Файл: История техники связи.pdf

ного канала формировался многочастотный сигнал, состоящий из двадцати несущих колебаний, расположенных с интервалом 110 Гц [14]. На всех несущих методом ДОФМ синхронно передавались потоки цифровых сигналов со скоростью 120 бит/с. Система имела весьма высокую спектральную эффективность, позволяя в полосе частот, равной одному герцу, передавать информацию со скоростью 0,6 бит/с. В работе Дж. Лаутона [15] была исследована помехоустойчивость приема сигналов в этой системе.

Системы, подобные «Кинеплекс», для передачи данных по коротковолновым линиям связи были разработаны также и в России [11, 16]. С конца 60-х гг. цифровые системы с ОФМ и ДОФМ начинают широко применяться в спутниковых и радиорелейных линиях связи.

Принципы, заложенные в систему «Кинеплекс», оказались весьма перспективными. В 80-х гг. Европейским институтом телекоммуникационных стандартов эти принципы были положены в основу разработки цифровых систем звукового и телевизионного вещания, которые ХХI в. во всех странах Европы пришли на смену действующим и сегодня аналоговым системам. Многие современные системы абонентского радиодоступа также строятся на этих принципах.

В 60-х гг. в США был изобретен метод передачи сигналов, названный ЧМн с непрерывной фазой, который также называется манипуляцией минимального частотного сдвига (ММС). При этом методе (см. [17]) во время передачи одного бинарного символа осуществляется частотная модуляция несущей частоты с индексом модуляции, равным 0,5. Фаза такого сигнала за время передачи одного символа изменяется по линейному закону на ±90°. Особенностью ЧМн с непрерывной фазой по сравнению с методами передачи, основанными на скачкообразном изменении фазы сигнала, является компактность спектра сигнала, передаваемого по каналу связи (низкий уровень его внеполосных излучений). Это облегча- ет решение проблем электромагнитной совместимости систем связи, работающих в соседних частотных каналах. Метод ЧМн с непрерывной фазой применяется для передачи сигналов, например, в системах спутниковой связи, а также в получивших глобальное распространение сотовых системах подвижной связи европейского стандарта GSM.

Николай Тимофеевич ПЕТРОВИЧ

Николай Тимофеевич Петрович родился 8 сентября 1915 г. в Таллине. В 1940 г. с отличием окончил Московский электротехнический институт связи. Участник Великой Отечественной войны. В 1948 г. защитил кандидатскую диссертацию и почти два десятилетия занимался разработкой систем управления ракетами и дальними бомбардировщиками в НИИ радиопромышленности. В 1954 г. изобрел метод ОФМ. Это изобре-

Глава 3. Очерк истории создания и развития теории потенциальной помехоустойчивости 235

тение ——одно из важнейших в области связи. Оно нашло широкое применение в системах связи различного назначения.

Описание ОФМ вошло во все современные учебные курсы по передаче сигналов. Исследования нового метода передачи стали содержанием докторской диссертации Н.Т. Петровича, защищенной в Институте радиотехники и электроники Академии наук СССР

â1960 г., и книги [5], опубликованной в 1965 г.

Ñ1960 по 1965 г. Н.Т. Петрович возглавлял разработку в диапазоне коротких волн аппаратуры ОФМ для подводных лодок и ее первые натурные испытания. С 1965 г. он более двадцати лет руководил кафедрой теории передачи сигналов и нелинейных электрических цепей во Всесоюзном заочном электротехническом институте связи в Москве. При активном участии профессора Н.Т. Петровича проводились многие семинары и конференции по пропаганде ОФМ. Под его руководством 28 ученых защитили кандидатские диссертации. Им опубликован ряд книг, охватывающих широкий круг вопросов. По его книгам многие тысячи советских специалистов знакомились с новейшими достижениями в области импульсной техники, космической радиосвязи, с системами связи с ОФМ и с шумоподобными сигналами.

