- •1 Кодирование сигналов
- •1.1 Основные понятия
- •1.2 Система передачи дискретных сообщений
- •1.3 Сжатие данных
- •1.4 Кодирование словаря
- •1.5 Неравномерное кодирование
- •2 Помехоустойчивое (корректирующее) кодирование
- •2.1Оосновные понятия
- •2.2 Классификация помехоустойчивых кодов
- •2.3 Код с постоянным весом
- •3 Систематические линейные блочные коды (слбк)
- •3.1 Основные понятия
- •3.2 Кодирование информации
- •3.3 Код с четным числом единиц
- •3.4 Коды хэмминга
- •4 Циклические коды
- •4.1 Основные понятия
- •4.2 Кодирование информации
- •4.3 Кодирующие устройства
- •5 Декодирование линейных кодов
- •5.1 Декодирование по максимуму правдоподобия
- •5.2 Мажоритарное декодирование
- •5.3 Декодирование по синдрому
- •6 Непрерывные (рекуррентные) коды
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Цепной код
- •6.3 Сверточные коды (ск)
- •7 Генераторы с внешним возбуждением
- •7.1 Классификация генераторов
- •7.2 Использование гвв для умножения частоты
- •7.3 Метод отсечки
- •7.4 Импульсный метод
- •7.5 Радиоимпульсный метод
- •8.1 Электрическая структурная схема аг
- •8.2 Процесс возбуждения колебаний в аг
- •8.3 Энергетическое равновесие в аг
- •9 Режимы работы и возбуждения аг
- •9.1 Комплексное уравнение аг
- •9.2 Условие баланса амплитуд
- •9.3 Условие баланса фаз
- •9.4 Режим мягкого самовозбуждения аг
- •9.5 Режим жесткого самовозбуждения
- •10 Устойчивость работы аг
- •10.1 Колебательные характеристики
- •10.2 Линии обратной связи
- •10.3 Определение стационарной амплитуды колебаний
- •10.4 Lc автогенератор с автоматическим смещением
- •11 Трехточечные lc-автогенераторы
- •11.1 Обобщенная трехточечная схема
- •11.2 Генератор с автотрансформаторной обратной связью
- •11.3 Автогенератор с емкостной обратной связью
- •12 Стабилизация частоты lc-генераторов
- •12.1 Общие сведения
- •12.2 Причины нестабильности частоты
- •12.3 Методы стабилизации частоты:
- •12.4 Кварцевая стабилизация частоты
- •13.1 Цепочный rc-автогенератор
- •14 Формирование двухполосных ам сигналов
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Однотактные модуляторы
- •14.2 Балансный (двухтактный) модулятор
- •15 Формирование однополосных ам сигналов
- •15.1 Методы формирования ом сигнала
- •16 Формирование чм и фм сигналов
- •16.1 Прямой метод чм
- •16.2 Прямой метод фм
- •16.3 Косвенный метод чм
- •16.4 Косвенный метод фм
- •17 Преобразование частоты
- •17.1 Применение преобразования частоты
- •17.2 Принцип преобразования частоты
- •17.3 Схемное построение преобразователей частоты и их виды
- •17.4 Транзисторный преобразователь частоты
- •18 Формирование импульсно-модулированных сигналов
- •18.1 Амплитудно-импульсная модуляция
- •18.2 Частотно-импульсная модуляция
- •18.3 Широтно-импульсная и фазо-импульсная модуляция
- •19 Формирование манипулированных сигналов
- •19.1 Общие сведения
- •19.2 Формирование офм
- •20 Некогерентное детектирование ам сигналов
- •20.1 Общие сведения
- •20.2 Квадратичный диодный ад
- •21 Синхронное (когерентное) детектирование ам сигналов
- •22 Детектирование чм сигналов
- •22.1 Принцип работы частотных детекторов
- •22.2 Частотно-амплитудные детекторы
- •23 Детектирование фм сигналов
- •23.1 Однотактный диодный фд
- •23.2 Балансный диодный фд
- •24 Детектирование манипулированных сигналов
- •25 Детектирование импульсно-модулированных (им) и декодирование цифровых сигналов
- •25.1 Детектирование им сигналов
- •25.2 Декодирование цифровых сигналов
- •26 Помехоустойчивость приема сигналов
- •26.1 Основные понятия
- •26.2 Количественная мера пу
- •26.3 Группы методов повышения пу систем связи
- •27 Оптимальный прием сигналов
- •27.1 Общие сведения
- •27.2 Некогерентный прием
- •27.3 Неоптимальный прием
26.3 Группы методов повышения пу систем связи
1) Повышение отношения сигнал-помеха на входе приемника. Этого можно добиться увеличением уровня сигнала или уменьшением уровня помех. Увеличение уровня передаваемого сигнала приводит к усложнению проблемы электромагнитной совместимости и взаимному влиянию в многоканальных системах, поэтому уровень передаваемого сигнала ограничивается. Увеличение уровня сигнала на входе приемника достигается уменьшением ослабления на пути его прохождения по направляющим системам, увеличением коэффициента усиления антенн, повышением КПД ввода в волноводы, световоды и др.
