Najčešći tip kanala je telefonski sa propusnim opsegom kHz i frekvencijskim opsegom od = 0,3 kHz do = 3,4 kHz.

Podaci iz izvora informacija, nakon pretvaranja paralelnog koda u serijski, obično se predstavljaju u obliku signala bez pauze bez vraćanja na nulu (BVN), što odgovara signalu iz bipolarnog AM (slika 2.1). Za prijenos pravokutnih impulsa bez izobličenja potreban je frekvencijski pojas od nule do beskonačnosti. Pravi kanali imaju konačan frekvencijski opseg sa kojim se modulacijom moraju uskladiti emitovani signali.

Blok dijagram diskretnog kanala sa FM je prikazan na Sl. 2.2.

Prenesena poruka iz izvora AI informacija u paralelnom kodu stiže u kanalni koder KK, koji pretvara paralelni kod u serijski binarni BVN kod. U ovom slučaju, kanalni enkoder unosi redundantne znakove u poruku (na primjer, paritetni bit) i generiše startne i stop bitove za svaki okvir prenesenih podataka. Dakle, izlazni signal iz enkodera je modulirajući signal za modulator.

Ovisno o stanju modulirajućeg signala (“0” ili “1”), frekventni modulator generiše frekvencijske rafale s frekvencijom i . Kada signal pozitivnog polariteta stigne u modulator, modulator generiše frekvenciju , nazvana gornja karakteristična frekvencija.

Rice. 14.2 - Blok dijagram sistema za prenos informacija sa frekvencijskom modulacijom:

AI je izvor informacija; IP - izvor smetnji; CC - enkoder kanala; PF2 - propusni filter prijemnika; M - modulator; UO - pojačalo-graničnik; PF1 - pojasni filter; DM - demodulator; DK - dekoder kanala; LS - komunikacijska linija; P - primalac informacije II - izvor informacija; IP - izvor smetnji; CC - kanalni koder; PF2 - propusni filter prijemnika; M - modulator; UO - pojačalo-graničnik; PF1 - pojasni filter; DM - demodulator; DK - dekoder kanala; LS - komunikacijska linija; P - primalac informacije

Frekvencija je prosječna frekvencija, - devijacija (devijacija) frekvencije. Kada na ulaz modulatora stigne negativan signal, na njegovom izlazu se pojavljuje frekvencija , nazvana donja karakteristična frekvencija. Signal na izlazu modulatora može se smatrati superpozicijom dva AM signala, od kojih jedan ima nosilac, a drugi nosilac. Shodno tome, spektar FM signala se može predstaviti kao superpozicija spektra dva AM signala (slika 2.3).

Spektralna širina FM signala je šira od one kod AM signala za iznos određen rastojanjem između nosilaca i . Značenje karakterizira promjenu frekvencije pri prijenosu jedan ili nula u odnosu na njegovu prosječnu vrijednost i naziva se devijacija frekvencije. Odnos devijacije frekvencije i brzine modulacije IN naziva se indeks modulacije frekvencije:

.

Rice. 14.3 - spektar FM signala

Pojasni filter PF1 predajnika ograničava spektar signala koji se prenosi na komunikacioni kanal u skladu sa donjom i gornjom granicom opsega kanala. Širina spektra signala na izlazu modulatora zavisi od brzine binarne modulacije i devijacije frekvencije. Otprilike . Što je veći indeks modulacije, širi je, uz ostale jednake stvari, spektar FM signala.

Filter opsega PF2 prijemnika odabire frekvencijski opseg telefonskog kanala, što vam omogućava da se riješite smetnji koje su izvan PF2 propusnog opsega. Signal se zatim pojačava ograničavajućim pojačalom. Pojačalo kompenzira gubitak energije signala u liniji zbog slabljenja. Osim toga, pojačalo radi dodatna funkcija- funkcija ograničavanja nivoa signala. U ovom slučaju moguće je osigurati konstantan nivo signala na ulazu frekventnog demodulatora D kada se nivo na ulazu prijemnika mijenja u prilično širokom rasponu. U demodulatoru se impulsi naizmjenične struje pretvaraju u poruke DC. Dekoder kanala pretvara simbole u poruke. U ovom slučaju, ovisno o korištenoj metodi kodiranja, greške se otkrivaju ili ispravljaju.

