1.3 Анализ возможностей изменения параметров методов передачи данных

Анализ методов передачи данных показывает, что помехоустойчивость зависит от вида (свойств) передаваемых сигналов. При восстановлении переданного сообщения по принятому сигналу в канале с помехами и случайными искажениями можно судить только о вероятности того, что был передан тот или иной сигнал из множества используемых сигналов.

Основная задача приемника канала передачи дискретной информации - на основе анализа принимаемого сигнала с учетом всех известных сведений об источнике и канале связи должен принять решение о том, какое элементарное сообщение было передано. В результате действия помех и искажений в канале связи приемник может принять неправильное решение, отождествить принятый сигнал не с фактически переданным символом, а с каким-то другим. Такое событие называется ошибкой. При передаче данных возможны два рода ошибок:

а) передан символ "0", но под воздействием помех на приемной стороне зарегистрирован символ "1" (ошибка первого рода или "ложная тревога"). Вероятность этой ошибки равна

p(1,0) = p(0)p(1/0),

где p(0) - априорная вероятность передачи символа "0";

p(1/0) - условная вероятность приема символа "1", если передан символ "0";

б) передан символ "1", а на приемной стороне зарегистрирован символ "0" (ошибка второго рода или "пропуск цели"). Вероятность такой ошибки равна

p(0,1) = p(1)p(0/1),

где p(1) - априорная вероятность передачи символа "1";

p(0/1) - условная вероятность приема символа "0", если передан символ "1".

Оба вида ошибок в одинаковой степени ухудшают работу СПД. Поэтому объективным критерием количественной оценки помехоустойчивости различных СПД является величина суммарной вероятности ошибок первого и второго рода, которая определяется в соответствии с выражением

p= p(0)p(1/0) + p(1)p(0/1).

Условие минимума вероятности p называется идеального наблюдателя. Этот критерий используется при принятии решения о том, какой их двух возможных сигналов, соответствующих символам "0" и "1", был передан.

Вероятность p зависит как от соотношения уровней сигнала и помехи, так и от методов передачи сигналов. Предельно достижимую помехоустойчивость СПД, соответствующую наименьшей величине p, принято называть потенциальной.

Большой практический интерес представляет выяснение следующих вопросов:

а) какая минимально возможная величина p может быть достигнута в каждой СПД?

б) как осуществить оптимальную обработку принятых сигналов, чтобы полностью реализовать свойственную данному методу передачи потенциальную помехоустойчивость?

В теории потенциальной помехоустойчивости предполагается, что сигнал на приемной стороне известен полностью, т. е. известны его амплитуда, частота, начальная фаза несущей, длительность импульса, момент начала импульса. Неизвестно только, какое из двух значений модулируемого параметра передано. В этих условиях когерентный приемник наилучшим образом может распознать на фоне помех принимаемый сигнал. В реальных каналах параметры принимаемых сигналов всегда имеют некоторые случайные отклонения, обусловленные нестабильностью характеристик передающего устройства, среды распространения и пр.

В результате нарушается согласование с оптимальным приемником, построенным в соответствии с заранее известными образцами сигналов, и помехоустойчивость резко падает.

Устранение возникших рассогласований приводит к возрастанию сложности и стоимости приемных устройств, что не всегда оправдывается обеспечиваемой помехоустойчивостью. Кроме того, практическая реализация когерентного приемника встречает серьезные технические трудности.

Наибольшее распространение в СПД нашел некогерентный прием, т.е. прием при неизвестной начальной фазе несущей. В этом случае отпадает необходимость в системе выделения когерентного колебания, что значительно упрощает приемник. Снижение помехоустойчивости компенсируется сравнительно небольшим увеличением мощности передатчика. Некогерентный прием реализуется в СПД с АМ и ЧМ.

Если имеется возможность реализации когерентного приема, то применяют метод ОФМ. Его помехоустойчивость значительно выше, чем АМ и ЧМ.

Помехоустойчивость систем АМ можно оценить по формуле

p,

где Н =- относительный порог.

Помехоустойчивость систем ЧМ в условиях действия помех, имеющих нормальное распределение, оценивается по формуле:

p=,

где l=- отношение сигнал/помеха на выходе того фильтра, который настроен на частоту принимаемого сигнала.

Помехоустойчивость ОФМФ определяется по формуле

p=

p = 2p(1 - p) = 2p(1 - p).

На основании формул можно построить графики зависимости вероятности ошибки p от отношения Рс/Рп для различных методов передачи сигналов. Такие графики приведены на рисунке 1.2.

Анализ приведенных графиков, а также некоторые структурные особенности реализации отдельных методов передачи двоичных сигналов позволяют сделать следующие выводы.

Самой высокой помехоустойчивостью из рассматриваемых методов обладает метод ОФМП. Он значительно превосходит метод ЧМ и тем более АМ. В свою очередь, метод ЧМ превосходит по этому параметру метод АМ. Однако при одинаковой амплитуде сигнала средняя мощность передатчика при ЧМ (как во всякой системе с активной паузой) должна быть вдвое больше, чем при АМ.

Важнейшим достоинством ЧМ по сравнению с АМ является отсутствие необходимости установления оптимального порога, что существенно повышает помехоустойчивость при замираниях.

Таким образом, в создаваемой модели передачи данных необходимо менять вид передаваемого сигнала в зависимости от состояния канала связи. При наличии большого количества помех применять метод ОФМ, при улучшении канала связи ЧМ или АМ.

Рисунок 1.2 Зависимости вероятности ошибки от отношения

Pc/Pп для различных методов передачи сигналов.