Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
кафедра РЕЗ
реферат на тему:
«Аналіз заважають впливів в каналах зв'язку при передачі та перетворенні інформації»
МІНСЬК, 2009
Заважають впливу поділяють на шуми, перешкоди, завмирання, перекручування, помилки (рис. 1). Зазвичай шуми мають природне походження; найбільш істотний вплив має власний шум приймача. Перешкоди можуть бути також природного походження (грозові розряди, індустріальні перешкоди, вплив сусідніх радіозасобів) і навмисні. Все розмаїття перешкод можна звести до шести основних типів: шумовим, імпульсним, вузькосмуговим (в межах-синусоїдальним), внутрішньосистемних, ретранслювати, імітаційним. Шумову перешкоду представляють у вигляді зовнішнього флуктуаційного шуму, що збільшує інтенсивність шуму приймача.
Імпульсні перешкоди (ІП) діють протягом обмеженого часу; в залежності від форми імпульсу розрізняють шумові (обмежений у часі шум), відео-і синусоїдальні (вузькосмугові) ВП. Імпульс завади може бути одиночним, однак частіше впливає пакет ІП, який вражає елементи сигналу, спотворюючи його тимчасові характеристики.
Вузькополосна перешкода накриває частину спектру сигналу, спотворюючи спектр і погіршуючи як спектральні, так і кореляційні властивості сигналу.
Внутрішньосистемні перешкоди характерні для асинхронно-адресних систем зв'язку, що працюють в одній смузі частот з розрізненням станцій за формою адресних сигналів (кодів). Виникають перешкоди головним чином за рахунок неідеальності взаімокорреляціонних функцій адресних кодів.
Ретранслювала перешкода створюється в результаті посилення та випромінювання переданого сигналу однією-двома сусідніми станціями. Перевипромінювання і затриманий сигнал, потрапляючи в приймач істинної станції, створює специфічну перешкоду, що впливає тим сильніше, чим гірше кореляційні властивості переданих сигналів. Імітаційна перешкода (ІМП) близька за формою переданому сигналу; ступінь близькості визначається числом переданих сигналів і їх кореляційними властивостями. Часто ІМП називають також структурної або прицільної перешкодою. Назва "прицільна перешкода" стає виправданим при збігу в приймачі фази або середньої частоти ІМП з фазою переданого сигналу або з середньою частотою одного або декількох частотних підканалів. В останньому випадку перешкоду іноді називають зосередженою. У наземних радіолініям причинами завмирань, що складають основну частину заважають впливів природного походження, служать многолучевость, метеоумови, пору року. Многолучевость викликає швидкі завмирання, метеоумови і пору року - повільні. Частотну селективність завмирань визначають по зниженню коефіцієнта частотної кореляції до значення 0,5 ... 0,6. Інтервал частот, що знаходиться в межах 1 ... 0,5, називають смугою (інтервалом) когерентності каналу зв'язку.
Рис .. 1 Класифікація заважають впливів у лініях зв'язку
Спотворення сигналу можуть викликатися як характеристиками тракту передачі, так і перешкодами. Однак поняття спотворення зазвичай пов'язують тільки з впливом на сигнал лінійних і нелінійних характеристик тракту. Вплив лінійних характеристик, і зокрема нерівномірності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), призводить до появи міжсимвольні спотворень (МСІ); обмеження амплітуди сигналу викликає появу небажаних частот в спектрі, що створюють перешкоди нелінійних переходів. Помилки фіксуються на виході дискретного каналу: саме вони визначають вірність інформації. Розподіл помилок на незалежні і пакетні викликано головним чином специфікою завадостійкого коду, його здатність виправляти або виявляти помилки.
Для апріорної оцінки ефективності коду проводять імітаційне моделювання, яка потребує знання статистичного розподілу заважають впливів. Зазвичай шум припускають нормально розподіленим (білим гауссовских шумом-БГШ). При великій різноманітності ІП немає, однак, єдиної універсальної моделі, яка описує ці перешкоди. Як правило, рівні та тривалості ІП беруть розподіленими за експоненціальним законом, а ймовірність появи m імпульсів на інтервалі часу Т І.П (відповідно до розподілу Пуассона) P І.П (m) = (LТ І.П) m ехр (- LТ І.П) / m!, де L-середнє число імпульсів на інтервалі Т І.П.
Найбільш складно моделювати навмисні перешкоди, "якість" яких тим вища, чим менш визначена їхня статистика. Однак кожна перешкода характеризується кількома параметрами, які при моделюванні можуть бути задані в апріорно вибраному діапазоні значень у вигляді, наприклад, випадкових чисел.
Для опису швидких завмирань найчастіше застосовують релєєвськоє і райсовское розподілу. Частотну селективність швидких завмирань описують експоненціальним розподілом; функція частотної кореляції
R (f) = (ехр (-f / df0)) 2 або R (f) = exp (-f / df0),
де df0-інтервал частотної кореляції. Загальноприйнята апроксимація повільних завмирань логарифмічно нормальним розподілом.
