Содержание к диссертации
Введение
1. Основные этапы развития теории однополосной угловой модуляции. Постановка задачи исследования 17
1.1. Первый этап развития теории однополосной угловой модуляции 17
1.1.1. Работы, основанные на предложениях К.Х. Пауэрса и Е. Бедросиана 17
1.1.2. Исследования, основанные на предложениях И. Хакаити и Н. Тайпиро 19
1.2. Второй этап развития теории однополосной угловой модуляции 21
1.2.1. Работы А.А. Волкова и М.М. Шахмаева 21
1.2.2, Исследования А-А. Смородинова 33
1.3. Постановка задачи исследования 40
2. Характеристики однополосных сигналов с фазовой манипуляцией 42
2.1. Временное и спектральное представление однополосных сигналов с фазовой манипуляцией. Выбор формы модулирующих импульсов 42
2.2. Средняя мощность и пикфактор однополосных сигналов с фазовой манипуляцией импульсами специальной формы 49
2.3. Выводы 53
3. Помехоустойчивость когерентного приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией 54
3.1. Помехоустойчивость когерентного поэлементного приема... 54
3.1.1. Математическая модель принимаемого сигнала. Алгоритм поэлементного приема 54
3.1.2. Помехоустойчивость поэлементного приема 57
3.1.3. Оптимизация интервала анализа при поэлементном приеме . 63
3.2. Помехоустойчивость когерентного приема парной посылки . 67
3.2.1. Математическая модель принимаемого сигнала. Алгоритм попарного приема 67
3.2.2. Помехоустойчивость попарного приема 69
3.2.3. Оптимизация интервала анализа при попарном приеме 72
3.3. Помехоустойчивость когерентного приема с обратной связью по решению 74
3.3.1. Алгоритм поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению 74
3.3.2. Помехоустойчивость поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению 78
3.3.3. Оптимизация интервала анализа при поэлементном и попарном приеме с обратной связью по решению 84
3.4. Выводы 85
4. Помехоустойчивость приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по поотсчетному алгоритму 88
4.1. Поотсчетный алгоритм приема 88
4.2. Теоретическое определение помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по двуотсчетному алгоритму 95
4.3. Экспериментальное определение помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по трехотсчетному алгоритму 100
4.4. Выводы 105
5. Дискретно-аналоговый метод формирования однополосного сигнала с фазовой манипуляцией 106
5.1. Алгоритм дискретно-аналогового метода формирования однополосного сигнала с фазовой манипуляцией. Модели формируемых однополосных процессов 106
5.2. Спектральные характеристики однополосного сигнала с фазовой манипуляцией, формируемого дискретно-аналоговым методом 109
5.3. Выбор параметров дискретно-аналогового формирователя однополосного сигнала с фазовой манипуляцией. Критерии выбора.. 112
5.4. Выводы 116
Заключение 118
- Работы, основанные на предложениях К.Х. Пауэрса и Е. Бедросиана
- Временное и спектральное представление однополосных сигналов с фазовой манипуляцией. Выбор формы модулирующих импульсов
- Математическая модель принимаемого сигнала. Алгоритм поэлементного приема
- Теоретическое определение помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по двуотсчетному алгоритму
Введение к работе
Повышение эффективности радиотехнических систем различного назначения, в том числе систем управления, передачи и обработки информации, было и остается одной из основных задач, стоящих перед современной радиоэлектроникой. Наличие свободных участков радиочастотного спектра, пригодных для использования в системах информационного обмена, многие годы являлось как стимулом, так и непременным условием непрерывного развития радиосистем передачи информации. Однако к настоящему времени значительная часть пригодного для радиосистем диапазона частот перекрыта, а некоторые участки этого диапазона сильно перегружены. В этих условиях на первый план выдвигается задача повышения эффективности использования систем,. работающих в хорошо освоенных участках спектра, часто достаточно перегруженных [1].
Одним из вариантов решения обозначенной проблемы является применение для передачи данных однополосных сигналов. Последние позволяют более рационально использовать частотный ресурс: появляется возможность почти двукратного увеличения числа каналов в заданном диапазоне частот [2].
