Непрерывный канал
Дискретный канал
Дискретный канал характеризуется скоростью передачи информации, измеряемой в битах в секунду (бит/с). Другой характеристикой дискретного канала является скорость модуляции, измеряемая в бодах. Она определяется числом элементов, передаваемых в секунду.
Уравнение (3.6) выражает так называемые вероятности перехода.
Помехи в каналах связи
В реальном канале сигнал при передаче искажается, и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал. Следует четко отделить искажения от помех, имеющих случайный характер. Помехи заранее не известны и поэтому не могут быть полностью устранены.
Под помехой понимается любое воздействие, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющий его прием. Помехи разнообразны по своему происхождению: грозы, помехи электротранспорта, электрических моторов, систем зажигания двигателей и т.д.
Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, так называемый тепловой шум.
Непрерывный канал. Способы задания и описания непрерывных каналов
15. Дискретный канал.Расширенный дискретный канал (РДК). Синхронные и асинхронные дискретные каналы.
Дискретный канал (ДК) включает непрерывный канал связи и устройство преобразования сигналов (НКС +УПС) приема и передачи. Алфавит ДК состоит из двух сообщений «1» и «0».
Основными характеристиками ДК являются:
· скорость передачи информации R (бит/с);
· скорость модуляции В (Бод);
· верность передачи информации характеризуется коэффициентом ошибок по единичным элементам:
где hош— число ошибочных передаваемых элементов;
hпер— число передаваемых элементов.
Расширенный дискретный канал характеризуется:
· коэффициентом ошибок по кодовым комбинациям;
· эффективной скоростью передачи информации.
Эффективная скорость учитывает, что не все элементы несут информацию и не все комбинации поступающие на вход выдаются получателю.
Методы повышения верности:
1) Меры эксплуатационного и профилактического характера:
· повышения стабильности работы генераторного оборудования;
· выявление и замена отказавшего оборудования;
· повышение квалификации обслуживающего персонала.
2) Мероприятия по увеличению помехоустойчивости передачи единичных элементов:
· применение более помехоустойчивых методов модуляции;
· совершенствование методов обработки;
· выбор оптимальных сигналов, однако это не всегда возможно.
· В синхронных дискретных каналах ввод каждого единичного элемента производится в строго определенные моменты времени и они предназначены для передачи только изохронных сигналов.
16. Метод Стаффинга (метод цифрового выравнивания).
Цифровым выравниванием называется метод доведения изменяющейся скорости объединяемого цифрового сигнала до некоторой опорной скорости, которой в данном случае является скорость системы высшего порядка в пересчете на один цифровой сигнал низшего порядка. Выравнивание осуществляется путем введения в цифровой сигнал дополнительных выводов (выравнивающих символов), либо удаления информационных символов, значения которых передаются в приемное устройство с помощью дополнительного служебного канала. Для того чтобы в приемном устройстве можно было восстановить исходный цифровой сигнал в первоначальном виде, информация о любой операции, проведенной в передатчике, посылается в приемник, в котором осуществляется обратная операция. Различают три вида цифрового выравнивания: положительное, отрицательное и двустороннее.
При положительном выравнивании предполагается, что сумма максимальных скоростей входных сигналов, подлежащих объединению, меньше скорости составного сигнала. Входные сигналы проходят через устройства синхронизации, которые определяют, насколько надо увеличить их скорость, чтобы они были синхронны с сигналом системы высшего порядка. Входной сигнал дополняется определенным числом символов. Информация о дополнительных символах передается на приемной станции» где эти символы будут опущены как излишние. В цикле системы высшего порядка есть определенное место, в котором может находиться выравнивающий импульс, поэтому на приемную сторону линии достаточно лишь послать информацию о том что имело место цифровое выравнивание
Непрерывные каналы связи
Характеристики каналов систем передачи дискретных сообщений
Канал электросвязи – это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающая при подключении абонентских устройств передачу сообщений от источника к получателю.