Большой известностью пользовались научно-популярные книги Н.Т. Петровича, в которых рассказывалось о проблемах передачи информации в современном обществе, об изобретательстве, в котором наиболее полно проявляется созидательная сущность человека, о проблемах контакта с внеземными цивилизациями. Многие его статьи и книги переведены на иностранные языки.

Н.Т. Петрович был и остается активным изобретателем, автором и соавтором 28 изобретений, многие из которых посвящены развитию его идей, связанных с методом ОФМ. Со студенческих лет по сегодняшний день Н.Т. Петрович увлекается альпинизмом ——одним из самых сложных и романтических видов спорта, в котором он является опытным профессионалом, имея звание мастера спорта.

В настоящее время Н.Т. Петрович участвует в разработке сети связи России для чрезвы- чайных ситуаций. В 2001 г. он опубликовал книгу о внеземных цивилизациях, а в 2003 г. вышла еще одна его книга «Относительные методы передачи информации».»

Николай Петрович ХВОРОСТЕНКО

Николай Петрович Хворостенко родился 1 июля 1933 г.

âВасилькове Киевской области. В 1956 г. окончил Военную академию связи в Ленинграде по специальности «радиосвязь». Â 1956—1959 гг. служил в батальоне связи в должности начальника мастерской связи в Сталинабаде Таджикской ССР. С 1959 г. по настоящее время работает

âЦентральном научно-исследовательском испытательном институте Министерства обороны Российской Федерации.

236ПИОНЕРЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЕКА. История развития теории связи

Â1962 г. защитил кандидатскую, а в 1971 г. — докторскую диссертации. С 1974 г. имеет звание профессора. Н.П. Хворостенко ——крупный теоретик в области связи, сделавший значительный вклад в развитие теории потенциальной помехоустойчивости. В 1962—1967 гг. он принимал активное участие в разработках новой техники в институте под руководством известного российского специалиста в области связи В.С. Дулицкого. Им были получены важные результаты, относящиеся к приему сигналов с ФМн и ОФМ, рассмотрены вопросы приема в целом»М-позиционных сигналов (ортогональных, симплексных, сигналов с избыточностью). В его работах была развита теория оптимального разнесенного приема сигналов с учетом корреляции замираний в ветвях разнесения, а также теория приема сигналов с избыточным кодированием. Основные результаты его исследований опубликованы в монографии [9], изданной в 1968 г.

Н.П. Хворостенко совместно с коллегами по работе сделал ряд интересных изобретений, имеющих важное практическое значение. В них предложены оригинальные методы оптимального когерентного сложения сигналов в системах разнесенного приема, методы компенсации межсимвольных помех в многолучевых каналах, методы подавления радиопомех за счет их оптимальной обработки и пространственной селекции сигналов.

2.2.Прием М-позиционных сигналов в каналах с постоянными параметрами и в каналах с неопределенной фазой

Оптимальные системы связи с М-позиционными сигналами (ортогональными и симплексными) впервые были предложены и исследованы В.А. Котельниковым. Значение теории приема М-позиционных сигналов (М-сигналов) состоит в том, что в системах связи, использующих такие сигналы, можно достичь тех предельных характеристик качества приема, на которые впервые в 1948 г. указал создатель теории информации [18], крупнейший ученый в области связи К. Шеннон.

Шенноном было показано, что в оптимально построенной системе связи возможна безошибочная передача информации в том случае, если выполняется условие

R = (lnM)/T < C = F·ln(1 + Ps/Pn),

где F — полоса частот канала связи; R — скорость передачи М-сигнала; Т — время передачи (Т→∞); С — пропускная способность канала связи; Ps è Pn — мощности полезного сигнала и шума, действующего в канале связи. Доказательство этого положения в [18] не носило конструктивного характера, так как при этом не указывались способы передачи и приема сигналов в такой системе связи.

