Лекции по Теории передачи сигналов   

8. Передача дискретных сообщений

8.8. Борьба с сосредоточенными и по спектру и по времени помехами

В реальных каналах связи, кроме флуктуационных помех, имеющих равномерный спектр и непрерывный характер, встречаются помехи, энергия которых сосредоточена в полосе частот или в интервале времени существенно меньших ширины спектра или длительности сигнала. Такие помехи называются соответственно сосредоточенными по спектру или во времени. Примером сосредоточенных по спектру помех являются синусоидальная помеха, сигналы мешающей станции или соседнего канала. К сосредоточенным по времени относятся импульсные помехи. Они представляют собой кратковременные по сравнению с длительностью сигнала импульсы. В полосе частот принимаемого сигнала спектр импульсных помех приблизительно равномерный.

Рассмотрим прием дискретных сигналов посредством согласованных фильтров при воздействии помех с неравномерным энергетическим спектром Gn(). Согласованным будем считать такой фильтр, который при приеме дискретного сигнала известной формы позволяет получить на выходе в некоторый момент времени t0 максимальное пиковое отношение сигнала к помехе по мощности. Подобная задача для помехи с равномерным спектром Gn() =

= —N0 решалась в § 4.6, где, был найдены комплексный коэффициент передачи согласованного фильтра (4.35)  и максимальное пиковое отношение сигнала к помехе на выходе (4.34)

где G0=N0/2.

Для определения коэффициента передачи согласованного фильтра при неравномерном спектре помехи воспользуемся методом приведения помехи к белому шуму, который впервые был предложен В. А. Котельниковом. Этот метод состоит в том, что принятое колебание x(t)=s(t) + w'(-t) предварительно пропускается через линейный, четырехполюсник-выравниватель (рис. 8.13) с коэффициентом передачи Назначение выравнивателя состоит в том, чтобы неравномерный спектр помехи Gп() преобразовать в равномерный:

                                                                                                  (8.27)

Рис. 8.13. Структурная схема согласованного фильтра при сосредоточенных по спектру помехах

Отсюда модуль коэффициента  передачи  выравнивателя  должен быть равен:

                                                                                                    (8.28)

При этом сигнал также преобразуется и его комплексная спектральная плотность на выходе выравнивателя будет определяться выражением

                                                                                              (8.29)

где спектральная плотность сигнала на входе.

Для такого сигнала оптимальным является обычный согласованный фильтр, рассчитанный на помеху с равномерным спектром. Поэтому дальнейшее построение сводится к использованию второго четырехполюсника, коэффициент передачи которого в соответствии с (4.35) и (8.29) равен:

                                                           (8.30)

Таким образом, при неравномерном спектре помехи коэффициент передачи согласованного фильтра определяется произведением

Подставляя (8.30) и (8.28), получим

                                                        (8.31)

Естественно, что при создании такого согласованного фильтра не обязательно выполнять его в виде двух последовательно соединенных четырехполюсников. Достаточно иметь один четырехполюсник с требуемым коэффициентом передачи (8 .31). Подобное разделение согласованного фильтра на две части является чисто математическим приемом, позволяющим на основе результатов, полученных для помехи типа белого шума, найти оптимальные характеристики фильтра в более сложном случае помех с неравномерным спектром.

Максимальное отношение сигнала к помехе на выходе согласованного фильтра можно определить по ф-ле (4.34), используя выражение для энергии сигнала на выходе выравнивателя

 величину Go из (8.27). Подставляя в выражение для E формулы (8.29) и (8.28), получим

                                                                (8.32)

Из выражения (8.31) следует, что коэффициент передачи согласованного фильтра при неравномерном спектре помехи зависит не только от спектра сигнала, но и от энергетического спектра помехи GП(), сведения о котором и должны быть использованы при построении фильтра. Если согласованный фильтр в силу отсутствия таких сведений рассчитан на помеху типа белого шума, то прием сигнала на фоне помехи с неравномерным спектром будет неоптимальным. Отношение сигнала к помехе на выходе фильтра в этом случае в соответствии с (4.32) и (4.35) будет равно:

                                                                                (8.33)

Используя (8.32), можно найти отношение , которое характеризует выигрыш, получаемый за счет использования предварительных сведений о спектре помехи.

