2.5. Критерии оценки качества работы систем радиосвязи
В приемном устройстве системы радиосвязи формируется оценка переданного сообщения по принятой смеси сигналов и помех. При этом выполняются операции, обратные операциям, выполняемым в передающем тракте: усиление и фильтрация, демодуляция и декодирование. В результате фильтрации максимизируется отношение сигнал/шум на входе демодулятора.
В системах передачи непрерывных сообщений на выходе демодулятора выделяется первичный сигнал, искаженный вследствие действия помех, который затем преобразуется в оценку переданного сообщения.
При передаче дискретных сообщений сигнал с выхода демодулятора подается на декодер, в котором производится обнаружение, исправление ошибок и формирование оценки первичного дискретного сигнала. Последняя преобразуется в оценку переданного сообщения. Операции демодуляции и декодирования при приеме дискретных сообщений можно реализовать в одном устройстве, которое принимаемую последовательность элементов радиосигнала сразу преобразует в оценку последовательности передаваемого первичного дискретного сигнала, или в оценку передаваемого сообщения. Данный метод приема называется "приемом в целом". При приеме в целом анализируется целый отрезок сигнала, соответствующий кодовой комбинации и на основании используемого правила решения осуществляется оценка передаваемого сообщения. Вторым распространенным методом является метод "поэлементного приема", при котором анализируются отдельные элементы сигнала, соответствующие кодовым символам и последовательно строится оценка кодовой комбинации, которая декодируется в оценку переданного сообщения.
Степень соответствия принятого сообщения переданному характеризуется показателем верности. В силу существенных отличий в последствиях воздействия помех в системах передачи непрерывных и дискретных сообщений используются различные показатели верности принятых сообщений. При анализе систем передачи непрерывных сообщений в качестве критерия верности используются показатели верности в точке и показатели верности на интервале как для отдельных реализаций, так и осредненные по ансамблю [10]. В технике связи для оценки верности воспроизводимых сообщений используются и другие
критерии, например, критерий выигрыша системы, разборчивость речи
при приеме телефонных сообщений и т.д.
При приеме дискретных сообщений элементы дискретного сообщения резко различимы и не имеют промежуточных значений, поэтому ошибки, возникающие из-за действия помех в канале связи, являются аномальными. В качестве показателя верности воспроизведения дискретных сообщений служит вероятность ошибочного приема (вероятность ошибки) [10]. Используют вероятность Р0 (аi) ошибочного приема отдельного символа
и среднюю вероятность Р0 (А) ошибочного приема одного символа ансамбля А ={аi , i = 1,..., М}
где РA (аi) - условная вероятность ошибочного приема символа аi из ансамбля A; Рa(аi) - априорная вероятность передачи символа аi ; âi - оценка аi .
Передачу на интервале времени (0, Т) последовательности из N независимых символов, выбираемых случайным образом из М возможных символов алфавита источника, можно рассматривать как однократную передачу одного сообщения, выбираемого из множества МN возможных
сообщений. Тогда в качестве показателя верности оценки дискретной последовательности можно использовать вероятность P 0 (Ar) (r=1,…., МN)
ошибочного приема отдельной реализации А. дискретной случайной последовательности А = {Ar, r = 1,..., N}
среднюю вероятность P0 (A) ошибочного приема последовательности А
или среднюю вероятность P0N (А) ошибочного приема элемента дискретной последовательности
Качество приема зависит от помехоустойчивости системы связи. Для количественной оценки качества приема можно использовать критерий среднего риска
где G (a, â)-функция потерь; W(a, â) - совместное распределение случайного сообщения а и его оценки â .
Для систем передачи дискретных сообщений выражение для среднего риска имеет вид
где аj и â j - переданное случайное дискретное сообщение и оценка принятого сообщения; Р(аj ) априорная вероятность передачи аj ;
Р (âj / аj ) - условная вероятность формирования оценки â j при переда-
че сообщения аj .
При анализе помехоустойчивости системы связи часто используется критерий "выигрыша системы", который определяется в виде
где gвых = Рс.вых /Рш.вых и gвх = Рс.вх /Рш.вх - отношение сигнал/шум на выходе и входе приемника соответственно; Рс.вых , Рс.вх , Рш.вых и Рш.вх - мощности сигнала и шума соответственно на выходе и входе приемника.
"Выигрыш системы" показывает, насколько изменяется отношение сигнал/шум на выходе по отношению ко входу приемника. Для исключения
влияния различий в полосах пропускания тракта приемника при сравнении помехоустойчивости систем связи используют критерий "обобщенного выигрыша", который показывает степень изменения приемным устройством отношения мощности сигнала к спектральной плотности мощности помехи
Здесь N 0вх и N 0вых - спектральная плотность мощности помехи на входе и выходе приемника.
Качество работы системы радиосвязи характеризуется целым рядом
других показателей, в том числе скоростью передачи информации R и пропускной способностью С [3-5,10].
Скорость передачи информации R определяется средним количеством
информации, передаваемым по каналу за единицу времени.
Пропускная способность канала С - это максимально возможная для данного канала скорость передачи информации R.
Из теории информации известно, что пропускная способность не прерывного канала с шириной полосы частот ∆f Э с белым гауссовым шумом со спектральной плотностью N^ и ограниченной средней мощностью сигнала РС определяется выражением
где Рш - мощность шума в полосе ∆f Э .
Пропускная способность системы связи всегда меньше или равна пропускной способности канала связи. Для реальных систем связи R < С и при передаче происходит искажение информации. Пропускная способность канала передачи дискретной информации не превышает пропускную способность непрерывного канала.