Методы выделения одного лучаЗначительное число методов, предлагавшихся для приема сигналов в условиях многолучевого распространения, основано на выделении одного из приходящих лучей. Лишь очень немногие из этих методов нашли применение на практике главным образом из-за аппаратурной сложности. Выделенный луч (первый либо наиболее мощный) обычно также подвержен замираниям, однако эти замирания уже являются общими, а не селективными и не препятствуют ведению передачи с очень большими скоростями. К тому же чаще всего замирания в отдельном луче бывают квазирелеевским при значительной величине регулярной составляющей, вследствие чего верность приема отдельного луча может быть существенно большей, чем при приеме всех интерферирующих лучей. Еще в 30-х годах в США был предложен и осуществлен на нескольких дальних линиях коротковолновой радиосвязи метод, основанный на применении приемной антенны с узкой и автоматически регулируемой диаграммой направленности в вертикальной плоскости (антенна «MUSA»). Поскольку различные лучи приходят к приемной антенне под разными углами относительно горизонта, такая антенна может выделить один из них. Автоматическое устройство слежения позволяет выбирать наиболее «мощный» из приходящих лучей. Таким же образом на линиях связи с ионосферным и тропосферным рассеянием применение остронаправленных передающих и приемных антенн позволяет в значительной степени устранить многолучевость. Много различных методов предлагалось для выделения одного луча по времени его прихода. Наиболее простым по идее является метод использования коротких импульсных сигналов, вся энергия которых сосредоточена в небольшой доле времени Рис. 7.13. Многолучевое распространение при излучении короткого импульса. На входе приемника приходящие лучи создают взаимно неперекрывающиеся импульсы (рис. 7.13, где показаны огибающие радиоимпульсов, излучаемых передатчиком и поступающих на «приемник). Приемник отпирается на время, не намного превышающее Заметим, что такая система сигналов не является простой, так как при разложении импульса длительностью Описанный метод обладает существенными недостатками, вследствие которых он, насколько нам известно, не был осуществлен на практике, по крайней мере в диапазоне коротких волн, где многолучевое распространение проявляется наиболее сильно. Основным препятствием на пути использования этого метода является трудность получения достаточно коротких импульсов с энергией, необходимой для обеспечения нужной верности приема. Однако импульсный характер сигнала вовсе не является обязательным для возможности выделения в приемнике одного из приходящих лучей. Для этого достаточно, чтобы сигналы имели базу Для определенности будем полагать, что сигналы Покажем, как осуществляется выделение одного из приходящих лучей при когерентном приеме широкополосного сигнала. Пусть принимаемый сигнал
(где Рис. 7.14. Когерентный прием широкополосного сигнала. После перемножения и интегрирования на схему сравнения в момент отсчета
В отличие от рассмотренного в гл. 3 случая однолучевого канала в (7.54) присутствуют члены, выражающие результат интегрирования произведения местного сигнала на сигналы Аналогично с тракта второго перемножителя, на который поступает сигнал
Оценим величину поправок, вносимых дополнительными лучами в результаты перемножения и интегрирования, по сравнению с однолучевым каналом. Для этого рассмотрим одни из интегралов, входящих в (7.54):
Представив
Учтем теперь, что база сигнала
где Отсюда следует, что
В частности, для того луча, с которым сигнал местного генератора точно синхронизирован,
где индекс «пр» обозначает принимаемый луч. В общем случае, когда
где При выводе (7.61) было учтено, что косинус является четной функцией, а синус — нечетной. Таким образом, величина
Фигурирующая здесь удвоенная сумма косинусов имеет максимум, равный На рис. 7.15 представлены графики функции Воспользовавшись известной формулой для суммы косинусов, получим, что
Огибающая (7.63) помимо основного максимума при Действительно при и имеет величину (при т. е. значительно меньше основного максимума, равного единице. Остальные максимумы имеют еще меньшую величину. Рис. 7.15. График функции Половину ширины пика при откуда Таким образом, все лучи, опережающие основной луч или запаздывающие относительно него больше чем на На втором перемножителе все лучи создают напряжение, выражаемое первым членом формулы (7.55). Подставляя в нее
При Оценим мощность этой дополнительной помехи. Очевидно, всегда целесообразно выделять наиболее сильный из приходящих лучей. Рассмотрим, однако, худший случай, когда приходят На первый взгляд может показаться, что такая помеха, превышающая в несколько раз мощность сигнала, полностью нарушит прием. Действительно, это так бы и было при сигналах с малой базой. Однако при Если без учета многолучевого распространения принимаемый луч позволяет получить отношение энергии сигнала к спектральной плотности помехи
что эквивалентно энергетическому проигрышу в Дополнительную помеху, возникающую при обработке сигнала в некоторой системе связи, обычно называют системным шумом. Обычно число лучей, соизмеримых по мощности с основным, не превышает трех-четырех. Тогда, если считать допустимым энергетический проигрыш не более чем в 3-4 раза, достаточно обеспечить базу сигнала порядка требуемой величины Для выделения луча при широкополосных сигналах вовсе не обязательно применять когерентный прием. Легко показать, что аналогичный результат может быть получен, например, при квадратурной схеме некогерентного приема, обеспечивающей, как было показано в предыдущих главах, почти такую же верность, как и когерентный прием. При этом облегчаются условия синхронизации местного сигнала с принимаемым лучом. Если при когерентном приеме эта синхронизация должна осуществляться с точностью до небольшой доли периода средней частоты сигнала (что во многих случаях оказывается технически невыполнимым), то при квадратурном приеме эта точность ограничивается только шириной основного пика в (7.63), т. е. должна быть порядка доли величины Возможны также методы некогерентного приема широкополосных сигналов с выделением одного луча, при которых вопросы синхронизации решаются проще. К ним относится вариант оптимального некогерентного приема, основанный на применении линейных фильтров, согласованных с сигналами. Поскольку согласованные фильтры являются линейными, к ним применим принцип суперпозиции и можно рассматривать воздействие каждого из лучей в отдельности. Так как импульсная реакция фильтра, согласованного с сигналом
Произведем замену переменной, обозначив Тогда
что с точностью до постоянного коэффициента совпадает с (7.56), если подставить
где График огибающей этой функции совпадает с кривыми рис. 7.15, если по оси абсцисс вместо Рис. 7.16. Огибающая напряжения на выходе фильтра, согласованного с принимаемым широкополосным сигналом, при многолучевом распространении. Каждый из приходящих лучей создает свой пик в соответствующий момент, и если разность хода между соседними лучами не меньше Энергетические соотношения в схеме с согласованными фильтрами такие же, как и при когерентном приеме, поскольку все приходящие лучи действуют на фильтры, согласованные с другими сигналами, приблизительно как флюктуационная помеха.
|