Лекция 5. Дискретный канал

ГЛАВА 2

МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ

Дискретный канал

В соответствии с данным ранее определением дискретным каналом называется совокупность (рис. 2.1) непрерывного канала (НК) с включенными на его входе и выходе устройствами преобразования сигнала (УПС).

Рисунок 2.1. Обобщенная структура дискретного канала

Основными характеристиками, определяющими качество и эффективность передачи данных, являются скорость и верность передачи.

Скорость передачи V информации равна количеству информации, передаваемому по каналу в единицу времени , где m_c -число позиций сигнала, t₀ -длительность единичного элемента сигнала. Для двухпозиционных сигналов .

Величина определяет количество элементов, передаваемых по каналу в секунду, и носит название скорости модуляции (Бод). Таким образом, для двоичных систем скорость передачи и скорость модуляции численно совпадают.

Верность передачи данных оценивается вероятностями ошибочного приема единичных элементов p₀ и кодовых комбинаций p_кк.

Таким образом, основной задачей дискретного канала является передача цифровых сигналов данных по каналу связи с требуемой скоростью V и вероятностью ошибки p₀.

Для уяснения процесса реализации этой задачи представим структуру дискретного канала (рис. 2.2), указав на ней лишь те блоки УПС, которые определяют системные характеристики дискретного канала.

Рисунок 2.2. Детализированная структура дискретного канала

На вход канала поступают цифровые сигналы данных длительностью t₀ со скоростью B бит/с. В УПС_прд эти сигналы преобразуются по частоте (модулируются М и Г) и проходят через полосовой фильтр ПФ_прд и усилитель УC_вых, с выхода которого передаются в канал связи с определенным уровнем P_{с вх} и шириной спектра DF_c.

Канал связи (включая соединительные линии) характеризуется шириной полосы пропускания DF_к, остаточным затуханием а_ост, неравномерностями остаточного затухания Dа_ост и группового времени прохождения (ГВП) Dt_гвп в полосе канала связи.

Кроме этого в канале имеются помехи. Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения переданного сообщения. Помехи весьма разнообразны по своему происхождению и физическим свойствам.

В общем случае влияние помехи n(t) на сигнал u(t) можно выразить оператором z=y(u,n).

В частном случае, когда оператор y вырождается в сумму z=u+n, помеха называется аддитивной. Аддитивные помехи по своей электрической и статистической структурам подразделяются на:

1) флуктуационные или распределенные по частоте и по времени,

2) гармонические или сосредоточенные по частоте,

3) импульсные или сосредоточенные по времени.

Флуктуационная помеха – это непрерывный во времени случайный процесс. Чаще всего его полагают стационарным и эргодическим с нормальным распределением мгновенных значений и нулевым средним. Энергетический спектр такой помехи в пределах анализируемой полосы частот полагают равномерным. Флуктуационные помехи обычно задаются спектральной плотностью или среднеквадратическим значением напряжения U_{п эфф} в полосе канала связи.

Гармоническая помеха – это аддитивная помеха, спектр которой сосредоточен в сравнительно узкой полосе частот, сопоставимой или даже существенно более узкой, чем полоса частот сигнала. Эти помехи полагают равномерно распределенными в полосе частот, т.е. вероятность появления этой помехи в некоторой полосе частот пропорциональна ширине этой полосы и зависит от среднего числа n_гп помех, превышающих пороговый уровень средней мощности сигнала в единице полосы частот.

Импульсная помеха – аддитивная помеха, представляющая собой последовательность импульсов, возбуждаемых кратковременными ЭДС апериодического или колебательного характера. Моменты появления импульсной помехи полагают равномерно распределенными во времени. Это означает, что вероятность появления импульсной помехи в течение интервала времени Т пропорциональна длительности этого интервала и среднему числу n_ип помех в единицу времени, зависящему от допустимого уровня помех. Импульсные помехи задаются обычно законами распределения с их численными параметрами, либо максимальной величиной произведения А₀ длительности импульсной помехи на ее амплитуду. К ним можно отнести и кратковременные перерывы (дробления), задаваемые законами распределения с конкретными численными параметрами или средней длительностью перерывов t_пер и их интенсивностью n_пер.

