24.2.2. Разнесенный прием

Выше было показано, что одной из особенностей работы сверхвысокочастотных радиолиний связи на больших расстояниях является наличие случайного, переменного во времени ослабления сигнала, известного под названием фединга. Обычно сигнал приходится рассматривать в виде суммы большого количества составляющих, имеющих одну и ту же частоту, но случайную фазу. Закон распределения силы сигнала в течение периода фединга можно считать релеевским, согласно которому вероятность того, что интервал времени, в течение которого амплитуда сигнала будет меньше или равна некоторой величине х, определяется выражением

где второй момент распределения (дисперсия).

Этот закон распределения представлен кривой на рис. 24.2, а с индексом «неразнесенный». Коэффициент усиления высококачественной системы связи, уровень принимаемого сигнала в которой в течение более 99% времени должен превышать минимум,

необходимый для удовлетворительного приема, нужно брать на 20 дб выше того, который требуется для компенсации среднего значения затухания при распространении в среде. Справедливость вышеуказанного закона распределения при фединге была подтверждена экспериментально [133, 277].

Беверэдж и Петерсон [22] показали, что ухудшение связи, вызванное явлением фединга, можно уменьшить за счет применения разнесенного приема.

Рис. 24. 2. Системы связи с разнесенными в пространстве антеннами: а — кривые, показывающие преимущества разнесенного приема при федннге с релеевским распределением; б - система комбинирования сигналов при разнесенных антеннах. (См. [172].)

При сдвоенном приеме два приемных канала располагаются таким образом, чтобы ослабление сигнала не наблюдалось одновременно на выходе обоих каналов. В процессе приема автоматически выбирается тот канал, уровень сигнала в котором выше; этот канал и используется для связи. Для N некоррелированных уровней сигнала интервал времени, в течение которого все N сигналов оказываются по величине меньше х, определяется выражением

где число разнесенных пунктов. Выигрыш, получаемый за счет разнесенного приема, графически представлен на рис. 24.2, а для сдвоенного и строенного приема.

Путем надлежащей комбинации [43, 135, 161, 247] сигналов, принятых в системе по разным разнесенным каналам, можно получить более высокое выходное отношение сигнал/шум по сравнению с одноканальным приемом. Указанный выигрыш можно получить в силу того, что шумовые составляющие имеют случайный характер и складываются по среднеквадратичному закону, а сигналы складываются линейно. Как показано на рис. 24.2, а, выигрыш в

отношении сигнал/шум достигает 3 дб при сдвоенном приеме и 4,8 дб при строенном.

На рис. 24.2, б представлена блок-схема системы комбинации сигналов при разнесенном приеме. Значения мгновенных амплитуд сигналов, из которых комбинируется выходное напряжение системы с разнесенным приемом, в общем случае не будут независимыми; их взаимосвязь определяется коэффициентом корреляции где Если амплитуды сигналов в разных каналах меняются в одинаковом направлении, а если то говорят, что они независимы. Если то при увеличении амплитуды одного сигнала амплитуда другого сигнала уменьшается. Для получения максимального выигрыша, обусловленного использованием разнесенного приема, замирание в одном канале должно всегда сопровождаться наличием большого по амплитуде сигнала в другом канале, чему соответствует величина коэффициента корреляции равная —1. В реальных условиях чаще всего фединг носит частично случайный характер, в силу чего значение находится где-то в пределах между нулем и

При разработке системы связи, основанной на использовании разнесенного приема, можно исследовать различные параметры, например, поляризацию радиоволн, частоту колебаний, геометрию пути распространения волн и время [114, 172, 182]. В некоторых случаях имеется существенная корреляция между интенсивностями вертикально и горизонтально поляризованных сигналов, но разнесение по плоскостям поляризации не часто используется в сверхвысокочастотных линиях связи. При использовании разнесения по частоте появляется необходимость расширения полосы частот, приходящейся на один канал связи [280]. Результаты измерений [138] показывают, что в двух высокочастотных линиях связи, проходящих по одному пути, с углублением федингов возрастает их корреляция; во избежание этого каналы должны быть разнесены по частоте. Например, в диапазоне при наличии замирания сигнала в пределах 10 дб требуемое разнесение частот для устранения корреляции между замираниями сигнала в разных каналах равно 40 Мгц, а при фединге глубиной 20 дб оно составляет 160 Мгц.

