книги / Оптимальные методы передачи сигналов по линиям радиосвязи

принимать любое значение в пределах от 0 до 2я, что в конечном счёте изменяет фазу вектора сигнала по отношению к вектору шу­ мов. Так что с этой точки зрения безразлично, в результате чего из­ меняется разность фаз — из-за колебания фазы вектора шума или одновременных изменений фаз сигнала и шума, каждая из которых может с одинаковой вероятностью принимать любое значение.

Правда, при колебаниях фазы сигнала в некоторой степени из­ меняется и его частота, но, во-первых, фаза изменяется настолько медленно, что создаваемые этим вариации частоты крайне незначи­ тельны, во-вторых, правильным выбором частотной девиации в си­ стемах частотной телеграфии вредное действие некоторой неста­ бильности частоты может быть сведено к нулю.

В совершенно иных условиях происходит приём двоичных сигна­ лов при фазовой телеграфии. Здесь фаза принимаемых сигналов сравнивается с фазой высокостабильного опорного генератора, вхо­ дящего в состав приёмного устройства. И если под действием за­ мираний фаза принимаемого сигнала теряет свою устойчивость, то тем самым ставится под сомнение сама возможность применения фазовой телеграфии на кв линиях связи. Именно по этой причине системы фазовой телеграфии, несмотря на свои очевидные преиму­ щества в теоретическом отношении, в течение долгого времени не находили практического применения в технике связи. Методы фазо­ вой манипуляции приобрели право на существование только после того, как в 1957 г. Н. Т. Петровичем [17] был разработан принцип относительной фазовой телеграфии (ОФТ). Подробному теорети­ ческому исследованию систем ОФТ был посвящён ряд последующих работ Н. Т. Петровича [18], [19].

Принцип действия систем относительного фазового телеграфи­ рования заключается в следующем. Экспериментальное изучение флуктуационных характеристик сигналов, претерпевающих зами­ рания в диапазоне кв показало, что хотя фаза напряжения сигна­ ла действительно может принимать произвольные значения, но из­ менения, фазы происходят сравнительно медленно. Наблюдения, в частности, показали, что за время передачи нескольких элементар­ ных посылок при нормальной скорости телеграфирования (т. е. за время порядка 50 мсек) фазу приходящих колебаний можно счи­ тать практически постоянной. И вот возникла идея сравнивать фазу приходящего сигнала не с фазой опорного напряжения, искусствен­ но создаваемого в месте приёма, а с фазой предыдущей переданной посылки; которая тем или иным способом запоминается. Это позво­ лило не считаться с неустойчивостью фазы приходящего сигнала и полагать, что и при фазовой телеграфии под действием замираний изменяется только амплитуда приходящего сигнала.

Итак, в системах ОФТ, иначе называемых телеграфированием с «предсказанием», или фазо-разностной телеграфией, или диффе­ ренциально-когерентными системами, влияние замираний прини­ маемых сигналов может быть исследовано тем же методом, кото­

Зависимость вероятного числа ошибок от величины R, построен­ ная по ф-ле (4.33), показана на рис. 4.9 верхней кривой. Нижняя кривая воспроизводит соответствующую зависимость при отсут-

зо о.д5

52

ствии замираний, изображённую на рис. 3.2. Сопоставление распо­ ложения этих кривых наглядно показывает, что под действием за­ мираний надёжность приёма сигналов существенно уменьшается.

Повторяя рассуждения, приведённые в предыдущих параграфах, нетрудно убедиться, что при использовании в качестве средства борьбы с замираниями четырёхкратного разнесения, вероятность ошибки будет представляться выражением

Графически эта зависимость показана на рис. 4.10.

4.7.СОПОСТАВЛЕНИЕ РАССМОТРЕННЫХ. МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ

Втабл. 4.1 дана сводка установленных выше формул для четы­ рёх рассмотренных способов передачи двоичных знаков, для трёх режимов работы линии связи. Кроме того, для амплитудной и фа­ зовой манипуляции приведены асимптотические формулы, справед­ ливые для больших значений R, которые только и представляют практический интерес.

Рассмотрение табл. 4.1 и гра- р фиков на рис. 4.10 позволяет 1 придти к следующим выводам.

Как показывает рис. 3.2, системы фазовой телеграфии являются оптимальными в смысле количества ошибочно принятых знаков и в идеализированном случае, когда принимаемый сигнал совершен­ но не подвержен замираниям. Рисунок 4.10 показывает, что и при четырёккратном разнесении в качестве меры борьбы с замирания-

— 53 —

Г Л А В А 5.

ТЕЛЕГРАФНАЯ РАДИОСВЯЗЬ ПРИ МНОГОЛУЧЁВОСТИ

5.1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

лм-з сопоставления хода кривых, характеризующих вероятность ошибок при приёме двоичных знаков при отсутствии и наличии за­ мираний (см. рис. 4.3, 4.5, 4.7 и 4.9), можно сделать вполне опреде­ лённый вывод о том, что возникновение замираний при всех четырёх рассмотренных методах передачи сйгналов влечёт за собой резкое увеличение числа ошибочно принятых знаков. Это собственно впол­ не понятно, ибо при отсутствии замираний обои создаются только под действием одного флуктуирующего напряжения помех, тогда как при наличии замираний к этому прибавляется влияние флуктуа­ ций напряжения принимаемого сигнала.

В табл. 5.1 приведены определённые по упомянутым выше гра­ фикам вероятности ошибок для четырёх способов передачи сигна­

Как показывают графики рис. 4.4, 4.6, 4.8 и 4.10, применение раз­ несённого приёма, конечно, заметно уменьшает число ошибочно принятых знаков.

