Глава 4. Разнесенный прием

Разнесенный прием — эффективное средство повышения достоверности и надежности связи в условиях замираний сигнала и наличия аддитивных помех. Если замираний сигнала нет, помехоустойчивость при разнесенном приеме определяется степенью корреляции помехи в отдельных ветвях разнесения. При замираниях сигналов возникают дополнительные возможности повышения

помехоустойчивости за счет слабой корреляции самого сигнала в отдельных ветвях разнесения.

В системах разнесенного приема обеспечивается параллельная передача [4,128] одной и той же информации по нескольким каналам. В радиоканалах различают, по крайней мере, шесть видов разнесения: во времени, по частоте, углу прихода лучей, в пространстве, за счет поляризации и по отдельным лучам при многолучевом распространении.

Разнесение во времени обычно сводится к повторению сигнала. Если время корреляции процесса замирания невелико по сравнению с длительностью элемента сигнала, то такое разнесение эффективно. Однако это условие во многих каналах с достаточно медленными замираниями не выполняется.

Разнесение по частоте основано на селективном по частоте характере замираний. Один и тот же сигнал излучается при этом на разных частотах одним или несколькими передатчиками. Первый вариант проще в реализации и сводится по существу к многоканальной передаче с частотным разделением каналов, при втором варианте можно более выгодно использовать мощность передатчиков.

При разнесении по углам (применяется в высокочастотных диапазонах связи) антенной с соответствующей диаграммой направленности селектируются сигналы, приходящие в точку приема под различными углами [92]. При слабой корреляции между сигналами такая система весьма эффективна.

Возможности непрерывной ПВ обработки поля (разнесение по пространству) антеннами с непрерывным раскрывом для повышения помехоустойчивости связи были рассмотрены в предыдущих главах. Здесь будет анализироваться лишь дискретная по пространству обработка поля, преимущественно применяемая на практике. В этом случае сигнал одновременно принимается на две или более антенны и используется то обстоятельство, что замирания одного и того же сигнала в различных антеннах при определенном их удалении друг от друга не совпадают во времени.

При поляризационном разнесении обычно работают независимые приемные антенны, расположенные в одном месте, но выделяющие и обрабатывающие отдельные, различно поляризованные, компоненты сигнала. Системы связи с поляризационным разнесением применяются там, где нельзя разместить несколько антенн. Очень часто сигналы в антеннах, обрабатывающих различные поляризационные компоненты, оказываются слабо коррелированными, и в этом случае описанный способ разнесения так же эффективен, как и разнесение в пространстве [31, 41, 99, 106, 128, 157]. В дальнейшем прием на антенны, разнесенные в пространстве или принимающие различно поляризованные компоненты сигнала или же принимающие сигналы, приходящие с различных

направлений, будем называть приемом на разнесенные антенны. По существу прием на разнесенные антенны реализует разнесение по отдельным лучам в многолучевом канале, однако последний случай рассматривается как самостоятельный вид разнесения, поскольку в практике радиосвязи вполне возможен прием многолучевого сигнала одной антенной.

В данной главе будет рассмотрена общая теория разнесенного приема сигналов на фоне произвольного гауссовского аддитивного шума с нулевым средним значением, приемлемая для любых видов разнесения, когда можно считать, что в каждой отдельной ветви разнесения сигнал является однолучевым. Для простоты рассуждений будем считать, что в ветвях разнесения осуществляется чисто временная обработка. Развиваемая общая теория разнесенного приема позволяет при разнесении по пространству учитывать пространственные характеристики сигнала и помех (см. § 4.5 и 4.6).

Кроме перечисленных выше могут применяться и смешанные виды разнесения. Отметим, что из различных видов разнесенного приема только прием на разнесенные антенны, а также по отдельным лучам не влечет за собой потери в отдельной ветви разнесения (канале разнесения) в энергии сигнала или скорости передачи информации по сравнению с одиночным приемом (прием по одной ветви разнесения). Для сравнения помехоустойчивости различных видов разнесенного приема между собой и с одиночным приемом при одинаковой средней или пиковой мощности передатчика и скорости передачи следует учесть эту потерю мощности.

В основном будем сравнивать системы разнесенного приема с активной паузой во всех ветвях разнесения. Обозначим среднее отношение энергии сигнала к эквивалентной спектральной плотности помехи, которое имелось бы при том же передающем устройстве и одиночном приеме. Действительное же значение среднего отношения энергии сигнала к эквивалентной спектральной плотности помехи в отдельной ветви разнесения на приеме зависит от вида и числа ветвей разнесения В общем случае можно считать [128]

где коэффициент эффективности использования мощности передатчика при разнесении.

При приеме на разнесенные антенны, а также при разнесении по отдельным лучам при любых имеем При временном разнесении так как здесь при неизменных скоростях передачи и мощности передатчика длительность элемента

уменьшается в раз и Такое же значение принимает и при частотном разнесении, если для каждой ветви используется свой передатчик. Если же все частоты излучаются одним передатчиком: то его мощность используется хуже и в этом случае в зависимо от линейности режима передатчика и его запаса по пиковой мощности

При исследовании разнесенного приема в каналах с замираниями будем часто рассматривать случай, когда сигналы в отдельных ветвях разнесения некоррелированы. Такое условие нередко имеет место на практике или же, как правило, определяет нижнюю границу вероятности ошибки при некогерентном приеме [4]. Кроме того, практически трудно реализовать оптимальную схему приема, учитывающую действительную корреляцию сигналов в отдельных ветвях. Для учета влияния коэффициента корреляции сигналов в ветвях будет также анализироваться противоположный случай, когда сигналы в отдельных ветвях жестко связаны.