Актуальность работы. Современные системы связи характеризуются тем, что в них широко используются цифровые методы формирования и обработки сигналов. Это дает возможность применять сложные алгоритмы при уменьшении массогабаритных и энергетических затрат. Достоверность обеспечивается применением оптимальных алгоритмов приема сигналов, синтезированных с учетом реальной обстановки.
Проблемы оптимального приема сигналов подробно изучены в классических работах Р. Найквиста, К. Шеннона, Р. Хемминга, В. А. Котельникова [49], A.A. Харкевича, В. И. Сифорова, Н. Т. Петровича, В. И. Тихонова [95,97], Д. Миддлтон [60,61], Б. Р. Левина [53], Л.М. Финка[103,104], а также Ю.Г. Сосу-лина, Л. С Гуткина, Р. Л. Стратоновича [91], Ю. В. Гуляева, Д. Д. Кловского [42], Н. П. Хворостенко [105], Т. Кайлата, Дж.М. Возенкрафта [22], Л. Е. Варакина [19], А. П. Трифонова [51], Ю. С. Шинакова, Б. И. Николаева [64], М.С. Ярлыко-ва [115], В. Г. Карташевского [36] и многих других отечественных и зарубежных авторов [4, 5, 80, 81, 85].
Решению задач оценки сигналов и управления в посвящены работы Э. Сейджа, Дж. Мелса [79], Д. Снайдера [83], Дж. Медича [59] и других авторов [82,27].
Задачи реализации алгоритмов обработки сигналов, решаются путем совершенствования методов цифровой обработки сигналов и создания более быстродействующей элементной базы. В этом направлении достигнуты заметные успехи. Методы, разработанные в работах Б. Голда, Л. Рабинера, A.B. Оппен-гейма [68, 75] и других авторов [100, 107], позволяют создавать высокопроизводительные устройства обработки информации.
Такие факторы, как ограниченный динамический диапазон [11, 12, 25], фильтры с неидеальной амплитудно-частотной и фазовой характеристиками оказывают существенное влияние на качественные показатели реализованных алгоритмов приема. В работах В. И. Голубева [24], И. З. Климова [39] и других авторов [25, 69], развиты методы проектирования радиотехнических устройств с учетом неидеальных характеристик компонентной базы.
Повышение эффективности системы связи достигается за счет применения адаптации [70, 84, 89, 91, 108]. Характерной чертой любой адаптивной системы связи является использование в алгоритме приема информации о состоянии канала связи (КС). Контроль канала включает в себя два этапа: измерение необходимых параметров сигналов и вынесение решения о качестве канала связи. Принятое решение должно использоваться устройством управления адаптивной системой.
Существующие методы адаптации в системах связи основаны, в частности, на использовании обратного информационного КС. В работах В. П. Шувалова [113], М. Н. Арипова [7], О. В. Головина [23], Б. Я. Советова [84] и других авторов [16, 28, 67, 112] предложены различные устройства контроля состояния КС. К числу наиболее важных задач следует отнести определение параметров, позволяющих оценить качество КС при минимальных затратах программно-аппаратных средств. Большое значение также придается скорости получения оценки.
Особый интерес представляют системы связи, работающих в коротковолновом (КВ) диапазоне, регламент связи которых не дает возможности применить обратный канал и длинные корректирующие коды. К реализации таких систем одновременно предъявляется ряд следующих специфических требований:
— высокие требованиями к достоверности принимаемой информации при высоком уровне помех;
— минимальные массогабаритные характеристики;
— максимальное снижение энергетических затрат.
Это требует разработки более эффективных методов приема и оценки сигналов.
Следовательно, чрезвычайно актуальной задачей является создание методов приема сигналов с оценкой качества нестационарного канала, учитывающих не только влияние помех, но и программно-аппаратные ограничения.
Для разрешения априорной неопределенности в стохастическом нестационарном канале в схемах оптимального приемника целесообразно использовать анализаторы контроля качества канала связи (АККС). От качества оценки канала связи во многом зависит выигрыш, получаемый за счет адаптации.
