Методы адаптивного приема сигналов в каналах радиосвязи с комплексным воздействием различных типов помех тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, доктор технических наук Сединин, Валерий Иванович

• Сединин, Валерий Иванович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Сединин, Валерий Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

1 МЛ ТЕМА ТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ В КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ

1.1.Общие замечания.

1.2. Модель сигнала адаптивной системы радиосвязи.ч.

1.3. Модель помеховой обстановки в каналах радиосвязи.

1.3.1.Характеристики каналов радиосвязи и источников естественных помех.

1.3.2. Модели помех в каналах радиосвязи.

1.4. Аппроксимация импульсной помехи локальными сплайн-функциями .Г.

1.5. Особенности частотно-временного различения сигнала и структурно-^ подобных помех в канале радиосвязи.

Основные результаты первого раздела.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы адаптивного приема сигналов в каналах радиосвязи с комплексным воздействием различных типов помех»

Краткий анализ современного состояния проблемы.

Защита систем связи различного назначения от радиопомех представляет собой одну из важнейших задач, возникающих как при разработке, так и при практическом использовании радиотехнических устройств. Данная проблема обусловлена прежде всего увеличением количества радиоэлектронных средств, одновременно работающих в эфире и разнообразием выполняемых ими задач. Вследствие этого резко возрос уровень взаимных помех систем радиосвязи. Помехи создаются так же радиотехническими средствами других служб (радионавигация, радиолокация) промышленными установками, линиями электропередач, электробытовыми приборами и т.д., это так называемые станционные и индустриальные помехи. Чтобы обеспечить нормальное функционирование аппаратуры радиосвязи в подобных условиях, в последние годы потребовалось большее внимание уделить проблеме электромагнитной совместимости. Задача защиты средств радиосвязи от радиопомех связана так же с быстрым и эффективным развитием систем радиопротиводействия, используемых в системах связи специального назначения. Это так называемые преднамеренные помехи. Применительно к системам радиосвязи многообразие помех в довольно общем случае можно представить в виде следующих основных компонент: широкополосная флуктуационная помеха (ФП),совокупность узкополосных (станционных) помех (УП),широкополосная импульсная помеха (ИП) и совокупность внутрисистемных, так называемых, структурно-подобных помех (СП).

Широкополосная, флуктуационная помеха учитывает наличие собственных шумов приемника, атмосферных помех, шумов космического происхождения и др. Этот вид помех всегда присутствует в канале радиосвязи, однако для него проблемы повышения помехоустойчивости приема решены в рамках классической теории оптимального приема.

Узкополосные ( сосредоточенные по спектру) помехи (УП) представляют собой радиоизлучения (в том числе продукты нелинейности) систем, работающих в различных радиосетях, системах радионавигации, точного времени и других систем, создающих взаимные помехи. Интенсивность этих помех подчас оказывается чрезвычайно высокой вследствие перегруженности радиочастотного спектра. Основная мощность УП сосредоточена в отдельных, относительно небольших участках диапазона частот, как правило существенно меньших полосы пропускания приемника. Такие помехи создаются сигналами посторонних радиостанций (вещательных, телевизионных, связных и т.п.). Воздействию УП особенно подвержены каналы связи в диапазонах длинных, средних и коротких волн, что является следствием условий распространения радиоволн в этих диапазонах. Хотя в настоящее время проблема защиты от этих помех становится актуальной и в более высокочастотных областях радиосвязи за счет широкого внедрения средств радиосвязи с подвижными объектами. Поэтому эффективность работы современных систем радиосвязи в значительной степени определяется не только замираниями и помехами типа флуктуационного шума, но и степенью защиты системы радиосвязи от воздействия УП.

Математические модели УП и методы защиты от них рассматривались в ряде работ многих авторов [1,2]. Наибольшее распространение получили несколько видов моделей УП, одна из которых подробно описана в монографии [ 2 ]. В этой работе обосновывается представление УП в виде некоторого квазидетерминированного случайного процесса, поскольку по своему характеру УП представляют собой сигналы других радиосредств, имеющих те же свойства, что и полезные сигналы. Квазидетерминированная модель УП позволяет учитывать в наиболее общем виде статистические, а так же структурные особенности УП в частотно-временной области. Основываясь на квазидетерминированной модели авторы монографии синтезировали адаптивные алгоритмы приема сигналов в условиях воздействия узкополосных помех с априорно неизвестными квадратурными коэффициентами передачи канала связи для помех. Особенностью, полученных алгоритмов обработки сигналов, является процедура вычитания из принятой смеси оценки совокупности УП, полученной с помощью обучающей выборки с последующей корреляционной обработкой и сравнением результатов обработки для каждой позиции сигнала со своим порогом, зависящим от структурных свойств УП. Приведенные результаты исследования содержат алгоритмы обработки сигналов и анализ их помехоустойчивости как для одиночного, так и разнесенного приема. Однако известные алгоритмы приема обладают существенными недостатками. Их невозможно реализовать в реальных системах радиосвязи, так как они требуют полной априорной информации о типе, числе и параметрах узкополосных помех. А эта информация практически всегда неизвестна.

