
- •Введение
- •1 Лекция 1. Сигнал, информация и сообщение.
- •1.1 Сообщение как случайный процесс
- •1.2. Формы представления детерминированных сигналов.
- •1.2.1. Временная форма
- •1.3 Мера Хартли. Количественная оценка информации
- •2 Лекция 2. Дискретный канал без помех
- •2.1. Понятие информации
- •2.2 Дискретный канал передачи информации без помех
- •2.3 Пропускная способность канала
- •2.4 Теоремы для пропускной способности канала без помех
- •2.5 Математическая модель дискретного канала без помех
- •3 Лекция 3. Дискретный канал с помехами
- •3.1 Понятие помехи
- •3.2. Виды помех
- •4 Лекция 4. Дискретный канал передачи информации с помехами
- •4.1 Дискретный канал передачи информации с помехами
- •4.2 Пропускная способность канала с помехами
- •4.3 Теоремы для пропускной способности канала с помехами
- •4.4 Математическая модель дискретного канала с помехами
- •5 Лекция 5. Принципы дискретизации и восстановление информации
- •5.1 Представление информации в непрерывном виде
- •5.2 Принципы дискретизации и восстановление информации
- •5.3 Критерии качества восстановления.
- •6 Лекция 6. Непрерывный канал
- •6.1 Разложение непрерывного сигнала в ортогональные ряды
- •6.2 Ряды Фурье и их применение в технике связи
- •6.3 Теорема Котельникова (Основная теорема Шеннона)
- •6.4 Пропускная способность непрерывного канала (без помех и с помехами)
- •6.5 Модель нкс
- •7 Лекция 7. Методы формирования и преобразования сигналов в системах связи
- •7.1 Методы модуляции носителей информации
- •7.2 Модуляция гармонического сигнала (несущей частоты)
- •7.3 Амплитудная (ам), частотная(чм), фазовая(фм) модуляции
- •7.3.2 Частотная модуляция
- •8 Лекция 8. Фазовая модуляция.
- •8.1 Фазовая модуляция
- •8.2 Временное, спектральное и векторное представление сигналов
- •8.3 Ширина полосы частот и различие в спектрах чм и фм сигналов
- •9 Лекция 9. Импульсная модуляция.
- •9.2 Методы дискретной модуляции.
- •10.2 Избыточность сообщений
- •10.3 Теорема об эффективном кодировании.
- •11 Лекция 11. Помехоустойчивые корректирующие коды.
- •11.1. Общие сведения.
- •11.2 Блоковые коды
- •11.2.1. Общие принципы использования избыточности
- •11.2.2 Связь корректирующей способности кода с кодовым расстоянием.
- •12 Лекция 12. Коды обнаруживающие ошибки.
- •12.1 Коды обнаруживающие ошибки.
- •12.2 Математическое введение к групповым кодам
- •12.3 Построение двоичного группового кода
- •12.3.1 Определение числа избыточных символов.
- •13 Лекция 13. Помехоустойчивые корректирующие коды.
- •13.1 Составление таблиц опознавателей.
- •13.2 Определение проверочных равенств.
- •13.3 Коды Хэмминга.
- •13.4 Коды Рида-Соломона.
- •13.5 Код Голея.
- •13.6 Непрерывные коды.
- •14 Лекция 14. Циклические коды.
- •14.1 Циклические коды
- •14.2 Выбор образующего многочлена по заданному объему кода и заданной корректирующей способности.
- •15 Лекция 15. Методы построения циклических кодов.
- •15.1 Методы построения циклических кодов.
- •15.2 Декодирование цк.
