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 14 1516 / 2316 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Хотя известные способы измерений имеют достаточно простые алгоритмы, их реализация связана с созданием уникальных изме рительных установок, обеспечивающих получение только специа лизированных статистических характеристик флуктуации ф а з ы ра диосигналов .


Статистический анализатор ф а з ы радиосигнала (САФР)
Д л я получения	достоверного	статистического м а т е р и а л а			на	раз
ных радиолиниях,	в разных условиях распространения			(день,		ночь,
сезон), при разных	р е ж и м а х исследования		(временном,	частотном,
пространственном)	необходимо	создание	универсального		прибо

ра — статистического а н а л и з а т о р а ф а з ы радиосигнала . Основным вопросом проектирования прибора является выбор способа полу чения опорного колебания . В качестве источника опорного колеба ния весьма эффективно может быть использована дискретная си

стема синхронизации ( Д С С ) ,

которая

широко

применяется

тех

нике связи д л я целей регенерации и детектирования

[73].

Применение в а н а л и з а т о р е

Д С С , о б л а д а ю щ е й

свойством

управ

ляемого

генератора — отслеживать

частоту

фазу

входного

сиг-

нала

и свойством

высокодобротного

резонансного

к о н т у р а — з а п о м и н а т ь

фазу

входного

сигнала

на

опреде

ленной

стабильной

частоте,

позво

(

же,

ляет

разрешить

существующее

про

тиворечие м е ж д у стабильностью

управляемостью

схемы

получения ч

опорного колебания . К р о м е

того,

"[важно

отметить,

что

применение

Д С С

позволяет

не

только

выпол

нить

устройство

на

основе

двоич

ной

техники,

но

и с о з д а т ь

универ

МССг

сальный

прибор,

измеряющий

ста

тистические

характеристики

флук

туации

ф а з ы

радиосигнала

во

всех

упомянутых р е ж и м а х

исследований.

Блок - схема

С А Ф Р

представлена

на рис. 4.22. Принцип его действия

заключается

том,

что д л я

получе

ния

опорного

колебания с

задан

ным

значением

фазы

на

к а ж д о м

из

мерительном

интервале

производит

ся

поочередная

коммутация

входов

Рис. 4.22. Блок-схема стат.истаческого.и В

Ь 1 Х 0 |

Д 0 В д в

Д О С , попеременно

анализатора

фазы

радиосигнала

«отслеживающих» текущую ф а з у

ра-

диооигнала

за интервал

измерения. Н а

к а ж д о м 1 интервале

измере

ния 7"3 рис. 4.23 '.(эпюра

а)

принятый с и ш а л

ф п ю р а б)

выхода

ограничителя 1 |(рис. 4;22)

поочередно

поступает

через

ключи

— 150

на вход Д С С - 4 или Д О С - 5 с общим 'кварцевым з а д а ю щ и м генерато

ром 6" ' ( к а ж д а я		из которых состоит из ф а з о в о г о дискриминатора 7,
•блока управления 8 и делителя 'Частоты 9)			и одновременно		на вход
измерителя	.сдвига ф а з 10. На него через		ключи 11, 12	поочередно
подается синхросигнал \|('зпюра в) от той			Д О С , которая	на	д а н н о м
интервале .измерения Т3 отключена о т 'входного сигнала .				На	измери
тель сдвига	фаз	10 т а к ж е подается сигнал i(эпюра г) от		кварцевого
генератора	6, в	результате чего разность	ф а з в ы р а ж а е т с я		иропор -

Рмс. 4.23. Временная	диаграмма работы фазоана-
	лизатора
циональныад числом импульсов	(эпюра д). В регистре 13 на к а ж д о м

измерительном интервале Т3 это число импульсов подсчитывается и выбирается максимальное значение этого числа, которое и регист рируется как величина флуктуации фазы . Длительность интервалов


измерения		задается	датчиком	временных		интервалов 14,			сигнал
(эпюра	а)	которого	управляет	-блоком управляющих импульсов 15
(•эпюра	е).	В соответствии с сигналами с				выхода	блока	у п р а в л я ю
щих импульсов 15 происходит переключение ключей 2, 3,								11	и 12.
В описанном режиме работы					С А Ф Р	обеспечивает		получение
закона	распределения вероятности				относительной		фазы	радиосиг