Следует отметить что, квазидетерминированная модель УП не является единственной, хотя и охватывает довольно широкий класс практических приложений. В литературе приводятся и другие модели УП, позволяющие реализовать эффективные методы повышения помехоустойчивости систем связи в присутствии узкополосных помех.

Вторым основным фактором, оказывающим существенное влияние на помехоустойчивость приема информации в системах радиосвязи являются импульсные помехи, вызванные грозовыми разрядами, системами зажигания автомобилей и другими источниками атмосферного и промышленного происхождения. Причем на частотах до 30 мГц преобладающими являются ИП атмосферного характера, а на частотах более 30 . 40 м Гц основные источники ИП имеют промышленный характер, в том числе формируются системами зажигания автомобилей.

Следует отметить, что в отличие от узкополосных помех, импульсные помехи относятся к классу широкополосных помех, так как их энергия сосредоточена в интервале времени, существенно меньшем длительности полезного сигнала. Причем в зависимости от происхождения импульсная помеха может быть представлена регулярной или случайной последовательностью мешающих импульсов.

Практическая реализация схем приема, оптимальных относительно ИП с неравномерной интенсивностью во времени, возможна только при известной форме помех*. В такой постановке задача оптимального приема сигналов решалась многими авторами. В частности Финком Л.М. [1] показаны принципиальные возможности оптимального подавления импульсных помех, которые представляются моделью р виде бесконечного ряда Фурье. Аналогичные результаты получены в работах Теплова Н.Л. [7].

Основной вывод, полученный в этих работах заключается в том, что случайная природа происхождения импульсных помех исключает возможность получения предварительной информации об их форме. Отсюда следует, что требуемые сведения о форме ИП могут быть получены только путем измерения параметров ИП непосредственно в процессе приема сигналов. Другими словами оптимальные алгоритмы приема сигналов в каналах радиосвязи с импульсными помехами принципиально должны быть адаптивными. Общей теории адаптивного подавления ИП не существует. Нет и исчерпывающих экспериментальных данных по сравнительной эффективности различных квазиоптимальных методов подавления импульсных помех. Для построения практических схем подавления ИП, как правило используются сведения лишь об основных параметрах ИП: эквивалентная длительность помехи и ее положение на оси времени. Классификация практических схем подавления ИП, используемых в системах радиосвязи, может быть взята, например, из работы Гольденберга А.П. [8].

Второй вывод, вытекающий из анализа известных исследований по подавлению ИП заключается в том. Что методы оптимального построения приемника в условиях воздействия импульсных помех в значительной мере противоречат оптимальному построению приемника при воздействии узкополосных помех. Сами авторы этих работ отмечают, что оптимального алгоритма построения приемника сигналов в условиях одновременного присутствия в канале связи разнородных помех (УП и ИП) в настоящее время не существует. До настоящего времени на практике используются компромиссные способы построения блока защиты приемника от одновременного воздействия этих помех, позволяющие в некоторой степени подавить как импульсные так и узкополосные помехи. Форма помехи в общем случае определяется функцией распределения её интенсивности в интервале длительности сигнала.

Следующий класс помех, которые приводят к снижению помехоустойчивости носит название внутрисистемных или структурно-подобных помех (СП). Эти помехи представляют собой имитационные помехи в виде сигналов, по своей структуре подобных полезному сигналу. Основная природа возникновения внутрисистемных помех это особенности распространения радиоволн в эфире. В дека метровом диапазоне частот СП обусловлены особенностями пространственного распространения радиоволн в ионосфере. Это так называемое многолучевое распространение, в том числе эффект кругового эхо-сигнала. В каналах радионавигации СДВ, ДВ радиодиапазона (например, РНС «Лоран-С») эти помехи обусловлены наличием соседних, территориально расположенных цепочек радиопередающих средств. В каналах мобильной радиосвязи ОВЧ диапазона волн внутрисистемные помехи обусловлены наличием переотражений от различных наземных объектов, радиосигналов аналогичных по назначению радиосистем. Это, например, взаимные радиопомехи нескольких радиотелефонов, работающих в одном территориальном районе.

В литературе приводится довольно много методов защиты от внутрисистемных помех. Это в первую очередь работы, связанные с методами борьбы с многолучевостью в КВ радиоканалах [ 3 ].

В системах радионавигации эти вопросы рассматриваются так же многими авторами, например в [ 4 ].

Наиболее эффективные методы защиты от внутрисистемных помех в диапазоне ОВЧ реализованы в популярных многоканальных радиотелефонных системах. В этих системах рабочий канал выбирается спецпроцессором в результате анализа всех разрешенных частотных каналов, с точки зрения наличия в них внутрисистемных помех. Подобные системы известны в литературе, как частотно-адаптивные радиолинии или радиолинии с под экстремальными частотами [ 5 ]. Основной принцип работы адаптивной радиолинии заключается в выполнении неравенства Рош < Рош кр, где Рош кр -критическое (предельно- допустимое) значение вероятности ошибочного приема.