К настоящему времени хорошо изучены вопросы передачи непрерывных сообщений посредством однополосных переносчиков [3 и др.]. Широко известным является способ передачи одной боковой полосы непрерывного ам-плитудо-модулированного колебания [4, 5 и др.], недостатком которого является невысокая потенциальная помехоустойчивость [6]. Тем не менее, отдельные виды однополосных амлитудо-модулированных сигналов рекомендуются Международным консультативным комитетом по радио (МККР) для решения проблемы тесноты в полосах частот сухопутной подвижной радиосвязи [7], а на Всемирной административной радиоконференции по высоко частотному радиовещанию в 1987 г. было принято решение о подготовке к переходу на однополосное радиовещание в срок до 31 декабря 2015 г. [8].
Дальнейшим развитием систем однополосной связи является использование для передачи информации сигналов с непрерывной однополосной угловой модуляцией (НОУМ), потенциальная помехоустойчивость которых выше, чему у однополосных сигналов с амплитудной модуляцией [9]. Существенная несимметричность спектра сигналов с непрерывной двуполосной угловой модуляцией (НДУМ) [10] создала определенные препятствия на этом пути. В результате было создано несколько методов формирования сигналов с непрерывной однополосной угловой модуляцией [II, 12, 13], различающихся способами преодоления этого противоречия.
Два первых метода [11,12] имеют значительные недостатки, в результате чего индекс модуляции практически ограничен величиной близкой к единице. В [11] Волковым А.А. предложен новый способ формирования сигнала с непрерывной однополосной угловой модуляцией. Последний был тщательно исследован в работах Шахмаева М.М. [14] и Смородинова А.А. [3]: были предложены различные схемы приема такого сигнала, оценена помехоустойчивость.
В настоящее время наблюдается тенденция вытеснения аналоговых средств информационного обмена цифровыми. Наиболее ярко это прослеживается в области мобильных систем передачи информации [15]. Цифровая связь имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с непрерывной: более высокая помехоустойчивость, более гибкие возможности по обработке, возможность использования компьютерных технологий для передачи информации и др.
Несмотря на указанные выше обстоятельства исследования передачи дискретных сообщений посредством однополосных сигналов с угловой модуляцией не проводились. Решение вопросов, связанных с приемом и передачей сигналов с дискретной однополосной фазовой модуляцией (ДОФМ), оказывается весьма актуальным. Активная проработка обозначенной научной проблемы позволит снять вышеуказанные противоречия.
Объект исследования. Объектом исследования являются сигналы с дискретной однополосной фазовой модуляцией и способы их обработки.
Предмет исследования. Предметом исследования являются спектральные и временные свойства сигналов с дискретной однополосной фазовой манипуляцией, характеристики приема (помехоустойчивость) и формирования указанных сигналов.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является оценка и анализ основных свойств сигналов с дискретной однополосной фазовой модуляцией и способов их обработки. Среди основных задач исследования можно выделить: определение спектральных и временных свойств таких сигналов (а именно, энергетическая ширина полосы (ЭШП), закон убывания спектральной плотности мощности (ЗСПМ), пикфактор (ПФ) и др.), синтез и оценка помехоустойчивости различных вариантов приема сигналов с изучаемым видом модуляции (нахождение вероятности ложного распознавания (ВЛР), энергетического проигрыша (ЭНП)), синтез и определение параметров дискретно-аналогового формирователя однополосных сигналов с фазовой манипуляцией посылками специальной формы (оценка полосы пропускания и порядка восстанавливающих фильтров, удельного числа отсчетов формирователя и др.). Кроме того, не менее важной задачей оказалось определение места таких сигналов среди ранее известных — было необходимо провести сравнение сигналов с однополосной фазовой манипуляцией с двуполосными аналогами, а также с классическими фазоманипулированными сигналами (КФМС), подчеркнуть их достоинства и недостатки.
