Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Исследование адекватности модели канала связи
Необходимым условием возможности использования модели канала является ее адекватность реальному каналу связи. Наиболее полной характеристикой качества дискретного канала является статистика ошибок, возникающих при передаче информации. Поэтому доказательством адекватности может служить получение на модели потоков ошибок, близких по характеристикам к потокам ошибок реальной трассы, при входных данных модели, соответствующих (или не противоречащих) реальным характеристикам трассы. В условиях, когда нет полной информации о всех используемых в модели параметрах канала связи, должна быть произведена идентификация параметров, т. е. подбор значений параметров, при которых статистические характеристики потоков ошибок модели и трассы близки. В работе [108] проведена идентификация параметров модели дискретного канала связи, представленной в работе [90] и таким образом показана возможность получения модели канала адекватной реальной трассе. Всю совокупность входных данных модели можно условно разделить на три группы: - параметры радиосистемы; - начальные случайные числа, для датчиков случайных чисел модели; - параметры радиоканала. К последним относятся следующие параметры: Iср - среднее количество радиолучей; Δtmax - максимально возможная разность хода радиолучей; - математическое ожидание коэффициента передачи радиолучей; - среднеквадратическое отклонение распределения коэффициента передачи радиолучей; τср - среднее значение интервала корреляции замираний в дискретных лучах; r - коэффициент взаимной корреляции квадратурных компонентов двухмерного марковского нормального процесса; - спектральная плотность мощности атмосферного шума; Рсп - вероятность попадания станционной помехи в фильтр основной селекции; Мсп - математическое ожидание распределения уровней станционных помех; Σсп - СКО распределения уровней станционных помех. Iср и Δtmax Оценки большинства из этих параметров приводились в литературе для KB радиоканалов, соответствующих различным трассам и условиям связи. Так, параметры Iср и Δtmax могут быть получены как из непосредственных измерений на трассе, так и из программ расчета ионосферного распространения радиоволн. Оценки по τср для KB канала могут быть получены из гистограмм числа пересечений медианного уровня сигнала при замираниях отдельных лучей и могут составлять [ 46]в зависимости от времени года и вида трассы 3,0—10,0 с.
Выбор значения параметра r определяется условиями распространения. Для нормальных условий, считая замирания релеевскими, либо райсовскими, выбираем r=0. Для высокоширотных трасс с тяжелыми условиями распространения необходимо выбирать значение r близкое к 1. Параметры и определяют ослабление сигнала при его прохождении по трассе и глубину замираний сигнала. Они могут быть получены путем статистической обработки прямых измерений уровней сигнала на приемном устройстве. В случае отсутствия измерений и их оценки могут быть произведены по характеру гистограмм потоков ошибок, полученных на трассе, при установленных значениях остальных параметров. Для определения зависимости гистограмм потока ошибок от параметров канала и было проведено моделирование прохождения телеграмм из 100 квантов, передаваемых в режиме ППРЧпри отсутствии станционных помех. Длина кванта принималась равной 150двоичным символам. Результаты моделирования представлены в виде распределения квантов всех телеграмм по количеству ошибок (рис. 3.1а и 3.2а) и распределения телеграмм по группам качества (рис. 3.1б и 3.2б). Такое двухуровневое описание дискретного канала [57] целесообразно в связи с использованием в большинстве современных систем передачи дискретной информации блочных кодов для помехоустойчивого кодирования. Разбиение количества телеграмм на семь однородных по качеству групп проводилось в зависимости от числа принятых без ошибок квантов в телеграмме, причем телеграммы с минимальным количеством безошибочных квантов относили к первой группе, а с максимальным количеством - в седьмую группу. Гистограммы 1, 2 и 3 (рис. 3.1) получены при неизменном , соответственно для , при котором средний уровень сигнала меньше уровня атмосферного шума; , при котором средний уровень сигнала больше уровня атмосферного шума; при котором средний уровень сигнала много больше уровня атмосферного шума. Кривые 1 и 2 (рис. 3.2) получены при неизменном соответственно для = 0 дБ и = 20 дБ.
Различный характер влияния параметров и на вид гистограмм позволяет ориентировочно оценить их величины при остальных известных параметрах модели.
Аналогичным образом определялось влияние параметров станционных помех Рсп, Мсп, Σсп на характер гистограмм распределений квантов и телеграмм. Увеличение Мсп приводит к увеличению на гистограмме количества квантов в области количества ошибок N/2, причем тем в большей степени, чем выше Рсп. Влияние Σсп на вид гистограмм сходно с влиянием Мсп, но при небольших Рсп выражено слабее. Были также проведены идентификация параметров и моделирование коротковолнового канала связи для меридиональной трассы средней длины с целью получения на модели потоков ошибок, близких по параметрам к потокам ошибок, зарегистрированных при испытаниях на реальной трассе. На рис. 3.3 показаны гистограммы распределений телеграмм, полученные на трассе и на модели, при различных начальных случайных числах KR. Объем выборки телеграмм в модели и эксперименте был выбран одинаковым.
