Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

15.74 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 2315 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

ла искажений в зоне i—z к числу искажений во всех зонах V г,-.

Рф) =

Коэффициент автокорреляции частости искажений в пяти изме рительных зонах Р 0 . относительно частости искажений в первой зоне Р6 может быть вычислен по формуле:

где P6i и Рь( — средние арифметические величины частоетей иска жений в первой и остальных измерительных зонах длительностью Дт; af l i и ое- — средние квадратические отклонения соответственно

(т — число замеров по 30 мин	к а ж д ы й ) :
т	т

На основании сказанного будем считать «вероятным» временем

группы	искажений	время, в течение которого	значение	коэффи
циента	корреляции	р и принимает заданное	значение в	преде
л а х 04-1.

Отметим, что сама группа искажений состоит из единичных ис кажений, т. е. из искажений фронтов, разделенных интервалами времени, в течение которых искажения отсутствуют.

Следовательно, минимальное время анализа д о л ж н о выбирать ся из условия регистрации групп искажений единичных, а макси

мальное — из условия регистрации			групп	искажений разной	дли
тельности.
Поскольку обычно затруднительно фиксировать минимальную,
максимальную	и вероятную	длительности		_групп, введем понятие
средней группы	искажений	длительностью		тг . Длительность сред
ней группы искажений будем определять				как произведение	сред-
него числа искажений в группе			на	длительность бинарного
знака то:

— 140 —

t r

T 0 K M ,

T O = 1 / V , a KM=l

где

при

сигналах

вида

1:1

(«точки»).

Коэффи

циент манипуляции Км учитывает переменную скважность

сигна

лов при передаче случайного текста.

Р а з б р о с от средней

величины т г

можно

характеризовать

сред-

неквадратичным

отклонением

времени

группирования

- , /

2 ( т Р - т г ) «

Значения т,-

X -

при

различных значениях

вре

а, определяются

та -

мени анализа, поскольку зависят от выбора величины

Д л я

характеристики интенсивности

группообразования

искаже

ний

введем т а к ж е

коэффициент

группирования р\ который опреде

ляется

соотношением

числа

групп

и числа

искажений

зо

нах

2,-:

Р м = / 1

- —

V 1 0 0 -

Следовательно,

минимальное

значение

коэффициента

группиро

вания

6 = 0 наблюдается

при

наличии

только

единичных

искаже

ний,

разделенных

интервалами,

большими

интервала

анализа

х-.

а к

максимальному значению

6 = 100%

коэффициент

группирова

ния

приближается

при

условии

2 2 i > , t

Коэффициент

группирования

по

зонам

анализа

6и = 0-г-1

позво

ляет так же, как и коэффициент

автокорреляции

Вн,

х а р а к т е р и з о .

вать

длительность

групп

искажений,

однако

он

определяется

проще.

В процессе измерений

в р е м я

анализа т а

подбирается так,

чтобы

по показаниям шести счетчиков можно было различить группиро

вание искажений, поскольку счетчики '«заполняются»			равномерно
как в случае независимых искажений, так		в том случае, когда вре
мя анализа т я охватывает несколько групп		искажений .
Результаты	анализа
При введении в тракт шумовой	помехи	появление	искаженных

фронтов во времени равновероятно. При времени анализа та <Сто коррелометр воспринимает к а ж д ы й искаженный фронт как группу, и поэтому относительная частость искаженных фронтов в первой

зоне,	з а ф и к с и р о в а н н а я первым	счетчиком,	близка к	единице (кри
вая 1 на рис. 4.13 соответствует		режиму т а	= 38,4 мс	при т о = 1 0 мс;
Я =	3).
	-	H i -

•Пр.и времени анализа		та ^>То 'все шесть счетчиков			заполняются
равномерно	(кривая 2	на	рис. 4.13,	т а = 1920 мс, Я = 3), т. е.
^6 СО =const,	что свидетельствует о равновероятном				распределе
нии групп ошибок во времени.
Таким образом, кривые / и 2 показывают правомерность приня
той методики	исследования		группирования искажений .
Испытания	на шумах	показывают		(рис. 4.14), что	группирова
ние ошибок наблюдается с изменением соотношения					Я . Так при
отношении Я ^ 5 п р е о б л а д а ю т одиночные ошибки (90% всех иска-
Щ

