Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Зелигер Н.Б. Основы передачи данных учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
7.68 Mб
Скачать

где au и определены равенствами (4.19) и (4.20), а корреляцион­ ный момент Киѵ= М(и ѵ) =М [(6 ж—6 2) ( 6 y + 6 Z/)]= 4 4 ( 6 ^ + 6 x6 2

—ібѵб2—бг ) = К х у + К х г К у г

где M(uü)

математическое-

 

О

О

ожидание произведения центрированных величин и и ѵ [58], Кц — корреляционный момент между величинами б,- и бд а Dz — диспер­ сия величины б2. Таким образом,

К

и о — г х у сГд.Оу г хг a xa z

r yz о yo z

crz,

(4.22>

и в соответствии с (4.21), (4.22),

(4.19)

и (4.20)

 

 

г =

г х у

“Ь r X Z

Ол'Чг — r,JZ O y O z

Oz

(4.23>

 

 

 

 

 

V

( a l — 2 r «

° x ° z +

ö z ) ( 4

+ 2 r y z O y C z +

a z2 )

Наконец, математические ожидания au и av' величин u иѵ:

(4.24)

CIо — Оц

где ax, ay и az — математические ожидания величин бх, бѵ и öz. Если ввести замену

 

 

 

іх = u — au

 

 

 

 

 

 

°u

 

 

(4.25>

 

 

 

v ~ a v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ty =

 

 

 

то (4.18)

придет к виду

h --------- !--------(

 

 

'u+i2)

 

.

1

<2

-2 r tx

Рош =

1

k

і,

\/ 1

е 2(і —г1) \

*

х

У у! dtßty, (4.26)

 

 

 

 

 

 

 

---- 00

----- CD

 

 

 

где

h = P—a«

(4.27)

k = Ц —a„

Сто

Область интегрирования на плоскости f*/,,, (рис. 4.18й): представ­ ляет бесконечный квадрант АЕВ.

Введем еще замену

(4.28)

Ѵ ^ У

140

после чего (4.26) придет к виду

_ £f±£f

 

Рош"= 1 " " і І ' Я е 2 dXdy'

(4'29)

Д

 

где А — область интегрирования на плоскости ху (рис. 4.18 б), соответствующая области АЕВ на плоскости t j y. Так как область

АЕВ ограничена справа и сверху прямыми

tx = h, tff = k

(4.30)

и ничем не ограничена слева и снизу, то область А будет ограни­ чена лишь прямыми Е'А’ и Е'В', уравнения которых соответственно будут:

ѵЧ^-ѵѴ»-* (4.31)

(4.32)

На рис. 4.186 область А ограничена бесконечным углом А'Е'В'. Проведя через начало координат и точку Е' прямую QOE'P, раз­ делим ею область А на две: на область Аі внутри угла QOE'B' и на область Д2 внутри угла QOE'A'. Тогда

р™ = 1 - ( s r Я

^ * * 0

■ <4-33)

\ д,

д

/

В свою очередь,

£ Я - £ Я - £ Я - £ Я ^ Я -

Д і Д а А * Д 8 Д в

Здесь Аз — вся верхняя полуплоскость над прямой PQ, A4 — об-

141

ласть бесконечного срезанного угла PE'L\, Д5 — область первого квадранта gOri и Де — область прямоугольной полосы B'LOr\. Отдельно

**+У*

_ 1_

И

2 dxdy = 0,5,

(4.35)

 

е

а

у+4*

 

 

 

d l d ^ = T{OL, mi).

 

^ - f j e

2

(4.36)

Au

Здесь расстояние OL прямой Е'В' от начала координат, как это не­ трудно получить из (4.32),

OL = k,

(4.37)

а OTi= tg фь где ф4 — угол между прямыми ОЕ'

и Og. В соответст­

вии с (4.32) уравнение прямой 0 | будет

 

У =

Из (4.31) и (4.32) найдем координаты точки Е': k + h

Е

/ 2 ( 1 + г )

k — h

Уе' / 2 ( 1 + г)

Отсюда следует уравнение прямой ОЕ': k — л

У = k + h V W , * -

Из (4.39) и (4.41) после упрощений получим

h — kr

тх

* / 1 — г2

Далее

£*+11*

|*+4*■

=0 к £*+р.*

JJ е 2

2 d \ d т| = 0,5Ф (А).

а ;

о о

Таким образом, согласно (4.34) — (4.37), (4.43) и (4.44)

*2+уг

Я '

е 2 dxdy — 0,25 + 0,5Ф (k) Т (k, mi).

