автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и реализация подоптимальных методов помехоустойчивого приема в системе текстового вещания

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ СОВЕТ КР 063.38.01

РГ6 ОД_

'I /, На правах рукописи

МАЖНИН Сергей Иванович

УДК 621.391.23.037.37

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДОШИМАЛЪНЫХ МЕТОДОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ПРИЕМА В СИСТЕМЕ ТЕКСТОВОГО ВЕЩАНИЯ

05.12.13 - Устройства радиотехники и средств связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Северо-Западном заочном политехническом институте.

Научный!руководитель: доктор технических наук,

профессор Кривошейкин A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Макаров С.:Б. кандидат технических наук, доцент Гуревич И.В.

Ведущее, предприятие - НПО "Дальняя связь".

Защита состоится " 25" " Яы^Ьрг 199^'г. в :часов

в аудитории ЗсЭ2 на заседании специализированного совета KP 063.38.01-при Северо-Западном заочном политехническом институте (I9I065, Санкт-Петербург,.ул.Миллионная (б.Халтурина), д.5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан'" ZS " 9j 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В.Н.Воронцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ!

Актуальность темы. В настоящее Щ)емя широкое распространение получили системы передачи текстовой информации, такие как телефакс, те-летекс, видеотекс, а также система телетекст, использующая телевизионный канал и система К , использующая канал звукового радиовещания для передачи дополнительной текстовой информации. Первые четыре системы предназначены, в основном, для индивидуального обмена информацией, а последние две, хотя и являются системами массовой информации, однако обладают крайне низкой скоростью передачи и. недопустимо большим временем ожидания при просмотре информации.

Развертывание систем цифрового радиовещания, как и сети интегральных услуг Г52>Д/ требует передачи или дооснащения имеющегося оборудования, а также больших капитальных вложений.

В реализованной системе текстового вещания используются существующие каналы звукового вещания с АГЛ модуляцией.

Одной из основных задач, возникающих при передаче дискретной информации является задача выбора и обоснования варианта построения 'лодема, обеспечивающего высокую скорость передачи сообщений при сохранении высокой помехоустойчивости приема.

Известны различные методы высокоскоростной передачи информации, позволяющие удовлетворить двум взаимно-противоречивым требованиям, а шенно, сократить до требуемого предела полосу частот, занимаемую зигналом и в то же время, сохранить по-возможности высокую помехоустойчивость приема.

В диссертационной работе рассматриваются амплитудные методы ог-заничения спектра, связанные с применением зависимых сигналов и поз-эоляющие более, чем в 15 раз сократить удельные .затраты полосы, по сравнению с сигналами, имеющими огибающую прямоугольную формы. •

Достижение высокой помехоустойчивости приема зависимых сигналов ¡вязано с синтезом оптимальных алгоритмов, реализация которых обыч-ю бывает весьма сложной, что неприемлимо для системы текстового ве-1ания с использованием приемников бытового назначения. В связи с этим юзникает необходимость в разработке таких подоптимальных алгоритмов гриема, которые при сохранении помехоустойчивости, близкой к оптима-[ьной позволяют существенно упростить структуру приемного устройства, 'ешению этой задачи и посвящена, в основном, диссертационная работа.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы яв-яетбя синтез подоптимальных алгоритмов приема зависимых сигналов и азработка методов их реализации, обеспечивающих повышение помехоус-

тойчивости приема и упрощение структуры приемного тракта по сравнению с известными алгоритмами. Для достижения дели в данной работе решаются следующие задачи:

- разрабатываются подоптимальные алгоритмы и структурные схемы приемников зависимых сигналов в АМ-радиоканале без учета подавления межсимвольных искажений (МЗИ);

- разрабатываются подоптимальные алгоритмы и структурные схемы приемников указанных сигналов с учетом подавления межсимвольных искажений без использования обратной связи, а также с применением обратной связи по решению и по непрерывной оценке информационных параметров;

- проводится математическое моделирование процесса передачи зависимых сигналов по АМ-радиовещательному каналу без учета, а также с учетом подавления межсимвольных искажений в условиях, близких к реальным;

- проводятся экспериментальные исследования приемно-передающей аппаратуры текстового вещания, реализующей подоптимальные алгоритмы, и используемой при передаче сообщений по эфирному каналу, а также по радиотрансляционной сети.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели применены методы исследований, включающие: элементы математической статистики, математического анализа, теории матриц, спектрального анализа, теории передачи дискретных сообщений и математического моделирования.

