книги / Методы помехоустойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий сборник составлен по материалам IV сим­ позиума «Помехоустойчивость систем связи с частотной

устойчивого приема 4M и ФМ сигналов. Рекомендации симпозиумов практически реализованы при внедрении порогопонижающих устройств в спутниковых и тропо­ сферных системах связи (Орбита, Интерспутник, Гори- зонт-М). На IV симпозиуме наметились пути единого подхода к анализу порога следящих демодуляторов и сделаны попытки к разработке общей теории помехоус­ тойчивости систем передачи непрерывных сообщений при малом и большом уровнях различных помех, в том числе, -импульсных и сосредоточенных.

В сборник вошли доклады, отражающие основную тенденцию развития современной теории и техники пе­ редачи непрерывных сообщений. Эта тенденция состоит в том, что наряду с широким применением и развитием систем аналоговой передачи все большее применение находят системы дискретной передачи непрерывных со­ общений.

В соответствии с этим сборник состоит из двух раз­ делов. Первый раздел посвящен исследованию и раз­ работке систем помехоустойчивого приема аналоговых сигналов. Большая часть статей этого раздела посвя­ щена вопросам разработки и исследования демодулято­ ров 4M и ФМ сигналов, обеспечивающих наилучшую помехоустойчивость при воздействии флуктуационного шума. 4асть статей посвящена общей теории помехо­ устойчивости 4M и ФМ систем при воздействии различ­ ных помех и искажений. В этом разделе рассматрива­ ются также вопросы анализа систем фазовой автопод­ стройки частоты.

Второй раздел сборника включает статьи, посвящен­ ные исследованию систем дискретной передачи непре­ рывных сообщений. Здесь рассматриваются общие во­ просы оценки эффективности систем передачи дискрет­ ных сигналов при различных видах модуляции и кон­

кретные вопросы исследования и разработки таких сис­ тем. Значительная часть статей этого раздела посвя­ щена рассмотрению систем передачи дискретных сигна­ лов с помощью фазовой и относительной фазовой ма­ нипуляции.

Замечания и предложения по сборнику просим на­ правлять по адресу: Москва, Главпочтамт, а/я 693, Из­ дательство «Советское радио».

Редколлегия

РАЗДЕЛ 1

ВОПРОСЫ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ПРИЕМА АНАЛОГОВЫХ 4M, ФМ И AM СИГНАЛОВ

УДК 621.396.621.33

А. С. ВИНИЦКИИ

МЕТОД ПРИВЕДЕННЫХ СИСТЕМ КООРДИНАТ КАК СРЕДСТВО УМЕНЬШЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ В ПОТОКЕ НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

На ряде примеров показано, что использование системы коорди­ нат, приведенной к исследуемой нестационарной системе, позволяет повысить эффективность эвристических методов исследования п свести многие вновь возникающие задачи к уже решенным, умень­ шив этим паразитную избыточность в научных исследованиях.

Для проблемы помехоустойчивости и порога при при­ еме 4M и ФМ сигналов характерны математические трудности строгого анализа н инженерного расчета со­ ответствующих устройств и систем. Это связано с прин­ ципиальной неаддитивностью спектра 4M и ФМ сиг­ налов, нелинейностью процесса фильтрации соответству­ ющих параметров сигнала, принципиальной нестационарностыо оптимальных селективных цепей в системах их обработки и с целым рядом других особенностей задачи.

Все эти годы в условиях широкого применения

4M и ФМ происходил интенсивный поиск различных (чаще всего асимптотических) подходов к преодолению этих трудностей и построению непротиворечивой теории оптимального приема 4M н ФМ сигналов. Однако и до настоящего времени она еще далека от завершения, и многие ее разделы являются предметом оживленных дискуссий. С огромной скоростью растет число

Публикаций по данной проблеме, но, к сожалению, темпы их роста существенно превышают скорость подлин­ ного прояснения ее сути.

Такая ситуация характерна не только для данного круга проблем и связана с двумя основными обстоятель­ ствами: рост числа публикаций вовсе неэквива­ лентен росту объема полезной информации; повсемест­ ное распространение методов формально-математиче­ ской логики при исследовании сложных явлений и объ­ ектов имеет и негативные последствия, так как при­ водит к утрате их физического образа, являющегося ос­ новой эвристического мышления.

В последнее время много пишут об «информацион­ ном взрыве» — стремительном экспоненциальном росте объема информации, обрушивающейся на научного ра­ ботника. При этом часто показателем его роста считают число научных публикаций, которое, как подсчитано, удваивается за каждые 10—15 лет [Г|.

