Синтез адаптивной системы демодуляции КАМ‑сигналов

Глава 4. АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

4.1. Постановка задачи синтеза адаптивной системы демодуляции КАМ‑сигналов

В настоящее время в сетях передачи данных, организованных на базе стандартного телефонного канала (СТК), наблюдаются тенденции увеличения количества многопозиционных КАМ-передач. Это  обусловлено уменьшением  стоимости переданного сообщения и повышением скорости информационного обмена.

Многопозиционные передачи оказываются чувствительными к различным искажениям и помехам, действующим в телефонном канале связи, который использует ограниченную полосу частот  Гц. В результате искажений сигнала по амплитуде и задержке, вызванных неидеальностью частотной характеристики канала, соседние импульсы, передаваемые со скоростями, сравнимыми с , перекрываются. Происходит межсимвольная интерференция (МСИ). В телефонном канале межсимвольная интерференция может простираться на 20-30 символов [61], [62]. В этих условиях на системы связи накладывают очень жесткие требования по помехозащищенности. Требуемое качество обработки сигнала на приеме достигается рядом мер, среди которых использование процедуры переспроса  по  каналу обратной связи, повторение искаженных сообщений (ARQ) и эхокомпенсация. На рисунке 4.1 изображен приемопередающий тракт, реализующий эти два метода защиты от ошибок.

Демодулятор (рис. 4.1) вычитает из принятого сигнала собственное эхо и преобразует принятый сигнал в цифровую последовательность, переданную в канал. При этом из-за искажения сигнала в канале эта процедура не является однозначной, поэтому демодулятор может принимать ошибочные решения. Вероятность такой ошибки определяется способом передачи сигнала и степенью его искажения, а также методами обработки, применяемыми в демодуляторе.

Рис. 4.1. Передача сообщений с использованием системы переспроса

Чтобы эхо-сигналы не становились ощутимой помехой для абонентов и не являлись причиной самовозбуждения, в соединительные линии небольшой протяженности вносится затухание от 2 до 6 дБ в зависимости от величины задержки. В спутниковых, а также кабельных линиях связи, если длина тракта превосходит 1000 км (двусторонняя задержка превышает 45 мс), для борьбы с эхосигналами используются специальные устройства их уменьшения: эхокомпенсаторы, включаемые на четырех проводных фрагментах тракта. Принцип их работы основан на запоминании сигнала, следующего в прямом направлении, в линии задержки на время, равное задержке эхосигнала в магистральном канале, оценке параметров эха и формировании копии (эмуляции) эхосигнала. Сформированный сигнал вычитается из сигнала, следующего в обратном канале. В цифровых эхокомпенсаторах, используемых на ИКМ-линиях, сигнал компенсации формируется адаптивным цифровым фильтром, параметры которого определяются по алгоритму минимума среднеквадратической ошибки. Оценка параметров эхосигнала производится постоянно, но лишь в те интервалы времени, когда отсутствует передача сигнала по обратному направлению и  имеется возможность наблюдения "чистого" эха. Кроме того, в необходимых случаях, модемы, обменивающиеся информацией, могут прибегнуть к процедуре переспроса. Однако возможен альтернативный подход к синтезу адаптивного демодулятора в случаях, когда информация о сигнале отвечающего модема в "чистом виде" отсутствует. Отсутствует и информация о характеристиках канала связи, по которому передается информация. Нельзя в данных  условиях применить процедуру переспроса. Демодуляция сигналов, принятых в таких условиях, существенно усложняется из-за искажений, возникающих при прохождении сигнальных символов по каналам связи. Искажения сигнала  возникают при воздействии аддитивного шума и импульсных помех, из-за нестабильности параметров канала связи и наличия в его составе нелинейных элементов, а также за счет межсимвольной интерференции. Межсимвольная интерференция возникает из-за ограниченности  полосы пропускания канала связи и наличия эхосигнала. При этом уровень МСИ увеличивается с увеличением удельной скорости передачи. При демодуляции необходимо учитывать комплексное действие всех видов искажений принятого сигнала, но, как правило, МСИ является главным источником погрешностей демодуляции.

В существующих адаптивных системах демодуляции сигналов применяют байесовские методы оценивания и метод наименьших квадратов. Для реализации байесовских методов необходима информация о корреляционной функции эхосигнала и функциях распределения вероятностей шумов [44], [48],  [61]-[70]. Однако в рассматриваемых условиях такие данные получить затруднительно, так как обмен информацией обычно идет в дуплексном режиме.