Анализ показывает, что этот выигрыш возрастает с увеличением неравномерности спектра GП() и в некоторых случаях может быть весьма значительным. Предельным является случай, когда в спектре сигнала имеется некоторый интервал частот, где помеха отсутствует . Тогда в соответствии с (8.32) , т. е. имеет место полное подавление помехи.

Перейдем теперь к рассмотрению вопроса о борьбе с импульсными помехами. Для этой цели применяются наряду с фильтрами нелинейные устройства: ограничители и усилители с переменным коэффициентом усиления. При воздействии кратковременной импульсной помехи в резонансных системах приемника возникает ударное возбуждение с частотой настройки этих систем . Поэтому на выходе линейной части приемника напряжение импульсной помехи можно представить в виде

где UП(t) — огибающая помехи, форма и длительность которой зависят от параметров резонансных цепей приемника.

Система подавления такой помехи может состоять из последовательного соединения четырехполюсника с переменным во времени коэффициентом усиления K(t) и фильтра. Коэффициент усиления четырехполюсника, называемого амплитудным выравнивателем, зависит от амплитуды помехи и изменяется таким образом, что ее амплитуда на интервале длительности    полезного сигнала сохраняется постоянной:

                                                                                                       (8.34)

Тогда на вход фильтра поступают помеха постоянной амплитуды

и сигнал

где s(t) — сигнал на входе амплитудного выравнивателя. В этом случае необходимо применять фильтр, согласованный со спектром сигнала

при воздействии синусоидальной помехи, амплитуда которой постоянна на интервале длительности сигнала. Согласно (8.31) и (8.34) коэффициенты передачи .находятся в обратной зависимости от интенсивности помехи. Чем больше интенсивность помехи на данной частоте или в данный момент времени, тем меньше коэффициент передачи. Выполнение согласованного фильтра в строгом соответствии с изменением интенсивности помехи по спектру или во времени может привести к значительному усложнению аппаратуры. Поэтому в практически важном случае, когда интенсивность помехи в отдельном узком интервале частот или времени резко возрастает по сравнению с интенсивностью сигнала, достаточно эффективным способом борьбы с сосредоточенными помехами может быть способ стирания участков спектра или длительности сигнала, пораженных помехой. Такой способ используется в широкополосных системах связи для борьбы с сосредоточенными по спектру помехами в форме режекторных фильтров, вырезающих те участки спектра, которые содержат интенсивную помеху. Примером схемы, реализующей способ стирания для подавления импульсной помехи, является схема мгновенной автоматической регулировки усиления (МАРУ), резко уменьшающая усиление приемника при воздействии кратковременных помех.

Из рассмотрения способов приема дискретных сигналов при воздействии сосредоточенных по спектру или во времени помех вытекает, что системы приема, оптимальные для флуктуационных помех, не являются оптимальными для сосредоточенных помех. Оптимизация систем приема в последнем случае производится на основе использования дополнительных сведений об энергетическом спектре либо о форме помех. Эти сведения могут быть получены с той или иной степенью точности посредством специальных устройств. Так как сосредоточенные помехи обычно имеют случайный характер, то измерение их параметров должно вестись непрерывно в процессе приема полезного сигнала. Приемник все время должен следить за изменением помех в канале и в соответствии с их параметрами подстраивать систему оптимального приема сигналов. Приемник, который автоматически приспосабливается к изменяющимся условиям приема, называется адаптивным. Необходимо подчеркнуть, что подавление сосредоточенных по спектру и импульсных помех, в принципе, может быть более эффективным в сравнении с подавлением флуктуационных помех. Чем больше отличается помеха от флуктуационной и чем лучше адаптируется приемник, тем выше эффективность борьбы с такой помехой.



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