Prilikom proučavanja radio sistema potrebno je koristiti modele diskretnih kanala. To je zbog činjenice da u mnogim tipovima RTS-a teško opterećenje zaštita informacija u uslovima intenzivnih smetnji je upotreba metoda kodiranja i dekodiranja. Za razmatranje problema ovog tipa, preporučljivo je baviti se samo karakteristikama diskretnog kanala, isključujući iz razmatranja svojstva kontinuiranog kanala. U diskretnom kanalu, ulazni i izlazni signali su nizovi impulsa koji predstavljaju tok kodnih simbola. Ovim se određuje osobina diskretnog kanala da se, pored ograničenja na parametre skupa mogućih ulaznih signala, prikazuje distribucija uslovnih vjerovatnoća izlaznog signala za dati ulazni signal. Prilikom definiranja više ulaznih signala, postoje informacije o broju različitih simbola T, broj impulsa u nizu n i, ako je potrebno, trajanje Tin i Goi, svaki impuls na ulazu i izlazu kanala. U većini praktično važnih slučajeva, ova trajanja su ista i, prema tome, trajanja bilo koje //-sekvence na ulazu i izlazu su ista. Rezultat interferencije može biti razlika između ulazne i izlazne sekvence. Stoga je za bilo koji // potrebno naznačiti vjerovatnoću da će pri prijenosu neke

slučajni niz IN izlaz će pokazati rezultat IN.

Razmatrane //-nizove mogu se predstaviti kao vektori u ///"-dimenzionalnom euklidskom prostoru, u kojem se operacije "sabiranje" i "oduzimanje" shvataju kao pobitno zbrajanje po modulu T i slično se definira kao množenje cijelim brojem. U odabrani prostor potrebno je uvesti koncept „vektora greške“ E, koji se podrazumijeva kao bitna razlika između ulaznog (prenosnog) i izlaznog (primljenog) vektora. Tada će primljeni vektor biti zbir prenesenog slučajnog niza i vektora greške B = B + E. Iz forme snimka jasno je da je vektor slučajne greške E analog smetnje //(/) u modelu kontinuiranog kanala. Modeli diskretnih kanala razlikuju se u distribuciji vjerovatnoće vektora greške. Općenito, raspodjela vjerovatnoće E može zavisiti od implementacije vektora IN. Hajde da jasno objasnimo koncept značenja vektora greške za slučaj /// = 2 - binarni kod. Pojava znaka 1 bilo gdje u vektoru greške obavještava o prisutnosti greške u odgovarajućem bitu prenesene //-sekvence. Stoga se broj ne-nula simbola u vektoru greške može nazvati težinom vektora greške.

Simetrični kanal bez memorije je najjednostavniji model diskretnog kanala. U takvom kanalu, svaki preneseni simbol koda može biti pogrešno primljen sa određenom vjerovatnoćom R i prihvaćeno ispravno sa vjerovatnoćom q = 1 - R. Ako je došlo do greške, umjesto prenesenog znaka 6. bilo koji drugi znak se može prenijeti sa jednakom vjerovatnoćom b.

Upotreba izraza "bez memorije" znači da vjerovatnoća pojave greške u bilo kojem bitu "-sekvence" ne zavisi od toga koji su simboli preneti pre ovog bita i kako su primljeni.

Vjerovatnoća da će “-dimenzionalni vektor greške s težinom ?, jednako

Verovatnoća onoga što se desilo I sve greške koje su proizvoljno locirane u i-nisu određene su Bernoullijevim zakonom:

Gdje SA [ = n/[(!(« - ?)] - binomni koeficijent, tj. broj različitih kombinacija ? greške u "-sekvenciji.

Model simetričnog kanala bez memorije (binomni kanal) je analog kanala sa aditivnim bijelim šumom pri konstantnoj amplitudi signala - njegova aproksimacija.

