Содержание к диссертации
Введение
1 Требования, предъявляемые к радиоприемным устройствам kb диапазона, и методы их адаптации к условиям связи 25
1.1.Основные направления развития современных отечественных и зарубежных систем и средств связи в декаметровом диапазоне радиоволн 25
1.2 Требования, предъявляемые к РПУ и трансиверам KB диапазона радиоволн 34
1,3 Алгоритмы адаптации радиоприемных устройств к условиям связи 43
Выводы 48
2 Исследование влияния параметров гтп на помехоустойчивость рпу посредством имитационно-аналитической и имитационной моделей kb канала связи 50
2.1.Методы статистического моделирования KB каналов связи 50
2.2 Исследования влияния характеристик избирательности входных цепей РПУ на надежность связи с помощью имитационно- аналитической модели KB канала 53
2.3 Имитационная модель KB канала для исследования влияния среды распространения и характеристик РПУ на надежность связи 63
Выводы 78
3 Исследование методов автоматической регулировки чувствительности радиоприемных устройств 81
3.1 Методы оценки помехоустойчивости радиоприемных устройств при воздействии внеполосных мешающих сигналов 81
3.2 Помехоустойчивость радиоприемных устройств при воздействии доминирующего по уровню внеполосного мешающего сигнала 92
3.3 Влияние на помехоустойчивость радиоприемных устройств спектральных характеристик внеполосных мешающих сигналов 97
3.3 Анализ различных методов автоматической регулировки чувствительности 108
Выводы 128
4 Вопросы аппаратурной реализации автоматической регулировки чувствительности радиоприемных устройств 131
4.1 Регулируемый элемент в системах автоматической регулировки чувствительности радиоприемных устройств 131
4.2 Коммутационные помехи при дискретной автоматической регулировке чувствительности радиоприемных устройств 134
4.3 Адаптивная система автоматической регулировки чувствительности радиоприемного устройства по уровню группового сигнала в полосе пропускания преселектора 144
Выводы 153
Заключение 155
Литература
- Требования, предъявляемые к РПУ и трансиверам KB диапазона радиоволн
- Исследования влияния характеристик избирательности входных цепей РПУ на надежность связи с помощью имитационно- аналитической модели KB канала
- Помехоустойчивость радиоприемных устройств при воздействии доминирующего по уровню внеполосного мешающего сигнала
- Коммутационные помехи при дискретной автоматической регулировке чувствительности радиоприемных устройств
Введение к работе
Несмотря на все более широкое распространение спутниковых, транкинговых и сотовых систем связи и глобализацию их применения, магистральная радиосвязь в коротковолновом (KB) диапазоне не только не утратила свою актуальность, но и привлекает внимание все большего круга потребителей. Это обусловлено тем, что наряду с очевидными достоинствами KB радиосвязи, такими как уникальная дальность радиосвязи в этом диапазоне без ретрансляций, простота использования, независимость от каких-либо факторов в мировой экономической и политической обстановке, дешевизна и доступность аппаратуры, новые компьютерные технологии позволили значительно повысить надежность передачи сообщений и фактически вдохнули "второе дыхание" в развитие систем KB радиосвязи [20, 28, 31, 32].
Радиосвязь продолжает оставаться важнейшим средством управления войсками в ходе ведения боевых действий в условиях маневренного скоротечного современного боя с резкой сменой обстановки и при отсутствии сплошной линии соприкосновения войск [107]. В этих условиях надежная качественная радиосвязь является гарантией устойчивого и гибкого управления войсками, а с учетом быстрого развития автоматизированных систем управления (АСУ) войсками и информационных систем, строящихся на основе сетей радиосвязи, - необходимым условием достижения информационного превосходства над противником. Основным преимуществом радиосвязи в этих условиях является ее мобильность, способность передавать информацию различного характера в движении, не ограничивая свободу действий платформы (автомобиля, боевой машины, вертолета или самолета), на которой установлена радиостанция.
Поэтому потребность в средствах связи для оперативно-тактического звена управления вооруженных сил таких стран, как США, Великобритания, ФРГ, Франция, Италия и других, особенно для сухопутных войск и морской пехоты, в последние годы постоянно возрастает. Специалисты управления перспективных исследований министерства обороны Соединенных Штатов утверждают, что к 2005 году потребности американских вооруженных сил в средствах мобильной связи по сравнению с 2002-м возрастут на 92 %. Руководство ВС других ведущих стран с высокой долей вероятности также будет учитывать эту тенденцию [107].