- •16 Лекция 16. Теория помехоустойчивых систем
- •16 Теория помехоустойчивых систем
- •16.1 Критерии оптимального приёма сообщений
- •16.2 Синтез алгоритмов и схем оптимальных приёмников, корреляционный приёмник, приёмник с согласованным фильтром
- •17 Лекция 17. Приёмник с согласованным фильтром
- •17.1 Приёмник с согласованным фильтром (продолжение)
- •17.2 Анализ помехоустойчивости систем связи с различными видами модуляций и различными методами приема сигналов
- •18 Лекция 18. Различные методы приема сигналов
- •18.1 Фазоманипулированные сигналы
- •18.2 Сигналы с относительной фазовой манипуляцией
- •1 9 Лекция 19. Многоканальная связь
- •19. Многоканальная связь
- •19.1 Методы частотного, временного и фазового разделения сигналов
- •20 Лекция 20. Методы многоканальной связи
- •20.1 Разделение сигналов по форме
- •20.2 Комбинационное разделение
- •20.3 Цифровые методы передачи непрерывных сообщений
- •20.4 Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •21 Лекция 21. Цифровые методы модуляции
- •21.1 Дискретизация по времени и квантования
- •21.2 Импульсная - кодовая модуляция (икм)-модуляция, дифференциальная икм
- •21.3 Структура кадров икм-30
- •Содержание
2.5 Математическая модель дискретного канала без помех
Постоянный симметричный канал без памяти определяется как дискретный канал, в котором каждый переданный кодовый символ может быть принят ошибочно с фиксированной вероятностью р и правильно с вероятностью 1-р, причем в случае ошибки вместо переданного символа bi может быть рваной вероятностью принят любой другой символ. Таким образом, вероятность того, что принят символ bj если был передан bi,
.
(2.8)
Вероятность любого n - мерного вектора ошибки в таком канале
(2.9)
где l- число ненулевых символов в векторе ошибки. Вероятность того что произошло l ошибок, расположенных как угодно на протяжении последовательности длины n, определяется формулой Бернулли
(2.10)
где
-
биноминальный коэффициент, равный числу
различных сочетаний l
ошибок в блоке длиной n.
Эту модель также называют биноминальным каналом. Она удовлетворительно описывает канал, возникающий при определенном выборе модема, если в непрерывном канале отсутствуют замирания, а аддитивный шум белый (или по крайней мере квазибелый). Нетрудно видеть, что вероятность появления ошибок в двоичной кодовой комбинации длины n (кратному l 1) согласно модели (2.10) при р <<1
.
(2.11)
Вероятность переходов в двоичном симметричном канале схематически показана в виде графа на рисунке 2.2.
|
|
|
|
p
p
Рисунок 2.2
3 Лекция 3. Дискретный канал с помехами
Цель лекции: ознакомление c понятием помех
Содержание:
а) понятие помех;
б) виды помех;
в) искажения;
г) борьба с помехами.
3.1 Понятие помехи
Помеха – это любое воздействие, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющее его прием. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.
В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывная связь. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и с перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает.
Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Этот вид помех особенно сказывается в диапазоне ультракоротких волн. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах.
Классификацию помех можно провести по следующим признакам:
- по происхождению (месту возникновения);
- по физическим свойствам;
- по характеру воздействия на сигнал.
3.2. Виды помех
К помехам по происхождению в первую очередь относятся внутренние шумы аппаратуры (тепловые шумы) обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Случайное тепловое движение носителей заряда в любом проводнике вызывает случайную разность потенциалов на его концах. Среднее значение напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум. Квадрат эффективного напряжения теплового шума определяется известной формулой Найквиста
(3.1)
где Т- абсолютная температура, которую имеет сопротивление R;
F- полоса частот; k=1,37*10 (-23) Вт.сек/град- постоянная Больцмана.
К помехам по происхождению, во вторую очередь, относятся помехи от посторонних источников, находящихся вне каналов связи:
- атмосферные помехи (громовые разряды, полярное сияние, и др.), обусловленные электрическими процессами в атмосфере;
- индустриальные помехи, возникающие в электрических цепях электроустановок (электротранспорт, электрические двигатели, системы зажигания двигателей, медицинские установки и другие.);
- помехи от посторонних станций и каналов, возникающих от различных нарушений режима их работы и свойств каналов;
- космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах, галактиках и других внеземных объектах.