При передаче сообщения по стационарным каналам в качестве меры верности применяют вероятность ошибочного приема символа. На практике для оценки вероятности ошибочного приема символа используют коэффициент ошибок или частость ошибок. Поэтому с увеличением времени измерения точность оценки возрастает. Такое утверждение справедливо только для каналов с постоянными параметрами. Для таких каналов разработан, ряд математических моделей, на основе которых синтезированы оптимальные алгоритмы приема сигналов, обеспечивающие наибольшую вероятность правильного приема в заданной помеховой обстановке [104]. Такие модели каналов непригодны для решения задач приема сигналов в нестационарном КВ канале.
Помеховая обстановка на КВ радиолиниях существенно изменяется за время сеанса. Кроме этого, к основным факторам, снижающими верность приема, можно отнести помехи от соседних станций и многолучевость. В связи с этим для реализации адаптивного приема сигналов необходимо разработать алгоритм формирования динамических оценок качества канала. Такой оценкой может быть коэффициент ошибок, определяемый на коротком промежутке времени, в течение которого параметры каналов можно считать квазистационарными.
Для оценки качества канала связи используют коэффициент надежности, определяющий долю времени, в течение которой коэффициент ошибок не превышает некоторого заданного значения. Этот способ оценки качества связи весьма прогрессивен и, как отмечается в [16, 64], соответствует рекомендациям международных комиссий.
При наличии замираний в радиоканале ошибки группируются в пакеты [13, 71]. Поэтому вероятность ошибки не дает полной характеристики состояния канала, так как она не отражает временного распределения ошибок за период измерения. Многочисленные исследования статистики ошибок привели к тому, что в настоящее время насчитывается несколько десятков моделей, более или менее удовлетворительно описывающих потоки ошибок в реальных каналах [34, 71, 84].
Для аналитического описания потока ошибок подбирают достаточно хорошо согласующийся с экспериментальными данными закон распределения длин интервалов между ошибками. Однако в таких моделях не учитывается физическая сущность происходящих в канале процессов и не вскрывается механизм группирования ошибок. Среди моделей, в некоторой степени учитывающих взаимосвязь между физическими процессами и искажениями сигналов в КС, можно выделить модели Гильберта, Эллиота — Гильберта, Смита — Боуэна-Джойса, Фричмана — Свободы, Мюллера, Беннета — Фройлиха, Мертца, ПоповаТурина [10]. Достаточно полной можно считать модель Гильберта, использующей понятие «состояние канала». В этой модели задаются условные вероятности появления ошибок. Переходы из одного состояния в другое описываются с помощью цепей Маркова.
Перечисленные модели потоков ошибок позволяют оценить работоспособность системы связи в среднем на сравнительно больших интервалах времени, что значительно ограничивает возможности этих моделей для оперативного контроля.
Таким образом, контроль качества КС при приеме дискретной информации должен решать следующие задачи [23]:
1. Обеспечение оперативной оценки основных характеристик КС, от которых зависит верность принимаемой информации;
2. Автоматическое слежение за основными характеристиками канала для прогнозирования их изменения;
3. Определение влияния различных параметров канала связи на верность информации для адаптивного управления отдельными элементами или всей системой связи;
4. Обработка результатов анализа сигналов в различных точках информационного тракта радиоприемного устройства (РПрУ) для установления зависимости между искажениями сигнала в этих точках и соответствующей мерой верности.
При использовании статических методов оценки канала предполагается неизменность статистических характеристик сигнала, помех и канала связи во времени. Алгоритм получения оценок статическим методом основан на возможности сбора всего статистического материала в виде представительной однородной выборки, получаемой экспериментально. К недостаткам статических моделей каналов можно отнести то, что наблюдаемый процесс предполагается эргодическим и статистическая обработка производится путем усреднения во времени. Очевидно, что при этом теряется информация о динамике изменения случайных величин на коротких интервалах времени.
Динамический метод оценки свободен от этих недостатков. При этом чаще всего рассматриваются квазидинамические (кусочностационарные) модели, в которых параметры КС предполагаются постоянными в пределах ограниченного интервала времени, где они и оцениваются.
При использовании в качестве классификационного признака априорных сведений о законе распределения действующих в КС сигналов и помех методы контроля качества каналов могут быть разделены на параметрические и непараметрические. Для контроля качества КС при тестовых методах на приемной стороне необходимо иметь эталонную комбинацию посылок, с которой сопоставляется принятая посылка. Эту эталонную комбинацию формируют на приемной стороне с помощью специального устройства, сигнал которого синхронизируется сигналами, выделяемыми из принимаемого сигнала.
