ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ВОПРОСЫ СОПРЯЖЕНИЯ ПРОЦЕДУР ДЕМОДУЛЯЦИИ И ДЕКОДИРОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

При одном и том же коде численные значения основных характеристик данной системы (скорость передачи, средний риск) существенным образом зависят от двух обстоятельств. Во-первых, от метода приема (демодуляции) сложных сигналов. Во-вторых, от того, насколько хорошо в пределах данного способа демодуляции осуществлено согласование этой процедуры с процедурой декодирования.

Анализу вопросов сопряжения различного рода процедур демодуляции и декодирования посвящены последующие главы. Этот круг задач рассматривается применительно к двоичным системам, что не снижает общности идей и методов, используемых для их решения.

В гл. II было показано, что в синхронной двоичной системе приемник можно рассматривать как черный ящик, в котором искаженный элементарный сигнал преобразуется в случайную величину (рис. 3.0.1). В соответствии с этим при передаче -значной кодовой комбинации (сообщения ) выход приемника характеризуется последовательностью величии

(3.0.1)

Совокупность (3.0.1) является основной для принятия решения о переданной комбинации. Способ ее дальнейшей обработки и определяет метод приема (демодуляции) сложного сигнала.

Случайная величина представляет собой выборку из множества случайных величин, распределенных либо по закону по закону .

Первое имеет место, когда на позиции комбинации располагается символ , а второе — если .

В дальнейшем будем полагать, что оба распределения являются одномодальными (рис. 3.0.2), а среднее значение меньше, чем среднее значение , т. е.

(3.0.2)

(это предположение, очевидно, ни в коей мере не может сказаться на общности рассуждений).

В настоящее время наиболее распространенным является посимвольный метод приема сложных сигналов (рис. 3.0.3). Его сущность сводится к тому, что каждая из случайных величин (3.0.1) в пороговом селекторе первоначально отождествляется с одним из выходных символов канала, а затем на основе сформированной таким образом м-значной комбинации принимается то или иное решение. При фиксированной структуре приемника и выбранном коде задача наивыгоднейшего сопряжения процесса демодуляции с данной процедурой декодирования сводится к поиску экстремума функций одной переменной с при некоторых дополнительных условиях, накладываемых целевым назначением системы и структурой кодовых комбинаций (с — величина порога в первой решающей схеме).

Однако даже после решения такой задачи численные значения основных характеристик системы существенно отличаются от величин, потенциально достижимых при идеальном декодировании в целом (см. § 7 гл. II и рис. 3.0.4). К сожалению, практическая реализация идеального мало уступающих идеальному декодированию в целом. декодирования связана с выполнением большого числа () сложных преобразований совокупности величин (3.0.1). В связи с этим становится понятной актуальность исследования методов сопряжения процессов демодуляции и декодирования, допускающих простую техническую реализацию и по эффективности

Рис. 3.0.1. Функциональная блок-схема двоичного приемника.

Сюда в первую очередь относятся способы аналогового посимвольного декодирования, которые позволяют опознать переданное сообщение (информационные символы) в результате выполнения небольшого числа

рис 3.0.2. Одномодные распределения и .

сравнительно простых преобразований всей последовательности аналоговых случайных величин (3.0.1). Высокая эффективность таких методов декодирования обусловлена тем, что в них не проводится «преждевремен-

Рис. 3.0.3. Блок-схема оконечного устройства при посимвольном методе приема.

ное» квантование случайных величин на выходе приемника.

Перспективными также являются исследования методов, при которых в процессе декодирования используются некоторые более или менее грубые характеристики данной реализации случайной последовательности (3.0.1). Блок-схема такого рода оконечных устройств показана на рис. 3.0.5. Здесь последовательность (3.0.1) одновременно поступает на два устройства. В первом она обрабатывается так, как это делалось при посимвольном методе приема, а во втором проводится более или менее грубый сравнительный анализ относительных мер похожести случайных величин (3.0.1). Результаты, полученные после выполнения последней операции, учитываются при декодировании и в значительной мере предопределяют решение. На этом принципе основаны метод Вагнера, прием по наиболее надежным символам, прием с симметричной зоной стирания, прием с двумя градациями верности и др.

Рис. 3.0.4. Блок-схема оконечного устройства приема сложных сигналов «в целом».

На рис. 3.0.6 представлена блок-схема приемного устройства, в котором осуществляется посимвольный прием с экстраполяцией значения порога в первой решающей схеме (величина порога перед демодуляцией -го элементарного сигнала устанавливается с учетом значений ранее полученных символов).

Рис. 3.0.5. Блок-схема оконечного устройства с посимвольным методом приема и сравнительным анализом относительных мер похожестей

Такой способ приема является специфическим для линейных и некоторых других кодов, в комбинациях которых существует априори известная связь между символами.

Пусть передача ведется с помощью простейшего линейного кода с . Тогда после приема информационных символов следующий (проверочный) символ с вероятностью, приблизительно равной будет такой, который получается суммированием по модулю два ранее принятых символов, а с вероятностью — ему противоположный. Это позволяет выбрать величину порога при приеме -го символа наилучшим образом, например, в соответствии с критерием идеального наблюдателя.

Для кодов с 3 такого рода прием с экстраполяцией величины порога, конечно, проводится более сложным образом. Основная задача здесь заключается в разработке эффективной и простой процедуры предсказания значения порога.

Рис. 3.0.6. Блок-схема оконечного устройства с посимвольным методом приема и экстраполяцией величины порога в первой решающей схеме.

Кратко описанные принципы обработки искаженных сигналов, конечно, не исчерпывают всех идей, которые могут быть использованы для относительного повышения достоверности и скорости передачи при сравнительно простых аппаратурных решениях. В частности, по-видимому, в некоторых случаях могут оказаться полезными различного рода комбинированные методы приема и декодирования.

Большинство из затронутых вопросов анализируется в гл. XII и XIII. Полученные в них результаты представляют интерес для систем как с постоянными, так и с переменными параметрами. Однако при оптимизации последних возникает ряд специфических проблем, связанных с разработкой теории адаптивных систем связи. Сюда, в первую очередь, относятся задачи по разработке эффективных, но достаточно простых методов контроля за состоянием каналов (например, интенсивностью замираний) и вопросы оптимальной (в каком-то смысле) подстройки процедур кодирования, демодуляции и декодирования под изменяющиеся условия передачи. Анализу методов контроля за состоянием канала но сигналам, несущим основную информацию, и вопросам адаптивного декодирования посвящена гл. XIV.