Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Основные положения, выносимые на защиту 14 глава




В таблице обозначено: И - Иркутск;

М - Москва


 

Таблица 5.2.3

Надежность связи в нижней части диапазона рабочих частот

      Местное время в точке приема сигналов (г. Омск)  
Дата Го-род                                                
И 0.73 0.74 0.73 0.73 0.73 0.52 0.37 0.3 0.26 0.25 0.24 0.25 0.26 0.28 0.32 0.4 0.5 0.62 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.72
fмпч М 0.67 0.6 0.6 0.55 0.6 0.65 0.66 0.66 0.59 0.46 0.35 0.26 0.25 0.23 0.24 0.25 0.29 0.33 0.45 0.57 0.66 0.71 0.72 0.7
6.12 И _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _                
1977г М _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _       _      
7.12 И                           _       _   _   _    
1977г М                           _       _       _    
8.12 И         _ _ _ _                                
1977г М         _ _ _ _                       _     _  
9.12 И                                           _ _ _
1977г М             _                             _ _ _
12.12 И _ _ _ _ _ _ _ _ _         _   _ _   _         100
1977г М _ _ _ _ _ _ _ _           _   _ _   _          
13.12 И                           _     _              
1977г М                           _ _ _   _ _ _        
14.12 И       _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
1977г М   _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

 

В таблице обозначено: И - Иркутск;

М - Москва

 


На рис. 5.2.4 приведены кривые интегральных распределений телеграмм по количеству не принятых знаков в случае работы с повторением передачи на каждой из трех частот с автовыбором телеграмм, принятых с наивысшим качеством. Из этого рисунка видно, что автовыбор телеграмм обеспечивает надежность приема порядка 85%, а при соответствующей избыточности в телеграмме потери могут быть сведены до 10 и менее процентов.

Москва-Омск
Иркутск-Омск
Москва-Иркутск
 
 
 
 
% телеграмм, принятых с качеством не хуже заданного  
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % % не принятых знаков в телеграмме  

 

 


 

 

Рисунок 5.2.4. Распределение телеграмм по количеству не принятых

знаков при автовыборе телеграмм с временным и частотным разнесении

 

Важно отметить, что при работе на трех частотах не было случая полного непрохождения сигнала хотя бы на одной из трасс. Это дает основание утверждать, что при частотно-разнесенной передаче информации дополнительные меры повышения надежности связи, такие, как использование каналов обратной связи для переспроса фрагментов сообщений, принятых с низким качеством, пространственная селекция сигналов, пространственно-разнесенный и разнесенный по поляризации прием сигналов, позначное сложение телеграмм, принятых на разных частотах, и т. п., дадут возможность уменьшить относительное число не принятых при одноразовой передаче телеграмм до нескольких процентов. Например, однократная передача сообщения с двух направлений одновременно на 3-х частотах позволяет обеспечить КИД 90%,. Двукратная передача этих сообщений с задержкой на один час позволяет поднять значение КИД до 95%. Разнесение во времени на 12 часов обеспечивает КИД практически равный 100%. Такой же результат может быть достигнут при однократной передаче, но при наличии канала обратной связи и переспросе принимающей стороной фрагментов телеграмм, принятых с неудовлетворительным качеством.


5.3. Результаты исследования надежности передачи сообщений с

использованием имитационных моделей дискретных каналов связи

5.3.1. Моделирование сравнительных испытаний систем связи с АТ и ЧТ сигналами

С целью демонстрации возможностей компьютерного моделирования исследуем зависимость надежности передачи сообщения от мощности передатчика для АТ и ЧТ методов манипуляции в условиях медленных релеевских замираний [17]. Указанный закон замираний требует задания коэффициента взаимной корреляции квадратур первообразующих процессов равным нулю. Проведем вычислительный эксперимент для скорости манипуляции, равной 50 бод. Число знаков в сообщении выберем равным 100. При 7- элементном коде длительность всего сообщения при этом составит 14 с. Время корреляции замираний примем равным 10 с. Спектральную плотность мощности шума на входе демодулятора приемного устройства примем равной 1 (в условных единицах). Вероятность поражения канала связи станционной помехой зададим равной 0,3. С целью обеспечения наиболее тяжелой помеховой обстановки зададим МО уровней станционных помех по отношению к уровню атмосферного шума равным 60 дБ, а их СКО равным 20 дБ. Общее число телеграмм (ТЛГ) в одном цикле испытаний возьмем равным 100.

