автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Синтез и анализ алгоритмов обработки сигналов в системах спутниковой связи VSAT и непосредственного телевизионного вещания НТВ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

РГ6 О/,

2 ^ На правах рукописи

МЕТАНГБУ ЖАН-ПЬЕР

СИНТЕЗ И АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ УЭАТ И НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ НТВ

Специальность 05.12.17 Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандитата технических наук

МОСКВА-1997

Работа выполнена на кафедре "Радиотехника и радиотехнические системы" Государственной академии сферы быта и услуг (ГАСБУ). Научный руководитель:Доктор технических наук,

академик Международной академии информатизации профессор ШЕЛУХИН О.И. Официальные опоненты:

Ведущее предприятие - Государственное предприятие "Космическая связь"

диссертационного совета Д 072.05.03. в Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУГА) по адресу : 125493 г. Москва,ул. Пулковская.д.6 А. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУГА.

-Доктор технических наук, профессор ЛОГВИН А. И. -Доцент,кандидат технических наук, МАРКОВИЧ Е.. Д.

Защита состоится "19 " июня 1997 г. в

часов, на заседании

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Доцент кандидат технических наук,

М.М. Шемаханов.

Общая характеристика рсботы

Актуальность темы исследования.Одним из перспективных направлений в технике связи, активно развивающимся в настоящее время, являются системы спутниковой связи и телевидения, позволяющие решать широкий комплекс задач передачи информации. Подобные радиотехнические системы и устройства ,как правило,работают а сложной помеховой обстановке .вызванной возмущающим воздействием помех.Помохи искажают структуру принимаемого сигнала, препятствуют качественному выделению полезных информационных процессов.

Возрастающие потребности в спутниковых системах связи,вызванные увеличивающимися запросами населения,привели к необходимости совершенствования спутниковых сетей связи.

Практически во всех странах мира развиваются новые перспективные системы связи типа VSAT (Very Small Aperture Terminal),системы непосредственного спутникового телевидения НТВ.

Вопрос о массовом использовании VSAT и НТВ был частично решен благодаря высокому уровню развития космической техники,позволяющей иметь эквивалентную изотропно излучаемую мощность космических аппаратов , необходимую для получения требуемого отношения сигнал/шум (ОСП) в наземных станциях с антеннами с очень малыми апертурами.При массовом использовании VSAT увеличивается число источников помех от новых систем на существующие, которые создаются при большом потоке вызовов в системах по требованию,возникают дополнительные помехи на борту ретранслятора.

При проектировании любых,в том числе спутниковых радиотехнических систем и устройств, перед разработчиками и эксплуатационными службами стоят задачи качественного улучшения энергетических и точностных характеристик обработки информации в условиях интенсивных возмущающих воздействий.

Увеличение пропускной способности стволов ретрансляторов связано с решением многих проблем, наиболее актуальной из которых является борьба с помехами в каналах связи.

В спутниковых системах связи и системах НТВ действуют в основном тепловые шумы, переходные и интерференционные помехи .

Переходные помехи являются гпааным препятствием увеличения пропускной способности, борьба с ними является весьма слажной.Эти помехи обусловлены фунционированивм систем "VSAT" в режиме многостанционного доступа с предоставлением каналов по требованию DAMA (Demand-Assigned Multiple Access).

DAMA режим в настоящее время является одним из самых перспективных режимов передачи информации, позволяющим более эффективно использовать выделенную для спутниковой системы связи полосу частот и, тем самым .экономить энергетический ресурс транспондера .Во многих исследованиях отмечено,что переходные помехи носят негауссовский характер.

В известных работах рассматривались алгоритмы обработки дискретных сигналов на фоне действия аддитивных некоррелированных негвуссовских помех,применительно к системами спутниковой связи.

Учитывая ,что в реальных каналах связи помехи являются коррелированными нэгвуссовскими .целесообразно оптимизировать алгоритмы обработки дискретных сигналов на фоне подобных помех.

Таким образом .разработка оптимальных алгоритмов приема сигналов в условиях воздействия коррелированных негвуссовских помех в общем случае с изменяющимися параметрами и формой распределения,обеспечивающих выигрыш в достоверности результатов обработки,представляет важную научно-техническую проблему.

