Salnikov_A_P_Teoria_elektricheskoy_svyazi_Kons

образованиями центрированного нормального СП X(t):

B(t) Bc (t) jBs (t) X (t)e jωct ,

Bc (t) Re X (t)e jωct ,

Bs (t) Im X (t)e jωct

и, следовательно, имеют нормальное распределение с дисперсиями

ζ2Bc ζ2Bs ζ2X .

Докажем их некоррелированность (а следовательно и независимость) в совпадающие моменты времени

0

Здесь учтено, что B(t) и θ(t) – огибающая и фаза нормального СП являются, как выше установлено, независимыми.

Таким образом,

и с учетом (5.10) и (5.11) получаем

31

лать вывод о зависимости процессов A(t) и (t) .

Для нахождения распределения огибающей суммы центрированного нормального СП с гармоническим сигналом проинтегрируем (5.12) по всем возможным значениям случайной фазы (t)

Интеграл вида

1 2πea cos d I0 a

2π 0

известен в математике как модифицированная функция Бесселя нулевого порядка. С его учетом окончательно имеем

Выражение (5.13) называют обобщенным распределением Рэлея или

распределением Райса. Графики этого выражения приведены на рис. 5.10 для следующих частных случаев:

w(A)

(A-U)

1

2

3

32

7.Как меняется распределение нормального СП при его прохождении через линейную цепь?

8.Как меняется произвольное распределение СП при его прохождении через узкополосный фильтр?

9.В чем суть явления нормализации широкополосного процесса при его прохождении через узкополосный фильтр? Дайте математическое обоснование этому явлению.

10.Опишите процедуру корреляционного анализа прохождения СП через линейную цепь.

11.Дайте определение огибающей и фазы СП.

12.Дайте определения аналитическому СП, его математическому ожиданию, дисперсии и функции корреляции.

13.Каким условиям удовлетворяет стационарный аналитический СП?

14.Каково распределение огибающей центрированного нормального СП?

15.Каково распределение фазы центрированного нормального СП?

16.Каково распределение огибающей суммы центрированного нормального СП и гармонического сигнала?

17.Напишите аналитическое выражение закона Рэлея. Распределение какого СП он характеризует?

18.Напишите аналитическое выражение обобщенного закона Рэлея (закона Райса). Распределение какого СП он характеризует?

Рекомендации по проведению экспериментальных исследований прохождения случайных процессов через различные ФУ

Для закрепления знаний, полученных при изучении данного раздела рекомендуется выполнить в рамках виртуальной лаборатории работу № 20 «Прохождение случайных процессов через различные функциональные узлы» в полном объеме (рис. 5.11).

Обратите внимание на характер распределения СП на выходах одностороннего и двустороннего ограничителей - реальное проявление -функций в виде выбросов на гистограммах плотности вероятности распределения, соответствующих порогам ограничения. Убедитесь в нормализации СП с произвольными распределениями после их прохождения через ФНЧ и ПФ и в отсутствии нормализации после прохождения СП через ФВЧ (объясните почему?).

34

Рис. 5.11. Исследование прохождения СП через различные ФУ

6.Оптимальный прием дискретных сообщений

6.1.Постановка задачи

Дано:

1. Источник дискретных сообщений. Это значит, что известен ансамбль передаваемых сообщений

B bi m i 1, 2,..., m , где m – объем алфавита источника

иих статистика (распределение вероятностей) P(bi ) .

2.Модулятор. Это значит, что известны правила преобразования каждого сообщения в непрерывный сигнал и длительность сигнала T

3.Непрерывный канал. Канал задается своей математической моде-

лью, описывающей связь его реакции Z(t) с воздействием si(t) и канальными помехами N(t), например

35

4.Тактовая синхронизация осуществляется идеально. Вопросы синхронизации не рассматриваются в рамках курса ТЭС, поэтому здесь и в дальнейшем всегда будем считать, что границы между

сигналами si(t) в приемнике определяются точно, иначе говоря, в нем осуществляется дискретизация времени функцией (t-kT), при которой границы тактов совпадают с границами сигналов.

Требуется:

Определить правило решения (решающую схему) вида

т.е. указать, каким образом на основе анализа принятой реализации

переданном символе bi (при j = i имеет место правильный прием, иначе (при j ≠ i) – ошибочный).

bi (сигналом si(t)). На рис. 6.1. показаны две ситуации: 1) конец векто-

решение о передаче сообщения bk сигналом sk(t), что соответствует правильному приему; 2) конец вектора колебания z2(t) si(t) n2 (t)

попадает в область ˆ , отведенную под решение о передаче сообще-

Bj

ния bj сигналом sj(t), что соответствует ошибочному приему.

