41. Стійкість роботи лінії зв’язку при завмираннях сигналу.

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.

О сновной 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. 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.

Рис. 1. Схема распространения коротких волн на большие расстояния:

1, 2—волны, распространяющиеся путем двух отражений от ионосферы;

3 — волна, распространяющаяся путем одного отражения от ионосферы;

4 — волна, рабочая частота которой больше максимально допустимой

Помимо этого, замирания сигнала вызываются рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и интерференцией рассеянных волн.

Кроме интерференционных замираний сигнала, на коротких волнах имеют место поляризационные замирания. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении ее в направлении силовых линий магнитного поля Земли

Если, например, передающая и приемная антенны представляют собой горизонтальные вибраторы, то излученная горизонтально-поляризованная волна после прохождения в ионосфере претерпит поворот плоскости поляризации. Угол поворота меняется с изменением электронной плотности ионосферы. Поэтому направление вектора напряженности электрического поля относительно приемной антенны непрерывно меняется, что приводит к колебаниям э. д. с., наводимой в антенне.

    На практике все указанные причины замираний сигнала действуют одновременно. Замирания характеризуются их скоростью. Скорость замираний показывает, какое число раз п в единицу времени огибающая амплитуды сигнала пересекает в положительном направлении заданный уровень сигнала. Наблюдения показали, что при быстрых замираниях для уровней напряженности поля, превышаемых в 90% времени, средняя величина n = 12 в минуту.

Важной характеристикой замираний является закон распределения огибающей амплитуды сигнала. Быстрые замирания хорошо описываются законом распределения Релея (при интервалах наблюдения 3—7 мин). Помимо быстрых замираний, наблюдаются медленные замирания, для выявления которых необходимо вести наблюдения в течение 40—60 мин. Причиной этих замираний является изменение поглощения радиоволн в ионосфере. Распределение огибающей амплитуды сигнала при медленных замираниях подчиняется нормально логарифмическому закону со стандартным отклонением порядка 8 дБ.

Общие сведения. Практически все радиоканалы подвержены влиянию замираний. При наличии аддитивных шумов это является основным препятствием для высококачественной и надежной передачи сигналов.

Причиной быстрых замираний, является интерференция двух или более лучей.

Быстрые замирания представляют собой нестационарный случайный процесс, поскольку они накладываются на медленные изменения сигнала. Вместе с тем для любого радиоканала существует интервал времени Т_СТ, в течение которого быстрые флуктуации сигнала можно считать стационарным процессом. Этот интервал Т_СТ обычно составляет несколько минут. При меньшем времени не будут выявлены все возможные значения изменения сигнала.

Классификации методов.

В аналоговых системах передачи используются следующие методы борьбы с замираниями.

Во-первых, метод разнесенного приема, который заключается в следующем. Каким-либо способом образуют несколько копий принимаемого сигнала, по-разному пораженных замираниями, и затем комбинируют эти копии.

Во-вторых, метод оптимального приема с использованием широкополосных и составных сигналов.

В-третьих, метод адаптивного приема, использующий для адаптации сведения о тракте передачи сигнала. Адаптация может производиться либо на приеме, либо на передаче. В последнем случае для передачи информации о состоянии прямого тракта и соответствующего изменения параметров передаваемого сигнала используется канал обратной связи.

В цифровых системах передачи в дополнение к перечисленным способам борьбы с замираниями используются временное разнесение, решающая обратная связь в сочетании с помехоустойчивым кодированием. Применение того или иного метода борьбы с замираниями определяется, с одной стороны, требованиями к надежности и искажениям передаваемой информации в процессе передачи и, с другой стороны, сложностью реализации устройств.

В аналоговых системах возможен ряд вариантов разнесенного приема, отличающихся способами объединения ветвей и формирования результирующего колебания.

В системах связи применяются линейные методы додетекторного объединения ветвей. При этом результирующее колебание на выходе схемы объединения представляет собой линейную комбинацию  входных колебаний отдельных ветвей разнесения.

Среди линейных методов объединения ветвей большое распространение в технике пространственного разнесенного приема получили простое и оптимальное линейное сложение сигналов. Кроме того, часто применяется автоматический выбор наилучшей ветви разнесения. Различают автовыбор по наибольшему значению сигнала и автовыбор по наибольшему превышению сигнала над помехой.

— Система автовыбора с переключением приемников

В этой системе путем переключения приемников из ветвей выбирается та, в которой сигнал имеет наибольшее значение. 

— Система автовыбора с переключением антенн

В системе автовыбора с переключением антенн при  - кратном разнесении используется всего лишь один приемник.Она состоит из двух разнесенных антенн, одного приемника и переключающего устройства (блока автовыбора). Блок автовыбора подключает антенну, сигнал которой больше установленного порога

— Система линейного сложения сигналов

В случае линейного сложения сигналов с одинаковыми средними уровнями (средней мощностью) в каждой ветви результирующий сигнал представляет собой сумму   случайных независимых функций, имеющих обычно рэлеевские распределения замираний.

— Система оптимального линейного сложения сигналов

Принципиальным недостатком линейного сложения сигналов с одинаковыми весовыми коэффициентами является то, что ветви с плохим отношением сигнал/шум вносят заметный вклад в шумовую составляющую результирующего колебания и незначительный в сигнальную составляющую.