Учет влияния скорости передачи сигналов на среднее превышение сигнал/помеха в точке приема

Увеличение скорости передачи сигналов в декаметровых радиолиниях позволяет повысить своевременность связи, но в тоже время является основной причиной снижения ее достоверности и надежности. Поэтому вопрос количественной оценки надежности связи при выборе скорости передачи сигналов представляется весьма актуальным для практики. Предложен способ учета влияния скорости на среднее превышение сигнал/помеха в точке приема, позволяющий существенно уточнить известные методики оценки надежности связи в однолучевых декаметровых радиолиниях.

Ключевые слова: декаметровая радиолиния, надежность связи, скорость передачи сигналов, полоса частотной когерентности, полоса пропускания приемника.

Известны работы [1, с. 28–32; 2, с. 25–31; 3, с. 37–39], в которых рассмотрена методика оценки надежности (или вероятности) связи  в однолучевой декаметровой (ДКМ) радиолинии (РЛ) в зависимости от выбора технической скорости передачи сигналов  относительно ограниченной вследствие диффузной многолучевости полосы частотной когерентности  радиоканала. При этом методика оценки самой полосы частотной когерентности ДКМ радиоканала для РЛ произвольной протяженности рассмотрена в работе [4, с. 59–62].

В соответствие с основными результатами вышеуказанных методик выбор скорости передачи сигналов  существенно влияет на величину допустимого превышения сигнал/помеха (С/П)  на входе приемника и на надежность связи  в ДКМ радиолинии. В работе [1, с. 30–32] установлены функциональные зависимости допустимого превышения С/П и надежности связи от относительной скорости передачи сигналов в аналитическом виде, т. е. зависимости  и .

Однако, увеличение скорости передачи сигналов обуславливает не только рост допустимого превышения С/П , но и уменьшение среднего превышения С/П  на входе приемника, т. к. с увеличением  уменьшается длительности сигнала  и, как следствие, снижается его средняя энергия, определяемая произведением средней мощности на длительность, т. е. .

Это приведет к уменьшению среднего превышения С/П в точке приема, представляемого для типового случая использования простых сигналов выражением вида

,                                                                             (1)

где       — средняя мощность помех в точке приема, Вт;

 — спектральная плотность мощности помех, Вт/Гц.

Следовательно, надежность связи в ДКМ радиолинии будет дополнительно снижаться по мере увеличения скорости передачи сигналов, и ее функциональная зависимость от относительной скорости  имеет более сложный характер, чем установлено в работах [1, с. 28–32; 3, с. 37–39; 5, с. 59–63].

Целью статьи является уточнение известных методик оценки надежности связи в однолучевой декаметровой радиолинии при выборе скорости передачи сигналов относительно ограниченной полосы частотной когерентности радиоканала.

Для достижения поставленной цели необходимо установить функциональную зависимость среднего превышения С/П на входе приемника от абсолютного значения скорости передачи сигналов, т. е. зависимость .

С увеличением скорости  растет ширина спектра передаваемых сигналов, что определяет расширение необходимой полосы пропускания приемника (радиоприемного устройства) . Это, в свою очередь, приводит к увеличению средней мощности помех на входе приемника  и уменьшению среднего превышения С/П  (1), которое в соответствие с известной [6, с. 34] методикой расчета надежности связи в ДКМ РЛ определяется выражением вида

,                                                                                                                      (2)

где       — средний уровень сигнала на входе приемника, дБ;

 — средний уровень помех на входе приемника, дБ.

Полагая, что снижение величины среднего превышения С/П  с увеличением скорости передачи сигналов  обусловлено ростом уровня помех  на входе приемника, установим функциональную зависимость .

Средний уровень помех в полосе пропускания приемника  определяется известным [6, с. 38] соотношением

,                                                                                               (3)

где       — статистически известное значение среднего уровня помех на входе приемника с полосой пропускания  кГц, дБ.

Из анализа выражения (3) следует, что для определения зависимости  необходимо установить функциональную взаимосвязь полосы пропускания и скорости передачи сигналов, т. е. , которая определяется конкретными конструктивными особенностями радиоприемного устройства.

Проанализируем виды работы блока Б5–72 базового радиоприемного устройства ДКМ диапазона Р-160П на примере сигналов частотной телеграфии.

