автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Исследование способов повышения устойчивости работы высокоскоростных цифровых радиорелейных линий и разработка методов расчета их эффективности

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР Московский ордена Трудового Красного Знамечи институт связи

На правах рукописи

Серебряков Иван Юрьевич

УДК 621.396.43

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ 1ЩФКШЫХ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ ЗШЖШВНОСТЛ

Специальность U5.I2.02 - Системы и устройства передачи

информации по каналам связи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена.на кафедре "Системы рзди?свлзи" Московского ордена Трудового Красного Знамени института связи.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент ПУСТОВОЙТОВ Е. Л.

Официальные оппоненты - доктор техньческих наук, профессор ЕЖЕХАТЫЙ М. И.; — • - кандвда: технически науд

_ 1 ШШЛУВСВ п. г.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного совета.

Защита состоится 1990 г. в часов на

'заседании специализированного совета К 118.06.03 в Московском ордена Трудового Красного Знамени -шетитуте свя?и. по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИС.

Автореферат разослан "20" л^у^лЛ. 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент МАКОВЕЕВА М. 1С.

2*г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постоянное совершенствование £ррной автоматизированной сети связи страны (ЕАСС), увеличение ее пропускной способности и повышение качества передачи информации - основная задача, стоящая перед отраслью связи. Важную роль в структуре ЕАСС играют радиорелейные линии (РРЛ). Та:;, а нагтоявеэ время по каналам РРЛ прямой видимости оргаьгизуется примерно 25% телефонных каьалор и 100$ наземных каналов подачи телевизионных программ.

Одно из приоритетных направлений развития радиорелейных линий - иереход к передаче информации цифровыми методами. С этой цельа в настоящее время в СССР развернута целевая комплексная программа пс разработке и созданию высокоскоростных (со скоростями передачи информации С >100 Мбит/с) цифровых радиорелейных линий .(ЦРРЛ). Кроме того, по заказу Гостелерадио СССР проводятся работы по созданию радиолинии передвииных телевизионных станций, предназначенной для передачи телевизионных сигналов в цифровой форие.со скоростью передачи информации С = 140 Мбит/с.

Как известно, одна из основных трудностей, с которши приходится сталкиваться при разработке подобных высокоскоростных ЦРРЛ прямой видимости сантиметрового диапазона - это обеспечение требуемой устойчивости связи в условиях действия частотно-селектив-них замяранзй (ЧСЗ). При этом во многих случаях в'ознигает необходимость улучшения устойчивости работы пролетов ЦРРЛ за счет применения различных методов борьбы с ЧСЗ.

Вопросам оценки устойчивости работы ЦРРЛ в условиях ЧСЗ при отсутствии и при наличии специальных устройств борьбы с ЧСЗ посвящено значительной'число работ. В них ярзддоген ряд методик

оценки устойчивости работы пролетов ЦРРЛ и приведены отдельные (полученные восновном экспериментально) данные по эффективности применения средств борьбы с ЧСЗ. В то ке время многие вопросы построения средств борьбы с ЧСЗ и теоретической оценки эффективности их применения освежены как в отечественной, так ив зарубежной литературе крайне_недостаточно. Все это-обуславливает актуальность темы исследования способов повышения устойчивости работы высокоскоростных цифрою« радиорелейных линий и разработки методов расчета их эффективности. ' ■-•- ~

Цель и задачи работы. В работе решались следующие основные задачи.

1. Анализ современного состояния исследований и разработок в области методов повышения устойчивости работы высокоскоростных ЦРРД в условиях ЧСЗ. ~

2. Разработка методов расчета устойчивости работы ЦРРЛ, осна-■щенных и'не оснащенных устройствами.борьбы с ЧСЗ.. ' -- .

3. Разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору отдельных параметров устройств борьбы с ЧСЗ.

"Методы -и с с л е д о г а н и я.. ; При выполнении работы использованы методы математического анализа, статистической радиотехники и имитационного статистического моделирования. Большинство расчетов выполнено на ЭВМ.

Научная новизна. В работе получены следуювие основные новые результаты:

предлокеньг математические модели амшштудно-чьлтотных эквалайзеров (АЧЭ) различных типов и подтверздена их корректность;

получено новое соотношение, связывающее параметры норы^ши-. зованной двухлучевой модели ЧСЗ с известными статистическими данными по распределению уровня сигнала на фиксированной частоте;

полученн графики, характеризуядае эффективность применения АЧЭ для борьбы с ЧСЗ в ЦРРЛ в зависимости от параметров эквалайзеров и от характеристик замираний;

предложен нсвый метод оцешш эффективности применения систем пространственно-разнесенного, приема (ПРП) для повышения устойчивости работы ЦРРЛ.