о,з\

		Of			--38,4 мс
		0J			400L
		0J			&<р=90°
		0,0
V		0,5
го зо	т		1	3	4	5 Н
Рис. 4J1I3. Распределение частости ис		Рис. 4.14. Зависимость вероятное™ появ
кажений по зонам при различном вре		ления	одиночных		искажений	от отноше
мени анализа лри введении шумовой				ния сигнал/шум
помехи
женин является	одиночными),	а при	Я = 2	искажения		группиру

ются, вследствии чего одиночные искажения составляют менее 50%. Следовательно, можно сделать вывод о том,- что дл я успешного использования корректирующих кодов, исправляющих одиночные ошибки, в узконолосных к а н а л а х с ФМ должно быть обеспечено отношение сигнал/шум Я > 5 . В противном случае при появлении многократных ошибок защитное кодирование оказывается неэф фективным.

Интересно сразу отметить, что результаты группирования оши

бок на шумовой		помехе при Я < 3 и «эфирной» помехе в значитель
ной степени совпадают.
В обоих случаях наблюдается уменьшение доли одиночных ис
кажений и удлинение групп искажений, что видимо					объясняется
как «окрашиванием шума» в узкополосном фильтре,					так и нару
шениями синхронизма при Я < 3 .
В	табл . 4.6	приведены	частости	искажений Рь1 Ы	дл я	трассы
И К Р К 600 к м пр « р а з н ы х			р е ж и м а х	многолучевостн	( т а = : 2 4 0 мс) .
И з	таблицы	следует, что частость групп искажений				(п/мин)
и длительность		групп искажений возрастают с увеличением				много

лучевостн. На рис. 4.15 и 4.16 представлены дифференциальные и

интегральные распределения частостей искажений по зонам	корре
лометра в зависимости от выбранного времени анализа дл я	трасс
И К Р К 600 и 4000 км.

— 142 —

								Т А Б Л И Ц А 4.8
Режим ИКРК (соотно				Номер зоны анализа					Частость

шение лучен)		1	2 j	3	4	\|	5	б	групп п/мнн

			Bpeiля анал иза по			301им	(мс)
Л 1 = 1 ,	Л 2 = 0 , 7 ,	40	80	120	160	200		240
Л 3 = 0 , 5		0,41	0,13	0,12	0,12	0,12		0,105	65

Л ] = Л а = Л з = 1		0,23	0,163	0,16	0,157	0,15		0,139	130
И з	рис. 4.15	и 4.16	видно,	что	при изменении			времени	анализа

в пределах т а = 0 , 5 4 - 4 с количественные п а р а м е т р ы дифференциаль ных и интегральных распределений близки, что свидетельствует о

существенном разбросе длительности групп ошибок					(при	их явном
группировании) .
По	интегральным кривым	рис. 4.16	м о ж н о заключить, что
в 50%	случаев искажения группируются		в	первой	зоне	анализа .
Из 'сопоставления данных для		разных трасс		следует	т а к ж е	и вывод

Рис. 4.15. Дифференциальное .распреде-		PB-IC. 4.16. .Интегральное распределе-
ленне частостей искаженных	фронтов по	ние частостей фронтов искаженных
группам		фронтов свыше 37% ло группам
о том, что длительность	групп искажений изменяется незначитель

но при изменении протяженности трассы, хотя и заметно укороче ние групп на трассе 4000 км по сравнению с трассой 600 км. Этот

вывод имеет существенное значение для			выбора длины		комбинаций
защитного кода, для		определения времени з а д е р ж к и		сигналов в си
стеме	с временным	разнесением, д л я	регламентации		временных
характеристик адаптирующихся систем			связи (системы с А З О , ав
товыбор каналов по временным искажениям и т. д . ) .
Физические основы относительного			постоянства	длительности
групп	искажений в настоящее время исследованы недостаточно, но

