Изучение основных принципов работы систем передачи двоичной информации и исследование причин возникновения ошибок

Лабораторная работа №2

Цель работы: изучение основных принципов работы систем передачи двоичной информации и исследование причин возникновения ошибок.

Введение

На сегодняшний день цифровые системы обработки и передачи информации становятся всё более и более актуальными. Повсеместно происходит замена аналоговых систем обработки и передачи информации цифровыми системами. Этому есть несколько причин: цифровые системы обладают большей помехоустойчивостью, надёжностью, имеют большую стабильность параметров. Кроме того, цифровые системы передачи информации позволяют реализовать более сложные алгоритмы обработки, и соответственно, обладают большим потенциалом. Современный радиоинженер должен знать принципы работы и устройство систем передачи двоичной информации.

Двоичным (бинарным) сигналом является последовательность нулей и единиц. Источником бинарной последовательности могут быть

1.  звуковой сигнал (речь, музыка),

2.  динамичное или статичное изображение (фотография, видеосигнал),

3.  последовательность символов (текст),

4.  произвольная последовательность чисел.

Первый и второй источники для получения двоичной последовательности подвергают импульсно – кодовой модуляции (ИКМ), остальные необходимо подвергнуть предварительному кодированию. В любом случае имеется последовательность нулей и единиц, которую необходимо передать по каналу связи.

Наиболее распространённым каналом связи является радиоэфир. Для передачи сигнала в эфире используется модулированный гармонический сигнал вида

                                     (1)

В качестве информационного параметра может выступать амплитуда, частота или фаза. Соответственно с этим различают амплитудную, частотную и фазовую модуляции. При передаче двоичного сигнала информационный параметр принимает только два значения, и речь идёт о манипуляции сигнала

АМ:                     (2)

ЧМ:                     (3)

ФМ: .                (4)

Целью данной работы является изучение принципов работы и показателей качества работы системы передачи информации (СПИ) с амплитудной модуляцией.

Структура системы передачи информации

Структура СПИ с АМ приведена на рисунке 1, и состоит из следующих частей.

1.  И.С. – Источник бинарного сообщения. В общем случае  такое сообщение является случайным, и описывается вероятностью генерации "0" или "1". Очевидно, что задавая одну их этих величин, мы однозначно определяем другую, так как P₁+P₀=1.

2.  Ген – Генератор гармонического сигнала.

3.  Мод – Модулятор, осуществляет изменение информационного параметра в соответствии с передаваемой информацией по закону модулирующего сообщения. На выходе модуляторе имеется АМ-сигнал вида (2).

4.  Канал передачи сигнала. В канале сигнал подвергается воздействию помехи, в простейшем случае аддитивного гауссовского шума.

5.  Корреляционный приёмник, выполняющий сравнение принятого по каналу связи сигнала с опорным сигналом. Выходным сигналом является корреляционный интеграл. Аналогичный эффект достигается при использовании согласованного фильтра (С.Ф).

6.  А.Д. – Амплитудный детектор, необходимый при сигнале со случайной фазой (некогерентная работа). При сигнале с известной фазой детектор не нужен.

7.  П.У. – Пороговое устройство. Также должно включать в себя блок стробирования, и синхронизации, необходимый для того, чтобы сигнал на пороговое устройство проходил только в момент окончания тактовой посылки. На выходе имеем "0" если корреляционный интеграл меньше порога, "1" в противном случае.

8.  П.С. – Получатель сообщения. Оконечное устройство, осуществляющее обратное преобразование бинарного сообщения в аналоговый сигнал.

При передаче информации по каналам связи возникают ошибки, связанные с воздействием шума. Символ “0” может быть ошибочно принят как “1”, и наоборот. Вероятность ошибки определяется как

где - вероятность передачи “0” и “1” соответственно,  это вероятности перепутывания нуля с единицей  и единицы с нулём соответственно. При полном отсутствии шума сигнал на выходе корреляционного приёмника (или согласованного фильтра) в момент сравнения его с порогом будет детерминированным, и равным

При наличии шума сигнал на выходе согласованного фильтра становится случайным, с распределением плотности вероятности w(s) (см. рис. 2.).

Для равновероятного источника () вероятность ошибки будет