Файл: Свириденко С.С. Основы синхронизации при приеме дискретных сигналов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.07.2024

Просмотров: 147

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

я сравнении полученной величины с пороговым напряжением

Uп

^(0)

 

Р(1)

 

где Еь Е2— энергии сигналов Sj(7) и s2(t)

соответственно.

При напряжении на входе uBx(t) =Si(t) + l ( t ) выходное напря­

жение

X exp

- J -

j

s2(t, X)Ut)dt dX.

 

°

Г (Ä.)

 

Но интеграл q 0 J

 

 

пде i =1; 2, іпредставляет тобой

не зависящее от Л напряжение шума

щ Шмп «а входе решающего

устройства приемника

максимального

правдоподобия. Величина

— J Si(t, X)s,(t)dt,

где

l = j. 2

и j I- 2, представляет со-

бой соответствующее сечение нормированной функции неопреде­ ленности 4fiji(l) сигналов S i ( t ) и S j ( t ) , помноженной на величину

/z=2£/G„.

Обозначим

In/ш (А,) еЛчг‘| w d Х = гп h, ln$ w (К) eft (Wd X = elSh.

Заметим, что для ортогональных сигналов Чгі2=0, для противопо­ ложных Чгі2( 0 )= —1 . С учетом обозначений ыВых=«і Ш МП-----^ 2 Ш МП Т "

+іец/г—ei2к. В соответствие с (12, 100] ивых имеет нормальное рас­ пределение со средним значением uBUX—h(&n&і2) = кг[[—XF)2(0)],

где е — ■ 8ll ~ El—-и дисперсией о2=2/г[1—ЧГі2(0)]. 1—^12 (0)

Вероятность ошибки, заключающейся в принятии решения, что на входе действует сигнал s^(t), в то время как в действитель­ ности имеет место сигнал Si(t), определяется по формуле

Р{*і

s2) = Ф

еД [1 -У 12(0)] \

Л ( _

р Л[

h [ 1 - У і 2(0)1

/2 Л (1 - ^ 12(0)) )

\

f

, 2

 

 

 

Аналогичную формулу можно получить и для вероятности оши­ бочного решения о наличии сигнала Ss(t), в то время как на вхо­ де действует сигнал s2(t). Так как функция неопределенности сиг-

95


нала имеет четный характер, полная вероятности ошибки (потен­ циальная помехоустойчивость) в случае различения двух сигналов

Р „ ^ ф ( - е / З Н р Ж ) .

Смысл величины е легко уяснить, сравнив это выражение с потен­ циальной помехоустойчивостью приемника тех же сигналов, но с постоянными параметрами [12, 100]:'

Таким образом, величина е2 характеризует уменьшение отношения мощности сигнала к мощности шума, при котором потенциальная помехоустойчивость приемника сигналов с постоянными парамет­ рами становится равной потенциальной помехоустойчивости при­ емника сигналов со случайными параметрами.

РАЗЛИЧЕНИЕ НЕСКОЛЬКИХ СИГНАЛОВ

Алгоритм работы приемника с усреднением функции правдо­ подобия при различении нескольких (т) сигналов на фоне адди­ тивного белого нормального шума заключается в вычислении k напряжений [100]:'

 

uk =

ln Jw (X) ехр

- j sk(X,

t) «вх (0 dt dX,

 

 

л -

Т

 

где k = \ , 2,

..., m, и принятии решения,

что на входе присутствует

тот сигнал,

для

которого ик наибольшее.

В соответствии с изложенным ранее, напряжение ик при дей­ ствии на входе сигнала sh(t) представляет собой нормальный слу­

чайный процесс с дисперсией о2= Іг

и средним значением

uk =

uts = ln y w (Ä-)exp

■^r

f sk(t; X) sk(() dt

dX.

 

 

Uq «J

 

 

А

 

T (X)

 

Остальные же

напряжения Uj,

где іф к , имеют нормальные рас-

пределения-с той же дисперсией и средним значением

1

 

exp ~

J

stV, X)sk(t)dt dX.

 

 

 

T M

 

 

Повторив рассуждения предыдущих разделов, получим вероятность ошибки в случае различения m сигналов:'

Р= Ф

где е= ец при ортогональных сигналах. Таким образом,

а) получены формулы, с помощью которых можно определить помехоустойчивость приемников с усреднением функции правдо­


подобия без конкретизации их структуры. Например, при опреде­ лении помехоустойчивости квадратурного приемника не требуется перехода к рэлеевским распределениям {12];

б) во многих случаях для характеристики работы приемников сигналов со случайными параметрами достаточно вычислить от­ носительное уменьшение потерь е в отношении сигнал/шум.

