книги из ГПНТБ / Коновалов Г.В. Импульсные случайные процессы в электросвязи
.pdfГ .В .К О Н О В А Л О В , Е М Т А Р А С Е Н К О
ИМПУЛЬСНЫЕ
СЛУЧАЙНЫЕ
ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
Г.В .К О Н О ВАЛ О В, Е.М .ТА РА С ЕН К О
ИМПУЛЬСНЫЕ
СЛУЧАЙНЫЕ
ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «СВЯЗЬ» ♦ МОСКВА 1973
6 Ф 1
К64 УДК 821.39
Коновалов Г. В., Тарасенко Е. М.
К64 Импульсные случайные процессы в электросвязи. М., «Связь», 1973.
3Ö4 с. іс ил.
В книге систематически изложены основы теории импульсных слу чайных процессов. Рассмотрены вопросы анализа сигналов в импульсных системах связи. Изучаются вероятностные характеристики процессов ти
пичных для импульсных методов передачи информации.
Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих в области электросвязи, аспирантов и студентов старших курсов вузов.
0341—68 |
7—73 |
6Ф1 |
К--------— |
||
045(01)—73 |
|
|
© Издательство «Связь», |
1973 г. |
Гос. публичная
научнс-т'зхничэвкая
библио іка CCC^
ЭКЗЕМПЛЯР
/Уб&
ЧИТАЛЬНОГО З А Л А
ІЗ'ЗУІіЗ
Герман Васильевич Коновалов, Евгений Михайлович Тарасенко
Импульсные случайные процессы в электросвязи
Отв. редактор В. Р. Левин Редактор В. Л. Черняк
Художник Г. Р. Левин
Техн. редактор К. Г. Маркой
Корректор Н. А, Гречаный
Сдано в набор 12/ІѴ 1973 г. |
печ. л. |
Подписано |
в печ. 23/Х 1973 г. |
||
Форм. бум. 60х90Дб |
39,0 |
19,0 уел.-л. л. |
20,77 уч.-изд. л. |
||
Т-15583 Тираж 6800 экз. Бумага тип. № 2 Зак. изд. 14155 Цена 1 руб. |
57 коп. |
||||
Издательство «Связь», |
Москва-центр, Чистопрудный бульвар, |
2 |
Типография издательства «Связь» Государственного комитета Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии й книжной торговли. Москва-центр, ул. Кирова, 40. Зак. тип. 92
О Г Л А В Л Е Н И Е
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
П р е д и с л о в и е ................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
||
В в е д е н и е ...................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
||
Г л а в а |
1. Импульсные случайные процессы |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1.1. Случайные последовательность иимпульсный процесс........................................... |
|
|
|
|
10 |
||||||||
1.2. Импульсные случайные процессы при передаче информации по кана |
24 |
||||||||||||
лам |
с в я з и .............................................................................................................................. |
импульсныхслучайныхпроцессов . |
. . |
. . |
. . |
|
|||||||
1.3. Классификация |
|
33 |
|||||||||||
Г л а в а |
2. |
Спектрально-корреляционная |
теория |
импульсных |
случайных |
|
|||||||
|
|
процессов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1. Общие |
со о т н о ш ен и я ...................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
39 |
|
|
||
2.2. Энергетические спектры и корреляционные функции случайных про |
53 |
||||||||||||
цессов |
с детерминированными |
тактовыми интервалами. . |
|
. . |
|
|
|||||||
2.3. Энергетические спектры групповых 'случайных процессов смешанного |
|
||||||||||||
типа |
и |
апериодических п р о ц е с с о в |
......................................................... |
|
|
|
|
73 |
|
|
|||
2.4. Энергетические спектры и корреляционные функции импульсных |
слу |
83 |
|||||||||||
чайных процессов при марковских параметрах импульсов. |
. . |
. |
|
||||||||||
2.5. Энергетические |
характеристики импульсных радиосигналов |
|
. |
. . |
|
93 |
|||||||
Г л а в а |
3. |
Преобразования импульсных случайных процессов в |
линейных |
|
|||||||||
|
|
системах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1. Основные характеристики |
линейных |
с и с т е м .................................. |
реакции |
|
105 |
|
|
||||||
3.2. Энергетический спектр и корреляционная .функция |
фильтра |
|
|||||||||||
на воздействие импульсного .случайного процесса.......................... |
