Анотація до роботи:

Басов В.І. Прийом та обробка сигналів в каналах з частотно-селективними завмираннями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.12.02 – телекомунікаційні системи і мережі. Українська державна академія залізничного транспорту. Харків, 2004.

Проводиться аналіз стану проблеми прийому радіосигналів в каналах з частотно-селективними завмираннями. Систематизовані публікації за основними напрямками прийому радіосигналів в каналах з частотно-селективними завмираннями, сформульована задача досліджень і визначене місце результатів вирішення задачі прийому радіосигналів, одержаних в даній роботі.

Аналіз показує, що відомі в літературі моделі селективних завмирань і модель багато променевого розповсюдження радіохвиль досить повно і ефективно описують лінійний канал зв’язку. Вони є класичними. На основі цих моделей розроблено доволі велику кількість алгоритмів оптимального і квазіоптимального прийому сигналів, які пройшли канал з параметрами що залежать від частоти і з швидкими завмираннями. Для більшості додатків при неперервному каналі алгоритми виявляються досить складними в практичній реалізації.

З другого боку запропоновані алгоритми і системи прийому сигналів, які прості в технічній реалізації, основані на корекції каналу або сигналу. Такі системи передбачають використання на прийомній стороні в явній або неявній формі оцінювача поточного стану каналу (імпульсної характеристики або комплексного коефіцієнта передачі каналу) і пристрою, що відновлює втрачену форму системної характеристики (коректор каналу зв’язку) або інформаційний параметр сигналу (коректор сигналу). Критерієм точної настойки коректора сигналу є величина похибки відновлення інформаційного параметра в момент вибірки. Цьому напрямку присвячена досить велика кількість робіт (початок цьому напрямку, що називається нині адаптивною компенсацією, поклали роботи Л.М. Гольденберга і Д.Д. Кловського, 1959р.).

До нині створений ряд систем передачі повідомлень на основі лінійних адаптивних компенсаторів як для проводових, так і для радіоканалів. Дослідження завадостійкості таких систем показує, що вона нижча гранично можливої. Це пов’язане з тим, що в каналах, в яких на їх виході діє флуктуаційний шум, особливо при глибоких частотно-селективних завмираннях, відновлення форми передаваних сигналів, що є можливим при ідеальній корекції характеристики каналу, не забезпечує ще мінімізацію кількості помилкових рішень при передаванні дискретних сигналів, або середньоквадратичну похибку відновлення передаваного повідомлення при передачі неперервних сигналів. В останньому випадку задача особливо ускладнюється тим, що передавань повідомлення, як правило, входить нелінійно в сигнал, що передається.

В даній роботі пропонується і досліджується інший підхід, коли припускається, що фазочастотна характеристика каналу коректується до лінійної, а потім формується модель сигналу, який приймається і пропонуються методи оптимального прийому з урахуванням цієї моделі. Технічні рішення при такому підході простіше реалізуються при однакових характеристиках завадостійкості.

Таким чином, в даній дисертаційній роботі запропонована така постановка задачі. Найперспективнішим і радикальним напрямком в теорії і техніці прийому сигналів, які пройшли канал зв’язку з частотно-селективними завмираннями і адитивними завадами є оптимальний (квазіоптимальний) прийом сигналів з оцінкою поточного стану каналу зв’язку. Задачу доцільно розв’язувати в два етапи. На першому етапі в результаті поточної оцінки фазочастотної характеристики каналу зв’язку здійснюється фазова корекція каналу. В результаті маємо канал зв’язку з лінійною фазочастотною характеристикою і довільною (реальною без амплітудної корекції) амплітудно-частотною характеристикою каналу.

На другому етапі здійснюється побудова моделі каналу зв’язку з реальною амплітудно-частотною характеристикою і адитивними завадами. При цьому модель враховує всі параметри каналу, завад, сигналу.

Враховуючи, що модель, одержана таким чином, відображає канал зв’язку без “пам’яті”, то можливе використання марківської теорії нелінійної фільтрації при вирішенні задач оптимального (квазіоптимального) прийому сигналів, які пройшли в цілому канал з “пам’яттю”. В дисертаційній роботі показано, що внаслідок двоетапного підходу розв’язання задачі оптимального (квазіоптимального) прийому можливе при будь-яких адитивних завадах і одержані схеми приймачів простіші в технічній реалізації.

