Тема «общая характеристика каналов радиосвязи»

1. Основные особенности и свойства канала радиосвязи

Отличие каналов радиосвязи от каналов электропроводной связи заключается, в основной, в использований в качестве сре­ды распространения радиоволн земной атмосферы и космоса. Это отличие обуславливает следующие свойства каналов радиосвязи:

- во-первых, для каналов радиосвязи характерно наличие очень большого затухания, которое может достигать 140…160 дБ. Поэтому уровень сигнала на входе приемника, даже при использовании современных мощных передатчиков и направлен­ных антенн, может оказаться очень небольшим, порядка 10^-10…10^-12 Вт. Чтобы обеспечить надежную работу оконечной приемной аппаратуры, требуется мощность низкочастотного сигнала порядка 1 Вт. Это значит, что коэффициент усиления приемника должен составлять 10¹⁰…10¹² по мощности или 10⁵…10⁶ по напряжению. Поскольку на.входе приемного уст­ройства одновременно с полезным сигналом действуют помехи, нередко имеющие уровень такого же порядка или даже больше, возникает проблема селекции полезного сигнала и помехоустой­чивого приема;

- во-вторых, для каналов радиосвязи характерно непо ­ стоянство затухания сигнала по трассе распространения радио ­ волн и изменение его в широких пределах. Это обусловлено различными причинами, основными из которых являются, непо ­ стоянство параметров среда распространения, многолучевостью отражения сигналов от подстилающей поверхности, от препят­ствий то пути распространения и т.д.;

- в-третьих, среда распространения радиоволн является общей для всех существующих систем радиосвязи, что приводит к появлению взаимных помех при передаче различных сигналов. Даже организованное использование частотного диапазона не может исключить взаимных помех по причине несовершенства радиоаппаратуры, создавшей побочные излучения в области ча­стот, превышающих ту, которую ей отвели. Это создает проблему электромагнитной совместимости (ЭИС) различных систем радио ­ связи;

- в-четвертых, каналы радиосвязи в условиях радиоэлект­ронной борьбы подвержены воздействию преднамеренных помех со стороны противника.

 

Передача сигнала по каналу радиосвязи может сопровождать­ся также искажениями, обусловленными ограниченней его спектра, неравномерностью амплитудно-частотных и нелинейностью фазо­частотных характеристик, неполным согласованием антенно-фидерного тракта с приемным и передавшим устройствами к т.п.

Таким образом, каналы радиосвязи имеют характерные осо­бенности, которые необходимо учитывать как при проектировании, так и при эксплуатации систем радиосвязи.

2. Источники и классификация помех в каналах радиосвязи

В общем случае искажения сигналов при передаче по каналу радиосвязи обусловлены следующими факторами:

- отклонением характеристик технических средств канала от требуемых;

- воздействием помех, существующих в канале связи незави­симо от сигнала. К их числу относятся внутренние шумы, атмосферные, космические, индустриальные и станционные помехи;

- случайными изменениями параметров линий связи - коэф­фициента передачи, времени прохождения сигналов, которые непосредственно связаны с процессом передачи сигналов и про­являются только при их наличии. Причинами их являются много­лучевое распространение радиоволн в коротковолновых линиях связи, турбулентные неоднородности в УКВ наземных и косми­ческих линиях связи и др.

По своему происхождению помехи подразделяется на внутренние и внешние. Источником внутренних помех является тепловое хаотическое движение электронов в лампах, полупроводниковых приборах, электрических цепях и т.д. К внешним помехам относятся атмосферные, космические, индустриальные и станционные.

Атмосферные помехи вызывается грозовыми разрядами в тропосфере, а также электризацией антенн частицами пыли, снега, капель воды. Эти помехи имеют вид апериодических ко­лебаний длительностью 0,1...3 мсек. Уровень помех в точке приема зависит от географической широты (в южных широтах помехи интенсивнее, чем в северных), времени года н суток (летом и ночью помехи сильнее, чем зимой и дней), солнечной активности и убывает с ростом частоты.

Космические помехи создаются радиоизлучениями Галактик, Солнца и других внеземных объектов. Влияние этих помех в большой степени сказывается в диапазоне УКВ до ионосферных гегагерц, после чего их интенсивность резко убывает.

Индустриальные помехи создаются различного рода электро­установками, генераторами, линиями электропередач, системами зажигания двигателей и т.д.

Станционные помехи обусловлены плохой фильтрацией гар­моник сигнала, нарушением распределения рабочих частот, нелинейными процессами в аппаратуре, ведущими к перекрест­ным искажениям и т.д.

Большое разнообразие источников помех приводит к тому, что их структура и вероятностные характеристики сильно отличаются. Однако все помехи в каналах связи по характеру спектра можно разделить, на: флуктуационные, сосредоточенные и импульсные,

Флуктуационная помеха обладает равномерным энергетичес­ким спектром, ширина которого на входе приемника значительно превышает спектр сигнала. Плотность вероятности флуктуационной помехи подчиняется нормальному закону. Эта помеха имеет место во всех реальных каналах связи. Наиболее характерным примером флуктуационной помехи являются внутренние шумы приемника. Космические шумы и некоторые вида атмосферных и индустриальных помех также относятся к классу флуктуационных помех.

Сосредоточенная помеха имеет ширину спектра, не превышающую ширину спектра сигнала. К сосредоточенным помехам относятся сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты различного назначения и т.п.