Д р а я т и ч е с к а я ценно с т ь. Разработана новая методика; расчета устойчивости работы пролета в ЦРРЛ в условиях ЧСЗ, описываемых нормализованной двухлучевой моделью, позволяющая учитывать различные "варианты законов распределения плотностей вероятности относительной задержки дополнительного луча и от- носительной амплитуды дополнительного лу"а. Разработан метод - оценки выигрыш в устойчивости-работа пролета ЦРРЛ от применения, АЧЭ в усл овиях неоданаковой эффективности его работы при минимально- и неминимальнофазовых ЧСЗ. Сформированы рекомендации по выбору оптимальных значений параметров яорректнруиаих цепей АЧЭ различных типов. Получены выражения, позволяющие -оценивать вели гану огидаеиого Быигрыпа в устойчивости работы пролета ЦРРЛ о'г применения системы ПРП без А1© и при совместном использовании ПРП и амплитудно-частотного эквалайзера типа выравнивателя наклона АЧХ.

В не дрен и е результат ов работы. Результаты проведенных исследований являются составной частьи хоздоговорных Ш1Р, проводюляс з л&бораторни кафедры систем 'рэдкосвя-• - f-зи МНС и использованы Гостелерадио СССР в работах по созданиэ

цифровой радиолинии для пзрздгикнкх телевизионных станций. Результаты диссертационной работы такзэ были использованы в техническом проекте ОКР "Разработка цифровсЗ магистральной радиорелейной системы РЦ-140" н НИЙРе.

' о -

А п р с б а,ц и я работы. Основные результаты работы докладывались и обсувдалиеь на научно-технической конференции молодых специалистов "Формирование, передача, прием и обработка сигналов в системах передачи информации" (Москва, 1988 г.), а также на НТК профессорско-преподавательского состава 11ЭИС в 1985-1988 гг. Диссертация обсуждалась на заседании кафедры зис-тем радиосвязи ЫИС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, тезисы доклада на Всесоюзной научно-технической конференции .

Структура и объеи работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения.и приложения, изложенных на 128 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 8 таблиц. Список литературы включает 69 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели АЧЭ различных типов.

2. Новое соотношение, связывающее параметры нормализованной двухлучевой модели ЧСЗ с известным коэффициентом Т(&£) , характеризующим вероятность возникновения интерференционных замираний, обусловленных отражением радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы.

3. Метод оценки эффективности АЧЭ в условиях минимально- и не-ыинимальнофазовых ЧСЗ.

4. Результаты анализа эффективности применения АЧЭ в ЦРРЛ с различными видами модуляции.

5. Метод оценки эффективности применения систем ПРП в ЦРРЛ, основанный на описании эквивалентного радиоканала двухлучевой

6

моделью ЧСЗ.

6. Результаты анализа зависимости качества работы системы ПРП с комбинированием сигналов' по минимуму искажений от точности оценки внутриполосных искажений АЧХ.

7. Результаты оценки эффективности работы различных систем ПРП в ЦРРЛ с различными видами модуляции.

. содагжАШЕ р.овота

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследованля, дана общая характеристика работа, изложена научная новизна и практическая целость, приведены основные положения, выносишв на ."дщит^.

. Первая глава посвящена систематизации и анализу основных сведений, опубликованных к настоящему времени в литературе. о физической природе частотно-селективных замираний, о математических моделях канала с ЧСЗ и об используемых в внсокоско-ростных ЦРРЛ методах и устройствах борьбы с ЧСЗ.

_Отмечено, что, согласно соьременнгм представлениям, основной причиной возникновения многолучевого раслростран-^ния радиоволн на пролетах РРЛ прямой видимости, ведущего к появлению ЧСЗ, является образование в никней части тропосферы слоев достаточно^большой горизонтальной протяженности со значительным скачком градиента диэлектрической проницаемости воздуха, связанного, как правило, с температурной инверсией я.резким уменьшением влажности воздуха с высотой. На примере двухлучевой модели радиоканала, с использованием векторных диаграмм ■ показано существенное отличие характера двух основных типов ЧСЗ - мянимальнофазовых и не-минимальнофазовых (Н!Й) - заклочащееся в различном знаке лроиз-

водной ФЧХ канала в точке минимума его АЧХ.

Проведен сравнительный анализ ряда используемых в настоящее время математических моделей канала с ЧСЗ. Результаты анализа позволили осуществить обоснованный выбор для последующего ист пользования в диссертационной работе нормализованной двухлучевой модели с коэффициентом передачи, описываемым выражением:

- Кча№) = 1-,?:,ехр(-г(йг-4!р])) (I)

где - часто?а расстройки текущей частоты 1д относи-

тельно центральной частоты 6)ц анализируемого радиоканала; ; Ф - относительная амплитуда дополнительного луча; Т - величина его относительной задержки; -{р - фаза дополнительного луча.

