
ровать временное	положение моментов манипуляции и оценивать
их статистические	характеристики		(распределение, математическое
ожидание, дисперсию) .
Известны различные методы выделения моментов					манипуляции
в демодуляторах	с корреляционным			детектированием	{99],	которые

сводятся к трем способам.

Первым простейшим способом является способ регистрации фронтов специальных синхросигналов, передаваемых с частотой манипуляции по служебному каналу . Способ обладает крупными недостатками, поскольку связан с необходимостью з а т р а т мощно сти и полосы на передачу синхросигналов.

Вторым — является способ обработки канальных сигналов, реа лизуемый, например, путем сравнения модулей векторов сигналов

— 122 —

двух	соседних бинарных знаков . Этот способ сопряжен с введе
нием дополнительных устройств в к а ж д о м				подканале модема.
Третий способ		сводится к	анализу группового (многоканально
го)	сигнала. Так,	возможна	регистрация	временного положения

максимумов огибающей боковых колебаний многоканального сиг нала, основанная на э ф ф е к т е соответствия этих максимумов мо ментам скачков фаз в подканалах модема. Выделение фронтов сиг

налов достигается т а к ж е	путем	выполнения	дополнительных пре
образований группового	сигнала.	Одним из	возможных преобра

зований является интегрирование переменной составляющей квад

рата группового сигнала [99].
Что касается характера временных искажений в узкополосных
подканалах	систем тонального	телеграфирования с Ч М или			ФМ,
то этот вопрос т а к ж е нуждается		в анализе . В		первую очередь, это
относится к	узкополосным к а н а л а м		с Ф М при	когерентном детек
тировании.
Известно,	что в коротковолновом		радиоканале изменения		ф а з ы

принимаемого сигнала медленны по сравнению со скоростью мани

пуляции, что позволяет считать фазовую манипуляцию							перспектив
ным видом			передачи радиосигналов .		Например,	имеются		данные
о	том,	что	скорость изменения	ф а з ы	сигнала на	трассе	в 4000 км
в	90%	времени не превышала		0,04° в	1 мс [61]. Однако,		хотя	объем

статистических измерений фазовой структуры кв радиосигналов

недостаточен,	видимо,	можно		полагать, что медленные изменения
фазы имеют	место в	основном		при однолучевом	распространении
рациоволн.
Быстрые флуктуации			фазы	существуют при изменении высоты
о т р а ж а ю щ е г о	слоя, что		наблюдается в утренние		и вечерние часы

при изменении режима освещенности на трассе или при появлении

спорадического слоя,	о т р а ж а ю щ е г о радиосигналы .
Естественно, что	наиболее	распространенным и опасным видом
мультипликативных	помех в	р а д и о к а н а л а х является многолуче-

вость. Поэтому разработаны различные методы регистрации мно

голучевости, направленные в основном, на	исследование прохожде
ния импульсных сигналов в р а д и о к а н а л е	с несколькими о т р а ж е
ниями.

Поскольку при передаче импульсного сигнала в месте приема регистрируется серия сигналов с различным временем з а п а з д ы в а ния и различными искажениями формы импульса, этот метод яв ляется удобным инструментом анализа процессов распространения радиоволн. Однако д л я оценки качества связи эксплуатационных радиолиний импульсный метод оказывается неудобным. Достаточ


но сказать, что на время анализа			передача	информации д о л ж н а
прерываться,	передатчик должен ставиться в A M				режим, а	регист
рация импульсных сигналов на выходе приемника д о л ж н а						произ
водиться фотографическим путем или визуально					(при расширении
полосы радиоприема		и выключении А Р У ) .		Кроме того, сама			по
себе регистрация многолучевое™ еще не дает количественных							ха
рактеристик	качества	связи и не	позволяет	осуществлять		а в т о -

— 123 —

контроль или авторегулирование качества связи в процессе экс плуатации .