Методы исследования. В диссертационной работе широко использован математический аппарат теории спектрального анализа [16 и др.], теории корреляционного анализа, теории комплексной огибающей [17 и др.], теории вероятностей и статистической радиотехники [18 и др.], теории электрических цепей [19 и др.]. Для организации машинных экспериментов использовались методы цифрового моделирования [20 и др.]. При проведении расчетов активно использовались численные методы [21 и др.], а также средства компьютерного математического моделирования: прикладной пакет Mathcad 2001 Proffessional [22] и интегрированная среда Borland C++ версия 5.01 [23]. Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:
1) найдены спектральные и временные характеристики сигнала с однополосной фазовой манипуляцией (энергетическая ширина полосы, закон убывания спектральной плотности мощности, средняя мощность, пикфактор). Определены математические модели процесса с рассматриваемым видом модуляции в частотной и во временной области для широкого класса модулирующих импульсов;
2) синтезированы структуры алгоритмов когерентного поэлементного и попарного приемов, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению, поотсчетного приема сигналов с дискретной однополосной фазовой манипуляцией;
3) определена помехоустойчивость когерентного поэлементного и попарного приема сигналов с исследуемым видом модуляции. Найден энергетический проигрыш и оптимальный интервал анализа (ОИА);
4) оценена вероятность ложного распознавания, энергетический проигрыш и оптимальный интервал анализа когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению сигналов с однополосной фазовой манипуляцией;
5) определена помехоустойчивость приема таких сигналов по поотсчет-ной схеме; 6) найдены характеристики дискретно-аналогового формирователя (ДАФ) однополосных сигналов с фазовой манипуляцией импульсами специальной формы.
Практическая ценность работы. В диссертационном исследовании рассматривался широкий спектр модулирующих импульсов специальной формы. Выбирая ту или иную форму импульса, можно удовлетворить современные требования к закону убывания спектральной плотности мощности, пик-фактору и др.
Кроме того, предложены эффективные алгоритмы приема (когерентный поэлементный и попарный прием, когерентный поэлементный и попарный прием с обратной связью по решению, прием по поотсчетной схеме), для которых определена структура, оценена помехоустойчивость и найден оптимальный интервал анализа. Таким образом, имеется широкий выбор вариантов приема рассматриваемых однополосных сигналов в зависимости от условий конкретной ситуации, определяющей требования по помехоустойчивости, аппаратной сложности и т.п.
Необходимо также отметить, что в диссертационной работе предложено дискретно-аналоговое устройство для формирования однополосных сигналов с фазовой модуляцией импульсами специальной формы и даны конкретные рекомендации по выбору параметров формирователя: частоты среза и порядка восстанавливающих фильтров нижних частот, удельного числа отчетов формирователей квадратур и др.
Основные положения, выносимые на защиту.
1) Результаты оценки спектральных и временных свойств сигналов с дискретной однополосной фазовой модуляцией для широкого класса модулирующих импульсов в системах передачи информации.
2) Структуры когерентного поэлементного и попарного приема, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению, поотсчетного приема сигналов с однополосной фазовой манипуляцией.
3) Результаты оценки вероятности ложного распознавания, энергетического проигрыша и оптимального интервала анализа для когерентного поэлементного и попарного приема, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению сигналов с однополосной фазовой манипуляцией. Результаты оценки вероятности ложного распознавания для поотсчетного приема сигналов с однополосной фазовой манипуляцией.
4) Структура и характеристики дискретно-аналогового формирователя однополосного процесса с фазовой модуляцией импульсами специальной формы.
Апробация результатов. Результаты работы докладывались и обсуждались на Юбилейной научно-практической конференции «Многофункциональные электронные комплексы перспективных летательных аппаратов» (СПб., Холдинговая компания «Ленинец», 28—30 ноября 2001 г.), на двух семинарах секции «Радиоэлектроника» Санкт-Петербургского Дома Ученых имени М. Горького (16 февраля и 24 мая 2004 г.), на Международном симпозиуме «Аэрокосмические приборные технологии» (СПб., СПбГУАП, 2—4 июня 2004 г.), на Международной научно-практической конференции «Радиоэлектронные системы. XXI век» (СПб., Холдинговая компания «Ленинец», 28-30 июня 2004), на пятой, шестой и седьмой научной сессии аспирантов СПбГУАП, посвященных Всемирному дню космонавтики и авиации (СПб., СПбГУАП, апрель 2002,2003 и 2004 гг. (соответственно)).
Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в разработки ОАО «Российский институт мощного радиостроения».
Публикации, По материалам диссертационной работы опубликованы 10 печатных работ; в том числе две статьи в журнале «Известия вузов России. Радиоэлектроника» (1-й и 2-й выпуски за 2004 г.), четыре статьи в журнале «Проблемы транспорта» (№ 10-й и № 11-й за 2004 г.), четыре статьи в сборниках докладов к аспирантским сессиям, Юбилейной научно-практической конференции и Международному симпозиуму, указанных выше.