Использовано понятие коэффициента активности модели канала с ЧСЗ (параметр К^д ), характеризующее долю времени, в течение которого на пролете ЕРЛ возникают условия "многолучевого распространения радиоволн. Приведен ряд сведений о динамических свойствах канала с ЧСЗ.

^Выполнен краткий обзор и сравнительный анализ основных сведений о методах и устройствах борьбы с ЧСЗ," применяемых в высокоскоростных ЦРРЛ. В качестве критерия сравнения использовалась величина выигрыша в устойчивости работы пролета ЦРРЛ, обеспечиваемого применением данного устройства I , и степень слояности его технической реализации.

Рассмотрены некоторые особенности построения систем пространственно-разнесенного и частотно-разнесенного приема. Отмечено, что в.аппаратуре ЦРРЛ наибольшее распространение получили две разновидности ПРП с додетекторной обработкой сигналов - система ПРЛ с комбинированием сигналов по максимуму выходной мощности и ■ - "' _ ' ." . 8

система ПРП с комбинированием сигналов по минимуму искажений формы спектра результирующего сигнала.:

При рассмотрении методов борьбы с ЧСЗ, использующих адаптивную коррекцию сигнала, основное внимание было уделено рассмотпз-нив так называемых амплитудно-частотных эквалайзеров, представляющих собой цепь с управляемой частотно}* характеристикой и устройство управления, настраивающее данную цепь таким образом, чтобы минимизировать искажения, вносимые ЧСЗ. Выполненные, как правило, в тракте промежуточной частоты, АЧЭ всю информацию об искажениях сигнала получают на основе измерения уровня его спектральной гаотности мощности в ряде точек в пределах полоса частот сигнала. Отмечено, что, несмотря на сравнительно небольшую величину обеспечиьаемого выигрыша в устойчивости работы (от 1,5 до 3 раз), АЧЭ получили широкое распространение в аппаратуре ЦРРЛ-благодаря относительной простоте технической реализации. Помимо •АЧЭ в данном разделе такке кратко рассмотрены и адаптивные корректоры сигналов в основной полосе частот. '

На оснозе проведенного сравнительного анализа сведений о'различных методах борьбы с ЧСЗ была сформулирована задача дальнейшего исследования - разработка математического аппарата для тео-. ретит.еского анализа.эффективности применения различных типов АЧЗ и систем ГИГ для повышения устойчивости" работьипролетов ЦРРЛ.

Вторая глава посвящена разработке метода расчета вероятности ошибочного приёма символов на выходе пролета ЦРРЛ с различными типами модуляции при действии ЧСЗ при наличии различных типов АЧЭ.

На основе анализа вариантов схемотехнического построения АЧЭ ■ различных типов автором были разработаны математические модели трех типов АЧЭ - выравнивателя наклона А.ЧХ (АЧЭ ВН), шравнива- •

теля симметричных (квадратичных) искажений (АЧЭ ЕС) и амплитудно-частотного эквалайзера на основе перестраиваемого по частоте резонансного контура с изменяемой добротность» (АЧЭ ПК). Математические модели АЧЭ включают в себя описание характеристик корректирующей цепи (значение комплексного коэффициента ее передачи в полосе частот сигнала) и алгоритм ее настройки в зависимости от параметров ЧСЗ, '

В качестве основы для модели АЧЭ ВН используется коэффициент передачи некоторой идеализированной цепи с линейной AV. я 'ИХ в пределах полосы частот сигнала. Математическая модель АЧЗ БН позволяет также учитывать ограниченность глубины регулировки наклона АЧ!С в реальных корректорах, что задается введением параметра Xмякс - максимально выравниваемого значения перекоса АЧХ в заданной полосе частот (в дБ).

В модели АЧЭ ВС используется обобщенное выражение для коэффициента передачи резонансного контура при малых зеличинах отнг.си-_ тельной расстройки. При этом считается, что частота настройки контура совпадает с центральной частотой спектра сигнала, а его добротность г определяющая крутизну скатов АЧХ корректирующей це-

г -

пи» определяется степенью квадратичных искажений в спектре сигнала на входе АЧХ и такова, что полностью компенсирует их в сигнале на выходе АЧХ. Ограниченное.ь глубины регулировки искажений • в реальных АЧХ ВС учитывается введением параметра ^макс ~лак- -симально возможно? глубины выравнивания симметричных искажений (в дБ). Псказгло, что ограничение на ^ыакс связано.с ограничением на максимальную добромюсть контура. - ' '

Математическая модель АЧЭ ПК строится во многом аналогично модели АЧЭ ВС, однако добавляется алгоритм управления частотой настройки корректирующего контура в зависимости ог положения

частоты провала (точки минимума АЧХ) е канале с ЧСЗ.

