Разработка квазиоптимальной по критерию минимума вероятности ошибки системы связи

 

        Проведем анализ показателей информационной эффективности системы и показателей эффективности по основным затратам(временным, спектральным, энергетическим).

Произведем  оценку канала по его пропускной способности  в сравнении с предельной пропускной способностью канала при выборе наилучших  способов приема и передачи информации.

Пропускная способность канала для моего варианта была найдена  в пункте 4 (С=0.285·10⁶ бит/с). Предельная пропускная способность может быть найдена согласно теореме Шеннона. Согласно ей при увеличении полосы частот до бесконечности достигается максимальная пропускная способность.

 

 

_{Оценкой пропускной способности является коэффициент использования пропускной способности канала}

 

Таким образом максимальная пропускная способность канала используется лишь на 32%.

 

           Под  эффективностью в широком смысле  понимают степень использования  каких-то материалов, средств, времени  и т.д. В системах связи основными  ресурсами можно считать пропускную  способность канала С, ширину полосы частот Fk, мощность сигнала Ps.

    Для   оценки эффективности  системы связи введем коэффициент  использования канала по мощности  (энергетическая эффективность) и коэффициент использования канала по полосе частот (частотная эффективность):

где R – скорость передачи информации; - отношение мощности сигнала Рс к спектральной плотности No мощности шума;  F – ширина полосы частот, занимаемой сигналом.

Обобщенной характеристикой эффективности  системы связи является коэффициент  использования канала по пропускной способности:

С учетом формулы Шеннона

С=Flog(q+1)

где - отношение мощностей сигнала и шума.

В полосе F, получаем выражение:

При условии  , получаем зависимость между и :

Эту зависимость удобно представить  в виде кривой на плоскости _, который называют информационной эффективностью. В реальных каналах скорость передачи информации всегда меньше пропускной способности, поэтому

В системах с ограниченной полосой, например кабельных, важной характеристикой является коэффициент использования ширины полосы частот канала F_k

γ=R/F_k                                 

который называют частотной эффективностью.

В ряде практических случаев удобной  оценкой является коэффициент использования мощности сигнала  Pc  при спектральной плотности мощности помехи G0

 

,

 

который называют энергетической эффективностью. Этот коэффициент играет важную роль в системах с ограниченной энергетикой, например спутниковых.

     В результате проведенных  расчетов была выполнена оценка  эффективности системы связи  и получены следующие результаты: значение коэффициента использования  пропускной способности канала  – 0,321; рассчитаны частотная и  энергетическая эффективность. 

Задание 10 Расчет баланса мощностей разрабатываемой системы связи

 

Проанализируем прохождение передаваемого  сообщения от источника к получателю. Для этого рассмотрим прохождение  сигнала на различных этапах в  разрабатываемой системе связи.

Для выполнения энергетического баланса  должно соблюдаться неравенство:

где – чувствительность получателя информации по принимаемому сигналу.

Произведем необходимый расчет. Определим мощность сигнала на входе  демодулятора.

 

Исходя из того, что верхняя частота  спектра сигнала ΔF = 3,4 кГц, можно предположить, что информационным сигналом является звуковая информации в высоком качестве, как в чм-радиовещании. Откуда следует, что несущая частота должна быть около 10 МГц, а чувствительность приемника около U_вх = 1 мВ. Следовательно мощность на приемной стороне:

 

P_ДМ = U_вх² = 10^-6Вт.

 

Так как исходя из чувствительности P_ДМ = 10^-6, меньше чем исходя из отношения сигнал шум, примем мощность сигнала на входе демодулятора:

 

P_ДМ = 10^-6Вт.

 

Мощность передатчиков в системах подобного типа  составляет около  Р_ДМ = 10 Вт. Ослабление в канале связи:

;

_.

_{При воспроизведении  музыки средняя мощность составляет около 1 Вт, поэтому усиление в передающей части  КП = 10. Усиление в приемной части КПР  = 10⁶.}

 

Ниже представлена структурная диаграмма энергетического  баланса  системы связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10.1 Структурная схема системы связи и ее энергетический баланс

 

АВ – сигнал на входе модулятора.

ВС – усиление в модуляторе.

CD – ослабление в канале связи.

DE – усиление в демодуляторе.

EF – входной сигнал приемника.

