М. А. Быховский
"Кто делает упорные усилия, чтобы взойти на вершину совершенства, тот никогда не восходит на нее один, но всегда ведет за собой, как доблестный вождь, бесчисленное воинство".
Св. Тереза Авильская
В статье дан краткий очерк истории открытия теории потенциальной помехоустойчивости - одной из интеллектуальных вершин в области телекоммуникаций. Эта вершина была покорена несколькими учеными - российским академиком В. А. Котельниковым и американскими и английскими учеными А. Зигертом, Д. Мидлтоном, П. Вудвортом и И. Дейвисом.
Приведенные в эпиграфе слова святой Терезы - монахини, жившей в XVI веке в Испании, как нельзя лучше характеризуют тот процесс, который был инициирован в электросвязи этими людьми.
Возможно вы искали - Реферат: Распространение технических знаний в России в XIX – начале XX вв. как предпосылка развития философии техники в Росcии
Созданная теория открывала новую обширную область научных исследований, имеющих важное практическое значение. Тысячи специалистов, повинуясь своему творческому инстинкту и как бы услышав призыв великого итальянского поэта Данте Алигьери:
"Тот малый срок, пока еще не спят
Земные чувства, их остаток скудный
Отдайте постиженью новизны...
Вы созданы не для животной доли,
Похожий материал - Доклад: Предыстория космической радиосвязи
Но к доблести и к знанью рождены..."
последовали за первооткрывателями в эту область, связав с ней свою профессиональную судьбу. Результатом многочисленных исследований во вновь открытой области, выполненных за последние 50 лет, явился огромный прогресс в развитии техники телекоммуникаций.
В этой статье дан краткий очерк истории развития одного из разделов этой теории, относящегося к приему дискретных сигналов в канале без замираний.
Прием сигналов в каналах с постоянными параметрами и в каналах с неопределенной фазой двухпозиционные сигналы
Как уже упоминалось в [1], в первой работе В. А. Котельникова [2] по теории потенциальной помехоустойчивости рассматривались задачи приема сигналов в канале с постоянными и точно известными параметрами. Котельников рассматривал по существу системы приема сигналов, в которых применяется синхронное детектирование.
Однако синхронный прием возможен лишь в том случае, когда система синхронизации весьма точно отслеживает все изменения фазы принимаемого сигнала. Последнее предположение, строго говоря, неправомерно, так как любой системе фазовой автоподстройки частоты свойственны флуктуации и скачки фазы формируемого на ее выходе опорного сигнала. До середины 50-х годов проблема реализации синхронного приема сигналов оставалась нерешенной. Для передачи дискретных сообщений на практике применялись сигналы с амплитудной и частотной модуляцией (AM и ЧМ), прием которых осуществлялся путем их детектирования. И первое время исследования в области теории приема дискретных сообщений были направлены на определение оптимальных алгоритмов некогерентного приема этих сигналов и получение формул, позволяющих рассчитать вероятность их ошибочного приема.
Очень интересно - Реферат: Подход и методы изучения проблем философии техники
По-видимому, первой работой, в которой содержались результаты исследований вопросов приема сигналов в канале с неопределенной фазой, явилась фундаментальная статья американских ученых У. Петерсона, Т. Бирдзолла и У. Фокса, в которой были приведены структурные схемы оптимальных приемников и дана оценка помехоустойчивости некогерентного приема сигналов.
Отметим, что В. А. Котельников, переключившийся после создания своей теории в 1947 г. на другие научные проблемы и переставший работать в открытой им новой области, опубликовал в 1959 г. работу [3], в которой рассмотрел одну специфическую задачу некогерентного приема широкополосных сигналов и сопоставил помехоустойчивость когерентного и некогерентного приема таких сигналов.
Всесторонние исследования вопросов приема сигналов в канале связи с неопределенной фазой сигналов выполнил в середине 50-х годов выдающийся российский ученый Л. М. Финк. Он нашел структуру оптимальных демодуляторов и получил формулы, определяющие их помехоустойчивость. Полученные им результаты вошли в его широко известную в СССР монографию, первое издание которой было опубликовано в 1963 г., а второе [4] - в 1970 г. Финк рассмотрел не только вопросы некогерентного приема в оптимальных по Котельникову приемных устройствах, но и в других устройствах, применяемых на практике. Им, в частности, были исследованы вопросы помехоустойчивости приема сигналов ЧМ с использованием частотного дискриминатора. Подобные исследования были выполнены также американскими учеными В. Р. Бенетом и Дж. А. Залтцем.
