Введение к работе
Актуальность работы. Создание и развитие больших информацией систем: и распределенных вычислительных сетей и переход к" Яровым методам передачи аналоговых сообщений вызвали в послед-з годы значительный рост объемов передачи дискретной инфорыа-* по каналам связи и появление новых образцов аппаратуры пере-їи данных. Без непрерывного совершенствования систем передачи шах невозможно рассчитывать на успех в борьбе меяду их конкуруючими производителями. Пути резкого роста качества этих ви-в продукции весьма динамичной и наукоемкой промышленности здетв связи к выхода на более высокий их уровень видятся в иыенении новых перспективных видов сигналов, а также в реали-цки оптимальных и близких к оптимальным алгоритмов их обработ-в реальной помеховой обстановке.
К числу важнейших проблем, встапцих при построении систем редачи- дискретной информации, относятся экономное расходование веденной полосы частот, уменьшение уровня внеполосных излуче-й и повышение помехоустойчивости приема. Значительные резервы вершенствования систем передачи дискретной информации заклю-ньг в применении модулированных сигналов с непрерывной фазой НЕ), для которых характерно наличие взаимной- связи между спилами (межсимвольной информационной связи - МИС), обусловленной зразрывностью фазы на границах тактовых интервалов. Для сипаїв КН5 межеиывольная информационная связь является их органи-:сьпз4 свойством, однако в ряде случаев в поток дискретных сиг^ лов с иными видами модуляции (чаще всего - $М, А$М) такая іязь вводится специально в виде парциального кодирования, пред-ізначенного для формирования спектра с требуемыми свойствами, обоих этих случаях наличие ШС озка^ют растяжение олеаентов
~;:газла во времени к, в соответствии со свойствами преобразова-ипя їурье, сужение спектра сигнала и уменьшение уровня его вне-полосных излучений. Помимо улучшения спектральных свойств сигнала, 1іі в ряде случаев оказывается в состоянии также увеличить помехоустойчивость его приема.
Наряду с таким специальным введением ШЕ в поток передаваемых символов, подобная связь появляется з форме мексимвольных помех в принимаемом сигнале в результате его прохождения по каналам связи с неравномерными частотными характеристиками.
Существует еще один класс задач, связанных с введением взаимных информационных связей в поток информационных символов -задачи помехоустойчивого кодирования, однако в силу своей специфики они в работе не рассматривается.
Общей особенностью всего круга перечисленных ситуаций является необходимость приема дискретных сигналов при взаимной связи медду информационными символами. Ряд отдельных вопросов, связанных с приемом дискретных сигналов при взаимной связи между символами в настоящее время решен, однако общая теория их оптимального приема все еще не разработана, своего решения «дут многие Еспросы квазиоптимального приема. Шесте с тем, формализация задачи оптимального и квазиоптимального приема сигналов с МИС поз-/воляет получить обобщенное семейство алгоритмов приема, которые легко конкретизируются для частных видов МЖ.
Работа посвящена решение актуальных задач: синтезу обобщенных оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов приема дискретных сигналов с ШЕ, их конкретизации для неразработанных областей применения и изысканно путей повышения их помехоустойчивости в реальных условиях приема.
Цель работы состоит в разработке единой теории и практических методов приема дискретных сигналов с взаимной связью меаду
символами, направленных на решение проблемы повыяенил помехоустойчивости приема сигналов с собственной УЖ я с МЖ, обусловленной памятьв канала.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены на основе применения аппарата теории вероятностей, теории статистических решений, марковской теории оптимальной нелинейной фільтрации, теории адаптивной Фильтрации дискретных процессов, матричного исчисления и методов математического моделирования.
Научная новизна работы:
-
Для полностью известных сигналоз с МЖ общего вида систематизированы известные и синтезігрованьї новые алгоритмы приема: максимального правдоподосия последовательности, с усредненным согласованным фильтром и максимального правдоподобия последовательности с усреднением. Показано, что все они являются квазиоптм/альны-ми приближениями алгоритма максимального правдоподобия символа.
-
Разработаны способы упрощения синтезированных алгоритмов, приводящие к классу алгоритмов с обратной связью по решению (алгоритмы с обратной связью по решению: максимального правдоподобия символа и последовательности, с усредненным согласованным фильтром, максимального правдоподобия последовательности с усреднением).
-
На основе общих алгоритмов приема сигналов с МЖ синтезированы структурные схемы оптимальных и квазиоптимальных приемников полностью известных сигналов Mffi произвольного вида для работы-э каналах без памяти. Эти схемы конкретизированы, и исследованы для наиболее важных в практике видов сигналов.
-
На основе общих алгоритмов приема сигналов с МЩ разработаны дискретные алгоритмы оптимального и квазиопткмалького приема дискретных сигналов при МИС, обусловленной каналом связи.