В 1950 г. знаменитый американский ученый С.О. Райс опубликовал работу [19], в которой рассмотрел оптимальный прием М-сигналов в N-мерном пространстве (N = 2FT). Поскольку методы построения оптимального ансамбля М-сигналов в те годы не были известны, он впервые выдвинул идею случайного кодирования и нашел формулу для средней вероятности ошибочного приема по случайно выбранным ансамблям таких сигналов. Эта сложная формула давала важную зависимость Рîø = f(R,С,N). Райсом была установлена связь между теорией оптимального приема и теорией информации. Она сыграла важную роль в их дальнейшем развитии. По сути, работа Райса показывала, что теория потенциальной помехоустойчи- вости может служить базой для конструктивного доказательства положений тео-

Глава 3. Очерк истории создания и развития теории потенциальной помехоустойчивости 237

рии информации, касающихся пропускной способности каналов связи. В дальнейшем полученные результаты были развиты рядом крупных ученых.

Â1955—1958 гг. известные отечественные ученые профессор Э. Л. Блох, академик

À.À.Харкевич [20] и профессор Н.К. Игнатьев [21], используя математическую теорию плотнейшего заполнения N-мерного пространства равными шарами, нашли ряд оптимальных ансамблей М-сигналов, позволяющих передавать сообщения в каналах с «белым» гауссовским шумом.

Â1959—1963 гг. К. Шеннон [22], А.В. Балакришнан [23] и Д.Слепян [24] опубли-

ковали работы, в которых были развиты методы вычисления зависимости Рîø = f(R,С,N) и сделаны важные выводы о потенциальной помехоустойчивости оптимального приема М-сигналов. Многочисленные результаты, связанные с проблемой передачи и приема М-сигналов, полученные до 1966 г., были отражены в книге известных отече- ственных специалистов К.А. Мешковского и Н.Е. Кириллова [25].

Проблема вычисления вероятности ошибочного приема для М-сигналов весьма сложна в математическом плане, и до 70-х гг. продолжаются исследования, в которых развиваются методы получения достаточно точных оценок зависимости

Ðîø = f(R,С,N) для таких сигналов. Наиболее важные результаты в этом направлении были получены американскими учеными А. Нутталлом [26], исследовавшим помехоустойчивость когерентного и некогерентного приема равнокоррелированных М-сиг-

налов, и Р. Галлагером [27], разработавшим метод оценки сверху Рîø при приеме М-сигналов.

Другой эффективный метод оценки сверху Рîø при приеме произвольных М-сиг- налов отражен в работе [28], где рассмотрен ряд примеров его применения в конкретных системах связи, работающих в каналах с замираниями и без них.

Âконце 50-х и в начале 60-х годов продолжались исследования помехоустойчивости приема ортогональных и биортогональных М-сигналов в N-мерном пространстве (M = N и М = 2N соответственно) и М-сигналов в двухмерном пространстве. Применение М-сигналов при М > N позволяет в заданной полосе частот передавать сообщения с большей скоростью, т.е. более эффективно использовать полосу частот канала связи. Это особенно актуально в радиосвязи.

В.С. Котовым и Л.М. Финком [29] были получены результаты, определяющие потенциальную помехоустойчивость приема четырех позиционных сигналов с ЧМ (сигналов ДЧТ-двухканального частотного телеграфирования) в каналах с неопределенной фазой при произвольном законе флуктуаций уровня принимаемого сигнала. Идея системы ДЧТ, в которой передача сигналов происходит на четырех различных частотах, была предложена еще в 1923 г. известным специалистом в области распространения коротких волн, академиком А.Н. Щукиным. В 1946 г. инженером И.Ф. Агаповым [30] эта система была реализована и широко применялась в течение многих лет на линиях коротковолновой связи.

Следует особо выделить работы К. Кана [31], К. Компопиана и Б. Глазера [32], а также Дж. Смита [33]. В 60-х гг. эти авторы исследовали важный класс двухмерных М-сигналов с фазово-амплитудной (ФАМ-сигналы) и квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ-сигналы). Такие сигналы при выполнении условия М >>N позволяют намного эффективнее использовать полосу частот канала связи, отведенную для их передачи, по сравнению с сигналами с ЧМн и ФМн.