В целом наиболее эффективным методом защиты от внутрисистемных помех является применение в первую очередь широкополосного сигнала с большой базой и правильный выбор структуры приемника с учетом основных причин возникновения внутрисистемных помех.Как правило, внутрисистемные помехи относятся к классу широкополосных помех. А это накладывает свои особенности на построение блока защиты от таких помех.

Известно, что методы защиты от узкополосных и широкополосных помех (ШП) по своим принципам существенно различны [1] и поэтому блоки защиты от этих помех, как правило, описываются и реализуются раздельно. В литературе приводится довольно много методов и алгоритмов защиты от каждого вида таких помех. Однако эти алгоритмы сложны в реализации и находят ограниченное применение при практической реализации. Кроме того, все полученные алгоритмы предполагают защиту только от какого-то одного класса помех, либо узкополосных, либо импульсных, либо структурно-подобных помех. Практически же эти виды помех в канале радиосвязи всегда присутствуют одновременно. Проведенный краткий анализ показывает, что единой теории приема сигналов в каналах радиосвязи с комплексным воздействием всех вышеперечисленных видов радиопомех4 при полной априорной неопределенности помеховой обстановки в настоящее время не существует.

Решение проблемы априорной неопределенности помеховой обстановки в каналах радиосвязи в настоящее время осуществляется по нескольким направлениям.

Первое направление можно условно назвать адаптивным, оно состоит в ^ подстройке структуры и параметров системы при изменении условий ее ^ функционирования. Пионерскими работами в этой области являются работы

Цыпкина JI.3. [ 6 ]. Большой вклад в развитие адаптивных методов передачи и приема сигналов внесли Стратонович PJL, Шахгильдян В.В., Цыкин Я.В., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Курицын С.А., Фалько А.И., Лосев Ю.А., Шувалов В.П., Шинаков Ю.С., Трифонов А.П.,Уидроу Б., Стирз С. и другие.

Адаптация эффективна, когда неизвестна сравнительно небольшая совокупность параметров сигналов и помех. Если же число неизвестных параметров велико, применяются непараметрические методы приема, основанные на теории непараметрической оценки гипотез. Эти методы составляют второе направление решения проблемы априорной неопределенности. Существенный вклад в развитие этого направления внесли Левин Б.Р., Тарасенко Ф.П., Калюжный Л.Г, Лапит В.Ю. и другие.

Третье направление - построение систем связи, инвариантных к типу помех. Основы этого направления созданы Петровичем Н.Т., Окуневым Ю.Б., Заездным А.П., Плоткиным E.H. и рядом других отечественных и зарубежных ученых. К числу такого рода систем можно отнести системы передачи с обратной связью, некоторые системы с шумоподобными (сложными) сигналами, системы связи , не чувствительные к определенным параметрам помех.

Все эти системы, отличаясь принципами построения, обладают общим свойством инвариантности к тем или иным помехам, или к изменениям параметров канала связи. Наличие этого общего свойства у внешне разных систем, а так же практическая важность проблемы повышения помехозащищенности систем связи в условиях априорной неопределенности • обуславливает необходимость их исследования в рамках соответствующих разделов общей теории передачи сигналов.

При этом желательно, чтобы эта теория не только обобщала известные результаты, но и позволяла бы решать новые задачи, например, обеспечение инвариантности системы связи к типу помех с реализацией алгоритмов обработки в цифровом виде. В настоящее время такая общая теория отсутствует.

Поскольку данная проблема в условиях полной априорной неопределенности относительно помеховой обстановки не имеет конечного решения, то автором ставится задача разработки элементов общей теории адаптивного приема в каналах с комплексным воздействием помех ФП, УП, ИГ? и СП, при расширенной априорной неопределенности относительно характеристик и параметров помех.

Постановка задачи исследования. На основе анализа современного состояния проблемы защиты от комплекса помех можно сформулировать следующую постановку задачи исследований. Предлагается разработать элементы общей теории адаптивного приема сигналов в системах радиосвязи с комплексным воздействием различных типов помех. Для этого необходимо произвести синтез алгоритмов обработки сигналов с подавлением как узкополосных, так и широкополосных (в том числе) структурно-подобных помех с неизвестными параметрами и количеством в системах радиосвязи для различных диапазонов частот. Причем, в отличие от традиционного адаптивного подхода, необходимо синтезировать алгоритмы приема в том числе и в цифровом виде, что позволит существенно упростить реализацию полученных алгоритмов на современной микропроцессорной элементной базе.

Вторая, не менее важная задача данных исследований, заключается в оценке помехоустойчивости полученных алгоритмов и ее сравнении с потенциальной помехоустойчивостью в условиях флуктуационного шума. Как показывает анализ результатов известных работ по оценке помехоустойчивости систем связи в условиях помех, практически отсутствуют работы по оценке помехоустойчивости систем связи при комплексном воздействии УП и ШП, в том числе структурно-подобных помех. Кроме того, такие исследования отсутствуют для цифровых адаптивных алгоритмов приема. Эту задачу предполагается решить по двум направлениям: аналитический анализ и имитационное моделирование на ПЭВМ.