Д р у г и м методом регистрации многолучевости является анализ принятых по радиоканалу факсимильных изображений [62]. По скольку при многолучевости регистрируются сигналы, поступаю щие по путям различной длины, то п р я м а я линия на изображении, перпендикулярная линии развертки, воспроизводится в виде зуб

чатой линии. Измерением ширины		зубцов	определяется		разность
во времени распространения межд у		кратчайшим и длинным			путями
лучей. Точность этого	метода невысока (не		более 0,5	мс),	посколь
ку анализ выполняется	оператором	с использованием		специального
микроскопа.
Применительно к оптимизации		режим а	эксплуатации		многока

нальных однополосных радиолиний при передаче дискретных сиг налов оба рассмотренные способа оказываются непригодными, и

поэтому возникает з а д а ч а	поиска методов регистрации многолуче
вости в данных конкретных	условиях.

Поскольку в любом многоканальном модеме уплотнения одно полосного телефонного канала возможна трансляци я синусоидаль ного колебания в одном из подканалов, рассмотрим процесс инди

кации	многолучевости по искажению этого тонального контроль
ного	сигнала. Будем рассматривать двухлучевой	режим приема,
так как сделанные выводы можно распространить		на произвольное
число	лучей.

Регистрация многолучевости при синусоидальном сигнале

При приеме синусоидального колебания в двухлучевом канале связи на выходе канального фильтра имеем результирующее на

пряжение

A(t),

являющееся

линейной

суммой

интерферирующих

лучей

Ai(t)

A2(t),

где

A i(t)

=Ai sin (at, A2(t)=A2s'm

(col+i^),

тогда

амплитуда

суммарного

сигнала

A (t)

YAi(l)z

+ A2(t)-

+ 2Ai(t)A2(t)

cos

ty(t),

а фаза

определяется из

в ы р а ж е н и я

t o

^ =

Л2

(/) simMO

i4i(/) +

i4,(OcosiMO '

Здесь

гр=^=г|)2,

поскольку

о|з — взаимный сдвиг

лучей

(opi=0).

A2/Ai

Таким

образом,

процесс флуктуации

отношения

амплитуд

приводит

к флуктуации фаз ы

результирующего

сигнала, причем

направление и скорость фазовых флуктуации определяется пере

распределением амплитуд интерферирующих лучей.				В табл .	4.1
приведены количественные данные, полученные			д л я	значений	i\|i
и <Aip при з а д а н н ы х отношениях Ail As..
И з	т а б л . 4.1 следует, что	изменение фаз ы сигнала достигает			20°
д а ж е	при двойном изменении	амплитуды одного	из лучей, что весь
ма вероятно в реальном радиоканале . Таким образом,				амплитуда
и фаза результирующего сигнала при A2/Ai>\0			приближаются		к
соответствующим п а р а м е т р а м одного из лучей.			В том	ж е случае,

— 124 —

когда изменения амплитуд отдельных лучей коррелированы, изме

нения результирующего значения лр не		происходит,	т. е. гр2 = const.
П р и независимом изменении амплитуд двух лучей			Ai(t) и	A2(t),
естественно, i p 2 (t) = var,	Az(t)=vav,	что является	процессом	мо
дуляции синусоидального	сигнала.

	Непосредственные измерения амплитудных и фазовых измене
ний	посредством а н а л и з а нелинейности результирующего сигнала
затруднены . Поэтому наиболее рациональным методом		регистра
ции	многолучевостн при синусоидальном сигнале следует	признать

регистрацию скорости фазовых флуктуации калиброванных по ам плитуде (клиппироваиных) радиосигналов . Подчеркнем, что в дан ном случае речь идет только о регистрации наличия или отсут ствия многолучевостн, ибо структуру многолучевостн оценить не возможно (число и соотношения лучей) . Регистрация многолуче востн по флуктуации ф а з ы синусоидального сигнала после его огра ничения применительно к когерентному приемнику имеет свои осо бенности.

Такие распространенные методы			измерений, как	метод	сравне
н и я	текущей ф а з ы с	ф а з о э т а л о н н ы м	генератором или метод фазо
в о г о	к о м п а р а т о р а с применением запоминающего резонатора, мо
гут	обеспечить л и ш ь	данные, которые распространяются			только
на корреляционные фазовые детекторы [63].
Что касается когерентного детектирования, то явление «слеже
ния»	за усредненным фазовым положением радиосигнала сглажи
вает	абсолютные фазовые сдвиги. Поэтому вместо			использования

указанных «корреляционных» методов измерения необходимо при менять «когерентный» метод, з а к л ю ч а ю щ и й с я в том, что регистра ция мгновенных отклонений ф а з ы клиппированного сигнала от его среднего положения определяется относительно синхросигналов ко герентного детектора .