Сети ПДС, как и другие вторичные сети, организуются на базе каналов первичной сети
ВСС РФ. Для передачи дискретных сообщений используются каналы связи, образуемые в системах передачи с разделением по частоте и времени, а также физические цепи проводных линий связи (воздушных, кабельных, волоконно-оптических и т.д.). В настоящем разделе рассматриваются только такие каналы, при поступлении на вход которых непрерывного сигнала на его выходе сигнал также будет непрерывным. Такие каналы, как было отмечено выше, называют непрерывными. Они всегда входят в состав дискретного канала. Непрерывными каналами являются, например, стандартные телефонные каналы связи (каналы тональной частоты – ТЧ) с полосой пропускания 0,3 … 3.4 кГц, стандартные широкополосные каналы, физические цепи и др.
Наиболее распространенным способом задания непрерывных каналов является описание их с помощью операторов преобразования входных сигналов и задание действующих в них помех. При малой мощности входных сигналов справедливо положение о линейности канала. Тогда модель канала может быть представлена в виде линейного четырехполюсника, для которого входной и выходной сигналы связаны интегралом Дюамеля:
(2.1)
На небольших интервалах времени канал можно считать стационарным, т.е.
Канал можно также задать комплексной частотной характеристикой, связанной с g(t) преобразованием Фурье:
(2.2)
где 
= K(w) и φ(w) = arg
— соответственно амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики канала.
В непрерывном канале всегда действуют флуктуационные помехи. К таким помехам, в частности, относится тепловой шум. Эти помехи принципиально неустранимы. Модель непрерывного канала, включающая в себя четырехполюсник с импульсной характеристикой g(t,t) и источник аддитивных гауссовских помех x(t), представлена на рис.2.1.
Рис.2.1. Модель линейного непрерывного канала с аддитивным шумом
Перейдем к краткой характеристике перечисленных выше помех.
Сосредоточенные или гармонические помехи представляют собой узкополосный модулированный сигнал. Причинами возникновения таких помех являются снижение переходного затухания между цепями кабеля, влияние радиостанций и т.п.
Импульсные помехи – это помехи, сосредоточенные по времени. Они представляют собой случайную последовательность импульсов, имеющих случайные амплитуды и следующих друг за другом через случайные интервалы времени, причем вызванные ими переходные процессы не перекрываются во времени. Причины появления этих помех: коммутационные шумы, наводки с высоковольтных линий, грозовые разряды и т.п. Нормирование импульсных помех в канале ТЧ производится путем ограничения времени превышения ими заданных порогов анализа.
Флуктуационная помеха характеризуется широким спектром и максимальной энтропией и поэтому с ней труднее всего бороться. Однако в проводных каналах связи уровень флуктуационных помех достаточно мал и они при малой удельной скорости передачи информации практически не влияют на коэффициент ошибок.
Снижение уровня более, чем 17,4 дБ ниже номинального, называется перерывом. При перерыве уровень падает ниже порога чувствительности приемника и прием сигнала фактически прекращается. Перерывы длительностью меньше 300 мс принято называть кратковременными, больше 300 мс – длительными.
Рис.2.2. Модель непрерывного канала с различными видами искажений шумов и помех
Импульсные помехи и перерывы являются основной причиной появления ошибок при передаче дискретных сообщений по проводным каналам связи.
К искажениям формы сигнала на выходе непрерывного канала приводят также сдвиг его спектральных составляющих по частоте df, фазовые скачки и фазовое дрожание Dφ(t)несущего колебания. В результате частотного сдвига, фазовых скачков и фазового дрожания и появляется паразитная угловая модуляция сигнала.
НЕПРЕРЫВНЫЙ КАНАЛ СВЯЗИ (НКС)
На входе и выходе НКС – непрерывный сигнал, непрерывного времени.
НКС – это канал ТЧ, стандартный широкополосный канал (60-108 кГц), физическая линия (кабель, волокно, воздушная линия и т. п.).
НКС может описывается :
— импульсной характеристикой или K(j 
)- комплексной частотной характеристикой, которые связаны через преобразование Фурье
(1.6)
где 
; 
Вместо ФЧХ обычно измеряется групповое время прохождения (ГВП), которое является производной от ФЧХ.
