4.7. Сравнительный анализ помехоустойчивости демодуляторов сигналов с внутрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ

Из анализа помехоустойчивости рассмотренных типов демодуляторов, обеспечивающих обработку сигналов с частотным разнесением информационных символов, можно сформулировать присущие для них свойства и закономерности.

Одним из важнейших свойств демодуляторов, исключая демодулятор с линейным сложением, является выигрыш в помехоустойчивости за счет разнесения бита информации на  частотных элементов. При этом выигрыш проявляется для области отношений сигнал-помеха  со сравнительно большой мощностью шумовой помехи в части полосы. Применительно к используемым исходным данным , ,  для различных типов демодуляторов эта область находится в пределах .

Как при очень сильном, так и при очень слабом подавлении, т.е. за пределами указанной области отношений , наименьшая СВО на бит  имеет место в отсутствии частотного разнесения бита, . В этом случае СВО на бит  для любого типа демодулятора, включая и демодулятор с линейным сложением, определяется из одного и того же выражения

Это объясняется тем, что при , нормирование выборок сигналов не влияет на выработку решения относительно принятого бита информации.

Помехоустойчивость демодуляторов сигналов с ППРЧ и двоичной ЧМ в значительной мере зависит от числа скачков частоты на один бит информации. При этом для демодулятора с линейным сложением выборок его помехоустойчивость ухудшается с увеличением числа скачков частоты на бит, для остальных типов демодуляторов существует оптимальное число скачков частоты , определяемое уровнем собственных шумов приемника, при котором еще обеспечивается уменьшение СВО на бит . Так, для демодулятора с АРУ при отношении сигнал-шум  и  СВО на бит  имеет наименьшее значение при . Если же отношение  увеличить до 14,89 дБ (что соответствует частоте появления ошибок на бит  в отсутствии шумовой помехи и ), то помехоустойчивость демодулятора с АРУ повышается при увеличении числа скачков на бит не более, чем до . Это является следствием преобладания потерь за счет некогерентного сложения выборок частотных элементов по сравнению со снижением мощности шумовой помехи в части полосы при использовании принципа частотного разнесения.

Только при малом уровне собственных шумов приемника, когда отношение сигнал-шум , работа нелинейных демодуляторов оптимизируется, при этом СВО на бит  уменьшается с увеличением числа скачков частоты  практически для всей области отношений сигнал-помеха .

На рис.4.24 для самонормирующегося демодулятора и демодулятора с АРУ (штриховая линия) приведены графики СВО на бит  как функции отношения  при   и  в качестве параметра.

Рис. 4.24.

Анализ графиков  (рис.4.24) и результатов [12] показывает, что при отношении  для демодулятора с АРУ вероятность ошибки на бит  пропорциональна , а для самонормирующегося демодулятора при  и  СВО на бит  - пропорциональна .

При воздействии ШШП во всей полосе частот () анализируемые типы демодуляторов практически обладают одной и той же эффективностью, так как нормирование принимаемых субсимволов в этом случае роли не играет. Поэтому с увеличением числа субсимволов  на бит эффективность демодуляторов ухудшается из-за повышения потерь в результате некогерентного сложения. Для примера на рис.4.25 [11,13] для демодулятора с АРУ приведены графики зависимости СВО на бит  как функции отношения  при широкополосной шумовой помехе ,  и  в качестве параметра.

Рис. 4.25.

Однако следует заметить, что эффективность ШШП () при ограниченной мощности станции помех по сравнению с оптимальной помехой в части полосы существенно ниже.

Рис. 4.26.

На рис.4.26 для демодуляторов с линейным сложением и АРУ изображены (рафики зависимости СВО на бит  как функции отношения  при , , для ШШП, , и оптимальной шумовой помехи в части полосы, .

Приведенные графики четко иллюстрируют неэффективность ШШП в значительной части диапазона отношений . На этом же рисунке видно, что при  и  эффективность демодулятора с АРУ (кривая 2) значительно выше эффективиости демодулятора с линейным сложением выборок (кривая 1).

Для проведения интегрального сравнительного анализа рассматриваемых демодуляторов некогерентной обработки сигналов с внугрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ на рис.4.27 и 4.28 приведены графики зависимости СВО на бит  как функции отношения сигнал-помеха  при ,   и  [12]

Рис. 4.27.

Рис. 4.28.

Из анализа приведенных графиков (при использовании принципа разнесения бита на частотные элементы в условиях действия наихудшей шумовой помехи в части полосы) следует: при сильном и умеренном подавлении  демодулятор с АРУ дает наилучшие (с точки зрения помехоустойчивости) результаты (кривая 2), а демодулятор с линейным сложением выборок - наихудшие (кривая 1); в этих же условиях демодулятор с мягким ограничителем (кривая 3) и самонормирующийся демодулятор (кривая 4) по своей эффективности находятся между демодулятором с АРУ и демодулятором с линейным сложением выборок; в случае слабого подавления (или при его отсутствии) самонормирующийся демодулятор является наименее эффективным при  хотя разница в значениях отношения сигнал-помеха  составляет менее 1 дБ.

Так как в демодуляторах с внутрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ осуществляется некогерентиое сложение субсимволов, то вынфыш в помехоустойчивости за счет их частотного разнесения может быть обеспечен при условии, что потери при некоге-рентиом сложении субсимволов окажутся меньше, чем снижение мощности шумовой помехи в части полосы, достигаемое нормированием каждого субсимвола. Отсюда следует, что величина потерь некогерентного сложения субсимволов ограничивает получаемый за счет частотного разнесения выигрыш в помехоустойчивости демодуляторов с внутрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ. Оптимальное число частотных элементов, при котором еще обеспечивается уменьшение СВО на бит, определяется величиной собственного шума приемника. Поэтому выигрыш помехоустойчивости от применения внутрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ можно реализовать на практике только в том случае, когда мощность собственного шума приемника находится на сравнительно низком уровне.

Проведенный аналитический обзор позволяет констатировать, что применение сигналов с расширением спектра за счет частотного разнесения информационных символов может обеспечить повышение помехоустойчивости СРС с ППРЧ и двоичной ЧМ в условиях действия шумовой помехи в части полосы. Эффективность принципа частотного разнесения символов достигается при условии осуществления в демодуляторах нормирования принятых субсимволов и их последующего сложения.