3.2.2. Метод компенсации

Сущность метода, предложенного и исследованного В. А. Котельниковым и В. И. Сифоровым, состоит в измерении случайных параметров сигнала и использовании результатов измерения для компенсации паразитной амплитудной модуляции, возникаю­щей в канале связи вследствие замираний сигнала.

Система связи, в которой используется этот метод, должна иметь два канала: рабочий с полосой пропускания для пере­дачи сообщений и измерительный с полосой пропускания для передачи контрольных сигналов. В качестве последних могут служить немодулированные синусоидальные колебания.

При отсутствии аддитивных помех закон изменения амплиту­ды принимаемого контрольного сигнала соответствует характеру замираний в канале связи. Значит, для компенсации замираний в рабочем канале его выходной сигнал необходимо подвергнуть амплитудной модуляции напряжением, обратно пропорциональ­ным принимаемому контрольному сигналу. Подтвердим этот вы­вод аналитически. С этой целью принимаемые колебания рабочего и измерительного каналов представим соответственно выраже­ниями

(5.2)

где — коэффициент передачи канала;

— рабочий и контрольный сигналы;

— аддитивные флуктуационные помехи в рабочем и измерительном каналах.

После детектирования принимаемого контрольного сигнала безынерционным линейным детектором получим

(5.3)

где — случайная величина, обусловленная наличием адди­тивной помехи и наличием в спектре a(t) частот, превышающих .

Принимаемое колебание рабочего канала модулируется по ам­плитуде напряжением , в результате чего на выходе рабочего канала образуется сигнал

(5.4)

При , т. е. когда аддитивные помехи отсутствуют и спектр a(t) не содержит составляющих с частотами выше , передаваемый сигнал рабочего канала восстанавливается на приемной стороне без искажения (замирания компенсируются полностью):

A*(t)=A(t). (5.5)

В противном случае возникает погрешность

(5.6)

которую можно рассматривать как аддитивную помеху на выходе системы связи. Дисперсия погрешности характеризует мощность этой помехи. Как показал В. И. Сифоров, при ограниченном спектре флуктуации a(t) и достаточно узкополосном измери­тельном канале , искажения рабочего сигнала определя­ются в основном аддитивными помехами и слабо зависят от флуктуации параметров канала радиосвязи.

5.2.3. Метод борьбы с эхо-сигналами

Механизм образования эхо-сигналов иллюстрируется рис. 5.2. Эхо-сигналами называются такие вторичные сигналы, которые запаздывают в точке приема относительно прямого сигнала на время, соизмеримое с длительностью элемента сигнала или больше него.

Эхо, обусловленное многолучевым распространением радио­волн, принято называть ближним. Оно наблюдается на трассах протяженностью 1500—8000 км. Запаздывание вторичного луча при этом может достигать единиц миллисекунд.

На более протяженных трассах иногда наблюдается так назы­ваемое дальнее (кругосветное) эхо. Оно обусловлено тем, что в точку приема кроме прямого луча приходят радиоволны, рас­пространяющиеся по дуге большого круга, но в обратном на­правлении (обратное эхо), а также радиоволны, обошедшие один или несколько раз Землю в том же направлении, что и прямой луч (прямое эхо). Запаздывание эхо-сигнала может дос­тигать 1,3 с.

Интенсивность прямого сигнала обычно на 10—40 дБ превы­шает уровень эхо-сигнала, однако влияние последних усиливается замираниями. В условиях замираний эхо-сигналы вызывают сильные переменные преобладания, слияние и удвоение числа элементарных посылок, а иногда и повторение целых кодограмм, что существенно снижает помехоустойчивость и достоверность приема при данной пропускной способности.

Экспериментально установлено, что прямое кругосветное эхо практически не возникает при использовании для связи рабочих частот вне диапазона 12—15 МГц (особенно в ночные часы ле­том). Возникновение обратного кругосветного эха исключается выбором рабочих частот вне диапазона 15—25 МГц (особенно в дневное время осенью, зимой и весной) и применением направ­ленных антенн [15].

