Общая теория связи. Лабораторная работа 5. Вариант 07. Исследование эффективности устройств защиты от ошибок в дискретном канале передачи информации

РАБОТА No 15

Исследование эффективности устройств защиты от ошибок
в дискретном канале передачи информации
1 Цель работы
Цель работы: Исследование помехоустойчивости и эффективности уст-ройств защиты от ошибок в дискретном канале передачи информации.
2 Литература
1 Макаров А.А., Прибылов В.П. Помехоустойчивое кодирование в системах те-лекоммуникаций: Учеб. пособ. / Сиб. гос. ун.-т телекоммуникаций и инфор-матики. – Новосибирск, 2004.
2 Макаров А.А. АРМ исследования и проектирования систем передачи инфор-мации. Учеб. пособ. / Сиб. гос. ун.-т телекоммуникаций и информатики. –
Новосибирск, 2004.
3 Предварительная подготовка к работе
3.1 Ознакомиться с описанием работы и изучить по указанной литературе следующие вопросы:
– распределение кратности ошибок в кодовых комбинациях для незави-симых и группирующихся ошибок в канале связи;
– кратность гарантированно обнаруживаемых и исправляемых ошибок, ее связи с кодовым расстоянием кода;
– вероятность правильного и ошибочного приема кодовой комбинации заданной длины n для случая независимых ошибок в канале связи;
– сущность устройств защиты от ошибок (УЗО);
– вероятностные характеристики корректирующих кодов: вероятность обнаружения и необнаружения, исправления и неисправления ошибок в приня-тых кодовых комбинациях, правильного и неправильного декодирования при исправлении ошибок; эквивалентная вероятность ошибки;
– требования к выбору объема испытаний дискретного канала связи и УЗО;
– пропускная способность системы передачи информации с УЗО.
3.2 Ответить (устно) на вопросы, поставленные в разделе 4 данной
работы.
3.3 Рассчитать и построить распределение кратности ошибок в кодовом слове на выходе дискретного канала связи с независимыми ошибками, если ве-роятность ошибки на символ равна p (указана в таблице 14.1), а длина кодового слова n равна 15.


Таблица 15.1 – Вероятность ошибки в канале связи с независимыми ошибками
No бригады  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
p 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
4 Вопросы для самостоятельной подготовки
1 Дайте определение кратности ошибок в кодовой комбинации и распре-деления кратности ошибок.
2 В чем различие распределений кратности ошибок в кодовых комбина-циях для независимых и группирующихся ошибок в канале связи?
3 Дайте определение кратности гарантированно обнаруживаемых и ис-правляемых ошибок, какова ее связь с кодовым расстоянием кода.
4 Приведите выражения вероятности правильного и ошибочного приема кодовой комбинации заданной длины n для случая независимых ошибок в ка-нале связи.
5 Приведите выражения, характеризующие вероятность обнаружения и необнаружения ошибок в принятых кодовых комбинациях заданной длины n.
6 Приведите выражения, характеризующие вероятность исправления и неисправления ошибок в принятых кодовых комбинациях заданной длины n.
7 Приведите выражения, характеризующие вероятность правильного и неправильного декодирования при исправлении ошибок в принятых кодовых комбинациях заданной длины n.
8 Поясните сущность устройств защиты от ошибок. Что такое эквива-лентная вероятность ошибки в системах передачи информации с УЗО.
9 Поясните, чем определяются требования к выбору объема испытаний дискретного канала связи и УЗО? К чему будет приводить неправильный выбор объема испытаний?
10 Как определяется пропускная способность дискретного канала связи и системы передачи информации с УЗО?
5 Описание лабораторной установки
Работа выполняется на ПЭВМ с использованием программы Arm_СПИ.exe, раздела «Структура модели СПИ», модель решающего устрой-ства. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений, которая выводится на экран монитора, приведена на рис. 15.1.




Рисунок 15.1 – Рабочее окно АРМ «Структура модели СПИ / РУ»

Блок «Сигнал» моделирует источник двоичных дискретных сообщений («1» и «0»), который позволяет задавать априорные вероятности элемента «1» (и, соответственно, «0») – набором значения P1 и нажатием кнопки «Ввод».
Блок «Непрерывный канал» позволяет задавать режим модуляции, демо-дуляции, канал с постоянными и переменными параметрами, два пороговых уровня перехода к дискретному каналу с тремя состояниями. При этом задается скорость замираний.
Блок «Решающее устройство» позволяет задавать правило решения для демодуляции символа по принимаемой смеси сигнала и помехи: МП – макси-мального правдоподобия, МАВ – максимальной апостериорной вероятности (правило МАВ применяется только c когерентным демодулятором [dm=1]). Здесь же указывается средняя вероятность ошибки на символ, получаемая для заданных выше параметров.
Блок «Стат 1» (Статистические испытания) позволяет задавать длину ко-дового слова n и количество слов NB выбранной длины, необходимые для ста-тистической оценки характеристик УЗО. После ввода n и NB на экран монитора выводится таблица результатов испытаний: распределение кратности ошибок, пропускная способность, объем испытаний, эквивалентная вероятность ошибки на входе декодера, вероятность обнаружения ошибки.
Блок «Перемежитель» позволяет задавать параметры перемежения сим-волов для передачи их по каналу связи и исследовать его эффективность для повышения достоверности передачи дискретных сообщений.
Блок «УЗО» (Устройство защиты от ошибок) обеспечивает выбор типа кода, исправляющего ошибки в принимаемой последовательности символов, и типа декодера.
Данный блок позволяет моделировать устройства защиты от ошибок, со-держащие универсальные кодеки двоичных и недвоичных циклических кодов с синдромным алгоритмом декодирования и алгоритмом Берликэмпа-Месси; универсальные кодеки сверточных кодов в диапазоне скоростей от 1/8 до 7/8 с итерационными пороговыми алгоритмами декодирования и ряд других коде-ков, в том числе с мажоритарными алгоритмами и алгоритмом Витерби, а так-же каскадных кодеков на основе циклических и свёрточных кодов (банк блоч-ных и сверточных кодов АРМ содержит около 300 производящих многочленов корректирующих кодов, позволяющих моделировать несколько тысяч вариан-тов устройств защиты от ошибок с разнообразными свойствами).
Блок «Стат 2» осуществляет обработку результатов исправления ошибок, после ввода количества блоков NB на экран монитора выводится таблица ре-зультатов испытаний: распределение кратности ошибок до декодирования (на длине комбинации выбранного кода из n символов) и после декодирования с исправлением ошибок (на длине комбинации из k информационных символов), пропускная способность, объем испытаний, эквивалентная вероятность ошибки на входе и выходе декодера, вероятность обнаружения ошибки.
Кнопки «Импорт», «Рисунок», «Выход» позволяют управлять результа-тами испытаний. Кнопка «Импорт» импортирует результаты испытаний в Word и позволяет сохранить их в формате .doc и затем вывести на печать для доку-ментирования. Кнопка «Рисунок» выводит на экран дисплея полученное рас-пределение кратностей ошибок в виде гистограммы (эта кнопка активна только при испытаниях с УЗО), что позволяет представить результаты испытаний в на-глядной форме.
Каждый выбранный блок имеет свое диалоговое окно, которое позволяет установить параметры или характеристики модели данного блока выбранной структуры модели СПИ.
Работа с программой осуществляется в диалоговом режиме с клавиатуры ЭВМ. Для каждого из блоков установлены (по умолчанию) некоторые парамет-ры его работы, в ходе исследований устанавливают их требуемые значения в соответствии с лабораторным заданием.
6 Лабораторное задание
1 Исследовать распределение кратностей ошибок на длине кодового слова n для различных видов дискретной модуляции (АМ, ЧМ, ФМ) при коге-рентном приеме в канале связи с постоянными параметрами.