Работы, основанные на предложениях К.Х. Пауэрса и Е. Бедросиана
Целью исследования является оценка и анализ основных свойств сигналов с дискретной однополосной фазовой модуляцией и способов их обработки. Среди основных задач исследования можно выделить: определение спектральных и временных свойств таких сигналов (а именно, энергетическая ширина полосы (ЭШП), закон убывания спектральной плотности мощности (ЗСПМ), пикфактор (ПФ) и др.), синтез и оценка помехоустойчивости различных вариантов приема сигналов с изучаемым видом модуляции (нахождение вероятности ложного распознавания (ВЛР), энергетического проигрыша (ЭНП)), синтез и определение параметров дискретно-аналогового формирователя однополосных сигналов с фазовой манипуляцией посылками специальной формы (оценка полосы пропускания и порядка восстанавливающих фильтров, удельного числа отсчетов формирователя и др.). Кроме того, не менее важной задачей оказалось определение места таких сигналов среди ранее известных — было необходимо провести сравнение сигналов с однополосной фазовой манипуляцией с двуполосными аналогами, а также с классическими фазоманипулированными сигналами (КФМС), подчеркнуть их достоинства и недостатки.
Методы исследования. В диссертационной работе широко использован математический аппарат теории спектрального анализа [16 и др.], теории корреляционного анализа, теории комплексной огибающей [17 и др.], теории вероятностей и статистической радиотехники [18 и др.], теории электрических цепей [19 и др.]. Для организации машинных экспериментов использовались методы цифрового моделирования [20 и др.]. При проведении расчетов активно использовались численные методы [21 и др.], а также средства компьютерного математического моделирования: прикладной пакет Mathcad 2001 Proffessional [22] и интегрированная среда Borland C++ версия 5.01 [23]. Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты: 1) найдены спектральные и временные характеристики сигнала с однополосной фазовой манипуляцией (энергетическая ширина полосы, закон убывания спектральной плотности мощности, средняя мощность, пикфактор). Определены математические модели процесса с рассматриваемым видом модуляции в частотной и во временной области для широкого класса модулирующих импульсов; 2) синтезированы структуры алгоритмов когерентного поэлементного и попарного приемов, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению, поотсчетного приема сигналов с дискретной однополосной фазовой манипуляцией; 3) определена помехоустойчивость когерентного поэлементного и попарного приема сигналов с исследуемым видом модуляции. Найден энергетический проигрыш и оптимальный интервал анализа (ОИА); 4) оценена вероятность ложного распознавания, энергетический проигрыш и оптимальный интервал анализа когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению сигналов с однополосной фазовой манипуляцией; 5) определена помехоустойчивость приема таких сигналов по поотсчет-ной схеме; 6) найдены характеристики дискретно-аналогового формирователя (ДАФ) однополосных сигналов с фазовой манипуляцией импульсами специальной формы. Практическая ценность работы. В диссертационном исследовании рассматривался широкий спектр модулирующих импульсов специальной формы. Выбирая ту или иную форму импульса, можно удовлетворить современные требования к закону убывания спектральной плотности мощности, пик-фактору и др. Кроме того, предложены эффективные алгоритмы приема (когерентный поэлементный и попарный прием, когерентный поэлементный и попарный прием с обратной связью по решению, прием по поотсчетной схеме), для которых определена структура, оценена помехоустойчивость и найден оптимальный интервал анализа. Таким образом, имеется широкий выбор вариантов приема рассматриваемых однополосных сигналов в зависимости от условий конкретной ситуации, определяющей требования по помехоустойчивости, аппаратной сложности и т.п. Необходимо также отметить, что в диссертационной работе предложено дискретно-аналоговое устройство для формирования однополосных сигналов с фазовой модуляцией импульсами специальной формы и даны конкретные рекомендации по выбору параметров формирователя: частоты среза и порядка восстанавливающих фильтров нижних частот, удельного числа отчетов формирователей квадратур и др. Основные положения, выносимые на защиту. 1) Результаты оценки спектральных и временных свойств сигналов с дискретной однополосной фазовой модуляцией для широкого класса модулирующих импульсов в системах передачи информации. 2) Структуры когерентного поэлементного и попарного приема, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению, поотсчетного приема сигналов с однополосной фазовой манипуляцией. 3) Результаты оценки вероятности ложного распознавания, энергетического проигрыша и оптимального интервала анализа для когерентного поэлементного и попарного приема, когерентного поэлементного и попарного приема с обратной связью по решению сигналов с однополосной фазовой манипуляцией. Результаты оценки вероятности ложного распознавания для поотсчетного приема сигналов с однополосной фазовой манипуляцией. 4) Структура и характеристики дискретно-аналогового формирователя однополосного процесса с фазовой модуляцией импульсами специальной формы. Апробация результатов. Результаты работы докладывались и обсуждались на Юбилейной научно-практической конференции «Многофункциональные электронные комплексы перспективных летательных аппаратов» (СПб., Холдинговая компания «Ленинец», 28—30 ноября 2001 г.), на двух семинарах секции «Радиоэлектроника» Санкт-Петербургского Дома Ученых имени М. Горького (16 февраля и 24 мая 2004 г.), на Международном симпозиуме «Аэрокосмические приборные технологии» (СПб., СПбГУАП, 2—4 июня 2004 г.), на Международной научно-практической конференции «Радиоэлектронные системы. XXI век» (СПб., Холдинговая компания «Ленинец», 28-30 июня 2004), на пятой, шестой и седьмой научной сессии аспирантов СПбГУАП, посвященных Всемирному дню космонавтики и авиации (СПб., СПбГУАП, апрель 2002,2003 и 2004 гг. (соответственно)).
