Sistemy_shirokopolosnoy_radiosvyazi_2009

238 Глава 6 | Системы компактных ЧВМ-сигналов с пассивными паузами

6.4.Принципы построения асинхронных адресных систем связи с кодовым разделением каналов

На практике во многих случаях невозможно регламентировать работу абонентов во времени. Например, при размещении источников (абонентов) на большой территории, при больших скоростях движения абонентов (летательных аппаратов) и др. В этих случаях может быть реализован только асинхронный по времени принцип совместной работы абонентов. Асинхронными называют такие системы связи, в которых каналы не синхронизированы во времени, такие системы также называют системами со свободным доступом в общий частотный тракт, или системами с незакрепленными каналами.

Всвою очередь, асинхронные системы связи (АСС) могут быть

счастотным разделением каналов (абонентов), когда каждому абоненту выделяется свой частотный диапазон, и с кодовым разделением, когда каждому абоненту присваивается своя кодовая последовательность, которая является адресом. Отсюда название систем — асинхронные адресные системы связи (ААСС).

Вмногоканальных ААСС наиболее часто применяют кодовое разделение каналов (КРК). При методе КРК более экономично используется частотный диапазон, отведенный для данной ААСС, состоящей из многих абонентов, однако в этом случае для выхода в общий канал каждый абонент ААСС должен иметь свою радиостанцию, поэтому такие системы называют многостанционными в отличие от многоканальных СРС, когда для входа в канал каждый абонент использует один и тот же передатчик.

Рассмотрим физическую сущность метода КРК и основные принципы построения ААСС с КРК с помощью схемы рис. 6.3. Сразу же отметим, что любые два абонента для организации взаимной связи обязательно входят в синхронизм. Принцип передачи сообщений в ААСС состоит из двух основных процедур: информационная модуляция сообщений и кодирование адреса абонента. Сообщение r(t) (эпюра ) от источника сообщений (ИС) поступает на вход модулятора времяимпульсной модуляции (ВИМ). На выходе модулятора ВИМ формируется с помощью генератора тактовых импульсов (ГТИ) ВИМ-последовательность. Информация об амплитуде сообщения

r(kTп ) закладывается во временной интервал k между тактовой точкой kTп и передним фронтом k -го импульса ВИМ (эпюра ). Затем с помощью кодера, состоящего из кодирующей линии задержки

6.4. Принципы построения асинхронных адресных систем связи 239

(КЛЗ) и схемы «ИЛИ», осуществляется кодирование адреса абонента для каждого импульса ВИМ (эпюра ). Так формируется первый (временной) признак кода.

Рис. 6.3. Принцип построения ААСС с КРК

Устройство разделения адресных сигналов (декодер) состоит из декодирующей линии задержки (ДЛЗ) и схемы совпадения «И» на w 3 входа. Для того чтобы все 3 импульса кода адреса поступили на схему «И» одновременно, необходимо отводы ДЛЗ расположить

взеркальном порядке по отношению к расположению отводов КЛЗ (т. е. подобно согласованному фильтру). Сигнал на выходе декодера (дешифратора) показан с помощью эпюры . Очевидно, что сигна-

лы с другой временной структурой ( 1, 2 ) кода адреса не будут проходить на выход декодера. В этом и состоит сущность метода КРК

вААСС.

Сцелью получения большего количества кодовых слов (а следовательно, и абонентов в ААСС) применяют еще и частотный признак кодообразования, когда на каждое кодовое слово T -кода накладываются все F -коды частотных расстановок, как это показано с помощью схемы рис. 6.4. Заполнение видеоимпульсов соответствующими

240 Глава 6 | Системы компактных ЧВМ-сигналов с пассивными паузами

поднесущими частотами осуществляется с помощью генератора сетки частот и коммутатора F -кода (рис. 6.4, а). После этого ЧВМ-сигнал поступает в общий модулятор передатчика и переносится в диапазон несущей частоты сигнала S(t).

