Битерби Э. Д. Принципы когерентной связи. Нью-Йорк, 1966 г. Пер. с англ., под ред. Левина Б. Р. М., «Советское радио», 392 стр., т 9500 экз., ц. 1 р. 60 к.
Излагаются основные теоретические принципы работы фазово-когерентных систем связи, которые в настоящее время находят широкое применение в аппаратуре передачи информации, используемой для связи с искусственными спутниками Земли и космическими кораблями. В книге рассматриваются три группы вопросов, являющихся хотя и самостоятельными, но тесно связанными с общими положениями статистической теории связи. Излагается теория работы фазово-когерентных приемников связной аппаратуры, методы оптимизации когерентных демодуляторов, используемых в аппаратуре, работающей как на аналоговых, так и на цифровых (дискретных) принципах, а также осуществляется сравнительный анализ когерентных и некогерентных демодуляторов. Значительная часть книги посвящается вопросам обеспечения фазовой когерентности при наличии помех различного типа.
Книга рассчитана на широкий круг читателей: радиоинженеров, научных работников, на преподавателей, аспирантов и студентов вузов.
Предисловие редактора русского перевода
Э. Д. Витерби — профессор Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе (США) и один из руководителей секции теории информации американского общества инженеров-электриков, известен своими многочисленными работами в области статистической радиотехники. Книга этого автора, русский перевод которой предлагается нашим читателям, была включена издательством Мак Гроу Хил в серию монографий по теории систем. Она посвящена теоретическим основам фазово-когерентной связи, которая получает все большее распространение в современных системах передачи информации, в частности в линиях связи с искусственными спутниками Земли и другими космическими объектами.
Книга состоит из десяти глав, сгруппированных в три части. Первую часть (гл. 1—4) открывает сводка используемых в дальнейшем изложении результатов теории случайных процессов (энергетические характеристики процессов после линейного инерционного преобразования; представление узкополосного нормального, стационарного случайного процесса). Затем излагаются основные теоретические принципы работы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), причем сначала дается элементарное введение (линейное приближение), а в третьей и четвертой главах проводится исследование точного решения нелинейного дифференциального уравнения ФАПЧ методами нелинейной теории колебаний, изложенной в известной монографии А. А. Андронова, А. А. Витта и С. Э. Хай-кина *. Это исследование проводится раздельно для случая отсутствия шума и для случая, когда на полезный сигнал воздействует аддитивный нормальный белый шум.
Первая часть книги, составляющая около 40% ее объ,ема, представляется нам несколько растянутой. Читатели, зна-
* А. А. А ндр о нов, А. А. В и т т, С. Э. X а и к и н. Теория колебаний, физматгиз, 1959.
ОГЛАВЛЕНИЕ
5 8
Предисловие редактора русского перевода
Предисловие...............
Часть 1. Когерентный приемник.......... 11
Глава 1. Введение и основные положения...... 11
1.1. Природа помех в канале связи .... 12
1.2. Случайные процессы и линейные систе-
мы .................. 14
1.3. Представление узкополосных нормальных процессов............ 16
Глава 2. Автоматическое управление фазой..... 20
2.1. Измерение угла и фазы....... 20
2.2. Регулирование угла и фазы..... 24
2.3. Система фазовой автоподстройки частоты .................. 25
2.4. Линейное приближение и переходный процесс............... 29
2.5. Устойчивость и положение полюсов 36
2.6. Фазовая и частотная модуляция ... 39
2.7. Влияние аддитивного шума и других помех................ 43
2.8. Шум в линейной модели...... 50
2.9. Элементы и реализация системы фазовой автоподстройки частоты..... 54
2.10. Влияние полосового ограничителя . . 59
2.11. Литература ............. 62
Глава 3. Поведение системы фазовой автоподстройки
частоты в отсутствие шума ....... 64
3.1. Система первого порядка, на вход которой действует сигнал постоянной частоты *"--"о чтппого порядка при сигнале
рои действе. „....._.
3.2. Система второго порядка при сигнале постоянной частоты на входе..... 67
3.3. Система второго порядка при линейно изменяющейся частоте входного сигнала 77
3.4. Система второго порядка с неидеальным
------"глотппПМ............. 8*
о;
77 82
О.Т. ч^,1~.----
интегратором ..............