А,

(4.38)

(4.39)

(4.40)

(4.41)

(4.42)

(4.43)

(4.44)

(4.45)

142

Аналогично предыдущему доказывается, что

 

 

 

*2+і/2

 

(4.46)

Jj" е

2

dxdy = 0,25 -|- 0,5Ф (h) — Т (h, m2),

Ад

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.47)

Окончательно согласно (4.31), (4.45) и (4.46) получим

 

Рош = 0,5 [1 — Ф (k) — Ф (/г)] -I- Т (k, mi) +

Т (h, m2).

(4.48)

Пример. Учтем влияние погрешности фазирования на вероятность ошибки.

Пусть исправляющая

способность приемника р = 0,40.

Зададимся

коэффи­

циентом корреляции гху между величинами и 6„, равным 0,45, и коэффициен­ тами корреляции rxz и r yz между б* и 6,; и случайным смещением бг момента регистрации, равными соответственно 0,45 и 0,20 (рис. 4.18). Далее принимаем, что средние квадратические отклонения ах, ау, az величин 8Х, 8У и бг соответ­

ственно

равны сг.т = сти = ст=0,1і2,

о2=0,06,

а

математические ожидания величин

б*, и 62 равны нулю и, следовательно,

аи = а*=0.

что

 

Теперь,

пользуясь

(4.19)

и

(4.20),

находим,

 

 

ст^ =

0,122 -(- 0

,Об2 — 2-0,45-0,12-0,06 =

0,012

и

о„ =

0,107;

 

0 ц =

0,122 + 0

,Об2 + 2-0,20-0,12-0,06 =

0,021

и

0 „ =

О,145.

Из

(4.27)

находим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,40

 

3,724 и k =

0,40

 

 

 

 

 

 

=

- — = 2,768.

 

 

 

 

0,107

 

 

 

0,145

 

 

 

Коэффициент корреляции г между величинами и и ѵ определяем из (4.23):

__ 0,45-0,122+ 0,45-0,12-0,06—0,20-0,12-0,06—0,062 _

Г ~

0,107-0,145

~ ’

Из

(4.42) и (4.47) находим, что

 

 

3,724-2,768-0,3

2 ,7 6 8 -3 ,7 2 4 -0 ,3

 

,09 и т 2

3,724 / 1 — 0 ,32

 

2,768 У 1 — 0,32

Пользуясь (4.48), определяем вероятность ошибки Р0ш с учетом погрешности фазирования:

 

Рош = 0,5 [1 — Ф (2,768 — Ф (3,724)] +

7 (2,768;

1,09) -+-

 

 

 

 

 

 

 

+ 7 (3,724; 0,46).

 

 

 

 

 

' Так как Ш\> 1, а таблицы

функции T(h, m)

составлены только при значе­

ниях O ^ m ^ l,

пользуемся

вспомогательной ф-лой

(3.35), откуда

7

(2,768;

1.09) =0,26—Ф,(12,768) Ф(3,03)—7(3,03; 0,91)

или

согласно

таблицам

7(2,768;

1.09) =61 ■10-5 и Рош=і141-10-5.

 

62, тхг и ryz равны нулю, и

Если не учитывать погрешности фазирования, то

тогда

на основании

(4.19),

(4.20), (4.23),

(4.27),

(4.42)

и (4.47) получим

о и=

Ои — О,

г = г ху,

/і = й=

|х/о =

3,3

и т\ — тг — т — V

И—0 /(1 +г) =0,62.

 

 

При этом (4.48), как и следовало ожидать,

преобразуется к виду (3.30): Р 0ш =

= 0,5—Ф (3,3) +27(3,3; 0,62) =95,2-ІО-5. Очевидно, что

для

заданных

частных

данных вероятность ошибки при учете погрешности фазирования возрастает примерно в 1,5 раза

143

РЕГИСТРАЦИЯ И Н ТЕ ГР А Л Ь Н Ы М СПОСОБОМ

Если обозначить через б7і и 8z2 случайные смещения моментов

регистрации границ

кодовой посылки (рис. 4.19),

то условия

пра­

вильного приема взамен прежних

(3.38), не учитывающих погреш­

he---:---------^-------------»h

ности фазирования, будут:

 

__________1__________

— оо < дх — 6Zl<

0,5

 

T sri*

 

f b

r

— оо < бу — öz <0,5

 

1Т$Л<____

1

 

 

— оо < 6 Х — 6Zi +

6j, — SZj <

0,5

—■

 

 

 

 

(4.49)

Рис. 4.19.