По физическим свойствам помех различают:
- Флуктуационные помехи;
- Сосредоточеные помехи.
Флуктуационные помехи. Среди аддитивных помех особое место занимает флуктационная помеха, которая является случайным процессом с нормальным распределением (гауссов процесс). Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах.
Электрическую структуру флуктуационной помехи можно представить себе как последовательность бесконечно коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через случайные промежутки времени. При этом импульсы появляются один за другим настолько часто, что переходные явления в приемнике от отдельных импульсов накладываются, образуя случайный непрерывный процесс.
Так, источником шума в электрических цепях могут быть флуктуации тока, обусловленные дискретной природой носителей заряда (электронов, ионов). Дискретная природа электрического тока проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дробового эффекта.
Наиболее распространенной причиной шума являются флуктуации, обусловленные тепловым движением.
Длительность импульсов, составляющих флуктуационную помеху, очень мала, поэтому спектральная плотность помехи постоянна вплоть до очень высоких частот.
К сосредоточенным по времени (импульсным) помехам относят помехи в виде одиночных импульсов, следующих один за другим через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают практически затухнуть к моменту прихода следующего импульса.
Сосредоточенные по спектру помехи. К этому виду помех принято относить сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты различного назначения и т. п. В отличие от флуктационных и импульсных помех, спектр которых заполняет полосу частот приёмника, ширина спектра сосредоточенной помехи в большинстве случаев меньше полосы пропускания приёмника. В диапазоне коротких волн этот вид помех является основным, определяющим помехоустойчивость связи.
По характеру воздействия на сигнал различают:
- аддитивные помехи;
- мультипликативные помехи.
Аддитивной называется помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее воздействие аддитивной помехи определяется суммированием с полезным сигналом. Аддитивные помехи воздействует на приемное устройство независимо от сигнала и имеют место даже тогда, когда на входе приемника отсутствует сигнал.
Мультипликативной называется помеха, мгновенные значения которой перемножаются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее действие мультипликативных помех проявляется в виде изменения параметров полезного сигнала, в основном амплитуды. В реальных каналах электросвязи обычно имеют место не одна, а совокупность помех.
Под искажениями понимают такие изменения форм сигнала, которые обусловлены известными свойствами цепей и устройств, по которым проходит сигнал. Главная причина искажений сигнала – переходные процессы в линии связи, цепях передатчика и приемника. При этом различают искажения: линейные и нелинейные возникающие в соответствующих линейных и нелинейных цепях. В общем случае искажения отрицательно сказываются на качестве воспроизведения сообщений и не должны превышать установленных значений (норм).
При известных характеристиках канала связи форму сигнала на его выходе всегда можно рассчитать по методике, изложенной в теории линейных и нелинейных цепей. Дальнейшие изменения формы сигнала можно скомпенсировать корректирующими цепями или просто учесть при последующей обработке в приемнике. Это уже дело техники.
ДРУГОЕ ДЕЛО ПОМЕХИ - ОНИ заранее не известны и поэтому не могут быть устранены полностью.
Борьба с помехами - основная задача теории и техники связи. Любые теоретические и технические решения, о выполнении кодера или декодера, передатчика и приемника системы связи должны приниматься с учетом того, что в линии связи имеются помехи. При всем многообразии методов борьбы с помехами их можно свести к трем направлениям:
- подавление помех в месте их возникновения. Это достаточно эффективное и широко применяемое мероприятие, но не всегда приемлемо. Ведь существуют источники помех, на которые воздействовать нельзя (грозовые разряды, шумы Солнца и др.);
- уменьшение помех на путях проникновения в приемник;
- ослабление влияния помех на принимаемое сообщение в приемнике, демодуляторе, декодере. Именно это направление для нас является предметом изучения.