Спотворення сигналу приймають при моделюванні нормально розподіленими і розглядають як додатковий флуктуаційний шум. З огляду на різноманіття причин і конкретних умов неможливо описати статистичний розподіл помилок однією моделлю. Найбільш простий є модель незалежних помилок, описувана біноміальним распределением.Биномиальное розподіл добре описує помилки в дискретному каналі, причиною яких служить флуктуаційний шум. У різних лініях зв'язку заважають впливу навіть одного виду мають різні параметри розподілу. Цю особливість необхідно враховувати при виборі завадостійкого коду. У системах зв'язку найбільш широко використовують:
· Провідні лінії зв'язку - повітряні, магістральні кабельні (симетричні і коаксіальні), внутрішньоміські кабельні, а також високовольтні лінії електропередач;
· Радіотракту-радіорелейні прямої видимості (РРЛ), тропосферні (ТРЛ), космічні (через ШСЗ і з далекими космічними кораблями), магістральні короткохвильові (KB) ЛЗ, а також лінії радіозв'язку з наземними рухомими об'єктами (РЛП);
· Телефонні канали різної протяжності, прямі і комутовані, організовані на ЛЗ різного типу;
· Внутриапаратні тракти магнітного запису-зчитування та шини інформаційного обміну в ЕОМ.
Дротові ЛЗ. Провідні (і особливо кабельні) ЛЗ в найбільшою мірою захищені від впливу завад. Тим не менш у повітряних ЛЗ необхідно рахуватися з атмосферними явищами: грозовими розрядами, інеєм, памороззю, ожеледдю, наводками від зовнішніх джерел перешкод. Грозовий розряд проявляється у вигляді імпульсів перешкоди з фронтом у кілька мікросекунд, тривалістю полуспада в десятки мікросекунд. Іній, паморозь і ожеледь, осідаючи на проводах, приводять до значного збільшення затухання на тривалий час. Наприклад, при довжині підсилювального ділянки 35 км на лінії з мідних проводів затухання на частоті 100 кГц збільшується при товщині паморозі 25 мм в 6 разів, а при ожеледі 20 мм-в 12 разів. Сильні імпульсні перешкоди можуть створювати електрифіковані залізниці і високо-вольтні лінії електропередачі.
У кабельних ЛЗ слід вважатися головним чином з імпульсними перешкодами, перехідними впливами і міжсимвольні спотвореннями. Основною причиною ВП у магістральних кабельних лініях є удари блискавки в ділянки поверхні землі, розташовані в безпосередній близькості від кабельної траншеї. Помеховие імпульси мають приблизно ті ж характеристики, що і в повітряних ЛЗ. Міські телефонні кабелі мають набагато більшою інтенсивністю перешкод, джерелом яких служать перехідні впливу інших кіл кабелю, перешкоди від різних зовнішніх джерел: електрифікованого транспорту, погано заземлених електроустановок, комутаційних пристроїв АТС. У системах цифрового зв'язку сигнали по кабельних ЛЗ передають переважно видеоимпульса. Нелінійність АЧХ кабелю спотворює форму імпульсів сигналу, погіршуючи відношення сигнал-шум. З урахуванням симетрувальних трансформаторів, що не пропускають постійну складову сигналу (у симетричних кабелях), нелінійність АЧХ в найбільшою мірою впливає на низькочастотні складові спектра сигналу. Найчастіше по кабелях передачу дискретних повідомлень ведуть сигналами з пасивною паузою (символ нуля не передається). Помилки пауз і посилок після прийому виявляються неравновероятнимі, причому різниця може досягати декількох порядків, роблячи канал істотно асиметричним. Значна асиметрія помилок характерна для оптико-волоконних ЛЗ.
Радіорелейні лінії прямої видимості. У тракті передачі РРЛ діють тепловий шум приймача, завмирання, перешкоди від зовнішніх джерел. Глибина завмирань досягає 30 дБ, тривалість швидких завмирань-частки секунд, смуга когерентності 30 ... 40 МГц, глибина завмиранні змінюється зі швидкістю 50 ... 60 дБ / с, різниця ходу интерферирующих променів 4 ... 10 нс. Основна частина глибоких завмирань на різних інтервалах виникає незалежно один від одного. У діапазоні частот вище 10 ГГц ослаблення сигналу в атмосферних опадах одночасно більше ніж на двох суміжних інтервалах траси малоймовірно.
Зовнішніми джерелами природних перешкод є головним чином сусідні радіо-і радіолокаційні станції. Перешкоди в залежності від електромагнітної обстановки можуть мати найрізноманітніший характер і виявлятися в тракті РРЛ у вигляді однієї або декількох вузькосмугових завад, помехових імпульсів, додаткового шуму, ретранслювати (затриманого) корисного сигналу, переданого по РРЛ.
Тропосферні радіолінії. Так само, як і в РРЛ, на тракт ТРЛ впливають адитивний шум приймача, завмирання і зовнішні перешкоди. Однак через більшу, ніж у РРЛ, чутливості приймача, принципової нестаціонарності обсягу перевипромінювання всі складові впливів, що заважають виражені в ТРЛ набагато сильніше.
Основними причинами повільних завмирань є метеорологічні умови та зміни обсягу перевипромінювання. Протягом доби медіанний рівень сигналу змінюється приблизно на 4 дБ зимою і 10 дБ влітку. Перепад рівня від зими до літа на трасах довжиною до 300 км становить приблизно 5 ... 10 дБ. У тих же межах лежать зміни рівня за місяць при слабонаправленних антенах; при вузьких діаграмах спрямованості перепад рівнів збільшується орієнтовно на 5 дБ. Характеристики швидких завмирань - глибина, частота, тривалість, кореляція за частотою лежать в широкому діапазоні значень і можуть раптово змінитися, наприклад під час прольоту літака в районі траси ТРЛ.