К а к видно, этот метод регистрации многолучевостн подобен относительному способу измерения временных искажений детекти

рованных	сигналов .
Таким	образом, используя обычный		узкополосный	подканал
многоканального м о д е м а 1 ) , возможно регистрировать				многолуче-
вость посредством учета частости фазовых флуктуации				сину
соидального радиосигнала: Р^=п^/п,		где	— ч и с л о случаев, когда

') Под узкополосным каналом понимается канал свяаи с .высоким отноше нием скорости передачи двоичных сигналов к занимаемой полосе частот F,

•т. е. V/f « 1 .

ф а за радиосигнала отклоняется от фазы синхросигнала на угол, больший vp, a n=T-V — число бинарных знаков, которое может быть передано за время измерения Т при скорости манипуляции V

вданном испытуемом канале .

Пр и выполнении соответствующего эксперимента в качестве регистрирующего устройства использовался фазовый дешифратор

[10], раздельно фиксирующий к а ж д о е из четырех взаимных фазо -

I—.	.	,	,	I	•	,
10	20	J0	40	-50	ВО
Rue. 4.1. Зависимость вероятности скачка				фазы ,на 90 и		180°
в режиме	Д Ф Р М	от полосы	синхронизатора		опорного
		.напряжения

вых состояний сигнального и опорного напряжений на частоте де


тектирования в к а н а л е		с	двукратной		Ф М (tp=0°,		90°, 180°, 270°).
В а ж н о подчеркнуть,			что	полученная		таким образом		величина
Р ф	определяет предельную			реальную	помехоустойчивость,			которая
может быть получена		при		определенных		условиях	распростране
ния,	ибо в к а н а л е связи		отсутствуют		переходные помехи			и харак

теристические искажения . На рис. 4.1 показаны некоторые зави


симости д л я частости фазовых					флуктуации			(при тр = 90°,			180°)
от полосы		синхронизации		AF,	полученные		на	имитаторе		коротко
волнового		р а д и о к а н а л а		«Эфир»		[44] д л я	трассы в		600	км	при
Ai=A2—A3=l.		И з	рисунка м о ж н о			получить		сведения	о	том,	на
сколько	различаются зависимости					Р ^(AF) при "ф = 90° или				яр =	180°.
О д н а к о	в	данном	случае	наиболее в а ж е н			вывод о том,			что	воз

можна регистрация многолучевости при передаче синусоидального сигнала и когерентном методе измерения фазовых флуктуации радиосигнала .

О взаимосвязи фазовых и временных искажений

Поскольку амплитудные изменения многолучевого сигнала про исходят непрерывно и с переменной скоростью (существенно мень

шей	скорости	манипуляции),	то фаза результирующего	сигнала
т а к ж е непрерывно изменяется .
В	условиях	когерентного	детектирования эти фазовые	измене

ния отслеживаются синхронным детектором. Это означает, что де тектирование ведется в условиях переменной расстройки <p(t).

— 126 —

пульсов с длительностью то = 2лД2 и 'периодом повторения 2то:

						я k
						sin
		\U(t)U0\=Um^-^-coskQt				2
Д а л е е воспользуемся					показанной		методикой для	случая		рас
стройки ±	В на	частоте детектирования					соо:
			п k
		0 0	sin	—
\U(t) Щ\ =	UmJ^		n k	2	[sin(coo+AQ)/+sin((oo—kQ)tUm 0 sin				(ш0 +	py.
		*=>	T
После отфильтровывания составляющих, с о д е р ж а щ и х									частоту
манипуляции,		получаем			п k
					п k
		I	оо	Sin
\UV)U'<1=		^J]		- £ ^ { c o s ( f t Q - p ^ + c o s ( A Q				+	\|l)*}.
					2
Таким	образом,		ясно,		что	расстройка поднесущей		по частоте

в процессе когерентного детектирования переносится на частоту манипуляции .

Поскольку величина и направление расстройки изменяются весь ма медленно по сравнению со скоростью манипуляции, наблюда ются «скоростные» искажения, т. е. временные искажения групп де

тектированных сигналов. Следовательно, временные								искажения
типа «качания»		т а к ж е	являются индикатором			многолучевости.
«Качания» мгновенной скорости манипуляции V относительно
номинальной V0		могут быть измерены		как	обычные		временные ис
к а ж е н и я :
			v - v 0	• 100.