Проверка близости гистограмм модели и эксперимента осуществлялась по критерию Пирсона. При этом, для получения теоретического распределения использовалась гистограмма, наработанная на модели на большом количестве телеграмм, достаточном для появления статистически устойчивых результатов. Полученное значение X2 для уровня значимости Q = 60% не превышает критическое значение, т. о. гипотеза о соответствии законов распределений телеграмм, полученных на модели и трассе, не противоречит опытным данным. Это подтверждается и проверкой по критерию Колмогорова. Распределения квантов по количеству ошибок, полученные по результатам трассовых испытаний и наработанные на модели для различных пар начальных случайных чисел, представлены на рис. 3.4.
Очевидно, что требования к близости гистограмм модели и трассы должны быть выше на начальном участке и снижаться в области повышенных значений частоты ошибок, приводящих к полному стиранию информации, передаваемой на кванте. Для количественного выражения требований к близости гистограмм при применении блочных кодов может быть использована зависимость вероятности правильного приема кодового слова Рпр от количества ошибок на кванте. Оценка Рпр может быть произведена из формулы где п — размер кодового слова; j — количество ошибок на длине п; N — длина кванта в посылках; i — количество ошибок на кванте; i0 — максимальное количество ошибок в блоке, не приводящее к стиранию. На рис. 3.5 приведены графики зависимостей Рпр от количества ошибок на кванте для кода с проверкой на четность вида (9, 8, 2) и кода Боуза-Чоудхури-Хоквингема вида (31, 16, 7) с исправлением двух ошибок при длине кванта N=150. Очевидно, что все кванты, имеющие более 60 ошибок, для обоих кодов приводят к стиранию кодового слова, а следовательно, могут быть объединены в один разряд при оценке близости гистограмм.
Гистограммы квантов для модели трассы были сгруппированы по разрядам таким образом, чтобы максимальная разность вероятности правильного приема кодового слова ΔРпр для квантов, попавших в один разряд, не превысила величину 0,05. Группировка проводилась в соответствии с кривой 1 (код КПЧ вида (9, 8, 2), обеспечивающий более жесткие требования к близости гистограмм).
Использование критериев близости для оценки гистограмм квантов не может дать правильных результатов в связи с тем, что гистограмма квантов включает кванты всех телеграмм, однако характер распределения ошибок на квантах внутри одной телеграммы определяется релеевскими замираниями, а от телеграммы к телеграмме - логнормальными.
Для оценки близости гистограмм были рассчитаны доверительные интервалы, соответствующие доверительной вероятности Pпр=0,9 для каждого разряда гистограммы. Для оценки математического ожидания каждого разряда была использована полученная на модели гистограмма для большого количества телеграмм, обеспечивающего устойчивую статистику. Для оценки СКО использовались гистограммы, полученные на модели при том же объеме телеграмм, что и полученные на трассе. На рис. 3.6 показаны сгруппированные гистограммы квантов модели и трассы, а также границы доверительных интервалов. По результатам проведенной идентификации параметров канала на моделях двух радиосистем были определены характеристики надежности связи [91, 92]. Получено хорошее приближение с характеристиками надежности, построенными по экспериментальным данным реальной трассы. 3. 4 Методика имитационного моделирования систем передачи информации Задачи сравнительной оценки характеристик альтернативных вариантов построения систем передачи информации (СПДИ), оптимального комплексирования средств помехозащиты, оптимизации алгоритмов и режимов работы системы связи и ее отдельных блоков, возникающие на различных стадиях проектирования СПДИ, могут эффективно решаться средствами автоматизированного проектирования (соответствующими АРМ). Существующие системы моделирования (СМ), пакеты и комплексы программ моделирования средств и систем связи, могут быть классифицированы по выбранному объекту моделирования в иерархии уровней представления сети связи: • сеть связи; • система связи; • устройства обработки сигналов.
