Файл: Кондратьев, С. Л. Применение метода функционального моделирования для оценки помехоустойчивости систем связи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 61
Скачиваний: 0
Анализ приведенных (и других) результатов показывает, чтб разработанные модели являются состоятельными и эффектив ными.
в) Pin) ofi-
0,5-
v- О,*
У-
/ |
г |
з |
и |
5 |
в |
S) |
|
|
|
|
|
Р(п) |
|
|
|
|
|
0,7 |
|
—ОФГ-дез за*иран//</ |
|
||
|
|
|
|||
Ofi |
|
% & 4 •/<?-* |
|
|
|
0,5 |
|
0ФТ-меоУ!.за/ш/>ашя |
|
||
|
|
|
|
|
|
0,h |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,Ъ |
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
! |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
Рис. 4.8.
§4.3. Оценка помехоустойчивости системы распознавания
образов на функциональных моделях
Способность систем связи успешно работать в условиях помех зависит от свойств используемых сигналов, а также от методов их обработки. В конечном итоге принятие решения о том, какой элемент сообщения был передан, основано на различиях сигна лов и выполняется тем лучше, чем качественнее способна систе ма обработки распознать эти различия. Кодер и модулятор вно сят их, среда и помехи в определенной степени маскируют (иска жают) сигналы, затрудняя демодулятору и декодеру принимать правильное решение, ориентируясь на заранее"известные при- , знаки элементов сообщения.
Если система связи способна оценить свою работу в изменяю щихся условиях и может принять решение на изменение своей структуры, параметров ФЭ или связей между ними, то такая система называется адаптированной. Существующие в настоя-
10 Зак. 802. |
145 |
щее время системы не обладают указанными свойствами и По этому не являются адаптивными. Однако если в систему вклю чить и оператора, принимающего решение на изменение режима работы, на замену антенны и т. д., в зависимости от условий и оценки качества работы, то имеются все признаки адаптивности системы.
Поэтому переход к адаптивным системам есть прежде всего задача автоматизации. В ее основе лежит возможность научить автомат всем действиям, выполняемы*! оператором, а может быть, и некоторым другим, которые оператор не способен выпол нить. В свою очередь, проблема обучения автомата принимать верные решения предполагает его способность по определенным
признакам |
отличать одно состояние (свое или |
внешней среды) |
от другого |
состояния. Проблема распознавания |
признаков или |
их совокупности (образа) является предшественницей принятия решения на изменение связей или структуры системы, а теория распознавания образов — необходимый раздел теории адапта ции систем связи. Очевидно, что распознать ситуацию в канале связи или классифицировать объекты по свойственным им при знакам возможно лишь в том случае, если приемное устройство (рецептор) способно воспринять эти ситуации.
По своему существу теория обнаружения есть частный слу чай распознавания одной ситуации (помеха и сигнал) от второй (только помеха). Такая процедура свойственна системе AT. Си стема ЧТ или ОФТ в обоих случаях осуществляет различение ситуаций одного вида (сигнал + помеха), основываясь на несхо жести (неподобии) сигналов, а также на априорном знании того, что, например, в системе ЧТ признаком «1» является ча стота /ь а признаком «О» — частота /2. В системе AT таким при знаком является уровень принимаемого сигнала, хотя можно воспользоваться и другой системой признаков.
Действительно, пусть в приемнике имеется устройство, спо собное на длительности элемента сигнала взять несколько отсче тов (желательно больше) и по ним построить функцию распре деления (гистограмму) огибающей и фазы. По их форме уже можно будет оказать, что на данном отрезке времени.передава лась «1», так как закон распределения фазы явно Неравномер ный, в то время как в другом случае он близок к равномерному, что свидетельствует о передаче «О». Если различия не очень ярко выражены, можно дополнительно сослаться на то, что и огибаю щая в первом случае отличается от закона Рэлея, а во втором явно подобна ему. Таким образом, «1» или «О» представляются совокупностью признаков, свойственных распределениям оги бающей и фазы. Если рецептор способен выполнить указанные функции, а решащщее устройство различить не только эти два случая, но и отличия в функциях распределения при воздействии разного вида помех или в уровнях сигнала, то получим устрой ство, способное оценить состояние канала, а затем по соответст-
14$
вующйм правилам изменить свою структуру (связи или пара метры рецептора и решающих схем) для улучшения качества функционирования. В качестве устройства, оценивающего своё •состояние, можно, например, использовать устройство обнару жения ошибок и по числу срабатываний в единицу времени судить о ходе передачи информации.
Описанная здесь система, дополненная процедурой обучения, имеет все признаки системы распознавания образов и в то же время призвана решать обычную задачу приема сигналов AT. Имеет ли смысл построение более сложной системы, если су ществуют более простые? Очевидно, ответ зависит от того, спо собна ли она выполнить свои задачи в тех условиях, в которых обычная система работает плохо. Краткому рассмотрению такой системы и посвящается данный параграф, что позволяет просле дить за методикой использования ФМ в процессе разработки (поиска) новых систем связи.