3.5. Поведение системы третьего порядка 88
3.6. Значение системы фазовой автоподстройки частоты для захвата и слежения . . 98
3.7. Литература ...,,.,.,,... 100
,189
Глава 4. Поведение системы фазовой автоподстройки
частоты при наличии шума........ Ю1
4.1. Задача о случайных блужданиях и марковские процессы........... Ю2
4.2. Плотности вероятностей марковских процессов ................ Ю9
4.3. Плотность вероятности фазовой ошибки системы первого порядка в установившемся (стационарном) состоянии ... Ц4
4.4. Среднее время до первого прохождения через заданное значение и частота перескоков ................ 124
4.5. Системы высших порядков...... 133
4.6. Установившаяся (стационарная) плотность вероятности фазовой ошибки для системы второго порядка ........ 139
4.7. Система первого порядка со случайной модуляцией.............. 146
4.8. Ограничения точного метода и предлагаемые приближения........... 149
4.9. Литература.............. 150
Часть 2. Системы связи с аналоговой модуляцией 153
Глава 5. Оценка параметров и оптимальная демодуляция ................... 153
5.1. Оценка параметров, основанная на максимизации апостериорной вероятности 153
5.2. Оценка параметров синусоидального сигнала известной частоты при наличии белого шума.............. 158
5.3. Оценка нескольких параметров по максимуму апостериорной вероятности . . . 162
5.4. Оптимальная фильтрация и демодуляция
как задача нахождения оценки .... 164
5.5. Приведение к уравнению Винера — Хоп-
фа.................. 168
5.6. Среднеквадратичная ошибка и уравнение Винера — Хопфа........... 175
5.7. Решения уравнения Винера — Хопфа и определение минимальной среднеквадратичной ошибки............ 178
5.8. Литература.............. 184
Глава 6. Сравнительное рассмотрение систем аналоговой модуляции............... 186
6.1. Оптимальная когерентная демодуляция амплитудно-модулированных сигналов
с двумя боковыми полосами..... 188
6.2. Амплитудная модуляция с одной боковой полосой и когерентная демодуляция 19Я
390
6.3. Оптимальная фазовая демодуляция . . 198
6.4. Частотная демодуляция........ 208
6.5. Полосы частот и спектры....... 211
6.6. Обычная аналоговая демодуляция . . . 217
6.7. Литература.............. 225
Часть 3. Дискретные системы модуляции..... 227
Глава 7. Двоичные дискретные системы связи .... 227
7.1. Когерентный прием.......... 228
7.2. Некогерентный прием......... 237
7.3. Частично когерентный прием..... 243
7.4. Противоположные сигналы ...... 247
7.5. Ортогональные сигналы ....... 251
7.6. Произвольные сигналы ........ 255
7.7. Разностно когерентный прием..... 261
7.8. Литература ............. 263
Глава 8. Дискретные системы связи с применением нескольких сигналов (многозначные коды) . . . 265
8.1. Кодирование ............ 265
8.2. Вероятности ошибок при когерентном приеме ............... 268
8.3. Ортогональные сигналы ....... 272
8.4. Предельные свойства ортогональных |*S сигналов и теорема о кодировании . . 279
8.5. Соображения о полосе частот .... 281
8.6. Получение двоичных ортогональных и связанных с ними кодов....... 285
8.7. Другое выражение для вероятности ошибки............... 288
8.8. Общие свойства и оптимальные сигналы 294
8.9. Вероятности ошибок для равноудаленных сигналов и граница качества для произвольных сигналов ....... 299
8.10. Некогерентный прием ортогональных сигналов.............. 302
8.11. Выводы и практические соображения 308
8.12. Литература ............. 309
Глава 9. Сравнительный анализ дискретных систем
связи при аналоговых источниках сообщения 311
9.1. Дискретные системы связи для передачи аналоговых сообщений ........ 312
9.2. Отношение сигнал/шум на выходе в дискретной системе связи ........ 314
9.3. Качество некодированной системы . . . 317
9.4. Качество кодированной системы без задержки ............... 321
9.5. Качество кодированной системы с задержкой ................. 325
9.6. Сравнение дискретных и аналоговых систем 329
9.7. Литература ............. 331
391
Глава 10. Захват частоты и синхронизация..... 332
10.1. Захват частоты........... 333
10.2. Когерентный фильтр с памятью . . . 342
10.3. Захват частоты при помощи сигнала
с линейной частотной модуляцией . . 347
10.4. Захват частоты несущей и синхронизация символов в дискретных системах связи............. 352
'10.5. Литература............. 358
Приложение А. Представление узкополосных нормальных
случайных процессов .......... 360
Приложение В. Получение оптимальных оценок с помощью ортогонального разложения случайного процесса ................ 366
Приложение С. Байесовская оценка параметра....... 373
Приложение D. Оптимальная оценка в случае, когда наблюдаемые величины и параметр совместно нормальные; уравнение Винера — Хопфа . . . 380
Предметный указатель ................... 386
Цена: 150руб.