— 143 —

известно, что радиус корреляции автокорреляционной функции за мираний радиосигналов на трассах различной протяженности в

разное время года и суток		'изменяется	в	небольших		'пределах
(0,5-f-l,0 с). Естественно, что		при этом	не	может	быть	большого
различия в длительности групп искажений .
Следует отметить т а к ж е ,		что в любом р е ж и м е			испытаний при
Любом времени анализа частость появления искажений						в первой
зоне коррелометра превышает 30%.
Зависимости Рь{т),	п о к а з ы в а ю щ и е		группирование			искажений,
спрямляются при лннейно - логарифмическом				масштабе,		что позво-
Д мин	пмин
100
91

• 83, 75

WOO 4000 5000R

Рис. 4. Зависимость группообразоваиия иска жений от длины г.раес H'KjPiK

ляет использовать показательную аппроксимацию статистической оценки.

Здесь уместно сослаться на известную {67] аппроксимацию кри вых распределения интервалов между группами ошибок в радио каналах, которая сводится к обобщенному показательному зако ну, что согласуется с полученными данными по группированию временных искажений .

На рис. 4.17 представлен график изменения частости групп ис

кажений в минуту для разных	трасс И К Р К		«Эфир»,	иллюстрирую
щий падение частости групп	ошибок	с	ростом	протяженности
трассы.
Так, частость групп ошибок уменьшается более				чем в 10 раз
при увеличении протяженности	трассы	с 2000 до 5000 км (при рав

ном уровне сигналов) . Рисунок 4.17 показывает идентичность тен

денции изменений значений частости группирования		искажений
(график 1) и вероятности ошибок (график	2), подтверждая вывод
о том, что ошибки являются качественным	результатом	количест

венных изменений временных искажений, возникающих группами.

Кроме того, из графика	3 видно, что коэффициент группирования
искажений 6 в о з р а с т а е т	с укорочением трасс, оставаясь почти по

стоянным на трассах длиннее 2000 км.

— 144 —


На рис. 4.18 показаны			функции		автокорреляции искажений для
трассы	6 0 0 к м (режим	И К Р К		Л -
К а к	видно, при разном		времени		анализа т а	выявляются	различ
ные характеристики групп искажений . Так,						при малом	времени
анализа	различается	резкий		минимум, определяющий минималь
ную длительность группирования					( т г ~ 7 0 м с	при >р = 0,1-5)	и мини
мальный интервал м е ж д у			группами ( т ц ~ 1 5 0 м с при р = 0,6). При
большом времени анализа			можно проследить			максимальные значе-

/ 3 4 5 67891-Ю1 2 3		4 5б789Н0г	2	3 4 5 В1891-Ю'
Рис. 4.'Ю. Функции	автокорреляция при разном временя ана
		лиза
ния группообразования,	которые	оказываются		сильно сглаженны

ми. По-видимому, компромиссным решением задачи является ре

комендация о борьбе с групповыми ошибками	методами А З О в око
нечной аппаратуре или методами автовыбора	разнесенных каналов
в модемах радиосвязи .

В последнем случае в а ж н о обеспечить мгновенный переход с пораженного помехой к а н а л а на резервный с блокировкой воз врата . Время действия этой блокировки д о л ж н о определяться наи вероятной длительностью групп ошибок для данной трассы .