Виды работы блока Б5–72 представлены в таблице 1, где приведены значения скорости передачи сигналов  и полосы фильтров селекции, определяющих полосу пропускания приемника . В последнем столбце таблицы 1 указано отношение .

Таблица 1

Виды работы блока Б5–72 радиоприемного устройства Р-160П

Анализ данных, представленных в таблице 1, показывает, что для большинства из рассматриваемых видов работы справедливо приближенное равенство

.                                                                                                                    (4)

Известно [6, с. 32], что максимальная скорость  передачи сигналов частотной телеграфии в ДКМ радиоканале с многолучевостью ограничена межсимвольной интерференцией величиной 300 бод. Примем это значение за исходное, т. е. 300 бод.

Тогда исходное значение полосы пропускания приемника можно определить в соответствии с равенством (4) как

.                                                                         (5)

Данное значение соответствует данным, представленным в таблице 1, в частности — для видов работы F1–400 и F1–500.

Если полагать, что скорость передачи есть величина переменная (), то выражение для полосы пропускания приемника можно записать в виде

.                                                                     (6)

Второй сомножитель в выражении (6) характеризует во сколько раз реальная скорость передачи сигналов больше ее исходного значения 300 бод.

Произведя подстановку соотношения (6) в выражение (3) для среднего уровня помех на входе приемника, получим

. (7)

Введя в выражении (7) обозначение , можно записать его в более компактном виде

.                                                                                              (8)

Полученные выражения (7) и (8) представляют собой функциональную зависимость среднего уровня помех от скорости, т. е. .

Подстановка (8) в выражение (2) позволяет получить искомую функциональную зависимость среднего превышения С/П на входе приемника от скорости передачи сигналов в аналитическом виде

,                                       (9)

где       — среднее превышение С/П, обеспечиваемое при скорости  бод.

Выражение (9) позволяет уточнить результаты известных методик оценки надежности связи в однолучевых ДКМ радиолиниях [1, с. 28–32; 3, с. 37–39; 5, с. 59–63].

На рисунке 1 представлены графики зависимостей надежности связи от относительной скорости, построенные в соответствие с методикой [1, с. 30–32] без учета () и с учетом () полученного выражения (9).

Рис. 1. Графики зависимостей  и

Из анализа графиков, представленных на рисунке 1, следует, что уточненная зависимость надежности связи , построенная с учетом полученных результатов, убывает значительно быстрее с ростом своего аргумента. Это обуславливает необходимость учета влияния скорости на среднее превышение С/П в точке приема для оценки надежности связи в ДКМ РЛ при выборе (увеличении) скорости передачи сигналов.

Таким образом, на основе установленной аналитической зависимости (9) среднего превышения С/П на входе приемника от скорости передачи сигналов  уточнены результаты известных методик [1, с. 28–32; 3, с. 37–39; 5, с. 59–63] оценки надежности связи  в однолучевых декаметровых радиолиниях.

Литература:

1.      Пашинцев В. П., Боровлев И. И. Повышение своевременности передачи сообщений в однолучевой декаметровой радиолинии за счет выбора оптимальной скорости передачи сигналов // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2003. Т. 46. № 11. С. 26–33.

2.      Пашинцев В. П., Стрекалов А. В., Солчатов М. Э., Боровлев И. И. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с произвольными базами в каналах космической связи с ограниченной полосой когерентности // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2002. Т. 45. № 1. С. 23–32.

3.      Боровлев И. И., Воротников И. Н., Шаталов А. Ф. Оценка своевременности коротковолновой связи при выборе скорости передачи сигналов // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. по материалам 77-й науч.-практ. конф. СтГАУ (г. Ставрополь, март — апрель 2013 г.) / СтГАУ. Ставрополь: АГРУС, 2013. С. 36–40.

4.      Пашинцев В. П., Боровлев И. И., Иванников А. И., Несмеянов А. М. Методика оценки полосы частотной когерентности декаметрового радиоканала с учетом сферичности неоднородного отражающего слоя ионосферы // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2003. Т. 6. № 5. С. 59–62.

5.      Пашинцев В. П., Тишкин С. А., Иванников А. И., Боровлев И. И. Расчет параметра глубины замираний в однолучевой декаметровой радиолинии // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2001. Т. 44. № 11–12. С. 57–65.

6.      Военные системы радиосвязи. Часть 1. Теоретические основы построения средств и комплексов военной радиосвязи / под ред. В. В. Игнатова. Л.: ВАС, 1989. 386 с.