Применение современных методов модуляции и кодирования сообщений позволяет на практике вплотную приблизиться к достижению пропускной способности канала связи, определяемой формулой Шеннона [2, 92, 109, 145]. Продолжают развиваться методы передачи информации по параллельным каналам (методы разнесения передачи - приема по частоте, по времени, в пространстве и т.п.).
Кроме известных преимуществ, KB радиосвязь, использующая дальнее распространение радиоволн за счет их отражения от ионосферы, имеет ряд недостатков. Наиболее существенными недостатками радиосвязи, вытекающими из физической природы среды распространения радиоволн и самого принципа радиосвязи, являются: зависимость от состояния ионосферы, возможность обнаружения и пеленгования сигнала работающей радиостанции и его подавления средствами РЭБ, относительно высокий уровень ошибок (при использовании цифровой связи), ограниченность полосы пропускания, возникновение взаимных помех из-за высокой плотности радиостанций, работающих в одном диапазоне.
К недостаткам также относится наличие "зон молчания" в полярных областях, а также в прибрежных районах на границе "море-суша". Эти факторы ограничивают коэффициент исправного действия капала связи величиной 60 — 95 %, а при определенных условиях делают связь эпизодической [32].
Возможность распространения декаметровых радиоволн на большие расстояния и относительно узкий диапазон частот распространения, создают чрезвычайно сложную помеховую обстановку в точке приема. Ярко выраженная многолучевость распространения сигналов, приводящая к ограничению скорости передачи информации из-за возникновения межсимвольных искажений, и малый интервал стационарности канала связи предъявляют исключительно высокие требования к техническим характеристикам радиоприемных устройств (РГТУ) этого диапазона [11, 13, 18,19, 82, 86, ПО, 128, 129]. Поэтому реализация комплекса требований к профессиональному коротковолновому приемнику высшего класса всегда происходила на уровне самых высоких достижений радиотехники.
Анализ публикаций, рассматривающих перспективы развития KB радиосвязи [1, 3, 28 -32, 34, 58, 59], позволил выявить основные тенденции ее развития, включающие в себя:
- объединение отдельных каналов связи в сеть с взаимосвязанными ретрансляционными пунктами, удаленными друг от друга на расстояние односкачковой трассы (1500 км) [20, 32];
— частотно-разнесенный прием с использованием, как минимум, трех частот в различных частях KB диапазона [4, 32];
- цифровую пакетную радиосвязь между всеми участниками сети [6, 92];
— применение для повышения достоверности передачи данных низкоскоростных каналов связи [32] и помехоустойчивого кодирования [92].
Указанные меры позволяют также повысить скрытность за счет снижения мощности излучения и улучшить условия электромагнитной совместимости (ЭМС) средств связи на подвижных объектах.
Однако повышение скорости передачи информации в KB канале связи и создание автоматизированных, помехозащищенных сетей связи отнюдь не снижают требований предъявляемых к параметрам линейного тракта приема. Его основная задача обеспечить максимально возможное отношение сигнал/помеха на входе устройств демодуляции и декодирования сигналов, причем не только шумоподобных, но и сосредоточенных помех. Снижение этого соотношения заставляет использовать более мощные системы помехоустойчивого кодирования сигналов, вводя дополнительную избыточность, снижать канальную скорость передачи данных, использовать повторную передачу блоков и пакетов информации и т.д. Все это, так или иначе, ведет к снижению скорости передачи информации. Таким образом, для реализации вышеперечисленных направлений развития KB радиосвязи необходимо создание высококачественных радиоприемных устройств, имеющих высокие характеристики помехоустойчивости и чувствительности, обеспечивающих прием слабых сигналов в условиях воздействия случайных и преднамеренных помех, ограничивающих потенциальные возможности повышения надежности связи.
Необходимость работы РПУ коротковолнового диапазона в чрезвычайно сложной помеховой обстановке приводит к тому, что при их проектировании необходимо иметь оценку влияния отдельных параметров РПУ, в том числе параметров их отдельных узлов и функциональных устройств, включая алгоритмы управления и адаптации, на надежность связи. А так же иметь возможность сравнительной оценки влияния на надежность связи совокупности различных параметров и "размена" количественных значений одних характеристик на другие.