10

Расчет вероятности ошибочного приема символов проводился на основе составленной структурной схемы части радиоствола, относящейся к одному пролету ЦРРЛ, включающей в себя:

модулятор с двумя'(синфазьым и кьлдратурнкм) каналами передачи; -

эквивалентный полосовой фильтр передачи, кобретающий действие всех селективных цепей передатчика;

эквивалент среды распространения с коэффициентом передачи 24Cg{tcoj, определяемым выбранной иодельк ЧСЗ;

источник теплового щука, отображающий действие внутренних и внехнкх шумов приемника;

эквивалентный полосовой фильтр приемника, отображающий действие всех селективных цепей приемника (за исключением АЧЭ);

блок амплитудно-частотного эквалайзера с коэффициентом пе- ~ рэдачи KAV|3fiw) , определяемым в соответствии с описанными выше математическими моделями;

когерентный демодулятор со стробированием; устройство восстаиовлегая несущего колебания (УВН) и уст- -ройство тактовой синхронизации (УТС).

На основе подхода'в спектральной области были записаны выра-нения, позволяющие рассчитывать форму одиночного импульса на выходах (синфазное и квадратурном) решающего устройства демодулятора при заданных частотных характеристиках канала с ЧСЗ и АЧЭ. Отметим, что взйь анализ проводился для двух наиболее распространенных видов модуляции - М-позиционной квадратурной амплитудно-фазовой (М-КАШ) и Ц-фа.зной фазовой модуляции (Н-Ш), в пред-, положения характеристики ¿¡нльтрацки типа "приподнятый косинус" с заданным коэффициентом округленна спектра (roil-off) d . Вероятность ошибочного приема символов рассчитывалась ка основе исполь-

зования среднеквадратичной оценки меассимвольной интерференции (ПСИ) и в предположении идеальной работы систем УВН и УТС.. Энергетические характеристики радиоствола учитывались введением па- . раметра дН - величины запаса аппаратуры на гладкие-(не-внося- г щие Х'Л) замирания. .; „ ' -

Для наглядного сопоставления степени чувствительности различных типов аппаратуры ЦРРЛ к действию ЧСЗ широко используется понятие сигнатуры. При использовании нормализованной двухлучевой модели замираний (I) сигнатуры, как правило, строят в координатах (Гдр , Апр) при Т = соп${ , гдеРщ)=-<р/21Ггг _ частота точки провала в АЧХ канала с ЧСЗ, а А =20?д(Й>)- глубина замираний в точк-, провал".. Сигнатура б этом случае представляет собой линию, -являющуюся решением уравнения

Ч^РпрАр! г= С0П5*) = Коыг»р» (2)

где у('.) - зависимость коэффициента ошибок на выходе пролога ЦРРЛ от параметров ЧСЗ.- - ' -

При построении сигнатур в качестве порогового значеьия коэффициента ошибок в соответствии с рекомендациями МКНР чаще все- т

о

го выбирают значение Кош ПОр = 10 .

Для расчета сигнатур при различных видах модуляции и различных вариантах АЧЭ на основе изложенных выше принципом автором была разработана универсальная программа на языке Фортран, гл-горитм работы которой описан-в Приложении к диссертации. В программе о целью сокращения времени и объемов вычислений расчет формы одиночного импульса на входе решающего устройства демодулятора производился с использованием алгоритма обратного быстрого преобразования Щурье и применения интерполяционного ряда Ко-тельникова.

На основе разработанной программы расчета сигнатур производилось сравнение теоретически рассчитанных сигнатур о аналогичными, полученными экспериментально к опубликованными-в литературе. Б диссертации приведены рисунки, подтверждающие хорошую степень совпадения теоретически и экспериментально полученных сигнатур для аппаратуры ЦРРЛ с различными типами модуляции'и при использовании различных типов амплитудно-частотных эквалайзеров. Проведенное сопоставление позволило сделать вывод как о корректности используемой методики расчета вероятности ошибочного приема символов на выходе пролзта ЦРРЛ, так и. о корректности пазрабо-танных математических моделей АЧЭ различных типов.

Третья глава посвящена рассмотрению вопросов расчета устойчивости работы пролетов ЦРРЛ, как не оснащенных устройствами борьбы с ЧСЗ, так и оснащенных различными типами АЧЭ.

При выводе соотношений для расчета процента времени неудовлетворительной (с"коэффициентом ошибок Кош больше пороговой величины Кош пор ) работы пролета ЦРРЛ тчсз(к0шпор)' вызванной действием селектисннх замираний, особое внимание уделялось двум моментам:

расчетные выражения должны позволять раздельно учитывать степень чувствительности аппаратуры ЦРРЛ к действию ЧСЗ и статистические свойства параметров модели ЧСЗ;

поскольку в настоящее время отсутствует единая точка зрения на законы статистического распределения параметров двухлуче-вой иодещ'ЧСЗ, то расчетные соотношения для определения величины Тчсз должны по возможности содеркать запись данных законов в общем виде. -

С учетом сказанного, представляя произвольный закон распре-

деления плотности вероятности относительной амплитуды дополнительного луча в виде разложения по степеням (нр?

