20. Задача к. Шеннона по определению оптимального варианта построения ткс, основные полученные результаты.

Предполагается: есть источник, ЭФП, а далее существует кодер (не модулятор), преобразующий сигнал в цифровую форму.

Задача кодера и декодера:

1. Обеспечение максимальной скорости передачи информации R бит/с.

2. Обеспечение минимальной вероятности ошибочного приема .

Предположения:

1. Аддитивность помехи.

2. Помеха – нормальная, спектр равномерен в бесконечности (белый шум).

3. Среда распространения радиосигнала линейна и потери W - только за счет её рассеяния.

I. Шеннон доказал, что в любой телекоммуникационной системе существует точная верхняя грань (супремум) скорости передачи информации – пропускная способность (c)

c в идеальной системе по Шеннону:

- полоса пропускания системы.

- мощность белого шума в полосе пропускания.

II. Показал: если производительность источника , то существуют такие методы кодирования/декодирования, которые позволяют ошибку передачи первичного сигнала (его цифрового представления) сделать сколь угодно малой.

(Производительность источника зависит от скорости изменения состояния источника и точности представления первичного сигнала потребителю).

Вероятность ошибочного приема не может быть равна 0 в реальности. Плата за уменьшение ошибки - усложнение кодера и декодера.

Сущность усложнения – для уменьшения ошибки необходимо в кодере и декодере совместно обработать увеличивающиеся число символов. То есть для из увеличения сначала надо их накопить, чтобы затем обработать. Таким образом усложняется алгоритм обработки.

Для уменьшения ошибки до 0, надо усложнить кодер/декодер до бесконечности, а это невозможно.

Таким образом сколь угодно малая ошибка определяется тем, сколько может заплатить источник за усложнение системы, а это определяется целесообразностью такого усложнения.

Ошибка может привести к некому нижнему пределу = ( зависит от разности )

III. Доказал:, что существуют такие методы кодирования/декодирования, которые позволяют приблизить сколь угодно близко реальную скорость передачи информации к пропускной способности.

Плата – усложнение кодера/декодера.

Здесь задача – статистическое согласование источника информации со статистическими свойствами канала передачи информации и статистических свойств потребителя со статистическими свойствами канала.

Статистические свойства источника определяются его природой (аналогично и у потребителя).

А изменять свойства канала передачи можно. Они определяются свойствами помех, действующих в телекоммуникационной системе, характеристиками сигналов, взаимодействие помех с сигналом, способами и методами обработки смеси сигнал+помехи.

=> кодек источника.

Статистические свойства источника – вероятностные законы по которым изменяется состояние источника.

Статистические свойства канала – вероятностные законы по которым изменяются помехи в канале.

21. Назначение и состав устройств синхронизации в ткс.

Для того, чтобы воспроизвести сигнал с требуемой точностью, необходимо знать характеристики этого сигнала. Если передатчик и приемник сближаются, то частота увеличивается, а длительность импульсов уменьшается; если удаляются – частота ум., длительность ув. Меняются и временные соотношения f(t), φ(t). Возникает эффект Доплера – мультипликативная помеха, частотные и фазовые неопределенности.

В большинстве ТКС передатчик и приемник независимы друг от друга, и приемник не знает точных временных характеристик сигнала из-за независимого включения. Вследствие эффекта Доплера деформируются фазы, частоты, временные соотношения всех компонент сигнала. Получение информации осуществляется выделением из смеси сигнал-шум полезного сигнала. Если есть эффект Доплера, то нужно построить узкополосный фильтр с подстраиваемой частотой.

Подсистема синхронизации максимально увеличивает объём сведений о принимаемом сигнале на входе приёмника.

В комплекс обычно входят четыре комплекта:

1. Устройство синхронизации по спектральной компоненте несущего сигнала (для селекции и демодуляции)

В передатчике: генератор несущей, в приемнике: селектор спектральных компонент несущего сигнала.

Из всего спектра стараются выделить спектральную компоненту несущей с точностью до фазы. Для такого выделения необходим был бы очень узкополосный фильтр, частотная характеристика которого – δ-функция; причем это д/б следящий фильтр, т.к. несущая частота «ползает» из-за эффекта Доплера. Такой узкополосный фильтр является селектором спектральной компоненты несущей частоты.

Демодулятор несущего сигнала:

2. Устройство синхронизации по символам или по элементам.

В передатчике:генератор временных меток - символьных или символов синхронизации. Символьный синхросигнал не включается как отдельный элемент в сигнал, сведения о нем содержаться в передаваемом сигнале и оттуда могут быть извлечены, символьный синхросигнал: включает длительность граничных символов.

РС должен сформировать последовательность эквивалентную сигналу от передатчика. Необходимо, чтобы РС знал реальные границы символа, для этого необходимо устранить неопределенности в и в неравенстве из-за эффекта Доплера.