Бестестовые методы контроля позволяют контролировать качество КС во время передачи информации с любым назначением и содержанием. Являясь универсальными и оперативными, они дают возможность получать динамические оценки состояния канала на различных этапах вхождения в связь и ее осуществления. В качестве датчиков контроля качества КС используют устройства, оценивающие отношение сигнала к помехе. Подобные датчики реализуются устройствами, работа которых основана на эффекте взаимодействия сигнала и помехи в нелинейном элементе. Для таких устройств обычно применяют: квадратичный детектор, амплитудный ограничитель и т. д.
Верность принимаемой информации можно оценить, используя методы оптимальной линейной фильтрации. Однако техническая реализация подобных устройств сложна, что ограничивает их применение в адаптивных KB системах радиосвязи.
В KB канале действует так же большое число разнообразных мультипликативных и аддитивных помех, совокупное влияние которых приводит к снижению верности принимаемой информации и к быстрым изменениям помеховой обстановки. Поэтому необходима высокая оперативности контроля, но определить степень влияния каждой из помех на верность информации крайне трудно. В связи с этим в последнее время наметилась тенденция к поиску интегральной оценки воздействия совокупности всех факторов на качество связи. К интегральным параметрам сигналов, получаемых после демодулятора, относят такие вторичные характеристики, как временные искажения (ВИ), сигналы «стирания» и ошибки. Следует отметить, что искажения дискретных сигналов и ошибки возникают в результате действия комплекса помех при прохождении радиосигналов через линию связи, взаимодействия сигнала и помех в радиоприемном устройстве (РПрУ), влияния характеристик демодулятора и порогового устройства.
Качество КС можно оценивать по ВИ дискретных сигналов в полунепрерывном канале [16]. Различают несколько видов ВИ [16, 111]: краевые искажения, проявляющиеся в смещении фронтов демодулированных элементов сигнала от их номинального положениядробления, выраженные в кратковременной однократной или многократной смене знака на протяжении длительности одной элементарной посылки- «слияние» или «пропадание» посылок.
Возможность использования ВИ для оценки верности принимаемой информации экспериментально подтверждена исследованиями [16]. Установлена высокая корреляция между частостями появления ошибок при приеме дискретной информации и двоичных сигналов со значением ВИ, превышающим порог, составляющий 30.45% от длительности единичного элемента сигнала.
В [16] показано, что с ухудшением качества канала увеличивается дисперсия ВИ. Поэтому, если разбить все возможные состояния канала на ряд типовых и отслеживать изменение дисперсии ВИ во времени, то можно оценить текущее качество связи с высокой оперативностью.
Так как для узкополосных КС дробление двоичных посылок наблюдаются относительно редко [16], доля вызванных ими ошибок невелика. Основной причиной снижения верности принимаемой информации являются искажения краев двоичных знаков из-за действия различных помех, многолучевости, межканальной и межсимвольной помехи. Поэтому под термином ВИ в таких каналах обычно понимают краевые искажения телеграфных посылок.
Наиболее точно оценить верность можно при прямом контроле ошибок в приеме элемента двоичного сигнала либо кодовой комбинации [72]. Реализовать непосредственную регистрацию ошибок можно либо тестовыми методами, недостатки которых было указано выше, либо при использовании кода с обнаружением ошибок. Для этого необходимо определять число трансформированных кодовых комбинации на интервале контроля [72].
При кодовых бестестовых методах контроля поток выделяемых ошибок не является истинным, а может служить лишь некоторой ориентировочной оценкой верности. Однако необходимо учитывать, что если при декодировании кодовой комбинации была обнаружена хотя бы одна ошибка, то факт ее наличия является достоверным. Поэтому оценка вероятности появления обнаруживаемых кодовым методом ошибок на заданном интервале времени является достаточно точной, несмотря на то, что она будет изменяться от интервала к интервалу. Следует, однако, отметить значительную сложность схемной реализации кодовых методов и существенно меньшую их оперативность по сравнению с оперативностью контроля дискретного канала.
Существуют методы контроля [40, 55], которые занимают промежуточное положение между методами, основанными на контроле по ВИ и по кодовым структурам. Это методы, использующие для контроля определенную информационную структуру сигнала. Постоянство информационной структуры сигнала характерно:
— для кодов с постоянным весом [13, 20, 35];
— для структуры сигнала в отдельном частотном канале частотно-временных сигналов;
— при наличии одинаковых повторяющихся элементов образованных кодовыми последовательностями, такими как различные преамбулы [1,2].
