УДК. 004
дтн,профессор Захаров Е.Н.,Пипко В.С., Баль М.А.,Рубцов П.В.
(ВА РВСН им.Петра Великого)
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕВЕРОЯТНОСТИ БИТОВОЙ ОШИБКИ В ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (ИСПИ)
В настоящее времяинформационные технологии (IT- технологии) стали играть все более значимую рольв системе вооруженной борьбы, оказывая существенное влияние на формы и способыведения боевых действий, управления войсками и оружием. Неоценима роль использованияновейших цифровых технологий в разработке наукоемкой высокотехнологичнойоборонной продукции, изделий и технологий двойного назначения, а такжегражданской продукции.
Применение интеллектуальных систем передачи информации (ИСПИ) сучетом технологий когнитивного радио (КР) в радиосистемах специальногоназначения (СН) позволит обеспечить широкополосный беспроводной доступ к сетямпередачи данных как в закрепленных диапазонах частот специальных пользователей,так и в других диапазонах частот (в том числе – общего назначения), безсоздания взаимных помех, а также улучшить показатели непрерывности,помехоустойчивости, скрытности (и др.) систем связи СН.
На сегодняшний деньобщая структура КР, как одного из вариантов ИСПИ, представлена в статье «Общийанализ разрабатываемых в мире интеллектуальных систем передачи информации»[1].Но для обеспечения работы ИСПИ необходим не только определенный математическийаппарат, позволяющий решать перечень специфических задач ИСПИ, но такженеобходимо рассматривать факторы, влияющие на возникновение битовой ошибки.
Ниже рассмотрен один изфакторов, влияющий на возникновение вероятности битовой ошибки винтеллектуальной системе передачи информации.
Основные причинывозникновения ошибок: Последствия фильтрации сигналов в передатчике,канале и приемнике – неидеальная фильтрация приводит к появлению межсимвольнойинтерференции (ISI – intersymbol interference). Электромагнитные излученияразличных других источников. Электрические помехи: тепловой шум, которыйаддитивно накладывается на передаваемый сигнал (аддитивный шум), импульсныепомехи, кратковременные перерывы (замирания), которые представляют собоймультипликативные помехи. Природа шумов – искусственные и естественные шумы (Рис.1.1.).
(1/1)
Рис. 1.1.Нормальный закон распределения амплитудных значений гауссова шума при a=0 и σ=1 (сплошная линия) иσ=2 (пунктирная линия).
Основной спектральной характеристикой аддитивного шумаявляется спектральная плотность мощности Gn(f), которая будет равномерной для всего частотного диапазона от –∞ до +∞ и записываться в виде
Здесь коэффициент 2 в делителе означает, что функция Gn(f) является двустороннейспектральной плотностью мощности ( как в положительной, так и в отрицательной области частот). Из (1.1) следует, что спектральная плотностьмощности гауссова шума одинакова на любой частоте (рис. 1.2, а), такой шум принято называть белым, по аналогии с белым светом, содержащего равные доли всехчастот видимого диапазона электромагнитного излучения.
Обратное преобразованиеФурье спектральной плотности мощности белого шума определяет егоавтокорреляционную функцию, равную
Рис. 1.2. Спектральная плотность мощности (а)и автокорреляционная функция (б) белого шума.
и имеющую вид дельта-функции Дирака, взвешенной множителем N0/2и находящейся в точке τ=0 (рис. 1.2, б). Равенство автокорреляционнойфункции Rn(τ) нулю для всех τ≠0 говорит о том, чторазличные выборки белого шума во времени не коррелируют между собой, т.е.являются независимыми. По этой причине канал с аддитивным белым гауссовымшумом (АБГШ) называется каналом без памяти.
Вероятность ошибки и отношение сигнал/шум. Общепринятым критериемкачества аналоговой связи принято считать отношение сигнал/шум, представляющее собой отношениесредней мощности сигнала к средней мощности шума S/N. В цифровой связи вкачестве критерия качества связи как правило используется нормированноеотношение сигнал/шум как Eb/N0, где Eb – это энергия битового сигнала иеё можно определить как мощность сигнала S, умноженную на время передачи битового сигнала Tb, N0 – спектральная плотность мощностишума, которую можновыразить как мощность шума N, деленную на ширину полосы W. Учитывая, что битовая скорость передачи Rb равна 
, получаем:
.
