Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМПараметры источников занесем в таблицу 1 и сравним : Таблица 1 Параметр источника | Регистровый способ | Способ ГСЧ | Вероятностные характеристики КСП без учета зависимости между символами : | | | вероятность единицы | 0.50000 | 0.50586 | вероятность нуля | 0.50000 | 0.49414 | энтропия источника H, бит/символ | 1.00000 | 0.99990 | Вероятностные характеристики с учетом зависимости между символами : | | | условные вероятности единицы : p(1/1) | 0.50000 | 0.49421 | p(1/0) | 0.50000 | 0.51779 | условные вероятности нуля : p(0/1) | 0.50000 | 0.50579 | p(0/0) | 0.50000 | 0.48221 | финальная вероятность единицы: | 0.50000 | 0.50586 | финальная вероятность нуля: | 0.50000 | 0.49414 | условная энтропия '1' H 1 , бит/символ | 1.00000 | 0.99990 | условная энтропия '0' H 0 , бит/символ | 1.00000 | 0.99909 | энтропия источника H, бит/символ | 1.00000 | 0.99950 | Характеристики корреляционной функции : | | | значение КФ от нуля равно | 0.25000 | 0.24997 | эквивалентный интервал корреляции | 2.00000 | 4 .00000 | среди боковых лепестков наибольший с номером | 61 | 2 | его величина составляет % от главного | 4.21286 | 15.28238 | Как видно из таблицы, для моделирования случайного двоичного источника регистровый метод получения КСП предпочтительней т.к. выходная величина имеет характеристики случайной: p(0)=p(1)=0.5 ; p(1/0)=p(0/0)=0.5; p(1/1)=p(0/1)=0.5; H = p(0)H 0 +p(1)H 1 = 1 бит/символ. О лучших случайных характеристиках можно также судить по графикам АКФ(рисунок 2) : квазислучайная последовательность полученная регистровым способом обладает лучшими корреляционными свойствами (малый размер боковых лепестков, большая удаленность максимального из боковых от нулевого). рисунок 2 Итак, в роли источника сообщений выбран регистр КСП, показаный на рисунке 1. Длина периода КСП - 512 . Квазислучайная последовательность , в сокращенном виде : 00011110111000010....... 101111000001111111110. 2. Исследование линии на имитационной модели . Характеристики канала очень важно знать для построения качественных систем передачи информации. В данном случае в роли канала выступает линия - симметричная пара кабеля типа ТПП, диаметром 0.4 мм и длиной 5 км.
Естественно идеальным решением было бы измерение параметров уже существующей линии, но поскольку это довольно трудоемкая и длительная задача можно провести исследование на имитационной модели. В качестве такой модели можно выбрать аналитические выражения описывающие линию передачи (непрерывная модель линии), а можно использовать ее цифровой эквивалент (т.н. дискретная модель линии). Передаточная функция аналоговой линии, представленной в виде колебательного звена: , где - постоянная времени линии - коэффициент затухания линии. Если представить аналоговую линию в виде цифрового фильтра (рисунок 2), то используя Z -преобразование можно записать: откуда выражение для выходного сигнала: y n = a 0 x n + a 1 x n-1 + a 2 x n-1 + b 1 y n-1 + b 2 y n-2 , где x n , y n - сигнал на входе и на выходе соответственно, a i , b i - параметры, описывающие цифровую модель линии. рисунок 3 С помощью такой модели можно исследовать различные характеристики системы, варьируя входными сигналами.
Например при подачи на вход единичного ступенчатого импульса, на выходе имеем сигнал, соответствующий переходной характеристике линии. С помощью программы «liniam» исследуем переходную и импульсную характеристики линии, амплитудно-частотную характеристику линии A(w) и частотную характеристику затухания a(w) . Задавая удельные значения L = 0.6 мГн/км, С=45 нФ/км, R л = 280 Ом/км (для кабеля типа ТПП диаметром 0.4 мм) ,при сопротивлении нагрузки 600 Ом и принимая длину линии 5 км построим графики импульсной и переходной характеристики, АЧХ и ЧХ затухания (рисунок 3,4,5,6), приведя в таблице 2 численные значения этих характеристик.
