Пословная синхронизация предназначается для определения границ отдельных команд в составе кадра. Существуют различные способы осуществления пословной синхронизации. Способ, который мы будем использовать, основан на использовании специальных разделительных сигналов (Рисунок 7 – заштрихованные импульсы). При синхронной непрерывной передаче сообщений разделительные сигналы имеют периодический характер, поэтому в спектре модулирующего сигнала радиолинии возникает регулярная составляющая на частоте следования слов сообщения . После детектирования принятого радиосигнала эта составляющая выделяется с помощью узкополосного фильтра и используется для формирования сигналов пословной синхронизации. Такая система синхронизации является инерционной.
Посимвольная синхронизация используется при посимвольном приеме кодовых слов и обеспечивает разделение элементарных сигналов, соответствующих различным позициям кодового слова. Требования к точности посимвольной синхронизации зависят от используемого способа обработки элементарных информационных сигналов в приемнике. При обработке, близкой к оптимальной, а она в нашем случае именно такая, необходимо достаточно точное определение границ этих сигналов. Требования к точности синхронизации возрастают с уменьшением длительности элементарных сигналов.
Рисунок 9 Функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации
Для выделения сигналов посимвольной синхронизации непосредственно используется последовательность принимаемых информационных символов. На Рисунок 9 показана функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации. В результате дифференцирования сигнала , образуется последовательность импульсов, временное положение которых соответствует границам между соседними символами «1» и «0». Эта последовательность поступает на временной дискриминатор, который вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное временнóму рассогласованию между входной и опорной последовательностью импульсов. Последняя и используется в качестве сигналов посимвольной (тактовой) синхронизации. Опорная последовательность вырабатывается генератором синхронизирующих сигналов. С помощью управляющего напряжения изменяется частота следования импульсов опорной последовательности, тем самым обеспечивается автоматическая подстройка генератора синхронизирующих сигналов.
Анализ таких систем имеет целью определить флюктуации моментов временных меток относительно положения, соответствующих идеальной работе. В нашем случае мы будем считать, что система синхронизации работает идеально. В качестве показателя точности можно взять среднеквадратическую ошибку, которая для нормальной работы должна быть много меньше длительности одного символа.
Борьба с импульсными помехами
До сих пор предполагалось, что помехи в линии являются флуктуационными и обладают нормальным законом распределения мгновенных значений. Этот случай относится к одному из предельных и часто встречающихся. Вторым предельным сличаем, являются импульсные помехи, т. е. последовательность случайных по форме, величине и времени возникновения импульсов, длительность которых в среднем мала по сравнению с интервалами между ними. Импульсные помехи часто являются искусственными по происхождению. Это позволяет бороться с ними, применяя их экранировку в точках возникновения. Для предотвращения распространения помех по проводам, питающим искрящее устройство, включают фильтры нижних частот, ослабляющие энергию высокочастотной части спектра помехи.
Единой теория борьбы с импульсными помехами пока не создано вследствие их большого разнообразия, а также трудностей нахождения многомерного закона распределения помехи, необходимого для синтеза оптимального приемника. Для различных моделей импульсных помех можно найти одномерные законы распределения позволяющие определять отношение сигнал/помеха для отдельных методов борьбы с импульсными помехами и таким образом сопоставлять их эффективность.
Для ослабления воздействия импульсных помех на приемное устройство используются различные методы, один из которых мы будем использовать. Выбранная схема будет реализована в усилителе промежуточной частоты (УПЧ).
Рисунок 10 Структурная схема приема по методу ШОУ
Структурная схема, используемая при методе ШОУ, приведена на Рисунок 10. Она состоит из широкополосного фильтра (Ш), ограничителя (О) и узкополосного фильтра (У). Полоса выбирается так, чтобы выполнялось условие:
,
где — предполагаемая средняя длительность импульсов помех.
Этим обеспечивается незначительное «размытие» импульсов помехи, которое имело бы место при непосредственном воздействии импульсов на узкополосный фильтр, согласованный по полосе с сигналами. Ограничитель «обрезает» выбросы, обусловленные импульсными помехами, способствуя этим увеличению отношения сигнал/помеха. Полоса пропускания узкополосного фильтра согласована с полосой сигналов. Этим обеспечивается ослабление влияния флуктуационной составляющей помех.