Теория потенциальной помехоустойчивости или теория оптимальной линейной фильтрации в силу возможностей практической реализации в настоящее время не применима к сигналам радиочастоты, поэтому основная фильтрация и обработка сигналов производится на промежуточных частотах. Для переноса спектра радиосигнала на промежуточные частоты используется главный тракт приема (ГТП). Основное его назначение — предварительная фильтрация, усиление и перенос спектра сигнала на промежуточную частоту наиболее удобную для дальнейшей обработки.
Основными характеристиками ГТП РПУ являются частотная избирательность в его различных сечениях — на радиочастоте и на промежуточных частотах и нелинейные явления в активных элементах тракта, являющиеся одной из основных причин снижения надежности связи при воздействии мощных помех. Задача оценки влияния параметров отдельных узлов РПУ на помехоустойчивость может быть решена либо путем постановки физических экспериментов, либо математическими расчетами, например, методом статистического моделирования на ЭВМ. Каждый из этих методов имеет свои недостатки и достоинства. Экспериментальные исследования в реальных условиях связаны с большими материальными затратами как на производство специальной аппаратуры, позволяющей варьировать различные параметры и характеристики, так и на организацию эксперимента. Невоспроизводимость условий связи в реальном опыте вызывает необходимость проведения большого числа статистических испытаний аппаратуры или одновременного исследования большого количества образцов изделия.
Поэтому задача исследования влияния структуры и параметров РПУ и его основных узлов на надежность связи решается в следующей последовател ьно сти.
С помощью статистического моделирования исследуется зависимость надежности связи от характеристик приемника и его составных частей, формулируются требования к ним, разрабатываются и испытываются алгоритмы управления и адаптации. На основании полученных данных проводится разработка отдельных узлов и радиоприемника в целом. Далее идет изготовление макета изделия и его опытного образца, которые в свою очередь проходят испытания соответственно в лабораторных условиях на имитационно-измерительном комплексе и в реальных условиях радиосвязи, что позволяет проверить идеи и результаты, полученные на первом этапе.
Таким образом, этап исследования влияния характеристик РПУ на надежность связи путем статистического моделирования является первым и важнейшим этапом в общей цепи научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ такого направления [33, 35, 36, 38, 39]. Особое значение он приобрел в настоящее время, что обусловлено двумя причинами. Первая -это значительный "скачек" в области развития средств вычислительной техники, которая сегодня стала обычным инструментом разработчика аппаратуры связи. Во вторых — это появление.
Требования, предъявляемые к РПУ и трансиверам KB диапазона радиоволн
Вопрос о выборе оптимальной структурной схемы приемника сводится к анализу и оптимизации структурных схем линейного тракта, синтезатора, устройства ЦОС и системы управления.
На рисунке 1.2 представлена функциональная схема линейного тракта приемника. Обоснование данной структуры тракта приведено в [81]. В тракте для автоматической регулировки чувствительности используется 4 аттенюатора с шагом дискретного затухания 3 дБ.
В приемнике с аналоговой фильтрацией и демодуляцией основное усиление осуществляется после фильтров основной избирательности, где требования к динамическому диапазону по интер модуляционным искажениям значительно ниже, чем в более широкой полосе фильтра первой промежуточной частоты (ПЧ). В приемнике же с ЦОС основное усиление приходится на каскады, находящиеся до АЦП и цифровых фильтров основной избирательности второй промежуточной частоты (ПЧ). Высокое усиление здесь необходимо для того, чтобы сигнал на уровне чувствительности в сумме с шумом приемника превышал хотя бы один уровень квантования АЦП. Такое усиление может привести к насыщению усилителя второй ПЧ и АЦП. Этого не следует допускать, поскольку насыщение АЦП вызывает появление множества наложений внутриполосных гармонических и интермодуляционных составляющих, которые могут подавить полезный сигнал. Проблема решается автоматическим регулированием усиления и использованием многоразрядных, высоколинейных аналого-цифровых преобразователей.
Оптимальное распределение усиления в линейном тракте, использование дискретно перестраиваемых аттенюаторов для его регулирования и применение высоколинейных элементов тракта: усилителей радиочастоты, преобразователей и специально разработанных сверхузкополосных фильтров первой ПЧ позволяет реализовать динамический диапазон по интермодуляционным искажениям до АЦП не менее 80 дБ, а до фильтра первой ПЧ — не менее 90 дБмкВ.
