Общая характеристика задач приема сигналов

Рассматривается система передачи (рис. 1.1). На вход системы передачи поступает первичный сигнал b(t). Модулятор преобразует первичный сигнал b(t) в модулированный сигнал s(t) для передачи на расстояние по линии передачи. Считается, что линия передачи не искажает сигнал s(t). На вход демодулятора поступает сумма сигнала s(t) и помехи n(t): z(t) = s(t) + n(t). Считают, если специально не оговорено, что помеха n(t) – это АБГШ (точнее, шум белый в полосе пропускания линии передачи). По сигналу z(t) демодулятор должен восстановить первичный сигнал , который наименее отличается от подлежащего передаче сигнала b(t). При демодуляции необходимо учесть все характеристики сигнала s(t) и помехи n(t).

В зависимости от характера первичного сигнала (цифровой или аналоговый) системы передачи делятся на цифровые и аналоговые. В этих системах по-разному выполняются модуляция и демодуляция, по-разному количественно оценивается точность восстановления первичного сигнала. Свойства и формирование сигналов аналоговых и цифровых видов модуляции рассмотрены в модуле 1. В этом модуле рассматриваются задачи, возникающие при демодуляции сигналов:

- алгоритмы (схемы) демодуляции сигналов;

- помехоустойчивость систем передачи – способность системы передачи противостоять действию помех.

В цифровых системах передачи сигнал s(t) – это последовательность канальных символов, которые отображают первичный цифровой сигнал и поступают на вход канала связи через тактовый интервал Т:

, (1.1)

где s_i(t), i = 0, …, М – 1 – канальные символы;

М = 2ⁿ – количество канальных символов;

n – количество бит, передаваемых одним канальным символом;

– i-й канальный символ, передаваемый на k-м тактовом интервале.

При демодуляции неизвестными являются номера i канальных символов. Известными являются канальные символы (форма импульсов, их частота (частоты), их фазы, тактовый интервал, моменты отсчета тактовых интервалов). Каждый канальный символ s_i(t), если это удобно, обозначается как s_i.

Демодулятор должен различать канальные символы – выносить решение о номерах переданных канальных символов и выдать решение битами согласно модуляционному коду.

Будем считать, что демодулятор выносит решение о переданном канальном символе на каждом тактовом интервале независимо от решений на других тактовых интервалах. Такой способ демодуляции называется поэлементным приемом. При поэлементном приеме работу демодулятора рассматривают на отдельных тактовых интервалах, например, при k = 0 демодулируемый сигнал имеет вид

. (1.2)

Здесь номер канального символа неизвестный, и демодулятор должен вынести решение о номере i. Поскольку на вход демодулятора поступает искаженный помехой сигнал, то решение о переданных канальных символах будут содержать ошибки. Ошибка канального символа – это решение демодулятора после поступления на вход демодулятора символа s_i при j ¹ i. Ошибки появляются случайно из-за случайного характера помехи. Неверное решение демодулятора о канальном символе приводит к появлению на выходе демодулятора одного или больше неверных бит (в зависимости от модуляционного кода). Вероятность ошибки бита р является количественной мерой помехоустойчивости цифровой системы передачи. Вероятность ошибки бита р наряду со скоростью сигнала R является основной характеристикой цифровой системы передачи.

В аналоговых системах передачи сигнал описывается информационным и неинформационными параметрами. Информационный параметр сигнала, отображающий подлежащий передаче сигнал b(t), является реализацией некоторого случайного процесса и описывается статистическими характеристиками этого процесса. Неинформационные параметры сигнала считаются известными, так как они, как правило, не изменяются со временем или изменяются довольно медленно и могут быть измерены демодулятором.

Восстановление первичного сигнала в аналоговых системах передачи в теории связи рассматривают как задачу восстановления сообщения. При разработке алгоритмов (схем) демодуляторов нужно опираться на некоторый критерий точности восстановления первичного сигнала, который численно характеризует отклонение восстановленного сигнала от передаваемого сигнала, например, средний квадрат погрешности (под погрешностью понимают разность между восстановленным сигналом и переданным b(t)). Средний квадрат погрешности является количественной мерой помехоустойчивости аналоговой системы передачи.

При обсуждении демодуляции кроме задач различения сигналов и восстановления сообщений часто рассматривают третью задачу – выявление сигнала. Суть этой задачи заключается в следующем: демодулятор должен вынести решение – есть ли на его входе некоторый сигнал известной формы или же на вход поступает только помеха. Эту задачу будем рассматривать как частный случай задачи различения сигналов, когда система передачи двоичная и один из сигналов тождественно равен нулю.

Контрольные вопросы

1. Что является количественной мерой помехоустойчивости цифровых систем передачи?

2. Что такое поэлементный прием цифровых сигналов?

3. Что является количественной мерой помехоустойчивости аналоговых систем передачи?