Актуальность работы определяется потребностью развития теории и методов повышения эффективности спутниковых цифровых систем передачи при воздействии мешающих .дестабилизирующих факторов.

Цель и задачи диссертационной работы заключаются в разработке теории и определении путей технической реализации квазиоптимальных алгоритмов распознавания дискретных сигналов спутниковых систем передачи в условиях частичной априорной неопределенности относительно статистических характеристик помех и их практическом использовании на предприятиях связи.

Для достижения поставленной цепи в диссертации решаются следующие задачи:

1. Систематизация статистических характеристик сигналов , помех и шумов в VSAT и НТВ и выбор математических моделей для описания статистических характеристик помех в реальных задачах.

2 Синтез и анализ оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов распознавания дискретных сигналов на фоне коррелированных негауссовских помех с широкополосным и полосовым спектром;

3. Оценка помехоустойчивости передачи цифровых сигналов в ССС при действии негауссовских коррелированных помех;

4.Рекуррентная идентификация ПРВ мгновенных значений и ПРВ амплитудных эначениий помех с целью создания робастных алгоритмов обработки.

Методы исследования: Выполненные исследования базируются на аппарате математической статистики.теории оптимальной нелинейной фильтрации .теории обнаружения случайных процессов.

Методологическую основу исследований составляет принцип подобия распределений при построении решающих правил и адаптивном байесовском подходе в условиях априорной неопределенности.

Прикладные методы исследования выполнены на ЭВМ с использованием пакета программ MATHCAD.

Научная новизна состоит в разработке новых оптимальных и квазиогтти мальных алгоритмов обработки цифровых сигналов .учитывающих стохастический коррелированный негауссовский характер и параметрическую априорную неопределенность помех.

Наиболее важные новые положения .вносимые автором в разработку проблемы .следует сформулировать следующим образом:

-исследованы статистические характеристики комплекса помех, действующих в системах спутниковой связи VSAT и НТВ, оказывающих влияние на качество функционирования подобных систем;

- предложены математические модели .описывающие ПРВ коррелированных негауссовских помех как в широкополосном так и в полосовом трактах;

-на базе предложенных математических моделей разработаны уточненные рекуррентные, квазиоптимальные и асимптотически оптимальные алгоритмы распознавания цифровых сигналов на фоне коррелированных негауссовских помех как в широкополосном, так и в полосовом трактах;

-проанализирована эффективность синтезированных алгоритмов .получены уточненные расчетные формулы для оценки помехоустойчивости сигналов, используемых в системах спутниковой связи;

-в условиях параметрической неопределенности относительно ПРВ помех предложены методика и новые рекуррентные алгоритмы идентификации распределений помех.

Основные положения выносимые на защиту:

1.Модели ПРВ аппроксимирующие описания помех в реальных задачах.

2.Уточненные алгоритмы распознавания цифровых сигналов в условиях коррелированных негауссовских помех как с широкополосным, так и с полосовым спектром.

3. Аналитические соотношения для расчета вероятности ошибок распознавания цифровых сигналов на фоне действия коррелированных негауссовских помех как с широкополосным, так и с полосовым спектром.

4.Рекуррентные алгоритмы топографической идентификации ПРВ мгновенных значений и амплитуд негауссовских помех; формулы расчета вероятности аномальных ошибок при оценке энтропийного коэффициента.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ДИССЕРТАЦИИ заключается: -в разработке теоретических основ анализа статистических характеристик комплекса помех, действующих в системах спутниковой связи \ZSAT и НТВ, оказывающих влияние на качество функционирования подобных систем и выбор математических моделей описывающих ПРВ коррелированных негауссовских помех как в широкополосном ,так и в полосовом трактах;

-разработке уточненных алгоритмов распознавания дискретных сигналов в условиях коррелированных негауссовских помех как с широкополосным, так и с полосовым спектром;

-разработке новых рекуррентных алгоритмов идентификации распределений помех.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Все основные научные результаты .выносимые на защиту,получены автором лично.

Реализация результатов работы Теоретические исследования и практические разработки выполнены в рамках научно-технического проекта по строительству региональной выделенной сети спутниковой связи с предоставлением каналов по требованию на территории центральной России.

