Использование избыточности при некоррелированных мешающих воздействиях

Лекция 28. Использование избыточности при некоррелированных мешающих воздействиях

Системы связи с разнесением – это системы с четко выраженной избыточностью. При этом, если частотное разнесение можно также одновременно трактовать, как частотную избыточность, то пространственное (угловое, поляризационное) разнесение представляет собой выраженный отдельный вид избыточности.

Как известно, разнесение применяется в основном для борьбы с замираниями. Однако при этом проявляются дополнительные свойства, в частности, увеличение после объединения разнесенных сигналов отношения сигнал/шум, и в некоторых случаях возможность подавления внешних помех. На практике вместо оптимального сложения чаще используются квазиоптимальные методы, близкие по помехоустойчивости к оптимальным методам, но проще реализуемые.

Обозначим совокупность мешающих компонент в разнесенных сигналах вектором  у(t) размерности N. Их  взаимно-корреляционная матрица будет диагональной.

Рассмотрим ситуацию, когда полоса рабочих частот меньше радиуса частотной корреляции R_F  канала связи. В этом случае компоненты матрицы R_M можно считать независящими от частоты и пропорциональными общей мощности мешающих помех в каждой ветви разнесения (в отсутствие внешних помех – пропорциональными мощности шума).

Реализация оптимального объединения разнесенных сигналов во втором случае значительно сложнее, поэтому здесь актуальны более простые квазиоптимальные алгоритмы объединения. При узкополосных сигналах полезную составляющую i-той ветви разнесения можно представить в виде S_i (t) = A_i S₀ (t), где S₀(t) – общая информационная часть; A_i – комплексный коэффициент, описывающий амплитудно-фазовые отличия полезного компонента данной ветви.

Если совокупность коэффициентов A_i описать соответствующим вектором, в этом случае оптимальные весовые коэффициенты (ВК)  при додетекторном сложении разнесенных сигналов, обеспечивающие максимум отношения сигнал/помеха равны

где значком «*» обозначена операция комплексного сопряжения, а  i-тый весовой коэффициент равен а_i= A_i*/ σ²_Мi

При практической реализации объединения требуется осуществлять три самостоятельные операции:      

- регулировку коэффициента усиления каждой ветви пропорционально амплитуде полезной составляющей этой ветви (т.е. пропорционально |А_i|);

- регулировку коэффициента усиления каждой ветви обратно пропорционально мощности помехи в данной ветви;

- фазирование всех разнесенных сигналов перед сложением (математически это совершение операции комплексного сопряжения над коэффициентами А_i).

Для осуществления каждой из операций требуются технические средства как для совершения соответствующей регулировки, так и для получения информации о величине требуемой регулировки. Наличие или отсутствие соответствующих возможностей определяет тот или иной вариант квазиоптимального комбинирования.

Собственно регулировка усиления каждого из разнесенных сигналов может осуществляться с помощью усилителей с регулируемым коэффициентом передачи. Непосредственное измерение амплитуды разнесенного сигнала даст погрешность, обусловленную наличием помехи (шума) в данной ветви. Некоторое исправление ситуации возможно путем коррекции измеренного α_i, вычитанием из него части, пропорциональной мощности шума данной ветви. При этом предполагается, что она заранее известна или измерена. Средняя степень уменьшения помехоустойчивости от погрешности, вносимой шумом, зависит от распределения величин А_i.

Для определения величины шума в аппаратуре каналов разнесения можно использовать несколько путей. Один путь заключается в измерении шума в отсутствии сигнала, например, во время известных заранее перерывов в передаче информации. Однако здесь предполагается, что шумовые характеристики остаются постоянными в течение длительного времени. Другой недостаток в том, что при этом не берется во внимание возможное появление мощной внешней помехи в каком-либо канале разнесения.

Другой путь заключается в измерении мощности шума в небольшой полосе, расположенной вне спектра полезного сигнала, но поблизости от него. При этом предполагается, что шум равномерный во всей полосе сигнала и измерение в узком интервале частот сбоку полосы  даст  достаточно точную информацию обо всей мощности шума во всей полосе. Кроме того, необходимо, чтобы полоса тракта была шире полосы сигнала. Могут встретиться затруднения из-за того, что на краях полосы тракта приема его АЧХ имеет спад, что нужно учитывать, пересчитывая результат измерения на всю полосу.