Варакин Л.Е. Теория систем сигналов (1978)

УДК 621.391 Варакин Л. Е. Теория систем сигналоя. М., «Сов. радио», 1978, 304 с. На основе методов комбинаторики, теории групп, теории чисел, общей и статистической радиотехники разработаны основы общей теории систем сигналов. Определены свойства полных произвольных и двоичных кодов, а также взаимосвязи между числом блоков и корреляционными свойствами систем сигналов. Исследовано большое число различнмх систем сигналов: дискретных фазоманицулированных, частотных, дискретных частотных и дискретных составных частотных.

Рассмотрено применение систем сигналов для повышения помехоустойчивости и кодового разделения абонентов в синхронных и асинхронных системах передачи информации. Книга предназначена для научных работников, инженеров и аспирантов радиотехнических специальностей, может быть использована студентами вузов. Рис. 76, табл. 34, библ. 242 назв. Редакз4ия литературы ао запросам космической радиоэлектроники ИБ № 339 Леонид Егорович Варакин ТЕОРИЯ СИСТЕМ СИГНАЛОВ Редактор Н. К.

К е л н н н н е Художественныа редактор Н. С. Ш е н н Обложка художннке Б. К. Ш е иове лов в Техннческна редактор А. А. Б ел о ус Корректор Н. М. Давыдова Сдено в набор 13.10.77 Подпнсзно в печать 23.02.76 Т-01306 Формат Ц1Х90716 Бумага типограФская № 2 Лктервтурнея гари. Высонея печать. Объем 19,0 уел. печ. л., 19,36 уч.-нзд. л. тнреж ЗЗ00 3 к. 2093 цен' 1 р. 60 к. Издательство «Советское редко», Москва, Глевпочтемт, е/к 693 Московскея типография № 4 Союзполвгрзфпромз прн Госудерственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полнгрдфнд к кзммннев торговля Москве, И-41, Б.

Переясзфяехазь ЧК 30401-039 046(01)-78 (ф Издательство «Советское радио», 1978 г. Памяти мамм Предисловие С каждым годом появляются новые радиотехнические системы, использующие радиоволны для передачи и приема информации, для обнаружения объектов и измерения их параметров,для автоматического управления различными аппаратами и т. д. В свою очередь, требования, предъявляемые к надежности передачи информации, точности измерения параметров объектов, быстродействию управления, непрерывно растут, радиотехнические системы становятся более сложными, и многие из них содержат большое число различчых радиоэлектронных средств. Кроме того, растет число источников и потребителей информации в той или иной системе. Поэтому появление новых радиотехнических систем требует расширения диапазонов радиочастот (или просто частот).

Если к тому же учесть, что в настоящее время все диапазоны частот практически уже заняты существующими системами, то становится ясно, что проблема распределения частот и выделения из них новых весьма серьезна. Многочисленные прогнозы развития радиотехнических систем убеждают, что в будущем эта проблема станет еще острее. Следовательно, необходимо эффективнее использовать диапазоны частот с максимальной плотностью радиоэлектронных средств на единицу полосы частот. Но при этом возникает другая проблема — электромагнитная совместимость различных радиоэлектронных средств (абонентов), работающих в общей полосе частот, отведенной для данной радиотехнической системы.

Одним из способов повышения эффективности использования диапазона частот с учетом электромагнитной совместимости является применение кодового разделения абонентов, работающих асинхронно в общей полосе частот. Асинхронный принцип передачи информации применяют, когда невозможно регламентировать работу абонентов во времени. До середины 60-х годов в асинхронных системах использовался метод частотного разделения информации различных абонентов — каждому выделялся свой частотный диапазон.

Но так как число свободных диапазонов уменьшалось, а станций (абонентов) — увеличивалось, то стало очевидно, что частотное разделение не может обеспечить растущие потребности радиоэлектроники. Именно поэтому с середины 60-х годов начали применять кодовое разделение (разделение по форме сигналов). 3 При кодовом разделении абонентов более экономично используется частотный диапазон, отведенный для данной радиотехнической системы, состоящей из многих абонентов.

Такие системы получили название асинхронных адресных систем (ААС), поскольку информация каждого абонента «снабжается» адресом — сигналами данного абонента. Число абонентов в ААС обычно велико, и требуемое число сигналов так же велико, по крайней мере не меньше числа абонентов. При выборе сигналов для ААС необходимо учитывать взаимные помехи между абонентами, поэтому выбор сигналов нужно производить так, чтобы минимизировать взаимные помехи, т.

е. обеспечить наилучшую электромагнитную совместимость. Это возможно только в том случае; если известны алгоритмы построения используемых сигналов и нх свойства. В настоящее время ААС с кодовым разделением применяются в различных наземных, спутниковых и других системах связи, в системах командного радиоуправления и управления воздушным движением и в некоторых других. Можно предположить, что такие ААС будут использоваться шире, так как частотные диапазоны практически неизменны, а число различных радиотехнических систем непрерывно растет.