(1.7)
Одной из основных характеристик непрерывного канала является его пропускная способность
. (1.8)
Канал может быть представлен цепью с соответствующей импульсной характеристикой и источниками помех.
В канале всегда присутствуют аддитивные гаусовские помехи. Кроме гаусовских в канале действуют помехи:
· гармонические (сосредаточенные по частоте ),
· импульсные (сосредаточенные по времени),
· перерывы связи (17,4 дБ).
К искажениям формы сигнала, также приводят:
· сдвиг частотных составляющих по частоте,
Дата добавления: 2015-01-26 ; просмотров: 948 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Какой канал связи называется непрерывным
Под каналом связи подразумевают совокупность устройств и физических сред, обеспечивающих передачу сообщений из одного места в другое (или от одного момента времени до другого). Если канал используется для передачи дискретных сообщений, он называется дискретным каналом. Непрерывным будем называть канал, предназначенный для передачи непрерывных сообщений.
Если вредным действием помех в канале можно пренебречь, то для анализа используется модель в виде идеализированного канала, называемого каналом без помех. В идеальном канале каждому сообщению на входе однозначно соответствует определенное сообщение на выходе и наоборот.
Когда требования к достоверности велики и пренебрежение неоднозначностью связи между сообщениями z и w недопустимо, используется более сложная модель — канал с помехами.
Канал считается заданным, если известны статистические данные о сообщениях на его входе и выходе и ограничения, накладываемые на входные сообщения физическими характеристиками канала. Канал прямой передачи (от источника сообщений к их получателю), дополненный обратным каналом, например, для запроса повторной передачи в случае обнаружения ошибки, называют каналом с обратной связью.
Модели непрерывных каналов связи. Каналы, используемые для передачи непрерывных сигналов, принято называть непрерывными. Такие каналы до сих пор находят широкое применение, например, в технике телефонной связи, радиовещании.
Реальные непрерывные каналы представляют собой сложные инерционные нелинейные объекты, характеристики которых случайным образом изменяются во времени. Для анализа таких каналов разработаны математические модели различных уровней сложности и степени адекватности реальным каналам. Модели, получившие наиболее широкое распространение, — это разновидности гауссова канала.
Под гауссовым каналом понимают математическую модель реального канала, построенную при следующих допущениях:
1) основные физические параметры канала являются известными детерминированными величинами;
2) полоса пропускания канала ограничена частотой FK герц;
3) в канале действует аддитивный гауссовый белый шум — аддитивная флуктуационная помеха ограниченной мощности с равномерным частотным спектром и нормальным распределением амплитуд.
Предполагается также, что по каналу передаются сигналы с постоянной средней мощностью, статистические связи между сигналами и шумом отсутствуют, ширина спектра сигнала и помехи ограничена полосой пропускания канала.
При рассмотрении информационных характеристик канала (скорости передачи, пропускной способности, коэффициента использования) основное внимание будет уделено гауссовому каналу.
Скорость передачи информации по непрерывному каналу. Скорость передачи информации по непрерывному каналу — это количество информации, которое передается в среднем принятыми непрерывными сигналами υ( t ), относительно переданных u(t) в единицу времени.
Поскольку полоса пропускания канала всегда ограничена, непрерывные сообщения на достаточно продолжительном интервале времени Т с некоторой погрешностью могут быть представлены последовательностями отсчетов. С учетом наличия корреляционных связей между отсчетами и конечной верности воспроизведения, обусловленной воздействием помехи, для средней скорости Ĩ(VU) передачи информации дискретизованным сигналом получаем
где I (VU) определяется выражением, аналогичным (4.25).
Переход к пределу при Т →∞ также означает усреднение скорости по всем возможным сигналам.
Степень вредного воздействия помехи с известными статистическими свойствами на различные ансамбли входных сигналов различна. Вследствие этого различны и значения скорости передачи информации.