Розроблений метод прийому сигналів, які пройшли канал зв’язку з частотно-селективними завмираннями (багатопроменевим розповсюдженням радіохвиль) і адитивними завадами; синтезовані нелінійні алгоритми і системи прийому сигналів, що пройшли такий канал при наявності як флуктуаційних, так і квазідетермінованих адитивних завад. Наведені результати розрахунків завадостійкості прийому радіосигналів з частотною, фазовою і амплітудною модуляцією, котрі показують суттєву перевагу розробленого підходу до синтезу систем радіоприйому порівняно з існуючими.

Проблема оптимальної передачі повідомлень по каналам, що містять статистично неоднорідні середовища, займає центральне місце в сучасній теорії і техніці зв’язку. Можна легко помітити, що практично усі реальні канали зв’язку відносяться до цього класу каналів.

До тепер деякі сторони проблеми залишаються поки що маловивченими. Це, зокрема, відноситься до задач передачі повідомлень статистично неоднорідними середовищами, коли мають місце частотно-селективні завмирання і адитивні завади в каналах зв’язку. Не вирішена задача створення теорії прийому радіосигналів, які пройшли канал зв’язку з частотно-селективними завмираннями і адитивними завадами, яка дозволяє з одного боку одержати оптимальні (квазіоптимальні) алгоритми прийому, а з другого – досить просту їх технічну реалізацію.

1. В дисертаційній роботі розроблена марківська модель каналу зв’язку з частотно-селективними завмираннями (багатопроменевого каналу) з компенсацією нерівномірності групової затримки в каналі. Сигнальні та завадові складові на виході каналу описуються системою стохастичних нелінійних диференційних рівнянь. Таке описування каналу дозволяє використовувати марківський підхід до вирішення задачі синтезу оптимальних структур систем прийому модульованих сигналів на виході багатопроменевого каналу зв’язку.

2. Розроблені на основі теорії нелінійної оптимальної фільтрації алгоритми оптимального і квазіоптимального прийому модульованих (АМ, ЧМ, ФМ) радіосигналів. Одержані алгоритми дозволяють синтезувати оптимальні і квазіоптимальні приймачі не накладаючи обмеження на моделі сигналів, що приймаються і на діючі адитивні завади. Необхідно відзначити, що відомі алгоритми прийому сигналів в багатопроменевих каналах не дозволяють створювати алгоритми прийому, оптимальні при адитивних завадах, відмінних від білого шуму.

3. Синтезовані на основі розроблених алгоритмів оптимальні і квазіоптимальні системи прийому радіосигналів, які пройшли багатопроменевий канал зв’язку при дії адитивних завад. Одержані структурні схеми прийомних пристроїв в динамічному і стаціонарному режимах. Ці схеми можна реалізувати практично або програмним, або апаратним способами.

4. Використовуючи одержані системи нелінійних диференційних рівнянь для оціночних значень параметрів радіосигналів що фільтруються і для кумулянтів проведений розрахунок завадостійкості синтезованих прийомних пристроїв при різних видах модуляції. Аналіз результатів розрахунків дозволив зробити висновок про оптимальність синтезованих алгоритмів. Завадостійкість синтезованих приймачів відповідає завадостійкості прийому при розподілі і когерентному складанні окремих променів.

5. Одержані в дисертаційній роботі алгоритми квазіоптимального (оптимального в стаціонарному режимі) прийому ЧМ радіосигналів, використані при модифікації мобільної системи радіозв’язку “Транспорт РС-6”, дозволили підвищити ефективність систем поїзного та станційного радіозв’язку, уникнути перерв у зв’язку, завмирань сигналу та ін.)

Таким чином, в дисертації розроблені методи прийому сигналів що пройшли канал зв’язку з частотно-селективними завмираннями (багато променевим розповсюдженням радіохвиль) і адитивними завадами, синтезовані алгоритми і системи прийому таких сигналів і виконано аналіз завадостійкості алгоритмів і систем прийому при довільних випадкових параметрах сигналів і завад.