|
|
|
108 |
|
|
|||||||
3.3. Воздействие импульсного .случайного процесса яа узкополосную си |
115 |
||||||||||||
стему |
.................................................................................................................................... |
вероятностей мгновенных значений |
реакции |
линейной |
|||||||||
3.4. Распределение |
|
||||||||||||
с и с т е м ы ............................................................................................................. |
|
случайных |
п р о ц е с с о в |
|
|
|
125 |
|
|
||||
3.5. Сглаживание импульсных |
|
|
|
135 |
|
|
|||||||
Г л а в а |
4. |
Нелинейные преобразования импульсных случайных |
процессов |
|
|||||||||
4.1. Особенности анализа нелинейных преобразований импульсных случай |
146 |
||||||||||||
ных |
п р о ц е с с о в ................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.2. Вероятностные характеристики импульсного случайного процесса на |
151 |
||||||||||||
выходе |
нелинейного элемента |
характеристики.......................................................................... |
нелинейных |
преобразо |
|||||||||
4.3. Спектрально-корреляционные |
167 |
||||||||||||
ваний |
импульсных случайных |
п р о ц е с с о в .......................................................... |
|
|
|
|
|
|
|||||
Г л а в а |
5. |
Импульсные случайные процессы в синхронных |
дискретных |
|
|||||||||
|
|
системах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1. Обобщенная схема системы передачи дискретных сообщений . |
. . |
178 |
|||||||||||
5.2. Вероятностные характеристики импульсных сигналов при передаче ко |
183 |
||||||||||||
дированных с о о б щ е н и й ............................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5.3. -Вероятностные характеристики импульсных сигналов на выходе ча |
199 |
||||||||||||
стотно-ограниченного канала |
связи .................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Г л а в а |
6. |
Импульсные случайные процессы в синхронных |
аналоговых |
|
|||||||||
|
|
системах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.1. Импульсные методы передачи непрерывныхсигналов....................................... |
|
|
. |
. |
208 |
||||||||
6.2. Способы преобразования |
непрерывных сигналов вимпульсные |
210 |
3
6.3. Вероятностные характеристики сигналов в системах с ИКМ и дельта |
|
|||||
модуляцией ( Д |
М |
) ............................................................................................ |
|
|
^ 0 |
234 |
6.4. Особенности моделей сигналов в многоканальных импульсныхсистемах |
||||||
Г л а в а 7. Импульсные |
случайные процессы |
в асинхронно-адресных |
си |
|
||
стемах |
|
|
|
|
|
|
7.1. Общие сведения об асинхронных системах многоканальной связи |
. |
244 |
||||
7.2. Импульсные случайные процессы при временном и |
частотно-времен |
|
||||
ном кодировании |
и декодировании а д р е с о в ....................................... |
|
253 |
|
||
7.3. Преобразования |
импульсных сигналов в логических схемах кодиро |
|
||||
вания и декодирования адреса в условиях влияния флукгуационных |
266 |
|||||
помех ............................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
7.4. Импульсные случайные процессы ів ААСС при использовании методов |
|
|||||
статистического |
уплотнения............................................................................... |
|
|
280 |
|
|
Приложение 1. Таблицы спектральных распределений амплитуды и мощ |
285 |
|||||
ности |
одиночных импульсов |
различной |
формы . . |
. |
||
Приложение 2. Таблицы функцииВо |
|
|
|
297 |
||
Список литературы |
|
|
|
|
|
299 |
П р е д и с л о в и е
Предлагаемая вниманию читателя книга посвящена систематиче скому изложению теории импульсных случайных процессов в тес ной связи с приложениями этой теории к исследованию реальных сигналов в системах электросвязи.