Социологические исследования последних лет четко показали [Г|, что эффективность труда ученого опре­ деляется не числом опубликованных работ, а прежде всего их цнтируемостыо в других работах. Как уже давно отмечал Дж. Бернал, оценка деятельности уче­ ных по суммарному числу публикаций приносит боль­ шой вред науке, так как часто в погоне за их количе­ ством научные журналы засоряются незрелыми работа­ ми, исследующими уже давно решенные задачи лишь в несколько измененном ракурсе. Эти публикации со­ здают паразитную избыточность в общем потоке науч­ ной информации, рост которой подчас принимают за рост полезной информации. При этом в нарастающем потоке публикаций все труднее становится поиск малых вкраплений, которые являются подлинно повой научной информацией.

Одним из эффективных средств уменьшения такой паразитной избыточности является отыскание «связок» между родственными классами задач, которые позво­ ляют свести вновь возникающую, на первый взгляд но­ вую и сложную задачу к уже решенной и более про­ стой. Ярким примером эффективности такого подхода является широко используемый метод электромеханиче­ ских аналогий.

В применении к проблемам следящего приема 4M сигналов имеется одна дополнительная трудность по­ добного подхода. Связана она с тем, что независимо от того, используется ли в системе следящий фильтр или следящий генератор, 4M демодулятор в целом является нестационарной системой, которая, как правило, не до­ пускает квазистационарного ее рассмотрения и соответ­ ственно использования хорошо разработанных методов анализа и синтеза стационарных систем.

Представляется, что в этих условиях эффективным средством установления «связок» между сходными за­ дачами для стационарных и нестационарных систем мо­ жет явиться иной подход — использование метода при­ веденных координат. Суть этого метода [2] сводится к использованию характерных для данных сложно моду­ лированных колебаний или для данной селективной сис­ темы собственных базисных функций и неравномерных приведенных шкал времени, амплитуды и частоты. При пересчете к таким приведенным координатам сложномодулированиые колебания, совпадающие по форме с собственными колебаниями системы, вырождаются в гармонические, а селективные цепи с переменными па­ раметрами преобразуются в стационарные1. Это позво­ ляет использовать при их исследовании в приведенных координатах весь арсенал математических средств изу­ чения стационарных систем и, в частности, позволяет легко установить связь между однотипными задачами для стационарных и нестационарных систем. Так, в [2] показано, что практически все задачи о переходных процессах в нестационарных фильтрах можно свести к аналогичным уже решенным задачам для стационарных фильтров. В работе [5] показано, что целый класс слож­ ных полиномиальных фильтров разного порядка с пе­ ременными параметрами сводится при переходе к при­ веденным координатам к аналогичному классу уже ис­ следованных полиномиальных фильтров с постоянными параметрами. Число таких примеров можно было бы увеличить.

1 Отметим одно важное обстоятельство: когда возникает необ­ ходимость пересчета колебаний или системы от абсолютных коор­ динат к приведенным и обратно, методы пересчета могут быть как ■точными {3, 4], так и приближенными [2], однако адекватность ме­ тода приведенных координат исследуемым нестационарным коле­ баниям или системам вытекает из глубокой физической сущности исследуемых процессов и не зависит от выбора метода пересчета.

Конечно, мало устранить паразитную избыточность потока научной информации. Необходимо при этом обеспечить должный темп продвижения вперед нараста­ ющего потока полезной, подлинно новой информации. Остановимся на некоторых необходимых для этого ус­ ловиях.

В настоящее время значительные усилия ученых на­ правлены на развитие строгих методов анализа и син­ теза радиотехнических и кибернетических систем при непрерывном расширении круга применения ЭВМ. Эти методы достигли высокой степени совершенства и гиб­ кости. Однако все они строятся для некоторых идеали­ зированных моделей, отражающих определенное состоя­ ние познания явления и поэтому способны лишь углубить знание предмета на уже достигнутом уров­ не, но не выйти за его пределы. Например, исследо­ вания явлений порога, а также учет влияния широко­ полосной 4M остаются за пределами возможностей су­ ществующих методов статистического синтеза оптималь­ ных демодуляторов. Эти методы стимулируют переход к новому уровню познания, лежащему за пределами данной модели, лишь в тех случаях, когда они приводят к противоречию или абсурду.

Обратим внимание па то, что ис случайно всякая теория, когда она достигает законченной, замкнутой, непротиворечивой формы, уже не может обеспечить до­ стижения качественно новых результатов. Наоборот, всякая новая, свежая теория неизбежно несет в себе элементы эвристики, интуитивных построений, еще не разрешенных противоречий. Но именно преодоление этих противоречий и есть выход к новым рубежам.

