Sistemy_shirokopolosnoy_radiosvyazi_2009

310 Глава 8 | Практические системы связи с шумоподобными сигналами

процессов можно передавать информацию с максимально возможной скоростью (энтропией). Пусть процесс n(t) имеет конечную длительность T и практически ограниченную, например с помощью полосового фильтра, ширину спектра fэф . Тогда его автокорреляционная функция (АКФ) имеет главный пик с шириной эф 1 2 fэф . Путем

сдвига n(t) на k эф получим ряд реализаций: n(t эф ) , n(t 2 эф ) , …, т. е. построим сигналы, имеющие слабую взаимную корреляцию,

близкую к нулю при достаточно больших T . Таким образом, в полосеfэф можно получить

практически ортогональных на интервале T сигналов. Принципиальный недостаток такого метода формирования сигналов состоит в том, что форма этих сигналов заранее неизвестна, поэтому построить согласованные фильтры для их обработки невозможно, т. е. невозможно реализовать оптимальный взаимокорреляционный метод приёма. Одна из возможностей, которую целесообразно попытаться реализовать в этом случае, — это построить специальные ШПС с непрерывной структурой и неизвестной формы, но с заранее заданными различными автокорреляционными функциями и проводить обработку (различение) таких сигналов методом автокорреляционного приёма, учитывая при этом различия в АКФ сигналов.

Рис. 8.10. Отрезок шума n(t) с энергетическим спектром F ( ) N0

Впервые подобная система была разработана в бывшей ГДР и известна под названием «Автокорреляционная система телеграфной связи ЛангеМюллера». Рассмотрим принципы построения и работы этой системы.

8.5. Радиотелеграфная система связи «Rake» с ШПС для борьбы с многолучевостью 311

Принцип формирования ШПС объема N 2 с непрерывной структурой (непрерывных сигналов) поясним с помощью схемы рис. 8.11.

Рис. 8.11. Передающая часть телеграфной системы Ланге-Мюллера

Схема рис. 8.11 работает следующим образом. Генератор шума ГШ, собранный на тиратронах, лампах, диодах и др. элементах (с выбором соответствующей рабочей точки), формирует широкополосный процесс n(t) (рис. 8.10). Полосовой фильтр формирует («вырезает») узкополосный процесс x(t) с заданной формой корреляционной функции Rx ( ). Линия задержки имеет два отвода, с которых снимаются задержанные процессы x(t 1) и x(t 2 ) , где разность

Двоичный источник сообщений — телеграфный аппарат (ТЛГ)

— управляет работой манипулятора П, переключая его в положение I или II в зависимости от значения передаваемого символа «0» или «1». На выходе сумматора (∑) формируется два ШПС Si (t), i 1,2 по правилу:

на рис. 8.12 полностью иллюстрируют известный принцип корреля- ционно-временной модуляции.

312 Глава 8 | Практические системы связи с шумоподобными сигналами

Рис. 8.12. Автокорреляционные функции шумоподобных сигналов S1(t) и S2 (t) из (8.15)

Рассмотрим принцип построения и работу приёмной части системы Ланге-Мюллера — рис. 8.13.

Рис. 8.13. Приёмная часть телеграфной системы Ланге-Мюллера

Приёмная часть системы состоит из высокочастотного тракта: усилитель высокой частоты (УВЧ), смеситель (См), гетеродин (Гет) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ); декодирующих устройств — тракта обработки сигналов S1(t) и S2 (t), содержит ре-

шающую схему (РУ) — схему отбора максимума ˆ ˆ , а также max{R1 , R2 }

устройство синхронизации. Нетрудно видеть (рис. 8.13), что каждое декодирующее устройство представляет собой автокоррелятор, состоящий из линии задержки, перемножителя и интегратора (Инт).

8.5. Радиотелеграфная система связи «Rake» с ШПС для борьбы с многолучевостью 313

Принимаемое колебание промежуточной частоты — смесь сигнала

поступает на вход каждого из автокорреляторов непосредственно и через соответствующую линию задержки. Таким образом, при передаче, например сигнала S1(t) из (8.15), на приёмном конце в синхронизм входят два колебания:

•задержанное на передающем конце колебание xпер (t 1), но незадержанное на приёмном конце;

•незадержанное на передающем конце колебание xпер (t) , но задержанное на приёмном конце xпр (t 1) .

Реакция Rˆ1 первого (верхнего по схеме рис. 8.13) автокоррелятора в момент времени T приближённо равна R1( 1) — рис. 8.12, поскольку определяется в основном вошедшими в синхронизм колебаниями. Ясно, что при передаче S1(t) никакие два колебания не могут войти в синхронизм в схеме второго автокоррелятора, и его вы-

8.12. Анализ показывает, что незнание формы сигнала (автокорреля-

ционный приём) приводит к значительному ухудшению помехоустойчивости, при этом проигрыш в отношении сигнал/шум по отношению к взаимокорреляционному приёму на согласованные фильтры (форма сигнала известна) составляет 9-12 дБ.

