Защита ОТС. Источник сообщения это некоторый объект или система, информацию, о состояние которой необходимо передать. Сообщение
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
Источник сообщения – это некоторый объект или система, информацию, о состояние которой необходимо передать. Сообщение – есть физическая форма представления информации. Часто сообщение представляют в виде изменяющегося во времени напряжения или тока, отображающих передаваемую информацию. ФНЧ – ограничивает спектр сигнала верхней частотой  .Дискретизатор – представляет отклик ФНЧ в виде последовательности отсчетов  .(Умножение) Квантователь – преобразует отсчеты в квантовые уровни  ; k=0,1,2…;  , где L – число уровней квантования.Кодер – кодирует квантованные уровни двоичным безызбыточным кодом, т.е. формирует последовательность комбинаций ИКМ  .ИКМ – импульсно-кодовая модуляция – оцифровка аналоговых сигналов. Модулятор – формирует сигнал, амплитуда, частота или фаза которого изменяются в соответствии с сигналом .Выходное устройство ПДУ – осуществляет фильтрацию и усиление модулированного сигнала для предотвращения внеполосных излучений и обеспечения требуемого соотношения сигнал/шум на входе приемника. Линия связи – среда или технические сооружения, по которым сигнал поступает от передатчика к приемнику. В линии связи на сигнал накладывается помеха. Входное устройство ПРУ – осуществляет фильтрацию принятой смеси – сигнала и помехи. Детектор – преобразует принятый сигнал в сигнал ИКМ  .ИКМ – импульсно-кодовая модуляция – оцифровка аналоговых сигналов. Декодер – преобразует кодовые комбинации в импульсы. Интерполятор и ФНЧ восстанавливают непрерывный сигнал из импульсов – отсчетов. Получатель – некоторый объект или система, которому передается информация. АЦП – Аналоговый цифровой преобразователь - электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. ЦАП – Цифровой аналоговый преобразователь РУ – решающие устройство Теорема Котельников Любая непрерывная функция, спектр которой не содержит частот выше  , полностью определяется своими отсчётами , взятыми через интервал времени  ПДУ – передающее устройство - называется устройство, предназначенное для создания колебаний высокойчастоты требуемой мощности и излучения в пространство этих колебаний в виде электромагнитных волн. ПРУ – приемное устройство - Устройство, состоящее из детектора (искателя или обнаруживателя), линз и цепей, необходимых для улавливания светового пучка, поступающего от излучающего устройства. Аналоговый сигнал (АС) – непрерывный сигнал данных, описывается функцией времени, имеет непрерывное множество возможных значений Дискретный сигнал (ДС) – прерывный сигнал, который изменяется по времени и принимает любое значение из списка возможных значений Цифровой сигнал (ЦС) – сигнал электросвязи, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений КП – когерентный прием - мы принимает сигналы согласованно во времени, в определенные точные моменты времени. Опорное колебание при когерентном приеме представляет собой точную копию переданного сигнала НКС – непрерывный канал связи - это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающая при подключении абонентских устройств передачу сообщений от источника к получателю. Источником помех является инвертор блока питания, он создает помехи в диапазоне частот от десятков килогерц до нескольких мегагерц. Влияние помех минимизируется до допустимых значений встроенными входными и выходными фильтрами. Корреляция (ударение на «я») это «синхронное поведение» или «взаимозависимость» двух или нескольких параметров в рассматриваемой системе. Энтропия – это среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение, символ, слово источника информации. Основные способы увеличения энтропии: Для увеличения энтропии осуществляется операция декорреляция символов сообщений Нужно перекодировать сообщение так , чтобы символы были практически равновероятны Для дальнейшего увеличения энтропии необходимо увеличивать основные кода m, так как для источника (кода) с равновероятными символами максимальное значение энтропии Hmax=logm ФПВ - функция плотности вероятности, Показывает вероятность отклонения нашего сигнала от среднего значения ФРВ – Показывает, что у нас значение сигнала не превысит определенное