Полученные в диссертации результаты использованы при проведении научно-исследовательских работ и пуске в эксплуатацию систем передачи данных и речевых сообщений по сети спутниковой связи Х/ЭАТ.

Использование рекомендаций разработанных в диссертации при оценке качественных показателей спутниковых систем передачи данных типа УЭАТ, подтверждается соответствующими актами.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

1. На XXIV международной конференции и дискуссионном научном клубе "Новые информационные технологии в науке .образование и бизнес " Украина , Крым.Ялта-Гурзуф, 1997.

2. На II Всероссийской конференции участников стран СНГ" Распознавание образов и анализ изображения . Новые информационные технологии" РОАИ-2-95. Ульяновск 95.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертационной работы опубликовано три печатных работы .

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертационная работа состоит из введения .четырех глав .приложения и списка литературы .включающего 62 наименования. Работа изложена на 219 страницах машинописного текста,содержит 71 рисунков и 7 таблиц.

Содержание работы В первой глазе рассматриваются особенности построения и технические характеристики аппаратуры систем спутниковой связи типа VSAT и систем НТВ. Сравнительный анализ технических характеристик приемных станций показал, что появились новые высокоэффективные системы спутниковой связи с совершенно новыми техническими характеристиками приемной аппаратуры.

На основании проведенного сравнительного анализа технических характеристик систем спутниковой связи VSAT западных фирм NEC.TIW SYSTEMS,COMSTREAM, SCIENTIFIC ATLAHTA, получивших распространение на территории России, а также НТВ, в главе определены виды сигналов и помех .действующие в подобных системах.

С целью оптимизации алгоритмов обработки цифровых и аналоговых сигналов, в главе систематизированы статистические характеристики сигналов, помех и шумов в системах VSAT и непосредственного спутникового телевидения.

Анализ статистических характеристик помех в спутниковых каналах показывает, что они носят явно выраженный негауссовский характер. Учитывая большое количество компонентов помех .многообразие их статистических характеристик ,а также то, что математический анализ их характеристик сложен и громоздок , для комплексного описания помех предложены модифицированные модели ПРВ помех Мидптона.

В частности, для описания ПРВ коррелированных негауссовских помех nh с широкополосным спектром предложено воспользоваться моделями вида:

W(n2l п 1 )=|Ри,(2яо,т2( 1 -г,2)0 5)" 1exp(-(n 12+п22-2г,п 1П2)(2а,т2( 1 -г,2))-1). (1) N

. 2Р|т = 1 , где рт, i=1....N - коэффициенты взвешивания компонентов ПРВ;

2

aim - дисперсия i-ro компонента ПРВ; П - коэффициент корреляции i-ro компонента помех.

Для описания ПРВ амплитуд Ah помех с полосовым спектром предложено воспользоваться моделями вида:

W(A2lAO=|p,a(ola4(1-Rj2)r,exp(-(A12+A22)(2g)'1)lo(R|.A1.A2.g'1), (2)

.§>,„=1 , g=(cr„2(1-R|2)),

где lo(x) - функция Бесселя нулевого порядка;

A2,Ai- амплитуды помех сигналов в моменты t2 и tt соответственно,

Ri -коэффициент корреляции i-ro компонента помех:

а,а -дисперсия амплитуды 1-го компонента ПРВ.

На основе теоретического анализа случайных факторов и предломсеннных математических моделей определены основные направления решения проблемы повышения эффективности спутниковых систем передачи.К ним относятся: -синтез алгоритмов распознавания цифровых сигналов на фоне негауссовскмх коррелированных помех;

-разработка методов адаптации и устойчивости разработанных алгоритмов в условиях частичной априорной неопределенности.

Во второй главе рассмотрен синтез и анализ алгоритмов распознавания цифровых сигналов на фоне коррелированных негауссовскмх помех. С этой целью были синтезированы алгоритмы распознавания сигналов на фоне негауссовских коррелированных широкополосных и полосовых помех.Проведен анализ нелинейных характеристик синтезированных алгоритмов распознавания сигналов и энергетический выигрыш, получаемый в результате нелинейной обработки.

