Помехоустойчивость непрерывных сигналов с широкополосными видами модуляции

12 ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ С ШИРОКОПОЛОСНЫМИ ВИДАМИ МОДУЛЯЦИИ

Обычно для определения помехоустойчивости приема непрерывных сигналов вычисляется отношение средних мощностей сигнала и помехи на выходе демодулятора: ρ_вых = Р_с.вых/Р_п.вых. В общем случае помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений удобно оценивать выигрышем.

Выигрыш демодулятора. В любом демодуляторе отношение сигнал – помеха на выходе зависит не только от качественных показателей демодулятора, но и от отношения сигнал – помеха на его входе. Чем меньше помех на входе, тем меньше их и на выходе, именно поэтому помехоустойчивость удобно оценивать выигрышем в отношении сигнал – помеха (ОСП):

                                                                                                                   

причем средние мощности помехи на входе Р_п.вх и выходе Р_п.вых демодулятора определяются в полосе частот соответствующих сигналов.

Выигрыш g_с.-п. показывает изменение отношения сигнал – помеха демодулятором. При g_с.-п>1 демодулятор улучшает отношение сигнал – помеха, при g_с.-п<1 получается проигрыш.

Расчетные формулы выигрыша оптимального демодулятора для различных видов модуляции при помехе в виде аддитивного белого гауссовского шума приведены в табл

В широкополосных системах модуляции (ЧМ, ФМ, ФИМ и др.) выигрыш может быть намного больше единицы и резко возрастает при расширении спектра модулированного сигнала, так как у этих систем кубическая зависимость выигрыша от коэффициента расширения полосы α. Поэтому для увеличения выигрыша следует повышать девиацию частоты угловой модуляции (фазовой и частотной) или уменьшать длительность импульса несущей импульсных видов модуляции. Значительный выигрыш в широкополосных системах модуляции объясняется в основном когерентным сложением в демодуляторе спектральных составляющих сигнала при некогерентном сложении составляющих помех.

Вид модуляции	Выигрыш	Вид     модуляции	Выигрыш
АМ		ЧМ
БМ		ФМ
ОМ		АИМ-АМ
АИМ		ФИМ-АМ

Обозначения в табл. α = ∆f_s/F_m - коэффициент расширения полосы, показывает, во сколько раз ширина спектра модулированного сигнала ∆f_s превышает максимальную частоту модулирующего сигнала F_m; m – индекс модуляции; П- пик фактор

Все широкополосные системы модуляции обеспечивают высокую помехоустойчивость при условии, что отношение сигнала к помехе ρ_вх  на входе демодулятора больше некоторого предельного – порогового значения ρ_вх.пор. При ρ_вх < ρ_вх.пор широкополосные системы теряют свои преимущества: резко снижается помехоустойчивость и связь становится практически невозможной. Значение порога помехоустойчивости определяет предельную дальность связи при заданной мощности передатчика. Поэтому важно определить это значение ρ_вх.пор и установить закон изменения ОСП на выходе приемника (демодулятора) за порогом помехоустойчивости, т.е. при ρ_вх < ρ_вх.пор.

Порогом помехоустойчивости демодулятора является минимальное отношение сигнал – помеха на его входе, ниже которого система связи с заданной модуляцией теряет свои преимущества по помехоустойчивости. Именно пороговый эффект ограничивает возможности широкополосных систем модуляции в повышении качества передачи непрерывных сигналов. Это явление иллюстрируется зависимостями ρ_вых = f(ρ_вх) для различных демодуляторов (рис). .

Появление порога помехоустойчивости для широкополосных систем связи можно объяснить эффектом подавления сильным сигналом слабого сигнала в детекторе . В надпороговой области сигнал превышает помеху и в детекторе подавляется более слабая помеха. В подпороговой области помеха превышает сигнал и подавляется уже слабый сигнал более сильной помехой. Возникают аномальные выбросы помехи на выходе, резко снижающие качество передачи. Пороговые явления начинают наблюдаться при равенстве пиковых значений сигнала и помехи. При коэффициенте амплитуды помехи   П ≈ 3, порог помехоустойчивости ρ_вх.пор ≈ 10 дБ (см. рис. ).

При синхронном детектировании АМ, БМ, ОМ сигналов пороговый эффект не наблюдается. На рис. этим видам модуляции соответствуют линейные зависимости при любых значениях ρ_вх.