- •Глава 4 математичні моделі каналів зв'язку
- •4.1 Загальні відомості про канали зв'язку
- •4.2 Перетворення випадкових сигналів у лінійних каналах з постійними параметрами
- •4.3 Перетворення випадкових сигналів у нелінійних каналах з постійними параметрами
- •4.4 Проходження сигналів через канали зв'язку з випадковими параметрами
- •4.5 Адитивні завади в каналах зв'язку
- •4.6 Квантовий шум в оптичному каналі зв'язку
- •4.7.2 Канал з адитивним гауссівським шумом
- •4.7.3 Канал з невизначеною фазою сигналу й адитивним шумом
- •4.7 Моделі неперервних каналів зв'язку
- •4.7.1 Ідеальний канал без завад
- •4.7.4 Канал з міжсимвольною інтерференцією й адитивним шумом
- •4.8 Моделі дискретних каналів зв'язку
- •4.8.1 Деякі моделі дискретних каналів з пам'яттю
- •4.8.2 Модель дискретно-безперервного каналу
4.8.1 Деякі моделі дискретних каналів з пам'яттю
Якщо
в постійному симетричному каналі без
пам'яті умовна імовірність помилкового
прийому
-го
символу за умови, що
-й
символ прийнятий помилково, дорівнює
безумовній імовірності помилки, то в
каналі з пам'яттю вона може бути більшою
або меншою цієї величини.
Відхилення розподілу помилок від біноміального (каналу без пам'яті) в реальних каналах викликається різними причинами. Так, дискретним відображенням більшості радіоканалів є канал з пам'яттю внаслідок завмирань.
Іншою причиною можуть бути атмосферні і взаємні завади. Іноді відхилення від біноміального розподілу викликається особливостями методів модуляції і демодуляції. В ущільнених кабельних лініях зв'язку причиною пам'яті вважають комутаційні завади в АТС, що виникають при переключеннях окремих елементів каналу і по суті вимикають його на короткий час із системи зв’язку.
Найпростішою моделлю двійкового каналу з пам'яттю є марковська, яка визначається матрицею перехідних імовірностей
,
де
– умовна імовірність того, що прийнято
-й
символ помилково, якщо попередній символ
прийнятий правильно;
–
умовна імовірність того, що прийнято
-й
символ помилково, якщо попередній
прийнятий помилково;
–
умовна імовірність того, що прийнято
-й
символ правильно, якщо попередній
прийнятий помилково.
Безумовна
(середня) імовірність помилки в
розглянутому каналі
повинна задовольняти рівнянню
.
Звідки
маємо
.
Ця модель проста для використання, однак
вона досить неточно відтворює властивості
реальних каналів.
Частіше
для дискретного каналу з пам'яттю
використовується модель Гільберта.
Відповідно до цієї моделі канал може
знаходитися в двох станах
і
.
У стані
помилок не відбувається, а в стані
помилки виникають незалежно з імовірністю
.
Переходи з одного стану в інший утворять
просте марковське коло з матрицею
переходів
,
де
– імовірність переходу зі стану
в
;
–
імовірність переходу зі стану
в.![]()
Імовірності
перебування каналу в станах
і
відповідно дорівнюють:
;
(4.15)
Безумовна імовірність помилки при цьому запишеться у вигляді
.
При
використанні моделі Гільберта, за
звичай, припускають, що
(тобто цей стан розглядається як обрив
зв'язку).
Це
добре узгоджується з уявленням про
канал, у якому на деяких часових інтервалах
через погані умови проходження або дії
потужних завад зв'язок порушується, або
з уявленням про провідний канал на
інтервалі, де діють сильні комутаційні
завади або сплески імпульсних завад.
Модель Гільберта можна узагальнити,
ввівши до розгляду замість двох станів
каналів
станів. Але тоді ускладнюється й її
використання.
Відносно
просту модель дискретного каналу з
групуванням помилок (з пам'яттю)
запропонував Пуртов [19]. У цій моделі
використовуються лише два параметри:
імовірність помилок
і показник групування
.
В моделі Пуртова залежність імовірності
появи спотвореної комбінації (з кількістю
спотворених елементів
)
довжини
характеризується як відношення кількості
спотворених комбінацій
до загальної кількості переданих
комбінацій
:
.
Імовірність
є функцією від
,
що не убуває. Відповідно до моделі
Пуртова можна записати
.
Якщо
,
то
,
що відповідає біноміальній моделі
(дискретному каналу без пам'яті). У цьому
випадку немає пакетування (групування)
помилок.
Найбільше
значення
(від 0,5 до 0,7) спостерігається на кабельних
лініях зв'язку (короткочасне переривання
зв'язку). У радіорелейних лініях (де
бувають інтервали з великою інтенсивністю
помилок і інтервали з рідкими помилками)
;
для деяких ліній короткохвильового
радіозв'язку
.
Відповідно
до моделі Пуртова-Попова імовірність
наявності комбінацій довжиною
з урахуванням
і більше помилок знаходиться з виразу
. (4.16)
Аналізуючи
(4.16), можна робити висновок, що при
заданому
чим
більше групування помилок (більше
),
тим
менша кількість спотворених кодових
комбінацій. Це очевидно, бо при одній і
тій же кількості помилок пакетування
призводить до їхнього зосередження на
окремих комбінаціях (кратність
зростає), а кількість спотворених
комбінацій зменшується.
Іноді
як модель каналу з пам'яттю використовують
модель, у якій імовірність вектора
помилки
не залежить від переданої послідовності.
Імовірність кожного вектора помилки
вважається заданою і не визначається
його вагою. У багатьох каналах із двох
векторів помилки з однаковою вагою
більш ймовірним виявляється той, у якому
одиниці розташовані близько одна від
одної, тобто є тенденція до групування
помилок.
Безумовний інтерес являють моделі дискретного каналу, побудовані на основі заданої моделі неперервного каналу, задавання способів модуляції-демодуляції і кодування-декодування. Однак у загальному вигляді побудувати таку модель важко.
