Лекции по Теории передачи сигналов   

4. Методы обработки сигналов в приемнике

4.3. Когерентный и некогерентный приемы

Функциональная схема когерентного приемника приведена на рис. 4.3. Она состоит из перемножителя П, генератора опорного колебания Г и фильтра нижних частот ФНЧ. Опорное колебание s0(t) при когерентном приеме представляют собой точную копию переданного сигнала s(t). Если сигналом s(t) является колебание с известной частотой и фазой, то в приемнике используется синхронный детектор, в котором опорное колебание синхронно с колебанием несущей частоты. Фильтр нижних частот выполняет роль интегратора, он выделяет на выходе напряжение, практически совпадающее с огибающей входного (высокочастотного) сигнала.


Рис. 4.3. Структурная схема
когерентного приемника


Рис. 4.3. Структурная схема некогерентного приемника

При некогерентном приеме априорные сведения о начальной фазе принятого сигнала не учитываются, поэтому в схеме приемника можно применить не синхронный, а амплитудный детектор (рис. 4.4). Пусть на приемник воздействует регулярный сигнал

(4.8)

и флуктуационная помеха (t) . Помеху с симметричным относительно частоты сигнала спектром можно записать в виде квазигармонического колебания (2.37).

(4.9)

Рис. 4.5. Векторная диаграмма сигнала и помехи

где U и U2 — случайные независимые величины, имеющие нормальное распределение вероятностей со средним значением, равным нулю, и дисперсией , где N0 — спектральная плотность помехи, F — эффективная ширина спектра помехи. Суммарное колебание сигнала и помехи.

(4.10)

В соответствии с этим выражением на рис. 4.5 построена векторная диаграмма сигнала и помехи. Согласно этой диаграмме помеха представляется относительно сигнала в виде двух находящихся в квадратуре составляющих: U и U2.

При когерентном приеме детектор выделяет сигнал и синфазную составляющую помехи U. Квадратурная составляющая помехи U при этом полностью исключается. Ошибки при когерентном приеме обусловлены флуктуациями амплитуды помехи U, имеющей нормальное распределение вероятностей (2.28)

При некогерентном приеме детектор peaгирует на обе составляющие U и U выделяет огибающую суммарного колебания сигнала и помехи х. Ошибки в этом случае обусловлены флуктуациями огибающей U суммарного колебания x(t), которая распределена по обобщенному закону Рэлея (2.48).

При некогерентном приеме используются различные типы детекторов, которые принято классифицировать по виду их характеристик: линейный детектор, квадратичный и т. п.

Рассмотрим воздействие синусоидального сигнала и узкополосного нормального шума на амплитудный детектор и определим отношение сигнала к шуму на его выходе. Указанная задача решается при помощи хорошо разработанного корреляционного метода. Этот метод является достаточно общим и сводится к следующему. Для заданной характеристики детектора y=f(x) определяется среднее значение у (тока или напряжения):

(4.11)

Для получения постоянной составляющей выходного колебания необходимо усреднить еще по времени:

(4.12)

Флуктуационная составляющая на выходе детектора определяется разностью , а регулярная переменная составляющая . Под сигналом обычно понимается низкочастотная составляющая величины b или приращение величины упри подаче навход сигнала. Таким образом, колебание на выходе детектора можно представить в виде суммы

(4.13)

Первое слагаемое представляет собой постоянную составляющую, второе — регулярную составляющую (сигнал) и третье — помеху на выходе детектора. Превышение сигнала над помехой можно определить как отношение bгк дисперсии помехи D

(4.14)

Пусть характеристика детектора является квадратичной у=х2. На детектор воздействуют сигнал (4.8) и помеха (4.9) . Тогда колебание на выходе детектора будет

Высокочастотные составляющие увчотфильтровываются и поэтому могут не приниматься во внимание. На выходе фильтра нижних частот имеем колебание

(4.15)

Первое слагаемое определяет сигнал, второе и третье

— помеху на выходе. Определим дисперсию шума на выходе детектора

(4.16)

Здесь учтено, что и Отношение сигнала к помехе на выходе квадратичного детектора

(4.17)

где отношение сигнала к помехе на входе детектора.

При значениях q>>1

(4.18)

а при малых значениях q<<1,

(4.19)

зависимость квадратичная. Превышение сигнала над помехой в этой области резко уменьшается с уменьшением qвх. Здесь имеет место подавление слабого сигнала помехой. Так, при qвх.=0,1 отношение qвых.0б01— подавление в десять раз.

Аналогично решается задача для линейного и других видов детекторов. Не останавливаясь на их анализе, отметим, что при слабых сигналах любой амплитудный детектор (кроме синхронного) является квадратичным.

При когерентном (синхронном) детектировании опорное колебание s0(t) выбирается подобным ожидаемому сигналу:

(4.20)

На выходе детектора получаем произведение двух колебаний

В соответствии с (4.8), (4.9) и (4.20) имеем

Отсюда

(4,21)

где

Дисперсия шума на выходе

Превышение сигнала над помехой на выходе синхронного детектора

(4.22)

Полученное соотношение показывает, что при когерентном детектировании отношение сигнала к помехе на выходе линейно зависит от отношения сигнала к помехе на входе. Явление подавления сигнала помехой отсутствует. Линейные свойства когерентного приемника определяют его высокие показатели в отношении помехоустойчивости. Преимущества когерентного детектора по сравнению с амплитудным особенно заметно при малых значениях

Так, если , то при квадратичном детектировании , а при синхронном детектировании . Выигрыш

Хотя приведенное выше рассмотрение относится к гармоническому сигналу, полученные выводы могут быть полностью распространены и на модулированные (манипулированные) сигналы.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.