Рис. 6.4. Функциональная схема абонентской радиостанции ААС на основе ЧВМ-сигналов: a — передающая часть;

б — приемная часть

ВИМ-временная импульсная модуляция; ГТИ-генератор тактовых импульсов; Кл-ключ; ∑-суммтор (схема ИЛИ); ПФ-полосовой фильтр; АД-амплитудный детектор; ГСИ-генератор стробирующих импульсов; ВСвременной селектор; КД-канал-демодулятор; ПС-получатель сообщений

6.4. Принципы построения асинхронных адресных систем связи 241

Вприемном устройстве (рис. 6.4, б) происходят обратные преобразования над принятым колебанием y(t) S(t) n(t) : демодуляция в общем демодуляторе (ОД), расфильтровка радиоимпульсов по поднесущим частотам с помощью полосовых фильтров (ПФ), детектирование в амплитудных детекторах (АД). Далее выполняется декодирование ИР-кодов импульсных расстановок. Каждый ИР-код декодируется с помощью трех ДЛЗ, схемы «И» и временного селектора (ВС) в одиночный видеоимпульс (эпюра , рис. 6.3).

Вканальном демодуляторе (КД) восстанавливается сообщение

rˆ(t) и направляется к абоненту (ПС). Заметим, что для декодирования ИР-кода, который состоит из w импульсов, передаваемых на m различных поднесущих (обычно m w ), требуется w различных ДЛЗ. Поскольку каналы не синхронизированы, сигналы различных абонентов могут накладываться друг на друга, имея при этом как одинаковые, так и разные частоты заполнения поднесущих, поэтому если видеоимпульсные потоки с выхода амплитудных детекторов объединить с целью декодирования на одной ДЛЗ, то при этом часть импульсов может быть потеряна.

Для организации связи у каждого абонента есть в распоряжении радиостанция, которая включает в себя передающую и приемную части как единое целое. Каждому абоненту системы присваивается постоянный код адреса, который заранее реализован в ДЛЗ приемного устройства. В практически действующих системах обычно для каждого абонента предполагаются несколько адресных кодов: адрес вызова данного абонента, адрес перебоя для осуществления срочного вызова и при необходимости установления одновременной связи со всеми корреспондентами — адрес циркулярного вызова. Наконец, возможен адресный код для передачи сигналов одноканальной синхронизации, которая позволяет осуществить временную селекцию (ВС) или стробирование с целью уменьшения действия внутрисистемных помех. Передающее устройство, в отличие от приемного, можно настроить на любой адрес абонента в системе, а при необходимости можно вести передачу с одного передатчика несколькими абонентами, размещенными на одном объекте. Для этого к одному передатчику подключаются выходы нескольких кодирующих устройств. Возможно большое количество вариантов вхождения в связь и проведения связи [17]. Предположим, что абонент A1 хочет установить связь с абонентом A2 . Для этого он набирает код A2 и посылает сигнал вызова вместе с информацией о своем адресе (на схеме рис. 6.4 организация связи

242 Глава 6 | Системы компактных ЧВМ-сигналов с пассивными паузами

не показана). Абонент A2 , приняв вызов, устанавливает (или автоматически устанавливается) код A1 на своем передающем устройстве, обеспечивая тем самым дуплексную (двустороннюю) связь. Очевидны оперативность и простота обслуживания радиостанции.

Характерной особенностью ААСС с КРК является наличие в них внутрисистемных помех, сущность которых состоит в том, что, формируясь в общий поток, импульсы других каналов могут случайно образовывать кодовую комбинацию данного канала, которая декодируясь пройдет на вход демодулятора в виде помехи. Второй тип внутрисистемных помех состоит во взаимном интерференционном и нелинейном подавлении импульсов. Интерференционное подавление состоит в том, что два импульса, совпадающие по времени и частоте, могут иметь сдвиг начальных фаз, близкий к 180, тогда результат их суммирования может быть близкий к нулю. Нелинейное подавление имеет место при работе с ЧВК ввиду нелинейности общего тракта, когда возникает известное явление подавления слабого сигнала сильным сигналом.

В настоящее время ААСС с кодовым уплотнением применяются в различных наземных, спутниковых и других системах связи, в системах командного радиоуправления и управления воздушным движением. Одной из важнейших задач при разработке ААСС является построение системы сигналов с хорошими авто— и взаимокорреляционными свойствами, поскольку свойства ААСС в основном определяются свойствами применяемых в них сигналов [19]. В технической литературе [17] описаны действующие ААСС с КРК, которые характеризуются следующими параметрами: количество каналов N 1000 1500 с количеством «активных» абонентов Na 50 100.

Контрольные вопросы и задачи

1.Поясните сущность метода КРК — кодового разделения каналов (сигналов).

2.Что такое асинхронная адресная система связи (ААСС)?

