Оценки нижней границы пропускной способности частотно-селективных каналов связи с АИМ-n-сигналами, достижимые с помощью теории разрешающего времени

Постановка проблемы. Проблема обеспечения высокой удельной пропускной способности перспективных проводных телекоммуникационных систем является одной из ключевых последнего десятилетия. При этом, несмотря на существующие спектрально эффективные методы модуляции, которые применяются в существующих системах связи, дальнейшее решение данного вопроса большинство ведущих исследователей связывает с переходом к режиму передачи информации со скоростью «выше скорости Найквиста» (ВСН), при котором съем информации о канальном символе происходит при ярко выраженной межсимвольной интерференции. В свою очередь, это обуславливает трудности при практической реализации приемника, который при использовании оптимальных алгоритмов обработки сигналов имеет неполиномиальную вычислительную сложность, а в случае субоптимальных методов демодуляции, реализующих различные виды канального выравнивания, из-за концептуальных ограничений не могут обеспечить широкий охват скоростей в данном режиме. В этой связи исследования альтернативного подхода обработки сигналов с многопозиционной амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ-n-сигналы) в частотно-селективных каналах связи (ЧСКС) основной полосы в режиме ВСН является актуальным.

Цель. Исследовать возможности, предлагаемые теорией разрешающего времени для ЧСКС основной полосы, в которых передача информации осуществляется с помощью АИМ-n-сигнала, в режиме ВСН.

Результаты. Представлена модифицированная математическая модель ЧСКС, благодаря которой получены аналитические выражения для оценки удельной пропускной способности в терминах наименьшей оценки удельной пропускной способности, введённой Ш. Шамаем, выражения для оценки вероятности ошибки на бит, в том числе при действии дестабилизирующих факторов на систему символьной синхронизации. Введены дополнительные оценки пропускной способности и правила определения условий их достижения, удобные для проведения инженерного анализа. Посредством численного моделирования для наиболее типичных условий, свойственных проводным ЧСКС, которые моделируются в данной работе фильтрами Чебышева с неравномерностью в полосе пропускания 3 дБ и Баттеровота, показано, что в режиме ВСН при соотношении С/Ш не более 40 дБ и нестабильности работы системы символьной синхронизации в 2,5% от длительности канального символа при вероятности ошибки на бит, равной 10–12, можно ожидать достижения удельной пропускной способности в 5,7–8 бит/Гц·с. Показано, что данные результаты достигаются за счёт применения гибридных форм парциальных импульсов.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований представлены рекомендации по выбору формы парциального импульса и рассмотрены их основные свойства с точки зрения инженерного применения.