Таблица 2 N | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | t, с | 0 | 2.04e-6 | 4.08e-6 | 8.16e-6 | 1.42e-5 | 2.04e-5 | 3.88e-5 | ИХ g(t) | 0.584 | 1.000 | 0.693 | 0.331 | 0.112 | 0.037 | 0.001 | ПХ h(t) | 0.152 | 0.413 | 0.593 | 0.805 | 0.935 | 0.978 | 0.999 | f, Гц | 0,0000 | 24868 | 49736 | 74604 | 99472 | 198944 | 248680 | АЧХ A(f) | 1 | 0,52968 | 0,29273 | 0,19037 | 0,13361 | 0,03469 | 0,0001 | ЧХ a(f) | 0,0000 | 5,51977 | 10,6708 | 14,4081 | 17,4834 | 29,19741 | 49,7160 | рисунок 4 рисунок 5 рисунок 6 рисунок 7 Из графика переходного процесса в линии (рис. 4) определяется время переходного процесса t п =0,0000 40 сек. (с 5-ти процентным допуском). Продолжительность переходного процесса в линии определяет номинальную скорость передачи информации В по этому каналу: В = 1/ t п = 1/0,000040 = 25000,00 бод. 3. Исследование спектра сигнала.
Существует множество «кодовых» видов сигналов (квазитроичный, биимпульсный, двухполярный). Выбор линейного сигнала позволяет найти сигнал, который согласовывался с параметрами линии по ширине спектра, амплитуде. Также это определяет метод согласования передатчика с линией, который в зависимости от этого может быть оптроном, трансформатором, реле. Реже передатчик и линия связаны гальванически.
Выбирая двухполярный сигнал (вид сигнала показан на рис. 8): рисунок 8 с помощью программы SPECTRSX определим основные параметры сигнала и построим его спектр (приняв скорость передачи равной 25000 Бод). рисунок 9 Параметры СПМ сигнала : Эквивалентная ширина СПМ равна 11740 Гц Нижняя граничная частота эфф-ой полосы: F1=0 Гц Верхняя граничная частота эфф-ой полосы: F2=17188 Гц Ширина эффективной полосы СПМ равна: 17188 Средняя частота эффективной полосы: 8594 Из приведенных данных следует, что параметры сигнала согласуются с частотным диапазоном линии.
Значения спектральной плотности мощности приведены в таблице 3. Таблица 3 f, Гц | 0,0000 | 15625 | 31250 | 46875 | 62500 | 125000 | 187500 | S , Вт | 0,07 | 0,0136 | 0,0021 | 0,0002 | 0,00157 | 0,0002 | 0,0001 | 4. Исследование искажений сигнала в линии. Для устойчивого приема сигнала необходимо, чтобы интерференционные искажения сигнала в линии не превышали допустимого значения на данной скорости передачи. С помощью программы « Skrivlen » определим величину интерференционных искажений. Для этого приведем на рисунке 10 интерференционную диаграмму сигнала (расчет ведем для длины линии 5 км, диаметра кабеля 0,4 мм, отношение сигнал/шум - 10 Дб и скорости передачи сигнала 17188 Бод - такая эффективная полоса СПМ сигнала): рисунок 10 Величину краевых значений интерференционных искажений при такой скорости не представляется возможным определить по данному графику (слишком большие интерференционные искажения). Поэтому необходимо понизить скорость передачи и построить интерференционную диаграмму заново.
Диаграмма для скорости передачи В=4800 Бод приведена на рисунке 11. рисунок 11 Величина интервальных искажений: =12/119=0.1001, что соответствует заданному значению для интерференционных искажений (10%). 5. Исследование помехоустойчивого приема.
Существует множество оптимальных и практических методов приема сигналов. Все они основаны на выборе истинного значения сигнала по пришедшему, определяя минимальное к нему расстояние.
|