Лекции по Теории передачи сигналов   

4. Методы обработки сигналов в приемнике

4.1. Общие сведения о приеме сигналов

На приемной стороне о передаваемых сигналах обычно имеются некоторые предварительные (априорные) сведения. Могут быть известными, например, частота несущей, вид модуляции и т. п. Сигнал, о котором заранее все известно, не несет информации, а абсолютно неизвестный сигнал нельзя было бы принять.

Известные параметры сигнала используются в приемнике для лучшего отделения сигналов от помех. Чем больше мы знаем о сигнале, тем совершеннее могут быть методы приема.

Параметры, в изменениях которых заложена переносимая сигналом информация, называются информационными. Изменения этих параметров на приемной стороне заранее неизвестны.

В зависимости от вида и назначения передачи при приеме сигналов возникают следующие основные задачи: 1) обнаружение сигналов, 2) различение сигналов и 3) восстановление сигналов.

При обнаружении сигналов задача сводится к получению ответа на вопрос, имеется на входе приемника сигнал или нет, точнее, имеется ли на входе сигнал плюс шум или только шум. С такой задачей мы обычно встречаемся в радиолокации, она также имеет место и в некоторых системах связи. Если мы в состоянии обнаружить сигнал, то появляется возможность передачи информации при помощи двоичного кода. Наличие сигнала (посылка) будет соответствовать символу 1, отсутствие сигнала (пауза) — символу 0. Этот принцип используется в системах с пассивной паузой.

При передаче двух сигналов s1 и s2 возникает задача не обнаружения, а различения сигналов. Здесь необходимо дать ответ на вопрос: имеется ли на входе приемника сигнал s1 или сигнал s2. Ответ на этот вопрос определяется уже не свойствами каждого сигнала в отдельности, а их различием. Сигналы могут отличаться один от другого своими параметрами. Очевидно, нужно стремиться к тому, чтобы различие было наибольшим и устойчивым к воздействию помех. Случай обнаружения может рассматриваться как вырожденный случай различения двух сигналов, когда один из них тождественно равен нулю.

Передача двоичным кодом, в котором каждому символу (1 и О) соответствует определенный сигнал (s1 и s2), не равный нулю, называется передачей с активной паузой. Случай различения многих сигналов принципиально мало отличается от случая различения двух сигналов.

Задача восстановления сообщения существенно отличается от задач обнаружения и различения сигналов. Она состоит в том, чтобы получить выходной видеосигнал v(t), наименее отличающийся от переданного сообщения u(t). При этом сообщение u(t) заранее неизвестно; известно лишь, что оно принадлежит к некоторому множеству или является реализацией некоторого случайного процесса.

На рис. 4.1 приведена функциональная схема обработки дискретных/сигналов. Принятый сигнал, искаженный помехой, в приемнике подвергается определенной обработке, детектируется и поступает для опознавания на решающее устройство.

Рис. 4.1. Функциональная схема обработки дискретных сигналов

Очевидно, что вероятность правильного опознавания сигналов существенно зависит от отношения сигнала к помехе на входе решающего устройства. В связи с этим основной задачей обработки сигналов в приемнике является увеличение отношения сигнал/шум. Обработка сигналов, как правило, сводится к тем • или иным методам фильтрации.

В каскадах обработки производится также усиление сигналов до величин, при которых могут нормально работать детектор и решающее устройство.

В обычном приемнике непрерывных сигналов додетекторная обработка сигналов осуществляется с помощью резонансных усилителей, обеспечивающих необходимую частотную селекцию. Функции последетекторной обработки при этом выполняются видеоусилителем (или усилителем низкой частоты). Решающее устройстве в таких приемниках отсутствует. Вместо него на выходе имеется устройство, воспроизводящее или записывающее (регистрирующее) принятое сообщение.

В системах передачи дискретных сообщений основными видами обработки сигналов в приемнике являются фильтрация со стробированием, интегрирование и корреляционная обработка.

Стробирование сигнала является простейшим видом обработки Оно давно известно и широко применяется в практике. Обработку сигналов стробированием часто называют приемом по методу укороченных контактов. При стробировании данного элемента сигнала производится отсчет его текущего значения (напряжения или тока) в определенный момент времени. Последний выбирается в той части элемента, которая в наименьшей степени подвержена искажениям. Так как статистические характеристики помех мало зависят от выбора момента времени, то момент стробирования необходимо выбирать тогда, когда полезный сигнал имеет максимальное значение. Вследствие переходных процессов в фильтрах границы элементов сигнала в значительной степени искажены и поэтому максимальное значение сигнала, как правило, соответствует средней части элемента. Стробирование производится при помощи специальных сигналов, поступающих от системы синхронизации.

Фильтрация принимаемых сигналов может выполняться как до, так и после детектора. При использовании синхронного детектора фильтрация до и после детектора принципиально может дать один я тот же результат. Практически же обычно производят фильтрацию сигнала дважды: как до, так и после детектора.

Операция интегрирования может рассматриваться либо как процесс накопления (суммирования), либо как определение среднего значения сигнала. Любой фильтр в той или иной мере производит интегрирование поступающего на его вход колебания. При определенных условиях операция интегрирования эквивалентна фильтрации. Интегрирование, так же как и фильтрация, может осуществляться либо до, либо после детектора.

Методы приема можно классифицировать по видам применяемых детекторов, по способам додетекторной и последетекторной обработки. Различают следующие основные методы приема: 1) когерентный, 2) некогерентный, 3) корреляционный и 4) автокорреляционный.



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