Резкое увеличение ошибочно принятых знаков под действием замираний показывает, какое важное значение, с точки зрения по-

— 56 —

вышения надёжности работы линий связи, имело бы применение таких методов передачи сигналов, при которых явление замираний либо не проявлялось бы вовсе, либо проявлялось в уменьшенной степени. Как известно, такие методы существуют и заключаются в применении укороченных по длительности во времени посылок. При этом сигналы, отражённые от ионосферы разное число раз, бу­ дут приходить в пункт приёма раздельно. Тем самым сделается не­ возможной интерференция этих лучей, приводящая к возникнове­ нию наиболее опасных интерференционных замираний.

В этих условиях замирания могут быть обусловлены интерфе­ ренционным взаимодействием лучей, претерпевших одно отраже­ ние от ионосферы, но прошедших несколько различные пути вслед­ ствие диффузного характера отражения или явления магнитоион­ ного расщепления (см., например [16], стр. 326). Глубина возни­ кающих при этом замираний значительно меньше, чем при взаимо­ действии лучей, претерпевших разное число отражений.

5.2. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЯВЛЕНИЯ БЛИЖНЕГО ЭХА

Как известно, явления замираний и ближнего эха вызываются по существу одной и той же физической причиной — взаимодейст­ вием радиоволн, претерпевших разное число отражений от ионо­ сферы (в диапазоне кв), и взаимодействием радиоволн, рассеянных от слоя D и от поверхности Земли в результате регулярного отра­ жения от слоя F2 (в диапазоне мет­

ровых волн). Схема возникновения ближнего эха в диапазоне кв в ре­ зультате взаимодействия радио­ волн, претерпевших одно и два от­ ражения от слоя F2, показана на рис. 5.1. Здесь А — место располо­ жения передатчика, а В — приёмни­ ка. Рисунок 5.2 показывает условия возникновения эха при дальнем рас­ пространении метровых волн в ре­ зультате рассеяния от слоя D. В

точку В, помимо лучей, рассеянных в области М, попадают лучи. отразившиеся от регулярного слоя F2 (луч ANC)t достигшие поверхности Земли в точке С, рассеявшиеся от поверхности Земли (эффект Кабанова) и вновь попавшие в точку В вследствие второ­ го отражения от слоя Fi (луч CQB).

Явление эха возникает только при условии, если длительность элементарной посылки не превышает времени запаздывания эхосигнала. Только в этом случае прямой и эхо-сигналы воспринимают­ ся в приёмном устройстве раздельно. В противном случае, они в ка­ кой-то степени накладываются один на другой, что приводит к об­ разованию интерференционных замираний. В диапазоне кв явление

— 57 —

ближнего эха практически наблюдается при фототелеграфной свя­ зи и при телеграфной связи с использованием укороченных посылок.

Практический интерес к вопросам радиотелеграфной связи в тех условиях, когда искажения проявляются в виде ближнего эха, обу­ словлен тем, что при этом наиболее опасные искажения — зами­ рания — полностью или почти полностью исчезают. Именно эти ис­ кажения снижают надёжность связи. Если поддерживать радио­ связь в режиме ближнего эха и если при этом удастся разработать достаточно эффективный (и относительно несложный) метод по­ давления ближнего эха, то можно ожидать резкого увеличения на­ дёжности связи, так как при этом вероятность ошибки следует оп­ ределять не по кривым рис. 4.11, которые учитывают влияние за­

мираний, а по кривым рис. 3.2, которые построены в предположении отсутствия замираний. Правда, при этом следует учитывать воз­ можность некоторого возрастания влияния шумов вследствие необ­ ходимости работать укороченными посылками, а следовательно, и необходимости расширения полосы пропускания приёмного уст­ ройства. Практически это расширение будет весьма небольшим, ибо в действительных условиях работы линий радиосвязи требуемая полоса пропускаемых частот определяется не длительностью посы­ лок, а стабильностью частоты передающего устройства и первого гетеродина приёмника.

Для того чтобы определить максимальную длительность эле­ ментарных посылок, при которой замираний наблюдаться не будет, необходимо знать время запаздывания эхо-сигнала по отношению к моменту прихода основного луча, претерпевшего одно отражение от ионосферы.

На рис. 5.3 и 5.4 показана зависимость времени запаздывания от длины трассы в интервале расстояний от 1000 до 8000 км. Рас­ чёты выполнены для двух значений действующих высот отражаю­ щего слоя #= 2 5 0 и 400 км, которые соответствуют минимальной и максимальной высотам области F2. Наблюдаемый у расстояния 4000 км разрыв непрерывности обусловлен тем, что на больших рас­ стояниях минимальное число отражений равно двум.

— 58 —

Рассмотрение графика позволяет придти к выводу, что для того, чтобы явление замираний выродилось в ближнее эхо, необходимо применять на расстоянии до 2000 км импульсы короче 0,6 мсек, на расстоянии до 4000 км импульсы короче 0,5 мсек, а на расстоянии до 8000 км импульсы короче 0,3 мсек. Напомним, что нормальная длительность посылки стандартного буквопечатающего аппарата со­ ставляет 22 мсек, т. е. речь должна идти примерно о сорокакратном уменьшении длительности элементарной посылки. Это говорит о гом, что применение более длинных импульсов порядка 1 мсек мо­ жет осуществляться только на коротких линиях связи протяжён­ ностью до 1000 км.

Рис. 5.4