При действии коррелированных негауссовских помех получены более точные оптимальные алгоритмы распознавания двух сигналов Si и S2 если имеются две гипотезы:

НО: y(th)= S^WO*), h=OT;

Н1: y(th)= S2(V*)+n(t*), h=OT (3)

где y(tfi)- колебание, поступающее на вход приемника.

п(М ,И=1..Н- аддитивные коррелированные негауссовские помехи с ПРВ вида (1) или (2).

В случае действия негауссовских широкополосных помех с коррелированными значениями с ПРВ вида (1) были получены уточненные оптимальные а пгоритмы распознавания сигнала Б,,если имеются две гипотезы (3).

После разложения функции правдоподобия в ряд Тейлора, при условии малости сигналов получено, что при ограничении конечным числом членов разложения квазиоптимальный приемник будет принимать решение о том, что был передан сигнал Б, если отношение логарифма функции правдоподобия I. будет выражаться формулой:

1=Ц(8Л1(Х)-81й(Х)).ги(Уь)+(ЗА-|(».)-3]ь-1(Х)).гь-|(Уь)}> 0 , (4)

где = , к=0.1 - характе-

ристика блока асимгттотического оптимального блока нелинейного инерционного преобразования БНП входного сигнала у(^) с учетом корреляционных свойств помех.

В частности , при действии помех с независимыми значениями оптимальный приемник будет принимать решение о том, что был передан сигнал Б, , если отношение логарифма функции правдоподобия 1_ будет выражаться формулой:

1=^8й(*)-8„(Х)).г(у„)>0 , (5)

где 2(у(,)=-<Шуь{1п(\/Уп(Уь))} - характеристика блока нелинейного безынерционного преобразования входного сигнала.

В случае коррелированных негауссовких помех с полосовым спектром в главе получены алгоритмы распознавания дискретных Б,. сигналов.С этой целью рассмотрены квадратурные методы обработки.

Как и в случае помех с широкополосным спектром, при разложении

функции правдоподобия в ряд Тейлора учитывались дополнительные члены разложения.учитывающие корреляционные свойства помех и сигналов . В результате квазиоптимальный приемник будет принимать решение о том, что был передан сигнал с амплитудой Д и фазой ц/^, если будут соблюдаться условия:

где 2дл-к(Ауь)- 1п(\Л/п(Ау|1/Ауь-1 )/Ауь)} -нелинейная характеристи-

ка инерционного БНП амплитуд, к=0,1. При действии некоррелированных негауссовских помех с полосовым спектром, получено, что оптимальный приемник будет принимать решение о том, что был передан сигнал Б) с амплитудой А| и фазой «(/¡си, если будут соблюдаться условия:

Н

и=22А(Ау„){ЛсьСО5(ч'уь-Ч'!сь)^еьСО8(11;у„-ч»№)}>0, (7)

Л'1

где 7д(Ауц)= с)/с1Ау(,{1п(\Л/п(Ауг,)/Ау|,)} - оптимальная амплитудная характеристика БНП амплитуд;

\Л/„(Ауь) -ПРВ амплитуд помех с полосовым спектром ; |(/уй-фаза колебания у(^).

В работе найдены уточненные выражения для расчета вероятности ошибки распознавания цифровых сигналов рош на фоне действия коррелированных негауссовских помех, отличающиеся от известных тем ,что в них входят элементы информационной матрицы Фишера 111,122,' 12 .учитывающие корреляционные свойства помех .корреляционные и автокорреляционные свойства сигналов.

1.= 2АЬ(АуЬ){АсьС0З(Ч1уЬ-!|||СМ)-А;сЬС05(Ч;уИ-1|;)сЦ)}+

В результате преобразований найдено,что в спучее действия помех с широкополосным спектром вероятность ошибки распсгнагашет:

Роит51 /2вгГ{(Е1+Ег2ч»12)(111+'22) -2(г1+г2-гггл)112}05, (8)

где

1^№2/Ьп^П|(1п^(г>2/П1)))^(п2,П|)йг^П| к,1=1,2 -элекэит информационной матрицы Фишера |!||] 2x2 при дэйстсим помех с широкополосным спектром; Ф12 характеризует ортогональность распознаваемых сигналов

^ и^;

ЕьЕг- энергия обрабатываемых сигналов;

коэффициенты корреляции отсчетоз сигналов в соседние ^ и Ъц моменты времени;