В дальнейшем в нашем курсе речь будет идти о цифровой связи, поэтому в качестве основного критериясвязи естественно выбрано отношение Eb/N0.
Одной изважнейших характеристик цифровой системы связи является зависимость вероятностибитовой ошибки Pb от Eb/N0, имеющая характерный вид, представленный на рис. 1.3 Таким образом, отношение Eb/N0 может рассматриваться как метрика, позволяющая сравнивать различныецифровые системы связи.
Рис. 1.3. Общий вид зависимости битовойвероятности ошибки от Eb/N0.
Как отмечено выше, другой причиной возникновения ошибок является межимпульсная (межсимвольная) интерференция (intersymbol interference – ISI), которая непосредственно зависит от импульсной характеристикилинейной системы, в первую очередь её от полосы пропускания.
Рис. 1.4. Импульсная характеристикалинейной системы h(t)
Рис. 1.5. Реакция линейной системы напрямоугольный импульс в момент времени τ1
На рис.1.6 показаны два примерапрохождения прямоугольного импульса x(t) с амплитудой Vm через линейную систему (фильтр) с ограниченной полосойпропускания и выходным сигналом y(t).
Рис. 1.6. Примеры прохождения прямоугольного импульса длительности Тсполосой Wи=1/Т через фильтр с полосойпропускания Wf
а) «хорошая точность воспроизведения», Wи ≈ Wf
б) «плохое воспроизведение», Wи << Wf.
На рис. 1.7 показан пример межимпульсной интерференции в тактовый моментвремени τ3. Очевидно, что в момент τ3 отклик линейной системы на предыдущие импульсы превышает порог иприводит к ошибке.
Рис. 1.7. Реакция (отклик) линейной системы на двапрямоугольных импульса в момент времени τ3, где передается «0».
При N импульсах на входе линейной системы отклик на её выходе впоследующий момент времени t будет определяться выражением
где τ1, τ2,…, τN – моменты поступления импульсов навход.
Для устранения влияний межимпульсной интерференции применяютспециальные устройства, называемые эквалайзерами.
Другой широко используемый в настоящих системах связи методпредотвращения межимпульсной интерференции (ISI) заключается в выбореспециальной формы принимаемого импульса. Над этой проблемой долгое время занимался Найквист. Он показал, что минимальная теоретическаяширина полосы частот, требуемая для передачи со скоростью R=1/Т символов/секунду без ISI, должна быть равна ∆F=1/2T. При этом, форма импульса, не вызывающего ISI, должна описываться функцией
. Такой импульс называют идеальным импульсом Найквиста, форма которого показана на рис.1.8. Как видно из рисунка, передача разных импульсов несоздает межимпульсной интерференции в моменты t взятия выборок, t=±1, ±2, ±3,…
Разумеется, что это будет иметь место в предположении идеальной синхронизациимоментов взятия выборок (отсчетов) сигналов. На практике сегодня такие сигналы применяют при ортогональноммногочастотном уплотнении OFDM.
Рис. 1.8. Форма импульсов Найквиста.
Выводы:
Литература:
1. «Общий анализ разрабатываемых в мире интеллектуальных системпередачи информации» Доктор технических наук, профессорЗахаров Е.Н., Пипко В.С. Баль М.А. Военная академия РВСН имени Петра Великого.
2.Скляр, Д. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Д. Склярпер. с англ. – М. :Издательский дом «Вильямс», 2003–1104 с.
3. Морелос—Сарагоса, Р. Искусство помехоустойчивогокодирования. Методы, алгоритмы, применение / Р. Морелос—Сарагосапер. с англ. – М. : Техносфера, 2006. – 319 с.
4. Песков С.Н., директор МВКПК, к.т.н.,Ищенко А.Е., директор ООО «ТехноСат» Октябрь 2010 г.
5.