Такие методы не требуют анализа передаваемой информации. Тем не менее обладают свойствами, близкими к методам контроля по тестовым последовательностям. Контроль по конечному продукту повышает достоверность контроля, поскольку проводится по элементам, уже подвергнутым действию мешающих факторов почти на всех этапах приема. Контроль в этом случае заключается в оценке параметров, измерение которых не требует значительных аппаратурных и программных затрат.
Проведенный анализ методов и устройств оценки качества нестационарного канала связи показывает существенные преимущества контроля качества КС в системе радиосвязи по вторичным статистическим характеристикам и, в частности, по характеристикам ВИ [23]. Их использование позволяет оперативно контролировать качество КС в процессе информационного обмена. Но эти методы не учитывают работу устройства принятия решения и судить о появлении ошибок приходится косвенно.
Применение методов контроля по информационной структуре проводится по сигналу, поступающему на декодер. Такой сигнал более близок к получателю информации. Однако этому методу в настоящее время не уделено достаточное внимание.
Цель работы: создание устройств контроля качества канала связи, необходимых для реализации адаптивных алгоритмов обработки сигналов в дискретных системах связи, функционирующих в условиях изменяющейся поме-ховой обстановки и программно-аппаратных ограничениях.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи: разработка математической модели функционирования дискретной системы связи, работающей в условиях изменяющейся помеховой обстановки и программно — аппаратных ограниченияхисследование помехоустойчивости алгоритмов приема дискретных сигналов с различными видами модуляции при применении приемных устройств с ограниченным динамическим диапазоном при воздействии сосредоточенных по спектру помех большого уровня и синтез адаптивных алгоритмов приема сигналовразработка анализаторов качества канала связи для оценки его состоянияисследование связи между энергетическими характеристиками сигнала и помех с изменениями в весовой структуре принимаемого сигнала, с различными видами модуляциилокализация влияния сосредоточенных по спектру помех большого уровня при приемеоценка влияния достоверности контроля за состоянием канала связи на эффективность алгоритмов приема дискретных сигналовимитационное моделирование разработанных устройств контроля качества канала связивнедрение предлагаемых технических решений во вновь разрабатываемые системы связи.
Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования основаны на решении стохастических дифференциальных уравнений в пространстве состояний, теории вероятностей, математической статистики и теории проверки статистических гипотез. Экспериментальные исследования проводились путем имитационного моделирования на моделях, адекватных реальной помеховой обстановке и натурных испытаниях изделий, использующих предложенные технические решения.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена сопоставлением синтезированных оптимальных алгоритмов оценивания дискретных сигналов и экспериментальной проверкой основных теоретических выводов и положений, а также внедрением результатов исследований в образцы новых средств связи. Техническая работоспособность созданных оригинальных устройств контроля состояния канала связи установлена в результате технической диагностики анализаторов качества канала связи и имитационного моделирования.
На защиту выносятся теоретические разработки и технические решения по созданию адаптивных алгоритмов и устройств приема дискретных сигналов, в том числе:
— математическая модель дискретной системы связи, функционирующей в нестационарном канале связи;
— алгоритмы приема дискретных сигналов с различными видами модуляции при ограниченности динамического диапазона радиоприемного устройства и при воздействии сигналов большого уровня;
— структурные схемы анализаторов качества канала связи с управляемыми порогами;
— исследования влияния вероятностей ошибок в канале связи на информационную структуру сигнала;
— локализации воздействия сосредоточенных по спектру помех высокого уровня на радиоприемное устройство;
— влияние погрешностей анализаторов качества канала связи на оптимальные методы приема сигналов;
— научно-обоснованные технические решения, использованные при создании оригинальных устройств контроля качества канала связи, программно-аппаратная реализация устройств приема сигналов с оценкой качества канала связи.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— разработана математическая модель дискретной системы связи в виде системы стохастических дифференциальных уравнений в пространстве состояний, учитывающих структуру главного тракта радиоприемного устройства и воздействия помех различного вида;
— определены предельные возможности алгоритмов приема сигналов с учетом ограниченного динамического диапазона радиоприемного устройства при воздействии сосредоточенных по спектру помех большого уровня;
— предложено использование для контроля состояния канала связи структурных особенностей информационного сигнала, позволяющего получить интегральную оценку качества канала связи, учитывающую как воздействие помех в канале связи, так и неидеального функционирования тракта радиоприемного устройства;
— разработан алгоритм локализации воздействия сосредоточенных по спектру помех большого уровня;
— исследовано влияние отношения сигнала к шуму на изменение весовой структуры сигнала в различных видах демодуляторов;
— предложены оригинальные схемы анализаторов качества КС, использующих принцип сравнения веса принятых кодовых посылок с их априорным значением.