3.Приведите определение ЧВМ-сигналов с пассивными паузами; определение кодов импульсных расстановок — ИР-кодов; определение кодов частотных расстановок — ЧР-кодов.

4.Каким образом определяется объем системы ЧВМ-сигналов?

5.Поясните характерные особенности ЧВМ-сигналов с пассивными паузами.

Контрольные вопросы и задачи 243

6.Какие Вы знаете формы записи ИР-кодов? Поясните этот вопрос с помощью примеров.

7.Каким условиям должны удовлетворять числовые треугольники ИР-кодов со свойством не более одного совпадения?

8.Какое из представленных ИР-слов (рис. В. 8) обладает свойством не более одного совпадения? Примечание. Целесообразно воспользоваться свойствами соответствующих числовых треугольников.

1 .

Рис. В. 8. Времякодирующие последовательности ИР-кода веса w 5 и объема JИР 5

9.Сколько всего кодовых интервалов (основных и составных) содержит оптимальное ( 1 ) кодовое слово ИР-кода рис В. 8?

10.Какой из пяти числовых треугольников определяет оптимальное ( 1 ) кодовое слово?

12.Приведите определение компактных и предельно компактных ИР-кодов.

13.Найдите значение временной базы BГИП гипотетического предельно компактного ИР-кода с параметрами: вес w 7 , объем

JИР 10.

14.В чем состоит сущность конструктивного метода построения компактных ИР-кодов?

244 Глава 6 | Системы компактных ЧВМ-сигналов с пассивными паузами

15.Что такое квазиортогональные ЧР-коды? Чему равно расстояние Хэмминга ЧР-кодов?

16.Приведите определение и основные свойства кодов Рида-

Соломона.

17.* Чему равен объем JЧР квазиортогонального ЧР-кода частотных расстановок, построенного на основе кода Рида-Соломона второго порядка над полем GF (25 ) ?

18.* Постройте РС-код второго порядка над полем GF (24 ) .

19.Постройте РС-код второго порядка над полем GF (32 ).

20.Изложите сущность регулярного метода построения ЧР-кодов на основе РС-кодов.

21.Какой объем JЧВМ имеет ансамбль ЧВМ-сигналов, если шестиимпульсный ИР-код имеет объем JИР 8, а ЧР-код построен на основе кода Рида-Соломона второго порядка над полем GF (11)?

22.Поясните принципы построения ААСС с КРК.

23.Что такое внутрисистемные помехи в ААСС с КРК?

24.** Спроектируйте ААСС с КРК на N 500 абонентов. Для этого нужно выбрать из табл. 6.2 подходящий ИР-код, обосновать параметры и построить подходящий РС-код второго порядка, построить ЧР-код и, наконец, разработать функциональную схему абонентской радиостанции ААСС с КРК.

Глава 7 | Сигнально-кодовые конструкции. (Треллис-модуляция)

247

7.1. Многопозиционные сигналы

Базовые положения. Рассмотренные в предыдущих главах различные классы шумоподобных сигналов (ШПС) предназначены для борьбы с различного рода помехами, естественного и искусственного происхождения. Системы связи с ШПС характеризуются высокой энергетической — эффективностью ( N0 / Eb ), ценой ухудшения частотной — эффективности ( Rинф / fэф ). Для космических, например радиотелеметрических систем, такой обмен практически приемлем.

Однако в ряде случаев основным критерием качества работы системы радиосвязи является повышение частотной -эффективности, что требует применения многопозиционных сигналов с большим числом различимых значений амплитуд, частот и фаз. Простейшие двухпозиционные сигналы при двухпозиционной манипуляции вида: АМ, ЧМ и ФМ — несут log2 2 1 бит информации каждый. Стремление увеличить удельную скорость передачи привело к применению многопозиционных сигналов. В качестве многопозиционных сигналов могут использоваться сигналы многоуровневой амплитудной манипуляции, сигналы многофазной манипуляции, сигналы многочастотной манипуляции, сигналы комбинированной, чаще всего амплитудно-фазовой модуляции — АФМ-сигналы.

Для многопозиционных m -ичных систем скорость передачи в полосе частот fэф составляет

где, в общем случае, величина m mA m m , т. е. равна произведению числа различимых амплитуд, частот и фаз, из которых формируется ансамбль сигналов.

Ясно, что в общем случае величина m зависит от отношения мощности сигнала к мощности шума qвх Pc / Pш на входе приемника. Например, для лучших телефонных каналов с полосой 3 кГц параметр