На рисунке 5.3.1 приведены полученные в результате вычислительного эксперимента кривые зависимости надежности передачи сообщения для АТ (кривая 1) и ЧТ (кривая 2) сигналов. Ось ординат имеет гауссовский, а ось абсцисс - логарифмический масштабы. На оси абсцисс при заданном уровне спектральной плотности мощности атмосферного шума точка 0 дБ соответствует относительному уровню сигнала 500 условных единиц. На этом же рисунке приведены аналогичные кривые для ТЛГ, передаваемых методом амплитудной манипуляции с частотным разнесением и автовыбором ТЛГ (кривая 3), и для автовыбора элементов этих же ТЛГ (кривая 4).


 

 
 
 
 
1 - АТ 2 - ЧТ 3 - АТ (автовыбор ТЛГ) 4 - АТ (автовыбор элементов)  
-21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 Р дБ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КИД %

 

 


Рис. 5.3.1. Результаты моделирования зависимости надежности передачи дискретных сообщения при АТ и ЧТ сигналах от их мощности

 

Кривые 1 и 2 получены с помощью программы “FEDING-2”, а кривые 3 и 4, соответственно, с помощью программ “FEDING-3” и “FEDING-4”.

Анализ полученных результатов показывает, что, как и следовало ожидать, вид манипуляции ЧТ выигрывает у вида манипуляции АТ порядка 3 дБ на всех уровнях значений надежности связи. Автовыбор элементов выигрывает также порядка 3 дБ у сложения разнесенных сигналов АТ методом автовыбора ТЛГ. Интерес представляет сравнение кривых 2 и 4. Кривая 2 соответствует обычному сигналу ЧТ, а кривая 4 - автовыбору элементов при приеме разнесенных по частоте сигналов АТ. Если передавать сообщение с помощью сигналов ЧТ с большой девиацией, то на каждой поднесущей частоте сигналы можно принимать индивидуально как АТ сигналы, что при автовыборе наиболее достоверных элементов как раз и будет соответствовать кривой 4. В этом случае можно получить существенный
энергетический выигрыш. Так, например, на уровне значения надежности приема сообщений 0,5 выигрыш составляет порядка 7 дБ (энергетический выигрыш более чем в 4 раза), а на уровне надежности приема сообщений 0,85 этот выигрыш равен порядка 26 дБ, что соответствует энергетическому выигрышу в 400 раз. Можно считать, что в среднем (на уровне надежности приема сообщений 0,75) энергетический выигрыш будет равен порядка 16 дБ, т. е. в 40 раз по мощности. Нужно иметь в виду, что столь большой энергетический выигрыш получен в случае независимых замираний сигнала и независимых помех в разнесенных каналах. Естественно, что при нарушении этих условий выигрыш соответственно будет меньше. В любом случае не следует пренебрегать возможностью в тех или иных условиях получить тот или иной выигрыш по мощности, а, следовательно, повысить надежность передачи сообщений.

5.3.2. Результаты исследования посредством компьютерного моделирования надежности передачи буквенно-цифровых сообщений ограниченного объема с использованием высокой и низкой скоростей манипуляции.

С целью оценки эффективности компьютерного моделирования с использованием алгоритмов, описанных в первой главе, были проведены вычислительные эксперименты с заданием соответствующих параметров систем связи аналогичных тем, которые имели системы, испытанные в реальных условиях. Математическая модель канала декаметровой связи учитывала быстрые и медленные замирания сигнала, многолучевость, атмосферный шум и помехи от посторонних радиостанций [192, 193].

Для компьютерной модели задавались входные параметры, которые позволяли получать результаты, аналогичные ранее полученным на реальной трассе [193, 316].

На рисунке 5.3.2 приведены результаты компьютерного моделирования и результаты реальных трассовых испытаний (пунктирные линии). Из этих результатов видно, что компьютерное моделирование дает возможность достаточно точно прогнозировать результаты сравнительных трассовых испытаний. При этом в дневных условиях связи точность оценки является еще более высокой (единицы процентов). Ухудшение точности относительной энергетической оценки в ночных
условиях можно объяснить увеличением числа лучей в КВ канале связи в переходные периоды суток, которые по летнему суточному времени в основном были отнесены к ночи. Это предположение находит подтверждение в вычислительном эксперименте, в котором была повышена интенсивность многолучевости.

 
 
 
 
 
День
Ночь
Настройка пара-метров модели по реальным данным ОФТ-500
Моделирование в условиях интен-сивной много-лучевости
Отсутствие много-лучевости и стан-ционных помех
∆Е, дБ
20 30 40 50 60 70 80 КИД

 

 

Рис. 5.3.2. Сравнение результатов оценки энергетического выигрыша медленнодействующей системы ЧТ-20 по отношению к быстродействующей системе ОФТ-500, полученных при компьютерном моделировании, с результатами реальных трассовых испытаний

 

На рисунке 5.3.2 также приведена относительная энергетическая оценка для сравнительно простых условий связи (отсутствие многолучевости и отсутствие станционных помех). Естественно, что в этих условиях энергетический выигрыш медленнодействующей системы был менее существенным, чем в предыдущих случаях, и составлял порядка 30 дБ. 20 дБ выигрыша по мощности при этом можно отнести за счет снижения скорости работы в 100 раз, а остальной выигрыш по мощности обеспечивается избыточностью использованного каскадного кода 2/3 и частотно-временным разнесением элементов сообщения.