Практическую ценность представляют: полученные алгоритмы приема дискретных сигналов, удовлетворяющие заданным требованиям защиты от внешних воздействий, и минимизирующие ошибку приемаустройства контроля качества, использующие структуру информационного сигнала для снятия априорной неопределенности по помеховой обстановкерезультаты имитационного моделирования и экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность предложенных и реализованных алгоритмов и устройств.
Реализация и внедрение работы. Результаты работы используются на ОАО «Сарапульский радиозавод», ЗАО «СРЗ-БАРС», в учебном процессе.
Ижевского государственного технического университета в лекционном курсе «Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры», при курсовом и дипломном проектировании. Аппаратура, разработанная на основе результатов диссертационной работы, внедрена и успешно эксплуатируется в составе изделий «Ольхон-С» и «Ольхон-СМ».
Диссертационная работа основана на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных по постановлению Правительства РФ, приказам министерства промышленности средств связи СССР, по планам НИОКР Министерства образования РФ, научно-технической программе «Промышленные технологии» (раздел «Электроника», подраздел «Применение микропроцессорной техники»), научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Электроника», раздел «Радиоэлектронные компоненты и устройства»).
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на: Второй республиканской научной конференции молодых ученых «Молодые ученые Удмуртии — народному хозяйству» [57]- Всесоюзной научно-технической конференции «Конст-рукторско-технологическое обеспечение качества микро и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производстве» [14]- Всесоюзной научно-технической конференции «Информационные методы повышения эффективности и помехоустойчивости радиосистем связи» [40]- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем» [2]- Третьей международной научно-технической конференции «Электроника и информатика» — Научно-технических конференциях и семинарах ИжГТУ (1980;2001г.). Разработанные с участием автора устройства контроля состояния канала связи и оценки цифровых сигналов, устройства моделирования, неоднократно отмечались дипломами победителя Республиканского конкурса на звание «Лауреат премии НТО Удмуртии» (1982;1987 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 научных работ, в том числе 2 статьи в научно-технических сборниках- 6 тезисов докладов на Всесоюзных, российских и международных научно-технических конференциях и семинарах. Новизна технических решений, предложенных автором, защищена 18 авторскими свидетельствами СССР на изобретения.
Структура и объем диссертации
.
Объем и результаты проделанной работы отражаются в диссертации, состоящей из введения, четырех глав, заключения и приложений.
Введение
содержит анализ научно-технической информации по теме диссертационной работы, обоснование актуальности темы, формулировку целей и задач работы, основные положения, выносимые на защиту, и определяет содержание и методы выполнения работы.
4.6 Выводы.
1. Разработанные в разделах 2−3 алгоритмы приема сигналов и контроля состояния канала использованы при создании корреспондентских радиостанций KB диапазона «Ольхон-С», «Ольхон-СМ». Исследования влияния нелинейности АХ приемного тракта, проведенные в разделах 2.1−2.3, позволили получить численные значения проигрыша в помехоустойчивости для алгоритмов, минимизирующих проявление нелинейности тракта до фильтра основной селекции и обеспечивающих требуемую помехоустойчивость к сосредоточенным помехам. Полученные алгоритмы приема сигналов с различными видами манипуляции (рис. 2.1.1, 2.1.8, 2.2.1, 2.3.1, 2.3.7, 2.3.11) определили требования к линейности главного тракта приема и к необходимому отношению динамического диапазона сосредоточенных по спектру помех к динамическому диапазону приемного тракта (рис. 2.1.2, 2.1.9, 2.2.3, 2.3.2, 2.3.8, 2.3.12).