Если оператор y может быть выражен в виде произведения z=ku, где k(t) - случайный процесс, то помеху называют мультипликативной.

В реальных каналах обычно имеют место как аддитивные, так и мультипликативные помехи, т.е. z=ku+n.

На вход УПС_прм, состоящего из линейного усилителя УС_вх, полосового фильтра ПФ_прм, демодулятора ДМ, устройств регистрации УР и синхронизации УС со скоростью В поступает смесь сигнала с помехой, характеризуемая отношением сигнал/помеха q_вх. После прохождения приемного фильтра ПФ_прм отношение сигнал/помеха несколько улучшается.

В ДМ, за счет воздействия помех выходные сигналы искажаются по форме, изменение которой численно выражается величиной краевых искажений d_кр.

Для уменьшения вероятности ошибки за счет влияния краевых искажений или дроблений сигналы с выхода ДМ подвергаются стробированию или интегрированию, которое осуществляется в УР под действием синхроимпульсов, формируемых в устройстве синхронизации УС. УР характеризуется исправляющей способностью m_эф, а УС – погрешностью синхронизации e_с, временем синхронизации t_синхр и временем поддержания синхронизма t_пс.

Рассмотренные вопросы исследуются в лабораторной работе №3 «Характеристики дискретного канала» [1. с. 22-33].

Контрольные вопросы к лекции 5

5-1. Какой канал называется дискретным?

5-2. Назовите основные характеристики, определяющие качество и эффективность передачи данных

5-3. Как определяется скорость передачи информации по каналу?

5-4. Как определяется скорость модуляции?

5-5. Как оценивается верность передачи информации по каналу?

5-6. Чем характеризуются сигналы, поступающие на вход дискретного канала?

5-7. Чем характеризуются сигналы, поступающие на вход непрерывного канала?

5-8. Назовите основные характеристики непрерывного канала?

5-9. Что называется относительным уровнем сигнала?

5-10. Что называется абсолютным уровнем сигнала?

5-11. Что называется измерительным уровнем сигнала?

5-12. Что называется остаточным затуханием канала?

5-13. Чему равно остаточное затухание канала, содержащего усилители?

5-15. К чему может привести превышение мощности сигнала на входе канала?

5-16. Что собой представляет АЧХ канала?

5-17. Что называется эффективно пропускаемой полосой частот канала?

5-18. К чему приводит неравномерность АЧХ канала?

5-19. Что называется групповым временем прохождения?

5-20. Что собой представляет ФЧХ канала?

5-21. Как оцениваются нелинейные искажения, вносимые каналом?

5-22. Что называется уровнем перегрузки?

5-23. К чему приводит ограничение спектра сигнала при передаче по реальным каналам?

5-24. Как связаны предельная скорость передачи с шириной полосы канала при передаче модулированных сигналов с двумя боковыми?

5-25. Как характер АЧХ канала сказывается на ширине полосы пропускания канала?

5-26. Как характер ФЧХ канала сказывается на ширине полосы пропускания канала?

5-27. Как по АЧХ и ФЧХ канала находится оптимальная для него скорость передачи?

5-28. Что называется помехой?

5-29. Какие помехи называются аддитивными?

5-30. На какие типы подразделяются аддитивные помехи?

5-31. Что является математической моделью флуктуационной помехи?

5.32. Чем гармоническая помеха отличается от флуктуационной?

5.33. Какими параметрами характеризуется гармоническая помеха?

5.34. Чем импульсная помеха отличается от гармонической?

5.35. Какими параметрами характеризуется импульсная помеха?

5-36. Какие помехи называются мультипликативными?

5-37. К какому типу помех относится дрейф коэффициента усиления канального усилителя?

5-38. Чем характеризуются сигналы, поступающие с входа непрерывного канала?

5-39. Что служит численной оценкой искажений формы сигналов на выходе демодулятора?

5-40. Какими параметрами характеризуется устройство синхронизации?