Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Если же такая помеха окажется в полосе широкополосного сигнала, то в принципе существует возможность "вырезать" ее режекторным фильтром (или другими способами) и по оставшейся части спектра широкополосного сигнала восстановить переданную информацию. Поэтому, хотя вероятность попадания сосредоточенной помехи в спектр широкополосного сигнала больше, чем в спектр узкополосного, вероятность ошибок, создаваемых такой помехой, при широкополосном сигнале (и рационально построенном приемнике) может оказаться значительно менъше.
Простейшим способом построения широкополосного сигнала для зашиты от. сосредоточенных помех является объединение нескольких узкополосных сигналов, передающих одинаковую информацию, на смежных полосах частот с осуществлением частотно-разнесенного приема. При этом схема автовыбора строится так, что к решающему устройству подключаются только ветви, не пораженные сосредоточенными помехами. Более сложные системы часто строятся с использованием "блока защиты от сосредоточенных помех", который представляет собой ряд параллельно включенных узкополосных фильтров со смежными полосами пропускания, рассчитанных так, что вместе они пропускают без существенных искажений весь широкополосный сигнал.
Этот блок включается на вход демодулятора и управляется устройством, анализирующим напряжение на выходе каждого фильтра и запирающим те из них, в которых обнаруживаются мощные сосредоточенные помехи. Для защиты от импульсных помех предложены различные способы, наиболее эффективные из которых основаны на амплитудном ограничении входного сигнала до его фильтрации нли на мгновенном запирании приемника на время действия помехи.
А.Н. Щукин показал, что, применяя ограничитель в широкополосном тракте приемника и пропуская ограниченный сигнал через узкополосный фильтр,.можно при надлежащем выборе полос пропускания подавить импулъсные помехи без заметного ухудшения помехоустойчивости относительно сосредоточенных и флуктуационных помех. Такая система получила название ШОУ (широкополосный фильтр, ограничитель, узкополосный фильтр). В современных устройствах роль узкополосного фильтра выполняют обычно согласованные фильтры демодулятора.
Пусть входной сигнал приемника подается на двусторонний амплитудный ограничитель. Если уровень ограничения ое выбран несколько выше напряжения полезного сигнала, то при отсутствии импульсной помехи схема приемника остается линейной. Если же появится импульсная помеха с уровнем большим, чем Ц~, она будет ограничена. Таким образом, импульсная помеха длительностью т„со сколь угодно большой а)нплитудой на входе, трансформируется в импульс с площадью тай~. Амплитуда этого импульса примерно равна амплитуде г11 сигнала, а спектр его сильно отличается от спектра сигнала.
Поэтому после прохождения через узкопо-лосный (или согласованный) фильтр подавляющая часть энергии импульсной помехи отсеивается и она не вызывает ошибок. Однако в реальных условиях уровень 14 достигается и сосредоточенной помехой, а из-за нелинейного элемента в схеме (ограничителя) образуются комбинационные частоты сосредоточенной помехи, которые в дальнейшем трудно отфильтровать.
Установка ограничителя после узкополосного фильтра, устраняющего влияние сосредоточенной помехи, неэффективна, ибо на выходе такого фильтра длительность импульсной помехи возрастает и условие,т„«Т не может быть выполнено. Метод мгновенного запирания приемника на время действия импульсной помехи также не лишен недостатков. Во-первых, во время запирания и отпирания возникают переходные процессы, искажающие работу демодулятора; во-вторых, суммарное входное колебание (сигнал плюс сосредоточенная и флуктационная помехи) оказывается при этом промодулированным импульсом запирания, из-за чего появляются дополнительные частотные составляющие, которые могут попасть в полосу сигнала. Можно отметить частотно-временную дуальность между гармонической и импульсной помехами (спектральные характеристики сосредоточенной по спектру помехи напоминают временные характеристики импульсной, и наоборот).
Это обстоятельство объясняет, почему меры борьбы с импульсной и сосредоточенной помехами в приемном устройстве взаимно противоположны. Упомянутые выше шумоподобные сигналы можно с успехом использовать и для борьбы с импульсными помехами вследствие их различия по форме. Фильтр приемника, согласованный с таким шумоподобным сигналом, преобразует сигнал в короткий интенсивный (в зависимости от энергии сигнала) импульс, длительность которога обратно пропорциональна полосе частот сигнала.
Импульсная же помеха превращается этим фильтром в колебание малой интенсивности, имеющее характер шума, слабо маскирующего сигнал. Ва последние годы предложены схемы защиты от сосредоточенных и импульсных помех, основанные на оценивании этих помех и вычитании сигнала оценки из принимаемого калебания (компенсационные методы).
При этом такие схемы в условиях изменения характеристик помех становятся адаптивными. Эффективной мерой защиты от сосредоточенных и импульсных помех является разнесенный прием одновременно по частоте и времени. Из ветвей частотного разнесения следует выбирать те, в которых меньше (или нет совсем) сосредоточенных помех, а из ветвей разнесения во времени те, где нет импульсной помехи. Весьма эффективны также методы защиты от различных помех, основанные на помехоустойчивом кодировании, которое рассматривается в гл. 7. 5.10, ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН Обобщенная структурная схема оптического приемника приведена на рис. 5.24.