значение (Для чего это нам нужно: чтобы мы не превышали наши максимально возможные уровни пороги квантования, если превысит, то будет искажение) ЧМ – частотная модуляция - Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. frequency modulation)) — вид аналоговой модуляции, при которой модулирующий сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной. АМ-Амплитудная модуляция Итак, идея амплитудной модуляции состоит в том, чтобы передавать низкочастотный сигнал — голос или музыку — модулируя высокочастотный (несущий) сигнал, многократно превышающий слышимый диапазон и занимающий узкую полосу частот в радиоэфире. Сама модуляция осуществляется простым умножением сигнала на несущий (ФМ) - Фа́зовая модуля́ция — вид модуляции, при которой фаза несущего колебания изменяется прямо пропорционально информационному сигналу. По характеристикам фазовая модуляци близка к частотной модуляции. В случае синусоидального модулирующего (информационного) сигнала, результаты частотной и фазовой модуляции совпадают. В аналоговой технике фазовая модуляция используется реже, чем частотная, поскольку требует более сложного преобразования при приеме. Свёртка — операция в функциональном анализе, которая при применении к двум функциям {\displaystyle f} f и {\displaystyle g}g возвращает третью функцию, соответствующую взаимнокорреляционной функции {\displaystyle f(x)}f(x) и {\displaystyle g(-x)}g(x). Операцию свёртки можно интерпретировать как «схожесть» одной функции с отражённой и сдвинутой копией другой. Понятие свёртки обобщается для функций, определённых на произвольных измеримых пространствах и может рассматриваться как особый вид интегрального преобразования. Свертка - не имеет прямого отношения к разложению в ряд Фурье, а определяется совсем иначе и производится по определению не в спектральной области, а временной. Тем не менее есть теорема, которая утверждает что операция свёртки во временной области эквивалентна умножению в спектральной и наоборот. Сама по себе свёртка - линейная (в математическом смысле) операция. Её смысл (грубо) заключается в следующем: имея реакцию некой линейной системы на импульс, можно с помощью свёртки получить вычислить реакцию такой системы на весь сигнал. Идеальный пример - импульсные реверчики - ты подаёшь ему на вход отклик системы (реакцию какого-то помещения на произведённый достаточно короткий сигнал - единичный импульс. 0. Временные диаграммы 2. Исходное сообщение 3. Сигнал на выходе дискретизатора (график происходит дискретизация и времени) (чем отличается 2 график от 3? На 3 график происходит квантование по уровню и времени и округление амплитуды до нашего уровня) 4. Сигнал на выходе квантователя. 5.Сигнал на выходе кодера (это расписывается по уровня комбинациями 000,001 и тд.) 6. Сигнал на выходе модулятора.(зависимости от 0 и 1 в 5 пункте , строится по нашему модулятору( АМ,ЧМ,ФМ) наш сигнальчик (при АМ «1» строится синусоид в один период а при «0» просто 0 или прямая линия) 7. Выход входного устройства (ПРУ)- вход детектора.( наш сигнал на модуляторе, но с шумом адитивным) Адитивный шум(у нас) –вид мешающего воздействия в канале передачи информации При адитивном шуме у нас складывается сигнал и поэтому есть помехи при «0» При Мултикативной они перемножаются поэтому помех в «0» нет  8. Выход решающего устройства.(произвольная ошибка, происходит из-за шума, шум может подняться до порогового напряжение и произойдет ошибка, «Ошибки бывают разные самая большая ошибка в старшем разряде , (0-старшая разряд , 0-второй разряд , 0-младший разряд») 9. Выход декодера (строится при помощи интерполяции) «Пример вы можете набрать телефонный номер когда, человек продиктует вам последнюю цифру» чтобы выстроить этот значение первого отсчёта вам ,вам нужно принять 3 импульса, приём импульсов занимает время. Все квантованные уровни сдвигаются на период Т – для того чтобы сигнал успел передаться все его значения 10. Спектр сигнала на выходе дискретизатора. (Пересекаются они из-за неидеальности фильтра) 1. По заданной функции корреляции исходного сообщения Корреляция (ударение на «я») это «синхронное поведение» или «взаимозависимость» двух или нескольких параметров в рассматриваемой системе.  