нала . В том случае, когда датчик временных интервалов синхро низирован с сигналом, манипулирующим несущее колебание по частоте, обеспечивается получение распределения вероятности раз ности фаз радиосигналов, разнесенных по частоте. Если датчик временных интервалов синхронизировать с сигналами, осущест вляющими переключение антенн в ветвях разнесения, то можно по лучить распределение вероятности фазы радиосигналов -при раз


личных способах		разнесения.
К основным		п а р а м е т р а м С А Ф Р	относятся:	значение	частоты
исследуемого радиосигнала i/o, полоса слежения				за частотой	радио
сигнала AF,	точность установки фазы		опорного	колебания	iji, раз
р е ш а ю щ а я	способность измерителя		фазы Дт\|>,	значение	частоты
з а д а ю щ е г о	кварцевого генератора /квген, время			анализа 7". Эти па

раметры определяются характеристиками двух основных функцио

нальных блоков, а		именно блока	получения опорного		колебания
и блока	измерения	и регистрации	фазы .	Характеристики блока
получения	опорного	колебания полностью		определяются	характе -

— 151 —

р-истикамн	Д С С : частотой			синхросигнала			i/синхр, полосой		слежения
Д Р Д С С , шагом -коррекции				Дф.
Таким	образом,		получаем, что /o=fcimxp, Д / ? = Д / 7 д С С						и	•ф = Дф.
Поскольку значение частоты /о исследуемого радиосигнала										обыч
но задается,		а величина		AF выбирается, исходя из максимально
возможной	скорости		изменения		фазы (изменения			частоты		радио
с и г н а л а ) ,	то,	используя		известную		[10]	методику	расчета		ДСС,
получим:
			.	,	2лД	Fm
			Аф = •ф =		— : — . рад,
					10

где ш = 0,5; 1,0; 1,5; . . . — число, определяющее, через сколько по лупериодов синхросигнала происходит подстройка его фазы . Нахо дим д а л е е коэффициент деления п делителя Д О С и количество ячеек г:

		п =	2зт_	г =	Ioga rt,
			ф т

где	г — наибольшее целое		число	от	\ogzn-. Отсюда частота задаю
щего кварцевого генератора /кв.ген =					«</о-
Т а к как		р а з р е ш а ю щ у ю	способность			измерителя			ф а з ы	(точность
измерения)		нецелесообразно делать			меньше, чем точность установ
ки ф а з ы опорного колебания, то полагаем Л-ф=тр.
На рис. 4.24 представлены полученные экспериментально кри
вые,	х а р а к т е р и з у ю щ и е процент			случаев,			когда флуктуации				фазы
%			радиосигнала				превышают			значение,
			указанное			по	оси	абсцисс для			интер->
399:
			вала	измерения				Т = 20 мс		при	раз
			личных		отношениях				сигнал/шум —

1 \

\ \\

22,5	*5	'//,5	SI)	р°
<P;iic. 4.24.	.Вероятность		отклоне

эф =	2;	3;	соответственно
U ш.эф	2 и	3).
(кривые /,	2 и	3).
Так как	полученные		графики спрям

ляются на нормальной функциональ


ной	ш к а л е	(ось	ординат)		при	шумо
вой	помехе,	то	можно	сделать		вывод
о том, что		в согласии		с теорией рас
пределение		ф а з ы сигнала			в-	данных


ния	фазы	радиосигнала		при	условиях соответствует				нормальному
различном		отношении		сиг-	закону.		Следовательно,		метод		измере-
/ _	исШш=2^и--		\UMm=		и и й	обеспечивает достоверные					резуль-
	Ls™3	— ' . и с / и ш = б		Ш	таты и может использоваться для ап
					риорной		оценки	потерь	достоверности
гипотетических систем связи или их элементов.
М о ж н о		добавить, что описанный анализатор может использо
ваться	и д л я		оценки частотной			нестабильности в линии				связи, а
т а к ж е	д л я	регистрации		паразитной			фазовой	модуляции		в	радио
п е р е д а ю щ и х и			радиоприемных средствах.

— 152 —


	Методика измерений
В июле — августе 1969 г. с помощью				прибора С А Ф Р	было	прове
дено измерение	флуктуации		фазы радиосигналов на нескольких кв.
радиотрассах.	Принимались		сигналы,	передаваемые	радиостан
циями Государственной		с л у ж б ы времени и частоты С С С Р с				отно
сительной погрешностью		излучаемой эталонной частоты + 1 - 1 0 - 1 0 .