Пропускная способность непрерывного канала связи. Максимально возможную скорость Сн передачи информации по непрерывному каналу с известными техническими характеристиками называют пропускной способностью непрерывного канала:
где максимум находят по всем возможным ансамблям входных сигналов.
Соответственно скорость передачи информации по непрерывному каналу связи
Определим теперь пропускную способность гауссова канала.
Выясним, как зависит пропускная способность гауссова канала от ширины полосы пропускания FK.
Выражение (4.37) примет вид
Рост пропускной способности канала при неограниченном расширении его полосы пропускания ограничен пределом С M :
Обозначив 
по правилу Лопиталя определяем предел Сн при 
:
О характере зависимости 
можно судить по графику, представленному на рис. 4.7.
Скорость передачи и пропускная способность каналов без помех. Скорость передачи и пропускная способность каналов с помехами.
Пропускная способность дискретного канала без помех. Для теории и практики важно выяснить, до какого предела и каким путем можно повысить скорость передачи информации по конкретному каналу связи. Предельные возможности канала по передаче информации характеризуются его пропускной способностью.
Пропускная способность канала С д равна той максимальной скорости передачи информации по данному каналу, которой можно достигнуть при самых совершенных способах передачи и приема:
Расширение объема алфавита символов m приводит к повышению пропускной способности канала (рис. 4.4), однако возрастает и сложность технической реализации.
Пропускная способность дискретного канала с помехами. При наличии помех соответствие между множествами символов на входе и выходе канала связи перестает быть однозначным. Среднее количество информации I(V,U), передаваемое по каналу одним символом, определяется в этом случае соотношением
Если статистические связи между символами отсутствуют, энтропия сигнала на выходе линии связи равна
При наличии статистической связи энтропию определяют с использованием цепей Маркова. Поскольку алгоритм такого определения ясен и нет необходимости усложнять изложение громоздкими формулами, ограничимся здесь только случаем отсутствия связей.
Апостериорная энтропия характеризует уменьшение количества переданной информации вследствие возникновения ошибок. Она зависит как от статистических свойств последовательностей символов, поступающих на вход канала связи, так и от совокупности переходных вероятностей, отражающих вредное действие помехи.
Подставив выражения (4.18) и (4.19) в (4.17) и проведя несложные преобразования, получим
Скорость передачи информации по каналу с помехами
Считая скорость манипуляции VT предельно допустимой при заданных технических характеристиках канала, величину I(V,U) можно максимизировать, изменяя статистические свойства последовательностей символов на входе канала посредством преобразователя (кодера канала). Получаемое при этом предельное значение СД скорости передачи информации по каналу называют пропускной способностью дискретного канала связи с помехами:
где р < u >— множество возможных распределений вероятностей входных сигналов.
Важно подчеркнуть, что при наличии помех пропускная способность канала определяет наибольшее количество информации в единицу времени, которое может быть передано со сколь угодно малой вероятностью ошибки.
В гл. 6 показано, что к пропускной способности канала связи с помехами можно приблизиться, кодируя эргодическую последовательность букв источника сообщений блоками такой длины, при которой справедлива теорема об асимптотической равновероятности длинных последовательностей.
Произвольно малая вероятность ошибки оказывается достижимой только в пределе, когда длина блоков становится бесконечной.
При удлинении кодируемых блоков возрастает сложность технической реализации кодирующих и декодирующих устройств и задержка в передаче сообщений, обусловленная необходимостью накопления требуемого числа бу кв в бл оке. В рамках допустимых усложнений на практике при кодировании могут преследоваться две цели: либо при заданной скорости передачи информации стремятся обеспечить минимальную ошибку, либо при заданной достоверности — скорость передачи, приближающуюся к пропускной способности канала.
Предельные возможности канала никогда не используются полностью. Степень его загрузки характеризуется коэффициентом использования канала
где 
— производительность источника сообщений; СД — пропускная способность канала связи.
Поскольку нормальное функционирование канала возможно, как показано далее, при изменении производительности источника в пределах 
, 
теоретически может изменяться в пределах от 0 до 1.