Характеристики істотно залежать від часу доби, року, географічного розташування траси, довжини інтервалу, ширини діаграми спрямованості антен, діапазону частот. Глибина завмирань змінюється в межах від одиниць до десятків децибел, тривалість - від сотень мікросекунд до сотень мілісекунд, частотна кореляція - від 1 до 6 МГц. Рознесення різко змінює статистичні характеристики завмирань і звужує діапазон змін.
Космічні лінії зв'язку. Заважають впливу, в космічних ЛЗ обумовлені багатьма причинами: поглинанням радіохвиль в іоносфері і тропосфері, рефракцією, зміною поляризації, перешкодами від теплового випромінювання тропосфери, шумами поглинання, екрануючим дією плазми, що виникає при гальмуванні космічного літального апарату в атмосфері Землі, розсіюванням радіохвиль в іоносфері при випадкових флуктуаціях концентрації електронів, сонячним і зоряним шумами. Практично всі перераховані чинники збільшують флуктуаційний шум (іноді на більшу величину). Наприклад, в діапазоні до 14 ГГц при сильному дощі коефіцієнт загасання досягає 3 дБ / км. Зазвичай за супутниковими ЛЗ може бути переданий сигнал з досить широкою смугою частот, що досягає декількох десятків мегагерц. Проте іноді виникають умови розповсюдження, що сприяють появі частотно-селективних завмирань. Причиною останніх служать інтенсивні обурення в іоносфері, що викликають звуження смуги когерентності іоносферного відрізка космічної ЛЗ. У результаті таких завмирань смуга частотної кореляції може зменшуватися до спостерігався на практиці значення 250 кГц. У широкосмуговому сигналі при цьому спостерігаються міжсимвольні спотворення. Важливий вплив на вибір сигналу в космічних радіолініям надає великий час розповсюдження. Мова найбільш чутлива до затримки; допустимим вважається час проходження сигналу між говорять абонентами, що не перевищує 300 мс. Якщо, проте, ШСЗ знаходиться на геостаціонарній орбіті з висотою над поверхнею Землі 35 000 км , То затримка інформації в ПП перевищує 200 мс. Тому дві головні особливості космічних ЛЗ - флуктуаційний шум і велика, близька до граничної, затримка інформації істотно впливають на вибір методу завадостійкого кодування.
Короткохвильові лінії радіозв'язку. Завмирання і атмосферні явища - магнітні бурі, полярні сяйва - головні джерела перешкод короткохвильового радіозв'язку. Завмирання створюються в результаті інтерференції декількох приходять в місце прийому променів, відбитих від іоносфери. Глибина завмирань коливається в широких межах, досягаючи десятків децибел. Період завмирань лежить в інтервалі від сотень мілісекунд до десятків секунд; діапазон змін тимчасової кореляції 1,5 ... 4,5 с (з ослаблення коефіцієнта кореляції до значення 0,6); сигнали можна вважати некоррелірованнимі при розносі їх більш ніж на 500 Гц . Сила атмосферних впливів наростає і спадає повільно із швидкістю від декількох хвилин до декількох годин, часто призводячи до повної втрати зв'язку на тривалий час.
У діапазоні, що межує з верхніми частотами короткохвильового зв'язку, здійснюється метеорна зв'язок, заснована на відображенні радіохвиль від іонізованих слідів метеорів. Характерні особливості метеорної зв'язку полягають в переривистому характер інформаційного обміну, великій швидкості зміни умов розповсюдження, принципову необхідність у зворотному каналі зв'язку. Важливо відзначити високу стабільність фази сигналу при метеорної зв'язку.
Приблизно в тому ж діапазоні метеорної зв'язку діють системи зв'язку, що використовують ефект розсіювання радіохвиль в іоносфері. Види заважають впливів в іоносферних лініях подібні до тих, які мають місце в тропосферних ЛЗ. (Це стосується головним чином, характером швидких завмирань.) Максимальний хід променів становить 20 ... 50 мкс, смуга когерентності каналу до 5 ... 10 кГц, добовий хід глибини повільних завмирань 5 ... 10 дБ, сезонний 8 ... 16 дБ.
Лінії радіозв'язку з наземними рухомими об'єктами. Зв'язок в РЛП здійснюють в УКХ діапазоні. Мережа РЛП, організована в міських і прігоpодних районах, містить центральну станцію, що забезпечує зв'язок з рухомими об'єктами (ПО) зони, що обслуговується станцією.
Таблиця 1
Прийом сигналів в ПЗ супроводжується завмираннями (глибиною до 40 дБ), доплерівським зсувом частоти (до 100 Гц і більше), параметри яких залежать від швидкості руху ПЗ, його видалення від центральної станції і характеру затінення. Для частоти 850 МГц усереднені дані по швидкості завмирань та їх тривалості в залежності від заданого рівня та швидкості руху ПО наведено в табл. 1.1, де вказані швидкість перетину рівня в герцах, заданого по відношенню до середньоквадратичного значенням, і тривалість завмирань в мілісекундах.
Поблизу центральної станції різниця ходу променів до 1 мкс, а в дальній зоні до 9 мкс. Смуга когерентності каналу лежить в межах 40 ... 1500 кГц, в залежності від віддаленості ПЗ.