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ

НЕСКОЛЬКИХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА

Так как в практике разработки дискретных систем связи 'необ­ ходима оценка их помехоустойчивости для различных сочетаний ,алгоритма работы приемника и случайно изменяющихся парамет­ ров сигналов, рассмотрим способ упрощенного расчета помехо­ устойчивости различных систем связи с .дискретными сигналами путем определения характеристик помехоустойчивости интересую­ щего нас типа приемника по результатам, полученным для прием­ ника другого типа. Кроме того, Описываемый ниже способ в рав­ ной степени позволяет оценить влияние на помехоустойчивость со­ вокупности случайных параметров сигнала по результатам расче­ та помехоустойчивости при случайном изменении каждого из па­ раметров сигнала в отдельности.

Допустим, что известны зависимости помехоустойчивости і(или вероятности пропуска сигнала) приемника максимального прав­ доподобия от отношения сигнал/шум при случайных изменениях параметров Я4 и Яг в отдельности. Для простоты рассмотрим влия­ ние только двух параметров, хотя все рассуждения можно рас­ пространить на п случайных параметров сигнала. Покажем, что, пользуясь этими известными характеристиками, можно оценить помехоустойчивость этого же приемника при случайных совмест­ ных изменениях параметров Яі и Я2-

Пусть Pnp(h, Х2, h) — зависимость вероятности пропуска сиг­ нала от отношения сигнал/шум h при данных мгновенных значе­ ниях параметров принимаемого сигнала Яі и Я2; Рщ>(№і, Wz, h) — зависимость средней вероятности пропуска сигнала от отношения сигнал/шум при известных функциях, плотности вероятности па­ раметров Яі и ЯгКак частный случай, следует, что ДщЛдуі= 6(0). w2t h] — это зависимость средней вероятности пропуска сигнала от отношения сигнал/шум при случайных изменениях только од­

ного

параметра

Яг, которые

характеризуются

распределением

w2(X2).

 

 

 

Рпр[®і = б (0),

w2, /і] получа­

В соответствии с [12] вероятность

ется

усреднением

Рпр['Яі= 0,

Я2, h]

по известному распределе­

нию ш2(Я2):

 

 

 

 

 

 

Рпр

= б (0), w2, h] =

I w2(Я2) Рпр (Я* = 0,Я2, A) d Я2,

 

 

 

 

л,

 

 

где А,- — область изменения параметра Я,-,

 

4— 267

97


Если на входе приемника действует сигнал и нормальный бе­ лый шум,

Р„р(^ = 0, Лі,Л) = Ф{ФІА^(Л,)]},

где ^ (Х2) — сечение нормированной

функции неопределенности

по параметру Хъ причем Y (Л,=Л*) =

1 (X* — истинное значение па­

раметра), а конкретная зависимость cp(г) определяется видом при­ меняемой в системе связи манипуляции. Например, для частотной

манипуляции 9 (z) =

,

Для

фазовой чр(г) = У Г и т. д. При

отсутствии

расстройки по

параметру z = h .

Все сказанное в рав­

ной степени

справедливо

и

для

случая

расстройки Л* когда

w2(Xz) = 6 (0 ). Если известны средние вероятности ошибки Р 0пім,і=

= 6 (0 ),

Wz, ti] и PonJ[®i,

аі2=6({)), А],

средние вероятности пропуска

сипнала

РПр[>ь w2=t8(Q),

h] и ArpNi = 8(0), Wz, h] всегда можно

представить в виде

 

 

 

 

Рлр [о»! =

6 (0), w2 h] =

Ф {ф [ба (Ша, Щ/і]},

 

Pup К , W2 =

ö (0), h] =

Ф (ф [в! (wv h) h]},

где z(w, h) — относительное уменьшение отношения сигнал/шум за счет случайной расстройки по параметру X, при .котором веро­ ятность пропуска сигнала при отсутствии расстроек численно рав-і на вероятности пропуска сипнала в том же приемнике при наличии

расстроек.