4.3.1. Общие принципы построения системы распознавания
Основная идея, заложенная в любой системе распознавания, состоит в выборе совокупности признаков, на основе различий которых решающее устройство системы и осуществляет разделе ние объектов. В качестве признаков, позволяющих различить
одно состояние (передается «1») от другого (передается «О»), |
||
можно использовать различия в форме, спектре, моментах или |
||
в функциях распределения параметров сигнала, как |
это |
преду |
сматривается в данном случае. Сущность трудностей |
при |
созда |
нии систем состоит прежде |
всего в выборе наиболее устойчивой |
к влиянию внешних условий |
(наиболее информативной) совокуп |
ности параметров сигналов. |
|
Вторая важнейшая проблема заключается в выборе метода разделения искаженных изображений классов, учитывающих не только первичные свойства сигналов, но и те, образно говоря, «метки», которые наносит внешняя среда (помехи) на сигнал, а следовательно, и на выбранную совокупность признаков. Если среда нестационарна, то построенное нами пространство призна ков будет постоянно изменяться: одни признаки становятся более информативными, чем другие, что заставляет систему изменять
свое «поведение», приспосабливаясь |
к |
происходящим измене |
ниям, т. е. изменять алгоритм gM(', |
t) |
работы. Для этого авто |
мат либо должен «посмотреть», как ведет себя в этих условиях «учитель», а затем смоделировать его алгоритм go-( •, t), стремясь добиться минимальных различий по избранной мере Q, либо, если учителя нет, постепенно набираться «жизненного опыта».
В любом случае автомат должен наблюдать внешние усло
вия, а затем уже настраиваться |
на работу в новом состоянии. |
В этом и состоит основной смысл |
и способ преодоления априор |
ной недостаточности и в этом заключается одно из существен ных отличий системы распознавания от существующих систем,
основанных на системе априорных предположений. |
|
10* |
147 |
Наиболее общим предположением, положенным в основу раз работки оптимальных систем, часть которых рассматривалась выше, является предположение о нормальности процесса, в силу
Формирователь изображении
от УПЧ-Т
фазо- V)acu(emjупепь на
|
ФД-2 |
|
тель |
X(t) |
от |
| |
|
||
|
|
|
||
гетеро |
|
|
|
|
дина |
I |
|
|
|
|
|
|
схема |
|
|
|
|
определения |
|
|
|
|
интервала |
|
|
|
|
\13менения5Х,У[ |
|
|
ЯД |
К = ь г ~ |
|
|
|
|
|
||
|
>име- |
Схема формирования |
||
|
. jfwu цсили- |
отсчета |
мгновенной |
|
|
|
|
амплитуоы |
|
_^на регистр
от | системы
синхронизации
I
Рис. 4.9.
чего корреляционная функция при нулевом среднем значении полностью выражает процесс и, следовательно, использова ние каких-либо других статистических признаков не может улуч^ шить принятие решения (решающее, устройство идеально). Со гласованные фильтры и выдают напряжения, пропорциональные функции корреляции, так как в них заложена заранее известная форма сигналов. Если процессы не являются гауссовскими, то корреляционной.функции уже недостаточно и можно воспользо-
ваться другими различиями в сигналах для повышения верности решений. Именно на этом и строится рассматриваемая нами система.
Ре ш.аизщее |
устройс/п^с |
/У« передатчик
Но.если полоса пропускания системы невелика, то, как из вестно, процессы на.выходе имеют тенденцию к нормализации. Это подтверждает, .что различия в функциях распределения могут быть выявлены за счет расширения полосы. Расширение полосы сверх некоторого значения Fo может привести к тому, что выигрыш, получаемый за счет учета большего числа разли чий, будет потерян из-за роста уровня помех.
14» |
' |
'. |
.149 |
|
|
|
Очевидно, что выбор наиболее чувствительных к изменению признаков решающих схем позволит ограничиваться не очень широкими полосами пропускания.
Далее, так как параметры сигнала являются переменными, то, видимо, следует использовать непараметрические статистичеокие процедуры в решающем устройстве, которые, к сожале нию, не обладают свойством-оптимальности при всех изменениях статистических свойств обрабатываемых данных [14].
Кроме указанных обстоятельств, существенное влияние на верность решения будет оказывать и статистическая неустойчи вость гистограмм, обусловленная небольшим числом отсчетов, которые можно взять на длительности т и при данной полосе F.
Имеются и другие негативные факторы, которые делают сом нительным уопешное функционирование такой системы. Но здесь и не ставится задача получения оптимальной или подоптимальной системы. Главная цель состоит в показе использования ФМ при разработке (поиске) новых принципов построения систем.
Чтобы рассмотрение было более конкретным, а результаты объективными, в модели предусмотрена и вторая решающая схема некогерентного приема A M сигналов, рассмотренная в предыдущем параграфе, причем обе системы будут работать при одних и тех же тест-моделях помех и при одном и том же прием ном устройстве. На рис. 4.9 приведена укрупненная функцио нальная схема системы распознавания, состоящая из рецептора (приемного устройства, дополненного специфическим устрой ством построения гистограмм), решающего устройства (прин ципы построения которого рассматриваются ниже), а также системы управления как самим устройством, так и работой пере датчика.
В качестве образов используется совокупность |
одномерных |
|||||
функций |
(гистограмм) распределения огибающей, |
фазы и их |
||||
•производных (точнее, разностей), взятых по отсчетам |
через ма |
|||||
лый интервал времени At, где: |
|
|
|
|
||
Ai(t)=VXj(t) |
+ r#(t)i |
Xi=Acos<p(t); |
t=kAt, |
|
||
< P s ( 0 = a « : t g - ^ - ; |
Г „ = Л 8 1 П 9 ( * ) , |
|
|
|||
в свою |
очередь |
полученных |
на модели |
векторного |
сложения |
|
(§ 3.1). Функциональные элементы, выполняющие операции A(t) и ср(/), а также построения гистограмм, исследовались как на цифровых, так и. на физических моделях с оценкой их подобия.
В зависимости от вида помех и используемых сигналов функ ции распределения существенно изменяются. Здесь показаны результаты только для простейших случаев, в которых, кстати, •нельзя ожидать большого выигрыша. Важно убедиться в двух основных свойствах системы:
1) в способности системы установить, что помеховая ситуа ция изменилась;
150