Рисунок 11 Структурная схема бортового приемника искусственного спутника Венеры
Расчет
Определение параметров имитационной модели
1) Источник дискретных сообщений:
- квантованные отсчеты случайного нормального коррелированного процесса задаются как V(1) = 2. Исходное сообщение представляет собой случайный процесс с заданным матожиданием и дисперсией. Корреляционная функция этого процесс задана соотношением . Перед квантованием процесс ограничивается сверху и снизу . Этот интервал квантуется равномерно на уровней. Сообщение передается дискретно с интервалом и округляется до ближайшего уровня;
- матожидание исходного сообщения задается как A(1) = 0;
- среднеквадратическое отклонение сообщения задается как A(2) = 2.1;
- коэффициент корреляции задается как A(3) = 0.9;
- верхняя граница квантуемой величины [В] задается как A(5) = 6.3;
- нижняя граница квантуемой величины [В] задается как A(6) = -6.3;
- количество уровней квантования .
2) Кодирующее устройство:
- ортогональный код V(2) = 4;
3) Радиоканал:
- радиоканал, использующий сигнал КИМ-ФМ и приемный тракт с линейным усилением, синхронным детектором и интегратором V(7) = 1, V(9) = 1. При моделировании радиоканала предполагается, что тракт усиления и преобразования частоты до синхронного детектора линейны и не искажают формы символа сигнала КИМ-ФМ, которая остается прямоугольной. Синхронный детектор выделяет видеоимпульсы. Интегрирование символа начинается при поступлении начальной метки из системы символьной синхронизации и заканчивается через заданное время при поступлении импульса “сброса”. На вход радиоканала передается напряжение, накопленное к концу интегрирования.
- девиация фазы равна , что соответствует A(172) = 1;
- длительность интегрирования, отнесенная к длительности символа A(171) = 1, т. е. время интегрирования равно длительности символа;
4) Аддитивные помехи:
- широкополосная шумовая помеха. На входе радиоканала такая помеха представляет собой “белый” шум.
- параметром модели помехи является дисперсия . Таким образом, A(151) = 1.173;
5) Случайная импульсная помеха:
- в данной модели мы не можем учесть случайную импульсную помеху, так как не выполняется условие [1];
6) Замирание амплитуды сигнала (фединг):
- замирания амплитуды отсутствует V(6) = 1;
7) Временное положение меток системы символьной синхронизации:
- флюктуация временного положения меток отсутствуют (символьная синхронизация идеальная) V(3) = 1;
- номинальное положение метки , соответственно A(131) = 0;
8) Флюктуация фазы опорного напряжения синхронного детектора:
- идеальный синхронный детектор V(4) = 0;
9) Декодирующее устройство:
- прием кодового слова в целом V(8) = 5;
10) Продолжительность эксперимента:
- продолжительность машинного эксперимента определяется объемом исследуемой выборки сообщений (кодовых слов). Возьмем количество слов равное количеству сообщение переданных за сеанс связи M = 4600.
Анализ результатов расчета и моделирования
Расчеты, проведенные при выборе базового варианта радиолинии, дали следующие показатели достоверности приема информации:
· вероятность отказа от декодирования – ;
· вероятность ошибки кодового слова – ;
В результате моделирования получены следующие оценки достоверности:
· вероятность отказа от декодирования – ;
· вероятность ошибки кодового слова – ;
При моделировании была взята выборка командных слов, что соответствует длительности сеанса 2.667 секунд.
Как видно, результаты расчета и моделирования близки, надо заметить, что показатели в обоих случаях удовлетворяют ТЗ.
Оценим точность статического эксперимента при моделировании, учитывая количество независимых испытаний в данном эксперименте их 1236.
· вероятность отказа от декодирования равна ;
· вероятность ошибки кодового слова равна ;
Подведем итог. Все получившиеся различия в результатах расчета и моделирования, являются неизбежными:
- при расчете случайная импульсная помеха заменялась нормальным шумом с той же мощностью. Однако пи этом не учитывался иной закон распределения вероятностей помехи, а, следовательно, допускалась ошибка. А при моделировании случайная импульсная помеха и вовсе не учитывалась по причине ограничений программного обеспечения.
Литература
1. “Теория и проектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977.
2. “Основы радиоуправления”, под ред. В. А. Вейцеля и В. Н. Типугина. – М.: Сов. радио, 1973.
3. “Радиотехнические системы передачи информации”, П. И. Пеннин, Л. И. Филиппов. – М.: Радио и связь, 1984.
4. “Автоматизированная модель радиолинии с цифровой передачей информации”, уч. пособие, В. А. Вейцель, С. С. Нужнов. – М.: МАИ, 1985.
5. “Методические указания к курсовому проекту «Радиолинии с цифровой передачей информации»”, авт.-сост. В. А. Вейцель, А. И. Куприянов, М. И. Жодзишский. – М.: МАИ, 1987.
6. “Инженерный справочник по космической технике”, под. ред. Соловова. – М.: Воениздат, 1974.
[1] см. Расчет.