Выбранный уровень определяет характер используемых моделей и исследуемые характеристики. Наиболее развитые СМ ориентированы на решение задач моделирования нескольких уровней иерархии, при этом каждый из нижестоящих уровней обеспечивает необходимой исходной информацией модели последующего верхнего уровня. Среди методов моделирования систем связи и оценки их характеристик, реализованных в СМ, могут быть выделены: - имитационно-статистический, основанный на получении последовательности выборок формируемой смеси сигнал+помеха во временной, либо в частотной области и на их обработке подробными моделями аппаратных компонентов системы связи, получивший особенное развитие в связи с широким внедрением цифровой обработки сигнала. Алгоритм моделей в этом случае может полностью совпадать с алгоритмами функционирования реальных устройств обработки сигнала. Применение такого метода к моделированию систем связи приводит к громоздкости программной реализации моделей, неоправданно большим вычислительным затратам и большой длительности имитационного эксперимента, особенно для систем со сложными сигналами, применением различного рода средств помехозащиты, систем с обратной связью и адаптацией; - аналитико-вычислительный. Базируется на аналитических моделях системы связи с учетом параметров канала связи и аппаратурных средств [65]. Получение таких моделей возможно далеко не во всех случаях. Изменение структуры или алгоритма работы системы связи приводит к необходимости коррекции такой модели, что является сложной научно-технической задачей и не может быть сделано оперативно; - натурно-модельный. Основан на использовании предварительно полученных в процессе натурных испытаний потоков решений демодуляторов для различных режимов работы системы связи, измерений уровней помех и других характеристик канала связи [57]. Полученный статистический материал используется далее в качестве входных данных для моделей устройств обработки сигналов. Такой подход, характеризующийся отказом от модели канала, имеет известные ограничения: недостаточная статистика, необходимость проводить дополнительные испытания в случае отсутствия необходимого режима и т. д. Характеристики СМ систем связи в значительной мере определяются выбором в качестве базовой модели канала связи. Математическая модель канала связи [90] позволяет реализовать при моделировании систем связи аналитико-имитационный принцип, основанный на приближенном моделировании канала связи и аппаратурных средств системы связи. Модель учитывает наиболее важные свойства ионосферного радиоканала, такие как аддитивные помехи, замирания сигнала и помех, многолучевость сигнала, энергетические потери из-за неоптимального построения аппаратуры, обеспечивает формирование характерных для многолучевого радиоканала вставок и выпадений элементов сигнала, обусловленных сменой лучей, имеющих наибольший коэффициент передачи. В основу модели заложено представление процессов замираний сигнала и помех в виде последовательности состояний, в течение которых уровни сигнала и помех приближенно могут считаться неизменными. Длительность интервала постоянных параметров (ИПП) определяется из формулы
где Тк — наименьший из заданных в параметрах модели интервалов корреляции сигнала и помех; к >> 1. (В программной реализации модели канала было принято к = 10.)
Pош = 0.5exp(-h2/M)1001Ki, где М — коэффициент, учитывающий вид модуляции сигнала; Кi — коэффициент потерь для i-го режима работы. Путем равномерного разыгрывания получаемых значений Рош формируется поток ошибок, накладываемый далее на переданный сигнал. Выход модели соответствует выходу демодулятора с идеальным регенератором. Принятые допущения позволяют значительно повысить скорость моделирования по сравнению с имитационными моделями. Использование в качестве базовой модели дискретного канала связи [88], быстрых моделей аппаратурных компонентов СПДИ позволяет на основе современного персонального компьютера создать АРМ, обеспечивающий скорость модельного эксперимента, соизмеримую со скоростями работы реальной системы связи. В этом случае может быть обеспечена также и возможность сопряжения отдельных сечений модели S системы связи с соответствующими реальными блоками радиолинии.
В работе [110] автором был предложен АРМ, позволяющий проводить сборку модели СПДИ практически любого требуемого типа. Структура моделируемой СПДИ определяется как головной программой, обеспечивающей выбор, последовательность выполнения и связи используемых функциональных модулей (ФМ), так и значениями отдельных параметров в подготовленных файлах параметров. Получение универсальной модели с определением произвольной структуры и алгоритма СПДИ только через файлы параметров затруднено обилием различных их вариантов. В АРМ эта проблема решается путем разработки ряда существенно различных базовых моделей СПДИ, каждая из которых позволяет получать путем выбора параметров семейство близких по структуре моделей. Тем не менее, АРМ является открытой системой для пользователя как в части пополнения набора готовых ФМ, так и в части сборки оригинальных моделей СПДИ. Структура АРМ, включающая три связанные подсистемы, изображена на рис. 3.8.
Рис. 3.7..Структурная схема ПО АРМ Подсистема аналитико-имитационных моделей включает базу собранных моделей СПДИ, базу подготовленных файлов параметров, базу ФМ моделей канала связи и аппаратных средств СПДИ, базу ФМ статистической обработки, формирования случайных чисел и процессов, базу ФМ сервисного обеспечения. Подсистема инструментальных средств программирования обеспечивает редактирование, сборку, отладку и трансляцию моделей. Подсистема ионосферных моделей обеспечивает оценку частотно-энергетических характеристик на трассах произвольной дальности и ориентации и обеспечивает данными параметры ФМ канала связи. Макет АРМ был реализован на IBM PC, язык реализации и сборки моделей СПДИ — ФОРТРАН. ФМ графического вывода заимствованы из состава СИАМ, разработанной в ИИТПМ г. Омск.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 344; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.205.246.61 (0.145 с.) |