Научная новизна проведенных в диссертационной работе исследований заключается в следующем.

Применен новый подход к синтезу подоптимальных алгоритмов демодуляции, основанный на модификации обобщенного критерия максимального правдоподобия, путем замены дискретного конечного множества неизвестных значений информационных параметров их максимально правдоподобным континуальным.

Разработаны новые подоптимальные алгоритмы и структурные схемы трактов приема зависимых сигналов в АМ-гауссовском радиоканале, основанные на модификации обобщенного критерия максимального правдоподобия.

На основании модифицированного критерия разработаны оригинальные подоптимальные алгоритмы и структурные схемы трактов приема указанных сигналов с учетом подавления межсимвольных искажений при использовании обратной связи по решению и по непрерывной оценке, а также без обратной связи.

Разработана структурная схема алгоритма моделирования для условий приема, близких к реальным.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем.

Разработанные и реализованные в аппаратуре текстового вещания годоптямальные алгоритмы приема в АМ-радиоканале позволили существен-[о уцростить структуру демодулятора по сравнению с известными алгоритмами при сохранении помехоустойчивости, близкой к оптимальной.

Результаты математического моделирования процесса передачи за-исимых сигналов по АМ-радиовещатальному каналу в условиях приема, лизких к реальным, позволили сформулировать конкретные требования приемо-передавдей аппаратуре текстового вещания.

Внедренные результаты исследований обеспечили успешное создание оны экспериментального текстового вещания и развертывание в г.Санкт-этербурге первой в стране сети регулярного текстового вещания, что одтверадается соответствующими актами внедрения.

Основные положения диссертационной работы, представляемые к за-

ате.

1. Подоптимальные алгоритмы и структурные схемы трактов приема звисимых сигналов в АМ-радиоканале без межсимвольных искажений, при-здящие к структурной схеме демодулятора, основным элементом которой зляется "усредненный" согласованный фильтр.

2. Подоптимальные алгоритмы и структурных схем трактов приема [гналов в АМ-радиоканале с учетом подавления меясимвольных искажений, »иводящие к известным из литературы схемам демодулятора, однако поз-|ляищие резко сократить вычислительные затраты по расчету параметров льтров при их перенастройке, по сравнению с оптимальными алгоритма, что дает возможность реализовать в реальном масштабе времени сокоскоростнуго передачу сигналов текстового вещания.

3. Алгоритмы приема с использованием обратной связи по непрерыв-й оценке информационных параметров элементов сигнала, предшествую-х основному элементу, приводящие к схеме демодулятора, основным эментом которой является рекурсивный фильтр, и позволяющие повысить лехоустойчивость приема по сравнению с соответствующими алгоритма-

без обратной связи.

4. Результаты математического моделирования на 2ВГЛ процесса пе-1ачи зависимых сигналов по АМ-радиовещательному каналу без учета

: учетом подавления межсимвольных искажений в условиях приема, 1зких к реальным, возводящие оценить зависимость вероятности оши-: от отношения сигнал/шум при различных скоростях передачи сигналов формулировать конкретные требования к приемно-передающей аппарату-текстового вещания.

Реализация в народном хозяйстве. Результаты диссертационной ра> боты внедрены в НИИРПА им.А.С.Попова (г!Санкт-Петербург), в ПО "Городская радиотрансляционная-сеть" 1 (г.Санкт-Петербург), в А/0 "Балт-текот" (г.Санкт-Петербург) и в товарно-фондовой бирже "Санкт-Петербург". Суммарный годовой экономический эффект составил 180 тыс.руб. в ценах 1992 г.; что подтверждается актами внедрения.

" Апробация■работы. Матёриалы диссертационной работы обсуздались и получили■одобрение на конференции "Повышение" эффективности и помехоустойчивости систем связи" (Севастополь, 1984 г.), на научно-техш ческой конференции профессорско-преподавательского состава СЭДИ (Ленинград, 1985' г. ) , на научном'семинаре лаборатория СЦДИ ЛЗИС (Ленинград, • 1990 г.), на научных семинарах кафедры радиосистем и радиоустройств СЭДИ в 1982-1993 г.г., на 17'Всероссийской научно-технической конференции: "Радиоприем г обработка сигналов" (Н.Новгород, 1993 г.) на Г Всероссийской научно-практической конференции: "Перспективы раз вития радиоприемной, электроакустической, студийной и звукосниматель ной техники" (С.-Петербург,'1993 г.)

