8.7. Пути оптимизации системы при совместном воздействии сосредоточенных, импульсных и флюктуационных помех

Итак, если в канале помимо флюктуационной помехи присутствуют либо сосредоточенные, либо импульсные помехи, то они могут быть в значительной степени подавлены, так что вероятность ошибки практически полностью определяется флюктуационной помехой. Правда, решающие схемы при этом оказываются не вполне оптимальными для флюктуационной помехи и подавление помех получается не полным. Однако в реально осуществимых схемах можно все же подавить сосредоточенные или импульсные помехи в несколько тысяч раз по мощности. Таким образом, если спектральная плотность сосредоточенных либо импульсных помех превышает спектральную плотность флюктуационной помехи не более чем в тысячу раз, то верность приема определяется практически одной флюктуационной помехой.

Значительно сложнее обстоит дело, когда в канале одновременно присутствуют сосредоточенные и импульсные помехи. Как видно из предыдущих параграфов, мероприятия по подавлению импульсных помех в значительной мере противоречат условиям, при которых возможно подавление сосредоточенных помех, и даже способствуют увеличению их воздействия на решающую схему. Действительно, для подавления импульсных помех необходимо нелинейное устройство, например ограничитель, в широкополосной части приемника. Если в полосе пропускания на входе этого нелинейного устройства имеются мощные сосредоточенные помехи, то на его выходе появятся комбинационные частоты, часть которых может оказаться в полосе частот сигнала. Таким образом, сосредоточенные помехи после прохождения нелинейного устройства «размножаются» и возможности подавления их значительно уменьшаются.

Наоборот, если пытаться сначала подавить сосредоточенные помехи, пропустив принятый сигнал через фильтр, преобразующий  в  (рис. 8.2), то в спектре импульсной помехи при прохождении такого фильтра нарушатся соотношения между составляющими, в результате чего импульсы растянутся и даже могут перекрываться. Таким образом, импульсная помеха до ограничения будет приближаться к флюктуационной (показатель  в (8.40) возрастет) и эффективность ее подавления резко снизится.

Наличие ограничителя в широкополосной части тракта приемника при воздействии мощной сосредоточенной помехи вызывает не только размножение помех, но и подавляет сигнал. Как известно, при подаче на вход ограничителя двух гармонических колебаний с различными амплитудами, на выходе ограничителя отношение амплитуд изменяется в пользу более мощного колебания. В предельном случае полного ограничения это отношение может измениться вдвое. Если более мощным колебанием является помеха, то сигнал на выходе такого каскада будет в значительной степени подавленным.

В широкополосном тракте приемника независимо от того, является ли сигнал широкополосным или узкополосным, мощность сосредоточенных помех может значительно превышать мощность сигнала. При строго линейном тракте это не препятствует высокой верности приема, если только энергия сигнала в достаточной степени превосходит спектральную плотность помех. Если же каскады приемника окажутся перегруженными, го, во-первых, отношение энергии сигнала к спектральной плотности помех уменьшится в результате подавления и в результате возникновения комбинационных частот и, во-вторых, уровень полезного сигнала на входе решающей схемы понизится по сравнению c расчетным.

Чаще всего основную роль играет второй фактор, если при конструировании решающей схемы не предусмотрен достаточно широкий динамический диапазон. Поэтому создание условий, при которых решающая схема правильно функционирует независимо от изменения уровня сигнала в широких пределах, является важнейшей задачей при проектировании приемных устройств. Как уже упоминалось, в приемнике системы Рэйк [14] динамический диапазон перемножителей достигает 100 дБ. Для расширения динамического диапазона решающей схемы нередко используются усилители, например, между согласованными фильтрами и устройством сравнения.

В настоящее время задачу оптимизации решающей схемы при одновременном воздействии разнородных помех нельзя считать решенной. На практике обычно используются компромиссные способы, позволяющие в некоторой степени подавить импульсные помехи и осуществляющие одновременно частичную защиту от сосредоточенных помех. Так, в системе ШОУ с узкополосными сигналами ЧТ или ОФТ полосу пропускания тракта перед ограничителем выбирают всего лишь в 4 —5 раз шире эффективной полосы пропускания согласованного фильтра. Это уменьшает вероятность попадания мощных сосредоточенных помех на вход ограничителя, вызывая растягивание длительности мешающих импульсов всего лишь до величины порядка , т.е. сохраняя возможность их частичного подавления. С другой стороны, порог ограничения часто устанавливается выше суммарного уровня сигнала и неимпульсных помех, так что нелинейные явления проявляются лишь при прохождении мешающего импульса, но зато остаточная спектральная плотность импульсных помех оказывается выше, чем при глубоком ограничении.

Возможны, однако, более эффективные пути одновременной защиты от обоих видов указанных помех. Весьма перспективно использование с этой целью широкополосных сигналов с малым пикфактором, что позволяет применить ограничитель для импульсной помехи с порогом выше пикового уровня сигнала, но все же достаточно низким для удовлетворительного подавления импульсной помехи. Остаточный импульс после прохождения через фильтр, согласованный с сигналом, приобретает свойства флюктуационного шума, но имеет ничтожно малую спектральную плотность. В го же время широкий спектр сигнала позволяет достаточно хорошо подавить узкополосные сосредоточенные помехи после ограничителя хотя бы по схеме рис. 8.2. Препятствием к применению таких систем в настоящее время являются главным образом технические трудности.

Если сосредоточенные помехи расположены достаточно редко по оси частот, а мешающие импульсы возникают достаточно редко по времени, то можно рекомендовать применение одновременного разнесения по частоте и по времени. Пусть используется  ветвей разнесения по частоте, и весь полученный сигнал повторяется  раз по времени. Общее число ветвей разнесения равно . В отсутствии импульсных и сосредоточенных помех сигналы всех ветвей складываются когерентно или некогерентно. При наличии сосредоточенных помех исключаются тс из  частотных ветвей, на которых существуют наиболее мощные помехи, а при появлении импульсных помех — те из  временных ветвей, на которые попали импульсы помехи. Если  и  достаточно велики, а энергия сигнала достаточна для того, чтобы прием по одной ветви при флюктуационной помехе обеспечивал требуемую верность, то с вероятностью, близкой к единице, сохранится, хотя бы одна непораженная ветвь, по которой можно вести прием.