Проектирование устройства ЦОС осуществляется исходя из конкретных алгоритмов обработки. Разработанный пакет программ позволяет реализовать
Примечания:
1 Номинал первой ПЧ зависит от значения частоты на которой производится цифровая обработка сигнала -ПЧ2, которая может быть равной (128, 215, 540) кГц или 10,7 МГц, в зависимости от требований предъявляемых к РПУ.
Возможна цифровая обработка сигнала непосредственно на номинале первой ПЧ.
Коэффициент усиления УПЧ2 зависит от чувствительности АЦП и определяется из условия: уровень АЦП в заданной полосе должен быть в (3 - 4) раза меньше уровня шума линейного тракта, приведенного ко входу АЦП. не только фильтрацию и демодуляцию телеграфных и телефонных сигналов, но и алгоритмы выбора вероятностно-оптимальных частот в полосе пропускания щ 40 кГц при работе РПУ в составе частотно-адаптивных линий.
Все это реализовано в разработанных и осваиваемых в серийном производстве радиоприемниках V поколения: "Сердолик-ПРМ Б", "Р-774 О", "Р-774 С", приемовозбудителях "ГГВ-100" и приемопередатчиках "ПТ-100" и "Иртыш-П". Избирательность преселектора в KB диапазоне решающим образом влияет на уровень интермодуляционных составляющих [100, 111], при прочих одинаковых параметрах тракта приема.
На рисунке 1.3 представлены результаты моделирования [30, 90] зависимости среднего уровня составляющих "нелинейного "шума" С/г дБмкВ на частоте настройки приемника f0=12 МГц с динамическим диапазоном по интермодуляции 3-го порядка 81,5 дБмкВ от полосы пропускания преселектора Зависимость средних уровней составляющих нелинейных шумов (1) и преобразованного шума гетеродина (2) от полосы пропускания » преселектора F0, выраженной в % от частоты настройки, при полосе пропускания фильтра первой ПЧ 15 кГц. Соотношение сигнал/шум гетеродина при моделировании соответствует показателям, достигнутым в радиоприемниках 4-го поколения типа "Бригантина", "Р-170П", "Р-774К1" и "Р-774ДСК1" в которых оно при отстройках от сигнала на 5 кГц и более составляет не менее 120 дБ/Гц, а при отстройках на (100-150) кГц и более - не менее (155-160) дБ/Гц. В качестве модели мешающих сигналов, имитирующих реальную помеховую обстановку, использованы статистические данные распределения плотности радиочастотного спектра и атмосферных шумов на входе РПУ, предложенные в [152] и представленные на рисунке 1,4.
Как видно из рисунка 1.3, при изменении полосы пропускания преселектора средний уровень преобразованного шума гетеродина изменяется медленнее (кривая 2) по сравнению с изменением интермодуляционных составляющих типа f„ =±fni±fn2 fnb уровень которых является преобладающим на 30 дБ и более над уровнем других порядков и видов интермодуляционных « составляющих [82, 111, 122]. С уменьшением полосы пропускания преселектора возрастает доля, вносимая преобразованным шумом гетеродина в общий уровень нелинейных шумов. Для улучшения помехозащищенности приемника недостаток избирательности может быть скомпенсирован увеличением динамического диапазона по интермодуляционным искажениям. Так, в таблице 1.1 приведены данные [152] для разных типов преселекторов по количеству комбинационных составляющих и влиянию их уровня на шумовой порог приемника с динамическим диапазоном 90 дБмкВ и с полосой пропускания 6 кГц.
Исследования влияния характеристик избирательности входных цепей РПУ на надежность связи с помощью имитационно- аналитической модели KB канала
О наличии комбинационных помех на выходе ГТП можно судить по двум критериям - появлению в спектре огибающей сигнала высших гармоник модулирующего колебания [97] и увеличению на выходе исходной глубины модуляции [13, 53, 96, 97]. Поскольку высшие гармоники модулирующего сигнала при небольшой (несколько процентов) глубине модуляции очень малы, то на практике более просто реализуется обнаружитель, в котором используется второй критерий.
Второй демодулятор используется для снятия исходной модуляции, для чего на него подается модулирующий сигнал, сдвинутый по фазе на 180 (в [96, 97] аналогичная цепь используется для устранения искажений, обусловленных амплитудной модуляцией). В [64] с этой целью используется два аттенюатора, затухание которых вводится поочередно.
