3.5 Поясните сущность термина «канал радиосвязи», охарактеризуйте математические модели каналов радиосвязи, используемые при анализе функционирования систем радиосвязи.

Каналом радиосвязи в общем случае называется совокупность технических средств и физической среды, в которой сигналы, отображающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю. Каналы связи могут различаться в зависимости от формы передаваемой информации, например, они могут быть телеграфными, телефонными, телевизионными и др.

Прием коротких радиоволн всегда сопровождается измерением во времени уровня принимаемого сигнала, причем это изменение носит случайный характер. Такое явление называют замираниями сигнала.

Очевидно, что при наличии замираний можно говорить только о вероятности появления того или иного уровня сигнала. Различают быстрые и медленные замирания сигнала.

Основной причиной быстрых замираний сигнала является многолучевое распространение радиоволн. Чаще всего причиной замираний служит приход в точку приема двух лучей, распространяющихся путем одного и двух отражений от ионосферы, как показано на рис. 2.1. Поскольку два луча (1 и 3) проходят различные пути, фазы их неодинаковы. Изменения электронной плотности, непрерывно происходящие в ионосфере, приводят к изменению длины пути каждого из лучей, а следовательно, и к изменению разности фаз между лучами. Для изменения фазы волны на 180° достаточно, чтобы длина пути изменилась на /2, т. е. на 5—50 м. Такие незначительные изменения длины пути могут происходить непрерывно, поэтому, колебания напряженности электрического поля в диапазоне коротких волн являются частыми и глубокими.

Для борьбы с замираниями применяют различные методы, например, прием на антенны с узкой диаграммой направленности, ориентированной так, чтобы принимался только один луч. Однако направление прихода луча меняется в течение суток, поэтому необходимо предусматривать возможность изменения направления максимума диаграммы направленности антенны. Такая приемная антенна является сложной и громоздкой. Эффективным является также прием на разнесенные антенны. Дело в том, что увеличение и уменьшение напряженности электрического поля происходят не одновременно даже на сравнительно небольшой площади земной поверхности. В то время как в месте расположения одной антенны уровень напряженности поля мал, вблизи второй антенны на расстоянии в несколько длин волн (сто или несколько сотен метров) от первой напряженность электрического поля оказывается достаточной для приема.

Указанные меры борьбы действенны только для исключения быстрых замираний, медленные изменения сигнала не устраняются.

Математические модели непрерывных моделей каналов связи

Любой канал связи будет задан с помощью математи­ческой модели, если известно множество сигналов на его входе, а также определен случайный процесс (сигнал) на его выходе. Как уже отмечалось, случайный процесс счи­тается заданным, если известно его распределение веро­ятностей. Однако дать точное математическое описание реальных каналов - весьма сложная задача. Поэтому, как правило, принимают несколько упрощенные модели, ко­торые, тем не менее, учитывают все самое существенное, что влияет на процесс передачи информации. Второсте­пенные детали, не оказывающие значительного влияния, |в этом случае отбрасываются.

Идеальный канал без помех.

Идеальный канал без помех представляет собой ли­нейную цепь с постоянной передаточной функцией, обычно сосре­доточенной в ограниченной полосе частот. Допустимы любые входные сигналы, спектр которых лежит в определенной полосе частот ΔF_C и имеющие ограниченную среднюю мощность Р_с (либо пиковую мощность Рпик). Эти ограничения характерны для всех непрерывных каналов, и в дальнейшем они оговариваться не бу­дут. В идеальном канале выходной сигнал при заданном входном оказывается детерминированным. Эта модель иногда используется для описания кабельных каналов. Однако, строго говоря, она непригодна для реальных каналов, в которых неизбежно присутствуют, хотя бы и очень слабые, адди­тивные помехи.

Канал с аддитивным гауссовским шумом

Данная модель является одной из самых простейших. Сигнал на его выходе

Z (t) = μ•u (t-τ) + n (t).

Данная модель удовлетворительно описывает боль­шинство проводных каналов, а также каналы радиосвязи прямой видимости.

Многолучевой гауссовский канал с частотно-селективными замираниями.

Данная модель канала является обобщением преды­дущей модели и соответствует ситуации, когда в точку приема приходит несколько лучей сигнала с различным временем задержки (запаздывания) k-го луча τ_k.

Модель дискретного канала содержит задание множества воз­можных сигналов на его входе и распределение условных вероят­ностей выходного сигналу при заданном входном. Здесь входным и выходным сигналами являются последовательности кодовых символов. Поэтому для определения возможных входных сигналов достаточно указать число т различных символов (основание ко­да), а также длительность Т передачи каждого символа. Будем считать, что значение Т одинаково для всех символов, что выпол­няется в большинстве современных каналов.