коэффициенты корреляций отсчетов сигналов в соседние ^ и ^ моменты времени;

г,= -коэффициент автокорреляции сигнала ;

Г2= -коэффициент автокорреляции сигнала ;

Найдено,что в случае действия помех с полосовым спектром расчетное выражение для вероятности ошибки распознавания сигналов имеет вид:

р0Ш=1/2ег1{Е1А+Е2А)(111А+122А)-2ч'12{111А+122А)+(2г,+2гг2гг2г,)1,2Т5, (9)

где 1мА:::11{й2/(1А(1с1А((1пОЛ/(А2Д1)).(А2М(Л)) 1)}^(АгА1)<1А((С1А( ; к,1=1,2 -элемент информационной матрицы |||(| 2x2 Фишера при действии помех с полосовым спектром;

Е1А,Е2А-энергии принимаемых сигналов. В качестве примеров расчета вероятности ошибки распознавания выбраны сигналы КИМг-ЧМ и КИМг-ФМ.

Использование найденных формул для расчета вероятности ошибки распознавания сигнала на фоне действия в частном случае гауссовких некоррепи-

рованных помех подтвердило известные результаты ,что подтверждает правильность полученных выражений.

С использованием выбранных моделей ПРВ произзоден анализ хвазиогтти-мапьных алгоритмов распознавания в условиях действия негауссовских помех.

В результате показано ,что эффективность подавления негауссовских помех , в случае действия помех с широкополосным спектром будет определяться коэффициентом

где lki-элементы информационной матрицы Фишера помех с широкополосным спектром.

Показано ,что в зависимости от соотношения коэффициентов взвешивания pi , дисперсий Oim и коэффициентов корреляции п , эффективность подавления негауссовских помех будет тем выше ,чем больше ПРВ будет отличаться от гауссовских. Эффективность подавления возрастает с ростом коэффициента корреляции и может быть весьма значительна .Так при г=0.5 и возрастании pi от 0.33 до 0.99 наблюдается увеличение эффективности нелинейной обработки в 5 рзэ.Как показывают проведенные исследования .помехоустойчивость передачи дискретных сигналов в спутниковой системе связи в условиях малых ОСП, без учета кодирования, может быть повышена за счет нелинейного инерционного подавления негауссовских коррелированных помех. В случае действия помех с полосовым спектром коэффициент, характеризующий эффективность подавления помех принимает вид

(Ю)

(1<,А2=0.5.2Р1а.О|а2.1к|А к,1=1,2,

2, А

(11)

где 1к|А-злементы информационной матрицы Фишера помех с полосовым спектром.

Характеристики блоков нелинейного преобразования соответствующие предложенным моделям помех имеют кусочно-линейную характеристику .число участков которой равно числу компонентов ПРВ.

При анализе блока нелинейного подавления помех с широкополосным спектром в зависимости от коэффициентов корреляций п наблюдается изменение масштаба характеристики БНП.

Показано .что в общем случае нелинейная характеристика БНП имеет 2Ы-1 участков , которые обусловлены каждой ¡-ой парциальной ПРВ негауссовского распределения вида (1). В частности, например, характеристика БНП для N=3 имеет 5 линейных участков.

В третьей главе анализируются методы приближенной идентификации законов распределения помех в интересах построения адаптивных , робаст-ных и адаптивно-робастных алгоритмов обработки.

Идентификация выбранных моделей ПРВ производится с целью преодоления априорной неопределенности относительно неизвестных параметров распределений помех. Для этого используются оценки коэффициента эксцесса,коэффициента асимметрии .энтропийного коэффициента и коэффициента контрэксцесса.

В главе анализируются изменения коэффициента эксцесса .коэффициента асимметрии, энтропийного коэффициента от коэффициентов взвешивания Рип.Рв и дисперсий ст,т. 0{а выбранных моделей ПРВ,как при действии помех с широкополосным ,так и с полосовым спектром,-

В случае действия помех с широкополосным спектром, коэффициент асимметрии ПРВ которых равен нулю .использование топографической класси фикации распределения базируется на оценках этропийного коэффициента и коэффициента контрэксцесса.