При написании книги авторы стремились отразить специфику импульсных случайных процессов, выделяющую их теорию в са мостоятельный раздел общей теории случайных функций.
Книга состоит из двух частей.
Первая часть (гл. I—IV) посвящена общетеоретическим вопро сам. Здесь приводится классификация импульсных случайных процессов, излагаются основы их спектралыно-ікорреляционной теории, рассматриваются основные методы исследования вероят ностных характеристик преобразований импульсных случайных процессов в линейных и нелинейных системах.
Во второй части книги (гл. V—VII) рассматриваются прило жения теории. Здесь дается характеристика импульсных случай ных процессов как моделей реальных сигналов носителей инфор мации в конкретных системах электросвязи. Отдельно рассматри ваются импульсные случайные процессы в синхронных системах передачи дискретной и непрерывной информации и в асинхронноадресных системах связи.
Желание изложить материал с единой точки зрения привело .\ необходимости обобщения и переосмысления ряда результатов, опубликованных ранее в литературе. Соответственно значительная часть общетеоретических и .некоторые прикладные вопросы рас смотрены в книге на уровне импульсных случайных процессов типа
последовательностей групп или даже комплексов групп импуль сов. В связи с этим излагаемый в книге 'материал базируется в основном на оригинальных работах авторов, опубликованных ра нее в периодической печати. Некоторые результаты публикуются впервые.
Книга предназначена для инженеров и научных работников, занимающихся разработкой и исследованием импульсных систем электросвязи, а также для преподавателей, аспирантов, студентов старших курсов вузов связи и других вузов, готовящих опециали-
5
стов в области передачи и обработки информации импульсными методами. Приведенные в книге результаты могут представить интерес и для более широкого круга специалистов в области ра
диотехники и радиофизики. |
Г. В. Коноваловым, главы |
III, |
IV, |
іГлавы I, II, VII написаны |
|||
V — Е. М. Тарасенко, ігл. VI |
(за исключением параграфа |
6,3) |
на |
писана авторами совместно, параграф 6.3 написан по просьбе ав торов М. Д. Венедиктовым и Ю. П. Женевским.
В процессе работы над книгой авторы встретили понимание и поддержку коллег. Авторы считают своим приятным долгом вы разить благодарность М. Д. (Венедиктову, Б. С. Гольдбергу, В. С, Дьякову, М. Н. .Колтунову, Ю. П. Максимову, В. В. Серову, кото рые способствовали улучшению изложения материала в ряде раз делов книги.
Авторы глубоко признательны профессору Б. Р. Левину, одоб рившему идею написания данной .книги и сделавшему весьма цен ные замечания по ее содержанию.
Авторы будут благодарны читателю за оценку их работы, пред ложения и замечания, которые следует направлять по адресу: Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2, издательство «Связь».
Авторы
В в е д е н и е
Статистические .методы исследования .процессов в информацион ных системах и -в различных радиотехнических устройствах стали неотъемлемой частью теории электросвязи.
Невозможно представить себе инженера связи, не знакомого, хотя бы в самых общих чертах, с методами статистического ана лиза и синтеза радиотехнических устройств и такими основопола гающими разделами теории связи, как теория потенциальной по
мехоустойчивости В. А. Котельникова или теории кодирования и передачи информации К- Шеннона.
Важным разделом статистической теории связи является тео рия сигналов, математическую основу которой составляет теория случайных .процессов, С точки зрения инженера случайные процес сы интересны прежде всего .как модели реальных процессов, про текающих в системах обмена информацией и других радиотехни ческих устройствах. От степени соответствия модели реальной кар тине физических явлений зависит успех исследования, правиль ность выводов и практических рекомендаций.