Следующая задача, которую предполагается решить в рамках данных исследований заключается в оценке возможности реализации полученных алгоритмов в различных системах радиосвязи, а так же в сравнение помехоустойчивости практически реализованных алгоритмов приема с помехоустойчивостью оптимальных алгоритмов, полученных аналитическим путем.

Формулировка основных направлений работы. В соответствии со сформулированными выше задачами исследований предлагаются следующие основные направления работ.

1.Произвести синтез и анализ помехоустойчивости адаптивных алгоритмов приема полезных сигналов с подавлением различных типов помех ( УП, ИП,

СП) в условиях априорной неопределенности относительно характеристик помеховой обстановки и параметров самих помех: а) неизвестны состав и количество помех на входе приемника; б) неизвестны амплитуда, частота, фаза и время действия УП; в) неизвестны форма и время действия ИП; г) неизвестно частотно-временное отличие помех (СП) и сигнала.

2. Для решения первой задачи надо разработать математичеЪкую модель помеховой обстановки, адекватно отражающую характеристики реальных каналов радиосвязи. Разработать методы синтеза адаптивных алгоритмов подавления узкополосных помех в цифровой форме с двумя возможными вариантами их реализации :

- на основе классификации УП по степени влияния на помехоустойчивость приема полезного сигнал и использования конечного числа устройств подавления УП;

- на основе адаптивного цифрового обеляющего фильтра.

3. Сделать аналитический и имитационный анализ помехоустойчивости полученных цифровых алгоритмов подавления помех. Для этого разработать методы теоретического анализа адаптивных алгоритмов приема с учетом классификации помех, а так же разработать методику статистического моделирования на ЭВМ различных способов подавления помех в цифровом виде.

4. Выполнить опытно-конструкторские работы по практической реализации полученных адаптивных алгоритмов помехоустойчивого приема сигналов в различных системах радиосвязи и радионавигации. Путем натурных экспериментов произвести сравнительную оценку эффективности предлагаемых данной теорией и известных ранее систем подавления помех. Выработать рекомендации по практическому построению эффективных блоков защиты приемника от наиболее распространенных типов помех для различных систем радиосвязи и радионавигации.

Решение намеченного комплекса теоретических и технических задач можно рассматривать как решение научной проблемы, имеющей . важное народнохозяйственное значение для России.

Методы исследования. Все вышеописанное стимулирует поиск новых подходов к решению проблемы оптимизации системы связи в целом. При этом успешное решение поставленной задачи в существенной степени зависит от правильного выбора математического аппарата. При решении поставленных задач использовался математический аппарат теории статистической радиотехники, а так же методы вычислительной математики и математического моделирования.

Достоверность основных теоретических выводов подтверждается результатами моделирования на ЭВМ и экспериментальными исследованиями на действующих макетах и опытных образцах блоков защиты от помех, изготовленных при техническом руководстве автора данной работы по заказам ведущих НИИ России.

Научная новизна работы заключается в результатах исследования методов защиты систем радиосвязи от комплексного воздействия различных типов помех при априорно неопределенной помеховой обстановке. В частности:

- предложена квазидетерминированная модель помеховой обстановки в каналах радиосвязи, включающая в себя различные типы наиболее распространенных помех: флуктуационный шум, узкополосные, импульсные и структурно-подобные помехи;

- разработан метод синтеза адаптивных алгоритмов приема сигналов с одновременным подавлением различных типов помех в канале радиосвязи с априорно неизвестными характеристиками помеховой обстановки;

- получены адаптивные асимптотически оптимальные алгоритмы приема сигналов с одновременным подавлением различных типов помех;

- разработаны методы синтеза адаптивных- алгоритмов подавления узкополосных помех в цифровой форме с двумя возможными вариантами реализации: на основе классификации узкополосных помех по степени вредности и на основе адаптивного цифрового обеляющего фильтра;

- обобщена и развита методика оценки помехоустойчивости адаптивных алгоритмов приема сигналов с подавлением узкополосных помех, использующих процедуру классификации помех;

- сделан аналитический и имитационный анализ помехоустойчивости полученных алгоритмов приема сигналов с подавлением различных типов помех;

- выработаны рекомендации по практическому построению эффективных блоков защиты радиоприемников различных систем радиосвязи и радионавигации, работающих в сложной и априорно неизвестной помеховой обстановке.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что результаты теоретических и экспериментальных исследований легли в основу принципов технического проектирования блоков защиты от помех систем радиосвязи и радионавигации для радиоканалов с различными типами помех. В частности:

- дано теоретическое обоснование необходимости введения в структуру оптимального приемника адаптивного блока защиты от комплекса помех, включающего в себя блоки обнаружения, классификации и подавления помех;

- даны рекомендации по построению блока защиты от узкополосных помех с ограниченным числом подавителей помех;

- сформулированы рекомендации по построению блока защиты от узкополосных помех в цифровом виде на микропроцессорной элементной базе. Эти рекомендации включают в себя выбор элементной базы и расчет параметров всех элементов блока защиты;

- даны рекомендации по практическому построению блока защиты от структурно-подобных помех, в том числе в присутствии и узкополосных помех.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть полезными широкому кругу проектировщиков научно-иссЛедовательских учреждений, занимающихся улучшением помехоустойчивости существующих и проектированием новых систем радиосвязи и радионавигации.

