Реферати українською » Транспорт » Достовірність передачі повідомлень і надійність систем


Реферат Достовірність передачі повідомлень і надійність систем

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Достовірність передачі повідомлень і надійність систем

 

1.Помехи і стійкість перед перешкодами систем

Будь-які сигналителемеханических систем складаються із творців тієї чи іншого сукупності імпульсів, переданих на каналі зв'язку. Правильне впізнання сигналів на приймальному боці означає вірний (достовірний) прийом переданого повідомлення. Це можна у разі, якщо прийняті імпульси спотворені так, щоб приймальне пристрій неразличило імпульсних ознак сигналів логічних 1 і 0. При передачі кодовою комбінації достовірний прийом може бути, якщо кількість помилок в упізнання сигналів 1 і 0 не перевищила коригувальних можливостей коду.

Причин, які ведуть помилок у визначенні імпульсних ознак прийнятих імпульсів, досить багато, однак вони можуть розділені на дві групи:

>аппаратурние спотворення, викликані нестабільністю параметрів елементів пристроїв;

спотворення сигналів перешкодами в каналі зв'язку. У кінцевому підсумку байдуже, чому відбулася помилка у прийомітелемеханических каналів, проте виявлення її істинних причин необхідне правильного вибору захисних заходів під час проектування і регулювання пристроїв, тим більше наслідків від спотворень сигналів можуть істотно різні. Наприклад, прийомутелемеханического сигналу через помилки в упізнання символів може статися реалізації команди (захисний відмова) чи виконане буде інша команда (трансформація команди). Понад те, відсутність будь-якої передачі перешкоди можуть впливати на приймач відтворити сигнал (помилкова команда).

Отже, процес прийому сигналів у будь-якій системі телемеханіки маєвероятностний характер, тобто. завжди ймовірність правильного прийому

= 1 - = 1 – ( + )

де: Р>ош — ймовірність помилкового прийому: Р>зо — ймовірність захисного відмови; — ймовірність трансформації команди.

Системи телемеханіки за призначенням діляться втричікатего- вдз. Залізничні системи телемеханіки ставляться до категорії 1 щодо достовірності і мають ряд інших специфічних вимог.

Відповідно до ГОСТ 26.205 — 83 щодо достовірності передачі комплекси (крім пристроїв телевимірювання з аналоговими сигналами) повинні відповідати вимогам, наведених табл.1 кожної з функцій окремо за наявності в каналі зв'язку нормальногофлуктуационного шуму й при відношенні амплітуди сигналу до ефективної значенням шуму на вході приймального устрою, рівному семи.

З використанням стандартних каналів зв'язку й відсутності пристроях телемеханіки вбудованої апаратури таких каналів вимоги таблиці їх необхідно виконувати за ймовірності спотворення елементарного сигналу 10 й напрацювання незалежних помилках.

Таблиця

>Вероятностная характеристика Можливість події Р, трохи більше, залежно від категорії комплексу
1 2 3

Можливість трансформації:

Команди контрольної інформації МС

знакабуквенно-цифровой інформації, або відліку кодового телевимірювання

Можливість відмовитися від виконання яка команди (допускається повторення передачі до 5 раз)

Можливість втрати:

контрольної інформації МС

при спорадичної передачі

(допускається повторення передачі до 5 раз)

команди

Вірогідність утворення удаваної команди чи контрольного повідомлення за відсутності передачі чи його припинення

>Мешающие чинники, існуючі під час передачі сигналів ТМ, можуть провадити до наступним спотворень вихідного імпульсу (рис. 1, а): спотворення фронтів імпульсів (мал.1, б), усунення, зміна крутизни та інші крайові спотворення (мал.1, в); зміни тривалості імпульсів і пауз (рис. 1, р); роздрібнення одного імпульсу на частини без зміни (рис. 1, буд) і зі зміною (рис. 1, е) параметрів чи поява додаткових імпульсів в паузі ( рис. 1, ж).

Зазначені зовнішні спотворення імпульсів є найчастіше результатом накладення зовнішніх перешкод чи визначаютьсяфазочастотними характеристиками каналу передачітелемеханических сигналів.Фазочастотние спотворення викликаються неоднаковими умовами проходження гармонійних складових на каналі через наявність у ньому значної частини зосереджених і розподілених реактивних опорів, що значно залежить від частоти.

