5.3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТИПОВЫХ ФИЛЬТРОВ

В § 5.1 показано, что предельная частотная эффективность системы связи достигается при следующих условиях: разнос частот между каналами амплитудный спектр сигнала на выходе передающего фильтра и АЧХ приемного фильтра должны иметь -образный вид, а фазовый спектр сигнала на выходе приемного фильтра должен быть линейным. Следовательно, для достижения предельной эффективности требуется весьма сложный тракт. При этом помехоустойчивость приема резко ухудшается при смещении момента отсчета, нарушении когерентности восстановленной несущей, расстройке сигнала относительно средней частоты фильтра, отклонении характеристик фильтров от идеальных. Применение фильтров технологически приемлемой сложности требует увеличения разноса частот что приводит к снижению частотной эффективности.

В § 5.2 приведена методика определения ухудшения энергетической эффективности (энергетических потерь) в системе при заданных частотной эффективности, способе передачи и параметрах тракта передачи. Очевидно, уместна следующая постановка задачи: при заданных частотной эффективности, способе передачи и сложности тракта найти оптимальные параметры фильтров, обеспечивающие минимум энергетических потерь.

Будем считать, что в качестве передающего и приемного фильтров используются типовые фильтры, для которых имеются хорошо разработанные методы синтеза, расчета, настройки и т. п. К ним относятся фильтры Чебышева, Ваттерворта, с выравненным ГВЗ. При заданной сложности фильтра (его порядке) фильтры Чебышева обладают наиболее высокой избирательностью, но вместе с тем и самой большой неравномерностью ГВЗ. При использовании в тракте фильтров Чебышева потери существенно больше, чем при использовании других фильтров, и резко возрастают при увеличении неравномерности АЧХ в полосе пропускания. Фильтры с выравненным ГВЗ обладают низкой избирательностью. Поэтому в тракте передачи целесообразно применять фильтры Баттерворта, для которых характерны небольшая неравномерность ГВЗ и хорошая избирательность.

Фильтр Баттерворта задается двумя параметрами: полосой пропускания (частотой среза) на уровне и порядком Несложно выполнить оптимизацию полос пропускания передающего и приемного фильтров, если при фиксированной сложности фильтров (их порядках ) рассчитать зависимость энергетических потерь от полос передающего и приемного фильтров. На рис. 5.5 приведены зависимости энергетических потерь в системе от полос передающего фильтра и приемного фильтра при и вероятности ошибки символа Были выполнены расчеты и для других значений при изменении в более широких пределах. На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

минимум суммарных потерь потерн за счет действия межканальных помех) имеет место при

при по мере роста потери и с уменьшаются, а потери увеличиваются, уменьшение потерь при замедляется;

для заданных существует оптимальное значение котором суммарные потери минимальны.

Рис. 5.5 Зависимость энергетических потерь от полос передающего и приемного фильтров

Рис. 5.6. Спектры в тракте с спектр -импулъса; 2 — коэффициент передачи спектр скорректированного воздействия; 4— спектр на выходе приемного фильтра

В табл. 5.1 сведены результаты расчетов для некоторых комбинаций передающего и приемного фильтров при следующих параметрах системы: сигналы

Таблица 5,1 (см. скан)

Из данных табл. 5.1 следует, что при увеличении сложности фильтров потери Дрмо возрастают, а потери уменьшаются, суммарные потери сравнительно велики. Потеря можно уменьшить путем включения в тракт передачи выравнивателей ГВЗ. Удовлетворительные результаты дает включение фазового контура второго порядка — при этом тракт усложняется несущественно. Это утверждение проиллюстрируем численными расчетами. Определим параметры из условия постоянства ГВЗ всего тракта в области частот

В табл. 5.2 приведены параметры полюсов и нулей при (здесь и ниже нормирующая частота равна

Таблица 5.2 (см. скан)

В табл. 5.3 приведены результаты расчетов потерь при включении в тракт с определенными выше параметрами. Видно, что второго порядка позволяет существенно снизить потери , а также суммарные потери

Таблица 5.3 (см. скан)

Другой подход к коррекции характеристик тракта состоит в следующем. Необходимость выбора полос передающего и приемного фильтров больше частоты Паиквиста вызвана тем, что при воздействии -импульса со спектром (5.10) и а вход передающего фильтра расширение полос передающего и приемного фильтров приближает спектр на входе РУ демодулятора к спектру Найквиста. Поэтому в состав передающего фильтра необходимо включить амплитудный корректор второго порядка, АЧХ которого скомпенсировала бы завал амплитудного спектра -импульса в области частот Полосы фильтров следует принять При этом амплитудный спектр на входе РУ будет близок к спектру Найквиста (5.21). Сказанное иллюстрируется на рис. 5.6. Полюсы равны Расчеты проведены для случая использования в тракте фильтров Баттерворта порядка 4. Кроме в тракт включается Параметры полюсов и нулей даны в табл. 5.4.

Таблица 5.4 (см. скан)

В табл. 5,3 даны результаты расчетов потерь при включении в тракт и с параметрами, приведенными в табл. Как видим, суммарные потери меньше, чем при включении только и выборе

Тагам образом, при невысокой частотной эффективности коррекция характеристик фильтров цепями второго порядка позволяет существ венно уменьшить энергетические потери за счет действия МСИ.

Расчеты потерь при меньших значениях показывают, что выбор разноса частот приводит к резкому возрастанию потерь уменьшение которых требует применения сравнительно сложных фильтров: 6..8 порядков и более. При использовании типовых фильтров высоких порядков будет наблюдаться большой уровень МСИ, вызывающей значительные энергетические потери.

Таким образом, использование типовых фильтров не позволяет достигнуть высоких показателей частотной и энергетической эффективности.