Существует два варианта работы РС (два способа принятия решения о том, какой символ поступил – «1» или «0»):

Если границы символа будут неверными, то и результат будет неверным.

Синхросигнал с частотой следования импульсов селектируется в приемнике селектором символьного синхросигнала. Как спектральная компонента несущего сигнала, так и сигнал с частотой следования импульсов дополнительно в передаваемый радиосигнал не включаются.

В передатчике есть генератор тактовой частоты, который задает длительность символов передатчика.

3. Устройство синхронизации по словам (по блокам).

В передатчике: генератор синхросигнала, словного, словно-кодовых слов.

Кодовое слово - группа символов содержательно самостоятельная (содержательно завершенная).

Для того, чтобы в последовательности символов, восстановленных РС, определить границы слов (блоков), используют словную (блоковую) синхронизацию. Для осуществления этой синхронизации в передатчике в передаваемую последовательность символов, представляющую первичный сигнал, включаются дополнительные символы словной синхронизации. Они специально генерируются в передатчике устройством словной синхронизации.

Есть два основных варианта генерации таких символов:

1). В конце (начале) каждого слова включают один и тот же символ – 1 или 0, и потом по этому символу в риемнике определяют границы кодовых слов.

2). Каждое кодовое слово дописывают таким символом, чтобы в кодовом слове выполнялось условие четности (сумма едениц по модулю два в кодовом слове равнялась нулю).

4. Устройство кадровой или псевдокадровой синхронизации.

Элементы кадровой или псевдокадровой синхронизации используются в системах, в которых сведения отдельных источников передаются раздельно, поочередно во времени. В передающей части системы имеется генератор кадровой или псевдокадровой синхронизации, генерирующий сигнал кадровой синхронизации, который должен отличаться от информационного. В приемнике: селектор кадрового синхросигнала.

Система селекции (множество устройств селекции спектральной компоненты несущего сигнала) – коогерентные методы передачи.

Её надо вычленить с точностью до фазы и отследить зависимость от эффекта Допплера.

Устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

УУ – устройство управления

УГ – управляющий генератор

ФД – фазовый дискриминатор.

Если все построено правильно, то УГ формирует сигнал с предполагаемой частотой и фазой, близкой к частоте сигнала. ФД формирует сигнал , уровень которого пропорционален разности фаз спктральных компонент несущего сигнала и сигнала УГ. Этот сигнал фильтруется ФНЧ, а УУ так изменяет частоту и фазу УГ, чтобы они приблизились к частоте и фазе спектральной компоненты несущего сигнала.

Проблема вхождения в синхронизм. Существуют дополнительные элементы, которые ищут компоненту несущего сигнала.

Этап вхождения в синхронизм.

Опорный сигнал целесообразно использовать в модемах с фазовой манипуляцией сигналов. Неприятности: на вход ФМн идет поток 1 и 0 (частота их следования одинакова). 1 и 0 представлены разными фазами. В итоге ФАПЧ хватается за боковые несущие, следовательно надо избавляться от ФМн. До передачи сигнала на ФАПЧ стараются снять ФМн.

Можно поделить частоту вначале, но будет хуже помехозащищенность.

Словная и кадровая синхронизации требуют внесения дополнительных элементов. Сигнал несущей селектируется из спектра радиосигнала. Если имеем широкий спектр радиосигнала, большое количество спектральных компонент, то чтобы выделить одну компоненту несущего сигнала с точностью до фазы, необходим очень узкополосный высокодобротный следящий фильтр (учитывающий эффект Доплера).

Возможны случаи, когда в спектре радиосигнала несущей спектральной компоненты практически нет. Тогда путём возведения в квадрат радиосигнала можно снять ФМн и восстановить несущую частоту, но с удвоенной частотой.

Символьная синхронизация необходима для правильной установки границ символов. В связи с тем, что передатчик и приемник включаются независимо друг от друга и границы символов изменяются по случайному закону, то в приемной части системы для правильного определения символа необходимо знать границы символов. Сигнал с символьной синхронизации для определения границ символа извлекается соответственно селектором синхронизации символов и сигналом огибающей. В передающей часте системы в сигнал никаких вспомогательных элементов не включается.

Если бы на 1-ом этапе мы построили бы телекоммуникационную систему плохо (вероятности появления 0 и 1 были бы неодинаковы), то в спектре сигнала огибающей была бы достаточно интенсивная спектральная составляющая с частотой = частоте следования символов. Это означает, что в сигнале огибающей 1 и 0 отображаются видеоимпульсами противоположной полярности и если р(1)=р(0), то и средняя частота следования символов с демодулятора будет одинакова.