Внутри интервала корреляции два значения процесса связаны, а если между ними расстояние интервал корреляции или больше, то не связаны типо если превышаешь ее то надо частоту менять, если превышает интервал корреляции "интервал корреляции" или "время корреляции", под которыми понимается величина временного сдвига , при превышении которого корреляцией можно пренебречь в условиях конкретного эксперимента. Энергетический спектр — набор возможных энергетических уровней квантовой системы. Характеризует поведение процесса. То есть если спектр находится в области низких частот, то процесс этот идет медленно изменяющийся, по сравнению с процессом, спектр которого сосредоточен в области высоких частот Спектра́льная пло́тность мо́щности (СПМ) в физике и обработке сигналов — функция, описывающая распределение мощности сигнала в зависимости от частоты, то есть мощность, приходящаяся на единичный интервал частоты. ширина энергетического спектра определяет скорость изменения значений случайного процесса: чем больше  (или чем меньше ),  тем выше скорость изменения процесса.2. Считая, что исходное сообщение воздействует на идеальный фильтр нижних частот (ИФНЧ) с единичным коэффициентом передачи и полосой пропускания, равной начальной энергетической ширине спектра сообщения:  Px -мощность сигнала, Pa - входной сигнал, и ошибка это область под графиком Частота и интервал временной дискретизации отклика обратные величины 3) Полагая, что последовательность дискретных отчётов на выходе дискретизатора далее квантуется по уровню с равномерной шкалой квантования: Квантование — разбиение диапазона значений некоторой величины на конечное число уровней и округление этих значений до ближайших к ним уровней Квантование по уровню (уровни квантования) - это преобразование непрерывных сигналов ( по уровню) x(ti), полученных в результате квантования по времени в моменты отсчёта Количество уровней квантования по оси У Рассчитываем шаг квантование, количество уровней квантования равны 8 по условию Шаг квантования – расстояние между нашими параллельными прямыми  Px – мощность на выходе фильтра У нас шаг равномерный – то есть не изменяется, а принимает равное число Пороги квантования – условные значения напряжения между уровнями квантования Пороги квантования откладываются по оси Х Определяем пороги квантования  Значения, которые выходят за пороги или уровни приравниваются к нулевому значению, либо к максимальному значению. То есть, если сигнал, в определенном месте, превышает наш максимальный (7) или минимальный уровень (0), мы приравниваем его к ближайшему нашему значению, то есть 7 или 0 ФПВ - функция плотности вероятности, Показывает вероятность отклонения нашего сигнала от среднего значения ФРВ – Показывает, что у нас значение сигнала не превысит определенное значение (Для чего это нам нужно: чтобы мы не превышали наши максимально возможные уровни пороги квантования, если превысит, то будет искажение) функции Лапласа - это вероятность того, что случайная величина примет значение, принадлежащее заданному интервалу. Получаем средне квадратичную погрешность квантования (мощность шума квантования)   Простыми словами разница между дискретизированным сигналом и квантованным сигналом. Когда сигнал проходит через квантователь Далее получаем мощность шума квантования и строим соответствующую характеристику   Этот график одинаковый у всех, но со своими значениями График показывает пороги(x) и уровни квантования(y) 4) Рассматривая отклик квантователя как случайный дискретный сигнал с независимыми значениями на входе L-ичного дискретного канала связи (ДКС): Квантова́ние — в обработке сигналов — разбиение диапазона отсчётных значений сигнала на конечное число уровней и округление этих значений до одного из двух ближайших к ним уровней. ... Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым. Дискретный канал – канал связи, используемый для передачи дискретных сообщений. Шум квантования (средняя квадратическая погрешность квантования) - разница между дискретизированным сигналом и квантованным сигналом. Когда сигнал проходит через квантователь - табулированная функция Лапласа, широко используемая для определения вероятности попадания в диапазон значений Энтропия – это среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение, символ, слово источника информации. Для дискретного источника информации символы в кодовом слове – независимы и могут принимать одно из m возможных значений. В этом случае энтропия дискретного источника независимых символов равна:  максимальная энтропия цифрового сигнала равна 1 Основные способы увеличения энтропии: Для увеличения энтропии осуществляется операция декорреляция символов сообщений Нужно перекодировать сообщение так , чтобы символы были практически равновероятны Для дальнейшего увеличения энтропии необходимо увеличивать основные кода m, так как для источника (кода) с равновероятными символами максимальное значение энтропии Hmax=logm Распределение вероятностей — это закон, описывающий область значений случайной величины и соответствующие вероятности появления этих значени ФПВ - функция плотности вероятности, Показывает вероятность отклонения нашего сигнала от среднего значения ФРВ – Показывает, что у нас значение сигнала не превысит определенное значение (Для чего это нам нужно: чтобы мы не превышали наши максимально возможные уровни пороги квантования, если превысит, то будет искажение) 5) Закодировать значения L-ичного дискретного сигнала двоичным блочным примитивным кодом, выписать все кодовые комбинации кода и построить таблицу кодовых расстояний кода; Дана таблица кодовых комбинаций         Это переход от десятичной к двоичной системе Примитивные коды – коды, у которых все возможные кодовые комбинации используются для передачи информации (Недостатком примитивного кода является то, что вероятность возникновения ошибки при передаче сообщения линейно возрастает с увеличением длины кода, т.е. чем больше информации надо передать, тем менее надежно она передается.) Далее составили таблицу кодовых расстояний Суть ее в том, что мы находим различие кодовых комбинаций 001 – 100 – здесь два различия, на первом и третьем месте Далее переходим к вероятностным харктеристикам Р(0) Р(1) – априорные вероятности, то есть вероятность выпада единицы и нуля Затем определяем ширину спектра сигнала ИКМ ИКМ – импульсно-кодовая модуляция – оцифровка аналоговых сигналов. При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования  В эту формулу входит спектр исходного сигнала  Цифра 2 по теореме Котельникова  – количество разрядов (количество уровней квантования) L=8 – коэффициент связанный с неидеальностью фильра, создает защитный интервал, чтобы не происходило наложения спектров (самый последний график на временных диаграммах). Спектр смещается правее  6) Полагая, что для передачи ИКМ сигнала по непрерывному каналу связи (НКС) используется гармонический переносчик: (НКС)-непрерывному каналу связи ИКМ - импульсно-кодовой модуляции используется для оцифровки аналоговых сигналов. При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования Длительность импульса – сколько времени передается каждый импульс Тд – интервал временной дискретизации отклика ИФНЧ – время между отсчетами Сигнал ДАМ  Ширина спектра ИКМ ∆𝒇ИКМ= 𝒌𝟏𝝉и=𝒌𝟏𝒍𝑻д=𝒌𝟏𝒍𝒐𝒈𝟐𝑳𝑻д=𝟐∆𝒇𝟎𝒌𝟏𝒍𝒐𝒈𝟐𝐿 ∆𝒇𝟎 – спектр исходного сигнала 2 по теореме котельникова Log2L – количество разрядов L – количество уровней квантования k1 – коэф связанный с неидеальностью фильтра Нормировка сигнала Нормирование – это приведения сигнала к общей системы отсчётов 7) Рассматривая НКС как аддитивный гауссовский канал с ограниченной полосой частот, равной ширине спектра сигнала дискретной модуляции и заданными спектральной плотностью мощности помехи и отношением сигнал-шум: Находим мощность гауссовского белого шума Рш Гуассовский белый шум - Характеризуется равномерной, то есть одинаковой на всех частотах, спектральной плотностью мощности, нормально распределёнными временными значениями и аддитивным способом воздействия на сигнал. ОСШ – отношение уровня электрического сигнала к уровню шума этого сигнала, численно определяет содержание паразитных шумов в сигнале. Чем больше значение отношения сигнал/шум для видеосигнала, тем меньше помех и искажений имеет изображение на экране монитора. Отношение сигнал-шум (ОСШ) содержит в себе мощность сигнала  Находим мощность сигнала путем умножение ОСШ на мощность гауссовского белого шума Находим НКС НКС – непрерывный канал связи - Каналы, при поступлении на вход которых непрерывного сигнала на его выходе сигнал также будет непрерывным, называют непрерывными. ФПВ - функция плотности вероятности, Показывает вероятность отклонения нашего сигнала от среднего значения ФРВ – Показывает, что у нас значение сигнала не превысит определенное значение (Для чего это нам нужно: чтобы мы не превышали наши максимально возможные уровни пороги квантования, если превысит, то будет искажение) УГП – узкополосные гауссовские помехи - Характеризуется равномерной, то есть одинаковой на всех частотах, спектральной плотностью мощности, нормально распределёнными временными значениями и аддитивным способом воздействия на сигнал.  