Для борьбы с ближним эхом используется метод обратной (инверсной) ионосферы. Идея метода состоит в том, что в прием­ном устройстве (рис. 5.3) на линии задержки и в усилителях У искусственно создается многолучевой тракт, действие которого, как будет показано ниже, в определенной мере является обратным многолучевости, создаваемой ионосферой.

Если в точку приема приходят прямой и задержанный лучи, сигнал на выходе приемника (рис. 5.4, а) представляет собой сумму прямого сигнала и задержанного на время эхо-сигнала , имеющего относительную интенсивность <1:

. (5.7)

Этот сигнал подается на один из входов устройства сложе­ния и на согласованно нагруженную линию задержки (рис. 5.3), снабженную отводами на интервалах задержки

,

где i — номер отвода.

В цепь каждого отвода включены усилители с регулиру­емыми коэффициентами усиления , выходные напряжения ко­торых (рис. 5, 4,6, г) подаются на остальные входы устройства сложения.

При использовании одного отвода линии задержки на выходе устройства сложения получим результирующий сигнал

(5.8)

Если выполняются условия

(5.9)

то выходной сигнал равен

(5.10)

Следовательно, в сравнении с прямым сигналом эхо-сигнал ослабляется в раз, имеет противоположную полярность и сдвигается во времени на интервал , (рис. 5,4,в).

При тех же условиях и использовании п отводов линии за­держки нетрудно получить рекуррентную формулу

(5.11)

Таким образом, при увеличении числа используемых отводов и усилителей условия селекции прямого сигнала улучшаются. Для подавления эхо-сигнала в т раз необходимое число используе­мых отводов линии задержки п определяется соотношением

. (5.12)

Так, при m=8 и =0,5 n=2.

Формирование результирующего сигнала при использовании линии задержки с двумя отводами и двух усилителей графиче­ски показано на рис. 5.4.

Из изложенного следует, что метод обратной ионосферы эф­фективен, если лучи, претерпевшие различное число отражений, четко выражены и выполняются условия (5,9). В реальных ка­налах связи параметры эхо-сигнала и изменяются во времени. Поэтому для выполнения условий (5.9) по каналу свя­зи необходимо периодически передавать зондирующие импульсы и в соответствии с их искажениями автоматически изменять па­раметры элементов схемы (рис. 5.3), т. е. интервалы задержки и коэффициенты K_i , а при заданном подавлении эхо-сиг­налов в m раз изменять и число п используемых отводов линии задержки. Подобные системы связи технически осуществимы и могут найти широкое применение.

Следует отметить, что метод обратной ионосферы эффективен и при одинаковой интенсивности основного сигнала и эхо-сигнала (=1). Как показано в [15, 18], полной компенсации эхо-сиг­нала в этом случае не происходит, но он разбивается на п+1 разнополярных частей почти одинаковой интенсивности, удаленных друг от друга на время

В заключение остановимся вкратце еще на одном методе борь­бы с эхо-сигналами — корреляционной селекцией сигналов. Осо­бенности этого метода состоят в следующем. Во-первых, в отли­чие от метода обратной ионосферы при корреляционной селекции сигналов эхо-импульсы не компенсируются, а используются для формирования результирующего полезного сигнала, что повыша­ет достоверность приема при той же мощности передающего уст­ройства. Во-вторых, метод корреляционной селекции сигналов достаточно эффективен и тогда, когда лучи, претерпевшие раз­личное число отражений от ионосферы четко не выражены.

Идея метода поясняется рис. 5.5, на котором эпюрой а пред­ставлен излучаемый передатчиком импульс, а эпюрой б — при­нимаемый сигнал для случая, когда в точку приема приходят лу­чи, претерпевшие однократное, двукратное и трехкратное отраже­ние от ионосферы (соответственно группы импульсов А, В, С). Упомянутые лучи четко не выражены, так как их энергия рас­пределена между группами импульсов, т. е. «размазана» во вре­мени на интервале от А до С.

Для получения результирующего одиночного импульса (рис. 5,5,в) в приемном устройстве все импульсы групп А, В и С сдви­гаются по времени к моменту прихода последнего импульса груп­пы С и после надлежащей фазировки складываются.

Метод корреляционной селекции сигналов, основанный на взаимно корреляционной их обработке, реализован в системе связи «Рейк», достаточно подробное описание которой приведено в [9,18].