В общем случае сосредоточенные помехи представляют собой модулированные колебания, т.е. квазигармонические колеба­ния с изменяющимися параметрами. Этот вид помех особенно сильно проявляется в КВ каналах радиосвязи.

Импульсная помеха представляет собой регулярные или случайные последовательности импульсов большой скважности. Длительность таких импульсов меньше длительности элементарно­го сигнала. К импульсным помехам относятся многие атмосфер­ные и индустриальные помехи.

Рассмотренные виды помех, действующих в линиях связи, скла­дываются с сигналом и поэтому называются аддитивными помеха­ми. На входе приемного устройства в этом случае действует сумма сигнала и помехи

,

где - передаваемый сигнал;

- аддитивная помеха.

Помехи, обусловленные флуктуацией параметров линии связи - коэффициента передачи и времени запаздывания - непосредственно связаны с прохождением сигналов в канале радиосвязи. Эти помехи перемножаются с сигналами и поэтому называются мультипликативными.

Флуктуации коэффициента передачи обусловлены изменением параметров среды распространения радиоволн (электронной кон­центрации, высоты и толщины слоев тропосферы и т.п.).

Отражения радиоволн от различных слоев ионосферы или объемов тропосферы, а также многократные отражения порождают явления многолучевости.

Многолучевость распространения радиоволн и случайные изменения времени запаздывания отдельных лучей приводят к интерференции в точке приема.

С учетом мультипликативных помех выражение для наблюде­ния на входе приемного устройства будет иметь вид

 

,

 

где - коэффициент передача канала радиосвязи;

- передаваемый сигнал;

- время запаздывания луча;

K - число лучей;

- аддитивная помеха.

Канал связи, параметры которого и не из­меняются во времени, называется каналом с постоянными параметрами. На практике таких каналов крайне мало. К ним отно­сятся каналы УКВ радиосвязи прямой видимости и каналы элект­ропроводной связи. Во всех других каналах параметры и меняются случайным образом во времени. Такие каналы называются каналами с переменными параметрами.

Случайный характер изменения параметров и вызывает замирания сигналов, проявляющиеся в виде флуктуаций огибающей и фазы суммарного сигнала на входе приемника.

В зависимости от физических причин, вызывающих замира­ния сигналов, различают частотные, интерференционные и по­ляризационные замирания.

Частотные замирания обусловлены изменениями коэффици­ента поглощения среды.

Интерференционные замирания вызываются взаимодействием сигналов, приведших в точку приема по нескольким путям.

Поляризационные замирания обусловлены вращением плоско­сти поляризации волны в точке приема под влиянием магнитного поля Земли,

В зависимости от ширины спектра сигнала и свойств сре­ды распространения радиоволн, различают гладкие и селектив­ные замирания.

При гладких замираниях соотношения между амплитудами, и фазами частотных составляющих сигнала изменяются независимо друг от друга. Такие замирания наблюдаются у более широкопо­лосных сигналов, например у телефонных и фототелеграфных. Се­лективные замирания обусловлены зависимостью параметров ионосферы от частоты, а также многолучевостью распростране­ний радиоволн.

В случае, когда взаимное запаздывание лучей в точке приема соизмеримо с длительностью элементарного сигнала явление многолучевости вызывает не только замирания сигна­ла, но и наложение соседних элементарных сигналов друг на друга, т.е. межсимвольную интерференцию.

В зависимости от скорости изменения параметров среды различают медленные и быстрые замирания.

Медленные замирания сигналов, вызываемые суточными сезонными изменениями ионосферы и тропосферы, сильно коррелированы по частоте и в пространстве. Поэтому они наблю­даются практически во всем диапазоне частот ив точках приема, удаленных друг от друга на расстояние сотен длин волн.

Быстрые замирания обусловлены, в основном, многолучевым распространением радиоволн. При быстрых замираниях фазы одноименных составляющих смежных во времени сигналов коррелированы между собой по частоте и в пространстве сла­бо, что позволяет применять для борьбы с быстрыми замира­ниями пространственно и частотно разнесенный прием, дублирование, накопление сигналов и т.д.

Представителями каналов с переменными параметрами является коротковолновые канала радиосвязи, а также УКВ канала тропосферной радиосвязи.

Частота повторения замираний лежит в пределах от 0,1 до 10 Гц. Причем в УКВ диапазоне частота замираний выше, чем в коротковолновом. Глубина замираний сигналов может достигать 50 дБ.

Плотность вероятности огибающей амплитуды сигнала на входе приемного устройства в каналах с замираниями подчи­няется закону Релея

,

где – огибающая амплитуда сигнала;

– дисперсия сигнала.

Фаза сигнала в таком канале подчиняется равномерному закону в интервале от 0 до 2

.

При наличии в сигнале регулярной составлявшей плотность вероятности огибающей подчиняется обобщенному закону Релея

 

,

 

где - амплитуда регулярной составлявшей сигнале;

– функция Бесселя нулевого порядка.

Такой канал называется каналом с обобщенными замираниями.

Если мощность регулярной составляющей более чем в 2…3 раза превышает мощность флуктурующей составляющей, что соответствует слабым замираниям, обобщенный закон Релея переходит в нормальный

 

.

 

Поэтому слабые замирания называются гeусcовскими.

 

 

Лекция 5

(дополнительная)