Уменьшение уровня помех производится подавлением помех в местах их возникновения и на путях проникновения ко входу приемника (экранирование, заземление, фильтрация и др.), уменьшением до допустимых норм взаимного влияния между цепями многопроводных линий (симметрирование, скрещивание, экранирование и др.), применением малошумящих усилителей и др.
2) Обработка сигналов в приемнике. Ее цель – выделить сигнал и подавить помехи. Наилучшие результаты обеспечивает оптимальная обработка. Однако все оптимальные способы технически сложны и на практике применяются квазиоптимальные.
3) выбор сигналов при заданных свойствах канала. При передаче дискретных сообщений осуществляется переход от ЧМн к ОФМн и многопозиционным сигналам, при передаче дискретных сообщений – от АМ к ОМ или ЧМ. Перспективны цифровые способы передачи непрерывных сигналов (например, ИКМ).
4) Разнесенный прием, при котором одно и то же сообщение передается по различным каналам связи с последующим автовыбором канала с лучшим отношением сигнал-помеха. Применяют разнесение по времени, частоте, фазе, поляризации, в пространстве.
5) Использование обратной связи (ОС). Применяется при передаче дискретных сигналов. В этом случае между источником и потребителем информации имеются как прямой, так и обратный каналы.
Различают системы с информационной (ИОС) и решающей (РОС) ОС.
При ИОС принятое сообщение по обратному каналу передается к источнику, где сравнивается с переданным сообщением. При выявлении ошибок и неточностей все сообщение передается снова.
При РОС ошибки выявляются на приеме (например, с помощью кодов, обнаруживающих ошибки). Далее формируется специальная команда, которая передается по обратному каналу. При получении этой команды источник повторяет передачи только ошибочно принятых символов сообщения.
Недостатками систем с ОС являются усложнение оборудования и увеличение времени передачи.
6) Применение корректирующих кодов. Хорошие коды являются сложными и технически трудно выполнимыми, поэтому используются в высококачественных системах связи (например, спутниковых).
27 Оптимальный прием сигналов
27.1 Общие сведения
Сущность оптимального приема состоит в том, чтобы для выделения переданного сигнала использовать такие преобразования принимаемого колебания на выходе канала передачи, при которых обеспечивается наибольшая помехоустойчивость. Совокупность таких преобразований называют алгоритмом оптимального приема данного сигнала при передаче его по данному каналу.
В цифровых системах связи, как правило, применяется поэлементный прием. Поэлементный (посимвольный) прием – способ приема, при котором решение о переданном сигнале принимается отдельно для каждого сигнала, независимо от принятого ранее.
В теории приема сигналов пользуются различными критериями оптимальности. Критерий оптимальности приема – признак, на основании которого производится оценка обработки принятого сигнала как наилучшая. Его выбор зависит от условий работы.