где s(t) — первичный информационный сигнал, поступающий в систему связи от источника сообщений, в дальнейшем подвергающийся преобразованию в АЦП в цифровую форму,

u(t) — передаточная функция модулятора,

z(t) — передаточная функция амплитудного детектора,

n(t) — воздействующие на передаваемый по линии связи сигнал шумы и помехи,

s’(t) — сигнал, пришедший получателю, после преобразования в приемнике — конечный продукт системы передачи информации.

 

Оценим дальность передачи при  частоте несущей f₀ = 10 МГц, и ослаблении в канале К_ослаб = 10⁷ по формуле (14, с. 145):

 

,

где d– дальность передачи;

       f – частота несущей частоты;

       с – скорость света.

Из которой следует выражение  для дальности передачи:

 

.

 

Заключение

 

В современных  условиях важное значение приобрело изучение систем связи. Система связи - совокупность средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих передачу некоторых сведений, или информации, от источника к потребителю. Если посмотреть прохождение сигнала по каналу связи, в который входит источник сигнала, АЦП, модулятор, линия связи, демодулятор, ЦАП, потребитель, то наиболее низкой помехозащищенностью обладает линия связи. Линия связи может представлять собой различные среды передачи сигнала, например, для передачи электрического сигнала используют проводную линию, для передачи радиосигнала используют радиосвязь (начиная с простейшего радиоприемника и заканчивая сложной спутниковой связью), для передачи светового сигнала используют волоконно-оптическую линию связи. Путями повышения помехоустойчивости являются: модуляция сигнала, кодирование сигнала с применением дополнительной проверки пришедшего сигнала с помощью проверочных символов, различные виды приема сигналов, повышение рабочей частоты канала

Для проверки правильности расчета требовалось  найти пропускную способность канала, которая определяет предельные возможности  скорости передачи информации по каналу. Сравнивая пропускную способность  с производительностью источника  сообщений, мы получили излишки пропускной способности канала связи, которые  можно использовать либо путем ввода  дополнительных корреспондентов, что  выгодно с экономической точки  зрения, либо использовать дополнительные проверочные коды. Однако это приведет к усложнению аппаратуры, а также  к денежным затратам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Гоноровский И.С. “Радиотехнические цепи и сигналы”, Москва “Радио и связь” 1977 г.
2. Баскаков С.И. “Радиотехнические цепи и сигналы”, Москва “Высшая школа” 1999 г.
3. Зеновьев В.А., Филипов Л.И. “Введение в теорию сигналов и цепей”, Москва “Высшая школа” 1975 г.
4. Гоноровский И.С. “Радиотехнические цепи и сигналы. Примеры и задачи”, Москва “Радио и связь” 1978 г.
5. Жуков В.Ю., Карташов В.Г., Николаев А.Н. “Задачник по курсу радиотехнические цепи и сигналы”, Москва “Высшая школа” 1980 г.
6. Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. – М.: - Радио и связь, 1991. – 334 с.
7. Теория передачи сигналов / А.Г. Зюко и др. – М.: Радио и связь, 1986. – 304 с.
8. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. – М.: Связь, 1973. -376.
9. Пеннин П.И. Системы передачи цифровой информации. – М.: Советское радио, 1976. – 368 с.
10. Ю. М. Казаринов. Радиотехнические системы. Москва, Высшая школа, 1990г.
11. Пеннин П. И. — Системы передачи цифровой информации – М.Связь 1976.
12. Клюев Л.Л.  “Теория электрической связи». Минск, «Дизайн ПРО», 

1998 г.

13. Шувалов Б.П., Захарченко Н.Б., Шварцман В.О. и др ”Передача дискретных сообщений”: Под ред. Шувалова -М.; Радио и связь 1990 г.
14. Кловский Д.Д.‚ Шилкин В.А. Теория электрической связи: Сборник задач и упражнений. – М.: Радио и связь‚ 1990 г.
15. У. Питерсон , Э. Уэлдон Коды, исправляющие ошибки. – М.: «Мир», 1976 г.
16. Гоноровский И.С., Г.Г.Галустов, М.П. Демин и др./ под ред. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Примеры и задачи. М.:Радио и связь, 1989 г – 521 с
17. Р.Морелос-Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение – М.: Техносфера, 2005 г.
18. Иванов М.Т., Сергиенко А. Б., Ушаков В. Н. Теоретические основы радиотехники. Учебное пособие / под ред. В. Н. Ушакова - М.: Высш. шк., 2002.