4. Модель однолучевого дискретного канала связи с замираниями и станционными помехами

Вероятность ошибок в дискретных каналах связи зависит от отношения сигнал/помеха и описывается выражением (1.3). Отношение сигнал/помеха Н зависит от уровня сигнала, скорости манипуляции и спектральной плотности мощности помех на входе демодулятора (1.4). Спектральная плотность мощности помех ² содержит два основных компонента: спектральную плотность атмосферного шума ²_аш и спектральную плотность станционных помех ²_сп. Амплитуда сигнала A и спектральная плотность мощности станционных помех ²_сп, как правило, все время меняют свое значение из-за условий распространения декаметровых радиоволн в атмосфере. Поэтому вероятность ошибки в дискретных каналах связи декаметрового диапазона радиоволн является функцией времени. Для моделирования потока ошибок в этих каналах связи необходимо произвести моделирование амплитуды сигнала и спектральной плотности мощности станционных помех как случайных функций времени. Далее будем считать, что амплитуда сигнала может меняться по законам изменения модуля вектора нормального двумерного марковского случайного процесса в соответствии с задаваемыми параметрами этого процесса, а уровень станционных помех изменяется по закону Релея. Частными случаями замираний сигнала являются релеевские (регулярная составляющая равна нулю, коэффициент взаимной корреляции квадратур случайного компонента равен нулю), райсовские (коэффициент взаимной корреляции квадратур равен нулю, регулярная составляющая не равна нулю) и односторонние усеченные нормальные (коэффициент взаимной корреляции квадратур равен единице). Если в последнем случае регулярная составляющая равна нулю, то имеет место односторонний нормальный закон замираний сигнала, который является самым неблагоприятным. Задавая значения коэффициента взаимной корреляции квадратур в пределах интервала [0, 1], можно получать законы замираний, имеющие промежуточный вид между вышеперечисленными. Алгоритмы формирования двумерных марковских процессов с модулями векторов, имеющих требуемые распределения вероятностей, описаны в гл. 3.

Каждый отдельно взятый сеанс связи может проходить с присутствием или отсутствием станционной помехи. Появление помехи является случайным событием и определяется соответствующей вероятностью. Кроме того, уровни помех в отдельных сеансах могут существенно отличаться друг от друга. Известно, что средние уровни помех в различных сеансах связи хорошо описываются логарифмически нормальным законом распределения [22]:

Uсп = 10^{0,05[СКОспРспCOS(2пR1) + МОсп]}, (4.1)

где МОсп и СКОсп - матожидание и среднеквадратическое отклонение логнормального закона в децибелах;

Рсп = . (4.2)

В формулах (4.1) и (4.2) R1 и R2 - случайные числа на интервале [ 0, 1 ].

На рис. 4.1 изображена блок-схема обобщенного алгоритма модели однолучевого дискретного канала связи с замираниями и станционными помехами. В соответствии с этим алгоритмом была разработана программа“FEDING-1”.

Эта программа дает возможность имитировать одиночные сеансы связи с различными видами манипуляции (амплитудной, частотной и относительной фазовой), различной скоростью манипуляции, различными видами замираний сигнала, в присутствии или отсутствии станционных помех.

Необходимо учитывать тот факт, что программа “FEDING-1” не отражает доплеровских эффектов, которые могут иметь место в реальном КВ канале связи, и поэтому результаты, получаемые для режима ОФТ, могут считаться корректными только при относительно высоких скоростях манипуляции (выше 250 бод).

Входными данными программы являются:

- вид манипуляции (для декодера);

- скорость манипуляции;

- число знаков в телеграмме;

- время корреляции замираний сигнала и станционных помех;

- среднее значение амплитуды флуктуирующего компонента сигнала;

- коэффициент взаимной корреляции квадратур случайной составляющей

сигнала, который определяет характер закона замираний;

- амплитуда регулярной составляющей сигнала;

- спектральная плотность мощности шума;

- вероятность появления станционных помех;

- МО распределения уровней станционных помех в децибелах;

- СКО распределения уровней станционных помех в децибелах;

- номер сеанса связи;

- начальное квазислучайное число;

- коэффициент энергетических потерь (из-за возможных отклонений от

оптимальных схемотехнических решений).

