Лекции по Разделению каналов по форме в широкополосных СПИ   

2. Многоканальные радиотехнические системы прердачи информации с разделением каналов по форме сигналов

2.1. Разделение по форме сигналов в асинхронных адресных системах

Многоканальные автономные системы передача информации часто называют асинхронными адресными системами связи (ААСС), подчеркивая этим особенности их работы:

- абоненты работают асинхронно;

- связь осуществляется но принципу «каждый с каждым»;

- информация передается с использованием адресных сигналов, которые одновременно являются переносчиками информации и указывают, кому предназначено сообщение.

В ААСС обычно используются одноканальные передатчики, например, для связи с подвижными объектами. Здесь наиболее приемлем асинхронный принцип работы всех абонентов. Кроме того, абоненты системы имеют малый коэффициент активности, определяемый отношением среднего числа активных абонентов (работающих одновременно) к общему числу абонентов:. Число необходимых сигналов, адресов определяется общим числом абонентов K и равно K при использовании противоположных сигналов или при пассивной паузе или 2K при использовании ортогональных сигналов. Основным отличительным свойством ААСС является наличие внутрисистемных помех, обусловленное тем, что на входе приемника кроме полезного сигнала присутствуют сигналы других абонентов. Эти сигналы называются мешаюшими.

Для ААСС важнейшей задачей является оценка уровня внутрисистемных помех, влияния их на требования к используемым сигналам, на достоверность передачи информации, а также оценке эффективности использования полосы частот канала. Далее подробно остановимся на рассмотрении этих задач.

Опенка внутрисистемных помех и их влияния на помехоустойчивость /2/. Предположим, что в системе работают одновременно kа абонентов. Сигналы всех этих абонентов присутствуют на входе приемника; из этих сигналов один будет полезным (на этот сигнал настроен приемник), а остальные (kа-1) сигналов будут мешающими. Предположим далее, что средние мощности сигналов всех абонентов на входе приемника будут одинаковыми и равными средней мощности полезного сигнале Рс. Тогда можно считать, что на входе приемника действует гауссовская помеха, средняя модность которой определяется суммарной мощностью мешающих сигналов:. Если сигналы имеют равномерную спектральную плотность в общей полосе частот, то внутрисистемные помехи будут характеризоваться спектральной плотностью, равной , и для оценки помехоустойчивости можно использовать формулу для средней вероятности ошибка оптимального приема при гауссовском белом шуме (1.7), но параметр h2 надо определять с учетом всех помех, действующих на входе приемника,

, (2.1)

где В – база сигнала.

Если и , т.е. внутрисистемные помехи по уровню превосходят шумы приемника, то и

, (2.2)

где γ=2 для противоположных сигналов, γ=1 для ортогональных сигналов и при пассивной паузе.

Режим работы ААСС с пассивной паузой следует пояснить.

При пассивной паузе каждый абонент излучает сигнал приблизительно с вероятностью 0,5, равной вероятности выдачи источником символа «1» (или «0»). При суммировании сигналов от kа абонентов фактически будут линейно складываться в каждый момент в среднем kа/2 сигналов, т.е. уровень помех будет в два раза меньше, что компенсирует коэффициент γ=1/2 в формуле (1.7) для пассивной паузы. В результате вероятность ошибки при учете только внутрисистемных помех будет одинаковой для пассивной паузы и ортогональных сигналов.

Таким образом, при заданном качестве передачи информации (h2 задано), при учете только внутрисистемных помех база сигнала должна быть в больше числа одновременно работающих абонентов

. (2.3)

Оценим влияние внутренних шумов. Обратимся к формуле (2.1), положив, что . Обозначив через значение параметра h2, обусловленное учетом только внутренних шумов, получим

.

Обычно h2 задано, , тогда для обеспечения заданного качества передачи информации ка абонентами должны быть использованы сигналы с базой

. (2.4)

Это выражение при преобразуется к виду

. (2.5)

Наличие внутренних шумов приемника требует увеличения базы сигналов; относительное увеличение базы определяется только отношением параметров и и при определяется формулой

.

Если увеличение базы сигналов невозможно, то для сохранения качества передачи информации потребуется уменьшение числа одновременно работающих абонентов. Относительное уменьшение числа активных абонентов также определяется отношением к

.

Зависимость между базой сигналов, числом активных абонентов и величиной , при различном качестве передачи сообщений (h2 - разное) представлены на рис.2.1.