5.4. Результаты исследования с использованием имитационно-аналитических моделей трассовых испытаний зависимости надежности передачи сообщений от параметров приемного устройства и помеховой обстановки

На основе аналитической модели безынерционных нелинейных элементов, предложенной автором работы [173, 176, 194-201, 220, 226, 228, 230, 232, 233, 257], была разработана система моделирования “Омь-1” [4, 7, 8, 128] и проведены исследования зависимости надежности передачи сообщений от параметров приемного устройства и помеховой обстановки [6, 59, 92, 129, 147, 196, 197, 120, 123-122]. Коротковолновые радиоприемные устройства работают в условиях случайных помех от посторонних радиостанций и другого рода источников электромагнитных излучений. Эти помехи ограничивают потенциальные возможности повышения надежности связи [37, 75, 148, 261].

Под руководством автора в 1977 г. в ОНИИП были проведены исследования влияния нелинейности преселектора РПУ на надежность связи [147].

Для аналитической модели входной цепи приемника была использована блок- схема, изображенная на рисунке 5.4.1. Предполагалось, что полоса пропускания фильтра предварительной селекции (ФПС) в 100 раз больше полосы пропускания фильтра основной селекции (ФОС), а амплитудно-частотные характеристики фильтров имеют П-образный вид. Нелинейные явления в смесителе (СМ) и шумы гетеродина на первом этапе исследований не учитывались. Аттенюатор (АТТ) имел три ступени регулирования по 10 дБ каждая. Шум усилителя высокой частоты (УВЧ), определяющий чувствительность приемника, принимался равным 0.5 мкВ в полосе ФОС. Для математического представления нелинейной характеристики УВЧ было использовано выражение (2.2.2), которое на интервале допустимых входных напряжений дает возможность учитывать весь комплекс взаимодействий сигнала и помех.


Сигналы посторонних радиостанций ростанций  
Полезный сигнал
Атмосферный шум
Шум УВЧ
Напряжение гетеродина
Выход
S АТТ ФПС S УВЧ СМ ФОС  

 

 


Рис. 5.4.1. Блок-схема модели входных цепей

радиоприемного устройства

 

При моделировании трассовых испытаний телеграмма считалась принятой, если отношение сигнал/помеха на выходе ФОС превышало в среднем значение, равное 10 дБ. В противном случае телеграмма считалась не принятой. Конкретное значение порога превышения сигнала над помехой при сравнительных испытаниях моделей приемных устройств с отличающимися параметрами несущественно сказывается на конечных результатах. При проведении вычислительного эксперимента учитывалась и другая причина потери информации за счет уменьшения общего уровня напряжения на выходе ФОС ниже порога чувствительности выходного решающего устройства, что имеет место при блокировании УТ РПУ мощной помехой. Сравнение нелинейных УТ РПУ производилось с идеальным случаем линейного РПУ, которое обеспечивает на своем выходе отношение сигнал/помеха такое же, как и на входе, так как оно не порождает комбинационных помех и в нем не происходит блокирование сигнала мощными станционными помехами. Идеально линейный тракт обеспечивает потенциально достижимую надежность связи с заданным видом модуляции.

При моделировании условий связи предполагалось, что средние уровни сигнала и помех распределены по логарифмически нормальному закону. Математическое ожидание средних уровней помех задавалось значениями Мп = 50 дБ, а среднеквадратическое отклонение задавалось равным 20 дБ относительно 1 мкВ, что позволило имитировать помехи достаточно большой интенсивности. Считалось, что количество помех, попадающих в полосу пропускания преселектора, распределено
по закону Пуассона с математическим ожиданием 30. Атмосферный шум был взят с относительным уровнем 14 дБ. Учитывались комбинационные составляющие спектра помех вида (2fi - fj) и (fi + fj - fk). Мощность передатчика задавалась тремя значениями с дискретностью 10 дБ. Математическое ожидание уровня принимаемого сигнала для каждой градации мощности передатчика равнялось соответственно Мс1 = 36 дБ, Мс2 = 46 дБ и Мс3 = 56 дБ, а среднеквадратическое отклонение значений уровня сигнала принималось равным 20 дБ.

В заданных условиях имитировалось 100 случайных ситуаций для сеансов связи. Исследовалось четыре модели преселекторов с динамическими диапазонами 64 дБ, 68 дБ, 72 дБ и 82 дБ, которые были определены двухчастотным методом относительно 1 мкВ входного сигнала. Каждая разновидность преселектора испытывалась во всех положениях аттенюатора.