Выходными данными программы являются:

- график зависимости от времени отношения сигнал/помеха (дисплей);

- график зависимости уровня спектральной плотности мощности

станционных помех (дисплей);

- векторы ошибок элементов для АТ, ЧТ и ОФТ демодуляторов (дисплей);

- данные о количестве ошибок в отдельных кодовых комбинациях (файл,

дисплей и принтер);

НАЧАЛО

ВВОД входных данных

Формирование для всех независимых процессов

начальных случайных чисел с помощью вспомогательного ГСЧ

на основе введенного общего начального числа

Формирование значения амплитуды сигнала

Формирование значения амплитуды помехи

Вычисление отношения сигнал / помеха

Определение вероятности ошибки элемента сообщения

Определение факта появления ошибки элемента сообщения

Формирование вектора ошибок элементов сообщения

ВЫВОД на экран дисплея графиков:

- отношения сигнал / помеха;

-уровня станционных помех;

-векторов ошибок элементов

НЕТ

Конец сеанса

?

ДА

Формирование векторов стирания и ошибок знаков сообщения

ВЫВОД протокола испытаний

ВЫВОД гистограммы отношения

сигнал / помеха

Вычисление теоретических значений

распределения вероятности отношения сигнал / помеха

ВЫВОД графика распределения

вероятности отношения

сигнал / помеха

КОНЕЦ

Рис. 4.1

- для заданного вида демодулятора выводится вектор ошибок

знаков при использовании семиэлементного кода с проверкой на

четность (файл, дисплей и принтер);

- гистограмма распределения значений отношения сигнал/помеха

(дисплей);

- графики плотности вероятности релеевского, райсовского (обобщенного

релеевского), одностороннего усеченного нормального распределения и

распределения Накагами (дисплей).

После окончания сеанса связи программа для указанного номера сеанса создает файл с протоколом испытаний. Кроме того, программа предусматривает режим работы с распечатыванием протокола испытаний и выводом его на дисплей. В программе предусмотрено также запоминание введенных исходных данных, что позволяет повторять сеансы с необходимой оперативной корректировкой отдельно взятых параметров. В программе имеется демонстрационный режим работы, который позволяет подготовить заранее необходимые входные данные для оперативной демонстрации работы модели.

В данном варианте модели использован 7-элементный код с проверкой на четность. Для другого вида кода необходимо изменить подпрограмму, которая соответствует декодеру.

Экзаменатор к. т. н, доцент В.Л. Хазан

Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный технический университет

КАФЕДРА «СРЕДСТВА СВЯЗИ и ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

ДИСЦИПЛИНА «МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ СВЯЗИ»

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

1. Моделирование трассовых испытаний систем передачи дискретных сообщений. Методика обработки результатов испытаний. Коэффициент исправного действия канала связи.

5. Имитационная модель трассовых испытаний КВ систем связи при работе на случайных частотах Ц елью трассовых испытаний, как правило, является оценка надежности связи или так называемого коэффициента исправного действия (КИД) системы (процент телеграмм, принятых с качеством, не хуже заданного) и сравнение КИД одной системы (обычно вновь разработанной) с другой (обычно уже долгое время эксплуатируемой в данных условиях связи). В качестве "опорной" системы, например, часто берется вариант канала связи ЧТ-125, который широко используется многими ведомствами на различных радиолиниях и возможности которого всем хорошо известны. Основным критерием сравнения разных систем связи является средний энергетический выигрыш (проигрыш) одной системы относительно другой при работе на трассе по возможности в одинаковых условиях. Испытания для этого проводят при различных мощностях передающих устройств и определяют зависимости КИД от мощности передатчиков. Зная эти зависимости, можно легко оценить энергетический выигрыш той или другой системы связи по отношению к любой другой в данных условиях связи. Описанная методика проведения трассовых испытаний положена в основу разработанной программы "FEDING-2". Эта программа построена на базе предыдущей (FEDING-1) с той разницей, что из нее исключены элементы для исследования законов распределения замираний сигнала, и сеансы проводятся не одиночно, а группой в заданном количестве, достаточном для определения КИД с необходимой достоверностью. Заметим, что с предыдущей программой также можно проводить вычислительные эксперименты с имитацией трассовых испытаний, но отсутствие автоматизации по организации последовательности сеансов связи и автоматизации обработки полученных данных в этом случае требует больших трудозатрат, практически сравнимых с трудозатратами при ручной обработке результатов подобных экспериментов на реальной трассе. Программа "FEDING-2" отличается тем, что в ней автоматизированы процессы организации последовательности сеансов связи и обработки результатов с выводом протокола отдельно взятых испытаний в соответствующий файл, на дисплей и на принтер. Процесс испытаний сопровождается отображением ситуации на дисплее, на котором демонстрируются в виде текущего графика отношение сигнал/помеха, уровень станционных помех и вектор ошибок для различных видов манипуляции. КИД определяется для заданного вида манипуляции при условии приема телеграмм без искажений.

