Когерентный и некогерентный прием

Когерентный прием – мы принимает сигналы согласованно во времени, в определенные точные моменты времени. Мы знаем, когда начинается радиоимпульс и когда он заканчивается, т.е. в какой момент времени начинать детектировать радиоимпульс и необходимый момент, когда надо уже делать о нем вывод. Все, что можно мы о нем считали – весь радиоимпульс в нужный момент времени.

Опорное колебание при когерентном приеме представляет собой точную копию переданного сигнала. Если известна частота и фаза, то в приемнике используется синхронный детектор, в котором опорное колебание (см. рис. 1) синхронно с колебанием несущей частоты.

Следует обратить внимание на то, что в схеме рис. 1 опорный сигнал должен иметь те же начальные фазы, что и ожидаемые приходящие сигналы или, другими словами, должен быть когерентным с приходящими сигналами. То есть когерентный прием применяется в том случае, когда все принимаемые сигналы (радиоимпульсы длительность Ts) из ансамбля N используемых сигналов известны в точке приема, включая знание (или определение с необходимой точностью) начальной фазы принимаемого несущего колебания. Это требование обычно затрудняет реализацию демодулятора и требует введения в него, помимо указанных на рисунках блоков, дополнительных устройств, предназначенных для регулировки фаз опорных сигналов. В этом случае в приемнике выделяется частота несущей и синхроимпульсы, соответствующие моментам окончания информационных символов, необходимые для вынесения решения об их значении.

Почему так важно знание о начальной фазе?

 Задача приемника состоит в том, чтобы определить, какой из N возможных сигналов поступил на его вход в данный тактовый интервал, кратный Тs . Если любой из N полностью известных сигналов Х_i (t) c равной энергией, где i = 1, 2,…..N, принимается на фоне аддитивных белых гауссовых шумов n(t), то оптимальный приемник должен содержать N каналов, в каждом i – том канале которого в известные тактовые моменты времени окончания сигналов вычисляется значение (отсчет) функции взаимной корреляции принимаемой смеси Y(t) шума и эталонного сигнала Х_i(t).

 Номер канала с максимальной корреляцией будет определять номер принимаемого сигнала. Таким образом, приемник будет содержать N корреляторов и схему выбора канала с максимальной корреляцией, выдающей в каждый тактовый интервал ТS номер принимаемого сигнала. Такой приемник будет обеспечивать наилучшую помехоустойчивость приема, как по критерию максимального правдоподобия, так и по критерию максимума отношения сигнал /шум на выходе приемника. Из сказанного следует, что если начальная фаза принимаемого несущего колебания неизвестна и (или) изменяются из-за взаимного перемещения передатчика и приемника и нестабильностей работы их синтезаторов частот, то информация о ней должна извлекаться из пришедшего сигнала с помощью системы фазовой автоподстройки частот (ФАПЧ) когерентного приемника. Иначе, т.е. при значительном расхождении фазы принимаемого сигнала Y(t) и фазы опорного сигнала Х_i(t), корреляционная обработка невозможна. При некогерентном приеме выделение немодулированной несущей частоты из спектра принимаемого колебания с помощью узкополосных следящих схем ФАПЧ не требуется, что значительно упрощает алгоритмы приема. Однако, при малых отношениях мощности сигнала к мощности шума Pc / PШ < 1 на входе приемника, (где Pc – мощность сигнала, PШ – мощность шума), помехоустойчивость некогерентного приема может быть значительно ниже, чем у когерентного приема.

 ФМ (PSK) можно применять только при когерентной обработке с использованием фазового детектора, в опорный канал которого следует подавать спектральную компоненту несущей частоты принимаемого сигнала, выделяемую следящей системой ФАПЧ. При когерентном поэлементном приеме и двоичном кодировании (N=2), кроме ФМ, теоретически могут использоваться сигналы с амплитудной (ASK) и частотной (FSK) манипуляцией, если в приемнике используется синхронное детектирование. Однако для таких двоичных сигналов, нормированный коэффициент взаимной корреляции не может достигать минимального значения, равного -1. Следовательно, эти сигналы будут обладать худшей помехоустойчивостью по сравнению с ФМ при когерентном приеме при примерно одинаковых аппаратных затратах на его реализацию. Поэтому сигналы с ASK и FSK находят практическое применение при некогерентном поэлементном приеме, реализуемом более простыми схемами приема без синхронного детектирования и применения ФАПЧ. Естественно, что помехоустойчивость некогерентного приема сигналов будет ниже когерентного при прочих равных условиях.

 Подытожим: все методы приема, для реализации которых необходимо точное априорное знание начальных фаз приходящих сигналов, называют когерентными. В тех случаях, когда сведения о начальных фазах ожидаемых сигналов извлекаются из самого принимаемого сигнала (например, если фаза флуктуирует, но настолько медленно, что может быть предсказана по предыдущим элементам сигнала), прием называют квазикогерентным. Если же сведения о начальных фазах приходящих сигналов отсутствуют или по каким-либо соображениям их не используют, то прием называют не когерентным.