Результаты вычислительного эксперимента приведены на рисунке 5.4.2.

Полученные зависимости показывают, что надежность связи без адаптации по чувствительности сильно зависит от динамического диапазона РПУ. Ухудшение динамического диапазона преселектора РПУ на 1 дБ приводит к энергетическим потерям в среднем порядка 1 дБ.

Наличие устройства адаптации по чувствительности позволяет в значительной степени избавиться от этой зависимости. Так, РПУ с динамическим диапазоном 64 дБ и с адаптацией по чувствительности практически не уступает по надежности связи РПУ с динамическим диапазоном 82 дБ без аттенюатора. При отсутствии адаптации РПУ с динамическим диапазоном 64 дБ проигрывает идеальному РПУ 20 дБ, а при наличии адаптации это же РПУ проигрывает идеальному РПУ всего лишь 4 дБ.

Таким образом, была доказана необходимость оснащения магистральных РПУ, которые работают в тяжелой помеховой обстановке, например, на совмещенных приемно-передающих центрах, устройствами адаптации по чувствительности. В настоящее время все отечественные современные магистральные приемные устройства имеют такого рода адаптацию.


 
 
 
 
 
КИД%
1 - идеальное РПУ; 2 - динамический диапазон РПУ 82 дБ; 3 - динамический диапазон РПУ 72 дБ; 4 - динамический диапазон РПУ 68 дБ; 5 - динамический диапазон РПУ 64 дБ; 6 - динамический диапазон РПУ 64 дБ с автовыбором АТТ.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- 10 0 10 Р дБ  

 


 

 

Рис. 5.4.2. Результаты компьютерного моделирования зависимости надежности передачи сообщений от динамического диапазона РПУ и адаптации по чувствительности с автовыбором положения аттенюатора

 

На следующем этапе исследований изучалось влияние динамического диапазона смесителя частот на надежность приемасообщений [196]. Для этого использовалась модель, блок-схема которой приведена на рисунке 5.4.3.

Методика исследований соответствовала вышеописанной. Все внешние и внутренние исходные данные, за исключением тех, которые влияют на смеситель частот, были оставлены без изменения. Коэффициент усиления УВЧ был принят равным 2. УВЧ считался линейным. Предполагалось, что спектр шума гетеродина занимает полосу частот, равную полосе ФПС, а частоты паразитных дискретных составляющих также находятся только в пределах этой полосы частот. Уровень шума гетеродина варьировался в широких пределах. Уровни паразитных дискретных составляющих полагались распределенными по логарифмически
нормальному закону, а количество их в заданной полосе частот - по закону Пуассона.

Сигналы посторонних радиостанций  
Полезный сигнал  
Атмосферный шум  
Шум УВЧ  
Выход  
Напряжение гетеродина  
Паразитные дискретные составляющие спектра напряжения гетеродина  
Шум гетеродина  
∑  
∑  
ФПС  
∑  
УВЧ  
СМ  
ФОС  

 


Рис. 5.4.3. Блок-схема модели радиоприемного тракта

с нелинейным смесителем частот

 

Для моделирования работы смесителя была выбрана балансная кольцевая схема, широко используемая на практике. Характеристика смесителя аппроксимировалась функцией вида (2.8.5). В предположении ограниченности по полосе спектра помех гетеродина следует, что в полосу пропускания ФОС попадают комбинационные составляющие только четного порядка. Эти комбинационные, как было показано в разделе 2.8, порождаются четной частью нелинейной характеристики и появляются даже при полной симметрии характеристики. Поэтому проводились исследования смесителя с симметричной характеристикой. Напряжение гетеродина задавалось равным половине от максимально допустимого при данном виде аппроксимации. Уровень шумов гетеродина задавался постоянным во всей полосе частот и менялся в соответствии со следующими значениями отношения сигнал/шум в полосе пропускания ФОС: 54, 64, 74 и ¥ дБ. Среднее количество паразитных дискретных составляющих гетеродина принималось равным 3, математическое ожидание их уровней бралось равным 30 дБ, а среднеквадратическое отклонение 3 дБ.

Моделировались смесители с динамическими диапазонами 66, 70, 74 и 84 дБ, определенными относительно 1 мкВ.


На рис. 5.4.4 приведены полученные в результате вычислительного эксперимента кривые надежности связи в предположении отсутствия помех в напряжении гетеродина.

 
 
 
 
КИД%
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- 10 0 10 Р дБ
1 - идеальный смеситель; 2 - динамический диапазон смесителя 84 дБ; 3 - динамический диапазон смесителя 74 дБ; 4 - динамический диапазон смесителя 70 дБ; 5 - динамический диапазон смесителя 66 дБ.    

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...