Недостатком системы АРЧ с модуляционным обнаружителем нелинейных искажений в ГТП является ее инерционность, обусловленная необходимостью обнаружения нелинейных искажений, соизмеримых с уровнем шумов. Это затрудняет применение таких систем АРЧ в РПУ, работающих в составе современных радиолиний с псевдослучайной перестройкой частоты.
АРЧ РПУ может осуществляться по оценке качества принимаемого сигнала на основе функциональной зависимости отношения сигнал/помеха от вероятности ошибки, которая может быть определена косвенным методом через оценку временных искажений принимаемого телеграфного сигнала [136, 137]. Такая система АРЧ предложена в [54], ее структурная схема приведена в приложении Б, рисунок Б.4. Она содержит измеритель временных искажений (ИВИ) принимаемого сигнала, подключенный к демодулятору, и должна поддерживать на выходе I 111 отношение сигнал/помеха, обеспечивающее заданную достоверность приема.
Однако необходимость усреднения значений временных искажений на интервале длительности нескольких элементарных посылок (обычно 16 - 32) делает ее принципиально инерционной. Причем, при необходимости обеспечить высокую достоверность приема, эта инерционность возрастает, так как величина временных искажений телеграфного сигнала имеет существенную зависимость от отношения сигнал/помеха лишь в области сравнительно малых значений последнего [ПО]. Все это приводит к тому, что на реальных радиолиниях, характеризуемых постоянно изменяющейся электромагнитной обстановкой, применение такой системы АРЧ может привести к снижению надежности радиосвязи.
Оценка качества принимаемого телеграфного сигнала не позволяет определить величину нелинейных искажений на выходе ГТП, которая при заданной предельной чувствительности РПУ однозначно определяет значение коэффициента передачи входного аттенюатора. Построение по этому принципу экстремальных систем регулирования, обеспечивающих максимальное отношение сигнал/помеха, в реальных условиях радиосвязи, когда и уровень принимаемого сигнала, и, в общем случае, уровни помех подвержены флуктуациям, не представляется возможным из-за их принципиальной инерционности, которая соизмерима с интервалом корреляции этих флуктуации. Определение таким методом среднего значения отношения сигнал/помеха применительно к АРЧ эквивалентно оценке среднего уровня принимаемого сигнала, что может быть реализовано значительно проще. Поэтому АРЧ с оценкой качества принимаемого сигнала нецелесообразно применять, как самостоятельные системы, и они исключены из дальнейшего анализа.
Все вышеперечисленные методы АРЧ требуют значительного усложнения РПУ. Гораздо проще реализуется АРЧ по уровню внешнего воздействия: АРЧ по уровню принимаемого сигнала [7, 23, 77, 78, 90, 91], по суммарному уровню мешающих сигналов в полосе пропускания преселектора [7, 13, 23, 77, 90, 91] и комбинированные системы АРЧ, использующие информацию об уровне как принимаемого, так и мешающих сигналов [41, 43 — 46, 49, 104, 144]. Ценой этого упрощения является возможность, с одной стороны, ложных тревог, когда на выходе ГТП комбинационные помехи отсутствуют, но уровень внешнего воздействия превышает пороговый (ложное срабатывание АРЧ), с другой стороны, ложных отказов, когда уровень внешнего воздействия ниже порогового, но на выходе ГТП присутствуют комбинационные помехи.
Однако, несмотря на простоту, такие системы АРЧ весьма эффективны, и, как показали результаты моделирования на ЭВМ [100], позволяют повысить помехоустойчивость РПУ. Причем, как следует из тех же исследований, повышение эффективности систем не пропорционально их усложнению, т. е. применение более сложных алгоритмов АРЧ, приводящих к значительному усложнению РПУ, позволяет незначительно повысить их эффективность.
Таким образом, в настоящее время известны различные методы АРЧ РПУ, но отсутствие статистических методов их анализа, а также методов инженерного расчета основных параметров систем АРЧ являлось причиной того, что они не получали широкого практического применения.
Помехоустойчивость радиоприемных устройств при воздействии доминирующего по уровню внеполосного мешающего сигнала
Полученные в предыдущем разделе данной главы результаты справедливы лишь при предположении, что в полосе пропускания преселектора отсутствуют доминирующие по уровню мешающие сигналы. Это предположение не применимо к РПУ, работающим в условиях территориально ограниченных объектов, когда на входе РПУ присутствует мешающий сигнал, наводимый от основного излучения близко расположенного передатчика, по уровню значительно преобладающий над другими сигналами.