Временное и спектральное представление однополосных сигналов с фазовой манипуляцией. Выбор формы модулирующих импульсов
Сравнение графиков p3{h0,Ta) для различных модулирующих импульсов ОЭП позволяет сделать вывод, что вероятность ошибки зависит от двух факторов: мощности однополосного сигнала и уровня межсимвольной интерференции. Необходимо заметить, что первый является доминирующим, поэтому наиболее помехозащищенными оказываются сигналы с ДОФМ, которые модулируются импульсами v[f] с формой близкой к прямоугольной («ТІ», «Т2», «К1» и «К2»), соответственно наименее помехоустойчивыми оказываются однополосные сигналы с фазовой манипуляцией узкими импульсами («S2», «S3» и «Т4»). Что касается второго фактора, то тут ситуация обратная: более узким v[t] соответствуют тц/], абсолютные значения которых убывают быстрее при f- oo (рисунок Б.1), а, значит, им соответствует меньпшй уровень межсимвольных искажений (следует еще отметить, что последним соответствует более высокий процент энергии полезного сигнала, заключенный на интервале анализа).
Наличие второго фактора в основном приводит к тому, что разница в помехоустойчивости между однополосными сигналами, модулированными различными ОЭП, сокращается. Однако в отдельных случаях наличие межсимвольной интерференции может приводить к тому, что сигналы с большей мощностью будут менее помехозащищенными: так при больших / (когда влияние второго фактора на вероятность ошибки наиболее ощутимо) кривые рэуЦ}гТа) сигналов с модуляцией импульсами «ТІ» проходят выше таковых для сигналов с v[t] «Т2» и «К1», при малых / (когда на помехоустойчивость в основном влияет уровень гауссовского шума) картина обратная. Следует также заметить, что энергия, заключенная в импульсе «Т4», больше таковой у импульса «S2», однако действие второго фактора приводит к тому, что соотношение в помехоустойчивости обратное, причем разница в рэ\h yTa) увеличивается с ростом /.
Ухудшение качества приема при переходе от двуполосных сигналов к однополосным аналогам удобно оценивать посредством энергетического проигрыша (ЭНГТ): ЭНП Х[р] (в децибелах) варианта приема «а» (характеризующегося вероятностью ошибки раЩ})) по сравнению с вариантом приема функцией помехоустойчивости РъЩ})) Для заданного уровня вероятности где ра [р\ Hpj [р] — функции обратные ра{п$) и рь{к$) соответственно. В качестве эталонного варианта приема «Ь» рассматривается поэлементный прием КФМС: в данном случае величина Х[р\ определяет, во сколько раз надо снизить энергию КФМС, чтобы качество приема последнего сравнялось с качеством варианта приема «а». Рассчитанные точки Х[р\ (на основании итерационного алгоритма, выполненного на компьютере) для двуполосных и однополосных сигналов приведены в таблице 3 Л..
По таблице 3.1 видно, что только за счет перехода от КФМС к двуполосным сигналам со сглаженной формой ОЭП уже появляется существенный энергетический проигрыш. Однако переход к однополосным сигналам от их двуполосных прототипов приводит в основном к незначительному увеличению ЭНП: так при уровне р = 10 для импульсов v\t] группы «S» указанное увеличение находится в диапазоне AjA, є [0.71;1.27рі , а для импульсов группы «Т» — А{к є [і.10;2.57})і . Увеличение цр\ при указанном переходе обусловливается появлением межсимвольной интерференции и применением подоптимального алгоритма (3.7).