Использование данного метода идентификации при известных параметрах выбранной модели помех показывает, что при кэ>1.87 распределение можно рассматривать как композицию суммы трех гауссовских распределений с с. к.о .равной наибольшему с.к.о в сумме.При кэ<1.87 исследуемое распределение может считаться двухмодапьным.

Из топографического представления характеристик ПРВ и разнообразных форм кривых .которые их представляют при различных параметрах ПРВ, следует , что для точной идентификации ПРВ следует оценивать коэффициенты взвешивания входящие в (1) и (2).

В таблицах 1 и 2 представлены идентификационные характеристики ПРВ с широкополосным и с полосовым спектром соответственно. Сравнительный анализ метода максимума функции правдоподобия и метода стохастический аппроксимации показал, что:

в задачах классификации без обучения перспективной является модель смеси вероятностных распределений,когда каждый класс интерпретируется как параметрически заданная одномодапьная генеральная совокупность.а классифицируемые наблюдения - как выбор из смеси таких генеральных совокупностей.

Решение задачи расщепления смеси распределений , являющейся смесью генеральных одномодальных совокупностей известного параметрического вида сводится к построению статистических оценок числа компонентов смеси, их удельных весов и параметров, их определяющих.Базовая идея .лежащая в основе принятия решения, к какой из к анализируемых генеральных совокупностей следует отнести классифицируемое наблюдение : наблюдение приписывают к той генеральной совокупности(к тому компоненту смеси), в рамках которой оно выглядит наиболее правдоподобным.

Адаптация обработки сигналов является эффективным средством повышения помехоустойчивости приема информации в условиях многообразия действующих помех.в том числе таких как внутрисистемные мешающие сигна лы и помехи соседних радиосистем в совокупности с флуктуационными шумами различного происхождения.

С помощью известных методов получены рекуррентные оценки коэффициентов контрэксцесса эксцесса уэ, асимметрии уа и энтропии Н. Для рекуррентной оценки кэ предложено заменять истинное распределение вероятности равномерным .

таблица 1 характеристики ПРВ

видПРВ m* Mk H y> y» Ko I*

1Р|.(1Л/(2.*).о|). £Pi.o* -fePi.(l/(V(2n).o¡). (ZPi.o,«y 0 SP,.aé2j((rP,.(l/V(2.«.CT1).

.cxp(-xV(2.of')) 0 где £Pf1 ,exp(-xJ/(2.0iJ). /(IPi-Ci^ exp(-JlP¡.(l/(V2.;i). .(-x/oiî).exp(-xV2.oi3))/

гдеХР,=1 .Oi)exp(-J/(2.ai'). /IP.(!/V2.x.a/).exp(-xJ/2.oi2))2.

.exp(-x2/(2.a¡!))dx .ln(Ep).((V2.)tOi).

. exp(-x2/((2.c¡2))dx

v.T](cj,vy2.r(l/v). Опри о[Г(ЗД-)}- lA/.ln{v/2..CT(r(3/v). r(S/v). 0 l/v.exp(l/v). {(Г(1Л> v2/aJ{r(3/V).r(2-l /у)}/Р(Ш),

.exp{-(Ti(a,v)|xl); k=(2 M.r((k+iyv).{ .{T(l/v)}>)»-5} ■Г(1Л>). )угсзл-)}« v>0.S

где n+1) r(l/v))t« .{l-(3/v)}-2

n(a.vMlto).[(3/vyr( k=2n

l/v)fJ

таблипа 2 характеристики ПРВ

г-н

вид ПРВ WW М2 М) Мч H k, Y. Y>

Накагами г^m*JLlJ•■^/ /(Г(т).о2--)). ехр(-т.х2/а2). (cVmf2. .(Г(т+0.5У Г(т)) а2.(1- Г2(т+0.5У Г\т)) с'/»Ч .[(0.5-2.Ш). .Г(т-Ю.5У /Г(т>+2. ,Г3(т+0.5у /Р(т)] о*/т.[т+1+ +(2т-2Ут. ,П(ш+0.5у /П(т>-3/т. •Г\т+0.5у ЯЛт)] 1п(Г(т).о.е"/ /(2.VmM2.ni-y2). .Щт) где Т(т)=;Г.(га)/Г(ш) ;r.(m)=ío-t°1. .eMnft)dt P(m).e"°.exp{-(m-0.5).T(m)}/ /{4.т.Г2(т)--Р(т+0.5)}" [(0.5-2.m). ,P(m). .Г(т+0.5)+2.Г 5(т+0.5)]/[т.Г КтУ -Píro+0.5)]1-5 [т.(т+1)Г(а)+ +2.(т-1). .П(ш+0.5). ■Р(га)- -З.ГЧт+O.î)]/ -Р(т+0.5)]2

