Прием импульсного сигнала на фоне помех

Помехоустойчивый прием

Передача информации, как дискретной, так и непрерывной, по каналу связи может быть сведена путем дискретизации и кодирования, повышающего помехоустойчивость передачи, к передаче последовательности элементарных импульсов.

Передача сигналов, в том числе импульсных, по реальным каналам с шумами приводит к ошибкам на приеме. Задача помехоустойчивого приема – уменьшить вероятность ошибки до допустимого уровня.

В упрощенном представлении, без модуляции и детектирования, канал передачи импульсов может быть представлен в виде:

Рис.8. Схема канала асинхронной передачи импульсов

Решение о том, имеется ли в данный момент на входе приемника импульс, в приемнике принимает т.н. пороговое устройство: если в данный момент сигнал, подаваемый на пороговое устройство больше некоторого значения (порога), то считается, что принимается импульс, если ниже порога, то импульс отсутствует.

При приеме одиночного импульсного сигнала на фоне аддитивных (прибавляемых к сигналу в линии связи) помех могут возникнуть несколько ситуаций:

· правильный прием: импульс был передан, принят и правильно идентифицирован как пришедший, а значит и переданный;

· пропуск импульса: импульс был передан, но вследствие действия шумов в канале, не был принят;

· правильная идентификация отсутствия импульса;

· ложный прием импульса: импульс не был передан, но вследствие действия шумов в канале был принят и ошибочно идентифицирован как пришедший.

Вероятности каждого из таких событий может быть проиллюстрированы рисунком:

Рис.9. Распределения плотности вероятности шума в отсутствие сигнала и сигнала с шумом. Значение порога приемника определяет величины вероятностей правильного приема, пропуска импульса и ложного приема импульса. Отношение сигнал/шум С/Ш = А/σ = 10/3 = 3.3

Значения вероятностей, соответствующих отмеченным площадям под кривыми рис. 5 равны:

Рис. 10. Значения вероятностей

Итак, из каждых 100 импульсов примерно 91 будет принят приемником с порогом 6 единиц правильно, 9 будет пропущено и 2 раза будет принято решение, что импульс пришел, в то время как его не было. Т.о. в среднем, при передаче 100 импульсов будет приниматься 93, из которых только 91 будет принят правильно. Конечно, находясь на приемной стороне, нельзя будет сказать, какие именно из 100 импульсов были переданы правильно, какие приняты в моменты, когда передаваемых не было, а какие потерялись.

Проиллюстрируем осциллограммами.

Рис. 11. Передаваемый (красный, А = 5) и принимаемый (зеленый) сигналы, а также выходной сигнал (фиолетовый) приемника и величина порога. Принимаемый сигнал искажен шумом, но отношение сигнал/шум сравнительно велико, оно равно С/Ш = 7.7. В данном случае все передаваемые импульсы обнаруживаются приемником, и ложно принятых и пропущенных импульсов нет – каждый красный импульс вызывает появление только одного фиолетового, а в промежутках между красными фиолетовые импульсы не появляются

В приемнике входной сигнал фильтруется (сглаживается апериодическим звеном), усиливается и подается на решающее пороговое устройство. Пороговое устройство при превышении подаваемого на него сигналом порога выдает единицу, а в противном случае – ноль:

Рис. 12. Параметры сигнала и шума и порог те же, что и на рис. 11. Отношение С/Ш = 7.7. Принятый сигнал (фиолетовый) сглаживается (фильтруется) в приемнике (зеленый) и подается на пороговое устройство. Все импульсы приняты – сколько зеленых, столько и красных, а лишних нет

При увеличении порога с 3.75 до 5.1 единиц при тех же параметрах сигнала и шума, число принятых импульсов значительно уменьшается, Приемник пропускает, не замечает значительное число импульсов:

Рис. 13. При высоком пороге далеко не все сглаженные импульсы его превышают. Приемник пропускает много импульсов. На осциллограмме видно, что приемник принял только первый, второй и третий, а также восьмой импульсы, и пропустил импульсы с третьего по шестой из первых восьми: вероятность правильного приема примерно равна 4/8 = 0.5

При уменьшении отношении С/Ш, например, при увеличении мощности шума, принимаемые импульсы начинают теряться в шуме, их трудно выделить глазами на осциллограмме:

Рис. 14. При отношении С/Ш = 1.1 принимаемые импульсы практически теряются в шуме

Для удобства рассмотрения покажем осциллограмму рис. 14 без принимаемого сигнала:

Рис. 15. Наряду с правильно принятыми сигналами при относительно малом пороге, равном 1.05, приемник выдает и ложно принятые импульсы (показаны стрелками). Ложно принятыми импульсами в данном случае считаются те, которые приняты в отсутствие передаваемых импульсов, а также принятые в течение передаваемого импульса после первого, правильного (см. прием шестого и седьмого импульсов)

Ясно, что если амплитуда передаваемого сигнала будет равна нулю, т.е. передаваемый сигнал будет отсутствовать, то все принятые импульсы будут приняты ложно, они появятся вследствие шума в линии

Дата добавления: 2014-11-08