'. -Публикации. По теме диссертационной'работы опубликовано 12 печатных " трудов, в-том числе десять статей и тезисы двух докладов, на,. Всероссийских конференциях. Кроме того, результата работы.включены в четыре, отчета по НИР. •■'"'■"■'-• . ■ Личный вадащ автора в разработку проблемы.'

Основные научные положения, ; теоретические выводы и практические рекомендации получены автором самостоятельно.

- Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,, шести глав, заключения, списка использованных литературных источнико из 123 наименований и 2 приложений. Основной текст диссертации изложен на 161 листе и иллюстрирован122" рисунками. . -, ■

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследования, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные научные результаты и положения, представляемые к защите,, определена'практическая ценность результатов исследований,-приведены: сведения об апробации работы, публикациях, структуре и объеме.диссертации.''

Обзор методов передачи дискретной информации, в . радио-, ч каналах с ограниченной полосой частот

- Классические методы фазовой манипуляции обладают -широкой полосой частот и высоки;,; уровнем Ененолосных излучений, что делает их приме-

нение затруднительным .для высокоскоростной передачи информации в Ефайне загруженных частотных диапазонах. Естественным путем снижения уровня внеполосных излучений при заданной ограниченной полосе частот цля фМ сигналов является уменьшение амплитуды огибающей в моменты перескока фазы колебания. Такие методы ограничения спектра получили зазвание амплитудных.

Одним из возможных видов сигналов, получаемых при ^пользовании амплитудных методов ограничения спектра являются зависимые сигналы длительности Т, для которых длительность сигнала равна Т, а форма сиг-1ала зависит как от данного информационного символа, так от одного ии более предшествующих. Зависимые сигналы длительностью Т представ-1яются наиболее подходящими с точки зрения минимума удельных затрат юлосы и минимума внеполосных излучений.

Применение независимых и зависимых сигналов длительностью пТ с устранением ЖИ в отсчетных точках в радиоканалах с ограниченной по-юсо:'; представляется проблематичным из-за появления в отсчетных точках значительных МСИ, вызванных наличием на входе приемного устройства полосового фильтра.

Анализ литературы показал, что переход к зависимым сигналам длительностью Т при использовании алгоритма приема с обратной связью по эешению (ОСР) приводит лишь к незначительному энергетическому проиг-эышу по сравнению с независимыми того же вида.

Считывая потенциальные возможности известных из литературы оптимальных алгоритмов и хорошие спектральные характеристики самих зависимых сигналов, можно считать такие сигналы и рассматриваемые методы эбработки одними из перспективных при построении систем передачи гискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропуска-шя.

При скорости передачи информации равной или большей скорости 1айквиста в каналах с ограниченной полосой необходимо применение спе-деальных методов подавления МОИ. Наиболее сложным и одновременно »ффективным методом достижения высокой помехоустойчивости является ¡интез алгоритмов оптимального приема.

Известные, из литературы алгоритмы оптимального приема, хотя и юзволяют получить достаточно высокую помехоустойчивость, требуют У1Я своей реализации значительных вычислительных затрат, что приводит. : увеличению времени адаптации приемного устройства и времени задерж-:и решения относительно переданного символа.

Для уменьшения количества вычислительных затрат, необходимых цля

расчета параметров фильтров, при сохранении помехоустойчивости, блш »кой к оптимальной, наиболее перспективным представляется метод демо-адуляции, основанный на модификации обобщенного критерия максимально--~го правдоподобия путем замены дискретного множества неизвестных значений информационных параметров "мешающих" элементов сигнала максимально правдоподобным континуальным. г.-

Разработка подоптимальных алгоритмов приема зависимых •т сигналов в АМ-радиоканале

Особенностью передачи сигналов по АМ-радиовещательному каналу "является наличие низкочастотного тракта приемника, который ограничи вает часть спектра сигнала в области НЧ, что приводит к его сильным искажениям. В связи с этим в качестве канального кода использован т называемый код 8/10. Суть его заключается в том, что к каждому 8-ра "'рядному байту информации добавляются еще два символа таким образом, "чтобы постоянная составляющая сигнала на интервале полученного 10-р "Грядного байта была равна или близка к нулю. Использование кода 8/10 позволило согласовать сигнал с каналом в области низших частот.