Результаты данной работы по защите от структурно-подобных помех могут быть рекомендованы потребителям существующих радиотелефонных систем, они существенно снижают уровень взаимных помех путем правильного построения системы радиосвязи в целом.

Результаты, полученные в работе могут быть рекомендованы проектировщикам современных подвижных систем радиотелефонной связи (сотовые, транкинговые и пейджерные системы ).

Реализация в промышленности России и внедрение результатов работы осуществлено в виде выполнения хоздоговорных НИР и ОКР, проводимых при техническом руководстве и непосредственном участии автора (ответственный исполнитель всех работ) в интересах ведущих НИИ России. В период 1976 по 1997 г.г. были получены следующие практические результаты.

Создан опытный образец мобильного стенда контрольных измерений параметров передающих антенн и анализа помеховой обстановки для радионавигационной системы Лоран - С. Заказчик - Российский институт радио навигации и времени (ЛНИРТИ).

Мобильный измерительный комплекс включал в себя анализатор помеховой обстановки, позволяющий обнаруживать и классифицировать все, рассмотренные в данной работе помех: УП, ИП, СП. А также систему аналоговых и цифровых подавителей всех обнаруженных типов помех. Опытный образец изделия прошел успешные испытания на полигоне заказчика в г. Великие Луки.

- Созданы образцы цифровых микропроцессорных демодуляторов с адаптивным подавлением узкополосных помех, предназначенные для систем сухопутной радиосвязи. Заказчик - Воронежский НИИ связи.

Действующие образцы макетов блоков защиты прошли успешные испытания на предприятии заказчика.

• - Разработаны научно-обоснованные рекомендации по построению блоков защиты от различных типов помех в системах морской и магистральной радиосвязи. Заказчик - Омский НИИ приборостроения.

Отдельные результаты данных исследований внедрены в учебный процесс в Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики в лекционных, лабораторных и практических занятиях дисциплин профессиональной схемотехнической подготовки студентов: радиоприемные устройства; устройства приема и обработки сигналов ; схемотехническое обеспечение средств связи с подвижными объектами ; проектирование и техническая эксплуатация радиотехнических устройств; схемотехника радиотехнических устройств.

Отдельные схемотехнические вопросы диссертационной работы детально прорабатываются студентами в рамках курсового и дипломного проектирования.

Отдельные теоретические вопросы , относящиеся к проблематике данной диссертационной работы под руководством автора продолжают детально прорабатываются соискателями и аспирантами СибГАТИ.

Практическое использование основных результатов диссертации подтверждено соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 4 Международных, 18 Всесоюзных, 6 Российских, 8 Республиканских Научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах. Кроме того, все результаты работы, полученные при выполнении плановых хоздоговорных и госбюджетных НИР и ОКР зарегистрированы и опубликованы в 22 научно-технических отчетах. По результатам данной работы получено 10 авторских свидетельств и подано 2 заявки на изобретение.

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 89 печатных работах:

1 - монография;

20 - статьи в центральных журналах;

36 - тезисы и материалы докладов на НТК ;

10 - авторские свидетельства ;

22 - научно-технические отчеты, зарегистрированные в ВИНИТИ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений. Основной материал работы изложен на 304 страницах машинописного текста, а так же включает в себя 80 иллюстраций и таблиц. Список литературы по каждому разделу приводится отдельно. Всего библиография содержит 139 наименований. В приложениях приведены документы о внедрении и использовании результатов исследований.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Сединин, Валерий Иванович

Основные результаты первого раздела

1. Исследование основных направлений синтеза адаптивных алгоритмов приема показывает, что в условиях априорно неизвестной помеховой обстановки с комплексным воздействием различных типов помех эффективным способом преодоления априорной неопределенности является направление синтеза адаптивных алгоритмов с классифицированным обучением на основе эмпирического байесовского подхода.

2. Успешное использование эмпирического байесовского подхода при решении поставленных задач определяется созданием квазидетерминированной модели помеховой обстановки для реальных каналов радиосвязи, которая должна включать в себя модели следующих основных типов помех:

- узкополосных, станционных помех;

- Широкополосных,импульсных помех;

- структурно-подобных помех.

3. В дополнение к известной квазидетерминированной модели узкополосных помех предложена квазидетерминированная модель импульсной помехи, описываемая локальными кубическими сплайн-функциями, весовые коэффициенты которых определяются в результате классифицированного обучения.

4. Предлагаемая квазидетерминированная модель структурно-подобных помех основана на структурных различиях полезного сигнала и помех в частотно-временной области. Для априорно известного сигнала параметр частотно-временного различия структурно-подобной помехи включает в себя два скалярных параметра: время запаздывания и частотный сдвиг относительно соответствующих параметров сигнала.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Сединин, Валерий Иванович, 1998 год

1. Стратонович P.JI. Принципы адаптивного приема.- М.: Сов . радио, 1973.- 140 с.

