Фильтрация или шум?

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Вообще-то я не люблю шум, но бывают исключения

Шум является фундаментальным явлением природы и никогда не исчезает. Кроме того, я уже отмечал, что в некоторых случаях шум может быть полезен – и вот пришло время описать такой случай.
Несколько лет назад мой коллега работал в САПР Keysight Advanced Design System (ADS) над созданием сигналов WiMAX MIMO с полосой 10 МГц, имеющих некоторые искажения. Сначала он внёс затухание в один передатчик, и когда обнаружил, что это практически не повлияло на качество модуляции, он добавил в один канал полосовой фильтр с полосой пропускания 2 МГц, как показано ниже.

Моделирование двухканального сигнала MIMO 10 МГц с дополнительным полосовым фильтром 2 МГц в одном канале в САПР ADS

Фильтр, вырезающий значительную часть полосы канала, наверняка должен был нарушить работу демодулятора. Сравнив спектры обоих каналов, он получил разительно отличающиеся результаты.

Спектр двух моделируемых сигналов WiMAX с полосой 10 МГц. Нижний спектр изменен полосовым фильтром 2 МГЦ.

И вся эта фильтрация в одном канале практически не сказалась на качестве модуляции! ПО VSA, которым он пользовался, как неотъемлемым элементом модели, показала влияние фильтра на спектр и на частотную характеристику канала, но демодуляции это никак не повредило.

Коллега прислал запись сигнала мне, и я получил те же результаты в ПО VSA на собственном компьютере. Тогда я сказал ему, что он может добиться результата, добавив в сигналы немного шума.
Такой метод решения проблемы может показаться странным, но в данном случае модель не соответствовала действительности в плане реакции на сильную фильтрацию канала. Неожиданный результат был связан с тем, что моделируемые сигналы не содержали шумов, и поэтому корректор демодулятора мог идеально скомпенсировать внесённые фильтром искажения, сколь велики бы они ни были.
Во многих аспектах эта ситуация была противоположна адаптивной коррекции, применяемой в реальных ситуациях с высоким уровнем шумов, и я уже предупреждал, что надо быть осторожней с желаниями. Если шума нет, то сигнал можно корректировать сколько угодно без пагубных последствий.
Конечно, «мир без шумов» – это не тот мир, в котором мы живём, и для которого проектируем, и, как бы я ни хотел этого избежать, я вынужден признать, что в некоторых случаях и от шума бывает польза.
Шуму можно найти и другие применения, которые тоже обладают этим магическим притяжением. Так что я наверняка вскоре об этом напишу.