- •Глава 4 математичні моделі каналів зв'язку
- •4.1 Загальні відомості про канали зв'язку
- •4.2 Перетворення випадкових сигналів у лінійних каналах з постійними параметрами
- •4.3 Перетворення випадкових сигналів у нелінійних каналах з постійними параметрами
- •4.4 Проходження сигналів через канали зв'язку з випадковими параметрами
- •4.5 Адитивні завади в каналах зв'язку
- •4.6 Квантовий шум в оптичному каналі зв'язку
- •4.7.2 Канал з адитивним гауссівським шумом
- •4.7.3 Канал з невизначеною фазою сигналу й адитивним шумом
- •4.7 Моделі неперервних каналів зв'язку
- •4.7.1 Ідеальний канал без завад
- •4.7.4 Канал з міжсимвольною інтерференцією й адитивним шумом
- •4.8 Моделі дискретних каналів зв'язку
- •4.8.1 Деякі моделі дискретних каналів з пам'яттю
- •4.8.2 Модель дискретно-безперервного каналу
4.2 Перетворення випадкових сигналів у лінійних каналах з постійними параметрами
Дослідження
перетворень випадкових процесів при
їхньому проходженні через динамічні
системи (як з регулярними, так і з
випадково змінюваними параметрами)
пов'язане з розв’язанням задач двох
типів: визначення кореляційної функції
і спектральної щільності потужності
відгуку
на виході системи, заданої своїми
характеристиками, щодо даної кореляційної
функції або спектральної щільності
потужності вхідного впливу
;
визначення багатомірного розподілу
імовірностей відгуку
на виході системи по багатомірному
розподілу вхідного впливу
.
Друга
із зазначених задач є загальнішою. З її
розв’язку може бути отриманий розв’язок
першої задачі. Однак надалі обмежимося
розглядом тільки першої задачі і лише
вкажемо шляхи розв’язання другої,
складнішої задачі. Так, можна стверджувати,
що якщо смуга частот
,
яка зайнята вхідним випадковим процесом
,
на багато ширша від смуги пропускання
даної лінійної системи, то розподіл
вихідного випадкового процесу
має тенденцію наближатися до гауссівського.
Дійсно,
у стаціонарній детермінованій лінійній
системі з фінітною тобто обмеженою в
часі межами
імпульсною характеристикою (ІХ),
відгук на її дію
можна записати відповідно до інтеграла
Дюамеля у наступному вигляді:
. (4.1)
Крок
дискретизації
можна вибрати рівним інтервалові
кореляції вхідного процесу
.
Припустимо, що вхідний процес центрований
,
тоді центрований і вихідний процес.
Вузька смуга пропускання
означає, що тривалість імпульсної
характеристики
велика в порівнянні із
.
Перетин
вихідного процесу
в будь-який момент часу
визначається згідно (4.1)
доданками суми. У цю суму входить безліч
некорельованих між собою перетинів
процесу
.
Розподіл імовірностей такої суми
відповідно до центральної граничної
теореми теорії імовірності (теореми
Ляпунова) близький до гауссівського
(причому тим ближчий, чим більшою є
величина
,
обумовлена відношенням
)[30].
У граничному випадку, якщо на вхід каналу
впливає “білий” шум, у якого ширина
спектра нескінченна (не співпадаючі в
часі відліки не корельовані), а канал
має обмежену смугу пропускання, то
і вихідний процес буде строго гауссівським.
Відзначена властивість лінійного каналу
зберігається і при зміні параметрів
каналу.
Використовуючи функції знаходження законів розподілу випадкових величин (випадкових процесів), можна знаходити і розподіл вихідного процесу будь-якого порядку, якщо відомий розподіл вхідного процесу. Однак, визначення багатомірних імовірнісних характеристик відгуку лінійних систем виявляється досить громіздким і складним, незважаючи на те, що для розв’язання цієї задачі розроблений ряд спеціальних прийомів.
Далі
визначимо функції кореляції вихідного
процесу. Ясно, що для стаціонарних
випадкових процесів існує пара перетворень
Вінера-Хінчина між функціями кореляцій
(ФК)
,
процесів
і
і їхніх спектральних щільностей
потужності (СЩП):
,
.
Для стаціонарної лінійної системи і
при випадкових стаціонарних впливах
ФК вихідного стаціонарного процесу
визначається з виразу
.
Можна
також показати, що ФК відгуку детермінованої
параметричної системи на стаціонарні
вхідні впливи
визначається формулою
, (4.2)
тобто у даному випадку вихідний процес - нестаціонарний.