Интересно сопоставить данные, полученные на имитаторе ра

диоканала		дл я узкополосного Ф М					канала с результатами						регист
рации групп			ошибок	на	широтной			радиолинии			протяженностью
в 4200 км (Восток), эксплуатирующейся										по системе		Д Ч Т при
скорости У = 2 0 0 Б о д (май — а в г у с т							1966).
Р е ж и м		работы линии			и	частость		временных			искажений		по зо
нам	анализа		указаны	в	табл . 4.7,		а	соответствующие				графики —
на рис. 4.19.											Т А Б Л И Ц А 4.7

Частота, кГц			Количество			Частость	искажения по зонам мс					Количество
			часовых за		20	40	60		80	100	120	групп искаже

			меров										ний

10 900	(ночь)		40	0,61		0,74	0,83		0,89	0,94	0,99		6 290
13 830	(день)		50	0,56		0,69	0,79		0,86	0,93	0,99		14 286
14 790 —»—			35	0,51		0,67	0,79		0,87	0,83	0,99		10 800
19 380	— »—		164	0,47		0,60	0,70		0,80	0,88	0,91		88 183

— 145 —


И з таблицы		следует,		что	группообразование происходит			днем
интенсивнее,	чем		ночью,	что,	видимо,	объясняется	повышенной
ионизацией	среды		распространения радиоволн .
По табл . 4.7		и	г р а ф и к а м нетрудно			«проследить, что	в 50%	вре
мени эксплуатации			р а д и о л и н и и н а частотах в диапазоне				10-=-20МГц

	5	10	15	20	?5V0.MC
	Рис. 4.19. Интегральные		функции	группирования
		искажений
время группирования искажений не превышает 20 мс, а						в 90%	вре
мени — не выше 120 мс.
Эта данные, полученные		в сравнительно широкополосных радио-^
к а н а л а х	с ЧМ, показывают, что длительность групп					искажений *
в этом	случае существенно	меньше, чем		в	узкополосных		кана
лах с ФМ .
4.4. А Н А Л И З Ф А З Ы Р А Д И О С И Г Н А Л О В М Е Т О Д О М
	К О Р Р Е Л Я Ц И О Н Н О Г О Д Е Т Е К Т И Р О В А Н И Я
	Общие сведения
Как	известно, при синхронных		способах		п р и е м а	полярность

двоичного сигнала определяется по разности фаз м е ж д у прини маемым и опорным колебаниями на интервале длительности эле

ментарной посылки. Поскольку процессы в ионосфере,			приводящие
к	флуктуациям ф а з ы несущего колебания,	и процесс	модуляции
в	радиопередатчике взаимонезависимы, то	ф а з а несущего колеба

ния претерпевает одинаковые случайные изменения независимо от


того, модулирована		она или	нет. Поэтому			д л я	объективного		опре
деления априорного		качества	к а н а л а		кв	связи	при	работе	в нем *
систем	связи, использующих д л я			передачи		информации фазу			несу
щего	колебания и	применяющих		на	приеме методы			синхронного

— 146 —

когерентного и корреляционного детектирования, достаточно зна ния статистических характеристик флуктуации фазы немодулиро-

ванных	радиосигналов [63].
Д в а	основных метода фазового детектирования — когерентный
и корреляционный — физически		различаются	способами	формиро
вания опорного (фазоэталонного)		сигнала.
При	когерентном детектировании опорное		н а п р я ж е н и е	в ы р а б а

тывается специальным синхронизатором, полоса которого опреде


ляет степень			усреднения ф а з ы синхросигналов				п,	обычно,		в 5—
10 раз	меньше		полосы	к а н а л а	связи.
При	корреляционном детектировании опорным							напряжением
^является		принятый радиосигнал, з а д е р ж а н н ы й					на	длительность
бинарного		знака .
Следовательно, д л я а н а л и з а помехоустойчивости модемов с фа
зовой	манипуляцией			целесообразно		использовать		как	когерент
ные, т а к		и корреляционные			методы	регистрации фазовых				флук
туации	радиосигналов .
П р и	этом		фазоизмерительными			приборами	являются		соответ

ствующие фазовые демодуляторы . Когерентный измеритель обес печивает получение распределения фаз радиосигналов, которое позволяет оценить помехоустойчивость метода когерентного детек тирования, а корреляционный измеритель — помехоустойчивость метода корреляционного приема . Изменение параметров измерите