Расчет энергетических спектров рассматриваемых сигналов с испо °льзованием и без использования кода 8/10 как аналитическим путем, ""так и путем моделирования на ЭВМ подтвердил эффективность указанног согласования.

Классическая задача синтеза оптимальных алгоритмов приема пос-"тавлена на основе линейной модели канала с неограниченной полосой ■пропускания и с постоянными параметрами, включающей источник аддити ного белого гауссовского шума. Математическая модель АМ сигнала с у " том начально"; фазы у =0 определена выражением

И (*), О - Т; (!)

-англе

- модулирующий сигнал, несущий информацию о переданном информационном символе, и зависящий в общем случае от I -ой комбинаци ■"Предшествующих и у -ой последующих информационных символ9в; № - г -Шина модуляции; и - амплитуда несущей на входе канала; м - коэффи

циент передачи канала; - аддитивный белый шум. в.кг В отличие от известных работ, в которых рассматриваются сигнал зависящие только от одного или нескольких предшествующих символов,

¡астоящей работе, предложен более общий подход, позволяющий рассмат-швать их зависящими как от предшествующих, так и от последующих информационных символов. При этом известные из литературы "биортогона-сьные" сигналы преобразуются в сигналы, близкие к противоположным, [азванные в работе "квазипротивоположными" сигналами. Они имеют вид

lf- ''/)"") „П а<0) Л й„ д<°) л(') г

+ , f*t*T, (3)

OttiT.,

(4)

де - +1 - информационный символ принимаемой в данный момент по-ылки; 6(~'i = +1 - информационный символ предшествующей посылки; dfrj = +1 - информационный символ последующей посылки. Такое преоб-азование, как показано ниже, позволило существенно повысить помехо-стойчивость приема.

В соответствии с обобщенным критерием максимального правдоподо-ия, решение о передаче информационного символа с индексом / прини-ается при выполнении следующего неравенства

h^mi

<w>

М

це

7 , / л ,, fiiUhi- (С,/1

о

ним г

L г

7

(Г / л,, VUM г' Ы> ( fn

\Uz>(i)Zr(t,',j)Jt - '—¿г j, (5)

Ut'At)- z'(i)coscot ~ J^

- Jzl(t,4)<U-

6

Для "квазипротивоположных;" сигналов (3), (4) максимум в нера-знстве (5) необходимо искать по двум индексам с и } , учитывающим эк предшествующие, так и последующие информационные символы. Сорук-¡фная схема, реализующая алгоритм (5) в общем случае для "квазипро-шоположных"сигналов является достаточно сложной.

В работе синтезированы подоптиыальные алгоритмы приема зависимых 1Гналов на основе замены .дискретных неизвестных информационных пара-

метров в неравенстве (5) их максимально правдоподобными континуальны ми, получаемыми в результате решения следующей системы уравнений пра доподобия: т

тя™. {- Т (6)

р I в о

В результате указанной замены для "биортогональных" сигналов неравен ство (5) приобретает вид

о

Для "квазипротивоположных" сигналов (3), (4) оно имеет вид

/ - { £6 *Р " /] ¡0. (8)

о

Схемы, реализующие алгоритмы (7), (8) имеют одинаковую структуру и отличаются только согласованными фильтрами и весовыми коэффициентами

Реализация подоптимальных алгоритмов (7), (8) существенно проще реализации рассмотренных оптимальных алгоритмов. При этом подоптима-льный алгоритм (8) и оптимальный алгоритм (5) приема "квазипротивоположных" сигналов имеют, как показывают расчеты, цри достаточно большом отношении сигнал/шум (при Реи = 10 ) примерно одинаковую помехоустойчивость. Под оптимальный алгоритм приема биортогональных сигналов (7) проигрывает в помехоустойчивости оптимальному (5) и подоп-тимальному (8) алгоритмам порядка 2,5 дБ (при Рош =Ю-4).