				а*
	Трасса		Частота	с
			кГц	JS
				а
				...—
1- -Восток			10 004	0,5
4200	км (рис.	4.25)
			15С04	0,75
2 -	Восток		9 996	0,55/0,63
2800 км (рис. 4.26)			14 996
			14 996
				0,75/0,8
3 - -Юго-Восток			500	0,75/0,78
2800	км (рис.	4.27)
			10 000	0,5

Длительность ин тервалов измере ний, мс

Общее время за- ' мера, ынн

Напряженность поля, мкВ/м

40	126
10	203
40	210	0,8-н30
10	357	24-60
40	66	2-7-100
20	72
10	51
40	51
20	60
10	60	1-т-бО
40	119	2-Г-50
20	140
10	140
40	98	2н-220
20	196
10	140

Т А Б Л И Ц А 4.8.

Услов я приема

Частые и глу бокие замирания-

Частые и глу бокие замирания:

Редкие и мел кие замирания

Выбор этих станций позволяет исследовать сигналы на широтных

трассах разной протяженности,	а т а к ж е на	трассах равной	д л и
ны меридианного направления и широтного		направления .
Измерение флуктуации фазы	радиосигналов проводилось		в пе-

— 153 —

45" sir 135° isoy

Рис. 4.25. .Вероятность отклонения фазы радио


сигнала за		различные	интервалы		измерения
на	трассе	/. 4200 км, июль—август			1969 г.:
/ _	Т 3 = 4 0 мс; 2 — Г 3 = 2 0 мс; 3 — Г3 =\|10 мс;
—0—/=.1000 4 «Гц;			Д	/=1600 4 кГц

45° 135°

Рис. 4.26. Вероятность отклонения фазы ра диосигнала за различные интервалы изме

рения на трассе 2, 2800 км,	июль—август
1969:
/ _ Г 3 = 4 0 мс; 2 — Г 3 = 2 0	мс; 3 — Г3 =
= 10 мс; — 0 — f =-=9966 иГц;	Д	f=

= 14 996 нГц

риоды излучения 'радиостанциями «смодулированного несущего колебания . В таком р е ж и м е радиостанции работают в течение к а ж дого часа от 2 до 4 раз, и длительность этих режимов работы со ставляет от 4 до 9 мин.

Принятый радиосигнал при помощи «'местной

несущей» с су

точной

нестабильностью

не

х у ж е

1 • Ю - 8 переносится

на

частоту

1500

Гц,

которая

подается

на

фильтр

(полоса

« 1 0 0

Гц),

4г

предназначенный дл я подавле

ния помех, принятых в полосе

телефонного

к а н а л а .

Условия

измерений

сведе-

' ны в табл . 4.8. Кривые

вероят

ности

отклонения

ф а з ы

сигна

ла

за

различные

интервалы

времени представлены

на рис.

4.25—4.27

соответственно

для

к а ж д о й

трассы.

П р и

сравнении

кривых

на

рис.

4,26 и 4.;27

(трассы 2, 3, т. е.

на

трассах

меридианного

широтного

направлений,

вид

но,

что нестабильность

ф а з ы

абсолютные

значения отклоне

Рис. 4.27. Вероятность

отклонения

фазы

ний

на

трассе

широтного

на-

правления

больше,

чем

на

ме-

радиосигнала за

различные

интервалы

ридианнои

„

измерения на трассе 3, 2800 км,

трассе.

полученных

j _

июль-август

1969 г.:

Рассмотрение

г3 =(40 мс; 2 — Т3=20

мс; 3 — Та=

= 10 мс;

— 0 — f =600 кГц;

f =,10 000 мГц

данных

показывает, что длительность двоичных

знаков

при ис

пользовании

корреляционного

детектирования

не

д о л ж н а

превос

ходить

10 мс

(У =100 Бод) . Действительно, с увеличением

време

ни анализа регистрируются увеличенные абсолютные значения фа зовых флуктуации .

Р е з у л ь т а т ы испытаний позволяют т а к ж е количественно оценить потери помехоустойчивости при переходе от однократной Ф М к


двукратной .		И	з графиков следует, что эта		разница достигает по
рядка	д а ж е	в	условиях отсутствия манипулятивных помех. Сле
дует	т а к ж е	отметить,		что по полученным	г р а ф и к а м нельзя	заре
гистрировать		четких		закономерностей суточных изменений		фазо

вых флуктуации ни по абсолютной величине, ни по характеру их изменения. Это объясняется тем, что приведенные кривые построе

ны	по обобщенным результатам	измерений	без специального		вре
менного анализа многолучевости		и при наличии		радиопомех.
t	О д н а к о из полученных данных следует,		что	изменения	ф а з ы

радиосигналов в кв к а н а л а х достигают значительной величины и в сильной степени зависят от соотношения между рабочей часто той и М П Ч (табл. 4.8).