2. Прием сигнала со случайной начальной фазой исследован для различных видов модуляции в разделах 2.1.2, 2.2.2, 2.3.2, 2.3.3. Один из вариантов полученных алгоритмов реализован в радиостанции. Структура включает все основные элементы оптимальных фильтров, полученных в разделе 2. Поскольку сигнал в каждом отдельном частотном тракте представляет сигнал АТ, то реализованный алгоритм оптимального фильтра аналогичен приведенному в разделе 2 (рис. 2.1.8).
3. Для определения моментов времени принятия решения о принятой матрицы в радиостанции используется схема цикловой синхронизации. Схема цикловой синхронизации использует выходной сигнал анализатора состояния отдельного частотного канала. Поскольку прием ЧВМ осуществляется суммированием сигналов, получаемых в частотных каналах в соответствии с их временным разделением, то поражение любого из частотных каналов помехой большого уровня приводит к снижению различимости разрешенных матриц и увеличивает вероятность ошибки. Для анализа состояния частотного канала используются анализаторы, исследованные в разделе 3. Определение порогов проводится на основе зависимостей, полученных в разделе 2 (Рис 2.1.12), так как в отдельном частотном канале анализируется сигнал АТ с весом 1 из 4.
4. Для формирования сигнала управления усилением главного тракта приема и демодулятора используется сигнал анализатора качества принятого сигнала. Применение распределенного усиления обеспечивает поддержание отношения ИпЮпр на соответствующем уровне для текущего уровня сигнала. Таким образом снижается влияние нелинейности приемного тракта на помехоустойчивость.
5. Для проверки качества технических решений, использованных при проектировании радиостанций разработан комплекс программно-аппаратных средств для имитационного моделирования. Разработанный комплекс использован для отладки разрабатываемых алгоритмов.
6. Проведено имитационное моделирования устройств контроля качества по весу кодовой комбинации сигнала для некогерентного приема сигналов АТ,.
152 по своим свойствам совпадающего с отдельным частотным каналом сигнала МЧТ-4000. Результаты моделирования, приведенные в разделах 3−4 и в Прило-женииЗ, подтвердили полученные теоретические результаты.
7. Для компенсации рассогласования между квадратурными каналами, возникающими вследствие разброса параметров перемножителей квадратурного демодулятора и каналов аналого-цифрового преобразования, применен амплитудно-фазовый корректор, автоматически компенсирующий этот разброс.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
1. Проведенный анализ канала связи показал, что наиболее существенными факторами, влияющими на помехозащищенность коротковолновых систем связи, являются следующие: сосредоточенные по спектру помехизамираниянелинейность амплитудной характеристики тракта приема сигналовамплитудно-частотная и фазово-частотная характеристики. Разработана математическая модель дискретной системы связи, учитывающая сосредоточенные по спектру помехи, флуктуационные шумы, замирания, нелинейность амплитудно-частотной, фазово-частотной и амплитудной характеристик аппаратуры связи. Для описания прохождения сигнала через элементы приемного тракта используются функциональные ряды Вольтера-Винера.
2. Для принятой математической модели, с учетом наложенных ограничений, получена структура обработки сигналов, оптимальной по критерию минимума вероятности ошибочного приема элементарного символа. Структурная схема оптимального приемника состоит из многоканального адаптивного нелинейного фильтра и порогового устройства. Адаптивный приемник содержит анализатор качества канала связи, блок оценки параметров помех и адаптивный блок формирования опорного напряжения. Для принятого гауссова приближения текущая оценка дискретного параметра соответствует максимуму апостериорной плотности вероятности и является для нее достаточной статистикой. Нелинейный фильтр реализует процедуру сведения пространства наблюдения с бесконечным числом измерений к одномерному пространству решений. Для вынесения решения достаточная статистика дискретного параметра сравнивается с порогом в пороговом устройстве, реализующем процедуру принятия решения. Значения порога подбирается из минимума вероятности ошибочного приема элемента сигнала.
3. Для оценки качества канала связи по информационной структуре сигнала выбрана весовая структура сигнала как наиболее стабильная для большинства используемых сигналов. Получен алгоритм получения апостериорного распределения веса для сигналов с произвольной структурой. Алгоритм основан на неизменности вероятности ошибок на длине кодового вектора. Для оценки влияния вероятности ошибки в символе применено расстояние Бхаттачария, которое является мерой отличия апостериорного распределения веса сигнала от априорного. Показано, что независимо от структуры сигнала отличие распределений тем выше, чем выше уровень помех в канале связи. Уровень отличия уменьшается по мере приближения априорного распределения веса к равномерному.
