книги из ГПНТБ / Перспективные системы передачи, обработки и отображения информации. Вопросы повышения эффективности использования каналов и сетей систем передачи данных

М И Н И С Т Е Р С Т В О О Б О Р О Н Ы СССР

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛОВ И СЕТЕЙ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Под р е д а к ц и е й

заслуженного деятеля науки УССР, доктора технических наук, профессора

С. Н. ТЕРЕНТЬЕВА

1974

П Р Е Д И С Л О В И Е Р Е Д А К Т О Р А

В пособии излагаются актуальные вопросы теории и техники передачи данных.

Бурное развитие этой области связи в нашей стране за послед­ нее время обусловлено широким внедрением вычислительной тех­ ники и автоматизированных систем управления, предусмотренных решениями XXIV съезда нашей партии.

При расчете и проектировании таких с.истем инженеры встре­ чаются с рядом трудностей принципиального характера, вызван­ ных новизной вопросов и отсутствием в широкой литературе све­ дений, пригодных для использования в инженерной практике. Осо­ бенно это относится к. вопросам передачи данных по каналам с ограниченной полосой пропускания при высоких скоростях моду­ ляции. Возникающие при этом межсимвольные помехи — это сравнительно новые ограничения в отношении верности и скорости передачи информации, с которыми приходится считаться как при проектировании, так и при эксплуатации подобных систем.

Не менее актуальным является вопрос построения сетей пере­ дачи дискретной информации и связанные с этим вопросы .комму­ тации каналов и сообщений.

Материал, помещаемый в пособии,' в определенной степени восполняет пробел, имеющийся по этим вопросам в литературе.

3

Г Л А В А I

ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ э ф ф е к т и в н о с т и ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ С ВЗАИМНЫМИ ПОМЕХАМИ

МЕЖДУ СИМВОЛАМИ

§1. 1. а д а п т и в н ы й п о с л е д о в а т е л ь н ы й о б н а р у ж и т е л ь

ДЛЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ С ВЗАИМНЫМИ ПОМЕХАМИ МЕЖДУ СИМВОЛАМИ

Одним из основных факторов, снижающих достоверность пере­ дачи цифровой информации по высокоскоростным каналам связи с ограниченной полосой частот, является взаимная интерференция между символами, возникающая в результате амплитудных и фа­ зовых искажений в канале связи [1, 2, 3] и др.

В последнее время проведен широкий круг исследований, на­ правленных на определение путей и методов восстановления со­ общения при наличии взаимной интерференции между передавае­ мыми символами. В частности, предложены различные схемы кор­ ректоров, обнаружителей, компенсаторов и показана их достаточ­ но высокая эффективность в работе.

Однако большинство из полученных результатов основываются на предположении, что используемый канал связи является ста­ ционарным с постоянными параметрами и известной импульсной реакцией.

Такое предположение в реальных условиях является в значи­ тельной степени идеализированным, поскольку в большинстве практических ситуаций импульсный отклик канала заранее неиз­ вестен и, более того, изменяется с течением времени. Это приво­ дит к тому, что развиваемые подходы при оптимизации обработ­ ки интерферирующих сигналов в каналах с изменяющимися пара­ метрами оказываются малоэффективными.

Одним из перспективных путей повышения эффективности ме­ тодов оптимизации является использование адаптивного подхода к проблеме обработки сигналов, при котором устройство обработ-

4

где каждое суммирование производится по двум возможным зна­

чениям символов Вк-и = \Ь0, Ьх}.

Заметим далее, что выражение (2) с учетом (4) позволяют з явном виде вычислить функцию правдоподобия

р{ х х. . . х к \Вх. . ,Вк).

Всвязи с независимостью выборочных значений шума она распа­ дается на произведение функций правдоподобия на отдельных подинтервалах наблюдения:

к_

р(ху. . .хк В х. . . В к) = пР (xi\Bl . (8)

6

есть плотность вероятности шумового вектора и может быть рас­ считана для всех 21значений наборов (5k- l+i - • - Д().

Считая, что символы Bk-L+i ■■■Вк независимы с известными априорными вероятностями, можно вычислить совместные плот­ ности вероятностей, используемые в (7),

В [2] предложена рекуррентная процедура вычисления плот­ ностей вероятностей, входящих в (7):

Р{Ви х х) = р (Bt) р (х,|8,);

р{В1В , , х 1х 2) = р{В., )р ( х , В хВо) р (Я,,*,);

и, следовательно, с учетом (9)

Р{Вк- d fik-D-i-l • ■• Вк, х х. . .хк) =

=Р (Вк)р (xu!fik-L, i. • - 5 k) х

роятны, то первый сомножитель будет равен 0,5, второй сомножи­ тель — одной из 2'- плотностей вероятностей, которые предпола­ гаются известными, третий сомножитель известен из предыдущего шага.

Хотя (11) зависит от k принятых сигналов, не обязательно за­ поминать эти сигналы. Вся требуемая информация относительно принятых сигналов, предшествующих k-my, содержится в величи­ не выражения, вычисленного во время последнего предшествующе­

чтобы принять предыдущее решение, тем самым задача принятия решения при известном импульсном отклике канала решена.

Оптимальное обнаружение при неизвестном импульсном отклике канала связи

Пусть теперь в условиях предыдущей задачи импульсный от­ клик канала неизвестен, т. е. неизвестны параметры qx (i— 1, 2 .. .

... L -- 1) в (3). При рассматриваемом подходе не накладывается ограничений на память канала L. Достаточно лишь предполо­ жения, что она конечна.

7

В этом случае функцию правдоподобия совокупности значений символов В х. . . 5 к из интервала наблюдения (0, kT) необходимо рассматривать как условную плотность вероятности (при фиксиро­ ванном наборе значений q0,. . .<?i.-i), т. е. для сигнала (2) и помех

(4) имеем

априорное распределение вероятностен которого p(q) неизвестно. Такой подход всегда можно оправдать тем, что результирующая характеристика канала формируется под воздействием большего числа в общем случае случайных факторов (изменение числа переприемов, изменение условий работы линии связи и т. п.).

В соответствии с методами теории статистических решений [4J

вектор q в (12) следует считать вектором несущественных пара­ метров и при вычислении интересующих нас финальных апосте­ риорных распределений. Необходимо провести усреднение (12) по

ансамблю возможных значений вектора q. Но для этого необходи­

мо знать априорное распределение вектора q — p(q).

Ниже будет показано, что при достаточно большой длине ин­ тервала наблюдения усреднение (12) по ансамблю возможных

значений вектора q удается провести без знания конкретного ви­

и j(t) достигает своего наибольшего значения во внутренней точ­ ке t0 отрезка (а, Ь) в окрестности (t—to)<e. Функция f(t) пред­ ставляется рядом

(15)

if' !t0) — О, А (/с)< 0 ) .

8

Тогда для достаточно гладких функций cp(t) интеграл (14) при т ^ стремящемся к со, имеет место асимптотическое представление

(16)

Оказывается, что к вычислению интеграла вида (13) можно свести задачу усреднения (12) по неизвестной плотности вероятностей

p(q)-

Действительно, выделяя полный квадрат относительно пара­ метра q, выражение (12) можно представить в виде.

гомерное сообщение метода перевала), а остальные сомножители,

9