На ограниченных объектах РПУ работают, как правило, с низко эффективной, обычно штыревой антенной и при этом уровни мешающих сигналов от удаленных станций в среднем на 10 дБ ниже, чем при высокоэффективных антеннах [9, 11]. В этом случае основным фактором, приводящим к снижению отношения сигнал/помеха на выходе ГТП, является мощный мешающий сигнал, наводимый от основного излучения собственного передатчика. В [10] приведены экспериментальные зависимости количества частот, попадая на которые мощный мешающий сигнал приводит к ухудшению отношения сигнал/помеха на выходе ГТП от уровня этого сигнала, эта зависимость может быть аппроксимирована линейно-ломаной линией
Работа как РПУ, так и радиопередатчика в режиме псевдослучайной перестройки по частоте исключает возможность какой бы то ни было регламентации их рабочих частот. Отсюда можно считать, что мощный мешающий сигнал имеет равновероятное распределение по частоте в пределах рабочего диапазона частот. В этом случае выражение (3.16) определяет вероятность ухудшения приема при воздействии мощного мешающего сигнала в зависимости от уровня этого сигнала.
Как показали экспериментальные исследования [9, 11], уровень мешающего сигнала наводимого от основного излучения передатчика, носит случайный характер и может быть описан логнормальным законом распределения вероятностей. Параметры этого закона зависят от многих факторов и могут изменяться: математическое ожидание Хц і от 100 до 130 дБмкВ и среднее квадратическое отклонение а11Г от 6 до 15 дБ [9, 11, 69].
Определим среднее значение вероятности ухудшения приема при воздействии мощного мешающего сигнала наводимого от собственного передатчика, усреднив Р Хщ) по Хщ
Таким образом, величина Хштах характеризует защитные свойства преселектора и зависит от его АЧХ и ширины рабочего диапазона частот. Величина AFp зависит от множества факторов и может изменяться в зависимости от геофафического места, времени суток, года и т. д. Обычно она не превышает нескольких мегагерц [63]. Поэтому, учитывая, что в современных фильтровых преселекторах ослабление свыше 30 - 40 дБ реализуется лишь при сравнительно больших отстройках, будем считать, что в полосе пропускания преселектора, определяемой по уровню -30 дБ, с вероятностью единица присутствует мощный мешающий сигнал, тогда
Таким образом, полученные выражения (3.33), (3.39) и (3.40) позволяют аналитически оценить помехоустойчивость РПУ, когда па его вход воздействует мощный мешающий сигнал, энергетически преобладающий над другими сигналами. Предложенные в разделах 3.1 и 3.2 методы анализа помехоустойчивости РПУ позволяют аналитически оценить эффективность применения различных методов АРЧ применительно к двум противоположным ситуациям: когда на вход РПУ воздействует достаточно большое число статистически независимых мешающих сигналов, среди которых отсутствуют сигналы, доминирующие по уровню, и когда на вход РПУ воздействует мощный мешающий сигнал энергетически значительно преобладающий над другими сигналами.
Обычно при анализе нелинейных искажений в ГТП реальные узкополосные мешающие сигналы заменяют эквивалентными по мощности синусоидальными сигналами [13, 17, 18, 57, 85, 105, 106, 111, 126, 129, 132]. Такое представление мешающих сигналов позволяет значительно упростить анализ, однако оно плохо описывает реально существующие узкополосные сигналы [72]. При статистическом анализе такое их представление приемлемо лишь в частном случае, когда заведомо известно, что в полосу пропускания ФОС попадает большая часть мощности комбинационной помехи. В общем случае, когда полоса пропускания ФОС соизмерима с шириной энергетических спектров мешающих сигналов и, учитывая, что спектр комбинационной помехи расширяется по сравнению со спектрами образующих ее сигналов, в полосу пропускания ФОС попадет лишь часть мощности комбинационной помехи.
При этом также расширяется частотный диапазон воздействия комбинационной помехи, т.е. полоса частот, попадая в которую комбинационные помехи приводят к ухудшению отношения сигнал/помеха на выходе ГТП. Причем, так как реальные ФОС имеют конечное затухание в полосе задерживания, то диапазон частот будет зависеть от уровней внеполосных мешающих сигналов.
Рассмотрим РПУ функционирующее в условиях специализированного радиоприемного центра. При широкополосном преселекторе на НЭ воздействует достаточно большое число статистически независимых мешающих сигналов. Считая, что отдельные доминирующие сигналы отсутствуют, результирующий групповой сигнал можно считать нормальным широкополосным стационарным процессом с нулевым средним значением и неравномерной спектральной характеристикой [128].