Математическое моделирование передачи сигналов по АМ-радиовещательному каналу

В силу наличия в тракте приема полосового фильтра и амплитудного детектора, возможность анализа помехоустойчивости системы существенно усложняется. В работе рассмотрены особенности моделирования на ЭВМ тракта приема в условиях максимально приближенных к реальным. Разработаны математические модели сигнала и канала. Описана структур' ная схема алгоритма моделирования. В качестве полосового фильтра выбран фильтр с реально снятыми АЧХ и ФЧХ и с шумовой полосой порядка 8 кГц. Техническая скорость передачи цри моделировании выбрана 8 что соответствует скорости Найквиста для эквивалентного низкочастотного канала 2 ^^ .

Результаты моделирования показали, что применение оптимальных и подоптимальных алгоритмов обработки сигналов на выходе детектора при использовании полосового фильтра с полосой, близкой к полосе согласо-

ванного фильтра, практически не дает выигрыша в помехоустойчивости по сравнению с простейшими способами обработки, например, с принятием решения по знаку отсчета в точке, соответствуадей максимальному значению полезного сигнала. Показано, что энергетический проигрыш при приеме сигналов в канале с полосой, ограниченной реальным полосовым фильтром, при скорости передачи, равной скорости Найквиста составляет около 4 дБ (при Рои =Ю~4) по сравнению с оптимальным алгоритмом: приема сигналов в канале с неограниченной полосой.

Существенный энергетический выигрыш для канала с органиченной полосой можно получить лишь используя специальные методы подавления МСИ.

Разработка подоптямальных алгоритмов приема сигналов при наличии межеимвольных искажений

Особенность зависимых на интервале Т сигналов (3), (4) заключа-этея е том, что их можно рассматривать как независимые противоположные сигналы вида "приподнятый косинус" на интервале 2Т с периодом следования Т. При этом модулирующий сигнал имеет вид

К-фО К*

где 9г =+1 - информационный параметр принимаемой в данный момент элементарной посылки £0 От = +1 - информационные параметры эле-лентов сигнала , создающих межсимвольные искажения и подлежащих компенсации. Последняя сумма представляет собой ШИ, не подлежащие компенсации.

Обобщенный критерий максимума отношения правдоподобия определя-этея неравенством _

Ы(2!£)191,ее)>Ы(?'а)1дг, ел

= __ ло)

где А - функция правдоподобия; 2 &)- принимаемый сигнал; ёг - век-гор-столбец неизвестных информационных параметров \вгЛ , создающих О.

В работе синтезирован подоптимальный алгоритм приема сигналов в условиях МСИ на основании замены дискретного множества неизвестных ¡начений информационных параметров в неравенстве (10) их максималь-ю-праддоподобным континуальным, получаемым из решения уравнения фаддоподобия. В результате правило принятия решения приобретает вид

/= ] Ог'ЛтЛ)^ - Г. с, \ иг№г<Ш**о, (П)

-«г к--ь и о

К.ФС -пТ

где (С,} - элементы вектора-столбца весовых коэффициентов

X - квадратная матрица размера 2й х 2 л с элементами

_ -я Г

Хв- вектор-столбец размера 2 л величин

-пТ

Структурная схема, реализующая алгоритм (II), также, как и известные из литературы линейные схемы обработки, содержит согласованный с формой элементарной посылки фильтр и трансверсальный фильтр с отводами через тактовый интервал Т.

В процессе приема накапливаются дополнительные сведения об информационных параметрах элементов сигнала, предшествующих основному элементу. Эти сведения могут быть использованы для повышения помехоустойчивости приема, что приводит к схемам с обратной связью. Дня приема сигналов с ОСР, путем использования аналогичных методов получено правило принятия решения

J^mjtyt- ¿¿V- (I3)

ми* /

r< > - -V

где i - известные информационные параметры предшествующих элементов сигнала. Схема, реализующая правило (13) представляет собой комбинацию линейного трансверсального фильтра с коэффициентами /с*} и нелинейного выравнивателя с коэффициентами J в цепи обратной связи.

В реальных условиях обычно точно неизвестны информационные параметры элементов сигнала, предшествующих основному элементу. Поэтому в правиле приема (13) вместо вектора известных параметров использован вектор их оценок. В этом случае алгоритм приема приобретает

вид ^ л

где

hT

/

Х- =

(14)

-ит

1<О, (15)

- е-о.

Qe-ч , £ > о ,

£ = /

d - нормирующий множитель.

Из выражения (14) с учетом (15) следует, что схема, реализующая данный алгоритм представляет собой рекурсивный фильтр.

