книги / Оптимальные методы передачи сигналов по линиям радиосвязи

Используя известное выражение для плотности спектра, мож­ но видеть, что напряжение ифна выходе фильтра будет представ­ ляться формулой

где g (A )— спектральная плотность, определяемая выражением

которое совпадает с (5.4), ибо здесь ставится задача нахождения функции корреляции между огибающими подводимых к смесителю высокочастотных напряжений.

Таким образом, можно считать установленным, что при подве­ дении к смесителю, после которого помещён узкополосный фильтр, настроенный на частоту А, двух напряжений, отличающихся между •собой на частоту А, на выходе фильтра возникает напряжение, про­ порциональное функции корреляции огибающих подводимых на­ пряжений. Следовательно, комбинацию умножитель — узкополос­ ный фильтр можно действительно рассматривать как электронный коррелятор по разностной частоте для подводимых напряжений.

В свете изложенного можно следующим образом описать рабо­ ту схемы рис. 5.12. На вход приёмного устройства подаётся напря­ жение сигнала, и приёмное устройство должно дать ответ на воп­ рос: «посылка» это или «пауза». После усиления напряжение сиг­ нала подводится к двум корреляторам. К одному коррелятору в ка­ честве второго напряжения подводится вырабатываемый в приём­ ном устройстве сигнал «посылка», а ко второму — сигнал «пауза». В зависимости от того, с каким из этих местных сигналов прини­ маемый сигнал обладает большей корреляцией, на выходе того или иного фильтра возникает большее напряжение, которое после де­ тектирования и определяет полярность возникающего на выходе си­ стемы двоичного знака. В идеальном случае, при отсутствии помех, в одном канале возникает полное номинальное напряжение, а в другом его не будет вовсе. Если же в процессе распространения сиг­ нал подвергся разрушающему действию помех, то приёмное устрой­ ство решает вопрос о том, с каким сигналом — «паузой» или «по­ дсылкой» — искажённый сигнал в большей степени коррелирует, про­ изводя окончательный выбор именно по этому признаку.

После такой подготовки можно перейти к рассмотрению прин­ ципа действия системы «Рэйк».

В качестве сигналов «посылка» и «пауза» здесь применяются не незатухающие сигналы длительностью в один бод с прямоугольной

— 71 —

Нормированная функция автокорреляции будет представляться выражением

104 гц, вследствие чего интервал, на который распространяется кор­ реляционная связь, составляет т= — «0,1 мсек.

мы рассматриваемых сигна­ лов функция автокорреляции действительно принимает весьма ма­

лые значения вне интервалов т=1 /F.

Покажем теперь, что при выбранном частотном разнесении функция взаимной корреляции между сигналами «посылка» и «пауза» также обращается в нуль.

Огибающие сигналов «посылка» и «пауза» претерпевают столь незначительные изменения во времени, что их можно считать прак­ тически постоянными. В этих условиях соответствующие сигналы

— 73 -

Тогда функция взаимной корреляции за время Т (где Т — дли­

тельность посылки) может быть вычислена по формуле

т

При целом I первое слагаемое обращается в нуль. Второе сла­ гаемое при Т —5- оо также стремится к нулю. В данном случае это условие можно полагать выполненным, ибо длительность посылки

значительно превышает период высокой частоты, т. е. — . В це-

10

лом R -> 0. В системе «Рэйк» / принято равным двум.

Наконец, третьим важным свойством сигналов выбранной фор­ мы является их относительно большая длительность. Дело в том, что в современных кв передатчиках фактором, ограничивающим их мощность, является не мощность, рассеиваемая на аноде ламп, а •пиковая мощность. Поэтому для полного использования энергети­ ческих возможностей передатчика желательно применять сравни­ тельно длительные посылки. Это является большим преимуществом рассматриваемой системы, по сравнению с описанной в предыду­ щем параграфе способом передачи по методу «инверсной ионосфе­ ры», когда по самому принципу действия системы необходимо при­ менять в качестве излучаемых сигналов весьма короткие импульсы длительностью не свыше 1 мсек.