Asimetrični kanal bez memorije razlikuje se od simetričnog kanala po različitim vjerovatnoćama prijelaza simbola 1 na 0 i nazad, zadržavajući pritom nezavisnost njihovog izgleda od prethodne povijesti.

U mnogim problemima iz teorije komunikacija data je struktura modulatora i demodulatora. U ovim slučajevima, kanal je onaj dio komunikacione linije koji je prikazan na sl. 1.3 je zaokružena isprekidanom linijom. Simboli diskretnog koda se dovode na ulaz takvog kanala, a uklanjaju se sa izlaza sa simbolom, koji se generalno ne poklapa sa (slika 2.1).

Takav kanal se naziva diskretnim. Prilikom proučavanja prijenosa poruka preko diskretnog kanala, glavni zadatak je pronaći metode kodiranja i dekodiranja koje, u ovom ili onom smislu, omogućavaju najbolji prijenos poruka iz diskretnog izvora.

Imajte na umu da u gotovo svim stvarnim komunikacijskim linijama, diskretni kanal sadrži u sebi kontinuirani kanal, na čiji se ulaz dostavljaju signali, a signali izobličeni smetnjama uklanjaju se sa izlaza. Svojstva ovog kontinuiranog kanala, zajedno sa karakteristikama modulatora i demodulatora, jedinstveno određuju sve parametre diskretnog kanala. Stoga se ponekad diskretni kanal naziva diskretnim prikazom kontinuiranog kanala. Međutim, u matematičkom proučavanju diskretnog kanala, obično se apstrahuje od kontinuiranog kanala i interferencije u njemu i određuje diskretni kanal specificiranjem abecede kodnih simbola. na njegov ulaz stiže abeceda kodnih simbola uzeto iz njegovog izlaza, broj kodnih simbola prođenih u jedinici vremena, i vrijednosti vjerojatnosti prijelaza, odnosno vjerovatnoće da će se simbol pojaviti na izlazu ako je simbol dat na ulazu. Ove vjerovatnoće zavise od toga koji su simboli prethodno poslani i primljeni. Abecede koda na ulazu i izlazu kanala možda neće biti iste; posebno je moguće da . Vrijednost se ponekad naziva tehnička brzina prijenosa.

Rice. 2.1. Komunikacioni sistem sa diskretnim kanalom.

Ako vjerovatnoće prijelaza za svaki par ostaju konstantne i ne zavise od toga koji su simboli ranije poslani i primljeni, tada se diskretni kanal naziva konstantnim ili homogenim. Ponekad se koriste i drugi nazivi: kanal bez memorije ili kanal sa nezavisnim greškama. Ako vjerovatnoće prijelaza zavise od vremena ili od prijelaza koji su se ranije dogodili, tada se kanal naziva heterogen ili kanal sa memorijom.

U kanalu s memorijom, vjerojatnostne veze, barem u prvoj aproksimaciji, protežu se samo na određeni konačni segment. To znači da vjerovatnoće prijelaza zavise od toga koji su se prijelazi desili tokom prijenosa prethodnih simbola, a ne zavise od ranijih prijelaza. Može se smatrati da takav kanal ima određeni broj diskretnih stanja određenih prethodnim prijelazima, i . Za svako stanje određuju se uslovne vjerovatnoće prijelaza. Istovremeno, samo posljednji preneseni i primljeni simboli određuju stanje kanala.

Prosječne vjerovatnoće bezuslovnog prijelaza se određuju u prosjeku uslovnih vjerovatnoća za sva stanja kanala:

(2.1)

gdje je vjerovatnoća stanja.

U stvarnim kanalima sa prijemom element po element, vjerovatnoće prijelaza nisu date, već su određene, s jedne strane, interferencijom i izobličenjem signala u kanalu, s druge strane, brzinom prijenosa kodnih simbola. i prvi krug odlučivanja. Izborom optimalne šeme odlučivanja na osnovu jednog ili drugog kriterijuma, verovatnoća tranzicije se može promeniti u željenom pravcu. Dakle, da bi se kanal smatrao diskretnim, potrebno je odabrati prvi krug odlučivanja i, uzimajući u obzir interferenciju i distorziju koja djeluje u kanalu, izračunati vjerovatnoće prijelaza. Očigledno, u onim slučajevima kada su parametri realnog kanala konstantni, a šum koji djeluje u kanalu predstavlja stacionarni slučajni proces, njegova diskretna reprezentacija je konstantan kanal. Ako ovi uvjeti nisu ispunjeni, tada se diskretni prikaz u pravilu ispostavlja kao kanal s memorijom.

