- •Глава 1. Основные понятия и определения коммуникационных систем
- •Глава 2. Системы каналообразования
- •Глава 3. Системы проводной связи
- •Глава 4. Борьба с помехами
- •Глава 5. Борьба с замираниями сигналов при одиночном приеме
- •Глава 6. Методы борьбы с замираниями сигналов при разнесенном приеме
- •Глава 7. Системы коротковолновой радиосвязи
- •Глава 8. Системы ультракоротковолновой радиосвязи
- •Глава 9. Системы связи оптического диапазона
- •Глава 1. Основные понятия и определения коммуникационных систем
- •Сообщение, сигнал, канал, система связи
- •1.2. Непрерывные сигналы
- •1.3. Дискретные сигналы
- •1.4. Кодирование сигналов
- •1.5. Модулированные сигналы
- •Амплитудная модуляция
- •Фазовая модуляция
- •Импульсная модуляция
- •Шумоподобные сигналы
- •1.6. Цифровые сигналы
- •1.7. Помехи в каналах связи
- •Глава 2. Системы каналообразования
- •2.1. Классификация многоканальных систем связи
- •2.2.Системы передачи с разделением каналов по частоте (чрк)
- •2.3.Системы передачи с разделением каналов по времени врк
- •2.4.Цифровые многоканальные системы передачи
- •2.5.Асинхронные адресные многоканальные системы связи
- •Глава 3. Системы проводной связи
- •3.2. Обобщенная структурная схема системы проводной связи
- •3.3. Структурная схема системы телефонной связи
- •3.4. Структурная схема системы телеграфной связи
- •3.5 Структурная схема системы передачи данных
- •3.6. Способы передачи дискретных сигналов.
- •Глава 4. Борьба с помехами
- •4.1. Общая характеристика помех в каналах радиосвязи
- •4.2. Характеристика методов борьбы с помехами
- •4.3. Борьба с флуктуационными, сосредоточенными и импульсными помехами.
- •4.3.1 Флуктуационные помехи
- •4.3.2. Сосредоточенные помехи
- •4.3.3. Импульсные помехи
- •4.4. Вопросы для самопроверки
- •4.5. Задачи и указания
- •Глава 5. Борьба с замираниями сигналов при одиночном приеме
- •5.1. Общая характеристика методов борьбы с замираниями сигналов
- •5.2. Методы борьбы с замираниями сигналов при одиночном приёме
- •5.2.1. Антифединговое кодирование
- •3.2.2. Метод компенсации
- •5.2.3. Метод борьбы с эхо-сигналами
- •5.2.4. Использование широкополосных сигналов
- •5.2.5. Метод прерывистой связи
- •5.3. Системы связи с обратным каналом
- •5.4. Вопросы для самопароверки
- •5.5. Задачи и указания
- •Глава 6. Методы борьбы с замираниями сигналов при разнесенном приеме
- •6.1. Характеристика основных методов борьбы с замираниями сигналов при разнесенном приеме
- •6.2. Способы формирования группового сигнала.
- •6.2.1 Автовыбор
- •6.2.2 Линейное сложение сигналов
- •6.2.3 Оптимальное сложение сигналов
- •6.3. Сравнительная оценка способов сложения разнесеных сигналов.
- •6.4. Вопросы для самопроверки.
- •6.5. Задачи и указания
- •Глава 4. Системы коротковолновой радиосвязи
- •4.1. Особенности коротковолновой радиосвязи
- •4.2. Сигналы, используемые в системах коротковолновой радиосвязи
- •Непрерывные сигналы
- •4.3. Принципы построения передающих устройств
- •4.4. Принципы построения приемных устройств
- •Общий тракт приемника
- •Частные тракты приемника
- •4.6. Методы борьбы с мультипликативными помехами Разнесённый прием
- •4.7. Методы борьбы с аддитивными помехами
- •4.8. Особенности коротковолновых антенн
- •Глава 5. Системы ультракоротковолновой радиосвязи
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Маломощные станции ультракоротковолновой радиосвязи.
- •5.3. Системы радиорелейной связи
- •5.4. Системы тропосферной связи.
- •5.5. Системы ионосферной связи.
