Читать в оригинале

<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>


1.1.2. Метод псевдослучайной перестройки рабочей частоты

Интенсивное развитие метода ППРЧ и его применение в военных целях началось с 1941 г., когда австрийская киноактриса, эмигрировавшая в США, X. Ламар и американский композитор Д. Анталь подали патент на устройство помехоустойчивого радиоуправления противокорабельной торпедой. В предлагаемом устройстве коррекция движения торпеды осуществлялась с самолета путем передачи сигналов с ППРЧ и запоминания опорного сигнала. Синхронизация передаваемых и принимаемых частот достигалась двумя барабанами, один из которых размешался на торпеде, а второй – на самолете, на которые наматывалась бумажная лента с одинаковыми зашифрованными кодом прорезями [17].

При методе ППРЧ расширение спектра обеспечивается путем скачкообразного изменения несущей частоты в выделенном для работы СРС диапазоне . Под скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройку одной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов. Сигналы с ППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне . Число перестраиваемых частот и порядок их чередования определяются псевдослучайными кодами.

Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне СРС обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Для постановщика помех закон перестройки несущей частоты в СРС с ППРЧ неизвестен, что исключает возможность создания эффективных способов подавления. Фундаментальный принцип псевдослучайности сигналов препятствует системе РЭП добиваться эффективного воздействия на СРС с ППРЧ организованных помех и вынуждает систему РЭП с ограниченной мощностью передатчика распределять соответствующим образом спектральную плотность мощности помехи по частотному диапазону СРС.

Перестройка несущей частоты (скачок) может происходить в такой полосе частот, которая включает в себя несколько частотных каналов. Каждый канал можно рассматривать как спектральную область с центральной частотой, значение которой является одной из возможных несущих частот в выделенном диапазоне. Каналы могут быть или смежными (соприкасающимися), или разнесенными друг от друга неиспользованными спектральными областями. Такой метод формирования сигналов с ППРЧ позволяет исключать в случае необходимости из всей совокупности частотных каналов те каналы, которые заняты сильными помехами, или в которых имеет место устойчивые замирания. Такой процесс условно называется формированием «спектральных провалов» |8]. Вполне очевидно, что создание спектральных провалов приводит к уменьшению числа действующих частотных каналов СРС.

Метод ППРЧ широко применяют в подвижных СРС и в тех случаях, когда требуется энергию передаваемого сигнала рассосредоточить по возможно более широкой полосе частот. Ширина занимаемой полосы частот при этом принципиальных ограничений не имеет с точки зрения параметров разрабатываемой СРС.

Временной интервал между переключениями частот называется длительностью частотного элемента (или периодом) и характеризует собой время работы на одной частоте .

В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте  и длительности информационных символов  ППРЧ может быть классифицирована [13]: на межсимвольную посимвольную и внутрисимвольную (в частном случае при двоичной ЧМ и без кодирования – на межбитовую, побитовую и внутрибитовую).

При межсимвольной ППРЧ n информационных символов, , передаются на одной частоте, при этом . При посимвольной ППРЧ передача каждого символа ведется на своей рабочей частоте, длительность скачка частоты  равна длительности символа . В случае внутрисимвольной ППРЧ расширение спектра достигается за счет разнесения символов на независимые частотные элементы (субсимволы), каждый из которых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной ПСП, при этом, , где  - число скачков рабочей частоты внутри одного символа (уровень разнесения).

Огибающая частотного элемента (скачка частоты) в силу специфики его формирования не является постоянной и состоит из различных составляющих определенной длительности. На рис. 1.5 изображена огибающая и временные интервалы отдельных составляющих частотного элемента при межсимвольной ППРЧ.

Рис. 1.5.

Учитывая [19], на рис.1.5 обозначено:  – интервал времени, в лечение которого частотный синтезатор не выдает напряжения («мертвое» время);  - интервалы времени нарастания и спада фронтов частотного элемента, соответственно; - интервал времени, в течение которого частотный элемент имеет полную амплитуду и передаются информационные и кодовые символы («активное» время); суммарное время  называется интервалом переключения.

С учетом введенных обозначений длительность скачка частоты . Отметим, что для хранения информационных и кодовых символов в течение интервала переключения используется буферная схема. Имеющееся в буферной схеме содержимое извлекается и передается за интервал времени .