Иллюстрацией скоростных искажений является							осциллограмма
(рис. 4.2а и б ) ,		ф и к с и р у ю щ а я манипулирующие (эталонные)							и де
тектированные		сигналы	при испытаниях узкополосного					модема с
Ф Р М на имитаторе кв			к а н а л а «Эфир»	(трасса		400	км,	«тяжелый»
р е ж и м ) .
На эпюре / представлены манипулирующие сигналы								вида	1 :3;
эпюра	2 и з о б р а ж а е т с у м м у этих сигналов				и	фронтов		детектиро
ванных	сигналов с выхода д е ш и ф р а т о р а относительного							кода . Сиг

налы с выходов фазового детектора, регенератора и дешифратора


иллюстрируются соответственно э п ю р а м и 3, 4 и 5.
Сопоставляя участки одной о с ц и л л о г р а м м ы 4.2а		и 4.26, легко
убедиться, что, хотя в обоих случаях происходит		безошибочная
передача сигналов	(эпюры / и 5 тождественны), однако, времен
ное соотношение манипулирующих и детектированных		сигналов со
вершенно различно	(эпюра 2). П р и этом следует отметить, что вре-

— 128 —

менные искажения отдельных бинарных знаков (эпюра 3) прене брежимо малы . Анализ данной осциллограммы показал, что если временные смещения первых 320 бит не превышали 5%, то после следующих 252 бит детектированные сигналы сместились относи

тельно эталонных на

величину

6 / t « 4 0 % , а еще через 140

бит

сме

щение вновь снижается до

5%.

Наличие скоростных искажений типа «качания» четко просле

живается

лишь

при

когерентном

детектировании ФМ

сигналов.

Однако следует отметить, что в аналогичных условиях

многолуче1

вости узкополосные

каналы с

Ч М

подвержены

групповым ошиб

кам. Иллюстрацией

подобных ошибок является рис. 4.2в, на кото

ром показаны сигналы вида 2 : 1

на

выходах частотных

дискрими

наторов

трех

подканалов

системы

тонального

телеграфирования

с ЧМ.

Интересно

т а к ж е

отметить,

что

в условиях,

показанных

на

рис. 4.26, сокращение полосы синхронизации регенератора

привело

бы к появлению

групповых

ошибок.

Таким образом, использование временных искажений детекти рованных сигналов д л я оценки состояния 0>БП радиосвязи позво ляет фиксировать наличие многолучевости во время эксплуатации радиоканала . О д н а к о для этого необходимо подробное изучение статистических закономерностей их изменения.

4.2. А Н А Л И З В Р Е М Е Н Н Ы Х И С К А	Ж Е Н И Й В
У З К О П О Л О С Н О М П О Д К А Н А Л Е	С Ф М

Постановка задачи

Кнастоящему времени выполнен р я д работ по анализу стати стических закономерностей изменения временных искажений в ра диоканалах . В частности, найдены аппроксимации плотности ве роятности распределения искажений на мв трассах различной про


тяженности [7. 48, 57], которые в зависимости от условий							сводятся
к степенному		или показательному законам .
Выполнен		и	анализ	взаимозависимости		искажений	и	ошибок
в системе	Д Ч Т ,		показавший,		что коэффициент корреляции			иногда
превышает	значение г ^			0 , 8 .	Исследовались	т а к ж е закономерности

группирования искажений и кросс-корреляция искажений разне сенных радиосигналов [60].

Указанные исследования выполнены j B относительно широкопо лосных к а н а л а х с современными модемами при частотной мани пуляции. Д о последнего времени отсутствовали данные о стати стических закономерностях изменения временных искажений в уз кополосных к а н а л а х перспективных модемов с Ф М (64].


Кроме того, имеющиеся измерения и аппроксимации		относятся
лишь к исследованиям, выполненным на действующих		радиоли
ниях, когда на	сигнал воздействует целый р я д помех, не обуслов
ленных средой	распространения или неразделимых в этой среде
(например, помехи от соседних станций, атмосферные		р а з р я д ы й

5—208

— 129 —

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2313 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