лей в	процессе	исследования	позволяет оценить помехоустойчи
вость различных		р е ж и м о в р а б о т ы модемов		радиосвязи	с фазовой
манипуляцией.
Так,	при корреляционном		приеме Ф М	сигналов	необходимо

знать закон распределения вероятности абсолютной фазы р а д и о сигнала Fi(<pji=-Pi'(|q>| ^<fi)-

При автокорреляционном приеме Ф М сигналов следует учиты вать фазовые сдвиги, возникающие за интервалы времени то. По этому необходимо знание закона распределения вероятности отно

сительной ф а з ы радиосигнала			Fz(q>, то) =Ps(	\|cp\| ^q>i, то). В	тех
случаях,	когда д л я приема	Ф М	сигналов опорное колебание		полу
чают от	пилот-сигнала или	при	когерентном	детектировании	Ч М

сигналов, требуется знание закона распределения вероятности раз

ности фаз радиосигналов, разнесенных по частоте, F3((p,Af)	=
= ' р з ( \| ф \| > ф , - , Л / ) .


	При использовании такого перспективного метода фазовой ма
нипуляции,			как «способ	в р а щ а ю щ е й с я фазы»,			необходима		априор
ная	оценка		статистики	ф а з о в ы х флуктуации			в к а н а л е	связи		для
выбора		допустимого « ш а г а в р а щ е н и я фазы» [68].
	При	разнесенном радиоприеме т а к ж е				необходимо знание зако
на	распределения вероятности				разности	фаз	радиосигналов .
	В связи		с в ы ш е с к а з а н н ы м		д а л е е рассматриваются			и	развива
ются способы измерений статистических характеристик									ф л у к т у а
ции	ф а з ы радиосигнала,			х а р а к т е р и з у ю щ и е пригодность				к а н а л а		ра
диосвязи д л я передачи информации при использовании									синхрон
ного радиоприема .

— 147 —

Способы измерения

ф а з ы

радиосигналов

Д л я измерения излучается

высоко-стабильный

по частоте

и фазе

радиосигнал,

а ф а з а

принятого

радиосигнала сравнивается

с фа

зой

опорного

колебания, т а к ж е

имеющего

высокую

стабильность

по

частоте и фазе, по крайней

мере,

в течение

периода

измере

ния

(68].

Наиболее просто этот способ измерения реализуется в иссле

дованиях

флуктуации

фазы

сигналов,

отраженных

от ионосферы

при вертикальном зондировании

(ВЗ) [69].

При В З (рис. 4.20)

радиопередатчиком /

вертикально

излучает

ся

серия

радиоимпульсов с

частотой

заполнения,

определяемой

з а д а ю щ и м

генератором 2 при частоте

повторения

длительности,

определяемыми генератором тактовой частоты 3. О т р а ж е н н ы й от


ионосферы радиосигнал принимается				приемником		4, гетеродин ко
торого	синхронизирован		генератором	2. С	выхода	приемника		сиг
нал подается на устройство сравнения фаз 5, на другой							вход ко
торого	подан сигнал	от з а д а ю щ е г о генератора 2.				Результат		срав
нения	фаз регистрируется		индикатором 6 на к а ж д о м тактовом ин
тервале, з а д а в а е м о м		генератором 3.		Часто	регистрация		флуктуа

ции ф а з ы осуществляется фотографированием выходного сигнала

устройства

сравнения

фаз 5.

Однако

поскольку

исследуемая при В З область

ионосферы на

ходится или в точке

передачи

или в точке приема,

не там, где

происходит

отражение

радиосигналов

на

реальной

трассе,

то не

возможно достоверно судить о характере

флуктуации фазы

радио

сигнала на радиолинии. Поэтому для оценки флуктуации

ф а з ы

радиосигнала

реальных

р а д и о к а н а л а х

применяется

наклонноех

зондирование

(НЗ ) ионосферы (70, 71]. В этом

случае

флуктуации

ф а з ы сигнала

оцениваются

по отношению

к ф а з е опорного

колеба

ния, формируемого на приемной

стороне.