- (3)

п-о

где - соответствующие коэффициенты разложения, было получено следующее- выражение для расчета 1ЧСЗ при одиночном приеме:

Тчс3=Кйоа1Г9п (4)

л=о о

где ^мод" коэффициент активности двухлучевой модели ЧСЗ;

иА)- произвольный закон распределения плотности вероят-■ ностй относительной задержки дополнительного луча,

а величина Ал(т). не зависит о* вида распределения и

;Ы"<р(Ф) , т.е. от статистических характеристик ЧСЗ и определяется только размером и формой сигнатур, характеризующих степень устойчивости аппаратуры ЦРРЛ к воздействию ЧСЗ. Выражение (4) было получено в предположении равномерного закона распределения плотности вероятности фазы дополнительного луча = 1/2Тг для-тг<(р$Я' и при условии, что аппаратура ЦРРЛ нечувствительна к-типу замираний на пролете (МФ или Ш$ ЧСЗ). В диссертационной работе также получены соотношения, позволяющие рассчитывать величину Тчсз для случая аппаратуры, чувствительной к типу ЧСЗ, в условиях неодинаковой вероятности появления и ЗБ1£ар&1й1й различной глубины. —В предельной случае (например, при малых скоростях передачи сообщений), когда устойчивость работы пролета ЦРРЛ в условиях ЧСЗ определяется не влиянием возникающей по этой причине ПСИ, а исключительно падением уровня сигнала ниже порогового вследствие

замираний, т.е. минимально допустимым значении множителя осль/>-ленкя ( результаты, получаемые по (4), очевидно, должны

совпадать с общеизвестной формулой для расчета ТТр(УГй;п) - процента' времени неустойчивости связи в РРЛ вследствие зсиираний из-за отражения от слоистых неоднородностей гропссферы:

гдеТ(л£) - эмпирический коэффициент, зависящий от несущей частоты, длины пролета и климатических условий. На основе анализа выражений, получаемых в данном ¿¡реденьком случае, в диссертационной работе баяо получено новое соотношение, связывающее параметры двухлучевой модели ЧСЗ с известным эмпирическим коэффициентом Т(л£) :

к^-^тае), ' (5)

где 5 - ЪГФ(1) - значение плотности вероятности распределения относительной амплитуды дополнительного луча в точке Ф = I. " Для обеспечения возможности использования (4) при инженерных расчетах устойчивости, связи в Щ'РЛ в диссертационной работе на основе анализа большого объема рассчитанных на ЭВМ сигнатур, полученных при различных параметрах ЦРРЛ, были найдены сравнительно простые выражения, с приемлемой для инженерных расчетов точностью (ошибка менее 20$) описывающих вид зависимостей

Ап(г)=а.птъ + %птг-+спт , / (6)

где а„ 8я иСп - аппроксимационные коэффициенты.

Приведенный в диссертационной работе табличный материал позволяет воспользоваться разработанной методикой для расчета ус-

тойчивости работы пролетов ЦРРЛ с модуляцией типа 8 И, 16 и 64 КАФ<! при различных скоростях передачи сообщений и при величине коэффициента округления спектра 0,2Ы. <-0,7. Проведенное сопоставление результатов расчета устойчивости связи, выполненного по предлагаемой методике, с экспериментальными данными, опубликованными в-литературе, позволили сделать вывод о корректности разработанной методики.

В разделе, посвященном анализу эффективности применения АЧЭ для повьиегая устойчивости работы ЦРРЛ первоначально была обоснована необходимость введения критерия так называемой условной эффективности работы эквалайзера Гдчэ М > определяемой при фиксированном значении задержки дополнительного луча Т =соп£±. Это св!зано с тем, что значение результирующего (безусловного) выигрыша в устойчивости связи от применения АЧЭ на конкретном пролете ЦРРЛ зависит от вида закона распределения Ь1х('с) и щ ивязка к какому-либо конкретному варианту этого закона снизила бы общность полученных результатов.

В диссертационной работе был проведен анализ условной эффективности применения трех наиболее распространенных чипов АЧЭ -выравнивателя наклона АЧХ (АЧЭ ВН), выравнивателя наклоне. АЧХ, дополненного корректором симметричных искажений (АЧЭ ВН-ВС) и АЧЭ на основе перестраиваемого по частоте ..резонансного контура с изменяемой добротностью (АЧЭ ПК) - в зависимости от величины относительной задержки Т и от предельных параметров АЧЭ, характеризуемых величинами X ыакс И<?-Макс" ^нгишз проводился для трех типов модуляции (8 Сд, 16 и 64 КАИ) при типичных значени- . ях параметров аппаратуры ЦРРЛ дН = 40 дБ и ¿=0,5.