Отметим положительные свойства автокорреляционных систем передачи информации:

•автокорреляционные системы допускают наиболее простую техническую реализацию приёмных устройств, кодеков, модемов, а также устройств синхронизации;

•роль опорного сигнала играет сам принимаемый сигнал, поэтому автокорреляционные системы могут достаточно эффективно работать как в каналах с постоянными, так и в каналах с переменными параметрами, а также в каналах с многолучёвостью;

•автокорреляционный приём относится к числу оптимальных методов приёма сигналов неизвестной формы.

314 Глава 8 | Практические системы связи с шумоподобными сигналами

8.7.Асинхронная адресная система связи АИМ-ЧМ

с импульсно-частотной модуляцией

В данной системе используется общий частотный канал и допускается установление связи каждого с каждым. Система имеет до 1500 адресных кодов и обеспечивает одновременные переговоры 50 абонентов.

Функциональная схема передающей части каждой радиостанции приведена на рис. 8.14.

Рис. 8.14. Функциональная схема передающей части ААСС с импульсно-частотной модуляцией (АИМ-ЧМ)

Речевой сигнал r(t) от источника сообщения (ИС) подводится к четырём амплитудно-импульсным модуляторам (АИМ), на которые поочерёдно с периодом TП 125 мкс поступают импульсы от генератора тактовых импульсов (ГТИ). На выходе модуляторов АИМ получаются импульсы, по своей амплитуде пропорциональные мгновенным значениям модулирующего напряжения в моменты, кратные TП . Амплитуды этих импульсов фиксируются в запоминающих устройствах— ЗУ (рис. 8.15, эпюра ) и поступают на первые входы ключей

— Кл (схемы «И»).

На вторые входы ключей поступают импульсы адресного кода с отводов кодирующей линии задержки (КЛЗ), как это показано с помощью эпюры , в результате на входе частотного модулятора (ЧМ) действует АИМ — видеосигнал, эпюра .

В результате частота задающего генератора в моменты поступления АИМ — импульсов, следующих по адресному закону, оказывается пропорциональной мгновенным значениям модулирующего

8.7.АсинхроннаяадреснаясистемасвязиАИМ-ЧМсимпульсно-частотноймодуляцией 315

напряжения r(t). Кодовая (адресная) группа импульсов с линии задержки с помощью устройства управления (УУ) стробирует также напряжение, поступающее от ЧМ к усилителю мощности (УМ). На выходе УМ получаем адресную группу радиоимпульсов, причём каждый адресный импульс излучается на частоте, определяемой мгновенным значением модулирующего напряжения r(t) (эпюра ) в периодически повторяющиеся моменты времени, кратные TП .

Рис. 8.15. К пояснению принципа импульсно-частотной модуляции

В приёмном устройстве (рис. 8.16) принятые сигналы с усилителя промежуточной частоты (УПЧ) поступают одновременно на частотный детектор (ЧД) и амплитудный детектор (АД).

После амплитудного детектирования адресные импульсы подводятся к декодеру адреса, состоящему из декодирующей линии задержки ДЛЗ2 и схемы совпадения «И». Отводы ДЛЗ2 включены зеркально по отношению к включению отводов КЛЗ — рис. 8.14. Поэтому на выходе декодера адреса появится результирующий импульс только в случае прихода правильной адресной группы от абонента. Импульсы на выходе декодера адреса являются синхронизирующими работу информационного декодера (рис. 8.17, эпюра ). Синхроимпульс подаётся к группе ключей (Кл), к которым подводятся импульсы с отводов ДЛЗ1, на вход которой поступают модулированные по амплитуде импульсы (рис. 8.17, эпюра ), полученные на выходе частотного детектора (ЧД). Поскольку отводы ДЛЗ1 также включены зеркально (аналогично ДЛЗ2), то модулированные по амплитуде импульсы проходят

8.8. Синхронная дискретно-адресная система связи ДМ-АМ с накоплением отсчётов 317

Эти АИМ — импульсы фиксируются на запоминающих устройствах (рис. 8.17, эпюры ,   ). Затем с помощью генератора тактовых импульсов (ГТИ) и стробирующих устройств (СУ) осуществляется преобразование параллельной АИМ в последовательную с интервалом TП , как показано на эпюре . Демодуляция АИМ проводится с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), и затем после усиления в УНЧ речевой сигнал r(t) поступает к получателю сообщений (ПС).