2. Шахгильдян В.В., Лохвицкий М.С. Методы адаптивного приема сигналов. М,: Связь, 1974. - 158 с.

3. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применениев радиотехнике. М,: Сов.радио, 1960. - 664 с. ч

4. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. -М.: Сов радио, 1978. -320 с.

5. Репин В.Г., Тарковский Г.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем-М.: Сов.радио, 1977. -432 с.

6. Сикарев A.A., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М.: Связь, 1978. - 328 с.

7. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции, т.1. М.: Сов. радио, 1972.-744 с.

8. Э.Сейдж, Дж. Меле. Теория оценивания и её применение в связи и управлении. М.: Связь, 1976. - 496 с.

9. Уидроу, Гловер, Маккул. Адаптивные компенсаторы помех. Принципы построения и применения. Тр. ин-та инж. по электротехнике и радиоэлектронике.: Пер. с англ., 1975, т. 63, №12, с. 69-68.

10. Лосев Ю.И. Адаптивная компенсация помех в каналах связи.-М.: Радио и связь, 1988.-208 с.

11. Адаптивные фильтры.Под редакцией к.ф.н. Коуэна и П.М.Гранта. 1988.

12. Моизинго P.A., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. Пер. с анг. -M.: Р и С, 1986.

13. Защита от радиопомех. Под ред. Максимова M.B. М.: Сов. радио, 1976. - 496 с.

14. Комарович В. Ф., Сосунов В. Н. Случайные радиопомехи и надежность KB связи. М.: Связь, 1977. - 135 с.

15. Шаров А.Н. Пропускная способность радиолиний с частотной адаптацией. Радиотехника, 1981, т. 35, №2, с. 31-33.

16. Робине Г. Эмпиричиский байесовский подход к задачам теории статистических решений: Пер. с англ. Математика, 1966, 10:5, с. 122-140.

17. Сединин В.И. Прием сигналов в присутствии узкополосных помех снеизвестными параметрами. Тр.учеб. ин-тов связи, 1982, вып. 107, с. 41-48.

18. Сединин В.И. Прием сигналов с итеративной процедурой оценки параметров узкополосных помех. В кн.: Материалы УШ Всесоюз. конф. по теории кодирования и передачи информации. М., 1981, с. 110- 116.

19. Сединин В.И. Смирнов Н.Н., Фалько А.И. Вопросы обнаружения сигналов и оценки их параметров в каналах с сосредоточенными помехами. Вопр. радиоэлектроники. Сер. общетехническая, 1979, вып. 6, с.43- 50.

20. Сединин В.И., Смирнов Н.Н., Фалько А.И. Помехоустойчивость адаптивных систем разнесенного приема сигналов с пассивной паузой в каналах с сосредоточенными помехами.-Вопр. радиоэлектроники, сер. общетехническая, 1978, вып. 7, с. 71- 75.

21. Баранчеев В.В. Математическая модель совокупности аддитивного шума в каналах с сосредоточенными помехами. ТУИС, вып.68. 1974. с. 174- 176.

22. Финк JI.M. Теория передачи дискретных сообщений.-М.: Сов.радио 1970.-728с.

23. Теплов H.JI. Анализ оптимальных схем приема дискретных сигналов на фоне сосредоточенных ( по спектру или во времени) помех. Электросвязь № 12, 1968.

24. Железнов Н.А. Некоторые вопросы спектрально-корреляционной теории нестационарных сигналов. Радиотехника и электроника, 1959, т.4., № 3, С.359- 373.

25. Ремизов JI.Т. Естественные радиопомехи. М.: Радио и связь. 1985.

26. Мясковский Г.М., Кириченко В.И. Статистические характеристики радиопомех в зоне действия сухопутной подвижной радиосвязи. -Электросвязь, 1980, N 6, с. 26-28.

27. Осипов В.А. Снижение радиопомех, создаваемых электрооборудованием автомобилей. -М.: Транспорт, 1977. с.55.

28. Венскаускас И.К., Малахов JI.M. Импульсные помехи и их воздействие на системы радиосвязи. Зарубежная радиоэлектроника, 1978, N 1, с. 95-125.

29. Watt A.D., Maxwell E.L. Measured statistical characteristics of VIF Atmospheric. Radio Noise. «Proceedings of the IRE», v.45, N 1, Januar 1957, p. 55-62.

30. Juhara H. Ishida Т., Hidashimura. Measurement of the amplitude probability distribution of atmospheric noise. « Journal of Radio Research Laboratories», v.3, Jan.1956, p. 101-108.

31. Horner F. Narrow band atmospherics from two local thunderstroms. -«Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics», v.21, April 1961, p. 13-25.-¿У

32. Hall H.N., A new model for «impulsive» phenomena: Fpplication to atmospheric noise communication channels. - Techn. Rept. No 3412-8 and 7050-7, April 1961 1966, Stafipd., Calif., USA, 1966.

33. ЬЗЗ.Бабанов Ю.Н. Проблемы взаимных помех при совместной работе радиосистем.-Горький:ГГУ, 1975.-143с.