Фотодетггстор (обьгчно это фотодиод) преобразует принимаемый оптический сигнал в электрический ток, пропорциональный мощности оптического сигнала. Следующий за фотодиодом усилитель усиливает полученный токовый сигнал и преобразует его в напряжение. Последнее поступает на демодулятор, в котором принимаются решения (оценки) о передаче 1 или О. В оптическом приемнике имеются различные источники шумов, определяющие помехоустойчивость передачи. Прежде всего это шум фотодиода — квантовый шум, порожденный случайным квантовым процессом детектирования оптического сигнала, о чем говорилось в й 4.3.
Этот шум можно назвать дробовым. Далее следует учитывать не- ки Ь Оптический сигнал Рис.5.24. Обсбщеииак структурная схема оптического приемника 212 минуемые тепловые (флукглуационные) шумы в оптическом приемнике и шум усилителя. Рассмотрим сначала влияние на помехоустойчивость дробового (квантового) шума. Согласно ~ 4.3.8 вероятность того, что на интервале анализа Т число созданных фотодетектором пар носителей заряда равно К, ук Р„(Т) = —,е ". (5,96) Заметим, что у случайной величины, распределенной по Пуассону (5.96), математическое ожидание равно дисперсии К=о'„=Ф.
В идеальной системе связи изменение числа генерируемых пар носителей заряда (дробовой шум)— единственный источник шума. В такой системе оптическая энергия принимается, а носители заряда генерируются лишь тогда, когда передается 1. Если приемник достаточно чувствителен, чтобы обнаружить единственную электронно-дырочную пару, созданную светом, то порог может быть установлен на этом уровне. Нет ошибки при передаче О, поскольку не принимается никакая энергия и не генерируется никакой сигнал. Только когда упавшая на фотоприемник оптическая энергия, соответствующая 1, вообще не генерирует какие- либо носители заряда, вместо 1 фиксируется 0 — т.е. имеет место ошибка. С учетом равной вероятности передачи 1 и 0 в идеальной системе средняя вероятность ошибки ГЖ'е-' р = 0,5~, + 0 = 0,5е " .
(5.97) Для получения р < 10 9 (современные требования для цифровых систем передачи) надо, как следует из (5.97), Ф > 20. Учитывая материал ~ 4.3.8, получаем оценку для минимальной средней мощности на входе фотоприемника: Р = 0,5Е Я„= 0,5߄— >10Š—. ИЕ я (5.98) ч ' ч ' Ф Величина 10Еф(Яя/т1) характеризует абсолютный квантовый предел детектируемости. При т1 = 1 и Х = 0,9 мкм получаем — ~=6 — =2,2.10 "Вт.с и Р >2,2пВт/(Мбит/с). (5.99) и Х Мы рассмотрели помехоустойчивость оптического приемника при учете только дробового шума.
Рассмотрим другой крайний случай, когда дробовым шумом можно пренебречь по сравнению с тепловым шумом и шумом усилителя в приемнике. Обычно полагают, что случайные флуктуации напряжения и тока подчиняются гауссовскому распределению. Для анализа удобнее отнести флуктуации, наблюдающиеся на входе решающего устройства демодулятора (рис. 5.24), к эквивалентному числу пар носителей заряда, которые следовало бы создать в фотодиоде, чтобы получить тот же самый результат на входе РУ демодулятора. В случае теплового шума и шума усилителя этим действительным числам приходится предписывать гауссовское распределение относительно среднего Ж Таким образом, вероятность того, что на входе РУ обшее на- ПРЯжЕНИЕ В ТОЧКЕ ОтСЧЕта' > (СИГНаЛ + ШУМ Ус(Г0) + У„(уе)) СООтВЕтСтВУЕт Й ПаРаМ 0 Обычно в оптическом приемнике в демодуляторе решение принимается по одному отсчету.
Однако при использовании согласованного фильтра помехоустойчивость можно повысить. В том и другом случае справедливы нижеследующие формулы, меняется только параметр у,'(~0)/о'.. 213 носителей заряда, созданным в фотодиоде, равно в гауссовском приближении Р(К~У) =, ехр~- ~ (к-ю)'1 (5.100) 2о' где о' — дисперсия шумового отсчета у„(Гс). Как и ранее предполагаем, что среднее число генерируемых пар носителей равно У при приеме 1 и нулю при приеме О.
Оптимальный порог для принятия решения в РУ для системы с пассивной паузой (см.(5.26)) равен у,(г,)/2, что соответствует ж/2 парам носителей заряда. Средняя вероятность ошибки на Р= 0,5~Р(Я1)+ Р(110))= 0,5 ~~ Р(К~У)+ ~> Р(А~О) г (5.101) Для дальнейшего расчета надо в (5.101) подставить гауссовское распределение (5.100). При У» 1 легче выполнить вычисления, заменив суммирование в (5.101) интегрированием 1 р= 0,5 ~ — -,— В силу симметрии два интеграла равны между собой и (5.102) Из таблицы функции Д(х) следует, что для р < 10 9 необходимо У иметь — > 6. Это означает, что необходимо эквивалентное значение 2а У, >12а, что существенно больше (при реальных значениях а,„), чем квантовый предел детектирования У > 20.. Учет совместного действия дробового шума, тепловых шумов и шумов усилителя приводит к тому Щ, что требуемый уровень принимаемой мощности в оптическом приемнике на два порядка выше, чем предел (5.99): Р„> 0,22 нВт/(Мбит/с).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