>Искажения сигналів за фазою й частоти може стати лінійними, тобто. без додаткових частотних складових в спектрі прийнятого сигналу, і думок нелінійних, що залежить від характеру опорів в каналі передачі. При правильному проектуванні системи телемеханіки впливфазочастотних характеристик каналу прийняті сигнали може бути зведене до мінімуму.

Головною причиною спотвореннятелемеханических сигналів є зовнішні перешкоди: що менше їхнього впливу прийомні устрою, то вище достовірність передачі. Але оскільки розробники систем телемеханіки що неспроможні проводити рівень зовнішніх перешкод, збільшують стійкість перед перешкодами систем.

Якщо каналі зв'язку крім напруги передавачателемеханических сигналів існують будь-які інші напруги, усі вони тією мірою діють на вхід приймача і, отже, є перешкодами. Реакція приймача на сигнал з перешкодами залежить від характеру їх взаємодії. Розрізняють два виду такої взаємодії:

амплітуди сигналу P.S(>t) і перешкод (>t) складаються, т. е. x(>t) = = P.S(>t) + (>t). І тут перешкоди є >аддитивними;

результуюча амплітуда дорівнює твору амплітуд сигналу і перешкоди, тобто. x(>t) = P.S(>t) (>t) . >Помехи є >мультипликативними. Вони можуть викликати змінами коефіцієнтів посилення і параметрів каналу зв'язку.

Для систем телемеханіки характерними єаддитивние перешкоди, котрі за характеру дії в часу на вхід приймача прийнято розділяти на імпульсні іфлуктуационние.

Якщо перехідні процеси в приймальнику від імпульсу перешкоди встигають закінчитися до надходження наступного імпульсу перешкод, вважається, що у вході приймача діють імпульсні перешкоди (мал.2, а). Коли вході приймача безупинно діє напруга перешкод зі випадкової амплітудою, перешкоди називають >флуктуационними чи гладенькими (мал.2, б). Характерною ознакою гладких перешкод є амплітуди, більш ніж 3 разу перевищує середню.

>Фильтрацией сигналу на вході приймача, тобто. зміною смуги пропускання, можна імпульсні перешкоди лінії зв'язку перетворити нафлуктуационние, тому що час встановлення перехідних процесів назад пропорційно смузі пропускання.

>Аддитивние перешкоди в каналі може бути внутрішніми чи зовнішніми. Внутрішні перешкоди є принциповонеустранимими, оскільки є шум, що виникає через різних фізичних явищ (теплової, гальванічний ефекти тощо.) в електричних ланцюгах каналу.

 

Рис.2.Импульсние іфлуктуационние перешкоди

Зазвичай рівень шумів набагато нижчі різних рівнівтелемеханических сигналів і надає помітного впливу роботу систем. Зовнішніаддитивние перешкоди творяться у результаті комутаційних процесів в електричних ланцюгах, мають електромагнітну зв'язку з каналом передачі сигналів, і навіть від грозових розрядів у атмосфері.

Для аналітичного описиаддитивних перешкод широко використовується теорія стаціонарних випадкових процесів, тобто. функцій, імовірнісні характеристики яких немає залежить від часу.Флуктуационная перешкода на вході приймача є безперервний випадковий сигнал U(>t). Для оцінки миттєвих значень перешкоди з інтегральної характеристики розподілу щільності ймовірності (рис.3) визначається можливість появи тієї чи іншої напруги, тобто. щільність ймовірності те, що миттєве значеннянап-ряженияфлуктуационной перешкоди Un лежать у межах від U до U + U.

>Рис.3 Розподіл щільності ймовірності перешкод

Щільність ймовірності напругифлуктуационних перешкод підпорядковується закону нормального розподілу (розподілу Гаусса)

— середнє квадратичне значення перемінної складової напруги на інтервалі Т; а — середнє (стала складова) випадкового напруги (зазвичай дляфлуктуационних перешкод а = 0).

Для описи імпульсних перешкод, які у каналі зв'язку систем телемеханіки, також використовуються імовірнісні характеристики, та їх отримання пов'язані з великими труднощами. Це необхідністю мати розподілу імпульсних перешкод за амплітудою, тривалості, часу й т.п. Тому стійкість перед перешкодами систем телемеханіки найчастіше визначають щодофлуктуационних перешкод.

