Глава 4. Модели каналов связи и их математическое описание

Как было сказано в главе 1 каналом связи называют совокупность технических средcтв, обеспечивающих независимую передачу сигналов между двумя абонентами по общей линии связи. Каналы связи подразделяются на непрерывные каналы связи (НКС), дискретные каналы связи (ДКС) и каналы передачи данных (КПД). На рис. 4.1. представлена обобщенная структурная схема системы передачи информации.

Н

Рис.4.1. Обобщенная структурная схема системы передачи информации

КС (канал в узком смысле) представляет собой участок линии передачи от выхода модулятора до входа демодулятора, включая физическую среду с соответствующими входными и выходными (например, антенными) устройствами. При использавании радиолинии таким техническим средством является антенна. Под ДКС понимается совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов. Дискретный канал связи состоит из модулятора, непрерывного канала и демодулятора. Канал передачи данных представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи сообщений. КПД состоит из кодера, модулятора, непрерывного канала, демодулятора и декодера.

Сообщение источника информации (ИИ) после кодирования преобразуется в символи модуляции превращается в сигнал, поступающий в линию связи (ЛС). В результате воздействия напомех сигнална приемной стороне отличается от. Приемная часть содержит демодулятор, преобразующий в символи декодер, преобразующий символ в сообщение , поступающий к получателю информации.

Одна общая проблема при передаче сигнала через любой канал – аддитивный шум. Аддитивный шум создаётся часто внутри различных электронных компонентов, таких, как резисторы и твёрдотельные устройства, используемые в системах связи. Эти шумы часто называют тепловым шумом. Другие источники шума и интерференции (наложения) могут возникать вне системы, например, переходные помехи от других пользователей канала.

Точное математическое описание любого реального канала связи обычно весьма сложное. Вместо этого используют упрощенные математические модели, которые позволяют выявить важнейшие закономерности реального канала.

Рассмотрим наиболее простые и широко используемые в связи модели каналов.

4.1. Непрерывные каналы

4.1.1. Канал с аддитивным шумом

Самая простая математическая модель для канала связи - это канал с аддитивным шумом (рис.4.2). В этой модели передаваемый сигнал подвержен воздействию лишь аддитивного шумового процесса. Физически аддитивный шум возникает от посторонних электрических помех, электронных компонентов и усилителей в приёмнике систем связи, а также из-за интерференции сигналов.

Рисунок 4.2- Канал с аддитивным шумом

Если шум обусловлен в основном электронными компонентами и усилителями в приёмнике, его можно описать как тепловой шум. Этот тип шума характеризуется статистически как гауссовский шумовой процесс. Как следствие, результирующую математическую модель обычно называют каналом с аддитивным гауссовским шумом. Поскольку эта модель применима к широкому классу физических каналов связи и имеет простую математическую интерпретацию, она является преобладающей моделью канала при анализе и синтезе систем связи. Затухание каналов легко включается в модель. Если при прохождении через канал сигнал подвергается ослаблению, то принимаемый сигнал

, (4.1)

где - коэффициент передачи канала связи.

Рисунок 4.3- Модель канала с затуханием и аддитивным шумом