Ako su u kanalu abecede na ulazu i izlazu iste i za bilo koji par vjerovatnoća , onda se takav kanal naziva simetričnim. Promenljivi kanal ćemo takođe nazvati simetričnim ako je u svakom stanju za bilo koji par uslov ispunjen

Očigledno, iz (2.2) također na izlazu slijedi da je preneseni simbol izobličen zbog smetnji i da se ne može prepoznati. Tako se briše dio primljene kodne sekvence.

Kao što će se kasnije pokazati, uvođenje takvog simbola za brisanje ne ometa mogućnost ispravnog dekodiranja primljenog kodnog niza, već ga, naprotiv, olakšava racionalnim izborom metode kodiranja i sklopova za odlučivanje.

Rice. 2.2. Vjerojatnosti prijelaza u simetričnom binarnom kanalu.

Rice. 2.3. Vjerojatnosti prijelaza u simetričnom kanalu sa brisanjem.

Imajte na umu da je abeceda izlaznog koda određena izborom prvog kola odlučivanja i stoga se smatra datom samo zato što razmatramo diskretno mapiranje kanala. Izbor prve šeme odluke također u velikoj mjeri određuje svojstva simetrije kanala. Vjerojatnosti prijelaza u simetričnom kanalu za brisanje prikazane su na Sl. 2.3.

NAČINI PRENOSA PODATAKA NA FIZIČKOM NIVOU

POGLAVLJE 2

U skladu sa prethodno datom definicijom, diskretni kanal se obično naziva skup (slika 2.1) kontinuiranog kanala (NC) sa uređajima za konverziju signala (SCD) povezanim na njegovom ulazu i izlazu.

Glavne karakteristike koje određuju kvalitet i efikasnost prenosa podataka su brzina i vernost prenosa.

Baud rate V informacija je jednaka količini informacija koje se prenose kanalom u jedinici vremena, pri čemu je m c- broj signalnih pozicija, t 0-trajanje jednog signalnog elementa. Za dvopozicijske signale.

Vrijednost određuje broj elemenata koji se prenose preko kanala u sekundi i naziva se brzina modulacije (Baud). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, za binarni sistemi brzina prenosa i brzina modulacije su numerički iste.

Vjernost prijenosa podataka ocjenjuje se vjerovatnoćama pogrešnog prijema pojedinačnih elemenata p 0 i kombinacije kodova p kk.

Međutim, glavni zadatak diskretnog kanala je da prenosi digitalne signale podataka preko komunikacionog kanala sa potrebnom brzinom V i vjerovatnoćom greške p 0 .

Da bismo razumjeli proces implementacije ovog zadatka, predstavimo strukturu diskretnog kanala (slika 2.2), navodeći na njemu samo one UPS blokove koji određuju karakteristike sistema diskretni kanal.

Ulaz kanala prima digitalne signale podataka u trajanju od t 0 brzinom B bps U UPS prd, ovi signali se konvertuju u frekvenciju (modulirani sa M i G) i prolaze kroz propusni filter PF prd i pojačalo CC out, sa čijeg se izlaza prenose u komunikacioni kanal sa određenim nivoom. P sa ulazom i širinu spektra DF c.

Komunikacijski kanal (uključujući trankove) karakterizira njegova propusnost DF to, zaostalo slabljenje i ost, neujednačeno zaostalo slabljenje Yes ost i vrijeme grupnog tranzita (GTT) Dt gvp u opsegu komunikacijskog kanala .

Osim toga, postoje smetnje u kanalu. Uobičajeno je da se smetnjom naziva svaki slučajni uticaj na signal koji narušava vjernost reprodukcije prenesene poruke. Interferencija je veoma raznolika po svom porijeklu i fizičkim svojstvima.