Возможность повышения помехоустойчивости приема сигналов в результате применения синхронного детектирования была осознана инженерами еще задолго до появления теории Котельникова. В течение многих лет, начиная с 30-х годов этого века, ученые и инженеры пытались реализовать принципы когерентного приема сигналов ФМ. В книге [5] указано, что первые идеи по применению этих принципов встречаются в патентах, начиная с 1917 г. В 1928 г. выдающимся американским ученым Г. Найквистом была опубликована первая теоретическая статья, посвященная вопросам фазовой селекции сигналов. Первую практическую схему синхронного приема осуществил в 1932 г. французский инженер О. Бельсиз [9].
Важные изобретения и исследования в области синхронного приема дискретных сигналов были сделаны советскими учеными А. А. Пистолькорсом, В. И. Сифоровым, Е. Г. Мамотом и Д. В. Агеевым в 1933-1935 гг. Однако реализовать синхронный прием сигналов с фазовой модуляцией (ФМ) не удавалось, так как не были найдены способы устранения "обратной работы" при формировании опорного сигнала, необходимого для реализации когерентного детектирования.
Вам будет интересно - Доклад: История оптического телеграфа
В 1954 г. в России профессором Н. Т. Петровичем было сделано важное изобретение, позволившее применить идеи синхронного приема на практике [5]. Суть этого изобретения состояла в том, что текущая информация о передаваемом сигнале изменяла фазу несущей частоты на противоположную по отношению к тому значению, которое она имела при передаче сигнала в предыдущий момент времени. Такой метод передачи позволял использовать колебание предшествующей посылки в качестве опорного для синхронного детектирования сигнала, принимаемого в данный момент. В литературе он получил название "относительно-фазовая модуляция" (ОФМ).
Российский ученый Ю. Б. Окунев (ЛЭИС) в 1966 г. обобщил разностный метод передачи дискретных сигналов для условий, когда после прохождения канала связи не только фаза, но и частота принимаемого сигнала становятся нестабильными. Такие условия возникают, например, когда передача сигналов осуществляется с движущегося на большой скорости объекта (с борта самолета или спутника) и возникает эффект Доплера. Им же была исследована помехоустойчивость приема таких сигналов.
В течение почти десяти лет многими учеными велись исследования помехоустойчивости приема сигналов ОФМ. Были рассмотрены разные алгоритмы приема и получены формулы, определяющие вероятность ошибочного приема, изучено группирование ошибок, свойственное этому методу передачи сигналов, рассмотрены вопросы реализации устройств для их приема. Исследовалась также двойная относительно-фазовая модуляция (ДОФМ) - метод передачи, при котором фаза передаваемого сигнала от посылки к посылке изменяется на 45°.
В России многие важные результаты, относящиеся к приему сигналов ОФМ и ДОФМ, были получены Л. М. Финном [4], Н. П. Хворостенко [6] и американским ученым К. Р. Каном.
Эти ученые исследовали помехоустойчивость разных методов приема сигналов с ОФМ и ДОФМ, как в каналах с постоянными параметрами, так и в каналах с замираниями. В изданной в 1967 г. книге Л. М. Заездного, Ю. Б. Окунева и Л. М. Раховича [7] обобщены основные, полученные к тому времени теоретические и практические результаты, касающиеся систем передачи и приема сигналов с ОФМ.
Похожий материал - Реферат: Первые опыты по передаче электричества на расстояние
Важные результаты в этом направлении получены американскими учеными К. Р. Каном и К. В. Хелстромом, которые первыми исследовали вопросы помехоустойчивости синхронного приема в условиях, когда фаза опорного сигнала, подаваемого на синхронный детектор, испытывает флуктуации из-за действия шумов. С. Штейн предложил обобщенную методологию анализа помехоустойчивости приема сигналов в каналах с неопределенной фазой, которая применима к сигналам как с ЧМ, так и с ОФМ. Методы передачи и приема дискретных сигналов ОФМ и ДОФМ нашли весьма широкое применение во многих системах связи.
Весьма важная разработка синхронной системы связи, названной "Кинеплекс", была выполнена в 1954-1956 гг. американской фирмой Collins Radio. В этой системе, которая явилась значительным достижением в технике связи, была применена ОФМ. В полосе частот одного телефонного канала формировался многочастотный сигнал, состоящий из 20 несущих колебаний, расположенных с интервалом ПО Гц [8]. 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 1 ГГц, передавать информацию со скоростью 0, 6 бит/с. В работе Лаутона была исследована помехоустойчивость приема сигналов в этой системе.
Системы, подобные "Кинеплексу", для передачи данных по коротковолновым линиям связи были разработаны и в России [7, 9].
В 80-х гг. Европейским институтом стандартизации на принципах, заложенных в системе "Кинеплекс", были разработаны стандарты на цифровые системы звукового и телевизионного вещания, которые в XXI веке во всех странах Европы придут на смену действующим сегодня аналоговым системам.