Входными данными программы являются:

• вид манипуляции;

• скорость манипуляции;

• число знаков в телеграмме;

• номер испытаний;

• количество циклов в испытаниях с различной мощностью сигнала;

• количество телеграмм в одном цикле испытаний;

• время корреляции замираний сигнала и помех;

• вероятность поражения канала связи станционной помехой;

• МО распределения станционных помех в децибелах;

• СКО распределения станционных помех в децибелах;

• спектральная плотность мощности шума;

• коэффициент корреляции Ккор квадратур случайной составляющей сигнала, определяющий характер закона замираний сигнала;

• начальное квазислучайное число;

• среднее значение амплитуды флуктуирующего компонента сигнала;

• амплитуда регулярной составляющей сигнала Ар;

• коэффициент изменения мощности сигнала при смене цикла испытаний.

Выходными данными программы является зависимость процента принятых сообщений с качеством не ниже указанного значения:

• безошибочный прием сообщения;

• прием сообщения с процентом ошибочно принятых знаков не более, чем 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100%.

Д анная программа, аналогично предыдущей, позволяет имитировать релеевские, райсовские, усеченные односторонние нормальные и другие виды замираний.  В программе предусмотрено запоминание исходных данных текущего сеанса, что дает возможность, в случае необходимости, его повторного проведения и продолжения испытаний с прерванного момента времени. П рограмма запоминает основные начальные исходные данные и позволяет организовывать повторные пуски с минимальной коррекцией вводимых параметров (количество циклов и т. п.). Это дает возможность производить пробные пуски перед началом зачетных испытаний, что дополнительно страхует пользователя от непреднамеренных ошибок при вводе данных. Положительной особенностью программы является то, что при увеличении мощности передатчика в последующих циклах испытаний те сеансы, которые приняты в предыдущем цикле испытаний при меньшей мощности передатчика, не повторяются, так как при увеличении мощности не может быть ухудшения качества приема сообщения (процессы в соответствующих номерах сеансов абсолютно идентичны, за исключением уровня сигнала). За счет этого при проведении последующих циклов испытаний происходит существенная экономия машинного времени. Кроме того, в программе предусмотрен форсированный режим испытаний, когда сеанс проводится до момента возникновения заданного числа ошибок и после их появления сразу же прерывается. В этом случае КИД соответствует только тому числу телеграмм, которые приняты с числом ошибок не более заданного. К од программы: 7-элементный. Если требуется использование других кодов, то необходимо разработать новый блок подпрограммы, соответствующий декодеру. В программе предусмотрен демонстрационный режим работы, параметры которого могут быть подготовлены заранее с целью экономии времени при демонстрации работы модели. Б лок-схема обобщенного алгоритма программы "FEDING-2" приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1

Экзаменатор к. т. н, доцент В.Л. Хазан

Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный технический университет

КАФЕДРА «СРЕДСТВА СВЯЗИ и ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

ДИСЦИПЛИНА «МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ СВЯЗИ»

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1. Модели дискретных каналов связи с краевыми искажениями и дроблениями.