Влияние особенностей каналов передачи на выбор методов обработки сигналов

Лекция 23. Влияние особенностей каналов передачи на выбор методов обработки сигналов

Выбор методов обработки сигналов и особенности их осуществления напрямую зависят от свойств и характеристик каналов передачи.

Общая тенденция роста объёма радиоаппаратуры является причиной перегруженности эфира. Большое число одновременно работающих передатчиков и других источников излучения вызывает появление взаимных помех, мешающих организации качественной связи. Интенсивными источниками помех также выступают различные индустриальные установки (промышленные, транспортные и др.). При этом вред от радиоизлучения соответствующего оборудования возрастает в связи с общей и постоянной интенсификацией информационных потоков.  

Поскольку нет причин полагать, что в дальнейшем вредные тенденции ослабнут, а более вероятно их усиление, то решение подобной проблемы производится по нескольким направлениям. 

Организационное направление, связанное с оптимизацией частотно-временного ресурса и территориального размещения предполагает увязывать частотные диапазоны и расписание работы совместно функционирующих средств. Увязывается частотное и территориальное размещение, применяются направленные антенны. Однако очевидно, что имеющиеся возможности здесь достаточно ограничены.

Перспективным направлением в борьбе с помехами является развитие путей формирования и обработки сигналов, методов модуляции и кодирования.    При этом на базе уже функционирующего оборудования, а также в пределах освоенных радиодиапазонов и методов обработки сигналов появляются возможности повысить устойчивость систем к воздействию внешних мешающих сигналов.

Одна из возможностей повышения помехоустойчивости систем связи состоит в использовании избыточности. Во многих системах связи в явной или скрытой форме присутствует значительная избыточность ресурса системы. Это проявляется в том, что по системе связи в принципе может быть передан значительно больший объём информации, чем содержит передаваемое информационное сообщение. 

Отличия распределений внешних помеховых сигналов от гауссова распределения, характерного для тепловых шумов, требует учета двух факторов. Один из них ведет к учету этих особенностей для реализации потенциальной помехоустойчивости при передаче информации. Другой заключается в весьма вероятном появлении значительной априорной неопределенности в параметрах помеховой обстановки, что требует изменения методов формирования и обработки сигналов систем связи для работы в условиях одновременного мешающего воздействия внешних помех различной структуры и тепловых шумов.

Рассмотрим некоторые факторы, определяющие выбор методов обработки сигналов, в частности особенности каналов распространения и виды сигналов, используемых для связи.

Особенности определяются моделями каналов, под которыми понимается совокупность факторов, определяющих отличия принимаемого информационного сигнала от переданного. Отличия обусловлены как физической средой между пунктами передачи и приема, так и блоками приемно-передающей системы, вносящими в сигнал различного рода искажения.

Основным фактором аппаратурного происхождения, вносящим искажения, чаще всего выступает тепловой шум входных цепей – аддитивный белый гауссов шум (АБГШ). Он  возникает в основном во входных цепях приемников, имеет гауссово распределение с нулевым средним и равномерную в полосе частот сигнала спектральную плотность.

В случае обработки сигналов, полученных в результате разнесенного приема, вся совокупность входных сигналов будет содержать компоненты АБГШ, причем считается, что они взаимно независимы для любых способов разнесения. Однако в разных ветвях разнесения мощность шума может быть различной.

Для описания компонентов АБГШ используем вектор столбец, где его элементами являются шумовые процессы n₁(t),…,n_N(t)

где N – кратность разнесения.

Тогда корреляционная матрица АБГШ

, будет диагональной. (Значки “Т” и общая “черта” обозначают, соответственно операции транспонирования и усреднения по необходимому интервалу времени). Ненулевые диагональные элементы матрицы в общем случае не равны между собой и определяют мощности АБГШ в разнесенных приемниках.

Несмотря на то, что в эксплуатации находятся как системы с большими информационными потоками (ионосферные, тропосферные и спутниковые системы), так и с малыми (индивидуальная мобильная связь), существуют общие факторы, влияющие на качество связи во всех таких системах.

Как известно, кроме прямого распространения радиоволн в физических средах могут действовать другие механизмы передачи энергии: отражение (при взаимодействии электромагнитной волны с гладкой поверхностью с размером много больше длины волны); дифракция (при затенении пути распространения массивной преградой, много большей длины волны и вызывающей появление вторичных волн) и рассеяние (при отражении волн от неровной поверхности или от множественных препятствий, размеры которых соизмеримы или меньше длины волны). Все три механизма вызваны неоднородностями трассы распространения волны и обуславливают особенности свойств среды.

Неоднородности имеют как природное происхождение (ионосферные и тропосферные слои, отражающая поверхность земли), так и искусственное (здания, сооружения и другие  постройки). Однако, несмотря на разнородность причин, они порождают сходные последствия – попадание электромагнитной волны от передатчика к приемнику одновременно по различным путям распространения. В связи с этим каналы многолучевой связи, используемые различными телекоммуникационными системами, имеют во многом схожие свойства.