Телефонні канали. Телефонний канал представляє найбільш поширений тракт передачі дискретної інформації; швидкість передачі досягає 4,8 кБіт / с по комутованих і 19,2 кбіт / с за прямими орендованим каналах. Відмінні особливості телефонних каналів полягають у наявності смугових фільтрів з крутими зрізами, декількох різних модемів і перетворювачів спектру в одному тракті, значної (до декількох тисяч кілометрів) протяжності ЛЗ, великій кількості рознімних з'єднань і регулювань, доступних обслуговуючому персоналу, багатоканальні. Заважають впливу в телефонних каналах вельми різноманітні. Причиною їх крім перешкод в ПП служать короткочасні перерви і скачки рівня, спотворення форми імпульсу сигналу нерівномірністю АЧХ каналу, імпульсні перешкоди, перехідні впливу від інших каналів. Спотворення форми імпульсу проявляються у вигляді крайових спотворень (зсувів фронтів) і дроблень (зміна полярності імпульсу). Крайові спотворення без спеціальної фазової корекції можуть досягати 50% і більше. Дроблення викликаються в основному роботами, що проводяться обслуговуючим персоналом; з'являються дроблення з частотою кілька дроблень на годину.
У телефонних каналах через великий протяжності і різноманіття перешкод важко отримати ймовірність помилки менше 10 -3 ... 10 -4.
Внутриапаратні тракти. Значну частину апаратури сучасних систем дискретної зв'язку становлять пристрої обробки сигналів, серед яких все більшу роль відіграють мікроЕОМ (або мікрокомп'ютери МК, або мікропроцесори МП). Мікропроцесори, що використовують зовнішню магнітну пам'ять, містять всі види внутрішньо трактів. Тому аналіз перешкод, що виникають у цих трактах, доцільно вести на прикладі МП. У складі будь-який ЕОМ розрізняють процесор, пристрої оперативної (ОЗУ), постійної (ПЗУ), зовнішньої магнітної (стрічки, диски) пам'яті, пристрої введення-виведення ((УВВ), шини інформаційного обміну (даних, адрес, управління). У всіх перерахованих пристроях і трактах виникають помилки, що призводять до невірних результатів обчислень, збою програми, зайвих витрат машинного часу і нервів програміста і оператора.
Найбільша частина помилок з'являється в УВВ, шинах, пристроях пам'яті. Пристрій введення-виведення так само, як і процесор, містить значну кількість елементів цифрової логіки, в яких спостерігаються як випадкові, так і систематичні помилки. Старіння елементів, погіршення якості електричних контактів, расфазіровкі сигналів на входах логічних елементів викликають систематичні помилки, які (як і випадкові помилки) носять асиметричний характер на обмежених тимчасових інтервалах. До випадкових помилок приводять різні електромагнітні впливу, перешкоди в ланцюгах харчування. Шина інформаційного обміну є різновид дротового (короткої кабельної) лінії зв'язку, основними джерелами помилок в якій є зовнішні наводки і спотворення форми імпульсів сигналу, викликані поганим узгодженням лінії.
У ОЗУ і ПЗУ помилки виникають внаслідок спотворення адрес запису-зчитування, несправності елементів пам'яті. Більшість локальних помилок в магнітних стрічках має місце на одній доріжці, уздовж якої помилки виникають переважно пакетами. Переважають асиметричні помилки типу зникнення одиниць; по ширині стрічки в основному спостерігаються поодинокі помилки. Імовірність помилок може досягати значень 10 -5 ... 10 -6.
Перешкоди, які визначаються видом модуляції. Крім основних методів модуляції - амплітудної (синусоїдальний переносник - AM, імпульсний - АІМ), частотної (ЧМ, ЧІМ), фазової (ФМ, ФІМ) відомо багато похідних методів: AM з пригніченою несучої і однією бічною смугою (АМ ОЧП), квадратурна AM (КАМ), ЧС широкосмугова з великим індексом модуляції (> 1), ЧС узкополосная (<= 1), ЧС з безперервною фазою і мінімальним зрушенням (ЧС НФ), відносна ФМ (ОФМ), багаторазові AM, ЧМ, ФМ, комбінована АМ -ФМ (АФМ) і ряд інших методів. Кожен вид модуляції має свої особливості з точки зору перешкод, перетворюються демодулятором і які впливають на вирішальне пристрій.
Амплітудна модуляція створює асиметрію помилок. Вона в порівнянні з іншими видами модуляції найбільш чутлива до всіх видів шумів і перешкод. Через зміщеного до нульової частоті спектра безнадлишкових коду AM ОЧП не реалізується в "чистому" вигляді; здійснюється передача частини другої бічної з високими вимогами до АЧХ формуючого фільтра. Частотна модуляція в радіоканалі з частотно-селективними завмираннями при розносі частот символів на величину, що перевищує смугу когерентності каналу, утворює асиметричний тракт на інтервалах тимчасової кореляції завмирань; найбільш вірогідні спотворення символів одного значення, схильних до завмирання. Відносні методи модуляції вводять в передаваний сигнал кореляційні зв'язки; збій символу в демодулятора викликає без прийняття спеціальних заходів (наприклад, тимчасового перемежения) розмноження помилок. Те ж саме відноситься і до багаторазових методам модуляції.
ЛІТЕРАТУРА
1. Лідовскій В.І. Теорія інформації. - М., «Вища школа», 2002р. - 120с.
2. Метрологія та радіовимірювань в телекомунікаційних системах. Підручник для ВУЗів. / В. І. Нефедов, В. І. Халкин, Є. В. Федоров та ін - М.: Вища школа, 2001 р . - 383с.
3. Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи. -. - М.: Енергоатом издат, 2005. - 440С.
4. Зюко А.Г. , Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М. Теорія передачі сигналів. М: Радіо і зв'язок, 2001 р . -368 С.
5. Б. Скляр. Цифрова зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування. Вид. 2-е, испр.: Пер. з англ. - М.: Видавничий дім «Вільямс», 2003 р . - 1104 с.
кафедра РЕЗ
реферат на тему:
«Аналіз заважають впливів в каналах зв'язку при передачі та перетворенні інформації»
МІНСЬК, 2009
Заважають впливу поділяють на шуми, перешкоди, завмирання, перекручування, помилки (рис. 1). Зазвичай шуми мають природне походження; найбільш істотний вплив має власний шум приймача. Перешкоди можуть бути також природного походження (грозові розряди, індустріальні перешкоди, вплив сусідніх радіозасобів) і навмисні. Все розмаїття перешкод можна звести до шести основних типів: шумовим, імпульсним, вузькосмуговим (в межах-синусоїдальним), внутрішньосистемних, ретранслювати, імітаційним. Шумову перешкоду представляють у вигляді зовнішнього флуктуаційного шуму, що збільшує інтенсивність шуму приймача.
Імпульсні перешкоди (ІП) діють протягом обмеженого часу; в залежності від форми імпульсу розрізняють шумові (обмежений у часі шум), відео-і синусоїдальні (вузькосмугові) ВП. Імпульс завади може бути одиночним, однак частіше впливає пакет ІП, який вражає елементи сигналу, спотворюючи його тимчасові характеристики.
Вузькополосна перешкода накриває частину спектру сигналу, спотворюючи спектр і погіршуючи як спектральні, так і кореляційні властивості сигналу.
Внутрішньосистемні перешкоди характерні для асинхронно-адресних систем зв'язку, що працюють в одній смузі частот з розрізненням станцій за формою адресних сигналів (кодів). Виникають перешкоди головним чином за рахунок неідеальності взаімокорреляціонних функцій адресних кодів.
Ретранслювала перешкода створюється в результаті посилення та випромінювання переданого сигналу однією-двома сусідніми станціями. Перевипромінювання і затриманий сигнал, потрапляючи в приймач істинної станції, створює специфічну перешкоду, що впливає тим сильніше, чим гірше кореляційні властивості переданих сигналів. Імітаційна перешкода (ІМП) близька за формою переданому сигналу; ступінь близькості визначається числом переданих сигналів і їх кореляційними властивостями. Часто ІМП називають також структурної або прицільної перешкодою. Назва "прицільна перешкода" стає виправданим при збігу в приймачі фази або середньої частоти ІМП з фазою переданого сигналу або з середньою частотою одного або декількох частотних підканалів. В останньому випадку перешкоду іноді називають зосередженою. У наземних радіолініям причинами завмирань, що складають основну частину заважають впливів природного походження, служать многолучевость, метеоумови, пору року. Многолучевость викликає швидкі завмирання, метеоумови і пору року - повільні. Частотну селективність завмирань визначають по зниженню коефіцієнта частотної кореляції до значення 0,5 ... 0,6. Інтервал частот, що знаходиться в межах 1 ... 0,5, називають смугою (інтервалом) когерентності каналу зв'язку.
Рис .. 1 Класифікація заважають впливів у лініях зв'язку
Спотворення сигналу можуть викликатися як характеристиками тракту передачі, так і перешкодами. Однак поняття спотворення зазвичай пов'язують тільки з впливом на сигнал лінійних і нелінійних характеристик тракту. Вплив лінійних характеристик, і зокрема нерівномірності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), призводить до появи міжсимвольні спотворень (МСІ); обмеження амплітуди сигналу викликає появу небажаних частот в спектрі, що створюють перешкоди нелінійних переходів. Помилки фіксуються на виході дискретного каналу: саме вони визначають вірність інформації. Розподіл помилок на незалежні і пакетні викликано головним чином специфікою завадостійкого коду, його здатність виправляти або виявляти помилки.
Для апріорної оцінки ефективності коду проводять імітаційне моделювання, яка потребує знання статистичного розподілу заважають впливів. Зазвичай шум припускають нормально розподіленим (білим гауссовских шумом-БГШ). При великій різноманітності ІП немає, однак, єдиної універсальної моделі, яка описує ці перешкоди. Як правило, рівні та тривалості ІП беруть розподіленими за експоненціальним законом, а ймовірність появи m імпульсів на інтервалі часу Т І.П (відповідно до розподілу Пуассона) P І.П (m) = (LТ І.П) m ехр (- LТ І.П) / m!, де L-середнє число імпульсів на інтервалі Т І.П.
Найбільш складно моделювати навмисні перешкоди, "якість" яких тим вища, чим менш визначена їхня статистика. Однак кожна перешкода характеризується кількома параметрами, які при моделюванні можуть бути задані в апріорно вибраному діапазоні значень у вигляді, наприклад, випадкових чисел.
Для опису швидких завмирань найчастіше застосовують релєєвськоє і райсовское розподілу. Частотну селективність швидких завмирань описують експоненціальним розподілом; функція частотної кореляції
R (f) = (ехр (-f / df0)) 2 або R (f) = exp (-f / df0),
де df0-інтервал частотної кореляції. Загальноприйнята апроксимація повільних завмирань логарифмічно нормальним розподілом.