Для АЧЭ ВН были получаны следующие результаты:

при увеличении Хкакс от 0 до 8 дБ наблюдался поч^и пгаей-

ный рост величины условной эффективности; у

при дальнейшем увеличении ^макс рост Лчэ вн замедлялся | и эффективность практически достигала максимума при Хмакс= 12дБ; дальнейшее увеличение Лмакс не приводило к увеличению1Дэои.

Учитывая, что величина Хмакс отражает степень сложности технической реализации эквалайзера, можно сделать вывод, что в АЧЭ БН следует применять корректирующие цепи, способные выравнивать линейный перекос АЧХ в 10-12 дБ.

Анализ величины условной эффективности применения АЧЭ ВН-ВС и АЧЭ 1Ж проводился с учетом их неодинаковой эффективности в условиях МФ и ШФ ЧСЗ. Для АЧЭ ВН-ВС проводился анализ зависимости величины прироста условной эффективности по сравнению с эффективностью соответствующего АЧЭ ВН з зависимости от параметра о^макс. Было найдено, что добавление к АЧЭ ВН корректора симметричных искажений с <^махс= 5-8 дБ позголлет при типичных значениях задержки -Т= I и "Г= 2 не поднять эффективность в среднем на 10-12?. Увеличение же способности корректировать симметричные искажения до 8-10 дБ не приводит к дальнейшему росту условной эффективности АЧЭ ВН-ВС.

При рлализе эффективности применения АЧЭ ПК бчло отмечено, что рост условной эффективности 1д4Э п)< продолжается вплоть до значений %;акс= 20-25 дБ. На основе этого был сделан вывод-, что, поскольку сложность технической реализации АЧЭ ПК выше, чем у других видов амплитудно-частотных эквалайзеров (для настройки АЧЗ ПК,как правило, применяется микропроцессор), то целесообразно добиваться получения максимально высокой эффективности его применения. Для этого необходимо обеспечить возможность корректировки в АЧЭ ПК искажений глубиной не менее 20-25 дБ.

Следует отметить, что полученные результаты по анализу эффек-

тивности применения различных типов АЧЭ, ихетте практическое значение, в настоящее время в известной литературе отсутствуют.

Четвертая глава посвящена исследованию вопросов применения пространственно-разнесенного прг.еыа (ПРИ) для повышения устойчивости работы высокоскоростных ЦРРЛ.

Приведены результаты выполненного обзора и анализа опубликованных сведений о разработанных методах оценки устойчивости работы ЦРРЛ я условиях -ЧС2 лри наличии систем ПП1. Отмечены, два основных подхода к решению данной задачи.

При первом подходе дчя оценки выигрыша в устойчивости работы пролета ЦРРЛ пои применении системы ПРП используется метод критической величины лиьейной амплитудной дисперсии ДАДКр (величины критического перекоса А.ЧХ какала в пределах полосы чазт-ст, занимаемых сигналом, вызывающей увеличение коэффициента'ошибок вьпе пороговой величины Кош ПОр ).'При этом величина выигрыша . в устойчивости работы I рассчитывается как отношение вероятности превышения определенной величии' ЛАДКр на данном пролете ЦРР1 при одиночном приеме к вероятности превышения той ке величины ЛАДКр при применении разнесенного приема. Достоинством данного метода является использование сравнительно простых статистических характеристик сигнала - ллотности вероятности распределения значений^шщностя сигнала на фиксированной частоте и коэффициента частотной корреляции. С другой стороны, в статье с описанием данного метода отмечалось, что исследование характеристик частотной корреляции сигналов на выходе системы ПРП производилось экспериментально с использованием двухканального имитатора ЧСЗ на конкретной аппаратуре ЦРРЛ, что, безусловно, сникает общность полученных результатов.

Второй подход требует наличия модели радиоканала с двум вет-

вями пространственного разнесения, в которой задаются совместные стагястическке характеристики коэффициентов.передачи кавдой ветви на основе одной из известных моделей ЧСЗ. К сожалению, к настоящему времени, проведено-крайне мало экспериментальных исследований, позволяющих построить подобию модель, что вынуждает использовать ряд предположений о характере совместных распределений параметров модели замираний, исходя из общих соображений о характере многолучевого распространения радиоволн. В частности, при использовании двухлучевой модели ЧСЗ (I), в ряде ис-тсчьиков используется предположение о независимости значений параметров у иФ , описывающих "коэффициенты передачи ветвей пространственного, разнесения, и о примерном равенстве величин задержек Т в обоих подканалах. На основании данных предложений в одной из работ были выведены расчетные соотношения для определения времени неудовлетворительной работы пролета ЦРРЛ с системой ПРП с коммутацией сигнашв по видеочастоте, когда вероятность неудовлетворительной работы пролета ЦРРЛ, очевидно, равна вероятности одновременного появления в двух ветвях пространственного разнесения замираний, вызывающих увеличение коэффициента ошибок выше пороговой величинн.