Показывает наложение на наш сигнал помех Красный график показывает шум , синий график показывает сигнал с шумом  Синий график показывает вероятность приема единицы (Беселя) Красный нолик показывает вероятность приема нуля (Релея) 8) С учётом заданного вида приёма (детектирования) сигнала дискретной модуляции: ДКС-дискретный канал связи ПФ- полосовой Фильтр НКС – непрерывный канал связи - это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающая при подключении абонентских устройств передачу сообщений от источника к получателю. p(0) – вероятность принятия 0 p(1/0) – вероятность принятия 1 при передаче 0 (ложная тревога) p(1) – вероятность принятия 1 p(0/1) – вероятность принятия 0 при передаче 1 (пропуск сигнала) Вероятность приема ошибок – вероятность приема 1 вместо 0 и вероятность приема 0 вместо 1 За количественную меру помехоустойчивости в системах электросвязи принимают среднюю на бит вероятность ошибки:  При равенствах априорных вероятностей  , а также условных вероятностей  (условие симметричности двоичного ДКС) , средняя на бит вероятность ошибки равна   отношение сигнал-шум (ОСШ) по мощности на входе детектораОСШ отношение сигнал-шум (Для ДАМ) На входе приемника стоит ПФ – в данной конкретной ситуации он увеличивает отношение сигнал шум. Второе: он выделяет сигнал при организации многоканальной связи, он отделяет один канал связи от другого. Амплитудный детектор – некогерентный детектор (если бы был когерентны, то к нему был бы приделан генератор) Дискретизатор . Его задача: из общего потока ИКМ выбрать соответствующие отсчеты. Т.е. частота будет в три раза выше частоты по Котельникову. Каждый отсчет передается тремя разрядами  Рис. 19. Схему приёмника сигналов дискретной модуляции Амплитудный детектор, представляющий собой нелинейный преобразователь и ФНЧ, выделяет огибающую принимаемого сигнала ДАМ, прошедшего полосовой фильтр с эффективной полосой пропускания равной  . К дискретизатору проводятся отклик детектора  и последовательность дискретизирующих импульсов  с периодом  , которые необходимы для взятия отсчета в середине посылки длительностью . В РУ (решающем устройстве) отсчеты  сравниваются с пороговым напряжением  и принимается решение - передана 1, если  , или передан 0, если  . Под действием помех в канале связи амплитуда сигнала изменяется и РУ может ошибаться: при передаче 0 принимать 1 или же при передаче 1 принимать 0.9) Рассматривая отклик детектора ПРУ как случайный дискретный сигнал на выходе L-ичного ДКС: Энтропия – это среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение, символ, слово источника информации. Для дискретного источника информации символы в кодовом слове – независимы и могут принимать одно из m возможных значений. В этом случае энтропия дискретного источника независимых символов равна: максимальная энтропия цифрового сигнала равна 1 Основные способы увеличения энтропии: Для увеличения энтропии осуществляется операция декорреляция символов сообщений Нужно перекодировать сообщение так , чтобы символы были практически равновероятны Для дальнейшего увеличения энтропии необходимо увеличивать основные кода m, так как для источника (кода) с равновероятными символами максимальное значение энтропии Hmax=logm Входное устройство ПРУ – осуществляет фильтрацию принятой смеси – сигнала и помехи. Детектор – преобразует принятый сигнал в сигнал ИКМ ИКМ – импульсно-кодовая модуляция – оцифровка аналоговых сигналов. ЦАП – цифровой аналоговый преобразователь – позволяет на приемном конце системы связи восстановить непрерывное сообщение И  ными словами сигнал при кодировке набирает помехи, что искажает его. ЦАМ – искаженный сигнал преобразовывается в исходныйотклик квантователя преобразование аналогового в цифровой    |