Заметим, что при уменьшении уровня р происходит небольшое дополнительное ухудшение качества приема однополосных сигналов: так каждое уменьшение вероятности ошибки на порядок сопровождается ростом ЭЫП на Д2?іє[0.05;0.12}) для импульсов ОЭП группы «S» и на А2Х є [0.08;0.2б]д для импульсов группы «Т». Последнее обстоятельство имеет объяснение: малым значениям р соответствуют большие значения /г0, при которых допущение (3.4) становиться более грубым, а значит отличие подоптимального правила (3.7) от оптимального (3.3) — наиболее существенным.
Математическая модель принимаемого сигнала. Алгоритм поэлементного приема
В результате работы по теме данного раздела были синтезированы структуры алгоритмов следующих приемных устройств однополосных сигналов с фазовой манипуляцией: 1) когерентный поэлементный приемник, 2) когерентный попарный приемник, 3) когерентный поэлементный приемник с обратной связью по решению, 4) когерентный попарный приемник с обратной связью по решению. При анализе качества приема указанных устройств было выяснено, что переход от двуполосных сигналов к их однополосным аналогам сопровождается некоторым небольшим ухудшением помехоустойчивости, которое зависит от формы модулирующей посылки, вероятностного уровня и алгоритма приема. Указанное ухудшение связано с появлением межсимвольной интерференции и применением подоптимальных алгоритмов приема.
Наименьшее ухудшение соответствует однополосным сигналам с фазовой модуляцией узкими импульсами (например, «S3» и «Т4»), так как им соответствует меньший уровень межсимвольных искажений. Однако более помехоустойчивыми оказываются однополосные сигналы с модуляцией импульсами, форма которых близка к прямоугольной: последнее объясняется тем, что фактор средней мощности однополосных сигналов с фазовой манипуляцией определяет вероятность ложного распознавания в большей степени, чем фактор наложения символов.
Уменьшение вероятностного уровня ведет к увеличению разницы между помехоустойчивостью двуполосных и однополосных сигналов, что связано с тем, что при увеличении соотношения / отклонение подоптимальных правил (по которым ведется прием однополосных сигналов) от оптимальных становится более существенным.
При когерентном поэлементном приеме указанное ухудшение качества приема, выраженное в форме приращения энергетического проигрыша, для большинства модулирующих импульсов и вероятностных уровней диапазона находится в пределах а в случае введения обратной связи по решению - [0.6;2.0]Л (таблицы 3.1 и 3.3). Можно существенно улучшить качество приема, если использовать схему когерентного попарного приема: так указанное обобщенное приращение энергетического проигрыша сосредоточено в интервале [0.5;1.б]с), а в случае использования обратной связи по решению — [0.4;1.2Jd2 (таблицы 3.2 и 3.4). Заметим, что нижние пределы приведенных диапазонов соответствуют модулирующим импульсам v[f], имеющим наиболее пологие фронты: последним соответствует наименьший уровень внелолосного излучения (раздел 2) и они предпочтитель нее для применения на практике. Увеличение помехоустойчивости, связанное с переходом от поэлементного приема к приему «в целом» и приему с введением обратной связью по решению, обусловлено снижением уровня межсимвольной интерференции.
При исследовании оптимального интервала анализа было выяснено, что в общем случае последний не совпадает с интервалом, равным периоду следования посылок (рисунки 3.6, 3.11, 3.17 и 3.18): таким образом, имеется возможность улучшить помехоустойчивость рассмотренных приемных устройств либо выбором интервала анализа для структур с фиксированным интервалом анализа, либо посредством введения дополнительного устройства автоматической подстройки интервала анализа: выигрыш (3.15) структур с указанной подстройкой по сравнению со схемами с фиксированным интервалом анализа может достигать единиц, а в некоторых случаях десятков процентов.
При современном технологическом уровне реализации радиотехнических устройств создать приемник, использующий сравнительно сложный алгоритм попарного приема с обратной связью по решению (рисунок 3.14), не является проблемой, поэтому общий вывод раздела такой: переход к однополосным сигналам от их двуполосных прототипов может сопровождаться совершенно незначительным ухудшением помехоустойчивости, что делает однополосные сигналы с фазовой манипуляцией (с учетом всех достоинств и недостатков, указанных в других разделах) весьма перспективными.