 

 

 

и Х2 o>i,si(&i, Х2) =

Тогда

при

независимых расстройках

Хі

= Wi(Xi)w2(X2)

и

 

 

Рпр(Щ w*> А )= I* jte)li2( \ , М Pup ( К

^2,

h)dX1dX2 =

 

 

Лі л*

 

 

=

j" w (kj) j’w2 (X2) Ф {ф № і (hl) V (Xv

h)]}d A,x d Xi,

 

л,

кг

 

 

где Wi(Xi)h=v (Xi, h). Но интеграл по X2 можно записать в виде

0{(p[e2(w2, v)v(Xi, h)]}, так как v(Xi, h) не зависит от Хі. В этом случае

Рпр = f

(X,) Ф 1 ^ (X,) h е2 (а»*, h,

(Л,))]} d V

л,

 

 

Расчеты показывают, что величина е(шь Л,

практически

не зависит от Хі.

Обозначив hez(w2) = u(fo, h), получіим оконча­

тельно

 

 

^пр = Ф {ф К К > Л)/і]} =

= Ф{ф[е1(ші, h е2, (w2, h)) е2 (w2, h)h]}.

Оказывается, средняя вероятность пропуска сигнала при гауссо­ вом шуме на входе приемника при наличии случайных расстроек по двум параметрам может быть найдена по вероятности пропуска

9 8


сигнала для того

 

ж е

приемника при

отсутствии

расстроек ,

если

отнош ение

сигнал/ш ум

 

в еі,2= і8і ( йУь h z z (w z , h ) e z ( w z , h )

раз

мень­

ш е действую щ его

фактическій. В еличину

е м ож н о

определить

сл е ­

дую щ им обр азом .

 

П о

.известным зависим остям

средн ей

вероятно­

сти

ош ибки Pom(h,

W i)

 

оп ределяется вероятность

пропуска сигна­

ла

Рпр = 2Рош— Рлт

и

величина е для

прием ника м аксим ального

п равдоп одоби я, наприм ер, при AM :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е К , А) = 4 -

Ф“ *

{ Ф_І [2 р сш (Шь а;) -

Рлт (Л)]},

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где ^ ‘(Х) — функция,

обратная функции <р(Х).

В случае частот­

ной и ф азовой манипуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e(o>lf А) = 4Л ф_1 (Ф-1 [РошК, Л)]} .

 

 

 

 

Аналогичны м

обр азом нетрудно показать, что

в озм ож н а

оцен­

ка пом ехоустойчивости прием ника при совм естны х случайны х

 

рас­

стройках,

если приемник обр абаты вает

входн ое

напряж ение

по

критерию м аксим ального п равдоп одоби я

относительно парам етра

/•1 и представляет собой прием ник с усредн ени ем

функции п р авдо ­

п одобия ((байесов приемник)

относительно парам етра Яг-

Отметим,

что

квадратурны й

приемник

(или согласованны й

фильтр

с линей­

ным детектором оги баю щ ей ), работаю щ ий при

случайны х и зм ен е­

ниях какого-либо

п арам етра

си гн ала

(дополнительно к

ф азе

не­

сущ его к ол ебан и я ), относится к ук азан н ом у к лассу

приемников.

При независим ом изм енении парам етров сигнала имеем

 

 

 

 

 

ип

 

 

 

 

 

 

Рщ Н> т , А) = 4 (Ях) Г-4 - X

 

 

 

 

 

J

J

У 2л а

 

 

 

 

 

 

А,

—00

 

 

 

 

 

 

и — J w 3 (Я2) exp (fi ¥х (Яі)

(Я2) d Я2Г

 

 

X ехр

 

л,_____________________________ J

 

Яі =

 

 

2 as

 

 

d u d

 

 

 

 

 

 

 

 

j w i (Яі) Ф{ф [e2 (V,

Я2) ц]}с(Я1=Ф {ф [ei (оух,

Л)е2 (w 2,

А)А]},

л,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А налогичное

вы раж ение

м ож н о

получить дл я

вероятности п р оп у ­

ска сигнала

в

приемнике, усредн яю щ ем

функцию

правдоподобия

по п ар ам етр ам

Яі и Я2. П ри независим ы х

изм енениях

парам етров

Р,і р К и*, А) =

=ф[ф [in |щх(Ях) 5аі>(Я,)еЛѴ‘ (Х,,чг,(Х,)'егХ1«іЯ,1).

*■ L Л,

A,

if

Так как h W i ( X i ) = v ,

Р а9 К , «*, А) = Ф {ф [ln J о* (Ях) е Е*(Л- ві) л (Х‘> d Яі]} „

4 *

'0 9