ЦИФРОВЫЕ КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Гумаров Марат гр 678

ЦИФРОВЫЕ КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Гумаров Марат, гр. 678

Преимущества передачей аналоговых сигналов Унификация различных видов передаваемой информации; Интеграция систем коммутации, т. е. создание полностью цифровых телекоммуникационных сетей; Компьютеризация телекоммуникационного оборудования; Высокая помехоустойчивость; Стабильность параметров каналов. Стабильность остаточного затухания, амплитудной и частотной характеристик определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме; Высокие технико-экономические показатели.

Функциональная схема системы передачи информации Источник Кодер Модулятор Приемник Среда передачи Излучатель Помех и Демодулятор Декодер Потребитель

Формирование цифрового сигнала. Цифровой сигнал формируется в результате аналого-цифрового преобразования (АЦП) сигналов. Сначала происходит дискретизация непрерывного сигнала на основании теоремы Котельникова, которая гласит, что любой непрерывный сигнал, ограниченный частотой fв может быть восстановлен по своим дискретным отсчетам, следующим с частотой дискретизации fд >= 2 fв Затем следует квантование дискретных отсчетов. Источник Кодер Модулятор

Формирование цифрового сигнала. Квантование – это округление мгновенных значений сигнала до ближайших разрешенных значений. Эта операция фактически превращает аналоговый сигнал в цифровой. В результате квантования неизбежно возникают ошибки квантования. Чем меньше расстояние между ближайшими разрешенными уровнями, т. е. чем меньше шаг квантования, т. е. чем больше число разрешенных уровней, тем меньше ошибка квантования. В современных ЦСП операция квантования практически всегда совмещается с кодированием. Источник Кодер Модулятор

Кодирование - очень важная операция. В ЦСП кодирование понимают в узком смысле, как переход от кода с высоким основанием к коду с низким основанием. Мгновенные значения могут принимать разрешенные значения (к примеру, 256) заменяют комбинациями импульсов (кодовыми группами, состоящими, например, из 8 импульсов), которые имеют мало разрешенных значений (минимум два). Это повышает помехоустойчивость сигнала. Источник Кодер Модулятор

Кодирование Цель кодера канала состоит в том, чтобы ввести управляемым способом некоторую избыточность в информационную двоичную последовательность, которая может использоваться в приёмнике, чтобы преодолеть влияние шума и интерференции, с которой сталкиваются, при передачи сигнала через канал. Таким образом, добавленная избыточность служит для увеличения надёжности принятых данных и улучшает верность воспроизведения принятого сигнала. Фактически избыточность в информационной последовательности помогает приёмнику в декодировании переданной информационной последовательности.

Кодирование Например, тривиальной формой кодирования исходной двоичной последовательности является простое повторение каждого двоичного символа т раз, где т - некоторое целое положительное число. Более сложное (нетривиальное) кодирование сводится к преобразованию блока из k информационных символ в уникальную последовательность из n символов, называемую кодовым словом. Значение избыточности, вводимой при кодировании данных таким способом, измеряется отношением n/k. Обратная величина этого отношения, а именно: k/n, названа скоростью кода.

Модуляция Цифровая модуляция (манипуляция) процесс преобразования последовательности кодовых символ ов в последовательность элементов с игнала (частный случай модуляции — при дискретных уровнях модулирующего сигнала). Кодер Модулят ор Излучате ль Среда передачи

Модуляция Существуют следующие типы манипуляций: Частотная манипуляция Фазовая манипуляция Амплитудная манипуляция Квадратурная амплитудная манипуляция Кодер Модулятор Излучатель Среда передачи

Частотная манипуляция При частотной манипуляции (Frequency Shift Keying (FSK)) значениям « 0» и « 1» информационной последовательности соответствуют определённые частоты синусоидального сигнала при неизменной амплитуде. + Частотная манипуляция весьма помехоустойчива, поскольку помехи искажают в основном амплитуду, а не частоту сигнала. - Однако при частотной манипуляции неэкономно расходуется ресурс полосы частот канала. =>Поэтому этот вид модуляции применяется в низкоскоростных протоколах, позволяющих осуществлять связь по каналам с низким отношением сигнал/шум.

Фазовая манипуляция Фа зовая манипуля ция ( phase-shift keying (PSK)) — фаза несущего колебания меняется скачкообразно в зависимости от информационного сообщения.

Амплитудная манипуляция (amplitude shift keying (ASK) — изменение сигнала, при котором скачкообразно меняется амплитуда несущего колебания. АМн можно рассматривать частный случай квадратурной манипуляции (КАМн англ. quadrature amplitude shift keying (QASK)).

Квадратурная амплитудная манипуляция Квадратурная амплитудная модуляция - (Quadrature Amplitude Modulation (QAM)) — разновидность амплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друга на 90 градусов, каждая из которых модулирована по амплитуде своим модулирующим сигналом: S(t)=I(t)cos(2πf 0 t)+Q(t)sin(2πf 0 t) , где I(t) и Q(t) — модулирующие сигналы, f 0 — несущая частота.

