Сигналы и помехи в радиосистемах (стр. 1 )

1. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОСИСТЕМАХ

Все радиотехнические системы (РТС) - информационные и под­разделяются на

1) системы передачи информации;

2) системы извлечения информации;
3) системы управления движением;

4) комбинированные системы;

5) системы разрушения информации.

Характерным признаком радиотехнической системы передачи информации (РТС ПИ) является наличие отправителя и получателя информации. Причем отправитель формирует определенным образом информацию в сообщение и с помощью носителя - радиосигнала пере­дает по каналу связи получателю, который, в свою очередь, принима­ет радиосигнал, выделяет из него переданное сообщение и использует информацию в сообщении по своему целевому назначению.

В РТС извлечения информации (системы радиолокации и радиона­вигации) информация, как таковая, не передается, а формируется в процессе прохождения излученного (или переизлученного) радио­сигнала по каналу связи и извлекается из принимаемого радиосиг­нала.

В РТС управления движением информация, переданная с по­мощью радиосигнала, используется для управления подвижными объек­тами.

Комбинированные РТС представляют собой сочетание РТС ПИ и РТС извлечения информации. РТС разрушения информации предназна­чены для создания преднамеренных помех системам передачи или извлечения информации с учетом их специфики.

Для всех указанных РТС важным и наиболее ответственным фактором является выбор формы радиосигнала как носителя инфор­мации. От выбора формы радиосигнала зависит по существу струк­тура всей РТС а, следовательно, и ее основные характеристики: точность действия, помехоустойчивость, разрешающая способность, надежность, сложность и т. д.

Все многообразие радиосигналов, используемых в РТС по типу описывающих их функций времени, можно разделить на детерминиро­ванные, случайные и псевдослучайные. Детерминированными назы­ваются сигналы, значения параметров которых (амплитуда, фаза, частота) в любые моменты времени являются известными величинами. Сигналы называются случайными, если значения их параметров не­известны и являются случайными величинами. Псевдослучайными на­зывают детерминированные сигналы, которые, не являясь случайны­ми, по своим статистическим свойствам подобны случайным процес­сам.

Радиосигналы каждой из названных групп, в свою очередь, могут подразделяться на непрерывные и дискретные. Непрерывным называется сигнал, принимающий все возможные значения на неко­тором интервале времени Т и в диапазоне, ограниченном его мак­симальным - и минимальным - значениями. Дискрет­ным называется сигнал, квантованный по уровню или по времени, или по уровню и времени одновременно.

1.1.  ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

При аналитическом анализе и синтезе РТС требуется опреде­ленное математическое описание сигнала, которое отражало бы основные свойства. 6 зависимости от конкретного назначения РТС и целей исследования один и тот же сигнал может иметь различ­ное описание (или представление), позволяющее наиболее просто решить поставленную задачу. Правильный выбор формы представле­ния сигнала во многом предопределяет не только простоту анали­тических расчетов, но и его результаты. Этот факт наиболее оче­виден при использовании в РТС сложных сигналов. Ниже дается краткая характеристика основным формам представления сигналов, характерных для РТС.

1.1.1.  ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛА КАК ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ

Для одиночного сигнала длительности , по которому про­изводится отсчет измеряемого параметра, описание имеет вид

. (1)

Здесь , и - законы изменения соответственно амплитуды, частоты и фазы сигнала на интервале определения .

В зависимости от количества переменных и постоянных пара­метров различают следующие виды информационной модуляции: ам­плитудную (AM), частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудно-частот­ную (АМ-ЧМ), фазочастотную (ФМ-ЧМ) и т. д.

Эта форма представления сигнала отличается простотой и физической наглядностью.

Основным недостатком такого описания является неоднознач­ность в оценке вида модуляции.

Например, изменение фазы сигнала на ; и радиан равно­сильно изменению амплитуды сигнала с положительного значения на отрицательное и наоборот.

1.1.2.  АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

Наиболее обоснованный путь устранения неоднозначности вида модуляции, присущей описанию сигнала как действительной функции времени, приводит к введению аналитического сигнала. При этом вещественная функция дополняется мнимой компонентой и образуется комплексный сигнал

(1а)

Компонента зависит от и связана с ней пре­образованием Гильберта:

(2)

Справедливо и обратное преобразование Гильберта:

(3)

Такой выбор мнимой компоненты связан с определением основ­ных характеристик сигнала - его амплитудной огибающей, фазы и мгновенной частоты. Кроме того, для каждой синусоидальной состав­ляющей в спектре функции имеется такая же по амплитуде синусоидальная составляющая в спектре функ­ции . Поэтому спектр комплексного сигнала отличается от нуля только при положительных . И в этой области спектра и совпадают по форме и отличаются только масштабным коэффициентом:

(4)

При записи аналитического сигнала в форме

(5)

огибающая и фаза определяются единственным образом:

а вещественная часть сохраняет заданную форму

(6)

Фаза представляется в виде суммы двух слагаемых:

Множитель только перемещает спектр сигнала на вели­чину , а свойства комплексной огибающей, определяющей форму сигнала, сохраняются.

К недостаткам аналитического представления можно отнести сложность математических преобразований при анализе прохождения сигнала через линейные и нелинейные цепи.

1.1.3.  СПЕКТРАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

Так как сигнал в РТС в большинстве случаев является слож­ной функцией времени и частоты, целесообразно определить его че­рез линейные комбинации простых функций

где ; - безразмерные коэффициенты (в общем случае они могут зависеть от какого-то параметра ); - базисные функции, определяемые в том же промежутке времени, что и сигнал.

Основные свойства базисных функций:

1) ортогональность -

2) энергетическая эквивалентность -

3) ортонормированность -

где семейство функций

ортогональны и нормированы.

Представление сигнала в виде ряда по ортонормированным функциям: