1.6. Помехи и ошибки в каналах связи

При передаче по каналу связи информация подвергается воздействию различного рода помех: широко известные флуктуационные, гармонические и импульсные помехи.

Рис. 3. Различные виды помех.

Флуктуационная помеха представляет собой напряжение, меняющееся во времени случайным образом (рис. 3, а). Причина появления ее — тепловые шумы линии, элементов аппаратуры и т. д. Гармоническая помеха (рис. 3,б) приближенно описывается синусоидальным колебанием: Эти помехи возникают, как правило, в самой аппаратуре из-за паразитного проникновения в канал различных несущих колебаний.

Импульсной помехой называется помеха, пиковое значение которой соизмеримо с амплитудой полезного сигнала или превышает ее. Типичный вид одиночной импульсной помехи показан на рис. 3, в. Импульсные помехи обычно появляются пачками, по нескольку помех в пачке (рис. 3, г). Характер процесса появления пачек

во времени и отдельных помех внутри одной панки существенно изменяется от канала к каналу и даже в одном канале в различные периоды времени [16—18, 33, 48, 50, 115, 116, 120, 121].

По типу источников импульсные помехи можно разделить на три основные группы: естественного происхождения, промышленные, возникающие в аппаратуре.

К помехам естественного происхождения в первую очередь следует отнести атмосферные помехи, основным источником которых являются грозовые разряды, хаотически возникающие во многих участках земного шара. Каждый такой разряд создает несколько мощных импульсов электрического тока.

Источники промышленных помех многочисленны. К ним относятся различные коллекторные электрические машины, двигатели, аппараты, линии электропередачи, электросварка.

Кроме классификации Помех по характеру воздействия на передаваемое сообщение, их классифицируют по поведению во времени. Флуктуационные и гармонические помехи действуют непрерывно в течение длинных отрезков времени. Их можно назвать постоянно действующими. В отличие от них импульсные помехи действуют на сигнал только в отдельные моменты. Помехи такого типа называются сосредоточенными во времени.

В результате действия помех в канале связи информация, передаваемая по этому каналу, искажается, принятое сообщение будет отличаться от переданного, т. е. сообщение принимается с ошибкой. Возникновение ошибок — случайный процесс, и предсказать появление их заранее, до эксперимента, можно только статистически, т. е. указывая вероятности того, что ошибка либо произойдет, либо нет. При этом вероятность ошибки может не зависеть от значения передаваемого элементарного символа 0 или 1, т. е. среди неправильно принятых сигналов одинаково часто встречаются как 1, так и 0.

Канал связи с такими ошибками называется симметричным каналом. Условно такой канал показан на рис. 4. Здесь входными являются символы 0 и 1. Возможными выходными символами также будут 0 и 1. Вероятности определяют вероятность неискаженной передачи символов 0 и 1 соответственно, а вероятности трансформации символов.

Рис. 4. Канал с искажениями символов 0 и 1.

Рис. 5. Канал со стиранием символов.

При канал является симметричным.

Другим примером канала связи с помехами может служить так называемый канал со стиранием (рис. 5). На вход такого канала поступают двоичные символы, которые с вероятностью передаются правильно и с вероятностью стираются (стертые символы условно обозначены через Таким образом, если на вход канала поступают символы 0 и 1, то на выходе получаются три различных символа: . В этом канале предполагается отсутствие трансформации

Рис. 6. Канал со стиранием и трансформацией символов.

символов. Такое предположение на практике не всегда оправдывается. Поэтому используется модель стирающего канала, в которой допустима трансформация символов (рис. 6). Если условия передачи ряда последовательных символов не зависят один от другого, то такой канал называется каналом без памяти. Если же условия передачи символа зависят от предыдущих состояний канала, канал называется каналом с памятью.

Экспериментальные исследования каналов связи [16, 60, 67, 69, 74], произведенные в СССР и за рубежом, показали, что ошибки символов при передаче по каналу связи, как правило, группируются в пачки (пакеты) различной длительности.

Пачкой ошибок называется участок последовательности, начинающийся и кончающийся ошибочно принятыми элементами. Внутри пачки могут быть и правильно принятые элементы. Например, если в процессе передачи последовательности 0110100111 последняя приобретает вид 0010101001, то говорят, что она поражена пачкой ошибок длиной в восемь разрядов. Здесь поражены второй, седьмой, восьмой и девятый разряды.

Сказанное ранее позволяет сделать вывод о том, что в результате действия помех в каналах связи при передаче сообщений возникают ошибки. В зависимости от количества разрядов передаваемой последовательности, принимаемых с ошибками, различают однократные, двукратные и т. д. ошибки. Кроме этого имеют место пачки ошибок. Знание характера распределения ошибок в канале связи позволяет правильно выбрать метод передачи сообщений по данному каналу.

Если ошибки, возникающие в передаваемом сообщении, происходят независимо одна от другой, их распределение подчиняется биномиальному закону. В этом случае предполагается, что вероятность поражения каждого символа передаваемой последовательности является величиной постоянной. Тогда вероятность

безошибочного его а вероятность распределения ошибок при передаче последовательности из символов где кратность ошибки в последовательности; число сочетаний из по I,

Каждый член суммы в формуле (1.19) характеризует вероятность появления -кратной ошибки в передаваемой последовательности [311.

Для упрощения расчетов по формуле (1.19) в табл. 4 приведены значения функции для часто встречающихся значений в табл. 5 — значения

Таблица 4 (см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Следует отметить, что в реальных условиях ошибки, появляющиеся в передаваемой информации, в большинстве случаев являются зависимыми (коррелированными) и сгруппированы в пачки. Результаты экспериментальных исследований показали, что время группирования ошибок в пачки составляет ничтожные доли всего времени передачи, но в течение этого времени сосредоточено наибольшее число ошибок. В интервалах же между пачками возникают редкие независимые ошибки [66, 72, 102]. Поэтому оценка качества связи на основе биномиального закона распределения ошибок является приближенной. Законы распределения ошибок в каналах связи изучают преимущественно экспериментальным путем и на основании этого создают математические модели каналов связи.