Спотворення сигналу приймають при моделюванні нормально розподіленими і розглядають як додатковий флуктуаційний шум. З огляду на різноманіття причин і конкретних умов неможливо описати статистичний розподіл помилок однією моделлю. Найбільш простий є модель незалежних помилок, описувана біноміальним распределением.Биномиальное розподіл добре описує помилки в дискретному каналі, причиною яких служить флуктуаційний шум. У різних лініях зв'язку заважають впливу навіть одного виду мають різні параметри розподілу. Цю особливість необхідно враховувати при виборі завадостійкого коду. У системах зв'язку найбільш широко використовують:
· Провідні лінії зв'язку - повітряні, магістральні кабельні (симетричні і коаксіальні), внутрішньоміські кабельні, а також високовольтні лінії електропередач;
· Радіотракту-радіорелейні прямої видимості (РРЛ), тропосферні (ТРЛ), космічні (через ШСЗ і з далекими космічними кораблями), магістральні короткохвильові (KB) ЛЗ, а також лінії радіозв'язку з наземними рухомими об'єктами (РЛП);
· Телефонні канали різної протяжності, прямі і комутовані, організовані на ЛЗ різного типу;
· Внутриапаратні тракти магнітного запису-зчитування та шини інформаційного обміну в ЕОМ.
Дротові ЛЗ. Провідні (і особливо кабельні) ЛЗ в найбільшою мірою захищені від впливу завад. Тим не менш у повітряних ЛЗ необхідно рахуватися з атмосферними явищами: грозовими розрядами, інеєм, памороззю, ожеледдю, наводками від зовнішніх джерел перешкод. Грозовий розряд проявляється у вигляді імпульсів перешкоди з фронтом у кілька мікросекунд, тривалістю полуспада в десятки мікросекунд. Іній, паморозь і ожеледь, осідаючи на проводах, приводять до значного збільшення затухання на тривалий час. Наприклад, при довжині підсилювального ділянки
У кабельних ЛЗ слід вважатися головним чином з імпульсними перешкодами, перехідними впливами і міжсимвольні спотвореннями. Основною причиною ВП у магістральних кабельних лініях є удари блискавки в ділянки поверхні землі, розташовані в безпосередній близькості від кабельної траншеї. Помеховие імпульси мають приблизно ті ж характеристики, що і в повітряних ЛЗ. Міські телефонні кабелі мають набагато більшою інтенсивністю перешкод, джерелом яких служать перехідні впливу інших кіл кабелю, перешкоди від різних зовнішніх джерел: електрифікованого транспорту, погано заземлених електроустановок, комутаційних пристроїв АТС. У системах цифрового зв'язку сигнали по кабельних ЛЗ передають переважно видеоимпульса. Нелінійність АЧХ кабелю спотворює форму імпульсів сигналу, погіршуючи відношення сигнал-шум. З урахуванням симетрувальних трансформаторів, що не пропускають постійну складову сигналу (у симетричних кабелях), нелінійність АЧХ в найбільшою мірою впливає на низькочастотні складові спектра сигналу. Найчастіше по кабелях передачу дискретних повідомлень ведуть сигналами з пасивною паузою (символ нуля не передається). Помилки пауз і посилок після прийому виявляються неравновероятнимі, причому різниця може досягати декількох порядків, роблячи канал істотно асиметричним. Значна асиметрія помилок характерна для оптико-волоконних ЛЗ.
Радіорелейні лінії прямої видимості. У тракті передачі РРЛ діють тепловий шум приймача, завмирання, перешкоди від зовнішніх джерел. Глибина завмирань досягає 30 дБ, тривалість швидких завмирань-частки секунд, смуга когерентності 30 ... 40 МГц, глибина завмиранні змінюється зі швидкістю 50 ... 60 дБ / с, різниця ходу интерферирующих променів 4 ... 10 нс. Основна частина глибоких завмирань на різних інтервалах виникає незалежно один від одного. У діапазоні частот вище 10 ГГц ослаблення сигналу в атмосферних опадах одночасно більше ніж на двох суміжних інтервалах траси малоймовірно.
Зовнішніми джерелами природних перешкод є головним чином сусідні радіо-і радіолокаційні станції. Перешкоди в залежності від електромагнітної обстановки можуть мати найрізноманітніший характер і виявлятися в тракті РРЛ у вигляді однієї або декількох вузькосмугових завад, помехових імпульсів, додаткового шуму, ретранслювати (затриманого) корисного сигналу, переданого по РРЛ.
Тропосферні радіолінії. Так само, як і в РРЛ, на тракт ТРЛ впливають адитивний шум приймача, завмирання і зовнішні перешкоди. Однак через більшу, ніж у РРЛ, чутливості приймача, принципової нестаціонарності обсягу перевипромінювання всі складові впливів, що заважають виражені в ТРЛ набагато сильніше.
Основними причинами повільних завмирань є метеорологічні умови та зміни обсягу перевипромінювання. Протягом доби медіанний рівень сигналу змінюється приблизно на 4 дБ зимою і 10 дБ влітку. Перепад рівня від зими до літа на трасах довжиною до
Характеристики істотно залежать від часу доби, року, географічного розташування траси, довжини інтервалу, ширини діаграми спрямованості антен, діапазону частот. Глибина завмирань змінюється в межах від одиниць до десятків децибел, тривалість - від сотень мікросекунд до сотень мілісекунд, частотна кореляція - від 1 до 6 МГц. Рознесення різко змінює статистичні характеристики завмирань і звужує діапазон змін.