Općenito, uticaj smetnji n(t) na signal u(t) može se izraziti od strane operatera z=y(u,n).

U posebnom slučaju kada se operator y degeneriše u zbir z=u+n, interferencija se obično naziva aditivnom. Na osnovu njihove električne i statističke strukture, aditivni šum se dijeli na:

1) fluktuacije ili raspoređene u frekvenciji i vremenu,

2) harmonične ili koncentrisane u frekvenciji,

3) pulsirajuće ili koncentrisano u vremenu.

Fluktuacijski šum je slučajni proces kontinuiran u vremenu. Najčešće se pretpostavlja da je stacionaran i ergodičan s normalnom raspodjelom trenutnih vrijednosti i nultom srednjom vrijednosti. Pretpostavlja se da je energetski spektar takvih smetnji unutar analiziranog frekvencijskog pojasa uniforman. Fluktuacijski šum se obično određuje spektralnom gustinom ili efektivnim naponom U p eff u opsegu komunikacijskog kanala.

Harmonična interferencija je aditivna interferencija, čiji je spektar koncentrisan u relativno uskom frekvencijskom pojasu, uporedivom ili čak značajno užem od frekvencijskog pojasa signala. Pretpostavlja se da su ove smetnje ravnomjerno raspoređene u frekvencijskom opsegu, ᴛ.ᴇ. vjerovatnoća pojave ove smetnje u određenom frekvencijskom opsegu proporcionalna je širini ovog opsega i ovisi o prosječnom broju n gp smetnje koje prelaze granični nivo prosječne snage signala po jedinici frekvencijskog pojasa.

Pulsni šum je aditivni šum, koji je niz impulsa pobuđenih kratkotrajnim EMF-om aperiodične ili oscilatorne prirode. Pretpostavlja se da su momenti pojave impulsnog šuma jednoliko raspoređeni u vremenu. To znači da je vjerovatnoća pojave impulsnog šuma tokom vremenskog intervala T je proporcionalna trajanju ovog intervala i prosječnom broju n un smetnje po jedinici vremena, u zavisnosti od dozvoljeni nivo smetnje Pulsni šum se obično specificira zakonima distribucije sa njihovim numeričkim parametrima, ili maksimalnom vrijednošću proizvoda A 0 trajanje pulsnog šuma na njegovu amplitudu. To uključuje kratkoročne pauze (fragmentacije), određene zakonima distribucije sa specifičnim numeričkim parametrima ili prosječnim trajanjem prekida t lane i njihov intenzitet n lane.

U slučaju operatera y mora biti izražen kao proizvod z=ku, Gdje k(t) je slučajan proces, tada se interferencija naziva multiplikativnim.

U stvarnim kanalima obično se javljaju i aditivna i multiplikativne smetnje, ᴛ.ᴇ. z=ku+n.

Na ulazu UPS prm, koji se sastoji od linearnog pojačala US in, propusnog filtera PF prm, demodulatora DM, uređaja za snimanje UR i sinhronizacije US sa brzinom IN prima se mešavina signala i šuma, koju karakteriše odnos signal/šum q in. Nakon prolaska kroz PF prm prijemni filter, odnos signal-šum se donekle poboljšava.

U DM-u, zbog utjecaja smetnji, izlazni signali su izobličeni u obliku čija se promjena numerički izražava vrijednošću rubnih izobličenja. d cr.

Da bi se smanjila vjerovatnoća greške zbog utjecaja izobličenja rubova ili prignječenja, signali sa izlaza DM-a podliježu gatingu ili integraciji, koja se provodi u UR pod utjecajem taktnih impulsa generiranih u uređaju za sinhronizaciju uređaja. US. UR karakteriše korektivna sposobnost m eff, i US – greška pri sinhronizaciji e sa, vrijeme sinhronizacije t sync i vrijeme za održavanje sinhronizacije t ps.

Diskretni kanal - koncept i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Diskretni kanal" 2017, 2018.