34. Варакин JI.E. Теория систем сигналов. М, «Сов. радио», 1978, с.304.

35. Shinde М.Р., Gupta S.N. A model of HF Impulsive Atmospheric Noise. «IEEE Transactions on Electromagnetic compability», V.EMC-16, No 2, May 1974. ч

36. Clarce C. Atmospheric Noise Structure (Measuring Equipment for 15kc/S-20 Vc/S). « Electronic Technology», v. 37, 1960, p. 197.

37. Gupta S.N. Short-term time characteristics of atmospheric radio noise above different thresholds.- «IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility»,v. EMC-13, p. 1055-1063.

38. Disney R.T., Spaulding A.D. Amplitude and time statistics of Atmospheric and Man-Made Radio Noise.- ESSA Technical Report ERL 150 ITS98, USA. Departament of Commeree, Boulder, Colorado, 1970.

39. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко B.JI. Методы сплайн-функций. -М: Наука, 1980.

40. Rappaport S.S., Kurg L. Optimal Decision Thresholds for Digital Signaling in Nonn-Gaussion noise. IEEE Intern. Conv. Rec., pt.2, v.13,1965.

41. Shepelavey B. Non-Gaussian Atmospheric Noise in Binary Data Phase Coherent Communication Systems. IEEE Transs., CS-11, N3,1963.

42. Гольденберг А.П. Характеристики систем подавления импульсных помех. Электросвязь, 1966, N 2, с.31-42.

43. Агеев Д.В., Кузьмин Б.И. Потенциальные возможности подавления импульсных помех в радиоприемных устройствах. -Радиотехника, 1978,t.33,N2,C. 77-83.

44. Желудев В.А. Асимптотические формулы для локальной сплайн-аппроксимации на равномерной сетке. -ДАН СССР, 1983, т.269, N 4, с.797-802 .1. S2

45. АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИЕМА В КАНАЛАХ• РАДИОСВЯЗИ С КОМПЛЕКСНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОМЕХ21. Общие замечания

46. Таким образом, теории построения оптимальных алгоритмов приема сигналов при одновременном воздействии узкополосных и широкополосных (импульсных) помех при полной априорной неопределенности относительно структуры и параметров помех не существуют.

47. Рассмотрим некоторые новые элементы этой теории и вытекающие из нее конкретные алгоритмы приема.

48. Способы преодоления априорной неопределенности при синтезеадаптивных алгоритмов приема сигналов в каналах радиосвязи с узкополосными и импульсными помехами

49. В соответствии с критерием минимума среднего риска 2.11. оптимальное правило принятия решения о приеме r-го варианта сигнала определяется соотношением1.Ar/ > InА0, (2.1)

50. В этом случае пороговый уровень А0 в неравенстве (2.1) равен1. А0= 1, In А0 = 0. (2.2)

51. А правильное правило решения о приеме r-го варианта сигнала будет иметь вид ч1. Aw >0, гф1. (2.3)

52. Функционал отношения правдоподобия , усредненный по всем неизвестным параметрам сигнала и помех в общем случае можно представить в видеf ЩЯ, Лир,\ )F(Y Tzr, Л, Лир, Лф )dAdAup dl,pд c,( ^ул)(2 5)jrnlк,к)F(Y/ Z,,л,лир,л,р)ашир^р'

53. Здесь F{YIгг,Л,Лир,^р) функция правдоподобия принятой реализации Y{t) при передаче сигнала ZT(t) и фиксированных параметрах сигнала и помех;

54. W(A, Лир, Л1р) совместная плотность вероятности случайных параметров сигнала и помех, заданных своими законами распределения;

55. G(X,ЛирЛ,р) область интегрирования, определяемая пределами изменения вектора параметров сигнала Л , узкополосных помех Лир и импульсных помех 4.

56. Можно классифицировать следующие характерные ситуации, связанные с априорной неопределенностью относительно параметров Лр = |/£ар, Я.р } .

57. Наиболее распространенным является полиномиальное описание функциональных ограничений,когда1или наиболее общее линейное описание относительно параметров аmr\a) = ^ai<pXtM). (2.7)l

58. Большое значение имеет специальный случай, когда дополнительно задана корреляционная матрица вектора помех Яр: R = Ця^Цfvn = Я^Я^ ; aVfi = R^; v, // = 1,., п,п+1.

59. Если же совокупность узкополосных помех представляет собой марковский случайный процесс, то

60. ПК) = иWx / Ж (Я(;>), (2.10)п=2где переходная / и начальная ^(Л^) плотности вероятности могутбыть полностью или частично априорно заданы.

61. Этот второй случай имеет важное практическое значение, так как позволяет эффективно преодолевать априорную неопределенность помеховой обстановки.

62. Практически всегда можно предположить, что сигнал, узкополосные и импульсные помехи статистически взаимно независимы, поэтому1. ЩЛ, КР л) = МЛр) • (2.11)

63. Обучающая выборка при классифицированном обучении, т.е. при отсутствии полезного сигнала, на одном интервале имеет вид0 = ^ © , С, £ ^ + ©(/, ) К'У Л ) + ) • (2Л 4)1

64. При неклассифицированном обучении в выражении (2.14) присутствует и полезный сигнал.

