Глава 1. Модели систем передачи сообщений, алгоритмы приема и оценка качества

1.1. Обобщенная модель системы передачи дискретных сообщении

Основные преобразования сигналов при передаче дискретных сообщений от некоторого источника И к получателю (в одном направлении) в общем случае можно описать рассматриваемой ниже совокупностью операторов, которой соответствует обобщенная структурная схема рис. 1.1. При использовании в качестве носителя информации волновых, в частности электромагнитных, полей оператор передатчика характеризует отображение множества сообщений (символов) дискретного источника И на множество реализаций излучаемого ПВ сигнала Такой ПВ сигнал (поле) представляет собой функцию (вообще говоря, векторную) 1 времени и пространственных координат точки наблюдения Здесь и далее векторы выделены жирным шрифтом, а на структурных схемах ПВ сигналы, в отличие от обычных «временных», обозначены двойными стрелками. Векторное поле удобно представлять в ортогональном базисе:

где орты разложения скалярная компонента поля.

Заметим, что обычно используемые на практике передающие антенны, а также неоднородности канала, рассматриваемые как

вторичные источники излучения волн, создают в области расположения приемной антенны (дальней зоне) такие поля, для которых при надлежащем выборе системы координат можно считать, что лишь одна или две компоненты отличны от нуля (поперечное поле).

Рис. 1.1

Рис. 1.2

Оператор среды распространения (среды между пунктами передачи и приема) характеризует преобразование поля в реализацию принимаемого (анализируемого в месте приема) поля Этот оператор учитывает как свойства среды распространения для передаваемых сигналов, так и наличие шумов в канале и, следовательно, является стохастическим. Преобразование в большинстве задач связи, локации, обработки полей можно представить (рис. 1.2) в виде

где поле полезного сигнала в месте приема, связанное с посредством некоторого линейного оператора

аддитивное шумовое поле в месте приема, вообще говоря, коррелированное с На рис. 1.2 С — блок суммирования.

Оператор приемника характеризует преобразование реализаций принимаемого поля в решения на выходе приемника (или в оценки переданных сообщений). В целом рассматриваемая система передачи описывается оператором

связывающим сообщения, поступающие получателю, с первоначальными сообщениями, выданными источником.

В распространенных на практике системах связи и обработки сигналов сами операторы передатчика и приемника обычно представляются в виде произведения более простых операторов, соответствующих отдельным блокам системы (рис. 1.3).

Рис. 1-3

Оператор кодирования характеризует преобразование реализаций сообщений источника в совокупность символов кода основание кода на передаче,

Если элементарные кодовые символы соответствующие сообщению передаются по линии последовательно во времени, модулируя соответствующими им элементарными сигналами общую несущую по тому или иному параметру, систему называют последовательной или одночастотной [37, 58, 95]. Если же элементарные кодовые символы, соответствющие одному сообщению, передаются по линии параллельно во времени, систему называют параллельной или многочастотной [37, 58, 95], Разумеется, могут быть случаи комбинированного (последовательно-параллельного) построения системы передачи.

Оператор модуляции : описывает преобразование символов в соответствующие им реализации сигнала преобразователь сигнал — поле (ПСП) осуществляет преобразование сигналов в поля т. е. реализует некоторый оператор . В ходе преобразования сигнал — поле на передающей стороне можно осуществить независимую модуляцию отдельных поляризационных компонент, которую возможно использовать для организации многоканальной связи с разделением независимых источников по поляризационным свойствам или для повышения верности передачи сообщений одного источника [31, 99, 106].

Преобразователь поле — сигнал (ППС) - ему соответствует оператор осуществляет преобразование принимаемого поля в сигнал т. е. пространственную обработку. Оператор демодуляции . В характеризует преобразование сигнала в совокупность оценок кодовых символов а оператор декодирования преобразование совокупности символов в оценку кодовой комбинации (сообщения) При приеме в целом [128],

привлекающем в последнее время много внимания не только теоретиков, но и практиков, последовательность операторов Рдем, Гдек реализуется одной схемой, соответствующей единому оператору

При решении задач статистической теории связи для самых различных диапазонов волн под непрерывным временным -лом чаще всего понимают всю часть системы передачи информации от входа передатчика до выхода антенны приемная [см. рис. 1.3, участок между точками с сигналами ]. Используемые при этом разновидности моделей каналов можно отнести к категории пространственно-сосредоточенных или временных моделей. Такие модели позволяют ставить задачу поиска оптимальных (с точки зрения эффективности системы) методов преобразования сообщения в передаваемый сигнал и принимаемого сигнала в сообщение при заданном временном канале.

В настоящее время широко распространяются методы оптимальной и субоптимальной обработки ПВ сигналов (полей) в различных диапазонах радиоволн (оптическом, средне- и длинноволновом), а также в форме акустических и других колебаний.

Можно ввести в рассмотрение ПВ модель канала (см. рис. 1.1), связывающую поле на выходе антенны передатчика и входе антенны приемника и ставить задачу оптимизации всех устройств преобразования сообщения в передаваемый сигнал И его обратного преобразования в сообщение в месте приема, включая и построение оптимальных приемных и передающих антенн. Однако решение такой задачи встречает значительные трудности. Будем считать, что передающая антенна задана и включена в состав планируемого ПВ канала и, следовательно, его входной сигнал чисто временной (сосредоточен в пространстве), а выходной пространственно-временной см. рис. 1.3, канал между точками На базе такой модели можно ставить задачу оптимизации устройств формирования передаваемого сигнала и пространственно-временной обработки принимаемого поля с целью вынесения решения о содержащемся в нем сообщении.

Подчеркнем, что на базе приведенных моделей можно рассмотреть и передачу аналоговой информации по каналу дискретными методами, если на передающей стороне до кодера в состав этих моделей ввести аналого-цифровой преобразователь, а на приеме за декодером цифроаналоговый преобразователь [22, 93].