Лекции по Широкополосным сигналам и системам   

4. Преимущества систем с широкополосной передачей

4.1. Помехоустойчивость

Окружающая обстановка, в которой конкретная система передает и извлекает информацию, не всегда полностью дружественна по отношению к ней. На приемной стороне полезному сигналу могут сопутствовать наряду с тепловым шумом и иные искажения различной природы. Следуя повсеместно принятой терминологии, будем называть подобные искажения помехами. Этот термин применяется повсеместно для учета непреднамеренного воздействия, обусловленного системами, работающими в том же или смежном частотном диапазоне, так и создаваемого преднамеренно как средства радиоэлектронного противодействия. Рассмотрим две основные модели помех, начав с узкополосной помехи.

4.1.1. Узкополосная помеха

Данный тип помех наиболее характерен для ситуаций, когда некоторая соседствующая система или системы не имеют враждебных намерений по отношению к рассматриваемой, и создают помехи только как результат штатного функционирования. Предположим, что часть спектра сигнала подвергается воздействию не только АБГШ шума, но и помехи мощности J. Тогда спектр полезного сигнала, белого шума и помехи с полосой имеет вид, представленный на рисунке (a) справа. Назовем помеху узкополосной только по той причине, что занимаемая ею полоса уже полосы , занимаемой сигналом, и имеются области, где спектр сигнала не подвержен искажению помехой.

Предположим вначале, что рассматриваемая система не предпринимает никаких специальных мер для противодействия помехе за исключением, возможно, выбора подходящего сигнала. Подобного рода сценарий означает, что при проектировании возможность присутствия помехи принята в расчет на этапе выбора сигнала, однако система не подстраивает каждый раз закон модуляции сигнала и алгоритмы обработки под текущую помеховую обстановку. Другими словами, приемник системы всегда использует только фильтр, согласованный с АБГШ, невзирая на наличие или отсутствие помехи на входе. В первом приближении работа системы в этом случае характеризуется не классическим отношением сигнал-шум на выходе согласованного фильтра

,

а выходным отношением сигнал-(шум + помеха) , учитывающим наряду с АБГШ и деструктивное воздействие помехи. Для отыскания отношения сигнал-(шум + помеха) на выходе согласованного фильтра разделим выходную мощность сигнала 2EW на полную мощность отфильтрованных шума и помехи, поскольку последняя проходит через фильтр без всякого ослабления

Очевидно, что сигналы с широким спектром обладают иммунитетом к воздействию помехи. Поскольку , где P и T, как обычно, мощность и длительность сигнала соответственно, то при наложении ограничений на величину пиковой мощности сигнала (T не может быть уменьшено) существует только один способ повышения стойкости в отношении узкополосной помехи: использовать широкополосную стратегию.

Рассмотрим теперь иной сценарий, в котором система способна адаптировать приемник к текущей помеховой обстановке. При помехе, многократно превышающей естественный уровень АБГШ, оптимальная процедура обработки эквивалентна простому вырезанию частотного интервала спектра сигнала, в котором сосредоточена помеха. С этой целью используется полосовой режекторный фильтр, на выходе которого спектр сигнала и шума имеет вид, изображенный на рисунке (b). Подобный спектральный рисунок может трактоваться, как если бы исходный сигнал занимал лишь часть полосы , свободную от помех, и имел энергию . Тогда согласованный фильтр, очищая этот «остаточный» сигнал от АБГШ, обеспечивал бы выходное отношение мощностей сигнала и шума

которое снова свидетельствует о выгодах сигналов с широким спектром с точки зрения иммунитета к узкополосным помехам.

Итогом является следующий вывод: достижение высокой помехоустойчивости к узкополосной помехе без обращения к «грубой силе» (увеличению энергии и пиковой мощности) возможно только при расширении спектра сигнала независимо от его длительности, т.е. использовании широкополосной технологии.

4.1.2. Заградительная помеха

Во многих военных сценариях или приложениях, характерных для спецслужб, встречается ситуация, когда помеха создается преднамеренно как средство радиоэлектронного противодействия. В подобных случаях применяют так называемую заградительную шумовую помеху, спектр мощности которой покрывает спектр сигнала без пропусков (см. рисунок справа). Ясно, что заградительная помеха воздействует на сигнал как дополнительный АБГШ со спектральной плотностью мощности, равной . Поэтому отношение сигнал-(шум+помеха) по мощности после согласованного фильтра подавляемой системы

,

В этом случае, однако, для нанесения большего вреда постановщик постарается обеспечить значительное превышение спектром помехи спектра естественного шума, т.е. , откуда следует, что

.

Вновь можно констатировать, что при лимите как пиковой мощности полезного сигнала, так и мощностного ресурса постановщика помех, единственным способом повышения иммунитета системы к заградительной помехе является привлечение сигналов с большим значением частотно-временного произведения , т.е. широкополосных сигналов.

Последняя формула объясняет другое популярное название частотно-временного произведения . Как видно, отношение мощностей сигнала и шума с равномерным спектром в полосе сигнала увеличивается согласованным фильтром в раз по сравнению со входным значением . Таким образом, можно назвать выигрышем от обработки.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.