www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Ряд десятилетий единственным носителем или переносчиком информации являлось синусоидальное колебание, методы манипуляции которого постепенно совершенствовались (амплитудная, частотная, фазовая, относительная фазовая). Появление техники радиолокации и освоение УКВ диапазонов привело к появлению нового носителя информации в виде периодической последовательности импульсов с синусоидальным заполнением. Импульсная несущая породила целый ряд новых видов модуляции и манипуляции (ВИМ, ЧИМ, ШИМ и др.) и привела к созданию принципиально новых систем связи. Характерным примером таких систем являются многоканальные системы связи с временным уплотнением.

В последние десять лет появился новый вид носителя информации — широкополосный шумоподобный сигнал. Благодаря принципиально новым качествам, которыми обладает такой носитель информации, он за этот короткий отрезок времени нашел применение при решении различного рода проблем и сложных задач.

В основе техники шумовых и шумоподобных сигналов лежит использование в канале связи для переноса информации нескольких различных реализаций этих сигналов, разделение которых на приеме осуществляется с помощью селекции по их форме. При этом уверенное разделение сигналов может быть получено при введении частотной избыточности, т. е. при использовании для передачи сообщений полосы частот, существенно более широкой, чем занимает передаваемое сообщение.

Селекция сигналов по форме является новым видом селекции, обобщающим амплитудную, частотную, фазовую и импульсную селекции.

Переход к более сложному носителю информации приводит, естественно, к известному усложнению систем связи. В связи с этим вполне уместно спросить, какие новые возможности открывают шумоподобные системы в технике передачи сообщений?

Прежде всего, шумоподобный сигнал позволяет применять новый вид селекции — по форме. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода распределения рабочих частот данного диапазона между работающими радиостанциями и селекцией их на приеме с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым: одновременной работой каждой радиостанции во всем диапазоне частот шумоподобными сигналами с выделением нужной радиостанции на приеме путем селекции ее по форме сигнала. Анализ такой системы связи показывает, что максимально допустимое число одновременно работающих радиостанций в данном диапазоне практически то же, что и при традиционном делении этого диапазона на частотные каналы и селекции их с помощью частотных фильтров.

Интересной особенностью системы связи с шумоподобными сигналами являются ее адаптивные свойства — с уменьшением числа работающих станций помехоустойчивость действующих автоматически возрастает.

Благодаря частотной избыточности в шумоподобных системах они могут успешно работать при наличии в их полосе ряда обычных, будем их называть узкополосными, радиостанций. В этом случае пораженные узкополосными радиостанциями участки спектра вырезаются (оператором или автоматом).

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что исключение более половины полосы частот, занимаемой шумоподобным сигналом, не нарушает нормальной работы системы. Естественно, что при этом имеет место снижение помехоустойчивости, пропорциональное ширине полосы вырезаемого участка спектра. Следовательно, рассматриваемый метод передачи позволяет решить задачу нормального приема сигналов при наличии весьма мощных мешающих станций в полосе пропускания. Тем самым может быть решена задача, с которой метод частотной селекции принципиально не может справиться. По-видимому, системы связи, построенные на разумном сочетании селекции по частоте и по форме, позволят более рационально использовать диапазоны частот, отводимые для связи, и найдут применение в ближайшем будущем.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств связи, следует отнести проблему установления надежной связи в каналах при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Типичным примером такого рода каналов являются KB каналы. Наличие многолучевого распространения приводит к искажению принимаемых сигналов, что затрудняет прием и снижает достоверность передачи информации. Попытки преодоления вредного влияния многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу прихода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы.

Однако все эти методы не дают принципиального решения проблемы. Широкополосный шумоподобный сигнал благодаря своим хорошим корреляционным свойствам может быть «свернут» в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Таким образом, выбирая такую полосу системы, чтобы длительность свернутого импульса была меньше времени запаздывания лучей, можно осуществить раздельный прием одного или ряда запаздывающих лучей, а суммируя их энергию, повысить помехоустойчивость приема шумоподобных сигналов. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.

Использование шумоподобных сигналов в радиолокации позволило разрешить противоречие между дальностью действия и разрешающей способностью, т. е. при постоянной пиковой мощности передатчика локатора получить увеличение разрешающей способности без снижения дальности. Это реализуется благодаря возможности свертки протяженного во времени и по частоте сигнала в очень узкий импульс в приемном устройстве.

Из приведенных примеров, которые далеко не охватывают всех задач, решаемых новыми системами, следует их перспективность и необходимость изучения, освоения и внедрения в практику. Принципиальная возможность построения широкополосных систем непосредственно следует из классической работы А. В. Котельникова [18], в которой показано, что потенциальная помехоустойчивость системы связи при действии гауссовых помех инварианта по отношению к ширине полосы частот. В несколько более поздних работах К. Шеннона [4] было показано, что шумовой сигнал обладает максимальной энтропией, и показан принципиальный путь построения систем связи с шумовыми сигналами. Однако понадобилось более десяти лет, чтобы эти идеи нашли свое инженерное воплощение и были преодолены трудности, связанные со сложностью генерирования, селекции и синхронизации шумоподобных сигналов. Первой такой системой явилась американская система коротковолновой радиосвязи «Рейк» [13], в которой благодаря «свертке» широкополосного сигнала осуществлялся раздельный прием запаздывающих лучей.

За истекшее время шумоподобные сигналы нашли ряд применений как в наземной, так и в космической радиосвязи, в радиолокации, в панорамных разведывательных приемниках [55] и измерительных системах.

Интересные возможности открываются при комбинировании широкополосных методов с известными методами модуляции и манипуляции. Тут можно назвать использование манипуляции по форме в сочетании с ВИМ, нашедшее применение в дискретно-адресных системах с вызовом произвольного абонента, а также сочетание манипуляции по форме с относительными методами передачи, особенно с относительной фазовой телеграфией (ОФТ).

При написании книги авторами были использованы совместные оригинальные работы и материалы лекций. Авторы с благодарностью вспоминают дискуссии с докт. физ.-мат. наук, проф. Я. И. Хургиным, в которых он неизменно ставил вопрос * «Ну и что?».

Авторы надеются, что несмотря на недостатки, свойственные первому обобщению вопроса, монография позволит широкому кругу специалистов ознакомиться с новой и перспективной областью техники связи и будет в той или иной степени способствовать их освоению и внедрению в практику.


* Хургин Я. И. «Ну и что?» Изд-во «Молодая гвардия», 1967.


Назад, на страницу описания