Пестряков Б.В. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации (1973)

УДК 621.391,1 шумоподоанме снгнаам н системах передачи информации под ред проф В. Б. пест. ряноаа. М., «Соа. радио», !Э73, с. 424. Дат.: В. Б. Пестряйон, В. П. Афанасьев, В. Л. Гурвиц и др. Книга посвящена вопросам теории и техники сложных или шумоподобиых сигналов (ШПС) и их применению в системах передачи инфорлгацни. Рассмотрены основные особенности ШПС и их физический смысл, их свойства и характеристики, а также основы теории приема ШПС и процессы, происходящие в схемах оптимального приема. Подробно изложены вопросы практической реализации схем оптимального приема ШПС, влияния неидеальности и нестабильности элементов схем, а также схемы квазиоптимального комбинированного приема и цифровые фильтры. Проведено сравнение разделения сигналов по форме с другими методами разделения при использовании инженерных критериев.

Рассмотрены преимущества и ограничения, присущие системам, использующим ШПС. Книга рассчитана на широкий круг радиоинженеров, занимающихся разработкой конкретной аппаратуры с ШПС, а также студентов старших курсов вузов. Табл. 27, рис.

!71, библ. 176 назв. Авторы; В. Б. Пестряков, В. И. Афанасьев, В. Л. Гурвиц, Д. Л. Зайцев, Л. И. Зеликман, А. В. Пестряков, А. Л. Сепааский, Н. И. Смирнов, В. А. Су. донцев. 0344-067 046(01)-73 БЗ вЂ” 40 — 73 © Издательство «Советское радио»,1973 г. Предисловие Сложные и шумоподобные сигналы позволяют улучшить ряд важных характеристик радиотехнических систем. В последние годы вышло много книг, в которых рассматриваются вопросы теории этих сигналов, Однако использование шумоподобных сигналов в системах выдвигает много проблем инженерного характера. В настоя|цей книге сделана попытка осветить инженерные вопросы построения аппаратуры, использующей эти сигналы, а также изложить вопросы, относящиеся к теории и физическому смыслу как самих сигналов, так и тех процессов, которые протекают в оптимальных и квазиоптимальных схемах при их приеме при наличии помех и генерировании (формировании) с учетом неидеальности элементов аппаратуры.

Главы 1, 2„ 10 и 3 5.1 — 5.3 написаны В. Б. Пестряковым. Глава 3 написана Н. И. Смирновым, глава 4 — В. Л. Гурвицем. Параграфы 5.4 — 5.6 написаны совместно В. Б. Пестряковым и В. Л. Гурвицем. Глава 6 написана А. В. Пестряковым. Параграфы 7.1 — 7.2 написаны Д, Л.

Зайцевым; 3 7.7 — В. П. Афанасьевым; 3 7.3 — 7.6 и 7.8— В. Б. Пестряковым и В. П. Афанасьевым; й 8.1 — 8.3 написаны А. Л. Сенявским; 3 8.4 — 8.7 написаны совместно В. Б; Пестряковым и В. А. Судовцевым. Глава 9 написана В. Б. Пестряковым и Л. И. Зеликманом. Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность проф. Л. С. Гуткину и кандидатам технических наук Ю. Д. Линдепбратену, В. Н. Власову, П. И.

Пенину С. Е. Лазаревой, замечания и рекомендации которых были использованы авторами при работе над рукописью. Глава первая ШУМОПОДОБНЫЕ СИГНАЛЫ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 1.1. Некоторые вопросы развития систем передачи информации Системы передачи информации являются одним из основных видов радиотехнических систем и быстро развиваются во многих отношениях. Увеличиваются расстояния, на которых должна производиться передача сообщений. Увеличивается поток информации и скорость ее передачи. Характер сообщений приобретает все большее разнообразие, изменяются и повышаются требования к точности и достоверности передачи. Вместе с тем возрастают требования к весу, габаритам, надежности н стоимости аппаратуры, простоте ее использования и обслуживания. К системам предъявляются все более жесткие требования по обеспечению их работы в условиях сложных внешних воздействий, а также естественных и преднамеренных помех и помех от других радиотехнических систем, работающих на близких частотах или в общем участке диапазона частот.

Все это делает необходимым не только совершенствование существующих и традиционных систем передачи информации, но и развитие и исследование новых видов систем, новых принципов их построения [1.1 — 1.?). Большое значение в совершенствовании систем передачи информации имеют исследования, связанные с использованием новых видов сигналов, получивших названия: сложных, широкополосных, многомерных н шумоподобных. Свойства, присущие этим сигналам, в том числе и шумоподобным (ШПС), делают их перспективными также и при решении некоторых проблем в системах передачи информации, в первую очередь для обеспечения работы системы «под помехами», повышения устойчивости к организованным помехам, обеспечения передачи информации с малой скоростью в одном широкополосном канале с мощными сигналами, обеспечения разделения сигналов по форме при их работе в общем участке диапазона частот и при наличии интенсивных флюктуационных помех н т. п.