— 155 —

4.5. С Т А Т И С Т И Ч Е С К И Е			Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И Ф А З О В Ы Х
	Ф Л У К Т У А Ц И И Р А Д И О С И Г Н А Л О В
		Постановка задачи
В кв	к а н а л а х радиосвязи		сигнал на входе радиоприемного уст
ройства	флуктуирует	как по	амплитуде, т а к и по фазе . В системах
с активной паузой и		синхронными методами .приема флуктуации

амплитуды могут быть устранены ограничением, а фазовые флук туации приводят к конечной величине вероятности ошибки на вы ходе модема д а ж е в отсутствие помех. С другой стороны, в реаль ном канале связи постоянно присутствуют шумы и помехи, воздей ствующие на фазовые флуктуации детектируемого р а д и о с и г н а л а /

Обе указанные причины иллюстрируют актуальность стати стических исследований фазы радиосигналов на реальных радио

линиях.	Если	к с к а з а н н о м у	добавить, что	в случае установления
корреляции		между значениями фазовых		флуктуации	и вероят
ностью	ошибок возможно		предсказание качества связи,		то важ

ность задачи изучения закономерностей фазовых флуктуации труд но переоценить.

Поэтому з а д а ч а данного исследования сводилась к измерению фазовых флуктуации синусоидальных радиосигналов при помощи

статистического

а н а л и з а т о р а

ф а з ы

радиосигналов — С А Ф Р

{63].

Определение

статистических

закономерностей,

присущих

флук-

т у а ц и я м

фазы,

позволяет

р а з р а б о т а т ь

рекомендации

по

выбору

параметров

модемов

Ч М

Ф М (например, девиации частоты,

скорости

манипуляции,

числа

градаций фазы, количества подка

налов, значение

мощности передатчика

и т. д . ) .

Методика

исследования

Методика

а н а л и з а

з а к л ю ч а л а с ь

регистрации

набега

фазы

синусоидального

радиосигнала

за

время

Т3,

причем

к а к

«отсле

ж и в а н и е »

ф а з ы

сигнала,

так и «запоминание»

ф а з ы

производилось

помощью

двух дискретных

систем

синхронизации,

поочередно

коммутируемых на слежение и запоминание и совместно

воздей

ствующих

на

фазовый

детектор

с ц и ф р о в ы м

отсчетом [63].

ноябре — декабре

1969

г. в

Москве

дневное

время

(с

8.00

до

17.00)

исследовались

сигналы

радиостанций

Государственной

с л у ж б ы времени

и частоты

С С С Р

в периоды

их

работы

режиме

излучения

эталонного

несущего колебания

[95]. Значения рабочих

частот и время работы (московское),

а т а к ж е

время

измерения

приведены в табл . 4.9.

Н а

радиостанциях

точных

частот

использовались

передатчики

П К - 2 [49] мощностью в 20 кВт,

р а б о т а ю щ и е

на

ненаправленную

ан

тенну

В Г Д Ш

[51].

В феврале — июне 1970 г. исследовались

т а к ж е колебания,

из

лучаемые

одноиолосным

передатчиком .

— 156 —

					Т А Б Л И Ц А 4.9
	Часто	Длительность	Общее вре	Напряженность	Субъективная оценка	условий
Трасса	Часто	интервалов из мя замера,		Напряженность	Субъективная оценка	условий
Трасса	та, КГц	мерения, мс	мин	поля, мкВ/м	приема
1—Восток	10004				Глубокие и редкие зами
1—Восток		40			рания. Напряженность по
4200 км		40	148	104-150	ля растет к концу	сеанса

					Глубокие		замирания.
					Напряженность			поля		рас
		20	148	34-250	тет к концу		сеанса
	15 004				Глубокие и частые зами
		40	231	34-500	рания.
					Глубокие и			длительные
		20	455	44-440	замирания
2—Восток					Наблюдаются резкие из
2800 км	14 996	40	60	154-120	менения	частоты			сигнала
					Наблюдаются резкие из
		20	60	404-220	менения частоты				сигнала
					Наблюдаются резкие вы
		10	57	504-200	беги частоты		сигнала
3—Юго-Вос-					Частые и глубокие зами
ток, 2800 км					рания.	Высокий			уровень
	10 000	40	224	34-30	помех
					Частые и		глубокие			за
		20	147	24-30	мирания	помехи
					Глубокие и редкие зами
	14 630	40	900	504-300	рания
					Глубокие и редкие зами
		20	850	304-390	рания
		10	600	1004-600	Редкие замирания