Вейбулла с*". •Г(1+к/а) C-V [Г(1+2/а)- с-"5. .{2.Р(1+1/а) -3.r(l+Ífot). .Г(1 + 1/а)+ +Г(1+3/а)} с*'. .{-З.Р(1-И/а) +6Г(1+2Лх). •Р(1+1/сх)- -4Г(1+3/а). •Г(!+1/а)+ +Г(1+4/а)} 1-.57.(а-1У /cc-ln(c.a)- Ч(а-1)1псуо 1/2. {c^. ,[Г(1+2/а)- ,r(l+l/a)]}ss. .exp[l-0.57.(a- íya -Inc.a-<(cc-l)lnc/a {с-"". .{2.P(l+l/a)- Э.Г(1+2Лх).Г(1 +1/а)+Г(1+3/ а)}/ {с- 2ТГ(1+2/а)- r^l+l/ot)]}1-5 3.^1+1/«)+ +6Г(1+2/а). .Р(1+1/а)- -4Г(1+3/а). ,Г(1+1/а)+ +Г(1++4/а)}]/ /{с2". ,(Г(1+2/а)- -Г(1+1/а))}2

IP,.X.CT¡ ехр(-х2/2.а,2) SP..CT,2. .(2-Х/2) ЕР.-оЛ^-яЛ .(«-35 ГР|.оЛ(8-я2.3/4) /-{ZP.jc.o-, exp(-x!/2.0i2). .lnSPi.x.o, exp(-x2/2.c,2)¡ dx (1/2). {SP,.a,2.(2- ju2)}t5.cxp(/- {IP,JC.O¡. .exp(-x2/2.o,2). .1пЕР,л.о, exp(- x2ß.or)}dx {£P,.a,!.V2.*/.( 71- 3)}/{ГР,.а,2.(2-яЛ)}1-' {SP¡.Oi4.(8-п2.3/4)}/ /{£ P,.a¡2.(2-*2)}2

В связи с тем ,что выбранная ПРВ является суммой нормальных распределений при действии помех с широкополосным спектром и суммой распределений Релея при действии помех с полосовым спектром, шкала координат которой теоретически бесконечно велика .замена ее на конечное значение может привести к аномально большим ошибкам. Предложено выбирать шкалу случайного процесса таким образом,чтобы допустимая вероятность появления аномально больших ошибок была меньше допустимой величины.

В случае действия помех с широкополосным спектром эта вероятность pi0UJ будет определяться выражением

Pi™-m=0.5Serf{i;PiUAwk1^2olu2V2)}, (12)

LU

в случае действия помех с полосовым спектром

N 2

Piouran..=0.5Sp„exp{-Awkia/(2oia )}, (13)

и

где Awkig-шкала информационного канала.

В четвертой главе рассмотриваются вопросы практической реализации систем обработки сигналов в корпоративных сетях спутниковой связи VSAT.C этой целью рассматриваются особенности построения сети VSAT с аппаратурой FLEXIDAMA, функционирующей в региональной сети спутниковой свя-зи.Анализируются план нумерации доступа абонентов спутниковой сети к телефонной сети и аппаратура передачи данных.

Анализируются результаты испытаний устройства согласования телефонных интерфейсов совместно с оборудованием системы связи FLEXIDAMA фирмы TIW sys. INC.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе разработаны теория и определение путей технической реализации квазиоптимальных алгоритмов распознавания дискретных сигналов спутниковых систем передачи в условиях частичной априорной неоп-

ределенности относительно статистических характеристик помех и их практически использовании на предприятиях связи.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы , сводятся к следующему:

1. Сравнительный анализ структур и технических характеристик показал, что аппаратура \ZSAT и НТВ работает в сложной помеховой обстановке. Сравнительный анализ статистических характеристик сигналов в системах спутниковой связи и телевидения показал, что статистические характеристики имеют достаточно сложный характер, имеют много компонентов и сложны при математическом моделировании.