Таким образом, способы измерения флуктуации фазы опреде

ляются методом получения опорного колебания .

В некоторых

случаях [70] эта з а д а ч а решается

использованием

на передаче

приеме

двух

автономных

з а д а ю щ и х

генераторов,

имеющих

суточную

нестабильность

частоты

не хуже

10-8-т-10~9.

Флуктуации

фазы радиосигнала

выделяются

фазовым

детектором

и регистрируются самописцем. Основным недостатком этого спо

соба является то, что высокостабильные генераторы		представляют
собой дорогостоящие сложные установки, которые		перед	к а ж д ы м
сеансом измерений необходимо ф а з и р о в а т ь вручную.
Известен способ измерения	[70], при котором опорная		частота
на приеме выбирается отличной от частоты генератора на				пере
даче. На приеме записываются на магнитную ленту		биения		между
опорным колебанием и принятым радиосигналом .		З а т е м		запись
воспроизводится при большей	скорости и частотный	спектр		и с с л е - i
дуется анализатором спектра.	И з частотного спектра	биений		опре

деляются характеристики флуктуации фазы, например плотность вероятности абсолютной фазы радиосигналов .

— 148 —

И з в е с т на разновидность способа измерения с двумя генерато рами, приспособленная для измерения {71], в котором для оценки флуктуации фазы радиосигнала за фиксированные интервалы вре мени в начале к а ж д о г о интервала измерения фаза опорного коле бания, получаемого от местного генератора, подстраивается под.

	Н		t			6	н
							Ч	s

	Рис. 4.20. Блок-схема			.из		Рис. 4.21. Блок-схема из
	мерительного		комплекса			мерителя		фазы радиосиг
	при вертикальном			зон		нала	с управляемым			ге
	дировании						нератором
фазу 'принимаемого			сигнала		и запоминается . З а т е м				в	конце этого-
интервала времени			фиксируется			разность	фаз . Блок-схема				измери
тельной	установки	приведена			на	рис. 4.21.
Д л я	подобных	измерений			широкое применение				нашел		способ,.

при котором для сравнения фазы принимаемого сигнала в течение заданного интервала времени с фазой радиосигнала в п р е д ы д у щ е м


измерительном		интервале запоминают		на время		измерительного
интервала	фазу	принимаемого сигнала при помощи пассивных схем
з а д е р ж к и ,	например		высокодобротных		контуров,		узкополосных:
фильтров	или линий		з а д е р ж к и .
И з л о ж е н н а я		в отчете М К К Р ; методика			состоит	«в	возбуждении
радиосигналом резонансного контура с очень высокой							д о б р о т н о с т ь ю
в течение	20 мс.	З а т е м , когда в этом		контуре продолжается с в о

бодное колебание, возбуждается второй резонансный контур в т е чение следующих 20 мс. Относительная фаза м е ж д у двумя коле баниями измеряется затем ф а з о в ы м детектором 3. Путем соответ ствующего соединения двух квадратурных фазовых детекторов на

экране	осциллографа получаются д и а г р а м м ы относительной ф а з ы
и амплитуды в полярных координатах» [69].
Этот	способ измерения о б л а д а е т тем недостатком, что при еп>

практической реализации сложно обеспечить высокую стабильность-

параметров	ф а з о з а п о м и н а ю щ и х схем, особенно	при увеличении
интервалов	измерения, так к а к д а ж е небольшая	относительная р а с

стройка высокодобротных резонансных контуров приводит к появ


лению	значительной систематической		ошибки в измерениях.		К р о м е
того,	визуальный способ регистрации		фазы т а к ж е	сопряжен с		по
грешностью.
Измерение относительного сдвига			фаз при разнесенном		п р и е м е
[72] производится так, что сигнал одной из ветвей разнесения						ис
пользуется в качестве опорного. В		результате п о л у ч а ю т закон				р а с
пределения вероятности разности		фаз	разнесенных	радиосигналов -

— 149 —

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 2315 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