Космічні лінії зв'язку. Заважають впливу, в космічних ЛЗ обумовлені багатьма причинами: поглинанням радіохвиль в іоносфері і тропосфері, рефракцією, зміною поляризації, перешкодами від теплового випромінювання тропосфери, шумами поглинання, екрануючим дією плазми, що виникає при гальмуванні космічного літального апарату в атмосфері Землі, розсіюванням радіохвиль в іоносфері при випадкових флуктуаціях концентрації електронів, сонячним і зоряним шумами. Практично всі перераховані чинники збільшують флуктуаційний шум (іноді на більшу величину). Наприклад, в діапазоні до 14 ГГц при сильному дощі коефіцієнт загасання досягає 3 дБ / км. Зазвичай за супутниковими ЛЗ може бути переданий сигнал з досить широкою смугою частот, що досягає декількох десятків мегагерц. Проте іноді виникають умови розповсюдження, що сприяють появі частотно-селективних завмирань. Причиною останніх служать інтенсивні обурення в іоносфері, що викликають звуження смуги когерентності іоносферного відрізка космічної ЛЗ. У результаті таких завмирань смуга частотної кореляції може зменшуватися до спостерігався на практиці значення 250 кГц. У широкосмуговому сигналі при цьому спостерігаються міжсимвольні спотворення. Важливий вплив на вибір сигналу в космічних радіолініям надає великий час розповсюдження. Мова найбільш чутлива до затримки; допустимим вважається час проходження сигналу між говорять абонентами, що не перевищує 300 мс. Якщо, проте, ШСЗ знаходиться на геостаціонарній орбіті з висотою над поверхнею Землі
Короткохвильові лінії радіозв'язку. Завмирання і атмосферні явища - магнітні бурі, полярні сяйва - головні джерела перешкод короткохвильового радіозв'язку. Завмирання створюються в результаті інтерференції декількох приходять в місце прийому променів, відбитих від іоносфери. Глибина завмирань коливається в широких межах, досягаючи десятків децибел. Період завмирань лежить в інтервалі від сотень мілісекунд до десятків секунд; діапазон змін тимчасової кореляції 1,5 ... 4,5 с (з ослаблення коефіцієнта кореляції до значення 0,6); сигнали можна вважати некоррелірованнимі при розносі їх більш ніж на 500 Гц . Сила атмосферних впливів наростає і спадає повільно із швидкістю від декількох хвилин до декількох годин, часто призводячи до повної втрати зв'язку на тривалий час.
У діапазоні, що межує з верхніми частотами короткохвильового зв'язку, здійснюється метеорна зв'язок, заснована на відображенні радіохвиль від іонізованих слідів метеорів. Характерні особливості метеорної зв'язку полягають в переривистому характер інформаційного обміну, великій швидкості зміни умов розповсюдження, принципову необхідність у зворотному каналі зв'язку. Важливо відзначити високу стабільність фази сигналу при метеорної зв'язку.
Приблизно в тому ж діапазоні метеорної зв'язку діють системи зв'язку, що використовують ефект розсіювання радіохвиль в іоносфері. Види заважають впливів в іоносферних лініях подібні до тих, які мають місце в тропосферних ЛЗ. (Це стосується головним чином, характером швидких завмирань.) Максимальний хід променів становить 20 ... 50 мкс, смуга когерентності каналу до 5 ... 10 кГц, добовий хід глибини повільних завмирань 5 ... 10 дБ, сезонний 8 ... 16 дБ.
Лінії радіозв'язку з наземними рухомими об'єктами. Зв'язок в РЛП здійснюють в УКХ діапазоні. Мережа РЛП, організована в міських і прігоpодних районах, містить центральну станцію, що забезпечує зв'язок з рухомими об'єктами (ПО) зони, що обслуговується станцією.
Таблиця 1
| Швидкість ПЗ, км / с | Частота перетину рівня, Гц.длітельность завмирань, мс, при відносному рівні глибини завмирань, Дб | |||||||||||||
| -30 | -25 | -20 | -15 | -10 | -5 | 0 | ||||||||
| 110 30 4 | 8 / - 2 / - -/2.5 | 10 / - 3 / - 1/3.5 | 11 / - 5/1.5 1 / 6 | 40 / - 10 / 2 2 / 9 | 60/1.3 11 / 4 3 / 11 | 90/2.5 11 / 8 5 / 30 | 95 / 7 11/11 5 / 100 | |||||||
Поблизу центральної станції різниця ходу променів до 1 мкс, а в дальній зоні до 9 мкс. Смуга когерентності каналу лежить в межах 40 ... 1500 кГц, в залежності від віддаленості ПЗ.