>Помехоустойчивость приймачів елементарних сигналів прифлуктуационних перешкодах. >Помехи, які діють переданітелемеханические сигнали, можуть призвести до неправильного визначенню приймачем значення напруги на вході, тобто. замість сигналу логічного 1 приймач зареєструє сигнал логічного 0 (Р]0 — помилка переходу 1 0) навпаки (Р01 — помилка переходу 0 1).

Кожен приймач має певної сталістю до спотворень імпульсів на вході і фіксує ознаки правильно із певною ймовірністю Р =1 - Р>ош=1 – (>P + >P) Зазначені ймовірності характеризують стійкість перед перешкодами приймача, тобто. здатність протистояти що викривляє впливам перешкод.

Для визначенняпомехоустойчивости реальних приймачів використовується теорія потенційноїпомехоустойчивости, запропонована вперше В.А.Котельниковим. Математичний апарат цієї теорії орієнтовано визначення граничною (потенційної)помехоустойчивости приймачів при діїфлуктуационних перешкод.

Зазвичай стійкість перед перешкодами реальних приймачів нижче потенційної, але розрахунки дозволяють правильно вибрати методи передачі, структуру сигналів і пристроїв.

Ідеальний приймач, який реалізує потенційну стійкість перед перешкодами сигналів, перекрученихфлуктуационними перешкодами, повинен мати зразки вихідних сигналів порівнювати із нею сигналу, надходження на вхід. Отриманий сигнал ототожнюється про те зразковим сигналом, з яким має мінімальне відмінність.

Зазвичай порівнюють енергію сигналів, яка для сигналу P.S(>t) виражається так:

Якщо розглядаються два сигналу і , їх взаємодія може характеризуватися такими функціями:

взаємної енергією

енергією різниці між сигналами

коефіцієнтом взаємної кореляції

Якщо сигнали іортогональни (=0), то

Ідеальний приймач поКотельникову в обробці сигналів й за умовфлуктуационних перешкод має такі функціональні блоки (рис. .4): генератори Р зразків сигналів і ; два блоку порівняння вхідного сигналу x(>t) на інтервалі Т за зразками і ,вичисляющие енергію різниці, тобто.:

 ( 2)

 ( 3)

вирішальне пристрій РУ,относящее ухвалений сигнал до чи ж після порівняння значень енергії різниці на виходах розглянутих блоків.

Якщо системі використовуються не бінарні сигнали, амногопозиционние, приймач містить М блоків порівняння, де обчислюються x —

 родовищ і одне вирішальне пристрій,сравнивающее відстані виявлення сигналу з мінімальним його значенням.

>Помехоустойчивость реального приймача то, можливо розрахована, якщо відомі параметри розподілу перешкод, смуга пропускання на вході приймача і поріг його спрацьовування .

Для обліку зниження рівня перешкод на вході вирішального устрою завдяки обмеженою смузі пропускання приймача використовують поняття удільної перешкоди, тобто.

де: - середнєквадратическое значення напруги перешкоди в каналі.

У розрахунках потенційноїпомехоустойчивости береться до уваги ставлення сигналу до удільної заваді, тобто.

 ( 4)

Щільність ймовірності напругифлуктуальной перешкоди описується нормальним законом Гаусса, тобто.

,

І де та - параметри, що характеризують відповідно центр і розподілу і його масштаб.

Наприклад, за зміни математичного очікування й невідомому усунення розподілу щодо вихідного значення (рис. 5), з іншого боку, за зміни середньогоквадратичного відхилення і постійному змінюється форма розподілу за вертикаллю (рис. 6).

Отже, для сигналів зфлуктуационной перешкодою, описуваних вираженням ( 4), зміна амплітуди а сигналу означає усунення кривих  і  по осі U, а зміна  впливає форму розподілу по крутизну спаду.

З огляду на це неважко визначити ймовірність помилкового прийому символів та шляхи змінипомехоустойчивости приймача.

Якщо приймач (див. рис. 4) порівнює розподілу з різними енергію різниці між математичним очікуванням сигналами логічних 0 і одну відповідно до формулами ( 2) і ( 3), то, при її позитивному значенні фіксується прийом сигналу логічного 1, а за негативної –

логічного 0.