Kontinuirani kanal

Kanali, po prijemu kojih kontinuirani signal na svom izlazu signal će također biti kontinuiran, tzv kontinuirano. Oni su uvijek dio diskretnog kanala. Kontinuirani kanali su, na primjer, standardni telefonski komunikacioni kanali (kanali frekvencije glasa - HF) sa propusnim opsegom od 0,3...3,4 kHz, standardni širokopojasni kanali sa propusnim opsegom od 60...108 kHz, fizička kola, itd. model se može predstaviti u obliku linearnog četveropola (slika 3.4)

Slika 3.4 – Model linearnog kontinuiranog kanala

Diskretni kanal

Za koordinaciju enkodera i dekodera kanala sa kontinuiranim komunikacionim kanalom koriste se uređaji za konverziju signala (SCD) koji se uključuju tokom prijenosa i prijema. U konkretnom slučaju radi se o modulatoru i demodulatoru. Zajedno sa komunikacijskim kanalom formira se UPS diskretni kanal (DC), tj. kanal dizajniran da prenosi samo diskretne signale.

Diskretni kanal karakteriše brzina prenosa informacija, merena u bitovima u sekundi (bps). Još jedna karakteristika diskretnog kanala je brzina modulacije, mjerena u baudu. Određuje se brojem elemenata koji se prenose u sekundi.

Binarno balansirani kanal . Binarno balansirani kanal(binarni simetrični kanal - BSC) je poseban slučaj diskretnog kanala bez memorije, čiji se ulazni i izlazni alfabet sastoji od binarnih elemenata (0 i I). Uslovne vjerovatnoće imaju simetričan oblik.

Jednačina (3.6) izražava tzv vjerovatnoće tranzicije.

Markovi modeli DC. Stanja kanala mogu se razlikovati po vjerovatnoći greške u svakom stanju. Promjene u vjerovatnoći greške mogu, zauzvrat, biti povezane s fizičkim uzrocima - pojavom prekida, impulsnom bukom, bledenjem itd. Niz stanja je jednostavan Markovljev lanac. Jednostavan Markovljev lanac je slučajni niz stanja kada je vjerovatnoća određenog stanja u ja- ovaj trenutak u potpunosti određuje država c i-1 V ( ja- 1) th moment. Ekvivalentno kolo takvog kanala prikazano je na slici 3.5.

Slika 3.5 - Ekvivalentno kolo diskretnog simetričnog kanala kada se opisuje modelom zasnovanim na Markovim lancima

Hilbertov model. Najjednostavniji model, zasnovan na upotrebi matematičkog aparata Markovljevih lanaca, je model izvora greške koji je predložio Hilbert. Prema ovom modelu, kanal može biti u dva stanja: dobro (stanje 1) i loše (stanje 2). Prvo stanje karakteriše odsustvo grešaka. U drugom stanju pojavljuju se greške sa vjerovatnoćom posh (2).

Smetnje u komunikacijskim kanalima

U stvarnom kanalu, signal je izobličen tokom prenosa, a poruka se reprodukuje sa nekom greškom. Uzrok ovakvih grešaka je izobličenje koje unosi sam kanal i smetnje koje utiču na signal. Neophodno je jasno odvojiti distorzije od buke koja je slučajne prirode. Smetnje nisu unaprijed poznate i stoga se ne mogu u potpunosti eliminirati.

Ispod prepreka odnosi se na svaki udar koji ometa korisni signal i otežava prijem. Smetnje su različite po svom porijeklu: grmljavine, smetnje od električnih vozila, električnih motora, sistema za paljenje motora itd.

U gotovo svakom frekventnom opsegu javlja se interni šum opreme, uzrokovan haotičnim kretanjem nosilaca naboja u uređajima za pojačavanje, takozvani termalni šum.

Klasifikacija smetnji. Harmonične smetnje- predstavljaju uskopojasni modulirani signal. Razlozi za pojavu ovakvih smetnji su smanjenje prelaznog slabljenja između kablovskih kola i uticaj radio stanica. Pulsne smetnje- Ovo je smetnja koncentrisana u vremenu. Oni predstavljaju nasumični niz impulsa koji imaju nasumične vremenske intervale, a prolazni procesi uzrokovani njima se ne preklapaju u vremenu.