- •5.6. Системы метеорной связи
- •5.7. Системы спутниковой радиосвязи
- •5.8. Сотовые системы связи
- •Глава 6. Системы связи оптического диапазона
- •6.1.Особенности оптической связи
- •6.2. Оптические квантовые генераторы
- •6.3 Модуляция колебаний оптического диапазона
- •6.4. Система оптической связи
- •6.5. Оптическая связь по световодам
- •6.6. Волноводные линии связи
6.2. Способы формирования группового сигнала.
Известны следующие способы формирования группового сигнала:
— автовыбор (селективное сложение);
— линейное сложение;
— оптимальное (взвешенное) сложение;
— комбинированный способ.
Помехоустойчивость этих способов формирования группового сигнала чаще всего оценивается энергетическим критерием, т. е. увеличением отношения сигнал/помеха при разнесенном приеме по сравнению с отношением сигнал/помеха при одиночном приеме. В случае передачи дискретных сигналов помехоустойчивость целесообразно оценивать и вероятностным критерием, позволяющим судить о вероятности ошибок при разнесенном и одиночном приемах.
Рассмотрим основные принципы реализации систем связи с разнесенным приемом при различных способах формирования группового сигнала и оценим их помехоустойчивость.
6.2.1 Автовыбор
Автовыбор состоит в том, что в любой момент времени выбирается приемный тракт с наибольшим выходным сигналом. При этом для i-гo канала с наибольшим в данный момент сигналом весовой коэффициент Сj = 1,а для всех остальных каналов Сji = 0. т. е. результирующий сигнал согласно выражениям (6.2), (6.3). (64) может быть записан в виде
, (6.5)
где .
Вот почему автовыбор называют также селективным (избирательным) сложением.
Структурная схема приемного устройства с оптимальным автовыбором при сдвоенном приеме приведена на рис, 6.1. Колебания от обоих приемников поступают на устройство сравнения уровней. В результате сравнения уровней колебаний вырабатывается управляющий сигнал, который к выходному устройству подключает приемник с большим уровнем сигнала. Приемник с меньшим уровнем сигнала в это время отключается. Для уменьшения искажений сигналов время переключения приемников должно быть малым. Система с автовыбором пригодна для приема телефонных и телеграфных сигналов в том случае, если время переключения приемников не превышает 15—20 мкс.
Место включения устройств при приеме AM сигналов существенного значения не имеет. Они могут включаться либо до детекторов, либо после них.
При приеме ЧМ сигналов устройство сравнения должно располагаться до ограничителей, так как после ограничителей уровни сигналов одинаковы и теряется информация о том, сигнал какого канала больше. В случае приема частотно-манипулированных сигналов управляющие устройства необходимо располагать после частотных детекторов. Если управляющие устройства расположить до частотных детекторов, то при быстром переключении каналов одна часть элементарного импульса будет проходить через фильтр частотного детектора первого приемника, а другая часть — через фильтр частотного детектора второго приемника. В таком случае во избежание искажений сигнала фильтры частотных детекторов должны рассчитываться на пропускание импульсов более коротких, чем длительность элементарного импульса. Это привело бы к существенному снижению помехоустойчивости.
Для количественной оценки помехоустойчивости системы связи с оптимальным автовыбором по энергетическому критерию необходимо определить и сравнить средние значения отношения сигнал/помеха при одиночном приеме и оптимальном автовыборе. Среднее значение мощности полезного сигнала можно найти по формуле
, (6.6)
где Т — интервал усреднения, значительно больший периода изменения передаваемого сигнала A(t).
В радиодиапазоне скорость изменения A(t) значительно выше скорости изменения коэффициента передачи канала ai(t). Выбирая TА<<T<<Tа, где TА, Ta— периоды изменения А(t) и a1(t) соответственно, и считая величину ai(t) на интервале Т постоянной, выражение (6.6) перепишем в виде
(6.7)
Здесь
(6.8)
- среднеквадратичное значение передаваемого сигнала.
Среднеквадратичное значение аддитивных помех для всех ветвей разнесенного приема можно считать одинаковым, т. е.
(6.9)
Отношение сигнал/помеха в i-й ветви равно
, (6.10)
здесь
. (6.11)
Величина hi2(t) изменяется во времени из-за изменения коэффициента ai(t), так как h0 — величина постоянная. Усредненное на интервале T1 >> Тa значение отношения сигнал/помеха при одиночном приеме (в i-й ветви) определяется выражением
. (6.12)
Для стационарных случайных процессов среднее по времени равно среднему по ансамблю, т. е.