Коммутационные помехи при дискретной автоматической регулировке чувствительности радиоприемных устройств
На практике, когда допустимая глубина модуляции ограничена (коэффициент модуляции не должен превышать нескольких процентов), для снижения вероятности ложного срабатывания приходится уменьшать полосу пропускания ФНЧ, увеличивая инерционность АРЧ. Невозможность полностью исключить ложные срабатывания АРЧ с модуляционным обнаружителем нелинейных искажений, наряду с большой инерционностью такой АРЧ, может явиться причиной снижения достоверности приема в отдельных сеансах радиосвязи.
Рассмотрены АРЧ по уровню внешнего воздействия на радиоприемное устройство. Несомненным достоинством таких систем АРЧ является простота аппаратурной реализации, что особенно важно в связи с требованием улучшения габаритно-массовых характеристик РПУ, его технологичности, снижения энергоемкости. Их преимуществом является также возможность практически исключить влияние ложных срабатываний на достоверность приема.
Показано, что для того, чтобы избежать возможного ухудшения качества приема при применении АРЧ по уровню группового сигнала в полосе пропускания преселектора, необходимо свести к минимуму вероятность ее ложных срабатываний. Для этого порог срабатывания такой АРЧ должен на 20 дБ и более превышать динамический диапазон РПУ. Однако увеличение порога срабатывания приводит к снижению вероятности срабатывания АРЧ, особенно в условиях специализированного радиоприемного центра, и, как следствие, к возрастанию вероятности ее ложного отказа и снижению эффективности АРЧ.
Регулируемый элемент системы АРЧ расположен в широкополосной части ГТП и подвержен воздействию группового сигнала, представляющего собой сумму мешающих и полезного сигналов. Поэтому его основные характеристики должны быть таковы, чтобы наличие на входе ГТП регулируемого элемента системы АРЧ не влияло на основные параметры РПУ. Отсюда вытекают жесткие требования, предъявляемые к основным характеристикам регулируемого элемента [78], в частности он должен: - не вносить существенного рассогласования, - иметь низкий уровень собственных шумов, - иметь высокий динамический диапазон, значительно превышающий динамический диапазон РПУ, в противном случае теряется смысл АРЧ, - сохранять свои параметры во всем диапазоне рабочих частот, в различных условиях эксплуатации и во всем диапазоне регулирования, - иметь малую инерционность и высокую надежность.
На современном этапе развития элементной базы и при известных технических решениях эти требования в декаметровом диапазоне длин волн наиболее полно реализуются с помощью резистивного дискретного аттенюатора с переключающимися p-i-n диодами в качестве элементов коммутации. Динамический диапазон по уровню комбинационных помех третьего порядка такого аттенюатора составляет ПО - 120 дБмкВ в нижней части декаметрового диапазона, где он минимален, что на 20 - 30 дБ выше динамического диапазона РПУ. Динамический диапазон по уровню комбинационных помех второго порядка такого аттенюатора значительно
Величина X} оказывает влияние на эффективность АРЧ. Ее минимальное значение Х[=~Ъ дБ соответствует Ь.АТ—дБ, т. е. плавной АРЧ. С увеличением ААТ возрастает величина Xj и, как следствие, снижается эффективность АРЧ.
Оценить снижение эффективности при переходе к дискретной АРЧ можно по соотношению вероятностей улучшения качества приема за счет плавной Рл и дискретной РД АРЧ. Эти вероятности определяются из полученных в предыдущей главе выражений, в которых Х} рассчитывается в соответствии с (4.4) при заданном ААТ.
Зависимости уменьшения эффективности при переходе от плавной к дискретной АРЧ с оценкой уровня нелинейных искажении и АРЧ по уровню группового сигнала, определяемые как %, от шага дискретизации Р*л приведены в приложении Ж, на рисунках Ж.1 и Ж.2. Учитывая технические трудности, возникающие при реализации плавной АРЧ, а также то, что уменьшение шага дискретизации влечет за собой значительное усложнение АРЧ и не всегда технически выполнимо, практически считаем приемлемыми АРЧ с шагом дискретизации 3-4 дБ. Эти данные совпадают с результатами имитационно-аналитического моделирования, описанными во второй главе диссертации.