- б -
Ъ. Теория оптимальное нелинейной фильтрации дискретно-непрерывн процессов распространена на случай приема сигналов НЖ'как важн го класса сигналов с ШС. Показано, что общий алгоритм может бы-реализован в вариантах с переприсвоением или с Фильтрацией, причем в каждом из них синтезируются те же оптимальные и квазиопт* малыше правила, что и в случае приема полностью известных сигм лоб. Рассмотрена реализация всех этих алгоритмов на примере при< ма практически важных разновидностей сигнала МЖ с винеровской начальной фазой.
-
Исследован вопрос об энергетических потерях, возникающих при практической реализации оптимального по критерию максимума правдоподобия последовательности демодулятора сигналов MHS и ооуслої лвнных погрешностями синхронизации, цифровой обработкой сигналої и низкой промежуточной частотой, на которой выполняется обработв принимаемого сигнала.
-
Оценена помехоустойчивость приема сигналов МЖ с помоїцью демс дулятора максимального правдоподобия последовательности в присут ствин нешумовых помех.
-
Исследованы новые адаптивные алгоритмы разрушения МИС, обусловленное каналом связи - алгоритмы выравнивания частотной харак теристики канала со сглаживанием щумовых оценок градиента Зункцк
; стоимости.
9. Разработаны и исследованы адаптивные алгоритмы выравнивания
частотной характеристики канала связи, основанные на функциях
стоимости, не зависящих от передаваемой последовательности и «Ja-
вн несущего колебания.
"Практическая ценность и внедрение результатов работы. Практическая значимость работы заключена в разработке практических методов приема дискретных сигналов с взаимной связью между символами, включающих в свой состав принципиальные решения, практи-
еские рекомендации и инженерные методики, ПСЭЕОЛЛКВДи ССЗДІТЬ ринципиально ноеьіє демодулятора дискретных сигналов и улуоптъ арактеристики ряда известных устройств. К числі' наиболее значі-ельннх результатов, обладающих практическая ценностью и з нал-олыпей степени доведенных до конкретных инженерных регенті :і екомендаций, могут сыть отнесены:
. Алгоритмы оптимального и квазиоптимального приема сигналов ";ЇТ. . Оценки влияния погреаностеЯ синхронизации, низкой несущей час-оты и нефлюктуационных помех на помехоустойчивость демодулятора игналов МН$.
. Рекомендации по построения цизроЕых демодуляторов сигналов Ж -. Алгоритмы квазиоптимального приема дискретных сигналов в ггри-утствии межсимвольных помех.
. Результаты анализа помехоустойчивости автокорреляционного ,;з-одулятора сигналов МЧМ в двухлучевом канале. . Новые алгоритмы адаптации нерекурсивного Екравнивателя частотой характеристики тракта передачи.
Основная часть представленных в работе результатов получена ходе выполнения научно-исследовательских работ по хозяйственним оговорам с рядом промъЕшенных прэдприягиЯ. Эти результаты изло-:ены в 23 отчетах по НИР. Они внедрены в НИИ систем связи и правления, в НИИ радиоприборостроения, в ОКЕ "Компас-М", в Крас-гадарском НИИ радиоизкерительнсй аппаратуры "Ритм" и в Омском ИИ приборостроения, дав значительный технический и эконсмячес-:ий э*Лект. Материалы диссертации используются в учебном процзс- :э в МИРЗА при чтении трех учебных курсов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабові доложены и обсукдены на Международном симпозиуме "Спутниковая :оязь-^ реальность и перспективы" (Одесса, 1990 г.), Всессюзшк іаучно-технических конференциях "Проблемы космической радносвя-
- Б -
.-':" (''оскьи, ІГ70 г.), "ІІнженерно-авиац/онное обеспечение безопасности полетов" (і.іссква, 1905 г. ), "Проблемы совершенствова-II,_«, rri'C'ueocc'B технической эксплуатации авиациокноі: техники, ин-гене^ьч.-авиадлонного обеспечения Оезопасностк полетов в услови-.:.: ускорения научно-технического прогресса" (Цосква, 1968 г.), '''Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта" (Москва, 1990 г.), "Компьютерные методы исследования проблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам" Евпатория, 1990 г.), Всесоюзных научных сессиях, посвященных Дню радио (і.'осква, 1979 г. и 1984 г.), Межреспубликанской научно-технической конференции "Помехоустойчивость и элективность систем передачи информации" (Одесса, 1986 г.), Межрегиональной научно-технической конференции "Элементы и узлы современной приемной и усилительной техники" (Ужгород, 1991 г.), Межотраслевой научно-технической конференції "Применение методов оптимальной фильтрации в радиотехнических системах" (Цосква, 1989 г.), Московских городских научно-технических конференциях, посвященных днв радио (Москва, 1979 г. и 1987 г.), Научно-технической конференции МГО НТСРЭС им. А.С.Попова "Элементы и узлы современной приемно-усилительной аппаратуры" (Москва, 1986 г.), Научно-техническом семинаре МГО 1ГГ0РЭС им. А.С.Попова "Радиосистемы обеспечения программ освоения дальнего космоса" (Москва, 1990 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе монография, Зь статей и тезисов докладов и 2 авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, содержащего 117 наименований, и трех приложений. Основной текст диссертации занимает 316 страниц. В работе имеется 85 рисунков и В таблиц.