Телефонні канали. Телефонний канал представляє найбільш поширений тракт передачі дискретної інформації; швидкість передачі досягає 4,8 кБіт / с по комутованих і 19,2 кбіт / с за прямими орендованим каналах. Відмінні особливості телефонних каналів полягають у наявності смугових фільтрів з крутими зрізами, декількох різних модемів і перетворювачів спектру в одному тракті, значної (до декількох тисяч кілометрів) протяжності ЛЗ, великій кількості рознімних з'єднань і регулювань, доступних обслуговуючому персоналу, багатоканальні. Заважають впливу в телефонних каналах вельми різноманітні. Причиною їх крім перешкод в ПП служать короткочасні перерви і скачки рівня, спотворення форми імпульсу сигналу нерівномірністю АЧХ каналу, імпульсні перешкоди, перехідні впливу від інших каналів. Спотворення форми імпульсу проявляються у вигляді крайових спотворень (зсувів фронтів) і дроблень (зміна полярності імпульсу). Крайові спотворення без спеціальної фазової корекції можуть досягати 50% і більше. Дроблення викликаються в основному роботами, що проводяться обслуговуючим персоналом; з'являються дроблення з частотою кілька дроблень на годину.
У телефонних каналах через великий протяжності і різноманіття перешкод важко отримати ймовірність помилки менше 10 -3 ... 10 -4.
Внутриапаратні тракти. Значну частину апаратури сучасних систем дискретної зв'язку становлять пристрої обробки сигналів, серед яких все більшу роль відіграють мікроЕОМ (або мікрокомп'ютери МК, або мікропроцесори МП). Мікропроцесори, що використовують зовнішню магнітну пам'ять, містять всі види внутрішньо трактів. Тому аналіз перешкод, що виникають у цих трактах, доцільно вести на прикладі МП. У складі будь-який ЕОМ розрізняють процесор, пристрої оперативної (ОЗУ), постійної (ПЗУ), зовнішньої магнітної (стрічки, диски) пам'яті, пристрої введення-виведення ((УВВ), шини інформаційного обміну (даних, адрес, управління). У всіх перерахованих пристроях і трактах виникають помилки, що призводять до невірних результатів обчислень, збою програми, зайвих витрат машинного часу і нервів програміста і оператора.
Найбільша частина помилок з'являється в УВВ, шинах, пристроях пам'яті. Пристрій введення-виведення так само, як і процесор, містить значну кількість елементів цифрової логіки, в яких спостерігаються як випадкові, так і систематичні помилки. Старіння елементів, погіршення якості електричних контактів, расфазіровкі сигналів на входах логічних елементів викликають систематичні помилки, які (як і випадкові помилки) носять асиметричний характер на обмежених тимчасових інтервалах. До випадкових помилок приводять різні електромагнітні впливу, перешкоди в ланцюгах харчування. Шина інформаційного обміну є різновид дротового (короткої кабельної) лінії зв'язку, основними джерелами помилок в якій є зовнішні наводки і спотворення форми імпульсів сигналу, викликані поганим узгодженням лінії.
У ОЗУ і ПЗУ помилки виникають внаслідок спотворення адрес запису-зчитування, несправності елементів пам'яті. Більшість локальних помилок в магнітних стрічках має місце на одній доріжці, уздовж якої помилки виникають переважно пакетами. Переважають асиметричні помилки типу зникнення одиниць; по ширині стрічки в основному спостерігаються поодинокі помилки. Імовірність помилок може досягати значень 10 -5 ... 10 -6.
Перешкоди, які визначаються видом модуляції. Крім основних методів модуляції - амплітудної (синусоїдальний переносник - AM, імпульсний - АІМ), частотної (ЧМ, ЧІМ), фазової (ФМ, ФІМ) відомо багато похідних методів: AM з пригніченою несучої і однією бічною смугою (АМ ОЧП), квадратурна AM (КАМ), ЧС широкосмугова з великим індексом модуляції (> 1), ЧС узкополосная (<= 1), ЧС з безперервною фазою і мінімальним зрушенням (ЧС НФ), відносна ФМ (ОФМ), багаторазові AM, ЧМ, ФМ, комбінована АМ -ФМ (АФМ) і ряд інших методів. Кожен вид модуляції має свої особливості з точки зору перешкод, перетворюються демодулятором і які впливають на вирішальне пристрій.
Амплітудна модуляція створює асиметрію помилок. Вона в порівнянні з іншими видами модуляції найбільш чутлива до всіх видів шумів і перешкод. Через зміщеного до нульової частоті спектра безнадлишкових коду AM ОЧП не реалізується в "чистому" вигляді; здійснюється передача частини другої бічної з високими вимогами до АЧХ формуючого фільтра. Частотна модуляція в радіоканалі з частотно-селективними завмираннями при розносі частот символів на величину, що перевищує смугу когерентності каналу, утворює асиметричний тракт на інтервалах тимчасової кореляції завмирань; найбільш вірогідні спотворення символів одного значення, схильних до завмирання. Відносні методи модуляції вводять в передаваний сигнал кореляційні зв'язки; збій символу в демодулятора викликає без прийняття спеціальних заходів (наприклад, тимчасового перемежения) розмноження помилок. Те ж саме відноситься і до багаторазових методам модуляції.
ЛІТЕРАТУРА
1. Лідовскій В.І. Теорія інформації. - М., «Вища школа», 2002р. - 120с.
2. Метрологія та радіовимірювань в телекомунікаційних системах. Підручник для ВУЗів. / В. І. Нефедов, В. І. Халкин, Є. В. Федоров та ін - М.: Вища школа,
3. Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи. -. - М.: Енергоатом издат, 2005. - 440С.
4. Зюко А.Г. , Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М. Теорія передачі сигналів. М: Радіо і зв'язок,
5. Б. Скляр. Цифрова зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування. Вид. 2-е, испр.: Пер. з англ. - М.: Видавничий дім «Вільямс»,