Отдельные результаты работы по теме данного раздела нашли свое отражение в статьях [48,49].
Теоретическое определение помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по двуотсчетному алгоритму
Для прояснения особенностей помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по поотсчетной схеме представим Ns-мерное пространство отсчетов {u-[,u2,-.,uN ): последнее содержит поверхность решения (4.10), делящее пространство на две части, и бесконечное число замкнутых фигур, ограниченных замкнутыми поверхностями постоянных вероятностных уровней plu(u\i\) = const (при рассуждении можно огра ничиться одной фигурой, которую будем именовать вероятностным телом). ВЛР будет определяться следующими свойствами вероятностного тела: 1) расстоянием от центра масс вероятностного тела до поверхности ре шения — чем меньше будет это расстояние, тем большую часть по следняя будет отсекать от вероятностного тела и тем больше будет ВЛР; 0 2) ориентацией вероятностного тела относительно поверхности решения — ввиду коррелированности отсчетов вероятностное тело имеет продолговатую форму: если вытянутость последнего будет ориентирована вдоль поверхности решения, то, очевидно, указанный отсекаемый объем будет мал, а, значит, мала и ВЛР; наоборот, если вытянутость будет перпендикулярна поверхности решения, то следует ожидать малую помехоустойчивость; 3) шириной вероятностного тела, которая, очевидно, будет прямо определять ВЛР. Проведенный анализ показал, что ВЛР довольно таки сложным образом определяется амплитудным уровнем отсчетов незашумленного сигнала и полосой пропускания БЛП. С одной стороны, рост амплитудного уровня сопровождается увеличением взаимного расстояния центра масс вероятностного тела и поверхности решения, тем самым увеличивая помехоустойчивость, однако упомянутый уровень влияет и на ориентацию указанного тела: в отдельных случаях увеличение амплитудного уровня может изменять ориентацию таким образом, что ВРЛ будет увеличиваться. Большая полоса пропускания соответствует высокому энергетическому уровню шумовой составляющей, который, в свою очередь, негативно влияет на помехоустойчивость, увеличивая ширину вероятностного тела, однако полоса пропускания определяет степень коррелированности отсчетов, а, значит, и ориентацию вероятностного тела — было подмечено, что в отдельных случаях рост щдп может сопровождаться таким изменением ориентации, при котором ВЛР может уменьшаться. Следует заключить, что влияние амплитудного уровня отсчетов и w5jin на ВЛР зависит от того, какие из положительных и отрицательных воздействий носят доминирующий характер.
В случае двуотсчетного приема при указанных выше условиях амплитудный уровень в основном прямо определяет помехоустойчивость приема, а полоса пропускания — обратно (рисунок 4.3). Так наименьшая ВЛР соответствует однополосному сигналу с фазовой манипуляцией импульсами «ТІ», «Т2» и «К1» (в данном случае достигается максимальный амплитудный уровень незашумленного сигнала). Следует отметить, что им соответствует одинаковый амплитудный уровень и отличие в ВЛР определяется только отличием W0j,n: для них соотношение помехоустойчивости обратно соотношению полос пропускания. Наименее помехоустойчивыми оказываются однополосные сигналы с наименьшими амплитудными уровнями, которые наблюдаются при модуляции импульсами «S2», «Т4» и «S3», причем последнему соответствует еще и максимальная полоса пропускания 2nv6jI „.
Экспериментальное определение помехоустойчивости приема однополосных сигналов с фазовой манипуляцией по трехотсчетному алгоритму
В виду ряда сложностей, возникающих при теоретическом способе определения помехоустойчивости приема сигналов с ДОФМ по трехотсчетной схеме, воспользуемся экспериментальным методом определения ВЛР.
В компьютерном прикладном пакете Mathcad 2001 Proffessional [22] была реализована модель эквивалентной схемы поотсчетного приема для случаев Ns=2 и Ns = 3. Проводилось моделирование прохождения сигнала e tj), промодулиро ванного детерминированной тестовой последовательностью символов длиной Ndn, через указанную модель схемы приема. В качестве оценки ВЛР использовалась частота принятия неправильных решений в БР, то есть для Ns = 3
Похожие диссертации на Помехоустойчивость систем передачи информации с однополосной фазовой манипуляцией