Теория случайных процессов и ее приложения к решению задач аналитического конструирования систем электросвязи постоянно рассматривается в литературе. Разобраться в огромном потоке информации по этим вопросам .помогают инженеру учебники и мо нографии, ів .которых систематически излагаются основы теории случайных процессов и примеры ее применения для решения прак тически важных задач исследований и проектирования радиотех нических систем и устройств. К такого рода работам следует, в первую очередь, отнести выдержавшие несколько изданий моно графии Б. Р. Левина [52, 53], С. М. Рытова [82] и В. И. Тихонова [86], сборники [24, 84], а также переводные издания [98, 119].
В перечисленных работах основное внимание уделено общей теории случайных процессов, в то время как импульсным случай ным процессам посвящены лишь отдельные главы. Между тем з связи со все большим .внедрением в практику импульсных методов передачи и обработки информации прикладные вопросы теории
I
импульсных случайных процессов .привлекают внимание широкого круга специалистов по проектированию систем электросвязи.
Теория импульсных случайных процессов как самостоятельный раздел общей теории случайных функций оформилась в послед ние десятилетия. Существенный вклад в теорию импульсных случайных процессов внесли советские ученые — А. Я- Хинчин, Б. Р. Левин, И. Н. Амиантов, В. И. Тихонов, Я- И. Хургин и ряд других.
С точки зрения практической, важно распространение резуль татов теории на случайные последовательности групп импульсов, начало которому было положено в одной из работ Б. Р. Левина [54] и в работе Б. Р. Левина и Я- А. Фомина [60]. В последние годы при исследовании групповых процессов и, в частности, импульсно-ко довых сигналов большое внимание уделяется оценке и учету влия ния корреляционных связей параметров импульсов в группах и в более сложных импульсных формированиях. Это направление тео рии нашло свое отражение в книге.
Рассмотрим кратко некоторые исторические аспекты развития теории импульсных случайных процессов. Хотя ее истоки восходят к теории дискретных случайных событий, возникшей на заре раз вития теории вероятностей, интенсивное исследование импульсных случайных процессов .как моделей сигналов-носителей информации в различных радиотехнических системах характерно лишь для пос ледних десятилетий. К числу первых в этой области можно отнести работы [75, 81, 92, 107, 113], где исследовались вероятностные характеристики сигналов, представляющих собой последователь ности отдельных импульсов, у которых случайно изменяется один из параметров. В последующих работах в результате обобщений были получены соотношения для оценки вероятностных характери стик случайных последовательностей отдельных импульсов при возможном одновременном изменении нескольких параметров им пульсов [52, 119].
В последующие годы при рассмотрении случайных .последова тельностей отдельных импульсов характерен интерес к детальному исследованию влияния статистической зависимости параметров импульсов [13, 53, 117, 118], к исследованию особенностей модуля ции параметров импульсов дискретными случайными функциями [35, 136], к исследованию статистики изменений параметров им пульсов последовательности при ее линейных и нелинейных преоб разованиях [28, 56, 72, 86, 99] и т. п. Большое внимание проявляет ся в последние годы также к исследованию случайных последова тельностей радиоимпульсов [33, 47, 55, 68, 71, 105, 116].
Потребности практики, связанные с интенсивным развитием импульсных и импульсно-кодовых систем многоканальной -связи, обусловили появление работ, в которых рассматриваются случай ные последовательности групп и более сложных формирований импульсов [27, 36, 41, 43—48, 53, 54, 60]. Теория случайных после довательностей групп и комплексов групп импульсов лежит в ос
8
нове -методов исследования сигналов в системах с импульсными -видами модуляции и временным разделением каналов [53, 54, 60], -в одноканальных и многоканальных импульсно-кодовых системах связи [28, 43—48, 133], ів -системах с использованием -методов ста тистического уплотнения [21, 54, 57, 62, 95] и в других информа ционных системах [41, 71].
Теория импульсных случайных -процессов находит применение -при исследовании -вопросов -передачи разнообразных импульсных сигналов, выборе -полосы пропускания -систем связи, при оценке уровня -внеполосных излучений, при исследовании межсимвольных и -переходных искажений, при проектировании отдельных звеньев линий связи (кодеров, декодеров, систем синхронизации и т. п.) и в других радиотехнических приложениях.