НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Теорія інформації та кодування
Лекція № 1.5
Статистичні задачі в каналах зв’язку. Виявлення сигналів в каналах зв’язку
2012
Вступ
Цією лекцією розпочинаємо вивчення теми № 3 – останньої теми першого модуля. Отже − тема № 3 “Статистичні критерії виявлення сигналів в шумах”. На вивчення теми відведено 13 годин, із яких: 6 год. – лекційні, 2 год. – лабор. заняття та 5 год – СРС.
Лекція № 1.5 − “Статистичні задачі в каналах зв’язку. Виявлення сигналів в каналах зв’язку”. В лекції будуть розглянуті наступні навчальні питання:
1. Основні типи задач статистичного синтезу в каналах зв’язку 3
1.1. Загасання чи ослаблення сигналів 5
1.2. Впливи завад 9
2. Характеристики імовірності виявлення сигналу на фоні завад 13
Основні типи задач статистичного синтезу в каналах зв’язку
До головних параметрів, що характеризують канал зв’язку, відносяться: ширина смуги пропускання, припустимий динамічний діапазон змін амплітуди сигналу, або рівень завад, який найчастіше характеризується співвідношенням сигнал/завада.
Повідомлення для передачі за допомогою засобів зв’язку (так у нас прийнято називати те, що американці називають telecommunication) повинно бути попередньо перетворене в сигнал, під яким розуміється фізична величина, що змінюється адекватно повідомленню. Процес перетворення повідомлення в сигнал називається кодуванням.
Проходження сигналів по каналу зв’язку завжди супроводжується спотворенням під впливом завад. Тому головною функцією приймача є розпізнавання в прийнятих коливаннях переданого сигналу. Цю операцію приймач робить у процесі демодуляції (детектування, англійською detection - виявлення), тобто в процесі виділення переданого сигналу, після чого він перетворюється в повідомлення. Ці процеси умовно показані на рис. 1.
Процес передачі інформації в системі зв’язку
Більшість інформаційних процесів пов’язана з рішенням проблеми вибору. Ця ж проблема розв’язується при пошуку кращих в певному значенні алгоритмів обробки повідомлень і сигналів, технічних реалізацій їх. Основні алгоритми перетворюючих елементів інформаційних систем та таких їх елементів як канали зв’язку (КЗ) виносять рішення типу: знайдено повідомлення чи ні, розрізняються сигнали чи ні, повідомлення спотворене чи ні, застаріле повідомлення чи ні і т.п. Ці задачі розв’язуються при обміні даними, при виробленні рішень, при відображенні інформації на екрані (або табло) і т.д.
Повідомлення, що поступають в КЗ, є випадковими процесами. Сигнали, як переносники повідомлень, і завади, які на них впливають, також є випадковими процесами. Тому пошук алгоритмів обробки сигналів з завадами здійснюється при використанні уже розглянутих імовірнісних моделей. Оцінки (рішення), одержувані на підставі вибірок кінцевого розміру, називають статистичними характеристиками. При пошуку рішення завжди виникає ситуація невизначеності щодо розподілу імовірності сигналів і завад, їх параметрів, додаткових обмежень. Якщо всі ці дані не відомі, то говорять про задачі статистичного синтезу в умовах апріорної невизначеності.
При повній відсутності апріорних даних вирішувати задачі оптимального синтезу неможливо. На практиці завжди знаходяться якісь апріорні відомості.
Тоді в КЗ виникають такі основні типи задач статистичного синтезу, як:
1. Виявлення сигналу на фоні завад.
2. Розрізнення сигналів на фоні завад.
3. Сумісне виявлення (розрізнення) сигналів і оцінка їх параметрів на фоні завад.
Підсумком рішення перерахованих задач є відповідні алгоритми обробки сигналу з завадою, що приводять, як правило, до поліпшення співвідношення між корисним сигналом і завадою. Всі ці задачі мають багато спільного, але мають і свої особливості, що відображаються на структурі алгоритмів.
Для рішення більшості з цих задач необхідно знати як здійснити математичний опис сигналів та завад (їх математичні моделі), визначити, які статистичні значення (чисельні характеристики) можуть мати сигнали та завади на вході приймальних пристроїв. В загальному вигляді питання математичних моделей сигналів та завад розглянуті в попередніх лекціях. Основною їх чисельною характеристикою є, безумовно, математичне сподівання потужності чи амплітуди сигналів та завад на вході приймального пристрою.
Дати відповідь на запитання щодо математичного сподівання потужності чи амплітуди сигналів на вході приймального пристрою можна, знаючи потужність сигналу на виході передавача та ті впливи, які діють на нього в процесі розповсюдження в лінії зв’язку на шляху до приймача.
Ці впливи для різних середовищ розповсюдження (радіозв’язок, зв’язок по тим чи іншим кабельним лініях зв’язку) є різними, але основним впливом, яке є спільним для будь-яких ліній зв’язку є загасання сигналу.