Файл: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации..pdf

Г л а в а ш е с т а я

РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИ­ ЕМА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ И ОЦЕН­ КА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РЕАЛЬНЫХ СХЕМ

6.1. Основные вопросы реализации оптимальных схем

Выше были получены теоретические схемы оптимальной обработки, использующие корреляторы и согласованные фильтры. При практической реализации этих схем возникает ряд проблем техни­ ческого и инженерного характера и наблюдается ухудшение результа­ тов обработки по сравнению с получающимися для оптимальных теоре­ тических схем.

Устройство оптимальной обработки шумоподобных сигналов (УОО) должно быть по своим входным и выходным параметрам согла­ совано с остальными частями приемного устройства, а именно: со схе­ мой предварительного усиления и селекции сигналов (ПУС) (приемни­ ком), устройством вторичной обработки информации (УВО), устрой­ ствами поиска и синхронизации (УПС) и другими дополнительными

устройствами (см. рис. 2.1.1).

Согласование устройства вторичной обработки информации с уст­ ройством оптимальной обработки требует того, чтобы вторичные сигна­ лы — видеоимпульсы на выходе последнего, символизирующие приня­ тие соответствующей гипотезы, имели нормированную амплитуду, длительность и форму. Выполнение этих требований при реальных скоростях передачи информации с использованием ШПС обычно не представляет особых трудностей.

Взаимосвязь между устройством оптимальной обработки и прием­ ником требует решения более сложного комплекса вопросов.

будет показано ниже, нежелательно реализовывать схему оптималь­ ной обработки с большим коэффициентом усиления. Проще задачу усиления решать в приемнике.

Сигнал или смесь сигнала и шума, поступающие на УОО, должны иметь нормированный уровень, в то время как в реальных условиях уровень сигнала и шума на входе приемника изменяется в очень широ­ ких пределах, поэтому в приемнике необходимо использование АРУ или ограничителей амплитуды.

Если отношение сигнал/помеха в полосе частот сигнала значитель­ но меньше единицы, что характерно для ШПС, то можно считать, что

188

АРУ поддерживает постоянным уровень помех, а уровень сигнала остается случайным, изменяющимся в широких пределах. Чем больше база сигнала, тем, очевидно, больше возможные пределы этого изме­ нения, т. е. тем выше требования, предъявляемые к динамическому диапазону каскадов приемника и входных каскадов устройства опти­ мальной обработки. При хорошей работе АРУ увеличение уровня слабого сигнала на входе приводит примерно к пропорциональному увеличению уровня сигнала, подаваемого на УОО и наблюдаемого на выходе коррелятора или фильтра. При значительном увеличении уровня сигнала АРУ начинает срабатывать от него, и дальнейшее его изменение на входе УОО прекращается [2.3].

Сигнал, поступающий на УОО, должен иметь определенную про­ межуточную частоту, удобную для реализации коррелятора или со­ гласованного фильтра. При этом первоначальную неопределенность по частоте сигнала лучше устранять в приемнике, перестраивая гетеродин, так как иначе полоса УПЧ должна быть шире полосы спектра сигнала

Вопросы сопряжения устройства оптимальной обработки с до­ полнительными схемами и устройствами сложно рассмотреть в общем виде, так как они существенно различаются для корреляционных схем и схем с согласованными фильтрами, поэтому ниже эти вопросы будут рассмотрены на конкретных примерах.

Сложные инженерные вопросы возникают и при реализации самой схемы оптимальной обработки, они относятся к реализации отдельных функциональных устройств и каскадов, необходимость применения

оптимальной обработки, имеют параметры и характеристики, отличаю­ щиеся от идеальных Это определяется рядом причин.

Во-первых, многие функции, возлагаемые на отдельные реальные функциональные устройства алгоритмом оптимальной обработки, не могут быть выполнены ими идеально по их принципу действия, на­ пример интегрирование і?С-цепью, суммирование на резисторах и т. д.

Во-вторых, все каскады и устройства, кроме требующихся пара­ метров, определяющих их функционирование в схеме, имеют также паразитные параметры, например затухание и отражения в линиях задержки, паразитные составляющие на выходе перемножителей и т. д. В соответствующих разделах данной главы будут рассмотрены вопросы реализации некоторых основных функциональных устройств, харак­ терных для корреляционных и фильтровых схем, и показано влияние неидеального выполнения возлагаемых на них функций и влияние их паразитных параметров на ухудшение достоверности приема инфор­ мации.

В-третьих, отклонения реальных характеристик каскадов и уст­ ройств от идеальных вызваны тем, что элементы, входящие в каскады,

189

узлы и устройства, имеют первоначальные отклонения параметров, неизбежные в процессе их изготовления, а также отклонения, возни­ кающие под влиянием дестабилизирующих воздействий: температуры, влажности, времени и т. д. Эти неидеальности также приводят к поте­ рям при приеме.

Для анализа этих влияний могут быть использованы методы ве­ роятностно-статистической теории радиоаппаратуры.

Ниже будут приведены эти методы, являющиеся общими для ана­ лиза всех функциональных устройств, входящих в УОО, и даны примеры их использования для количественной оценки влияния неидеальностей, обусловленных неточностью и нестабильностью эле­ ментов, на отклонения параметров устройств и на потери.

Очевидно, что количественные оценки отклонений выходных пара­ метров устройств существенно зависят от качества элементов и от внешних условий, в которых осуществляется эксплуатация аппара­ туры. Возможно большое число комбинаций реализации схем с ис­ пользованием элементов с разной точностью и стабильностью при раз­ личном диапазоне изменения температуры, влажности и т. д. с разным временем действия и с различным количеством регулировочных органов.

Для того чтобы иметь возможность хотя бы в первом приближе­ нии сделать количественные выводы о характеристиках реальных устройств, по-видимому, целесообразно выделить типичные варианты или группы РЭА, отличающиеся характеристиками элементов и усло­ виями функционирования.

К первой группе, которую назовем «грубая» РЭА, отнесем схемы, изготовленные из массовых элементов с минимумом производственных регулировок, работающие в условиях больших изменений температу­ ры (—60 -.—Ь60о С) и других дестабилизирующих факторов длитель­ ное время (1—10 тыс. ч). Очевидно, что результаты, получающиеся при предположении такой реализации и эксплуатации, можно рассматри­ вать как оценку по максимуму отрицательных последствий, поэтому такой случай представляет определенный практический интерес.

Ко второй группе, которую назовем «точная» РЭА, отнесем схемы, изготовленные или из массовых деталей, но работающие в условиях микроклимата (термостатирование, герметизация, работа в лабора­ торных условиях), или из высокоточных и стабильных элементов, но работающие в условиях интенсивного воздействия дестабилизирующих факторов. Предполагается также, что аппаратура, относящаяся к этой группе, подвергается первоначальной и периодической (через 100— 1000 ч) эксплуатационной регулировке.

К третьей группе, которую назовем «высокоточная» РЭА, отнесем высокоточную аппаратуру, имеющую встроенный автоматический контроль или обслуживаемую специальным квалифицированным персоналом, в которой регулировка, настройка и калибровка осущест­ вляются непосредственно перед сеансом связи или в процессе ее функ­ ционирования. Очевидно, что точность изготовления и нестабильность элементов в этом случае не играют существенной роли, и потери при приеме информации будут определяться в основном неидеальностью

190