	П р и ем радиосигналов на трассах				1 и 2	осуществлялся на на
правленную антенну типа БС - 2 с азимутом						73° нри ширине диа
граммы		направленности 15°30'. Прием радиосигналов на трассе 3
велся на направленную антенну типа					ЗБС - 2 с азимутом		109° и ши
риной д и а г р а м м ы			направленности не более			15°30'.
	П р и измерениях применялся однополосный радиоприемник, в
котором		принятый	радиосигнал при помощи «местной				несущей»
с	суточной нестабильностью			не х у ж е	Ы 0 ~ 8	переносился	на ч а с т о - -
ту	1500'>Гц, флуктуации ф а з ы			которой	измерялись в С А Ф Р .

Поскольку С А Ф Р обеспечивает измерения на частоте 1500 Гц

— 157 —

дискретных значений		ср, флуктуации фазы, соответственно равных
11,25°; 22/5°; 45°;	90°;	180°,	то по показаниям	пяти	счетчиков щ
в к а ж д о м сеансе	измерения		д л я этих значений	флуктуации фазы
вычислялись значения		интегральной кривой закона			распределения

относительной ф а з ы радиосигнала д л я заданного интервала изме

рения	Т3 и k-vo дня		'измерений:
		Л*(Ф,	7-,) -	Я (	\| Ф	\|	> Ф ь	Г 3 , / / f c ) «	^
									N (Ijk)
		/ = 1 , 2 , 3 ,		• •		8;	k=	1,2,3,
Здесь	N(tj)	— общее число			з а м е р о в			в к а ж д о м	сеансе	измерения,
a tju	соответствует		начальному				моменту времени проведения каж
дого	сеанса	в /е-й	день. З а т е м			вычисляется среднее значение Fi(.v
д л я к а ж д о г о		момента времени				tj	по всем I дням,		когда	проводилось

измерение флуктуации ф а з ы радиосигнала с одинаковыми пара метрами:

*=|

Ftm icp = (ф,

Т3,

tj)

Р с р (

| Ф

| >

<р„ Г 3 ,

tj)

Полученные

средние

значения

д л я к а ж д о г о

ф,-

наносятся

на

график, н о оси

абсцисс

которого

отложено

в р е м я . З а т е м

для

каж

дого значения ф,- через

нанесенные

точки

проводится

кривая,

сое

д и н я ю щ а я средние

значения

д л я к а ж д ы х

двух

последовательных

замеров . Эта кривая характеризует

к о л е б а н и я

значений

флуктуа

ции ф а з ы радиосигналов

.на

заданных

уровнях

отсчета

ф,-

зави

симости от времени дня .

Д л я

характеристики

условий

распространения

на

трассах

/ и 2 на

рис. 4.28

4.29

приведены

г р а ф и к и временной зависимо

сти 'частоты вертикального отражения f Fz,

полученные при

верти

кальном

зондировании

слоя

в п р е д п о л а г а е м ы х

областях

отра

жений . Кривые соответствуют значениям,

усредненным

по

точкам

о т р а ж е н и я и по дням измерения флуктуации

ф а з ы

д л я

одинако

вого времени суток. Т а к ж е

приведены

графики

временной

зави

симости

п а р а м е т р а

/ т г = / р а б / / 0 Р Ч

, построенные

т о

месячным

про

гнозам И З М И Р А Н д л я этих

трасс .

П о г р а ф и к а м

f°F2

можно

судить

о степени возмущенное™

ионо

сферы по наличию локальных максимумов, минимумов и точек перегиба.

Д л я	исследования	к о р р е л я ц и и статистических закономерностей
фазовых	флуктуации	радиосигналов	на	всех трассах одновременно
регистрировались с		помощью а н а л и з а т о р а Т А Н К [40] временные-
искажения телеграфных сигналов			в	эксплуатационной систе
ме Д Ч Т .

— 158 —

to 77 12 h

V, 15 18 П Mochp.

Рис. 4.28. Часовые изменения фазовых флук туации

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 2316 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