Выполненный обзор позволил очертить круг вопросов анализа эффективности применения систем ПРП в ЦРРЛ, требующих теоретической проработки, в частности, анализ эффективности совместного применения различных систем ПРП и АЧЭ.

Ранее было отмечено, что в аппаратуре ЦРРЛ получили наибольшее 'распространение дво разновидности ПГО - с комбинированием сигналов по максимуму выходной мощности (ПРП Ш) и с комбинированием сигналов по минимуму' искажений формы спектра результирующего сигнала (ПРП МИ). В диссертационной работе.анализ работы

систем ПРП предлол&галосг арозаетн методом имитационного статистического моделирования на ЭВМ. Однако, при этом выяснилось, что в литературе принципы функционирования устройства управления фазированием сигналов в системе ПРП Ш рассмотрены крайне схематично. В частности, оставался открытым важный практический воп--рос о выборе оптимального значения количества точек анализа формы спектра сигнала на выходе системы ПРП МИ.

Для решения данной задачи в диссертационной работе путем имитационного статистического моделирования был проведен сравнительный еянлиз качества работа системы ПРП МИ при 3 и 5 точках анализа внутриполосной неравномерности спектра. В итоге анализа для радиоканала с шириной полосы П =» 40 МП; было показ-Аке, что качество работы системы ПРП Ш в обоих случаях практически одинаково, что свидетельствует о достаточности алгоритма управления фазой комбинируемых сигналов по трехточечной оценке внутриполосной неравномерности спектра выходного сигнала. " '

Для сокращения объемов вычислений при имитаг^онном статиста- ' "• чесхом моделировании работы систем ПРП и обеспечения возможности применения для расчета устойчивости работы пролета ЦРРЛ метода сигнатур автором был предложен новый метод анализа эффективности применения систем ПРП, основанный на аппроксимации коэффициента передачи канала с ПРП эквивалентной двухлучевой моделью. При этом часть канала от выхода передатчика до выхода устройства комбинирования сигналов системы ПРП предлагается рассматривать в качестве эквивалентного радиоканала, для описания / которого применяется двухлучевая модель (I), э статистические характеристики ее параметров находятся в процессе имитационного . моделирования.

С зтой целью б'иа разработана специальная программа, включая-

щая в себя:

цатчак псевдослучайных чисел, задающий слученные комбинации параметров ДЕухлучевых моделей двух ветвей* пространственного разнесения;

математические модели устройств комбинирования сигналов в системах ПРЛ Ш и ПРП МИ;

специальную подпрограмму, осуществляющую поиск параметров аппроксимируащей эквивалентной двухлучевой модели градиентным методом по критерию минимума среднеквадратичной ошибки аппроксимации получаемой АЧХ эквивалентного канала в полосе П и обеспечивающую поиск оптимальных параметров эквивалентной двухлучевой модели в пределах области их определения;

подпрограмму статистического анализа параметров эквивалентной двухлучевой модели канала с ПРП.

В результате проведенного анализа была показана принципиальная возможность применения указанного подхода и получен ряд теоретических оценок челичины получаемого выигрыша в устойчивости. Так, результаты теоретического анализа величина условного (при Т - соп5Х ) выигрыша в устойчивости работы при применении систем ПРП Ш были аппроксимированы следующей зависимостью:

1пат('Г) = с^ГР1 (7)

где значения коэффициентов•Л и р приведены в табл. 1.

Таблица I.

Тип модуляции Скорость передачи сообщений, Мбит/с сС £

д Ш ■ 70 92,1 - 1,43

16 КАШ 140 30,2 - 1,25

64 КШ 140 23,0 - 1,28

Следует отметить, .что поскольку статистическое исследование эквивалентного радиоканала и работы системы ПРД Ш проводилось для часто встречающихся значений относительной задеркки I <Т 4 б не, то и аппроксимирующая зависимость (7) имеет те ке гределы применимости:

Анализ сгвместного применения системы ПРП Ш и АЧЭ ВН показал, что величина условного выигрыша в устойчивости работы о? их совместного применения может быть аппроксимирована следующей зависимостью:

1.7

Tu /Т« f . ,8л

J-COBM J-ilPP. \ ¿лцэ ВН/ .