8.8.Синхронная дискретно-адресная система

связи ДМ-АМ с накоплением отсчётов

Рассматриваемая широкополосная синхронная дискретно-адресная система связи, общая топологическая структура которой представлена на рис. 8.18, служит для радиотелефонного обмена между подвижными объектами при расстоянии между ними до 8 км. Система обеспечивает одновременную работу 19 пар абонентов (19 каналов). Центральная радиостанция (ЦРС) с помощью специальных синхросигналов обеспечивает синхронный режим временного разделения каналов (ВРК) подвижных объектов в течение каждого цикла работы

TЦ , который основан на принципе накопления отсчётов речевого сигнала [17].

Поясним сущность и необходимость применения принципа накопления отсчётов речевого сигнала. Для этого вначале заметим, что непосредственное применение классического метода ВРК для пространственно разнесённых и подвижных объектов (источников сообщений) принципиально невозможно. В рассматриваемой СРС на первой ступени производится информационная модуляция — дельта — модуляция (ДМ) — путём взятия относительных отсчётов речевого сигнала с частотой дискретизации 40 кГц, т. е. через каждые 25 мкс. Выбор ДМ объясняется, во-первых, простотой технической реализации модемов, и, во-вторых, при ДМ временное положение информационного символа (0 или 1) заранее известно и, следовательно, работа приёмника может проводиться под стробом с целью повышения помехоустойчивости. Так как каналов 19, а отсчёты в каждом канале следуют через 25 мкс, то время, отводимое для работы каждого канала, Tk 1,315 мкс.

318 Глава 8 | Практические системы связи с шумоподобными сигналами

Рис. 8.18. Топологическая структура синхронной дискретно-адресной системы подвижной радиосвязи с временным разделением каналов: ЦРС — центральная радиостанция, обеспечивающая синхронный режим работы абонентов

Однако временные неопределённости в системе, вызванные различным временем распространения сигналов ti Di / C , где Di

— непрерывно меняющаяся дальность связи между i-й парой подвижных объектов, C =300000 км/с — скорость света, а также из-за неточности синхронизации, значительно превосходят интервал работы Tk . Например, при дальности связи Di 8 км время распространения сигнала ti 26,6 мкс >> Tk . Это приводит к эффекту размыкания импульса и полной рассинхронизации каналов.

Чтобы избежать затруднений, вызванных этими причинами, в системе используется принцип накопления отсчётов речевого сигнала. Сущность этого принципа состоит в том, что большое количество отсчётов передаваемого речевого сигнала (например 400 отсчётов) накапливается и запоминается, а затем передаётся со скоростью, значительно большей, чем скорость записи, в виде пачки, содержащей информацию о 400 смежных отсчётах. Приёмник, в свою очередь, имеет устройство, которое запоминает информацию об этих 400 отсчётах и затем выдаёт поочерёдно каждый отсчёт через 25 мкс, сохраняя непрерывный поток речи в симплексном режиме работы.

При таком методе передачи сразу передаётся информация о 400 отсчётах, и на передачу цикла пачек 19 каналов может быть отведено уже не 25 мкс, а в 400 раз больше, т. е. 10000 мкс (рис. 8.19), из которых 420 мкс используется для передачи информации по каждому каналу, 100 мкс — на защитные промежутки между каналами и 20 мкс на передачу в начале каждого цикла работы сигнала общей синхронизации

8.8. Синхронная дискретно-адресная система связи ДМ-АМ с накоплением отсчётов 319

в виде кодового слова (10 мкс). Кодовое слово сигнала общей синхронизации фиксирует начало нового цикла работы. Сигнал общей синхронизации кодируется с большей степенью избыточности — имеет большую базу ( B FT 1) и хорошие автокорреляционные свойства в целях его защиты от возможных помех со стороны противника. Наиболее часто в качестве сигнала синхронизации используют минимаксные сигналы или М-последовательности.

Рис. 8.19. Формат передачи цикла всех 19 каналов в синхронной АСС с накоплением отсчётов

Защитные промежутки (интервалы) между временными отрезками, отводимыми различным каналам (100 мкс), выбраны с учётом различия во времени прихода импульсов из-за различных расстояний до передатчиков, влияния эффекта размыкания импульсов и прихода нескольких лучей, а также необходимости обеспечения работы при погрешностях во временных цепях схемы.

В рассматриваемой системе связи возможны следующие основные режимы использования времени, отводимого каждому каналу

втечение цикла:

•По каналу идёт обмен информацией; в этом случае в течение временного отрезка 420 мкс передаётся сначала 15-значная группа адресных импульсов, определяющая нужного объекта, а затем группа дельта — импульсов (0 или 1), несущих информацию о речевом сигнале (рис. 8.20). Заметим, что в качестве ансамбля адресных сигналов выбирают сигналы с хорошими авто— и взаимокорреляционными свойствами [1-5, 14, 15], структура которых существенно отличается от сигнала общей синхронизации по циклам.