СИНТЕЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОРРЕКТОРОВ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

В. А. Кисель СИНТЕЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОРРЕКТОРОВ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ 37.1 К44 УДК 621.372.55:681.327.8 К44 Кисель В. А. Синтез гармонических корректоров для высокоско- ростных систем связи.— М.: Связь, 1979.— 252 с., ил. 1 р. 80 к. Рассматриваются вопросы устранения интерференционных помех в высокоскоростных многоуровневых системах, работающих по частотноограниченным каналам. Излагается теория гармонических корректоров временных и частотных характеристик каналов связи. Книга предназначена для научных работников, специализирующихся в области высокоскоростной передачи сигналов. 30401—092 ББК 37 1 К--------------102—79 3701000000 045(01)—79 6Ф0.1 © Издательство «Связь», 1979 г. ПРЕДИСЛОВИЕ Использование достижений теории оптимального приема сигналов, теории помехоустойчивости и надежности, теории преобразования и кодирования, новых методов синтеза цепей и т. д. привело в последние годы к существенному росту (эффективности систем связи. Тем не менее дальнейшему увеличению скорости передачи данных в реальных частотно-ограниченных коммутируемых каналах связи с искажениями (рассеянием во времени), а также в (Параметрических каналах препятствует наличие интерференционных (межсимвольных) помех, которые не могут быть устранены на основе существующих теорий. Это выдвигает перед разработчиками комплексную проблему борьбы с межсимвольными помехами в высокоскоростных системах связи, которая распадается на два относительно самостоятельных направления: 1. Синтез сигналов с финитным спектром для высокоскоростной многоуровневой (в общем случае — многопозиционной) передачи до частотно-ограниченным каналам. Эти сигналы оптимальны в том смысле, что их использование в корректированных каналах, в принципе, устраняет межсимвольные помехи, вызываемые неизбежной интерференцией многоуровневых сигналов с резко ограниченным по ширине спектром при их высокоскоростной передаче (при скоростях, приближающихся к теоретическому пределу — скорости Найквиста). 2. Синтез регулируемых корректоров, позволяющих оперативно («вручную» либо автоматически) скомпенсировать все виды линейных собственных и перекрестных искажений временных и частотных характеристик (либо совокупности некоторых параметров) каналов многократных систем связи и произвольным характером селекции сигнала на фоне шумов. Первое из указанных направлений рассмотрено в настоящей монографии в гл. 1. Полученные результаты важны для построения многоуровневых высокоскоростных систем передачи дискретной информации, использующих стандартные телефонные каналы. Однако в равной степени они пригодны для радиоканалов с интегральными методами приема, так как указывают общие требования, которым должны удовлетворять финитные спектры сигналов на входах решающего устройства либо приведенные характеристики частотно-ограниченных каналов связи так, чтобы в моменты принятия решений устранялись межсимвольные помехи при неизбежной интерференции сигналов, передаваемых с высокими скоростями. Второе направление является комплексным и распадается на несколько самостоятельных частей, таких, как общая теория полиномных (в частности, гармонических) корректоров; алгоритмы автоматической коррекции дискретных сигналов на фоне шумов; гармонические корректоры с обратной связью; совместная минимизация собственных и перекрестных искажений каналов многократных систем связи. По этой причине вопросы синтеза адаптивных корректоров освещены в гл. 2—4. Спецификой вопросов синтеза автоматических корректоров является то, что, хотя эти вопросы и носят четко выраженный «цепной» характер, они, однако, не могут быть решены на основе существующих методов синтеза цепей с сосредоточенными или распределенными параметрами (методов синтеза классических фазовых и амплитудных корректоров, корректоров Боде и т. д.), поскольку указанные методы не учитывают принципиально нового требования, предъявляемого к автоматическим корректорам, — возможности автоматической минимизации заданной целевой функции (погрешности). Главную роль в теории таких корректоров играет синтез алгоритмов автоматической коррекции, и этому вопросу в .гл. 3 и 4 уделяется основное внимание. Актуальность и общая практическая значимость проблематики и результатов синтеза гармонических корректоров подтверждаются, например, следующими фактами. Применение автоматической коррекции в сочетании с различными видами модуляции позволило осуществить в стандартном телефонном канале (полоса частот 300—3400 Гц) передачу информации последовательными методами в 1964 и 1965 гг. со скоростями соответственно 6800 и 9600 бит/с и последнее время — со скоростью порядка 12 000 бит/с [1—4]. В системах без коррекции относительная скорость передачи многоуровневых дискретных сигналов (кодовых комбинаций) не превышает 0,3—0,5 Бод/Гц полосы пропускания канала, в то время как при использовании сигналов без межсимвольной интерференции совместно с коррекцией линейных искажений скорость приближается к предельно возможной (скорости Найквиста); равной 2 Бод/Гц. Хорошо известно, что приемниками, обеспечивающими минимально возможную величину средней вероятности ошибки, когда принятый сигнал искажается как случайными помехами, так и межсимвольной интерференцией, являются нелинейные приемники, основанные на сложном решении [5—8]. Тем не менее линейные оптимальные приемники, главной частью -которых являются гармонические корректоры, обеспечивают хорошее приближение к оптимальному решению. Кроме того, гармонические корректоры входят как составная часть и в оптимальные нелинейные приемники, например в приемники с решающей обратной связью, в приемники максимального правдоподобия и др. [5—8]. С другой стороны, приемники с гармоническими корректорами (автоматическими или адаптивными) существенно проще нелинейных приемников. По указанным причинам разработка гармонических корректоров различных типов является в настоящее время одной из центральных тем исследований специалистов в области теории и техники высокоскоростных систем связи [1—8]. Естественно, вопросы, рассмотренные в настоящей книге, не ограничиваются только коррекцией интерференционных помех в системах передачи данных. Они в равной степени относятся и к коррекции искажений в широкополосных системах связи с различными видами частотного и временного уплотнения, к коррекции линейных искажений в телевизионных системах, в видеотелефонных системах и др. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Lucky R. W. Automatic Equalization for Digital Communication.—«BSTJ», 1965, v. 44, p. 547—588, April. 2. Rudin H. R. A Continuously Adaptive Equalizer for General-purpose Communication Channels.—«BSTJ», 1969, v. 48, N 6, p. 1865—1884. 3. Niessen C. W., Willim D. K. Adaptive Equalizer for Pulse Transmission.— «IEEE, Transactions on Com. Techn.», 1970, v. COM-18, N 4, p. 377—395. 4. Lucky R. W., Salz J., Weldom E. F. Principles of Data Communication.— New York, Me. Graw-Hill Book Co., 1968, 433 p. 5. Lucky R. W. A Survey of the Communication Theory Literature: 1963—1973.— «IEEE Trans. Inform. Theory», 1973, v. 19, N 6, p. 725—739. 6. Messerschmitt D. G. A Geometric Theory of Intersymbol Interference. Part I: Zero-Forcing and Decision-Feedback Equalization.—«BSTJ», 1973, v. 52, N 9, p. 1483—1520. 7. Messerschmitt D. G. A Geometric Theory of Intersymbol Interference. Part II: Performance of the Maximum Likelihood Detector.—«BSTJ», 1973, v. 52, N 9, p. 1521—1540. 3. Falconer D. D., Magee Jr. F. R. Adaptive Channel Memory Truncation for Maximum Likelihood Sequence Estimation.—«BSTJ», 1973, v. 52, N 9, p. 1541—1562.