Введение к работе
Актуальность пробл ем ы . Развитие науки и-техники в последние десятилетия постоянно стимулировало расширение исследований в теории и технике систем передачи информации. Причем, наряду а .системами, использующими для передачи информации линейные радиоканалы, значительное внимание уделялось системам, использующим для передачи информации каналы более слоя-ной структуры ( таковы, например, каналы с иркосферншл отражением радиоволн, авиационные каналы с отражением от земли.гидроакустические каналы и др.). Характерная особенность всех вышеупомянутых каналов заключается в том,что в точку приема приходят несколько сигналов, распространяющихся различными путями. При этом число сигналов часто неизвестно и ,мояет изменяться во времени. Пут;< распространения сигналов в таких каналах обычно называют лучами.
При сильной многолучевости (когда на приемную позицию приходит порядка десяти и более лучей), алгоритмы обработки сигналов в приемнике дискретных сообщений строятся исходя из предположения. что огибающая и текущая фаза принимаемого сигнала представляют собой стационарные случайные процессы с известными статистическими характеристиками. В случаях, когда число приходящих лучей невелико, алгоритмы демодуляции дискретных сообщений строят по методу максимального правдоподобия, считая, что число лучей приходящих в точку приема известно. В случае неизвестного числа лучей, а также с целью упрощения алгоритма максимального правдо-. подобия при известном числа лучей, для передачи дискретных сообщений применяют широкополосные сигналы,позволяющие разделить лучи, то есть сделать сигналы различных лучей квазиортогоналыш-ми.
Однако, во многих практически важных случаях применить указанные методы часто невозможно по многим причинам, в том числе из-за того, что число лучей может быть заранее неизвестным и к тому же изменяться во времени. Применение же широкополосных сигналов может приводить либо к уменьшению скорости передачи информации, либо к расширению полосы частот, занимаемой системой передачи, что не всегда является желательным или возможным. Поэтому в таких случаях представляются необходимыми исследования и разработка систем передачи дискретной информации, в которых может предусматриваться возможность адаптации к изменяющемуся во времени
числу лучей, а также к параметрам согналов,распространявшихся ао этим лучам. Наличие такого блока адаптации позволяет применять демодуляторы, синтезированные в предположении известного числа лучей. Поэтому весьма актуальной является задача синтеза алгоритмов оценки неизвестного числа сигналов,приходящих в точку приема по различным лучам, а также оценки необходимых параметров нсех обнаруженных сигналов.
Целью данной диссертационной работы является разработка и исследование асимптотически опти-мальных алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов, приходящих по различным лучам на фоне помех, позволявшие повысить помехоустойчивость систем передачи дискретной информации, рабо- тающих в многолучевых каналах.
В .соответствии с поставленной целью основные задачи диссертации могут быть сформулированы сле-дущим образом:
-
Разработка метода синтеза асимптотически оптимальных алгоритмов разрешения неизвестного числа лучей на фоне помех.при условии, что сигналы, приходящие по различным лучам,неразрешимы по критерию Ролея.
-
Исследование скорости сходимости получающихся асимптотически оптимальных алгоритмов к соответствующим оптимальным алгоритмам.
-
Исследование потенциальных возможностей и других наиболее важных характеристик синтезированных алгоритмов.
-
Анализ возмохшостей реализации синтезированных алгорлт- -мов на программируемых и непрограммируемых спецвычислителях.
М.е тоды на у, чного исследования включают в себя аппарат теории статистических решений, асимптотические метода теории вероятностей и математической статистики, асимптотические методы синтеза алгоритмов выделения сигналов на -фоне помех, развитые в статистической радиотехнике, методы статистического моделирования на ЭВМ и планирования сксперимента.
Научная новизна работы заключается в том,что
- дано обоснование целесообразности использования алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов,пришедших по различным" - -лучам, для повышения помехоустойчивости систем передачи дискретной информации, работающих в многолучевых каналах;
предложено использовать асимптотические методы математической статистики и статистической радиотехники для получения асимптотически оптимальных алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов в многолучевых каналах; такие алгоритмы оказываются инвариантными к априорным распределениям неизвестных параметров сигналов, пришедших по различным лучам, к вероятностям появления определенного числа лучей и к параметрам использованных функций потерь для довольно широкого их класса;
разработан метод исследования скорости сходимости асимптотически оптимальных алгоритмов разрешения к соответствующим байесовским алгоритмам;
показано, что условные оценки максимального правдоподобия в задачах разрешения являются асимптотически ( при неограниченном увеличении отношения сигнал/шум) нормальными;найдены ковариационные матрицы таких оценок;
метод синтеза асимптотически оптимальных алгоритмов разрешения рекомендован для использования при разработке системы передачи дискретной информации по гидроакустическому каналу.
Практическая ценность диссерта-п и и состоит в том,что на основе предложенных в ней методов синтеза и анализа алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов на фоне помех можно синтезировать и практически реализовать алгоритмы, обеспечивающие повышение помехоустойчивости систем связи, работавших при наличии помех,структурноподобных используемым в системе сигналам. 3 данной работе этот подход применен для разработки алгоритма разрешения неизвестного числа сигналов, пришедших по различным лучам,позволившего примерно в 5 раз снизить'вероятность ошибки при приеме одного символа в системе передачи дискретной информации, работающей в гидроакустическом канале.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Обоснование целесообразности использования алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов, пришедших в точку приема по различным лучам, для повышения помехоустойчивости систем передачи дискретной информации, работающих в многолучевых каналах;
-
кетод синтеза асимптотически оптимальных алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов на фоне помех; такие алг<.-
:.л\::-,і инвариантны к априорным вероятностям появления определен
ного числа сигналов,априорным распределениям параметров сигна
лов и широкому классу функций потерь; ' '
-
Результаты синтеза .и анализа качества алгоритмов разрешения неизвестного числа сигналов, пришедших по различным лучагл, в гидроакустическом канале;
-
Разработанные в процессе выполнения диссертационной работы пакеты прикладных программ, позволякшие осуществлять как экспериментальные исследования алгоритмов разрешения сигналов на фоне помех путем их статистического моделирования, так и обработку реализаций реальных процессов.
Аппробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзной научной сессии ВНТОРЭС им." А.С.Попова, посвященной Дню радио (Москва, 1989г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре секции "Статистический синтез и , анализ информационных систем" (Ульяновск, 1989г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Информационные методы повышения эффективности и помехоустойчивости радиосистем и систем связи" (Ташкент,1990г.), Всесоюзной.научно-технической конференции "Метода представления и обработки случайных сигналов и полей" (Туапсе, 1989г.), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава МИС (1988г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Внедрение результатов работы. Результаты проведенных исследований являются составной частью НИР, выполненных в научно-исследовательских лабораториях кафедры радиотехнических систем Московского института связи. Основные результаты диссертации использованы при разработке системы передачи дискретной информации по гидроакустическому каналу. Практическую ценность используемых результатов подтверждают соответствующие документы о внедрении.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 140 страницах машинописного текста; содержит 25 рисунков. Список литературы включает 50 найменованій.
