Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

94 тв. Передающая часть системы как бы заменяет цифровую последовательность (х;) на соответствующую последовательность сигналов (з;(()). Эта замена осуществляется в результате дискретного изменения одного из параметров синусоидального сигнала передатчика в соответствии с передаваемой цифровой последовательностью. Такое изменение параметра сигнала называется манипуляцией. Манипулировать можно амплитуду, частоту или фазу несущего колебания передатчика. В простейшем случае, когда изменяемый параметр сигнала передатчика может принимать только два состояния, имеем наиболее распространенный вид манипуляции в бинарную манипуляцию. Помимо полезных информационных изменений, сигнал, приходящий в точку приема, может содержать некоторые паразитные изменения параметров из-за неидеальных условий распространения и других причин.

Изменения параметров могут быть вызваны неоднородностями и случайностями характеристик среды распространения; изрезанностью диаграмм направленности передающей и приемной антенн и их взаимным перемещением в пространстве; влиянием эффекта Допплера; нестабильностью характеристик аппаратуры. В общем случае на вход приемного устройства поступает смесь искаженного сигнала з1(() и различных помех п;((), т. е. у(() — з; (г) + ~ л! (г), 0-а (<т, (3.2) Колебание у(() представляет собой одну из возможных реализаций некоторого случайного процесса, рассматриваемого на интервале длительностью тз. Какую задачу должен решить приемник) Анализируя принятую конкретную реализацию у(1) в течение интервала времени 0((~то, приемник должен установить, какой из возможных сигналов з;(() (з~(~) или зз(() ) присутствует на его входе, и в соответствии с этим принять решение, какой элемент цифровой последовательности х;(х, или х,) был передан.

Эта классическая задача теории связи — задача различения двух сигналов. Если один из сигналов тождественно равен нулю, имеем частный случай задачи различения — задачу обнаружения сигнала в интервале времени 0(((чо на фоне помех, 95 Различение сигналов — задача, характерная для систем передачи цифровой информации, дискретных систем телеуправления и т. п, Для решения этой задачи необходимо располагать рядом исходных данных о применяемых сигналах, свой- ствах среды распространения и помехах, которые дей- ствуют в канале. Эти предварительно известные сведе- ния называются априорными. Априорные сведения мож- но получить, обрабатывая различные экспериментальные данные, относящиеся к передаче информации по интере- сующему нас каналу связи. Результаты эксперименталь- ного исследования далее кладутся в основу теоретиче- ского рассмотрения уже как заранее известные.

Заранее известные сведения, представляющие собой априорную информацию об условиях передачи, могут быть полными, неполными или отсутствовать вовсе. Априорная информация является полной, если известны статистические характеристики всех случайных процессов, поступающих на вход приемника. Практи- чески располагать полной и достоверной априорной ин- формацией почти никогда не удается. Поэтому задачу различения сигналов приходится решать, вводя некото- рую идеализацию исходных условий, при которой сох- раняются наиболее важные особенности рассматривае- мого канала связи, В частности, в ряде каналов связи среда распространения может в первом приближении считаться идеальной, т.

е. неискажающей, а ее ~парамет- ры постоянными. В этом случае все характеристики и свойства сигнала на входе приемника остаются такими же, как и на выходе передатчика е. Такие сигналы назы- ваются сигналами, известными точно. В этих сигналах все параметры, за исключением параметра, содержащего полезную информацию, известны на приемной стороне системы связи точно. Если характеристики среды распространения меняют- ся во времени случайно, параметры сигнала на входе приемника также становятся случайными. Такие сигналы называются сигналами со случайными параметрами (флюктуирующими сигналами). Строго говоря, законы распределения плотности вероятностей случайных параметров сигналов никогда е Изменяется только уровень сигнала из-за ослабления при распространении, что эквивалентно умножению переданного сигнала на некоторый постоянный коэффициент.

не известны точно. Поэтому при рассмотрении флнжтуирующих сигналов обычно задаются заранее некоторым классом распределений, приближенно соответствующих фактическому положению, т. е. прибегают к некоторой идеализации исходных данных. Качество различения сигналов зависит яе только от вида сигналов и их характеристик, но и от ряда других факторов, в том числе от вида помех, действующих в канале и их статистических характеристик; искажений сигнала в тракте приемного устройства; точности знания начала и конца временного интервала, на котором осуществляется различение сигналов.