Предложено использовать модифицированную модель Мидлтона, учитывающую корреляционные характеристики помех. Показано ,что для реальных задач синтеза и анализа алгоритмов обработки требуется оценивать число компонентов ПРВ в модифицированной модели Мидлтона.

2. Произведенный синтез и анализ оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов распознавания дискретных сигналов на фоне коррелированных негауссов-ских помех с широкополосным и полосовым спектром,показал,что в алгоритмах распознавания должны присутствовать дополнительные члены, учитывающие корреляционные свойства помех.

3. Оценка помехоустойчивости передачи цифровых сигналов в системе спутниковой связи при действии негауссовских коррелированных помех показала, что в обобщенные выражения для расчета вероятности ошибки распознавания

цифровых сигналов входят элементы матрицы Фишера 1ц , 1г2 Ьг и 1цА ,

, А , А

1гг , 112 > учитывающие корреляционные свойства помех и сигналов при действии соответственно помех с широкополосным и полосовым спектром. 4. Использование топографической классификации распределений показало, что при известных или оцениваемых параметрах модели помех, при Кэ> 1,87, распределение можно отнести к композиции суммы трех гауссовских ПРВ распределений с с.к.о. , равной наибольшему в смеси. При Кэ< 1,87 исследуемое распределение можно считать двухмодальным.

Исследование зависимости коэффициентов контрэксцесса и энтропийного коэффициента , коэффициента асимметрии помех с полосовым спектром показало, что используя топографическое представление , могут быть оценены ПРВ амплитуд случайнных процессов .

5.Произведенные рекуррентные оценки числовых характеристик показали, что при числе выборок Ь > 300 изменение энтропии Н, энтропийного коэффициента Кэ .коэффициента асимметрии уа и коэффициента эксцесса уэ несущественны. так что экспериментальный и теоретический результаты практически совпадают.

Показано, что для распределения с конрэксцессом х =0,4-0,6 рассматриваемые оценки могут быть найдены по относительно малым выборкам (Н=100; 250).

6. Для рекуррентной оценки энтропийного коэффициента предложено заменить истинную ПРВ помех равномерной. При замене истинного распределения вероятности равномерным возможны аномально большие ошибки в случае выхода координаты за шкалу параметров.Предпожено характеризовать эту ошибку вероятностью ошибки выхода координаты за шкалу параметра. При объеме выборки, не более 100,можно с достаточно малой погрешностью определить Н.

Показано, что при возрастании шкалы случайного процесса вероятность ошибки р,ош значительно убывает.

Результаты диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах

1.О. И. ШЕЛУХИН , Ж.П.МЕТАНГБУ. Статистические характеристики и модели сигналов и помех в системах спутниковой связи// Академические вести ,ГАСБУ вып.32(16), сентябрь, 1995, с. 3

2. О.И.ШЕЛУХИН , Ж.П.МЕТАНГБУ .Спутниковые системы связи с многостанционным доступом и предоставлением каналов по требованию. Доклад на XXIV международной научно-технической конференции.Новые информационные технологии в науке .образовании и бизнесе . УКРАИНА,ЯЛТА-ГУРЗУФ 1997. стр.42-46.

0 И.ШЕЛУХИН . Ж.П.МЕТАНГБУ. Статистические характеристики

и модели сигналов и помех в системах спутниковой связи и непосредственного

1 елевидемии. Доклад на II Всероссийской конференции участников стран СНГ " Распознавание образов и анализ изображения. Новые информационные технологии", РОАУ - 2 - 95 .часть 3, Ульяновск 1995. стр.207-209.

Соискатель Ж.П. Метангбу

Р № 020580 от 23.06.92 г. Подписано в печа'

'ечать офсетная Формат 60x84/16 I

,16 усл.печ.л. Заказ й 1149////^"

Подписано в печать I4.C5.97 г,

1,25 уч.-изд.л,

Тираж 70 экз

осковский государственный технический университет ГА

едакционно-издательский отдел

25493 Москва, ул. Пулковская, д. 6а

Московский государственный технический университет ГА, 1997