Неоптимальные демодуляторы

Во всех предыдущих разделах мы рассматривали схемы оптимальных демодуляторов и их помехоустойчивость. Напомним, что критерием оптимальности демодуляторов является минимум вероятности ошибки сигнала и бита. Схема оптимального демодулятора сигналов ФМ-M (M ³ 4), АФМ-M, КАМ-M приведенная на рис. 10.1. В этой схеме с целью достижения минимума вероятности ошибки обеспечивается выполнением следующих условий.

1. Опорные колебания, подаваемые на перемножители, совпадают по фазе с косинусной и синусной составляющими канального символа, благодаря чему происходит полное разделение косинусной и синусной составляющих с целью последующей раздельной их обработки, а выходные напряжения перемножителей максимальные.

2. Согласованные фильтры согласованы с импульсом-переносчиком и обеспечивают максимальное отношение сигнал/шум в отсчетный момент.

3. Система ТС обеспечивает взятие отсчетов в моменты времени, когда мгновенное значение импульса-переносчика максимальное.

4. Благодаря тому, что формирующий фильтр модулятора и согласованный фильтр демодулятора имеют одинаковые АЧХ, описываемые зависимостью «корень со спектра Найквиста», а линия передачи не искажает сигнал, на входах дискретизаторов импульсы без межсимвольной интерференции.

5. Правило вынесения решений схемой решения основано на оптимальном разбиении пространства сигналов на области сигналов.

Нарушение любого из этих условий приводит к ухудшению помехоустойчивости (увеличению вероятности ошибки). Как правило, все условия в реальном демодуляторе в той или другой мере нарушаются. Поэтому говорят, что реальный демодулятор является неоптимальным. Так:

1. Опорные колебания формируются из зашумленного сигнала и не совпадают в точности по фазе с косинусной и синусной составляющими канального символа, поэтому нет полного разделения косинусной и синусной составляющих, имеют место квадратурные переходы, а выходные напряжения перемножителей не максимальные.

2. Из-за конечной точности выполнения формирующего и согласованного фильтров, искажение сигнала в линии передачи согласованный фильтр не является в точности согласованным с импульсом-переносчиком и не обеспечивается максимальное отношение сигнал/шум в отсчетный момент.

3. Отсчетные импульсы в системе ТС формируются из зашумленного сигнала, и не обеспечивается взятие отсчетов в моменты времени, когда мгновенное значение импульса-переносчика максимальное.

4. Из-за конечной точности выполнения формирующих и согласованных фильтров, искажений сигнала в линии передачи импульсы на входах дискретизаторов имеют межсимвольную интерференцию.

5. В демодуляторах многоуровневых сигналов имеет место неоптимальная разбивка пространства сигналов на области сигналов, так как уровни демодулируемого сигнала отличаются от уровней, для которых рассчитана разбивка на области сигналов. Для уменьшения этого эффекта демодулятор должен иметь систему автоматического регулирования усиления сигнала.

Рассчитать помехоустойчивость неоптимального демодулятора практически невозможно. Помехоустойчивость неоптимального демодулятора определяют экспериментально или путем моделирования на компьютере. На рис. 18.1 показана рассчитанная зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум (потенциальная помехоустойчивость) и полученная экспериментально.

Для заданной допустимой вероятности ошибки р_доп по графикам определяют значения отношений сигнал/шум при оптимальном приеме и при неоптимальном приеме . Разность этих значений называется энергетическими потерями демодуляции (ЭП):

ЭП = – . (18.1)

В современных хорошо выполненных модемах в канале с АБГШ при ФМ-4 ЭП = 0,8...1,0 дБ. С ростом числа уровней сигнала потери возрастают и для КАМ-64, КАМ-256 могут достигать 2 дБ.

Контрольные вопросы

1. Пересчитайте причины неоптимальности реальных демодуляторов.

2. Что такое энергетические потери демодуляции?