Статья описывает методику определения оптимального уровня входных сигналов по известным шумовым и перегрузочным характеристикам приемника. Сразу оговорюсь, что для примера используются упрощенные модели работы приемных устройств.

1. Анализ сигнальных характеристик приемника.

Пределами отношения сигнал/шум для приемника сигналов с амплитудной модуляцией являются уровни шумов приемника (коэффициент шума) и уровни помех при перегрузках.

Условные обозначения на рисунке:

• Прямая 1 - ограничение ОСШ шумами приемника. Для линейного приемника является прямой линией, проходящей под углом 45 градусов (при выражении уровня входного сигнала и ОСШ в дБ) и сдвинутая на величину тепловых шумов внутреннего сопротивления источника сигнала (75 Ом при 300 градусов Кельвина), что составляет около 2 дБ вправо.
• Прямая 2 - уровень шумов квантования при линейном квантовании на 256 уровней и кодированием результата 8 битами.
• Прямая 3 - уровень шумов квантования при линейном квантовании на 512 уровней и кодированием результата 9 битами.
• Прямая 4 - уровень шумов квантования при линейном квантовании на 1024 уровней и кодированием 10 битами.

Таким образом, график зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала будет располагаться правее и ниже прямых 1 и одной из прямых 2, 3 или 4.

Большинство приемных аппаратно-программных комплексов для ПЭВМ отдают информацию о принятом сигнале с кодированием уровней сигналов яркости 8 битами, таким образом, в большинстве случаев ограничение уровнями шумов квантования будет производиться прямой 2.

2. Характеристика идеализированного приемника.

При коэффициенте шума 0 дБ и отсутствии перегрузок при любом уровне входного сигнала зависимость ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала соответствует прямой 1 до начала ограничения шумами квантования и далее при повышении уровня входного сигнала определяется только шумами квантования.

При некотором значении коэффициента шума приемника, более 0, начальный участок зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала смещается вправо на величину Кш (в дБ). Таким образом, для получения заданного значения ОСШ О1 на выходе приемной системы, необходимо подать на вход радиочастотный сигнал с уровнем L2, который больше уровня L1, которого достаточно для идеального (не шумящего приемника) на величину Кш.

3. Характеристика идеализированного шумящего приемника с ограниченным динамическим диапазоном.

При превышении некоторого уровня входного радиочастотного сигнала (L4) начинается перегрузка приемника, которая приводит к достаточно резкому спаду выходного ОСШ по всем принимаемым каналам. Вид характеристики спада зависит от конкретного приемника. Таким образом, на характеристике зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала для идеализированного шумящего приемника с ограниченным динамическим диапазоном можно выделить три характерных участка, отмеченных на рисунке выше следующими цветами:

• Желтая зона - область пропорционального роста ОСШ при росте уровня входного радиочастотного сигнала, для достижения максимального ОСШ уровня входного сигнала недостаточно (менее L3).
• Зеленая зона - область неизменяемого ОСШ, ограниченного шумами квантования (для идеализированного приемника), максимальное ОСШ получено и удерживается в некотором диапазоне входных уровней (L4..L3)
• Оранжевая зона - область спада ОСШ из-за перегрузки приемника (более L4).

4. Характеристики достаточно качественного реального приемника.

Реальный приемник при работе в заданном диапазоне частот обладает некоторым семейством зависимостей ОСШ от уровня входных радиосигналов и на него действует набор помех. На приведенном рисунке синим цветом обозначено возможное положение семейства кривых зависимостей ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала для некоторого достаточно качественного приемника. Основные отличия от идеализированных моделей:

• В области малых уровней входных радиосигналов заметно влияние помех, которые приводят к разным приведенным шумовым показателям на разных частотах, для некоторых частот (пораженных помехами) значение Кш может быть заметно хуже среднего.
• В области оптимальных уровней входных радиосигналов существует некоторое продолжение нарастания ОСШ при увеличении уровня входных радиосигналов, но намного медленнее, чем в желтой зоне.
• Даже в области оптимальных уровней ОСШ не достигает теоретического предела для заданного уровня шумов квантования.
• В области перегрузок также существует некоторый разброс предельных уровней входных радиосигналов, при которых начинается спад ОСШ, который сильно зависит как от конкретной реализации приемника, так и от набора входных частот и распределения уровней входных радиосигналов, если они различны (наиболее типовой случай работы приемника).

У максимально качественного приемника:

• Разброс показателей по всему диапазону принимаемых частот минимален, т.е. минимальна ширина синей зоны.
• В желтой зоне характеристики максимально плотно прижимаются к прямой 1.
• Ширина и высота зеленой зоны максимальна, т.е. уровень начала оранжевой зоны расположен как можно правее (для некоторых вариантов полупроводниковых селекторов Xceive это всего около 83 дБ (мкВ), а для "классических жестяных" селекторов каналов может быть порядка 105..115 дБ (мкВ)), или что аналогично интегрированию - максимальна площадь зеленой зоны.

5. Примеры характеристик малокачественных приемников.

Повышенный коэффициент шума (плохая чувствительность):

Плохая помехозащищенность и/или сильная неравномерность Кш по частоте:

Узкий динамический диапазон:

Повышенный уровень шума на некоторых частотах и/или плохая помехозащищенность, узкий динамический диапазон:

6. Выбор оптимальных уровней радиосигналов на входе приемника.

При решении задачи выбора оптимальных уровней радиосигналов на входе приемника желательно, как минимум, укладывать их в диапазон от L3 до L4. В более качественном случае при разбросе уровней радиосигналов менее разницы L4-L3, необходимо обеспечить запас на изменения уровней радиосигналов в процессе эксплуатации и при проектировании и регулировке приемной системы располагать уровни входных радиосигналов в середине области от L3 до L4.

Далее приведен пример оптимального выбора уровней радиочастотных сигналов принимаемых каналов, подаваемых на вход приемника:

Условные обозначения на рисунке:

• Ch1..Ch7 - принимаемые каналы на оси частот.
• Пурпурные линии - относительные уровни радиосигналов принимаемых каналов в дБ (мкВ), минимальный уровень имеет канал Ch4, максимальный - Ch7.
• Цветовая кодировка условного уровня качества изображения вдоль оси ОСШ: зеленый - отлично, желтый - хорошо, оранжевый - удовлетворительно, красный - плохо.

На данном примере имеется запас на возможные увеличения уровня радиосигналов в виде разницы между Lmax и началом спада ОСШ из-за перегрузки, а также запас на возможное уменьшение уровня радиосигналов в виде разницы между Lmin и началом сильной зависимости ОСШ от входного уровня радиосигналов в желтой зоне.