Рассмотренные свойства сигналов системы «Рэйк» позволяют донять, каким образом, несмотря на то, что принятая длительность сигнала Т —8,525 мсек значительно превышает максимальную вели­ чину задержки эхо-сигнала, которад имеет порядок т= 3 мсек, т. е. несмотря на то, что приходящие отдельные сигналы перекрывают друг друга во времени, осуществляется выделение, а затем и сло­ жение сигналов, достигших места приёма по различным путям, а ■стало быть, и с различными задержками.

Это иллюстрируется диаграммой, представленной на рис. 5.15, которая составлена для случая, когда в пункт приёма, помимо ос­ новного сигнала «посылка», попадают два эхо-сигнала с задержкой во времени соответственно в 1 и в 2 мсек. По оси абсцисс отложено время, а по оси ординат — амплитуды приходящих сигналов. В це­ лях наглядности отдельные сигналы смещены по вертикали. При обычном способе приёма три сигнала, наложившись один на дру­ гой, создали бы явление интерференционных замираний. Если в месте приёма в момент прихода основого сигнала создать сигналы «посылка» и «пауза» и затем с помощью линии задержки повторить их по 30 раз через интервалы в 0,1 мсек и подавать приходящие и воспроизводимые в месте приёма сигналы ко входу системы из

— 74 —

60 корреляторов, то в силу свойств сигналов «п» и «о» только на первом, десятом и двадцатом корреляторах будет вырабатываться напряжение. На выходах всех других 57 корреляторов напряже­ ния не будет. На 30 корреляторах системы «о» напряжения не будет, потому что функция взаимной корреляции между приходящим сиг­ налом «п» и воссоздаваемыми в месте приёма сигналами «о» со-

ь

гласно доказанному выше, равна нулю. На 27 корреляторах систе­ мы «п» напряжение не будет вследствие того, что на них сдвиг во времени между моментом прихода сигналов и моментами их вос­ создания в месте приёма превосходит 0,1 мсек.

На рис. 5.16 представлена блок-схема приёмного устройства «Рейк» в части, относящейся к сложению принимаемых сигналов во времени. Система фазирования показана на рис. 5.18. В действую­ щем приёмном устройстве задержке подвергаются принимаемые сигналы, а не создаваемые в месте приёма опорные сигналы «п» и «о», как это показано на рис. 5.15, что, конечно, принципиального значения не имеет.

75

Принимаемый сигнал частоты /о после преобразования превра­ щается в сигнал промежуточной частоты /i=455 кгц, который по­ даётся на вход трёхмиллисекундной линии задержки с тридцатью отводами. Время задержки между смежными отводами составляет 0,1 мсек. Допустим, что, как и в ранее рассмотренной схеме, вслед­ ствие многолучёвости при отражении от ионосферы на вход приём­ ного устройства поступают основной и два эхо-сигнала с задерж­ ками в 1 и 2 мсек соответственно. Кружками с косыми крестиками на рис. 5.16 обозначены умножители. Предположим, что генерато­ ры опорных сигналов «п» и «о» синхронизированы таким образом,

Рис. 5.16

что в момент прихода фронта основного сигнала к первому отводу (счёт отводов ведётся от конца линии задержки) одновременно вы­ рабатываются сигналы «п» и «о», которые одновременно подаются ко вторым входам всех корреляторов. В рассматриваемый момент времени первый эхо-сигнал успеет дойти до 10-го отвода, а второй— до 20-го. Такая ситуация условно представлена на рис. 5.17, на ко­ тором показана линия задержки с отводами и система умножите­ лей. Жирными линиями отмечены те отводы, которых в данный мо­ мент достигают основной и два эхо-сигнала (1,10 и 20-й). Допу­ стим, что был передан сигнал «п». Тогда только на выходах зачер­ нённых умножителей будет возникать напряжение, которое пройдёт через фильтр, настроенный на разностную частоту, т. е. через кор­ релятор. Причём эти напряжения будут возникать синхронно. Линия задержки выполняет функцию запоминающего устройства. Возни­ кающие на выходах других умножителей напряжения не пройдут через узкополосные фильтры, так как соответствующие функции авто- и взаимной корреляции для них будут тождественно равны нулю.