Графики

случайных

а с введением замены

смещений границ кодовых посылок

 

и моментов

регистрации

(реги­

и ^ Ь х - 6

г ]

(4.50)

страция интегральным методом)

 

 

условия (4.49) примут вид

оо и <

0,5

оо <

V< 0,5

оо <

и + V< 0,5

В новых переменных

 

 

 

К = ‘

 

 

 

ѵ — аѵ

t« =

Оо

 

 

где аи, aVj аѵи аѵ определены равенствами:

ol = ol + a \ — 2rxZiaxazo

II

 

 

1 р

Üy Сіу

 

CLZt j

(4.51) запишутся в виде

оо < tx < h

оо < ty < k

оо < a u^ + aolIi,<0,5(o’Ii/i + crl,£)— е

Здесь.

S' 1!

0 сл

 

а

 

 

О

 

 

1

 

 

Ои

 

^ _ 0|5

йѵ

 

 

Оо

йо).

е = 0,5 (яи

(4.51)

(4.52)

(4.53)

(4.54)

(4.55)

(4.56)

(4.57)

(4.58)

(4.59)

144

Область А правильной регистрации будет ограничена таким обра­ зом справа и сверху прямыми (рис. 4.20а)

tx = h,

(4.60)

ty = k,

(4.61)

°u tx + av ty = 0,5 (Оц h -j- avk) — e.

(4.62)

a)

Рис. 4.20. К учету погрешности фазирования при регистрации интегральным методом

Соответственно вероятность ошибки

Р о т — 1

 

і— - ( t 2 - 2r t x t y + f i )

(4.63)

 

2.(1

dtxdty.

2л /1

 

 

 

 

Здесь r = r u v = k Uvl(ouOv),

(4.21)

 

 

 

причем Kuv = M (и ѵ) =М [(бх—°6Zi) {öy — 6J] = М (бЛ°Ьу

 

&х К

^Z1

= ^xy ^xz- ^AZl

^ZlZ!

 

ИЛИ

 

 

 

 

kuv = rxy <JxOy -

rxZj a xa Zt -

ryZi a yo Zi +

aZj.

(4.64)

146

Таким образом, согласно (4.21), (4.55), (4.19) и (4.20)

Гху ОхОі, — r xZi ОхОZt - ryZt OyOZi + rZi2i gZi g2;

г

. .(4.65)

] / ( < % - 2 r * z , a - ' % + < ) ( /

- 2 r y Z, 0 y 0 2 s + a J2

Так как Р0ш в случае, когда областью правильного приема являет­ ся бесконечный прямоугольник ABECD (рис. 4.20а), уже определе­ на условиями (4.48), то (4.63) можно записать в виде

Р0ш= 0,5 [1 — Ф (k) — Ф (h)\ Т (/г, піі) + Т (/г, т 2) +

1

Г

Г

------------- ----------(

(2 -2 Г (

і + і 2 )

(4.66)

1

1

1 -

2 (I — r=) V

х

х у У >, dtxdty,

+ '2п У I — г-

 

 

 

 

 

 

где А' — область прямоугольника СЕВ.

Заменой (4.28) выражение (4.66) приведем к виду

Рош — 0,5 [1 ■— Ф (As) — Ф (h)] -|- Т (k, піі) Т (Л| nh) +

**+Уг

І)Т

dxdy,

(4.67)

 

где А" — область треугольника С'Е'В', соответствующего обла­ сти А' на плоскости ху (рис. 4.206). Координаты вершин треуголь­ ника СЕВ: C{tI*, ^іу), E(t2x, t2y) и B(t3x, t3y) на плоскости txtv со­ гласно (4.60), (4.61) и (4.62) будут:

а„ h

k

 

 

2au

— ,> t:Ч у :

 

 

 

tlx = h,

t2y -- k

(4.68)

t-Sx = h,

t3y —

0Vk—Ou

e

-----------

ov

 

 

2ov

Координаты вершин треугольника С'Е'В' на плоскости ху выразят­ ся через найденные координаты (4.68) на основании (4.28) равен­ ствами:

 

1

 

 

X =

/ 2(1 +г) Ух +

ty)

У

1

Уу —

tx)

V 2(1 - г )

 

 

 

Пользуясь теперь (4.68) и (4.69), найдем для точки С'

Ху = / 2 (1 + г)