Тому, за передачі логічного 0 позитивні значення напруги на вході приймача прийматимуться як сигнал логічного 1, тобто. відбуватимуться помилки , а під час передачі сигналу логічного 1отрицатель-

Розподілу за зміни інші значення напруги середнього квадратного відхилення від перешкод фіксуватимуться як засіб сигналу логічного 0 (помилка ). Зазначені ймовірності помилок:

 

Загальна ймовірність помилкового прийому символу .

При канал вважається симетричним, а приймач — оптимальним критерієм ідеального спостерігача (>Зигерта—Котельникова).

Коли втрати від власних помилок і нерівноцінні, для приймача вибирають інший критерій — граничний рівень ,перераспределяющий ймовірності помилок.

Справді, при порозі спрацьовування (рис. 7) помилки:

 ( 5)

. ( 6)

Цілком ймовірно, сумаподинтегральних площ при збільшується, тобто. стійкість перед перешкодами приймача під час роботи критерієм ідеального спостерігача максимальна.

Вибір оптимального для конкретних умов порога спрацьовування є самостійною завданням. Наприклад, вибір порога спрацьовування критеріємНеймана – Пірсона дозволяє при постійному значенні помилкового прийому мінімізувати ймовірність пропуску .

Отже, стійкість перед перешкодами приймача можна підвищити такими шляхами:

>Увеличением різниці енергії сигналів логічних 0 і одну, т. е. напруги чи, отже, роздратуванням кривихплотностей і розподілу і ;

зміною форми розподілу щільності ймовірності сигналу і перешкоди на вході приймача внаслідок підвищення удільної енергії сигналу чи зменшення удільної інтенсивності перешкод;

перерозподілом ймовірності помилок по брехливому прийому  і пропуску імпульсів внаслідок вибору порогового рівня.

>Вероятности помилок для реальних приймачів розраховують по формулам ( 5) і (2.6) з урахуванням, щоподинтегральной функцією є щільність ймовірності напруги Un на вході приймача, розраховувана за такою формулою ( 1):

.

Такий інтеграл не можна висловити через елементарні функції. Тому його розрахункові значення визначаються за спеціальними таблицямивероятностного інтеграла:

Для ухвали і у томуинтеграле замість x використовуються значення .

>Помехоустойчивость приймача можна визначити по значеннямвероятностного інтеграла:

де: — співвідношеннясигнал/помеха.

Якщо (канал симетричний), приймач працює із мінімумом помилок критерієм ідеального спостереження, у своїй

.

>Помехоустойчивость приймачів що за різних методах модуляції сигналів зазвичай порівнюють за значенням , тобто. стосовно енергії сигналу до енергійності удільної перешкоди,рассчитиваемой за такою формулою ( 4).

Наприклад, передача двох дискретних сигналів, коли імпульс з амплітудою і тривалістю Т відповідає сигналу логічного 1, яке відсутність — сигналу логічного 0 (пасивна пауза), характеризується наступним, чином:

,

де - енергіявидеоимпульса.

Якщо передається не відео-, а радіоімпульс, то

.

При передачі сигналів логічних 1 і 0разнополярними імпульсами з однаковим амплітудою і тривалістю Т

 

 

Звідси видно, що з тому ж значенні і T найбільшпомехоустойчива передачаразнополярними імпульсами, а найменш —радиоимпульсами з пасивної паузою. Аналогічно можна порівняти попомехоустойчивости сигнали інших напрямів модуляції.

Порівняйтепомехоустойчивости передачі кодових комбінацій із тим чи іншим виглядом модуляції елементарних сигналів розраховують ймовірності складних подій, які з твори ймовірностей певних помилок у кожному символі комбінації.

При розрахункупомехоустойчивости кодових комбінацій виходять аз наступних загальних положень:

ймовірності правильною теорією і неправильної передачі будь-якого елемента становлять повну групу подій, тобто. під час передачі сигналу логічного 1; під час передачі сигналу логічного 0;

ймовірність переходу однієї комбінації до іншої дорівнює твору ймовірностей переходів кожного символу. Наприклад, ймовірність переходу комбінації 100 в 001

де: і , визначаються висловлюваннями ( 7) і ( 8).

При розрахунку ймовірностей помилок для симетричного каналу з незалежними помилками частіше користуються поняттям вектора помилки, рівного результату складання по модулю 2 переданої і прийнятої комбінацій. За відсутності помилок такий вектор

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація