1.3Модели каналов

В начале главы, на рис. 1.1, показана структурная схема ЦСПИ, составной частью которого является канал передачи. Чтобы установить терминологию и обозначения, используемые в дальнейшем, рассмотрим более общую модель системы цифровой связи.

1.3.1Обобщенная схема цспи

Специфика радиотехнических систем передачи информации (РТСПИ) связана с особенностями распространения радиоволн, которая учитывается при выборе модели канала связи. В остальном процессы, протекающие в РТСПИ, не отличаются от процессов в других системах передачи – системах проводной связи, гидроакустических и оптических. Обратимся к схеме РТСПИ с одним источником и одним получателем (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Обобщенная схема цифровой системы передачи.

На этом рисунке использованы обозначения:

X(t) – выход источника сообщений, вход кодера;

S(t) – выход кодера, вход модулятора;

S_P(t, ₀) – выход модулятора (радиосигнал). ₀ – параметры сигнала;

Y_P(t) – выход канала (радиосигнал), вход демодулятора;

Y(t) – выход демодулятора, вход декодера;

- выход декодера, к получателю сообщений.

Назначение и свойства отдельных блоков схемы были рассмотрены ранее (см. раздел 1.1). Сигнал S_P(t, ₀) на входе канала имеет параметры ₀ = {₀, , A}, которые, в общем случае, зависят от времени. Сигнал Y_p(t) на выходе канала содержит искаженный входной сигнал S_P(t, ) и помеху n(t):

Y_P(t) =h_c S_P(t, ₀) + n(t) = S_P(t, ) + n(t) (1.19)

Вектор параметров , кроме ₀, содержит дополнительные составляющие: время запаздывания, доплеровский сдвиг частоты, уменьшение амплитуды и т.п.

Канал будем называть непрерывным, если на его входе и выходе действуют непрерывные сигналы; в дискретном канале, соответственно, дискретные сигналы. Можно также обозначить дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы.

1.3.2Модели непрерывных каналов

Непрерывные каналы можно классифицировать по виду помех и характеру преобразования S_P(t, ₀) в полезный принятый сигнал S_P(t, ). Если ограничиться предположением, что в канале действует аддитивный нормальный белый шум n(t), то непрерывные каналы подразделяются по виду преобразования S_P(t, ₀) в S_P(t, ), т.е. по виду искажений сигнала.

В большинстве радиотехнических систем излучаемые сигналы являются узкополосными:

S_P(t, ₀) = A(t)cos[₀t+(t)], (1.20) где A(t) и (t) – функции, отражающие законы амплитудной и угловой модуляции; ₀ – несущая частота сигнала, значительно превышающая ширину его спектра. Совокупностью параметров ₀ является множество ₀ = {A(t), (t), ₀(t)}.

Искажения излученного сигнала принято рассматривать отдельно для однолучевых и многолучевых каналов. В однолучевых каналах отсутствуют замирания, вызванные интерференцией нескольких сигналов, распространяющихся по различным путям. Многолучевые каналы будут рассмотрены отдельно.

Принятый полезный сигнал по отношению к излученному характеризуется дополнительными параметрами: случайным ослаблением (t), средним временем запаздывания _з, доплеровским смещением частоты , случайной начальной фазой  и имеет вид

S_P(t, ) = (t)A(t - _з)cos[(₀ +) t +(t - _з) - ]. (1.21)

Т.о., совокупность параметров принятого полезного сигнала  = {A(t), (t), ₀(t), (t), _з, , }.

В зависимости от того, какие параметры принятого сигнала на приемной стороне известны, можно выделить несколько моделей непрерывных каналов:

1. Гауссовский канал – канал, в котором помеха имеет вид аддитивного нормального белого шума, а искажения полезного сигнала несущественны, так как могут быть скомпенсированы. Компенсация искажений возможна, если на приемной стороне дополнительные параметры полностью известны или могут быть измерены достаточно точно (т.е. известна или доступна для измерения импульсная характеристика канала h_c). Поэтому можно считать, что S_P(t, ₀ ) = S_P(t, ), а выходной сигнал гауссовского канала есть Y_p(t) = S_p (t, ₀ ) + n(t)/ (1.22)

2. Гауссовский канал с неизвестной фазой сигнала определяется параметрами , _з, (t) = , которые постоянны и известны. Начальная фаза неизвестна и обычно считается равномерно распределенной в интервале (0, 2). Такой сигнал хорошо описывает процессы в линии связи на расстоянии прямой видимости.

3. Канал с амплитудными замираниями является дальнейшим усложнением канала с неизвестной фазой в предположении, что (t) – случайная функция времени. Его выходной полезный сигнал имеет вид

S_P(t, ) = (t)A(t - _з)cos[(₀ +) t + (t) - ] (1.22)

Случайная функция (t) перемножается с сигналом и поэтому называется мультипликативной помехой. Мультипликативную помеху можно рассматривать как функцию, модулирующую амплитуду полезного сигнала. Модуляция приводит к расширению спектра принятого сигнала относительно спектра излученного сигнала. Вследствие этого модель канала (1.22) называют также каналом с рассеянием энергии по частоте.

Для задания канала с замираниями требуется описать мультипликативную помеху (t). Считается достаточным, если указывается одномерная плотность вероятности W() и время корреляции _k. Если W() описывается релеевским законом распределения, то канал называется релеевским или каналом с релеевскими замираниями.

По времени корреляции мультипликативные помехи разделяются на медленные и быстрые. О медленных замираниях говорят в случае, если время корреляции процесса (t) значительно превышает интервал наблюдения сигнала. Соответственно, быстрые замирания характеризуются временем корреляции меньшим, чем интервал наблюдения сигнала.

Причинами медленных замираний являются изменения свойств среды распространения радиоволн в зависимости от метеоусловий, времени суток, года, от солнечной активности и т.п. Причиной быстрых замираний может быть, например, наличие в канале нескольких путей распространения радиоволн.

При описании непрерывных каналов важны также ограничения, накладываемые на среднюю или пиковую мощность излучаемых сигналов, на полосу используемых частот.

Т. о., непрерывный канал считается заданным, если указаны мощность сигналов, полоса частот, дано описание моделей помех и искажений сигналов.