В связи с этим необходимо гармоничное сочетание двух сторон единого процесса научного творчества: ло­ гики (со всем арсеналом средств ее математического обеспечения) и интуиции. Причем основная роль при переходе к новому уровню познания принадлежит преж­ де всего интуиции. Еще в прошлом веке один из веду­ щих математиков Пуанкаре очень четко сформулировал соотношение между логикой н интуицией применитель­ но к самой математике. В частности, он писал: «Посред­ ством логики доказывают, посредством интуиции изо­ бретают. Логика необходима, по сама по себе она не может создать чего-то действительно нового... Она пас­ сивна в своей основе. Направление ее работы задается

Интуицией» и дальше: «Логика... не говорит, каков путь, который ведет к цели. Для этого надо издали видеть цель, а способность, научающая нас видеть, есть инту­ иция. Без нее геометр был бы похож на того писателя, который безупречен в правописании, но у которого нег мыслей». Интуитивный путь всегда много короче харак­ терной для математических методов цепи логических доказательств. Поэтому эффективное использование ин­ туитивного подхода должно обеспечить нарастание по­ тока подлинно повой научной информации. Но, как по­ казывают последние исследования £üj, интуиция опери­ рует не двоичными или иными символами, а цельными образами. Поэтому для эффективного использования интуитивного метода, для «видения» в целом условий задачи необходимо не потерять ее наглядного физиче­ ского образа.

Это определяет особую роль аналоговых методов ис­ следования и важность правильного выбора системы координат, в которой рассматривается задача. Приме­ нительно к теории 4M сигналов и нестационарных се­ лективных систем, широко используемых при их опти­ мальном приеме, метод приведенных координат может послужить эффективным средством решения этой про­ блемы. Действительно, поскольку приведенные коорди­ наты соответствуют природе восприятия данной неста­ ционарной системой сколь угодно сложных воздействий, в этой системе координат все процессы будут представ­ лены с наибольшей физической наглядностью, в том виде, как их воспринимает сама система. При этом важ­ но, что модуляция, широкополосная в абсолютных коор­ динатах, вырождается в узкополосную, в координатах, приведенных к почти синфазно следящему фильтру, да­ вая возможность простейшего спектрального анализа, а подчас и квазистационар-ного рассмотрения существен­ но нестационарных систем.

Эго, в частности, позволило авторам работы [7] ре­ шить методом спектрального анализа в приведенных координатах одну из наиболее трудных задач устойчи­ вости контура еамосинфаэирования следящего фильтра. В работах [2, 4J показано, что проблема селекции ши­ рокополосных AM и 4M сигналов по форме с помощью нестационарных фильтров, которая в абсолютных коор­ динатах сводится к сложной задаче разделения сигна­ лов с перекрывающимися спектрами, в приведенных ко­

ординатах сводится к простейшей задаче частотного раз­ деления сигналов с неперекрывающимпся спектрами. В работах [2, 8] пересчет к приведенным координатам поз­ волил свести ряд трудных задач исследования порога с учетом модуляции к задачам при отсутствии модуляции с наглядной физической трактовкой полученных резуль­ татов. Эффективность метода приведенных координат при построении новых моделей сигналов и систем иллю­ стрируют и статьи В. А. Зайцева, В. И. Маиенкова и О. Е. Абрамянц, помещенные в данном сборнике.

В заключение следует отметить, что применительно

к теории следящего приема 4M сигналов, а тем более к широкому классу других задач, метод приведенных координат далеко не исчерпывает арсенала средств как сокращения паразитной избыточности в научных публи­ кациях, так и стимулирования эвристических методов научных исследований. Цель данной статьи — привлечь внимание специалистов к этой важной проблеме и ука­ зать некоторые возможные подходы к ее решению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Налимов В. В., Мульченко 3. М. Наукометрия. М., «Нау­ ка», 1969.

2.Виницкий А. С. Модулированные фильтры и следящий при­ ем 4M сигналов. М., «Сов. радио», 196Ü.

3.Рыжак И. С. Об одном классе приводимых систем. — «Ра­ диотехника л электроника», 1971, т. 16, № 1.

4.Зайцев В. А. Структурно-сигнальные нестационарные фильт­ ры как основа для построения следящих систем связи. — В кн.: Ме­

тоды помехоустойчивого приема 4M п ФМ сигналов. Под ред.

А.С. Виницкого, А. Г. Зюко. М., «Сив. радио», 1972.

5.Зайцев В. А., Кроливницкий А. Д. Синтез параметрических цепей с заданными избирательными свойствами по отношению к

колебаниям сложной формы. — «Радиотехника и электроника», 1972, № 11.

6.Поспелов Д. А., Пушкин В. Н. Мышление и автоматы. М., «Сов. радио», 1972.

7.Афанасьев Ю. А., Кантор Л. Я. Коррекция управляющей

лятора со следящим фильтром и влияние па нее нелинейности ча­ стотного детектора. — В кн.: Методы помехоустойчивого приема 4M и ФМ сигналов. Под. ред. А. С. Виницкого, А. Г. Зюко, М., «Сов. радио», 1972.