Расчёт оптимальной системы связи (стр. 4 из 4)
где Fк - ширина полосы пропускания канала, Гц;
Рс – средняя мощность сигнала, Вт;
Рш - средняя мощность шума, Вт.
Это выражение дает верхний, физически недостижимый предел для скорости передачи информации, так как при его выводе сделана предпосылка об идеальном помехоустойчивом кодировании, требующем для своей реализации бесконечно большого времени и, следовательно, приводящем к бесконечно большому времени передачи информации.
Шеннон также показал, что сообщения всякого дискретного источника могут быть закодированы сигналами z (t) на входе канала и восстановлены по сигналам на выходе канала z ‘(t) с вероятностью ошибки, сколь угодно близкой к нулю при H’(x)<C, а при H’(x)>C это невозможно. Здесь H’(x) – производительность источника с заданнной скоростью или производительность передатчика для управляемого источника. Следовательно, для того, чтобы система передачи дискретной информации была экономична ( эффективна ), необходимо согласовать источник сообщения с каналом. Поскольку производительность источника информации H’ бывает обычно задана, то наибольший интерес представляет два случая : H’(x)<= С и H’(x)< С. В первом случае передатчик и приемник могут быть весьма простыми, а следовательно, и дешевыми, так как при большом превышении пропускной способностью канала произволительности источника можно ограничиться самыми простыми методами передачи (кодирование, модуляция ) и приема (решающие схемы ) и получить достаточную верность. Однако при этом используется весьма дорогой канал, так как широкая полоса частот или высокое отношение сигнал/шум покупаются дорогой ценой.
Во втором случае может быть использован более дешевый канал с меньшей пропускной способностью, но требуются более совершенные методы передачи и приема, т. е. более дорогие передатчик и приемник. Из вышеизложенного следует, что должно существовать оптимальное соотношение С и H’, при котором суммарная стоимость системы передачи дискретной информации оказывается минимальной. При определении этого минимума следует учитывать, что, во-первых, с развитием электронной техники стоимость приемопередатчиков снижается быстрее, чем стоимость каналов связи, т.е. со временем отношение С/ H’ уменьшается.
Таким образом, пропускная способность для непрерывного и ИКМ каналов равна
Как сказано выше, пропускная способность канала должна превышать производительность источника т.е.
В данном случае пропускная способность канала больше производительности источника, что позволяет сделать вывод: рассчитанный канал удовлетворяет условию Шеннона и может реально использоваться для передачи аналоговых и цифровых сигналов
8. Помехоустойчивое кодирование
Обеспечение верности информации, передаваемой из пункта в пункт, а также при записи считывании в системах телемеханики, связи и передаче данных и в других информационных системах является одной из основных задач, решаемых при создании и эксплуатации этих систем.
Если канал передачи информации включает в себя решающее устройство, которое при больших значениях помех может давать ошибочные решения, то такой канал является дискретным с ошибками. Критерием оценки качества передачи в этих случаях служит вероятность ошибочной передачи, при поэлементном приеме – вероятность ошибки при приеме одного элемента ре и распределение ее во времени.
Одно из основных достижений теории информации – доказательство возможности практически безошибочной передачи сообщений по каналам, в которых отдельные элементы сообщений передаются с ошибками. Средством достижения этой возможности является введение избыточности кодированием, обеспечивающим выполнение условия Н<С за счет снижения скорости передачи по каналу. Такое кодирование называют помехоустойчивым.
Классификация кодов (помехоустойчивых):
1. По основанию кода m. Наиболее простые – двоичные (бинарные); m=2.
2. Блочные и непрерывные. Блочные – последовательность элементарных сообщений источника разбивается на отрезки, каждый из них преобразуется в последовательность (блок) кодовых импульсов. В непрерывных кодах последовательность кодовых символов не распределяется на кодовые комбинации: в процессе кодирования символы определяются всей последовательностью элементов сообщения..
3. Блочные бывают: равномерными и неравномерными. В равномерных кодах каждый блок содержит одинаковое количество разрядов.
4. Блочные равномерные бывают: линейными и нелинейными.
Способность системы связи обеспечивать верную передачу при наличии помех в цепях и каналах называют помехоустойчивостью. Помехоустойчивость системы повышается при применении более совершенных способов преобразование сигналов и помехоустойчивого кодирования.
Последовательности, используемые при кодировании, называются разрешенными кодовыми комбинациями, а все другие последовательности – запрещенными. На вход канала поступают только разрешенные комбинации. Если при передачи кодовой комбинации помехи не вызовут ошибок. То на выходе канала возникает та же разрешенная комбинация. Если же один или несколько символов принимается ошибочно, то на входе канала может возникнуть одна из запрещенных комбинаций.