Шумоподобные сигналы могут быть использованы при построении непрерывных (например, с частотной модуляцией), импульсных (например, с время-импульсной модуляцией) и дискретных (например, с кодо-импульсной модуляцией) систем передачи информации. Однако наибольшие возможности дает использование ШПС в дискретных системах, 4 давая большие новые возможности совершенствования систем и„, чачи информации, шумоподобные сигналы имеют много специфи„их особенностей и свойств, без изучения которых невозможно пра„,„ьно оценивать перспективы их применения в системах передачи информации и решать вопросы о построении аппаратуры, методах фор- „„«рования и приема этих сигналов, По общим вопросам и теории этих игналов уже имеется обширная литература, например [1.7 — 1.10, 1 15 1,!5). Однако в настоящее время назрела необходимость систе- матического изложения не только теоретических вопросов и общих свойств этих сигналов, но также инженерных проблем, связанных с по- строением аппаратуры и рассмотрением процессов в схемах приема таких сигналов.

Этим вопросам и посвящена предлагаемая вниманию читателей книга, 1.2. Предварительные соображения о некоторых особенностях шумонодобных сигналов В дискретных системах передачи информации сообщение имеет вид случайной последовательности информационных символов спь которые преобразуются в первичные сигналы и; (1) и затем в передатчике генерируются сигналы з; (1) из совокупности различных сигналов с объемом алфавита р,.

Каждому символу сообщения си ставится в соответствие различимый сигнал. Сигнал — это физический процесс, который может нести полезную информацию и распространяться по линии связи. Понятие сигнала в общем случае сложное и многообразное. В данной книге считаем удобным пользоваться таким определением сигнала, которое целесообразно для дискретных систем передачи информации, использующих сложные сигналы. В дальнейшем под сигналом з; (1) будем понимать функцию времени, отображающую физический процесс, имеющий конечную длительность Т, и соответствующий символу сообщения си нли отображающий этот символ.

Очевидно, что Т, вместе с алфавитом сигналов р, будет определять скорость передачи информации. Дискретное сообщение имеет характер случайной последовательности символов сообщения и отображается в случайной последовательности различимых сигналов з«> посл (1). Сигналы, у которых база Б„равная произведению длительности сигнала Т, на ширину его спектра, близка к единице, в дальнейшем будем называть «простыми> илп «обыкновенными».

Различение таких сигналов может быть осуществленопо частоте, времени (задержке)и фазе. Сложные, многомерные, шумоподобные сигналы формируются по сложному закону. За время длительности сигнала Т, он подвергается дополнительной манипуляции (или модуляции) по частоте или фазе. дополнительная модуляция или манипуляция по амплитуде используется редко. За счет дополннтельной манипуляции (модуляции) с"ектр сигнала Ь), (при сохранении его длительности Т,) расширяется. Следовательно, для такого сигнала Б, = Т,Ц, )) 1. При некоторых законах формирования сложного сигнала его спектр оказывается сплошным и практически равномерным, т.

е. близким к спектру шума с ограниченной шириной полосы. При этом функция автокорреляции сигнала имеет один основной выброс, ширина которого определяется не длительностью сигнала, а шириной его спектра, т. е. имеет вид, аналогичный функции автокорреляции шума с ограниченной полосой частот. В связи с этим такие сложные сигналы будем называть шумоподобными. Во многих случаях удобно рассматривать ШПС состоящим из некоторого количества «элементов» з, (1), каждый из которых может рассматриваться как простой ксигнал> длительностью Т, с самостоятельным значением амплитуды, фазы или частоты.

К описанию закона формирования сигнала можно подойти и с другой точки зрения. Каждому элементу з,з (1) можно поставить в соответствие символ элемента с,ю Это позволяет упростить описание сигнала, оперируя не функциями времени, отображающими элемент з,а (1), а символами. Последовательность этих символов отображает закон формирования ШПС и часто называется кодом шумоподобного сигнала или кодовым словом этого сигнала. Но номер элемента также является символом, поэтому последовательность символов, описывающих закон формирования 1-го сигнала можно представить как определенную 1-ю последовательность номеров элементов. Тогда можно записать 4 — ~- дц, ..., с(ы, ..., г(ьч,, где Й с 1, р„т.

е. может принимать вид одного из р, символов — номеров элементов в алфавите элементов. В частном простейшем случае, когда объем алфавита элементов равен двум, для описания ШПС достаточно дать двоичный код сигнала, имеющий вид последовательности двух символов. В качестве таких символов могут быть приняты, например, + и — . В качестве символов последовательности, образующей сигнал, можно использовать номер элемента в алфавите. При двоичном алфавите получим Ы с 1, 2. Тогда код формирования тех же 1-го и к-го сигналов примет вид: й; -+ 222212122112111; г(ь -~ 121122111212221.