При передаче дискретных сигналов широко используется критерий идеального наблюдателя (критерий котельникова). Согласно ему тот приемник считается оптимальным, который обеспечивает минимум полной вероятности ошибки. Записывается в виде:
.
Полная вероятность ошибки вычисляется как математическое ожидание вероятности ошибки каждого из первичных сигналов :
,
где - вероятность передачи сигнала ;
- общее число первичных сигналов.
На практике наиболее часто встречается случай передачи двоичных первичных сигналов сигналами, сформированными методами АМн, ЧМн и ФМн, в канале с аддитивным гауссовским шумом.
Аддитивная помеха – помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Гауссовский шум представляет собой стационарный эргодический случайный процесс с гауссовским (нормальным) распределением вероятности.
Таблица 27.1 – Алгоритмы оптимального приема при аддитивном гауссовском шуме.
Вид модуляции |
Алгоритм |
АМн |
|
ЧМн |
|
ФМн |
|
Использованные в таблице обозначения:
- двоичные первичные сигналы, соответствующие символам «1» и «0»;
- модулированные сигналы длительности с различными амплитудами (при АМн), частотами (при ЧМн) или фазами (при ФМн);
- энергия сигнала ;
- принятая сумма сигнала и помехи.
Приведенные алгоритмы можно реализовать двумя способами: на основе корреляторов, на основе согласованных фильтров.
Коррелятор (активный фильтр) – устройство, состоящее из трех блоков: перемножителя, генератора и интегратора - и используемое для вычисления скалярного произведения сигналов . Используется в случае, когда сигналы имеют сложную форму.
Поэтому приведенные на рисунке 27.1 схемы получили название оптимальных корреляционных приемников.
Рисунок 27.1 – Структурные схемы оптимальных когерентных приемников на корреляторах: а – АМн сигналов; б – ЧМн сигналов; в – ФМн сигналов.
Используемые обозначения:
- генераторы опорных сигналов , форма которых повторяет форму обнаруживаемых сигналов;
- перемножитель;
- интегратор;
- решающее устройство.
Схемы приемников сигналов с АМн и ФМн одноканальные (имеют одну ветвь обработки), с ЧМн – двухканальные (имеют две ветви обработки). В РУ результат интегрирования сравнивается с порогом, равным половине энергии сигнала для АМн, и нулевым для ФМн либо результаты интегрирования сравниваются друг с другом для ЧМн. На выходе РУ формируются первичные сигналы в зависимости от знака неравенства.
Для работы генераторов, интеграторов и решающего устройства используются синхронизирующие тактовые импульсы, получаемые от специального устройства. Эти импульсы определяют начало и конец интервала интегрирования и момент вынесения решения о принятом сигнале.
Согласованный фильтр (СФ) – пассивный линейный фильтр с постоянными параметрами и импульсной характеристикой:
,
где - произвольный коэффициент пропорциональности;
- сигнал длительностью , по отношению к которому данный фильтр является согласованным;
- задержка в фильтре или момент отсчета.
Импульсная характеристика – реакция линейного четырехполюсника на воздействие в виде очень короткого прямоугольного импульса с достаточно большой амплитудой.
Импульсная характеристика согласованного с сигналом фильтра совпадает с зеркальным изображением этого сигнала, сдвинутым в положительном направлении по оси времени на длительность .
Рисунок 27.2 – Сигнал и импульсная характеристика согласованного с ним фильтра при .
Форма сигнала на выходе СФ существенно отличается от формы сигнала на входе. Отношение сигнал-помеха на выходе СФ является максимально достижимым для линейных фильтров. СФ обеспечивает максимально возможное мгновенное значение сигнала на выходе в момент отсчета на сигнал, с которым он согласован. Оно численно равно энергии этого сигнала.
Рисунок 27.2 – Форма сигналов на входе и выходе СФ.
СФ в схемах приемников заменяют генераторы, перемножители и интеграторы.
Рисунок 27.3 – Структурные схемы оптимальных когерентных приемников на СФ: а – АМн сигналов; б - ЧМн сигналов; в – ФМн сигналов.