Пестряков Б.В. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации (1973) (1151884), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Кроме того, при больших базах начинают существенно сказываться паразитные отражения. Все это объясняет важность создания комбинированных или много- каскадных фильтров, а также квазиоптимальных методов пассивной фильтровой обработки сигналов с большой базой, которые рассмотрены и гл. 7. 6.11. Многоканальные согласованные фильтры Принципы построения многоканальных согласованных фильтров (термнны «канал» и «многоканальный» относятся в данном случае к виду реализации согласованного фильтра и их не следует смешивать с понятиями «канала», используемыми в других местах книги) удобно рассматривать с точки зрения формирования их частотной характе- 9 за«. 13«» гзт ристики. При реализации такого фильтра участок частот, занимаемый ШПС, разбивается с помощью элементарных узкополосных фильтров (ЭФ) на отдельные элементарные участки, в пределах которых амплитудно-частотный и фазо-частотный спектры сигнала можно считать имеющими постоянное значение.
Напряжения с элементарных фильтров суммируются с соответствующими сдвигами фаз и амплитудами. Последовательное соединение элементарного фильтра, аттенюатора и фазосдвигающей цепи образует элементарный канал. На рис. 6.11.1 приведена структурная схема многоканального согласованного фильтра. С помощью аттенюаторов (А) формируется амплитудно-частотная, а с помощью .
Зф, фс; А1 фазосдвигающих элементов (ФС)— фазо-частотная характеристики сог- ЗФ ФГ Аг г г ласованного фильтра. Выбор количества элементарных Рг фильтров и формы их характеристик Выл' 3 является сложной задачей и зависит от вида ШПС. Для достаточно точного воспроизведения частотной хад рактеристики для фазоманипулиро- ванных ШПС в общем случае необРис. 6.11.1. ходимо реализовать число элементарных каналов, равное Б, = Л1, на видеочастоте и 2Б, = 2У, на радиочастоте, так как многомерный сигнал с базой Б, имеет Б, степеней свободы и во временной и в частотной области.
В некоторых случаях количество каналов, по-видимому, может быть меньше 16.6). Достаточность количества элементарных каналов, равного Б, и 2Б„может быть проиллюстрирована на примере приема последовательности регулярно повторяющихся фазоманипулированных ШПС, спектр которой состоит из дискретных линий с интервалом МТ„т. е. радиочастотный согласованный фильтр в этом случае должен иметь 2Б, узкополосных элементарных каналов. Одиночный фазоманипулированный ШПС и случайную последовательность фазоманипулированных ШПС удобно представить состоящими из 2Б, частотных составляющих длительностью Т,. Спектр сигнала в этом случае становится практически сплошным, и элементарные фильтры каналов должны равномерно перекрывать этот спект .
р. Во временнбй области принцип работы многоканального согласованного фильтра может быть пояснен следующим образом. С момента прихода ШПС в элементарных фильтрах начинают накапливаться соответствующие спектральные составляющие этого сигнала, что упрощенно показано на рис. 6.11.2, а. К моменту окончания сигнала амплитуды напряжений в элементарных фильтрах будут максимальными, а фазы будут соответствать фазо-частотному спектру сигнала.
Фазовращатели, формирующие фазо-частотную характеристику фильтра, зеркальную фазо-частотному спектру сигнала, обеспечат такой сдвиг фаз в элементарных каналах, что в этот момент все напряжения, поступающие на сумматор, будут в фазе, что проиллюстрировано на 258 рис, 6.11.2, б. Прн этом на выходе сумматора в момент окончания сигнала будет максимум напряжения, соответствующий основному выбросу корреляционной функции, Для примера можно рассмотреть реализацию многоканального фильтра для ФМн сигнала, сформированного по коду Баркера из 11 элементов. На рис. 6.11.3, а, б приведены амплитудно- и фазо-частотный спектры этого сигнала и показано их разбиение на элементарные участки, в пределах которых значения этих спектров можно считать по- и ЗФ! и Фсх чсз и Фсп а) их Рис.
6Л1.2. стоянными. Амплитудно-частотная характеристика фильтра должна иметь вид характеристики рис, 6.1!.3, а, а фазо-частотная должна быть чзеркальнах характеристике, изображенной на рис. 6.11.3, б, С не- 3 значительными потерями достоверности, учитывая, что ~р = — и = — — и что невозможно реализовать звенья с опережением, можно перейти от характеристики рис. 6.11.3, б к более удобной для реализации характеристике рис.