Для оценки сложности синтезированных алгоритмов проведено сравнение количества вычислительных затрат, необходимых для расчета весовых коэффициентов фильтров предлагаемых алгоритмов и известных алгоритмов, синтезированных на базе СКО критерия и приводящих к аналогичным структурным схемам. Расчеты показали, что выигрыш в вычислительных затратах для алгоритма без ОС (II) по сравнению с СКО критерием составляет более 6, а для алгоритмов с ОС (13), (14) более II.

Анализ помехоустойчивости показал, что при малых уровнях МСИ кривая зависимости вероятности ошибок от отношения сигнал/шум, вычисленная для алгоритма (II) практически совпадает с кривой, вычисленной для алгоритма на базе СКО критерия. Использование алгоритмов с обратной связью (13) и (14) дает незначительный энергетический выигрыш по сравнению с алгоритмом без ОС (II).

Разработка подоптимальных алгоритмов приема при наличии межсимвольных искажений__при несогласованной фильтрации

В системе текстового вещания полосовой фильтр, осуществляющий частотную селекцию сигнала, находится в линейной части приемного устройства и по своей структуре отличается от согласованного фильтра. При этом обработка сигналов осуществляется на линейном выходе приемника после А1Л-детектора. Для этих условий разработаны подоптимальные алгоритмы приема при несогласованной фильтрации, аналогичные полученным в четвертой главе алгоритмам приема при согласованной фильтрации.

Алгоритм приема без ОС имеет вид

х- ~ ><о, de)

, **0

где j„ - отсчет сигнала на выходе детектора после вычитания постоянной составляющей в момент времени, соответствующий максимальному значению полезного сигнала; - отсчеты, отстоящие от-£/ на интервалы времени КТ, К =-/», и , КД). Вектор-строка весовых коэффициентов ¡С*] определяется выражением.

_ (Г7)

Величины, входящие в вектор и матрицу X определяются значениями отсчетов сигнала на выходе детектора, взятыми через инвервалы КТ, К =-2h,2h относительно-максимального значения отсчета, когда на вход

полосового фильтра поступает сигнал, промодулированный одиночным импульсом в отсутствии шума.

Аналогичным образом получены подоптимальные алгоритмы с ОСР и с ОС по непрерывной оценке.

Для полученных алгоритмов проведено моделирование на ЭВМ по структурной схеме, разработанной в третьей главе. В качестве полосового филыра также выбран фильтр с реально снятыми АЧХ и ФЧХ и шумовой полосой порядка 8 кГц. Моделирование проводилось при разных технических скоростях передачи.

Результаты моделирования показали, что использование алгоритма (16) при технической скорости передачи сообщений 8 что соот-

ветствует скорости Найквиста для эквивалентного низкочастотного канала 2 ¡г^ит позволяет получить дополнительный энергетический выигрыш порядка 4,5 дБ (при Рои = Ю-4) по сравнению со схемой, незащищенной от МСИ. Использование алгоритмов с обратной связью при данной скорости передачи практически не дают дополнительного энергетического выигрыша по сравнению с алгоритмом (16), что связано с недостаточно большими МСИ. Увеличение числа отводов в фильтрах (л >I) цри скоростях передачи меньших или равных скорости Найквиста также практически не позволяют получить дополнительный энергетический выигрыш.

При удельной скорости передачи для эквивалентного низкокачественного канала 2,5 и выше наиболее высокую помехоустойчивость, как показали результаты моделирования, позволяют получить алгоритмы с обратной связью, что связано с большими МСИ. Увеличение числа отводов в фильтрах от^ =1 до п =2 в этом случае существенно повышает помехоустойчивость приема. Использование алгоритмов с обратной связью при /? -2 позволило получить энергетический выигрыш в 5 дБ (при Рои = 10"^) по сравнению с приемом без подавления МСИ, что соответствует выигрышу в вероятности ошибок почти на 2 порядка.

Экспериментальные исследования системы текстового вещания

В предыдущих разделах при определении помехоустойчивости приема в качестве отношения сигнал/шум выбиралось отношение мощности несущей к мощности шума в полосе частот полосового фильтра. Кроме того при моделировании не учитывалось ограничение спектра сигнала низкочастотным трактом приемника. При этом не было необходимости в использовании кода 8/10, введенного во второй главе.