а„ Л + (2сгц — Оу) k

2а,,

У1

1

(2а„ + a„) k — ои h

/ 2( 1 - г)

2а,

 

(4.69)

(4.70)

(4.71)

146

для точки Е'

 

 

 

 

 

 

 

 

Xо =

2(1 +

■(/і +

/г),

 

(4.72)

 

 

V

г)

 

 

 

 

У2 =

1

■(k — h)\

 

(4.73)

 

 

 

для точки 5 '

 

У

2(1 — г)

 

 

 

1

 

avk + (2ст„ — ff„) h

 

*з =

 

(4.74)

У 2(1 +r)

 

2gv

 

 

Уз =

1

 

G f ) k

— (2сГо +

O i l )

h

(4.75)

 

 

 

2av

 

 

 

У 2 ( 1 - Г

)

 

 

 

av

Из рис. 4.206 видно, что область А" может

быть

представлена в

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

А" = A4

+ А5 — Аз — Ді — Аг — Ае,

(4-76)

где ДіЧ-'Ав — область бесконечных срезанных углов соответственно:

Ді — ILE'e, Д2 еЕ'Мп, А3 сС'Ы, А4 сС'Мт, А5 тМВ'Ь и

Де— nNB'b.

Поэтому

 

Я '^“ИМИИМИ 1

 

или

Д"

д*

Ді

 

 

х2+у2

 

 

_і_

 

 

 

• j j e

2 dxdy = Т (ОМ, т 4) + Т (ОМ, m5) — T(OL, т3) —

2 л

А"

— Т (OL, тх) — Т (ON,

m2) + Т (ON, m,).

(4.78)

 

 

Здесь для любого і, равного 1, 2....6 ,

 

 

 

 

mi = tg ф£.

(4.79)

Ранее уже указывалось, что OL=k (см. (4.37)]. Таким же образом

О

II а-

 

 

(4.80)

Отрезок ОМ обозначим

 

 

 

 

 

ОМ =

d.

 

 

(4.81)

Теперь (4.78) запишется в виде

 

 

 

 

 

е 2 dxdy — Т (d,

/п4) -)- Т (d, іпь) Т (k,

m3)

£Яд» '

 

 

 

 

 

— T(k, mi) T (h,

m2) T (h, m6).

(4.82)

После подстановки (4.82) в (4.67) и упрощений получим

Рош= 0,5 [1 - Ф (А) — Ф (h)\ +

Т (d,

mt) + Т (d,

шй) -

Т (k, /и3) -

Т

(Н,

щ).

(4.83)

147

Здесь величины k и h уже определены ур-ниями (4.58) и (4.57), ве­

личины же т3, т3, тъ т3 и d можно найти на основании ур-ний

 

(4 .70)(4.75), из которых следует,

что

уравнения

прямых С'Е\

Е'В' и В'С' будут соответственно

j / ^—~-^х ]/" 1~

Т у = Іг (4.31) •

У ^ Г - х + У У ^ У = к

 

(4.32)

И

 

 

 

 

 

у =

Уі цУз ^ +

ХіУз -

ХзУі

_

(4.84)

 

*1 — *3

 

 

*1 — хз

 

1— Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения прямых OL, ON и ОМ в том же порядке у V1 + гX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.38)

,

 

 

 

 

 

/F T

 

 

 

 

 

 

 

 

1 /1 — г

7 *

*

(4.85>

 

У =

~

 

V

г+ +

 

 

 

*3 — *1 X,

 

 

(4.86)

 

 

 

Уі — Уз

 

 

 

 

и уравнения прямых ОС' и OB' соответственно:

 

 

 

 

 

У = ^ х ,

 

 

(4.87)

 

 

 

 

 

Хі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уз

 

 

 

(4.88)

 

 

 

у = — х.

 

 

Таким образом,

 

 

 

 

хя

 

 

 

 

 

 

 

Уі

 

ЛГ \ - г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms ---

хі

 

У 1+ г

 

(4.89)

 

 

Уі

т / I

— г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>+^Г К Г +7

 

 

 

 

 

- -

V

/ Г

 

Уз

 

 

 

ша

 

1+ Г

* 3

 

(4.90)

 

 

 

1

 

*3Хз

угУ 1+1— гг

 

 

 

После подстановки (4.70)

и

(4.71)

в (4.89) и упрощений получим

m _

av k — Guh + +

2(ТЫkr

^4 ОП

3

 

 

20иА /Т=72

\ ‘

>

Аналогично подставляя

(4.74) и (4.75) в (4.90) и упрощая, найдем

=

Стц/і — Ovk + 2e +

2av hr

и

 

6

 

 

 

 

 

— г2

'

У '

'

В соответствии с (4.87) и (4.86)

получим

 

 

 

 

 

 

 

У1

_

*з — *і

 

 

 

 

-

* і'

Уі Уз

 

 

 

Ші

-------------------

 

 

 

 

 

 

j

 

Уі_

х3 X!