Демодулятор Демодуляция (Детектирование сигнала) — процесс, обратный модуляции колебаний, преобразование модулированных колебаний высокой (несущей) частоты в колебания с частотой модулирующего сигнала. Детектор, демодулятор — электронный узел устройств, отделяющий полезный (модулирующий) сигнал от несущей составляющей. Детектор (демодулятор) является обычно наиболее важным, сложным и ответственным модулем радиотехнического устройства. Важной функцией демодулятора цифрового сигнала является восстановление тактовой частоты передаваемого потока символов. Приемник Демодулятор Декодер

Декодер - это некоторое звено, которое преобразует информацию из внешнего вида в вид, применяемый внутри узла Демодулятор Декодер Потребитель

Мера качества работы демодулятора и декодера - это частота, с которой возникают ошибки декодируемой последовательности. Более точно, средняя вероятность ошибки на бит для выходных символов декодера является удобной характеристикой качества демодуляторадекодера. Вообще говоря, вероятность ошибки является функцией от характеристик кода, форм сигналов, используемых для передачи информации по каналу, мощности передатчика, характеристик канала, а именно уровня шума, природы интерференции и т. д. , и методов демодуляции и декодирования.

Оптимизация системы передачи информации в целом Для оптимизации системы передачи информации следует установить для каких нужд будет использоваться система. В соответствии с этими нуждами стоит задача определения параметров системы передачи, таких как используемый канал, уровень шума в нем, методы кодирования, модуляции, необходимая скорость передачи, дальность прямой передачи и т. д.

Теоремы Шеннона для канала с шумами связывают пропускную способность канала передачи информации и существование кода, который возможно использовать для передачи информации по каналу с ошибкой, стремящейся к нулю (при увеличении длины блока).

Теорема Шеннона для канала с шумами. Прямая теорема Формулировка теорем Пусть K — длина блока, генерируемого источником L — длина блока, который будет передан по каналу (после кодирования) R — скорость передачи сообщений (производительность источника) R = K / LC — пропускная способность канала, определяемая как максимум взаимной информации на входе и выходе канала (X и Y — представление входа и выхода канала какслучайных величин) C = max(I(X; Y)) Per — средняя вероятность ошибки декодирования блока Per, max — максимальная вероятность ошибки декодирования блока Прямая теорема Если скорость передачи сообщений меньше пропускной способности канала связи (R < C), то существуют коды и методы декодирования такие, что средняя и максимальная вероятности ошибки декодирования стремятся к нулю, когда длина блока стремится к бесконечности, то есть Per → 0, Per, max → 0 при L→∞.

Теорема Шеннона для канала с шумами. Обратная теорема Формулировка теорем Пусть K — длина блока, генерируемого источником L — длина блока, который будет передан по каналу (после кодирования) R — скорость передачи сообщений (производительность источника) R = K / LC — пропускная способность канала, определяемая как максимум взаимной информации на входе и выходе канала (X и Y — представление входа и выхода канала какслучайных величин) C = max(I(X; Y)) Per — средняя вероятность ошибки декодирования блока Per, max — максимальная вероятность ошибки декодирования блока Обратная теорема Если скорость передачи больше пропускной способности, то есть R > C, то не существует таких способов передачи, при которых вероятность ошибки стремится к нулю (Per→ 0) при увеличении длины передаваемого блока, ( L→∞).

Граница Шеннона Под границей Шеннона (англ. Shannon limit) понимается максимальная скорость передачи, для которой код имеет возможность исправить ошибки в канале с заданным отношением сигнал/шум. В настоящее время максимальное приближение к этой границе даёт LDPC-код с примерной длиной блока в 10 миллионов бит. Также, с другой стороны, под границей Шеннона можно понимать минимальное отношение сигнал/шум, для которого теоретически возможно безошибочная передача и декодирование блока с заданной скоростью. Например, для вида модуляции QPSK и скорости передачи 1 (бит/с)/символ минимальное отношение сигнал/шум составляет 0, 25 д. Б.

Согласование производительности источника информации и пропускной способности канала передача сообщений с высокой верностью от источника с фиксированной скоростью возможна в случае, когда пропускная способность канала C превышает производительность источника H. Чем больше отношение C/H, тем проще осуществляется кодирование при заданной верности. Если производительность источника задана, то, выбирая канал с пропускной способностью C>>H, можно упростить передающее и приемное устройства, но стоимость канала будет очень высокой, поскольку она, как правило, монотонно возрастает с увеличением пропускной способности и дальности связи.

База сигнала — это произведение эффективного значения длительности сигнала и эффективного значения ширины его спектра. В простых случаях за эффективную ширину спектра можно принять ширину главного лепестка спектра. Длительность сигнала и ширина его спектра подчиняются соотношению неопределенности, гласящему, что база сигнала не может быть меньше единицы. Ограничений на максимальное значение базы сигнала не существует. То есть короткий сигнал с узким спектром существовать не может, а бесконечный сигнал с широким спектром — может (так называемый широкополосный сигнал, сигнал с большой базой).

Спасибо!

Источники. Проксис Дж. «Цифровая связь» Евсеенко. «Цифровые системы передачи» http: //ru. wikipedia. org/ - Википедия. Свободная энциклопедия. Статьи: База сигнала, Теоремы Шеннона для канала с шумами, Декодер, Дешифратор, Детектор (электронное устройство), Модулятор Финк Л. М. Теория передачи дискретных сообщений Проектирование цифровой линии - http: //knowledge. allbest. ru/radio/3 c 0 a 65635 b 3 ad 78 a 5 d 53 b 89521206 d 27_0. html