Особенности использования шумоподобных сигналов

 

Cистемы многоканальной передачи с ортогональными и линейно-независимыми сигналами требуют для нормальной работы той или иной синхронизации: точного совпадения спектра сигнала с полосой пропускания при ЧРК; точного совпадения временных интервалов передачи сигналов отдельных каналов при ВРК; точного определения моментов начала и конца тактового интервала в системах с разделением сигналов по форме активными фильтрами; точной установки момента отсчета в системе с согласованными фильтрами.

В ряде случаев осуществить точную синхронизацию затруднительно. С подобными ситуациями приходится сталкиваться, например, при организации оперативной связи между подвижными объектами (автомобилями, самолетами). Такая задача возникает при организации оперативной связи с использованием искусственных спутников Земли в качестве ретрансляторов. Во всех этих случаях могут быть использованы системы асинхронной многоканальной связи, когда сигналы всех абонентов передаются в общей полосе частот, а каналы не синхронизированны между собой во времени. Поскольку в таких системах за каналами не закреплены ни частотные полосы, ни временные интервалы и время работы каждого канала произвольно, то такие системы называют системами со свободным доступом к линии связи или системами с незакрепленными каналами. В системах со свободным доступом каждому каналу (абоненту) присваивается определенная форма сигнала, которая и является признаком, "адресом" данного абонента. В отличие от обычного разделения по форме, где условие ортогональности сигналов выполняется лишь тогда, когда тактовые интервалы всех каналов жестко синхронизированны, для полного линейного разделения сигналов в системах рсо свободным доступом ортогональность или линейная независимость должны сохраняться при любых временных сдвигах сигналов. Это значит, что для любой пары сигналов s_i(t) и s_к(t) должно выполняться условие:

 

 (9.24)

 

при 0 £ t £ T, где T - длительность элементарного сигнала, а интегрирование производится на любом интервале от t до t+T.

Строго говоря, условие (9.24) выполняется только в случае, когда сигналы s_к(t) представляют собой белый шум, т.е. имеют неограниченную ширину спектра и бесконечную дисперсию; для реальных сигналов оно невыполнимо. Вместе с тем, можно сформировать такие сигналы, для которых (9.24) выполняется приближенно в том смысле, что

 

 (9.24а)

 

при 0 £ t £ T, т.е. скалярные произведения сигналов при любом сдвиге по времени много меньше энергии элементарного сигнала. Такие сигналы можно назвать почти ортогональными. По своим свойствам почти ортогональные сигналы приближаются к белому шуму, поэтому их часто называют шумоподобными: их корреляционные функции и спектральные плотности мощности близки к аналогичным характеристикам квазибелого шума. Шумоподобные сигналы относятся к классу сложных сигналов, база которых B = 2FT >> 1, и являются дальнейшим развитием сигналов, различающихся по форме. Теории шумоподобных сигналов и вопросам их использования в различных системах связи посвящены работы Л.Е.Варакина [5]. Наиболее распространенным примером технической реализации почти ортогональных шумоподобных сигналов могут служить определенным образом сформированные псевдослучайные последовательности дискретных, в частности, двоичных радиоимпульсов. База сигналов при этом определяется числом импульсов в последовательности. Каждому каналу присваивается одна из множества почти ортогональных двоичных последовательностей, которая служит "адресом" канала. Это приводит к названию "асинхронные адресные системы связи" (ААСС).

Важным достоинством ААСС является то, что нет необходимости в центральной коммутационной станции; все абоненты имеют прямой доступ друг к другу без частотной перестройки приемных и передающих устройств. Здесь достаточно набрать "адрес" вызываемого абонента, т.е. изменить "форму" импульсной адресной последовательности.

В системах с закрепленным каналами ЧРК и ВРК добавление хотя бы одного нового абонента оказывается возможным лишь при исключении одного из имевшихся в системе. Значительно проще эта задача решается в ААСС. Здесь вследствие свободного доступа к линии связи могут вести передачу любые N_a активных абонентов из N абонентов системы связи. При определении числа N_a нужно учитывать, что вследствие неполной ортогональности каналов в ААСС неизбежны переходные помехи ("шумы неортогональности"), уровень которых растет по мере увеличения N_a. Поэтому число одновременно работающих абонентов должно быть ограничено. Допустимое значение N_a возрастает по мере увеличения базы сигнала, так как чем больше база сигнала, тем точнее выполняется условие (9.24 а).

В зависимости от времени активности абонентов (т.е. от доли времени, занимаемой k-м каналом для передачи сообщений) можно организовать, например, 1000 - канальную систему связи, в которой одновременно ведут передачу любые 50 абонентов из тысячи. В таких системах легко реализуются резервы пропускной способности, возникающие за счет малоактивных абонентов. Изучив статистику сообщений, передаваемых по каждому каналу, можно установить допустимое число каналов в системе N, при котором обеспечивается нормальная работа N_a активных каналов.