 

 

 

 

 

 

"

*

1

ух — Уз

 

 

 

148

или

m4 = У\ (Уз Уі)

~h хі (хзxi)

 

(4.93)

 

 

 

 

хіУз — хзУі

 

 

 

Таким же образом согласно (4.86)

и (4.88) будем иметь

 

 

 

 

Х$

Хі

 

Jh

 

 

 

 

тъ

Уі — Уй

хз

 

 

 

 

 

Уз

 

Х3-- *1

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

хз

 

У1 Уз

 

 

 

ИЛИ

тъ_

Уз (Уз Уі)

Ч~ хз (хз хі)

 

(4.94)

 

 

 

 

хзУі — хіУз

 

 

 

 

Параметр d,

представляющий

расстояние прямой (4.84)

от на­

чала координат, найдем, записав

уравнение этой прямой

в нор­

мальном виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уі Уз

 

 

 

 

 

хі х3

У=

 

V ( х 1 — Хз)2 + (Уі Уз)2

 

V (Хі — х3)2 +

(Уі Уз)2

 

 

 

 

 

_

_______хзУі хіУз_______

 

(4.95)

 

 

V (*і — Хз)2 + (Уі Уз)2

 

 

откуда

d =

 

хзУі

 

хіУз

 

 

 

(4.96)

 

 

V (Хі Хз)2 + (Уі — Уз)2

 

 

 

Пример. Выясним, каково влияние погрешности фазирования на вероятность ошибки Рот при некоторых частных данных. Зададимся коэффициентом кор­ реляции гху между величинами б* и б„, равным 0,45. Коэффициенты корреля­

ции rxzl

 

и г уг2 между б*, б„ и случайными

смещениями бг1, 6z2 моментов ре­

гистрации границ кодовой посылки (рис.

4.20)

примем положительными и равны­

ми 0,45. Аналогично коэффициенты корреляции

 

и гуі1

между

б*. и со­

ответственно бг?, бг, примем

равными — 0,20.

Задаемся

коэффициентом

корре­

ляции

 

г<

между бгі и бгг, равным 0,60.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее принимаем, что средние квадратические отклонения ах,

а у

и агі,

ал

соответственно равны

a.r= Oj,=0,12, oz; = с+г =0,06,

а математические

ожидания

величин б*,

8V, &zi и бг2 равны нулю и,

следовательно,

ац= а и= 0 .

 

 

 

Теперь,

пользуясь

(4.53)

н

(4.54),

находим,

что

 

=<Тр =

0Л22+0,062+

+ 2-0,45-0Д2-0,06=0,0245 и а„ =<Ь=0,156. Из (4.57),

(4.58) и

(4.59)

находим

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент корреляции г

между величинами и и о определяем из

(4.65);

г = — —

 

(0,45-0,122+ 2-0,20-0,12-0,06 + 0,60-0,Об2) =0,074.

Из

(4.91)

и

(4.92)

H a -

0, 15о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

ходим,

что

т 3= /л в= 0,074/У^іі—0,0742==0,074.

Параметры

іли,

лі5

и

опреде­

ляютсявыражениями (4.93), (4.94) и (4.96) совместно с (4.70), (4.71),

(4.74) и

(4.75). Подстановка последних четырех равенств в выражения пи,

т 5

и d в об­

щем виде, как то делалось при определении величин лг3 и те, нецелесообразна вследствие громоздкости получающихся в результате выражений. Выгоднее при определении ли, ли и d в конкретных случаях предварительно вычислить зна­

чения координат Хі, уі, х3 и уз из

(4.70) и (4.71), (4.74) и (4.75), а затем под­

ставить эти значения в (4.93), (4.94) и

(4.96): * і= * 3= 3 ,19/2(11+0,074) =2,18;

(У< Уз) — 3,19/{2у 1—0,074) =2,35.

Теперь

получим піі — тз — У (1 +0,074)/ (іі—

—0,074) = 1,07 и cf= * і=Хз=2,18.

 

 

149