Разработка и исследование оптимальных и субоптимальных методов передачи финитных сигналов в частотно-ограниченных каналах связи

• Автор: Альнувейни Садек Али Мухамед
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Условные обозначения (сокращения)

Введение

Глава 1 Анализ методов передачи и приёма дискретных сообщений

в частотно - ограниченных каналах связи

1.1 Математические модели и вероятностные характеристики

каналов связи

1.2 Пропускная способность и эффективность использования полосы частот каналов связи

1.3 Функциональные схемы СПДС и межсимвольные искажения

1.4 Методы повышения эффективности СПДС в каналах с МСИ

1.5 Выводы и постановка задач исследования
Глава 2 Синтез оптимальных и субоптимальных финитных сигналов, не вызывающих межсимвольной интерференции в линейном канале связи
2.1 Исследование общих свойств финитных сигналов, не вызывающих межсимвольной интерференции
2.2 Оптимальные финитные сигналы (ОФС) Найквиста, согласованные с линейным каналом связи
2.3 Финитные сигналы Найквиста, максимизирующие среднее значение полезной составляющей отклика канала связи
2.4 Синтез финитных многоимпульсных сигналов
2.5 Основные результаты
Г лава 3 Частотно - энергетические характеристики оптимальных
сигналов, согласованных с моделями реальных каналов связи
3.1 Спектральная эффективность идеальной системы связи
с частотно - ограниченным гауссовским каналом связи
3.2 Энергетические характеристики преобразования помех и оптимальных сигналов в канале связи
3.3 Частотно - временные и энергетические характеристики ОФС для моделей каналов связи первого и второго порядка
3.4 Частотно - временные и энергетические характеристики ОФС
для модели телефонного канала связи
3.5 Основные результаты
Глава 4 Оценка помехоустойчивости и эффективности приема
оптимальных финитных сигналов Найквиста
4.1 Постановка задачи исследования
4.2 Регуляризирующий алгоритм определения весовой функции оптимального приемника двоичных сигналов
4.3 Анализ помехоустойчивости методов приема оптимальных финитных сигналов Найквиста
4.4 Анализ эффективности методов приема оптимальных
финитных сигналов Найквиста
4.5 Основные результаты
Заключение
Список использованных источников

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ (СОКРАЩЕНИЯ)
АБГШ - Аддитивный белый гауссовский шум
АИМ - Амплитудно-импульсная модуляция
АФМ - Амплитудно - фазовая модуляция
АЧХ - Амплитудно - частотная характеристика
ВИМ - Время-импульсная модуляция
ДКС - Дискретный канал связи
ДС - Дискретное (двоичное) сообщение
ДФМ - Двоичная фазовая модуляция
ДАФМ - Двоичная амплитудно-фазовая модуляция
ИДС - Источник дискретных сообщений
икм - Импульсно-кодовая модуляция
КАМ - Квадратурная амплитудная модуляция
КД - Когерентный (корреляционный) детектор
кпэ - Коэффициент передачи канала связи по энергии
МАВ - Максимум апостериорной вероятности
МСИ - Межсимвольная интерференция
мсп - Межсимвольная помеха
мсс - Многоканальная система связи
МСС ВРК - МСС с временным разделением каналов
МСС ЧРК - МСС с частотным разделением каналов
нкс - Непрерывный канал связи
нчэ - Низкочастотный эквивалент полосового канала
оскп - Относительная средне квадратичная погрешность
осш - Отношение сигнал/шум
ОФС - Оптимальный финитный сигнал Найквиста
ПЭВМ - Персональная электронно-вычислительная машина
РУ - Решающее устройство приёмника
спи - Система передачи информации
скп - Средне квадратичная погрешность
спдс - Система передачи дискретных сообщений
спм - Спектр плотности мощности
СФ - Согласованный фильтр
ТФОП - Телефонная сеть общего пользования
тч - Канал тональной частоты (телефонный канал связи)
УПС - Устройство преобразования сигналов
УФС - Устройство формирования сигнала
ФЗФ - Формозадающий фильтр
ФМС - Финитный многоимпульсный сигнал
ФНЧ - Фильтр нижних частот
ФОП - Функционал отношения правдоподобия
ФЧХ - Фазо - частотная характеристика
ЦТ - Цифровая телефония