В случае связи с разнесением в пространстве используются антенны, надлежащим образом разнесенные друг относительно друга, что приводит к наличию двух или большего числа геометрически различных путей распространения радиоволн [74]. Расстояние между антеннами должно быть достаточно большим для устранения корреляции между федингом сигнала в различных каналах. Например, наличие помех, обусловленных отражением от морской поверхности и приходящих с двух «аправлений, приводит к появлению приблизительно синусоидальных изменений интенсивности поля по высоте, образующих вертикальные интерференционные полосы помех [137].

Бэйтман [17] предложил дополнительную систему разнесения, при которой две антенны располагаются друг над другом

с интервалом, равным половине расстояния между полосами интерференционных помех. В результате этого наличие сигнала нулевой интенсивности на выходе одной антенны сопровождается появлением мощного сигнала на выходе другой, что соответствует коэффициенту корреляции, равному - 1. В случаях появления отражений, идущих с определенного направления от таких объектов, как, например, холмы, обе антенны, работающие на один приемник, можно сфазировать так, что их суммарная диаграмма направленности будет направлена нулем на источник помех. Такой метод подбора разнесения по углу прихода сигнала помехи использовался при конструировании многоэлементной следящей антенны [96].

В системах, работающих по принципу разнесения во времени, осуществляется повторная передача одного и того же сообщения через небольшие интервалы времени, после чего производится сравнение принятых сообщений друг с другом. Одним из последних вариантов является использование прерывистой связи. Было обнаружено, что информацию можно передавать быстрее и точнее, если время передачи ограничить интервалами времени, в течение которых условия распространения оказываются благоприятными. Время, необходимое для передачи полного сообщения по такому способу, оказывается не больше требуемого при непрерывной работе. Метод прерывистой связи оказывается особенно полезным в случае обеспечения ее автоматическими средствами. В состав командной линии связи между приемником и передатчиком должна быть включена аппаратура для хранения сообщений в памяти на передающем конце и в случае, когда сообщение передается непрерывно, требуется аппаратура для хранения принятой информации на приемном конце.

Количественные характеристики такой прерывистой связи были найдены Монтгомери [189]. При анализе предполагалось, что помеха имеет вид нормального шума с ограниченной полосой и что максимальная частота фединга меньше наивысшей частоты спектра сигнала. При любом виде модуляции сигнала существует некоторая вероятность того, что элемент принятого сообщения не совпадает с переданным с требуемой точностью, где отношение энергии сигнала за интервал времени приема данного элемента сообщения к средней мощности шума. Если можно определить флюктуации амплитуды сигнала, то для данного отношения сигнал/шум существует некоторая относительная вероятность где представляет собой вероятность того, что заключено в интервале когда полоса пропускания системы равна При известных величинах данных вероятностей средняя вероятность того, что элемент сообщения не будет приниматься с требуемой степенью точности, равна

где пределы изменения величины

Реальная система прерывистой связи представляет собой такую систему связи, при которой передача сообщения осуществляется каждый раз, когда величина превышает ранее установленный порог так что

В силу того, что активная скорость передачи, выраженная в элементах сообщения в секунду, приблизительно равна выраженной в герцах, средняя скорость передачи сообщения равна

Соблюдение вышеуказанных условий при прерывистой работе позволяет получить некоторый выигрыш, величина которого была оценена для случаев как частотной, так и фазовой модуляции, применительно к передаче сообщений, состоящих из последовательности двоичных символов. При анализе рассматривался практически важный случай, когда фединг носит релеевский характер. Было найдено, что теоретический выигрыш в 40 и 25 дб получается при значениях равных соответственно и .