4. В качестве параметров для оценки качества канала связи использованы отклонения апостериорных значений от априорных значений первого и второго начальных моментов и среднего квадрата отклонения принятого веса от его априорного значения. Определено, что для отклонения первого и второго начальных моментов, при неудовлетворительном состоянии канала связи, имеются такие соотношения вероятностей ошибок в приеме посылки и паузы, при которых они равны нулю. Это приведет к неправильной оценке состояния канала связи, так как такая ситуация характерна для хорошего канала связи. Исключить такие ситуации возможно совместной оценкой отклонения первого и второго начальных моментов, поскольку для них они возникают при разных соотношениях вероятностей ошибок в приеме посылки и паузы. Более информативной оценкой является средний квадрат отклонения принятого веса от его априорного среднего значения. Он лишен неоднозначности, а его величина связана с вероятностью ошибки приема символа более сильно.
5. Синтезированы алгоритмы приема дискретных сигналов с амплитудной, частотной и фазовой телеграфией, учитывающие ограниченный динамический диапазон приемного устройства. Получены структурные схемы приемников, реализующие эти алгоритмы. Результаты расчетов показали, что для рассматриваемых дискретных видов модуляции вероятность ошибочного приема увеличивается при увеличении уровня сосредоточенных по спектру помех в канале связи или уменьшении динамического диапазона приемного устройства. Это связано с нелинейными эффектами, возникающими в приемном устройстве. Так для фазовой телеграфии, для отношения сигнала к шуму, равному трем, изменение динамического диапазона помехи к динамическому диапазону приемника, от 0 до 1 приводит к увеличению вероятности ошибки в 5,1 раза. Для амплитудной телеграфии при тех же условиях в 4,8 раза, а для частотной в 1,8 раза.
6. Для случая канала с аддитивным белым шумом проведен анализ контроля состояния канала связи по отклонению параметров весовой структуры сигнала в зависимости от отношения сигнала к шуму и выбранного порога решающей схемы для различных видов модуляции и структуры сигнала. Анализ проводился по расстоянию Бхаттачария, отклонению первого и второго начальных моментов и квадрату отклонения принятого веса от его априорного среднего. Так, независимо от вида модуляции, применяемого демодулятора и структуры сигнала расстояние Бхаттачария тем меньше, чем больше отношение сигнала к помехе и чем ближе порог к его оптимальному значению. Применяемый вид модуляции и способ приема влияют только на величину отклонения. Для некогерентных демодуляторов расстояние получается больше чем для когерентных в случае одного и того же отношения сигнала к шуму и выбранном оптимальном пороге. Так для отношения сигнала к шуму равного 6 и для оптимального порога расстояние Бхаттачария при некогерентном приеме получается в 1,67 раза больше, чем при когерентном для случая сигнала 2 из 4. Средний квадрат отклонения для аналогичной ситуации изменяется в 1,69 раза. Такое же влияние оказывает выбранный вид модуляции и наличие замираний. Так, для когерентной частотной телеграфии расстояние получается в 3,33 раза меньше, чем для когерентной амплитудной телеграфии. Отклонение первого начального момента зависит от структуры сигнала и выбранного порога.
7. Разработаны анализаторы канала связи по весовой структуре информационного сигнала. Предложенные анализаторы, обладая простотой, позволяют.
156 оценить состояние канала связи и определить порог в решающей схеме, для которого в текущий момент вероятность ошибки в символе будет минимальной.
8. Проведено имитационное моделирование работы предложенных анализаторов качества, которое подтвердило теоретические выводы, сделанные в работе.
9. Разработан и реализован в изделии «Ольхон-СМ» демодулятор сигнала МЧТ-4000, в котором осуществлена адаптивная работа устройства цикловой синхронизации и автоматической регулировки усиления в зависимости от качества принимаемого сигнала. Демодулятор реализован в цифровой форме с использованием сигнального процессора. Для компенсации рассогласования между квадратурными каналами, возникающими вследствие разброса параметров перемножителей квадратурного демодулятора и каналов аналого-цифрового преобразования, применен амплитудно-фазовый корректор, автоматически компенсирующий этот разброс.