65. Метод классификации помех при синтезе адаптивных алгоритмов приема

66. При отмеченных исходных положениях классифицированная выборка помеховой обстановки, характеризующая эволюцию помеховых воздействий на вход приемника имеет вид:при одновременном воздействии всех типов помех

67. С, ) = £©,(О сов(а>т / + <рщ) + ©(/,. М/,) + ); (2.17)при воздействии узкополосных помех на фоне флуктуационного шумасоз+ (2.18)ыпри воздействии импульсной помехи на фоне флуктуационного шума2.19)-/¿У

68. Форму огибающей импульсной помехи опишем сплайном (1.45) с неизвестными узлами (моментами гладкого сопряжения многочленов составляющих сплайн) и неизвестным вектором /? ((,) параметров сплайна.

69. В процессе обучения по классифицированной обучающей выборке в приемнике возникает ошибка измерения отсчетов е некоррелированная с хЫ) и имеющая нормальное распределение с известными математическим ожиданием и дисперсией. 4

70. Таким образом, наблюдаемая обучающая выборка преобразуется в уравнение наблюдения, определяющее механизм взятия отсчетов в моменты времени 7 = 1,2,., И, имеющее вид+ (2.20)

71. В общем случае наблюдаемая обучающая выб9рка (2.20) представляет нестационарный временной ряд. Однако на каждом текущем отрезке времени обучения такой ряд может быть приведен к стационарному и представлен Во-льдовским разложением 2.16.

72. В основу классификации помех по наблюдениям стационарного случайного ряда У'= { у (/7) }, где Ц е Ь, t^+m\, и+т моменты начала и конца обучающей выборки, положим статистику отношения правдоподобия

73. Когда проверяется одновременное наличие в канале связи узкополосных и импульсной помех (гипотеза Н*=| = Н1(Ащ,а}щ,^щ,®1(г/) = 1,1 = 1,^Щ) = 1)) в присутствии флуктуационного шума при альтернативе

74. НО(М^,ЛИ,0ХГ) = О,0(Г) = О);лгун ) ™ ^(У^^^ехр = и = имир,@((^ = о ' ^0(У/Н0) 'когда проверяется наличие в канале связи только узкополосных помех и флук-туационного шума.Гипотеза Я1=2 = Н ,©,(/,) = 1,/ = р\Г,0(г) = 0)на альтернативном фоне Н0.

75. С¥'//?(,,),©(г,),0,.(*,) = 0,/ = 1,Nир)--- 'когда проверяется наличие в канале связи только импульсной помехи и флук-туационного шума. Гипотеза = Н3(/?(Г),0(Г) = = 0,1 = 1,№„р)на альтернативном фоне Н 0.

76. Для решения задачи классифицированного обучения в целом воспользуемся правилом обучения с памятью в т этапов: на текущем интервале обучения 7 [, ? ¡+т. утверждаются решения:относительно гипотезы Нь если1. А (У; Н,) > А (У; Н2);

77. А (У; Н,) > А (У; Н3); (2.24)1. А (Г; Н,) (а; Н0); .относительно гипотезы Н2, если1. А (У; Нг) > А (У; Н,);

78. А (У; Н2) > А (У; Н3); (2.25)1. А (У; Н2) > А, о (а; Н0);относительно гипотезы Н3, если1. А (У; Н3) > А (У; Н,);1. А(У;Нз)>А(У;Н2); (2.26)1. А (У; Н3) > X о (а; Н0);относительно гипотезы Н0, если не выполняются условия (2.24). (2.26).

79. Необходимые максимально правдоподобные оценки узкополосных помех, определяющие алгоритм спектрального анализа, могут быть получены из решения системы уравнений правдоподобия относительно неизвестных параметров помех 2.32.1. F(zm/A)дХ.0. (2.28)

80. По этой обучающей выборке, в результате спектрального анализа могут быть сформированы все априорно неизвестные параметры каждой, г ой спектральной составляющей узкополосной помехи.

81. Классифицированную обучающую выборку на этапе спектрального анализа запишем в виде массива входных данных1. К,,') . %»\а>щ,0 .1чи)(а>т, 0 . Жц)К,,,0 ••• /л(о)ирКр,0 (2.30)

82. Здесь определяется г - ой составляющей совокупности узкополосных помех на у ом интервале обучения, N ир - максимально возможное число гармонических составляющих УП, определяемое заданной разрешающей способностью спектрального анализа.

83. Общую ошибку аппроксимации запишем в виде1. Ртои = 11. Щсопр)с1соир *2.33)где №(соир) апостериорная плотность распределения спектральных составляющих УП аип = {о)ир.,.,й)иР;,.,соирЫ } на оси частот.

84. Принимая во внимание наличие систематической и случайной ошибок аппроксимации 2.37. запишем общую ошибку аппроксимации (2.33) через эти составляющие12ирг1