Рис.2.1. Зависимость базы сигналов В, числа активных абонентов ка от уровня внутренних шумов при различном качестве передачи

Эффективность использования общей полосы частот. В гл.1 методы объединения характеризовались спектральной ценой, которая определялась как увеличение полосы частот при многоканальной передаче по сравнению с одноканальной. Спектральная цена РКФ минимальна и равна 1, если в одноканальной системе используются широкополосные сигналы с той же базой.

Эффективность использования общей полосы частот канала /2/ характеризуется коэффициентом использования частот, определяемым как

(2.6)

и показывающим, какую часть полосы канала занимает суммарная ширина спектра сообщений всех одновременно работающих абонентов kа.

Этот коэффициент имеет смысл вводить именно для ААСС, когда активность абонентов мала.

Асинхронный принцип связи можно реализовать и при ЧРК. В этом случае принцип работы «каждый с каждым» может быть реализован только при выделении каждому абоненту своего частотного канала, т.е. система должна быть с закрепленными частотами. Но одновременно будут работать небольшое число абонентов kа<<K, каждый абонент занимает полосу частот Fа, называемую абонентской, которая может быть шире ширины спектра сообщения Fa>>Fсооб . Обозначим . Тогда

. (2.7)

Для ЧРК ,

. (2.8)

При РКФ сигналы каждого абонента занимают всю полосу частот канала Fa=F, β=В и с учетом (2.3)

. (2.9)

Эффективность использования общей полосы частот при РКФ будет выше, чем при ЧРК, если , т.е.

или . (2.10)

Сравнивая (2.8) и (2.9), можно получить соотношение для определения базы сигнала, при которой РКФ будет более эффективно использовать общую полосу частот:

.

Параметр β имеет смысл базы одноканального сигнала при ЧРК: .

Тогда можно определить как эквивалентную базу канального сигнала при РКФ. Можно говорить, что РКФ будет эффективнее использовать общую полосу частот по сравнению с ЧРК, если эквивалентная база одноканального сигнала при РКФ будет меньше базы одноканального сигнала при ЧРК:

. (2.11)

Эквивалентная база одноканального сигнала может быть меньше 1, что возможно при малой активности абонентов. Это можно показать, используя значение базы, полученное для заданного уровня внутрисистемных помех и определяемое формулой (2.3):

. (2.12)

При h2 =10, эквивалентная база одноканального сигнала .

При ЧРК база одноканального сигнала : при однополосной модуляции, при амплитудной модуляции , при частотной модуляции . Таким образом, соотношение (2.11) выполняется для практически интересных случаев (h2 =10, ), и РКФ будет эффективнее использовать общую полосу частот, чем ЧРК.

Поясним сказанное на примере многоканальной РТС, обеспечивающей обмен сообщениями между абонентами по принципу «каждый с каждым». Из общего количества 1000 обслуживаемых абонентов одновременно могут работать до 100 абонентов. Пусть абоненты передают двоичные сообщения со скоростью V=100 бит/с, т.е. ширина спектра сообщения равна приблизительно Fсооб=100 Гц.

Оценим коэффициент использования полосы частот для РТС с ЧРК и с РКФ. Пусть в случав ЧРК используется ЧМ и для каждого абонента отводится полоса Fа= 500 Гц. Общая полоса частот системы равна МГц. В среднем одновременно используется только часть полосы, необходимая для передачи сообщений 100 абонентами, т.е. 50 кГц. Коэффициент использования полосы в соответствии с (2.7) равен

.

В случае же РКФ выбор базы сигнала проведем о использованием выражения (2.3): при заданных значениях h2=10 и ка= 100, В=1000.

Полоса частот системы будет в базу В раз больше ширины спектра сообщения, т.е. F=BFсооб=0,1 МГц и

,

т.е. коэффициент использования полосы частот при РКФ в 5 раз больше чем при ЧРК.

Об эффективности использования полосы частот можно судить также по эквивалентной полосе частот, приходящейся на одно сообщение. При РФК в полосе частот F=0,1 МГц размещается 103 абонентов и эквивалентная полоса частот

кГц

в 5 раз меньше, чем полоса частот, отведенная для передачи сообщения одного абонента при ЧРК.

Из этого примера видно, что РКФ требует для передачи информации в системе меньшей полосы частот, и за счет этого имеет место более эффективное использование радиоспектра.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.