2 Исследовать влияние правила решения для демодуляции символа по принимаемой смеси сигнала и помехи (МП – максимального правдоподобия, МАВ – максимальной апостериорной вероятности) на величину средней веро-ятности ошибки при различной статистике источника сигнала.
3 Исследовать различие в помехоустойчивости:
- циклических кодов и каскадных кодеков на основе циклических кодов Рида-Соломона;
- свёрточных кодов и каскадных кодеков на основе свёрточных кодов.
4 Исследовать зависимость пропускной способности цифровой систе-мы передачи информации от характеристик используемых кодов.
7 Порядок выполнения лабораторной работы
1. Включить лабораторную установку (ПЭВМ).
2 Выбрать программу Arm_СПИ.exe (двойным щелчком левой кнопки мыши), с небольшой задержкой откроется окно «Автоматизированное рабочее место исследования СПИ», опции, помощь, их выбор обеспечивается соответ-ствующими одноименными кнопками. Краткие сведения о программе можно получить, открыв раздел «помощь».
2. Выбрать раздел «Структура модели СПИ», а в нем модель решаю-щего устройства (кнопка РУ) – на экран монитора выводятся блоки структур-ной схемы системы передачи дискретных сообщений, приведенная на рис. 15.1.
3 Исследовать распределение кратностей ошибок на длине кодового слова n для различных видов дискретной модуляции (АМ, ЧМ, ФМ) при коге-рентном приеме в канале связи с постоянными параметрами для следующих условий:
- символы «1» и «0» передаются с равной вероятностью (блок Сигнал);
- регулярная составляющая отношения сигнал/помеха равна 3 (блок Не-прерывный канал);
- решение принимается по правилу МП (блок Решающее устройство);
- длина кодового слова 23 символа, количество слов 10000 (блок Стат 1).
Результаты распределения кратностей ошибок выводятся в виде таблицы
(блок Стат 1), там же приводятся значения пропускной способности дискретно-го канала и эквивалентной вероятности ошибки.
Распределения кратностей ошибок для АМ, ЧМ, ФМ строятся на одном графике. Сделать сравнительные выводы для полученных распределений и дать объяснение.
4 Исследовать влияние правила решения (МП и МАВ) на величину средней вероятности ошибки при различной статистике источника сигнала для следующих условий:
- вероятность передачи символа «1» принимает значения 0,1, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9;
- вид модуляции АМ, прием когерентный;
Сравнение приема по критериям МП и МАВ производится по величине эквивалентной вероятности ошибки (блок Стат 1). Результаты измерений должны быть сведены в таблицу. Сделать сравнительные выводы для получен-ных результатов и дать объяснение.
5 Исследовать различие в помехоустойчивости УЗО, использующих:
- циклические коды;
- свёрточные коды.
Выбор кода производится в блоке УЗО, используются коды с примерно одинаковыми параметрами (n,k): циклический код (23,12) и сверточный код (24,12).
Сравнение помехоустойчивости УЗО производится по величине эквива-лентной вероятности ошибки на выходе декодера (блок Стат 2) и вероятности обнаружения ошибки (с учетом эквивалентной вероятности ошибки на входе декодера). Сделать сравнительные выводы для полученных результатов и дать объяснение.
6 Исследовать зависимость пропускной способности цифровой систе-мы передачи информации от характеристик используемых кодов.
Сравнение производится по величине пропускной способности (блок Стат 2). Сделать сравнительные выводы для полученных результатов и дать объяснение.

Примечание: целесообразно совместить выполнение пункта 6 с пунктом 5.
8 Содержание отчета
Отчет должен содержать результаты предварительной подготовки к рабо-те, результаты измерений для каждого пункта выполнения в виде таблиц, гра-фиков с соответствующими заголовками, исходными данными и пояснениями, краткие выводы и оценку результатов.

Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Общая теория связи
Вид работы: Лабораторная работа 5
Оценка:Зачет
Дата оценки: 11.05.2015
Рецензия:Уважаемый,

Резван Иван Иванович