6.11 3, в. На рис. 6.11.4 представлен пРимер схемы, реализующей такую фазо-частотную характеристику. Как видно из рис. 6.11.4, даже при сравнительно простой реализации элементарных каналов, согласованный фильтр в целом получается сложным, особенно для сигналов с большой базой. Следует отметить, что реализация многоканальных видеочастотных СФ для фазоманипулированных ШПС сопряжена со сложностью со~дания узкополосных элементарных фильтров на очень низких частотах и с большим различием относительной широкополосности элементарных фильтров. 9* 259 Возможности реализации многоканальных радиочастотных СФ для сигналов с большой базой ограничиваются, кроме того, рядом технических трудностей.
Нетрудно убедиться, что при применении элементарных фильтров в виде одиночных контуров их необходимая добротность Я, (1К) = Б,Л1,!21, м в виде двухконтурных — Я, (2К) ж 2Б,Л1,!2~, а и т. д. Йз этого следует, что при применении обычных т г з а л л т в в ~оп ~г гз ~ч !з !а!тп1вгог~ а!)(а) а) у(се) гггогвгвгтглтгчваг~ ю.а г т а ф Рис. 6.! !.3. 260 контуров, максимальная добротность которых обычно составляет 100 — 200, реализуемая база сигнала равна 1Π— 30.
При применении кварцевых, электромеханических и активных фильтров, добротность которых может достигать 1О' — 1О', может быть достигнута база Б„„„, = 1О' —: 1О', но фильтр в этом случае оказывается сложным и громоздким и реализуемая база сигнала ограничивается уже рядом других факторов. Для частотноманипулнрованных ШПС реализация многоканальных согласованных фильтров с точки зрения числа каналов существенно упрощается. Это объясняется специфичностью фазо-частотного спектра таких сигналов, который можно считать состоящим из Л', участков с постоянным значением сдвига фаз.
Поэтому многоканальный фильтр может иметь всего У, каналов, в то время как база такого сигнала Б, = У',. Большие сдвиги фаз между отдельными участками фазо-частотного спектра частотноманипулированных ШПС, обусловленные наличием задержки между отдельными частотными элементами сигнала, не могут быть скомпенсированы фазовращателями, поэтому, 26! кроме них, в каналах, определяющих синфазность сложения по радиочастоте, должны включаться линии задержки.
Формирование отклика на сигнал в таких фильтрах происходит аналогично тому, как это показано на рис. 6.9.5. Поскольку в каналах должны использоваться линии задержки, причем в одном из каналов задержка достигает Т„то на практике проще реализовывать рассмотренную выше одноканальную схему с многоотводной линией задержки. Следует отметить, что в большинстве случаев точные количественные оценки потерь для многоканальных фильтров в большой степени зависят от вида амплитудно- н фазо-частотной характеристик конкретного сигнала, а также количества и типа элементарных фильтров. Основные потери достоверности и энергии в многоканальных согласованных фильтрах обусловлены неточностью воспроизведения фазои амплитудно-частотной характеристик фильтра.
При этом основную роль играют неточность и нестабильность полос пропускания и средних частот настройки элементарных фильтров, неидеальность и нестабильность фазо-частотных характеристик этих фильтров, неидеальность фазоврашателей и коэффициентов передачи отдельных элементарных каналов. Можно отметить, что реализуемая база и потери энергии, обусловленные неидеальностью характеристик в многоканальных фильтрах, имеют примерно такой же порядок, как и в случае согласованных фильтров на МЛЗ.
Так как из-за перечисленных выше факторов, в том числе чрезмерной сложности реализации, особенно при больших базах, многоканальные фильтры для ШПС широкого распространения не получили, то подробно на их анализе останавливаться нецелесообразно. 6.! 2. Выводы В первую очередь необходимо отметить, что аппаратура для оптимального приема ШПС оказывается значительно более сложной, чем для простых сигналов. Усложняются схемы, увеличивается количество каскадов и устройств, повышаются требования к точности и стабильности элементов схем, большее влияние оказывают паразитные параметры элементов и схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