Поскольку импульсы противоположной полярности, то спектральная компонента с частотой следования символов будет практически подавлена и чтобы её извлечь нам надо её восстановить, следовательно первый элемент СССм включает восстановление спектральной компоненты с частотой следования символов. Для этого сигнал огибающей «дифференцируют». Переходы через 0 связаны с границей символа (символы кратности), то в спектре сигнала имеется мощная спектральная компонента с частотой следования символов и для выделения которой из спектра этого сигнала используют узкополосный фильтр – система ФАПЧ. Таким образом селектор символьной синхронизации вырисовывается в следующем виде:

ДЦ – дифференцирующая цепь.

ФС – формирователь сигнала

Словная синхронизация.

УГ генерирует сигнал, близкий к частоте следования символов.

Сигнал словной синхронизации добавляется в каждое кодовое слово в начале или конце. Существует 2 основных варианта генерации и включения такого сигнала. Сущность первого состоит в том, что в начале или в конце каждого кодового слова передаётся один и тот же символ – 0 или 1. Второй способ – к каждому кодовому слову добавляется символ четности (сумма по мод 2 = 0). В приемной части системы есть селектор символов словной синхронизации. И в том и в другом случае количество слов в кодовом слове известно.

После осуществления регенерации символов все они разбиваются на блоки. Это следует определить ССС. Для этого селектор осуществляет анализ q-блоков.

В селекторе имеется q соответственно l накопителей (реверсивных счетчиков). В первом 1 2 ….. l. Поскольку информационные символы являются равновероятными, то при использовании 1-го способа словной синхронизации во всех реверсивных счетчиках после анализа всех q-кодовых слов уровень накопления будет близким к 0, а счетчик символа словной синхронизации накопит большой уровень, который сравнивается с порогом. Где уровень накопления превышает пороговое, то это соответствует символу словной синхронизации.

При использовании второго способа принцип близкий, только отличие в проверке на четность. Для этого устанавливают порог: если m<q (m>q/2), то условие четности выполнено и тогда считаем, что границы кодовых слов определены правильно. Если количество кодовых слов, в которых условие четности выполняется <m, то границу кодового сдвигают на 1 символ и процедура повторяется. Если m велико, то вероятность ошибки стремится к 0. Недостаток – достаточно большое время вхождения в синхронизм (надо проанализировать много пар), но к + относится то, что можно совместить кодирование с проверкой на четность..

Кадровая синхронизация.

Необходима для разделения сообщений либо каналов при временном уплотнении. При временном уплотнении адресом канала является временное положение сообщения по отношению к какому-то началу отсчета. Для кадровой синхронизации, использующейся в системах с временным уплотнением каналов, используется метод инерционной синхронизации, похожий на методы словной синхронизации. В спектре принятого сигнала нет спектральной компоненты с частотой следования кадров, поэтому в передающей части телекоммуникационной системы генерируется специальный сигнал кадровой синхронизации, который включается в передающий сигнал в начале или в конце.

Кадр – множество кодовых слов, полученных за оборот коммутатора.

При использовании инерционной синхронизации кадр синхросигнала представляет собой по длительности кодовое слово такое же, как и все кодовые слова, но это кодовое слово должно существенно отличаться по структуре от остальных кодовых слов. Мерой отличия кодовых слов является коэффициент взаимной корреляции, поэтому кадровое синхрослово должно обладать малыми значениями корреляции с остальными информационными словами, точнее должно соблюдаться следующее условие: соотношение уровня основного лепестка АКФ с боковыми лепестками должно быть как можно меньше.

Используют псевдошумовые последовательности и последовательности Баркера.

Для осуществления кадровой синхронизации после установки словной синхронизации весь массив полученных кодовых слов разбивают на блоки с количеством кодовых слов = числу кодовых слов в кадре. Ес-но в каждом блоке где-то будет кодовое слово кадровой синхронизации и задача состоит в том, чтобы обнаружить это кодовое слово. Определить его местоположение принципиально может быть осуществлено путем анализа таково блока – приемнику структура кадрового синхросигнала известна, следовательно в приемнике мы можем сгенерировать образец кадрового синхросигнала.

Их должно быть либо количество кодовых слов в блоке либо анализировать последовательность. Если нет воздействия помех, то его преодолел бы точно один, но поэтому проводят анализ множества блоков и накапливается результат анализа. Елси они устойчивы по одному кодовому слову, то оно считается кадровым синхроимпульсом и от него производится отсчет.

Кроме слабых синхропризнаков, которые могут повлиять на анализ множества кадров, используются сильные синхропризнаки:

- старт-стопная синхронизация;

- пакетная синхронизация.

Псевдошумовые синхроимпульсы используются в системах с пакетной (асинхронной) передачей информации, если адресацияи групповая. При асинхронном накоплении мы должны обнаружить начало пакета. В этом случае каждый пакет ценен.

Для осуществления метода интенсивной псевдокадровой синхронизации используют несколько кодовых слов и анализируют этот синхропризнак, позволяя установить синхронизацию мгновенно. Сигналы используют отрезки длительности псевдошумовых сигналов.