—76

напряжение а с другой—напряжение eiC2"(Al—At)*-(01-0*)- 001, где 0о — дополнительный сдвиг по фазе, возникающий в процессе фильтрования, одинаковый для всех отводов. На выходе умножи­ телей D и Е возникает напряжение

частоты Д2. Фаза этого напряжения не зависит от фазы приходя­ щего напряжения промежуточной частоты @i. Фаза 0 2 является об­ щей для всех отводов, а фаза 0о искусственно делается для всех от­ водов постоянной. Тем самым достигается синфазность напряжений на всех 30 отводах у шин «п» и соответственно «о».

Рис. 5.18

Система, представленная на рис. 5.18, не только обеспечивает синфазность (коррекция фазы фг), но и осуществляет взвешенное сложение снимаемых с отводов напряжений (коррекция ампли­ туд а,-). Из курса приёмных устройств известно, что оптимальным (в смысле получения максимума с/ш суммарного сигнала) является такой режим сложения, при котором коэффициенты веса у отдель­ ных слагаемых пропорциональны амплитудам складываемых на­ пряжений [24]:

где о i — весовые множители, пропорциональные ut. Такая система сложения позволяет отбросить слабые составляющие многолучево­ го сигнала с относительно высоким уровнем шума.

Для понимания принципа осуществления взвешенного сложения необходимо заметить, что в точке М каждого из отводов возникает напряжение, пропорциональное интенсивности соответствующего эхо-сигнала. Дело в том, что в основной схеме рис. 5.16 применяют­ ся общие интегрирующие фильтры, вследствие чего отдельные со­ ставляющие не выделяются. В схеме рис. 5.18 в каждом отводе по­ мещается узкополосный фильтр, настроенный на разностную часто­ ту (Ai—Д2). Совместно.с умножителем А или В он выполняет функ­ цию коррелятора, и, следовательно, развиваемое в точке М напря­ жение пропорционально интенсивности соответствующего эхо-сиг­

— 78 —

отражений от ионосферы. Это позволяет в основу расчёта числа ошибок положить график, представленный на рис. 4.7 (нижняя кривая).

3.В отличие от системы «инверсная ионосфера», здесь энергии отдельных лучей суммируются, что приводит к увеличению экви­ валентного уровня принимаемого сигнала.

4.Так же, как и в системе «инверсная ионосфера», здесь ис­ пользуются широкополосные сигналы (порядка 10 кгц), что влечёт

за собой необходимость расширения полосы пропускания приёмно­ го устройства, а следовательно, и возрастание уровня шумов.

5. Быстрые изменения многолучевой структуры ионосферы вле­ кут за собой нарушение работы корреляторов, и в этих условиях теоретически ожидаемый выигрыш не будет реализован.

10

6

1О

k

Iг

о

Рис. 5.20

Вследствие невозможности предсказать количественные соотно­ шения, характеризующие перечисленные выше пп. 3 и 5, мы лише­ ны возможности привести теоретически ожидаемую зависимость числа ошибок от отношения с/ш и вынуждены довольствоваться вос­ произведением экспериментально полученной при испытании си­ стемы «Рэйк» зависимости числа ошибок от относительной мощноности передатчика [23] (рис. 5.20). Приводимый график характери­ зует не абсолютное число ошибок, а число ошибок в системе «Рэйк», по сравнению с частотной манипуляцией при использовании приёма на две разнесённые антенны и по сравнению с частотной манипуля­ цией при использовании принципа предсказания и приёма на две разнесённые антенны. В системах ЧТ применялась стандартная де­ виация в 850 гц.

— 80 —