Глава 7. Каналы с параметрами, зависящими от частоты и с быстрыми замираниями

7.1. Общее описание линейного канала связи

В предыдущих главах рассматривались условия передачи сигналов в каналах, параметры которых не зависят от частоты. Для всех этих каналов, как мы видели, помехоустойчивость не зависит от тонкой структуры сигналов, в частности от их базы  и других спектральных характеристик, а определяется только энергией сигналов и попарными «скалярными произведениями» сигналов. Так, например, для всех ортогональных (в усиленном смысле) систем с активной паузой вероятности ошибок одинаковы, если одинаковы основание кода и энергия элемента сигнала. В частности, в рассмотренных каналах можно сколь угодно увеличивать скорость передачи информации при заданной вероятности ошибки, уменьшая длительность элемента и увеличивая пропорционально мощность сигнала, так как при этом сохраняется отношение энергии элемента сигнала к спектральной плотности шума.

В этой и последующих главах будут рассмотрены каналы, в которых аддитивные помехи или искажения зависят от частоты. В таких каналах условия приема зависят не только от общих энергетических характеристик сигнала, но и от его спектра.

Канал с селективными замираниями, как уже было отмечено в гл. 5, характеризуется приходом сигнала к приемному устройству по нескольким путям с разностями хода , соизмеримыми с величиной  или превышающими ее, где — условная полоса частот, занимаемая сигналом. Если к тому же  соизмеримы с длительностью элемента сигнала , то многолучевое распространение вызывает не только селективные замирания, но и наложение соседних элементов сигнала друг на друга (явление эхо).

Если база системы  не превышает нескольких единиц, то величины  и  оказываются одного порядка. Поэтому при таких сигналах величины  соизмеримы с  только тогда, когда они близки к , и явление селективных замираний всегда наблюдается совместно с явлением эхо. При большой базе  возможны случаи, когда  соизмеримы с , но значительно меньше . В этих случаях имеют место селективные замирания без заметного наложения соседних элементов сигнала.

Интерференция составляющих приходящих лучей и наложение соседних элементов сигнала затрудняют прием. С другой стороны, каждый из приходящих лучей несет информацию о передаваемом сообщении, что, вообще говоря, должно увеличить возможность правильного различения сигналов по сравнению с условиями в однолучевом канале.

До сравнительно недавнего времени селективные замирания и эхо рассматривались только как факторы, затрудняющие связь и снижающие пропускную способность и верность приема. При проектировании систем связи для многолучевых каналов все усилия были направлены на то, чтобы преодолеть влияние приходящих лучей, кроме первого (либо наиболее мощного), и приблизиться к условиям приема в «однолучевом» канале (т. е. канале с общими замираниями). Для этого было предложено немало остроумных идей, многие из которых не потеряли практического значения и в настоящее время. Основные из них будут описаны ниже.

В последние годы (начиная примерно с 1957 г.) подход к многолучевым каналам резко изменился. Вместо того чтобы бороться с многолучевым характером сигнала, оказывается возможным в той или иной степени использовать информацию, переносимую каждым лучом, и обеспечить в многолучевом канале более высокую верность или пропускную способность, чем в однолучевом канале.

Не следует думать, что многолучевое распространение наблюдается только в радиоканалах. Многократные отражения, хотя и менее ярко выраженные, имеют место и в электропроводных каналах, например, вследствие неоднородностей кабеля. По-видимому, они неизбежны и в перспективных волноводных каналах.