Таким образом. Если комбинация на выходе оказывается запрещенной, то это указывает на то, что при передаче возникла ошибка. Отсюда видно, что избыточный код позволяет обнаружить, в каких принятых кодовых комбинациях имеются ошибочные символы. Безусловно, не все ошибки могут быть обнаружены. Существует вероятность того, что, несмотря на возникшие ошибки, принятая последовательность кодовых символов окажется разрешенной комбинацией (но не той, которая передавалась). Однако при разумном выборе кода вероятность необнаруженной ошибки (т.е. ошибки, которая переводит разрешенную комбинацию в другую разрешенную комбинацию) может быть сделана очень малой.
Эффективность помехоустойчивого кода возрастает при увеличении его длины. Так как вероятность ошибочного декодирования уменьшается при увеличении длины кодируемого сообщения.
Основное направление теории помехоустойчивого кодирования заключается в поисках таких классов кодов, для которых кодирование и декодирование осуществляется не перебором таблицы, а с помощью некоторых регулярных правил, определенных алгебраической структурой кодовых комбинаций. Один из таких классов представляют линейные коды, которые, в свою очередь, содержат, различные подклассы кодов, отличающиеся теми или иными свойствами. Некоторые из них позволяют существенно упростить построение кодера и декодера.
Ранее в курсовой работе было определено, что рассчитываемый канал связи позволяет передавать кодовую комбинацию до 58 разрядов.
Исправление ошибок кодом возможно только тогда, когда переданная разрешенная комбинация переходит в запрещенную. При этом вероятность неисправления ошибки находится по следующей формуле [7]:
где р(t,n) – вероятность t-ой ошибки в n-разрядной кодовой комбинации.
Определим вероятность не обнаружения однократной ошибки при n = k + r =11, где k = 7 – число информационных разрядов, r = 4 – число проверочных разрядов.
Вероятность неисправления ошибки получилась маленькой, а это говорит о том, что помехоустойчивое кодирование даёт выигрыш.
Заключение
В данной курсовой работе был рассчитана система связи, по полученным результатам можно сделать вывод, что данная система имеет неплохие характеристики.
Современная теория передачи сообщений позволяет достаточно полно оценить различные системы связи по их помехоустойчивости и эффективности и тем самым определить, какие из этих систем являются наиболее перспективными. Теория достаточно четко указывает не только возможности совершенствования существующих систем связи, но и пути создания новых, более совершенных систем.
Также улучшение качества передачи может осуществляться при помощи новейших средств связи.
Дальнейшее повышение эффективности системы связи возможно при применении следующих способов передачи и обработки сигналов:
- разнесённый приём – передача одной и той же информации по параллельным каналам;
- приём в целом – демодулятор строится сразу на всё кодовое слово, что позволяет в сравнении с посимвольным приёмом, повысить верность (для коротких кодов);
- обратная связь – система с решающей обратной связью является примером согласованного подхода к кодированию и модуляции с учётом свойств канала связи;
- адаптивная коррекция – осуществление адоптивной коррекции характеристики канала позволяет повысить скорость передачи информации за счёт ослабления межсимвольных искажений;
- эффективное кодирование источника – кодирование источника со сжатием данных позволяет сократить избыточность сигналов и тем самым повысить эффективность СПИ.
В связи с бурным развитием вычислительной техники в системах передачи находят, и будут находить все более широкое применение цифровые методы формирования и обработки сигналов.
Вполне очевидно, что все более важную роль будут играть спутниковые системы связи, управления и навигации, а также оптико-волоконная техника. Именно спутниковые системы связи и управления, а также волоконно-оптические линии связи должны открыть новую эпоху в развитии систем передачи разнообразной информации.
Литература
1. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. – М.: Связь. 1973
2. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. Учебник для вузов. –М.: Радио и связь 1986.
3. Зюко А.Г., Коробов. Ю.Ф. Теория передачи сигналов. – М.: Связь, 1972
4. Дальняя связь. Под ред. А. М .Зинчеренко –М .: "Связь", 1970
5. Дальняя связь. Под ред. В. Н .Листова –М .: "Транспорт", 1964
6. Конспект лекций по ТЭС. - Хабаровск:2000
7. В. П. Шувалов, В.О. Шварцман и др. Передача дискретных сообщений-
М.:"Радио и связь", 1990
8. В.О. Шварцман, Г.А. Емельянов. Теория передачи дискретной информации. М.: Связь 1979
9. Радиотехнические системы передачи информации. Под редакцией В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990.