, (6.13)
где W(а2i)— плотность вероятности квадрата коэффициента передачи канала.
Прежде всего найдем выражение для распределения коэффициента передачи канала, исходя из известного правила преобразования случайных величин:
. (6.14)
Учитывая, что огибающая амплитуды сигнала пропорциональна коэффициенту передачи канала, и выбирая для простоты последующих выкладок коэффициент пропорциональности, равный, получим
,
т.е. . (6.15)
При интервалах наблюдения до 10 мин плотность вероятности огибающей амплитуды сигнала W(U), как отмечалось, определяется релеевским законом (1.12). Подставляя (6.15) и (1.12) в (6.14), получим
. (6.16)
Теперь по правилу (6.14) находим плотность вероятности квадрата коэффициента передачи канала
, (6.17) вычисляем интеграл (6.13)
, (6.18)
и получаем окончательное выражение для среднего значения отношения сигнал/помеха при одиночном приеме:
. (6.19)
Вероятность того, что случайная величина hi2 в i-м канале при одиночном приеме станет меньше некоторого значения h2, определяется интегральной функцией распределения вероятностей
. (6.20)
Из выражения (6.20) по правилу (6.14) находим
; (6.21)
. (6.22)
Если изменения ai., а следовательно, и hi в различных каналах считать независимыми, то при n-кратном разнесении вероятность одновременного уменьшения отношения сигнал/помеха во всех каналах ниже порога h2 будет определяться n-кратным произведением вероятностей, определяемых выражениями (6.21) и (6.22), т. е.
. (6.23)
Из (6.23) находим плотность вероятности отношения сигнал/ помеха при n-кратном разнесении:
. (6.24)
По аналогии с (6.13) среднее значение отношения сигнал/помеха при n-кратном разнесении определяется интегралом
, (6.25)
где x =.
В результате интегрирования по частям с использованием бинома Ньютона и вычисления интеграла (6.25) получим
, (6.26)
откуда следует, что отношение сигнал/помеха при оптимальном автовыборе определяется отношением сигнал/помеха при одиночном приеме h02 и кратностью разнесения п. Отношением
. (6.27)
оценивается выигрыш по мощности разнесенного приема с автовыбором по сравнению с одиночным приемом. Значения Вn при различных кратностях разнесения приведены в таблице 6.1.
Для приближенной оценки вероятности ошибок при разнесенном приеме дискретных сигналов предположим, что можно указать некоторую граничную величину h2гр которая характеризуется тем, что при h2 > h2гр , прием происходит практически без искажений, а при h2 < h2гр вероятность появления ошибок близка к единице. При сделанных допущениях интегральная функция распределения (6. 23) при h2 = h2гр определяет вероятность ошибки
. (6.28)
В случаях малых значений отношения представляющих наибольший практический интерес, вероятность ошибок равна
, (6.29)
т. е. убывает по показательному закону с увеличением кратности разнесения п.
Вероятность ошибки при одиночном приеме дискретных сигналов с активной паузой в отсутствие замираний определяется выражением
. (6.30)
При наличии медленных замираний вероятность ошибки в системе связи с n-кратным разнесенным приемом тех же сигналов можно определить усреднением Р0 по всем значениям h2 в соответствии с плотностью распределения (6.24):
. (6.31)
Интегрируя (6.31) по частям, при n=2 получим
. (6.32)
Как показано в [17], при n-кратном разнесении
(6.33)
По этой формуле на рис. 6.2 построены зависимости показывающие, что наиболее ощутимый результат, по сравнению с одиночным приемом, дает сдвоенный прием.
Поэтому с учетом экономических соображений сдвоенный прием находит самое широкое применение.
Формула (6.27) получена в предположении, что корреляция между сигналами отдельных ветвей приема отсутствует. Уменьшение выигрыша становится существенным при коэффициенте корреляции >0,6.
В случае сдвоенного приема при большом отношении сигнал/помеха влияние корреляции между сигналами приблизительно эквивалентно уменьшению мощности сигнала в
раз. Значит, вероятность ошибки согласно (6.29) определяется выражением
, (6.34)