Кодовое разделение может быть использовано и для решения некоторых задач в общей проблеме электромагнитной совместимости различных радиотехнических систем (навигационных, локационных, связных, космических, управления и др.). Свойства ААС во многом определяются свойствами применяемых в них сигналов. В большинстве случаев сигналы конкретной ААС подчиняются единому правилу или алгоритму построения, который выбирается исходя из требований к ААС. Такой системный подход к сигналам ААС является основой для определения систем сигналов. Система сигналов — это множество сигналов, объединяемых единым правилом построения, которое определяет как индивидуальные, так и совместные характеристики сигналов.

Индивидуальные характеристики сигнала являются функциями его структуры по времени и частоте„спектра, распределения энергии сигнала на частотно- временной плоскости, автокорреляцнонных свойств. Совместные характеристики зависят от индивидуальных характеристик и кроме того являются функциями структуры системы сигналов в целом, совместного использования частотно-временной плоскости, взаимо- корреляционных свойств. Таким образом, правила построения систем сигналов, структурные и корреляционные свойства являются зависимыми друг от друга. От перечисленных характеристик зависят также и параметры радиотехнических систем, в которых используются системы сигналов.

Исследованиям зависимостей между алгоритмами построения, структурными и корреляционными свойствами сигналов, образующих системы„посвящена теория систем сигналов. Теория систем сигналов — это совокупность законов, определяющих правила построения систем сигналов, их структурные и корреляционные свойства, особенности применения в радиотехни- ч ческих системах. Те или иные законы выявляются при обобщении результатов исследований систем сигналов. Теория систем сигналов использует методы общей радиотехники, статистической радиотехники, теории сложных сигналов, теории кодирования, теории линейной и нелинейной селекции сигналов, теории групп, комбинаторики, теории чисел.

Естественно, что технически грамотно проектировать ААС с кодовым разделением можно только при развитой теории систем сигналов, поскольку все характерные особенности подобных ААС определяются сигналами. Необходимость в такой теории возникла недавно. Первоначально к системам сигналов не предъявлялось особых требований, так как ААС только начинали развиваться и не были подробно исследованы даже принципы их построения. Однако при анализе условий работы ААС и исследовании их характеристик было выяснено, что системы сигналов следует тщательно выбирать, так как это позволяет улучшить характеристики ААС.

Оказалось, что при проектировании ААС с кодовым разделением возникает ряд проблем, решение которых определяется свойствами систем сигналов. В данной книге поставлены, обсуждены и решены многие наиболее важные проблемы теории систем сигналов. Решение этих проблем основано на результатах многолетней работы автора в области проектирования ААС с кодовым разделением абонентов. Так как кодовое разделение основано на применении сложных сигналов, то данная книга является логическим продолжением книги «Теория сложных сигналов» (М., «Сов. радио», 1970).

Основной материал книги составляют работы автора и доклады, сделанные на Всесоюзных сессиях НТОРЭС им. А. С. Попова, на четырех конференциях «Проблемы оптимальной фильтрации» и научно-технических конференциях Московского ордена Трудового Красного Знамени элек'ротехнического института связи и Всесоюзного заочного электротехнического института связи. Автор выражает искреннюю признательность проф., докт. техн. наук В.

И. Тихонову за всестороннюю поддержку и помощь. Автор благодарен рецензентам — проф., докт. техн. наукЮ.С. Лезину и проф., докт. техн. наук Г. И. Тузову за ряд доброжелательных критических замечаний, способствовавших улучшению книги. Все замечания и пожелания автор просит направлять по адресу: Москва, Главпочтампт, а!я б93. Основные условные обозначения А/ (/)— п/л В— Вз— га ги Р(х) 0(ю), 01(е) а(ю) а1(ю) (й(е)( Ьз, йэ, Ьэ— йа М йй 6 А/=(л/а)— Р,Р/,ра,/сов кодовая последовательность огибающая сигнала комплексная амплитуда элементарного сигнала, символ кодовой последовательности база сигнала база элементарного сигнала энергия произвольного и 1-го сигналов ширина спектра про канального сигнала, 1-го сигнала, элементарного сигнала, ширина спектра сообщения ширина абонентской полосы частот, ширина полосы частот канала связи ширина спектра исход- ного сигнала и произ- водящего сигнала интеграл вероятности частота спектр комплексной огибающей произволь- ного сигнала, /-го сигнала спектр произвольно- го сигнала, 1-го сигна- ла амплитудный спектр сигнала отношение сигнал/шум в общем случае, от- ношение сигнал/шум, приходящееся на дво- ичный и иа т-й сигнал (символ) полное отношение сиг- нал/шум в многока й(1)— 1з(х), 1ю(х)— йзаи лис ив й (оз)— й— /а ьн 1.