В реальных условиях, при определении вероятности ошибок, отношение сигнал/шум измеряется на линейном выходе приёмника после детектора.

Математическое моделирование на ЭВМ позволило определить спектральную плотность мощности выбранного аналогового сигнала, поступав-, щего в канал с учетом канального кодирования 8/10, и рассчитать вероятность ошибок, возникающих на линейном выходе приемника, с учетом ограничения спектра сигнала ФНЧ, имитирующим низкочастотный тракт . приемника, в зависимости от отношения сигнал/шум на выходе детектора..

Расчеты проводились при технической скорости передачи по каналу 8 кбит/с, что с учетом потерь на канальное и помехоустойчивое кодирование соответствует информационной скорости передачи,580 байт/с.' При этом ФНЧ имел полосу 250+4000 Гц. л .

Результаты математического моделирования показали, что .для стандартного значения отношения сигнал/шум 20 дБ, при котором определи- , ется реальная чувствительность AM приемников, вероятность ошибочного-приема одного бита не превышает 5„-10"^. Отмечается, что при тех -же • условиях использование равновероятной последовательности вместо кода ' 8/10 приводит к вероятности ошибок 1- Ю-^ даже при отсутствии'шумов.

Результаты физического эксперимента на лабораторном макете поцт- ■ вердили результаты математического моделирования.

В работе приведены результаты, натурного эксперимента системы '•■•• текстового вещания. Передающая часть содержит два персональных компьютера (ПК): Ж подготовки текста и ПК передачи, оснащенный ацалтер-нол платой и программным обеспечением. Переданный по эфирному каналу ' или по сети проводного вещания сигнал принимается бытовым приемником АМ-вещания. С линейного выхода приемника аналоговый сигнал поступает на адаптерную плату ПК приема. При скорости передачи 8 кбит/с обра- ' Зотка сигналов ведется программными методами в реальном масштабе времени.

Эксперимент проводился при использовании на приемном конце бытовых приемников "Кварц" и "Альпинист", на которые поступал AM сиг-1ал с глубиной модуляций от 5 до 60%, что соответствует отношению ;игнал/шум на линейном выходе детектора от 15,5 до 32,6 дБ. При этом з каждом случае передавался текст объемом 250 Кбайт.

Результаты эксперимента показар, что при отношении сигнал/шум !0 дБ и выше текст передается без ошибок,-что полностью.соответству-'Т результатам математического и физического моделирования.N

Основные результаты работы 4

В диссертационной работе.получены следующие основные-.результаты:

I. Разработаны подоптимальные алгоритмы-и структурные схемы" рактов приема зависимых сигналов в Aj.l-рэциоканале без межсимвольных

искажений на основании модификации обобщенного критерия максимального правдоподобия, позволяющие существенно упростить схему демодулятора по сравнению с оптимальными алгоритмами, при сохранении помехоустойчивости, близкой к оптимальной.

2. На основании модифицированного критерия разработаны подопти-мальные алгоритмы и структурные схемы трактов приема зависимых сигналов в АМ-радиоканале при наличии межсимвольных искажений, позволяющие существенно сократить, по сравнению с оптимальными алгоритмами, вычислительные затраты для расчета параметров фильтров, что при использовании программных методов обработки приводит к сокращению времени адаптации демодулятора. При этом помехоустойчивость приема сохраняется близкой к оптимальной.

3. Разработаны алгоритмы с обратной связью по решению и по непрерывной оценке информационных параметров элементов сигнала предшествующих основному элементу, позволяющие повысить помехоустойчивость цриема по сравнению с аналогичными алгоритмами без обратной связи.

4. Проведен анализ помехоустойчивости разработанных алгоритмов. Получены простые аналитические выражения .для расчета зависимости вероятности ошибок от отношения сигнал/шум. Проведено сравнение помехоустойчивости разработанных подоптимальных алгоритмов с соответствующими оптимальными, которое показало незначительный энергетический проигрыш при использовании подоптимальных алгоритмов по сравнению

с оптимальными.

5. Разработаны математические модели сигнала и канала, а также структурная схема алгоритма моделирования. Проведено математическое моделирование на ЭВМ процесса передачи зависимых сигналов по АМ-ра-диоканалу с ограниченной полосой частот в условиях, близких к реальным. Получены зависимости вероятности ошибок от отношения сигнал/шум для различных скоростей передачи сообщений.