На основе данного подхода такке была проанализирована величина дополнительного выигрыша в устойчивости работы от примене-. ния системы ПРЦ UA по сравнению с системой ПРП Щ, которая составила от о раз для ЦРРЛ с модуляцией типа В Ei при С = 70 Ыбит/с до 25 раз для ЦРРЛ с модуляцией vnna 64 !iA&I при С = 140 Ыбит/с при Т = 4 не. -

В заключении сформулированы основное результаты диссертационной работы, которые сводятся к следующего.

1. Выполнен сравнительный анализ известных математических моделей радиоканала с ЧСЗ и произведен обоснованный выбор нормализованной двухлучевой модели замираний для последующего ее использования в диссертационной работе при анализе устойчивости работы цифровых РРЛ.

2. Получено новое соотношение (5), связывающее параметры ио-д&ли ЧСЗ с известила эмпирическим коэффициентом

■ 3. Разработана методика расчета устойчивости работы пролетов ЦРРЛ в условиях ЧСЗ, описываемых двухлучевой моделью с произвольные законами распределения плотностей вероятности относи-

тельной издержки дополнительного луча ТаГг(т) , и относительной амплитуды дополнительного луча ЦфСР) . Предлагаемая методика основана на использовании сравнительно простых зависимостей, полученных в результате анализа большого объема теоретически рассчитанных на ЭВМ сигнатур.

4. Разработана универсальная программа для ЭВМ, позволяющая Р£сс«иты£ать вероятность ошибочного приема символов на выходе пролетов ЦРРЛ с различными типами модуляции при действии ЧСЗ и. наличии различных типов АЧЭ. Особенностью данной программы является использование описания сигналов и канала в частотной области, а также применение алгоритма обратного быстрого преобразования Фурье и интерполяционного ряда Котельникова для уменьшения затрат вычислительных ресурсов, требуемых при расчетах.

• 5. Разработан метод оценки выягрыпа в устойчивости работы пролета ЦРРЛ от применения АЧЭ в условиях неодинаковой эффективности его работы при Ш6 и НМФ ЧСЗ.

6. Произведен анализ эффективности применения АЧЭ для борьбы с ЧСЗ в ЦРРЛ. Анализ зависимости величины условного выигры-и?. в устойчивости работы от характеристик А® позволил сформулировать рекомендации по выбору оптимальных значений параметров корректирующих цепей АЧЭ различных типов. Рассчитанные графики зависимости условной эффективности применения АЧЭ от значений относительной задержки дополнительного луча V позволяют оценивать величину ожидаемого полного выигрыша в устойчивости работы пр'1 различных вариантах салона распределения плотности вероятности ЪУ^т) .

7. Исследована зависимость качества работы системы комбинирования пространственно-разнесенных сигналов по минимуму показаний от точности сценки максимальной внутриполосной неравно-

мерности АЧХ.- Показана достаточность трехточечной оценки внут-риполосной неравномерности при ширине рабочей полосы П <40 МГц.

8. Предложен новый метод расчета выигрыша в устойчивости работы пролета ЦРРЛ от применения систем ПРП, основанный на аппроксимации АЧХ эквивалентного радиоканала двухлучевой моделью ЧСЗ. Показана возможность применения данного метода как для анализа работы систем ПРП Ш, так и систем ПРП Ш.

9. Получеггы выражения, позволяющие оценивать величину ожидаемого выигрыша в устойчивости работы пролета ЦРРЛ от применения системы ПРП без АЧЭ и при совместном использовании ПРП и • АЧЭ ВН..\ /

По теме диссертации опубликованы следуюше работы

1. Пустовойтов Е.Л., Серебряков И.Ю. Методы борьбы с частотно-селективными замираниями в цифровых РРЛ// Зарубежная радиоэлектроника. -"1988.$ 10. -С. 93-97.

2. Серерряков И.О. Расчёт устойчивости работы цифровых РРЛ, оборудованных амплитудно-частотными эквалайзерами// Деп, рукопись № 1400. - И.: ЦНТЙ "Информсвязь", 1988.

3. Серебряков И.О. Оптшшзация параметров амплитудно-частотных эквалайзеров// Тезисы конференции "Формирование, передача, прием и обработка сигналов в системах передачи информации". -М.,1988. '

• 4. Серебрякдв И.О. Оценка эффективности применения амплитудно-частотного эквалайзера для борьбы с селектиЕНьак затираниями в цифровых РРЛ// Радиотехника. - 1989. - Р 5. - С. 87-83.

Подписано в печать 9.04.90 г. Л.42261. Формат 60x34/16. Печать офсетная. Объем 1,0 усл. п.л. Тиран 100 экз. Заказ235. Бесплатно.

Отдел оперативной полиграфия МИО, Москва, ул.Авиамоторная, 8.