Между требуемой скоростью передачи данных от источника информации и временными интервалами частотного элемента существуют вполне определенные связи. Так, если  - требуемая скорость передачи данных, то число символов, которое должно быть передано за длительность частотного элемента , будет равно . Теперь активный интервал времени может быть представлен в виде:

,

где  - длительность передаваемого символа на интервале времени .

Использовав приведенные выражения для  и , получим

.

Из последнего равенства следует: 1) , что вполне очевидно из определений временных интервалов частотного элемента; 2) время переключения () нельзя произвольно уменьшать по целому ряду причин, например: из-за «звона» на выходе фильтра промежуточной частоты приемника; из-за усиления помехи от соседних частотных каналов приемника и др. Кроме того, серьезные ограничения по времени нарастания  и спада  зачастую связаны со спектральными перекрытиями частотных элементов различных СРС, находящихся в данном районе. Для устранения спектральных наложений требуется, как указано в [19],

где  - постоянная величина, которая обычно лежит в пределах ; эта величина определяет ширину спектра частотного элемента.

В общем случае, учитывая составляющие частотного элемента сигнала, скорость перестройки частоты  при межсимвольной ППРЧ связана со скоростью передачи данных  и скоростью передачи символов  неравенством [19]

.

В идеальном случае, когда можно пренебречь влиянием взаимных помех или спектральных наложений, скорости  и  связаны простым соотношением

.

Таким образом, скорость переключения частотных элементов является функцией скорости передачи данных от источника информации.

Для сравнения различных СРС с ППРЧ в качестве одного из отличительных признаков используется скорость скачков частоты в единицу времени. По этому признаку различают СРС с медленной, средней и быстрой скоростью перестройки частотных элементов. Так как эта скорость не стандартизирована, то условно перестройка считается медленной при 100-300 скачках в секунду (ск/с), а при 1000 ск/с и более имеет место быстрая перестройка; скорость ППРЧ между этими двумя значениями считается средней. Хотя скорость ППРЧ и используется при сравнении СРС, однако она имеет косвенное значение. Самым важным параметром любой СРС с ППРЧ с точки зрения помехоустойчивости является фактическое время работы на одной частоте. Этот параметр и характеризует способность СРС с ППРЧ «уходить» от помехи РЭП.

На рис.1.6, а-г изображены фрагменты частотно-временной матрицы (ЧВМ) сигналов: с межбитовой ППРЧ и двоичной ЧМ (рис. 1.6, а); с побитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ, при которой каналы символов 1 и 0 соприкасаются на частотной оси (смежные каналы) (рис. 1.6, б); с побитовой ППРЧ и случайной двоичной ЧМ, когда каналы символов 1 и 0 не соприкасаются (несмежные каналы) и выбираются независимо друг от друга во всей полосе частот  (рис. 1.6, в); с внутрибитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ (рис. 1.6, г).

Рис. 1.6.

Квадратом с горизонтальными линиями обозначен основной канал (канал передачи), по которому в соответствующие отрезки времени передаются элементы сообщения, а квадратом с наклонными линиями – дополнительный канал, в котором в эти же отрезки времени элементы сообщения отсутствуют; Fs - ширина полосы одного частотного канала;  - число частотных каналов,.

В системах радиосвязи с ППРЧ может использоваться как когерентная, так и некогерентная обработка сигналов. Основным видом информационной модуляции при передаче данных в СРС с медленной и, особенно, с быстрой ППРЧ является -ичная некогерентная ЧМ, в частности двоичная ЧМ. В СРС с медленной ППРЧ применяются и другие виды модуляции, например: двоичная ФМ; квадратурная ФМ; относительная ФМ (ОФМ); манипуляция с минимальным сдвигом фазы [8].

С целью обеспечения в СРС с ППРЧ статистической независимости ошибок при приеме символов на передающей стороне осуществляется так называемое перемежение, при котором каждый символ кодового слова передается по отдельному частотному каналу [8,20]. Таким образом, перемежение превращает сигнал во временной области в бесструктурную форму, что затрудняет создание оптимальных помех. С целью восстановления исходного порядка символов на приемной стороне требуется операция деперемежения символов. Применение перемежения и деперемежения символов в СРС как с медленной, так и быстрой перестройкой частоты позволяет корректировать пакеты ошибок, вызываемые импульсными помехами на отдельных участках диапазона частот СРС.

 



<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>