Из большого количества различных помех, которые могут действовать в канале связи, принципиально неустранимы внутренние флюктуациоиные шумы приемника. Именно эти помехи ограничивают предельные возможности передачи информации по каналам связи. Идеализацией таких помех является белый гауссовский шум со спектральной плотностью Фэ Искажения сигналов в приемном устройстве проявляются в виде наложения остаточных переходных процессов от предыдущих посылок на последующие и тем самым затрудняют различение этих посылок.

Иными словами, эти искажения приводят к некоторой деманипуляции принятых сигналов. Как известно, для уменьшения таких искажений приходится вводить защитные интервалы между символами или расширять полосу пропускання приемника. Естественно, что такие мерыбудут приводить к ухудшению некоторых показателей качества работы системы связи, в частности, уменьшать скорость передачи или увеличивать затраты'полосы на передачу единицы информации. Однако нас в данном случае интересует только тот факт, что при различении сигналов влияние искажений сигналов принципиально может быть сведено к сколь угодно малому значению. Для различения сигналов в приемнике необходимо иметь возможность точно (или с допустимой погрешностью) устанавливать начало и конец интервала анализа каждой реализации р((), поступающей на вход приемника.

Такая возможность обеспечивается устройством символьной синхронизации, которое позволяет устаиав. лизать начало и конец каждой принимаемой сигнальной посылки. Проведенное выше рассмотрение позволяет сформулировать основные допущения, которые принимаются при решении задачи различения сигналов в классической постановке: 1) помеха, действующая в канале, представляет собой белый гауссовский шум с односторонней спектральной плотностью Ум 2) приемное устройство считается неискажающим, т. е. при отсутствии помех информация принимается безошибочно; 3) система синхронизации в приемном устройстве работает идеально, т. е.

позволяет точно устанавливать начало и окончание любой посылки сигнала в принятой последовательности. При таких допущениях необходимо располагать только априорными сведениями о статистических характеристиках принимаемых сигналов. В этой главе рассматривается различение сигналов, известных точно. Иными словами, рассматривается различение сигналов в канале с постоянными параметрами и аддитнвной помехой типа гауссовского белого шума.

Такие каналы называют гауссовскими. Они являются достаточно хорошей идеализацией ряда реальных каналов передачи цифровой информации, в частности, космических каналов связи, радиорелейных и кабельных каналов и некоторых других. Впервые задача различения бинарных сигналов была решена В. А. Котельниковым в 1946 г. Его работа [!] сыграла большую стимулирующую роль в развитии общей теории связи и вызвала ~появление огромного количества исследований, многие из которых существенно продвинули вперед решение проблемы оптимального приема дискретных сигналов.

Даже краткий обзор наиболее крупных достижений в этой области потребовал бы значительного объема и изложения ряда дополнительных сложных вопросов. Поэтому целью данной главы является детальное рассмотрение задачи оптимального различения двоичных сигналов в классической постановке. Помимо целей методологического характера, такое рассмотрение очень важно и для понимания многих более сложных задач оптимального приема, при решении которых делаются попытки снять ряд ограничений, характерных для классической постановки.

9д 8.2. ОПТИМАЛЬНОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ МЕТОДОМ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ Основным методом решения задачи различения сигналов является метод проверки статистических гипотез (2 — 7]. Первоначально этот метод был разработан в математической статистике для испытания различных гипотез, а затем успешно применен при решении радиолокационных задач и задач передачи дискретной информации.

Расширение круга теоретических и прикладных задач статистического характера в автоматике, радиотехнике и других областях, а также быстрое развитие математической статистики привело к тому, что в 50-х годах нашего столетия сложился очень важный раздел современной теории связи — теория статистических решений. Эта теория объединила и развила многие методы статистики, теории игр, а также методы, разработанные в прикладных областях знаний. Поэтому метод проверки статистических гипотез является в настоящее время одним из частных случаев современной теории статистических решений.

Характеристики

Список файлов книги