Разные правила решения (разные приемные устройства) различаются способом разбиения пространства принимаемых колебаний на

области ˆ . В этой связи возникает задача наилучшего разбиения, ко-

Bi

торое, очевидно, всегда существует в определенном смысле. Напри-

36

мер, если сообщение bi передается чаще сообщения bj и важно , чтобы как можно меньше передаваемых символов принимались ошибочно,

биение пространства принимаемых сигналов (оптимизация решающей схемы) может быть найдено на основе критерия качества приема, разработка которого требует отдельного рассмотрения на основе теории статистический решений.

В такой постановке задача приема дискретных сообщений в канале с аддитивной, нормальной помехой была решена В.А. Котельниковым (1946 г.), заложившим основы теории потенциальной помехоустойчивости. Приемник, реализующий наилучшее разбиение пространства принимаемых сигналов по выбранному критерию качества приема, Котельников назвал идеальным, а достигаемую им помехоустойчивость, при которой обеспечивается максимум средней вероятности правильного приема при заданной модуляции, – потенциальной помехоустойчивостью. Мы будем в дальнейшем такой идеальный приемник называть оптимальным демодулятором, как это часто принято в современной теории связи.

Теория потенциальной помехоустойчивости конструктивна, т.к. позволяет не только определить пределы достигаемой помехоустойчивости, но и указывает пути реализации соответствующих демодуляторов.

6.2. Критерии качества приема дискретных сообщений

6.2.1. Критерий идеального наблюдателя (критерий Котельникова)

Этот критерий требует обеспечения минимума средней вероятности ошибочного приема.

Для двоичной системы

min P min P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1) ,

для m-ичной системы

где

ˆ – условная вероятность j-ой ошибки при передаче

P(bj / bi )

i-го сообщения,

37

m

ˆ

P(bj / bi ) – условная вероятность любой ошибки при передаче j 1

j i

i-го сообщения,

Р – безусловная вероятность любой ошибки. Вычислим условную вероятность конкретной ошибки

вероятности (при разложении z в n-мерном евклидовом пространстве

j i

где находится варьированием областей ˆ . min P Bj

Минимуму средней вероятности ошибок соответствует максимум средней вероятности правильного приема (иная эквивалентная форма записи критерия Котельникова)

передавалось сообщение bi . Очевидно, что максимум сред- z(t) z

ней вероятности правильного приема будет достигнут, если всякую

реализацию принятого колебания z(t) относить к той области ˆ , для

Bi

которой апостериорная вероятность P(bi / z) максимальна, т.е. реше-

Иначе говоря, критерий Котельникова требует максимизации апостериорной (обратной) вероятности и его можно записать в виде

38

не зависит от i и, следовательно, не влияет на решение).

В развернутом виде критерий (6.4) можно записать в виде системы из m-1 неравенств

че сообщений bi и bj. С учетом этого критерий Котельникова можно записать в виде:

Рассмотренный критерий Котельникова обладает следующими особенностями:

1)требует знания априорных безусловных вероятностей отдельных сообщений P(bi ) ;

39

2) безразличен к виду ошибок ˆ (все виды ошибок одинаково

P(bj / bi )

нежелательны), что приводит к росту ошибок при приеме менее вероятных сообщений, а они являются более информативными.

6.2.2. Критерий максимального правдоподобия

Полагая, что все передаваемые сообщения равновероятны

P(b1 ) P(b2 ) ... P(bm ) m1 ,

из (6.5) получим

Удобно помимо гипотез о передаче сообщений bi (i = 1, 2,…, m) ввести еще одну «нулевую» гипотезу о том, что никакое сообщение

Критерий (6.6) называют критерием максимального правдоподобия. Он совпадает с критерием Котельникова при равных вероятностях передаваемых сообщений.

6.2.3. Критерий минимального среднего риска (байесовский критерий)

Для учета разных последствий ошибок передачи различных сообщений следует обобщить критерий Котельникова, минимизируя

сумму условных вероятностей ˆ в его выражении (6.1) с зара-

P(bj / bi )

нее назначенными весами (ценой, платой) Li,j. Средневзвешенная

сумма условных вероятностей ˆ при передаче сообщения bi

P(bj / bi )

(обычно называемая условным риском) имеет вид

40