6. Проведены лабораторные исследования приемно-передающей аппаратуры текстового вещания, результаты которых показали хорошее соответствие результатам математического моделирования. Проведены испытания работы приемо-передаицей аппаратуры текстового вещания при передаче информации по радиотрансляционной сети, а также по эфирным каналам различных диапазонов волн.

7. На основе исследованных в диссертации методов и алгоритмов помехоустойчивого приема разработана и внедрена система текстового вещания в режиме промышленной эксплуатации в г.С.-Петербурге. Ее испытания в реальных условиях работы региональных передатчиков и городской радиотрансляционной сети подтвердили высокую эффективность исследованных методов и алгоритмов

Г7

ОСНОВНЫЕ РАБОШ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андронов И.С., Малинин С.И. Оптимальный прием обратных сигналов при наличии межсимвольной интерференции. - Рук.деп. в ВИНИТИ,

1982, JE 3465-82 деп. Опубл. в БУ, 1982, № II, б/о 22.

2. Аццронов И.С., Малинин С.И. Оптимальный прием четырехпози-ционных фазоманипулированных сигналов при наличии межеимвольной интерференции. - Рук.деп. в ВИНИТИ, 1983, К 1211-83 деп. Опубл. в ЕУ,

1983, №7, б/о 181.

3. Андронов И.С., Малинин С.И. Прием обратных сигналов при наличии межсимвольной интерференции при неоптимальной фильтрации.-Рук. цеп. в ВИНИТИ, 1982, * 4112-82 деп. Опубл. в БУ, 1982, № 12, б/о 33.

4. Андронов И.С., Малинин С.И. Прием четырехпозиционных фазоманипулированных сигналов при наличии межеимвольной интерференции три неоптимальной фильтрации. - Рук.цеп. в ВИНИТИ, 1983, 1411-83 jen. Опубл. в БУ, 1983, )5 7, б/о 140.

5. Андронов И.С., Малинин С.И. Оптимальный прием обратных сиг-1алов в условиях межсимвольной интерференции с использованием обрат-юй связи. - Рук.деп. в ВИНИТИ, 1984, J5 3012-84 деп. Опубл. в журна-ie "Радиоэлектроника" Изв.ВУЗов СССР, т.27, вып.II, с.108, 1984 г.

6. Андронов И.С., Малинин С.И. Помехоустойчивость когерентного [риема сигналов с амплитудно-фазовой и амшштудно-относительно-фазо-юй манипуляцией. - Рук.деп. в ЦНТИ "Информсвязь", 1982, ]'• 472-11/187. )публ. в ЕУ, 1982., 12, с.92.

7. Малинин С.И. Помехоустойчивость демодулятора £/Г сигналов с лтимизацией по тестовым сигналам. Рук.деп. в ВИНИТИ, 1983, J; 5852-83 ;еп. Опубл. в БУ, 1984, & 2, б/о 171.

8. Андронов И.С., Малинин С.И. Помехоустойчивость демодулятора воичной фазовой телеграфии с учетом погрешностей синхронизации. Рук. еп. в ВИНИТИ, 1987, J5 789I-B87. Опубл. в БУ, 1988, »Ñ 3, б/о 152.

9. Андронов И.С., Малинин С.И. Потенциальная помехоустойчивость риема радиосигналов с тональной манипуляцией. Рук.деп. в ВИНИТИ, 992, Jr> 3337-В92. Опубл. в БУ, 1993, J? 3, б/о 401.

10. Андронов И.С., Малинин С.И. Моделирование приема двоичных згналов в АМ-радиоканалс. Рук.деп. в ВИНИТИ, 1992, J,' 3336-В92. тубл. в БУ, 1993, »* 3, б/о 397.

11. Аццронов И.С., Выболдин Ю.К., Малинин С.И. Прием сигналов Ш в средах с постоянными параметрами // Радиоприем и обработка [гналов: Тез.докл. У1 Всероссийск.науч.техн.конФ. - Н.Новгород. -193.

12. Андронов И.С., Кривошейкин A.B., Малинин С.И. Помехоустойчивость сигналов в системе текстового вещания // Перспективы развития радиоприемной, электроакустической, студийной и звукоусилительной техники: Тез.докл. I Всероссийск.науч.практ.конф. - СПб.: НИИРПА им.A.C.Попова. - 1993.

А