ВВЕДЕНИЕ
Быстрое развитие экономики любой промышленно развитой страны приводит к необходимости интенсификации распределения и обмена информацией. Отсюда важным является решение вопросов проектирования и внедрения эффективных высокоскоростных цифровых систем передачи информации или систем передачи дискретных сообщений (СПДС). Если при создании первых СПДС фактором, ограничивающим скорость передачи информации, был энергетический потенциал канала связи (телекоммуникационного канала), то в настоящее время по мере уплотнения последнего на первое место выдвинулся фактор ограниченности полосы частот (ярким примером этому является спутниковые системы связи). Частотно-ограниченные каналы определяются как каналы с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой, полоса пропускания которых рассчитывается, например, по уровню ослабления от её максимума на то или иное число дБ. Наряду с высоким уровнем наблюдаемых в них шумов и помех, такие каналы вносят значительные линейные искажения, вызывающие меж-символьную интерференцию. При высоких скоростях передачи дискретных сообщений нескомпенсированная межсимвольная помеха становится доминирующим фактором, снижающим достоверность передачи информации. Поэтому для высокоскоростных СПДС коррекция линейных искажений, с целью устранения межсимвольных искажений, является задачей первостепенной важности.
В значительной мере методы борьбы с межсимвольной и межканальной интерференцией (МСИ) исследованы в трудах зарубежных ученых: Найквиста К., Абенда К., Фритчмана Б.Д., Омуры Дж. К., Форни Д.Д., Андерсена Дж.Б., Фальконера Д.Д., Мэги Ф.Р., Кларка А.П., Зельца Дж., Боккера П., Прокиса Дж., Миллера Дж., Бельфиоре К.А., Парка Дж.Х., Мунсена П., а также в работах отечественных ученых: Зюко A.A., Кловского Д.Д., Тамма Ю.А., Киселя В.А., Штейна В.М., Маригодова В.К., Кириллова Н.Е., Овсиевича И.А., Пинскера М.С., Николаева Б.И., Широкова С.М., Михайлова A.B., Карташевского В.E., Макарова С.Б., Цикина И.А., Нудельмана П.Я., Орховского Р.И., Краузе K.M., Коробкова Д.Л., Клюева В.И. и других ученых.
Для повышения эффективности и помехозащищенности СПДС в условиях МСИ применяются различные методы оптимизации как передатчиков, в частности модуляторов, так и приемников или демодуляторов (модемов).

Ни®) = к&Ке-ш, -сос<ш<сос, (1.45)

где = л/АГ/2тс, к = 0,п, - перестраиваемые параметры корректора.
Соотношение (1.45) соответствует передаточной функции КИХ фильтра, харак-

теризуемого разностным уравнением: уп = 2Нкх„_к, п = 0,1,2

отклика канала связи на входной сигнал х(?).
В технике высокоскоростной передачи данных гармонический корректор используется не только в виде корректора линейных искажений, но и в качестве устройства более общего назначения - оптимального фильтра, осуществляющего подавление флуктуационной и межсимвольной помех [20, 48, 77]
Многоканальные устройства преобразования сигналов. Многоканальные устройства преобразования сигналов (УПС) или УПС с параллельной передачей представляют собой СПДИ, использующие для передачи дискретных сообщений ряд параллельных каналов, спектры сигналов которых не перекрываются по частоте и занимают полосы частот, много меньше полосы частот канала связи. Первой системой этого класса, известной с 1957 г, является «Кинеплекс» [53]. Общим для всех вариантов многоканальных УПС являются следующие два свойства: 1) их реализация может быть описана моделью, представленной на рисунке 1.4; 2) число каналов N выбирается настолько большим, а их полосы пропускания настолько узкими, что в рабочей полосе частот каждого из них АЧХ канала практически постоянна, а ФЧХ - линейна. Свойство узкополосности канальных сигналов обусловливает малую чувствительность многоканальных УПС к искажениям АЧХ и ФЧХ канала связи и, как следствие, делает ненужной коррекцию искажений передаточной функции этого канала [20, 32, 42, 48, 81]. Данное свойство многоканальных УПС обеспечило им широкое распространение в первую очередь на коротковолновых радиолиниях, где из-за явления многолучевости передаточная функция канала непрерывно изменяется [29-31, 46]. К недостаткам многочастотных УПС следует отнести сложность реализации узкополосных фильтров передачи, которые, строго говоря, и не являются полосно-ограниченными. Перекрытие АЧХ канальных фильтров порождает несколько большие межканальные и межеимвольные влияния в случае искажающего канала связи.