Устройство для моделирования одноканальной системы передачи информации с импульсно-кодовой модуляцией

СООЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 9 Ц 1 1), С 06 Р 5/20 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТВ Иэо ваирение ей за с 1 со"нтовавклюовый ьсов, одер 91, геГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Северо-Западный заочный политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 455351, кл, С Об С 7/48, 1973.Радиотехническле системы передачи информации: Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ. Л., СЗПИ, 1982, с,38-41,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОДНОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНфОРМАЦИИ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение может быть использовано как техническое средство обубретение может быть зо но как техническое средст чения при изучении информац характеристик систем с импульсно-кодовой модуляцией.Цель изобретения - расп Функциональных возможност чет оценки отношения скорости изменения получаемой информации к пропускной способности канала,На чертеже представлена схема устроиства,Устройство содержит датчик общений, дискретизатор 2, кв тель 3, кодер 4, приемник 5, чающий первый Фильтр 6, поро блок 7, Формирователь 8 импул Устройство содержит также де второй Фильтр 10, модулятор чения при изучении информационныххарактеристик систем с импульсно-кодовой модуляцией. Цель изобретения -расширение Функциональных возможностей за счет оценки отношения скорости изменения получаемой информации к пропускной способности канала.Цель достигается введением в устройство модулятора, генератора шума,трех сумматоров, трех накопителейимпульсов, трех блоков деления, трехблоков вычитания, четырех блоков логарифмирования, четырех блоков умно"жения, двух инверторов, блока дифференцирования, двух Функциональныхпреобразователей генератора пилообраного напряжения, формирователя импульсов, 1 ил,нератор 12 шума, сумматоры 13-1 13-3, 14-1 - 14-3, делители 15-1 15-3, блоки 16-1 - 16-3 вычитания, .блоки 17-1 - 17-4 логарифмирования,блоки 18-1 - 18-4 умножения, инверторы 19-1,19-2, блок 20 дифференцирования, Функциональные преобразователи 21-1,21-2, генератор 22 пилообразного напряжения, Формцрователь 23,Устройство работает следующим образомм..Сообщения с выхода датчика 1 сообщений, представлякзцие в общем случае реализации случайного сигнала, поступают на вход дискретиэатора 2 и за" тем - квантователя 3 н кодера 4. На выходе кодера 4 Формируется последовательность импульсов и пауз, образующих кодовые слова одинаковой дли 1578719энергия элементарного сигнала;спектральная плот ность мощности помехи в полосе пропускания фильтра б. тельности. В данной схеме осуществляется синхронизация декодера 9 сигналом с выхода дискретизатора 2, Кодо-.вые слова следуют непосредственнодруг за другом, образуя непрерывнуюпоследовательность импульсов и пауз,соответствующих "О" и "1",Импульсы с выхода кодера 4 поступают на информационный вход модулятог 10ра 11, который предназначен для моделирования "медленных" замиранийамплитуды импульсов в канале связи.Период "медленных" замираний определяется периодом колебаний генератора 2215пилообразного напряжения,и этот период выбирается из условия Т) Тгде Т . - длительность кодового слова, Пилообразное напряжение с выхода генератора 22 поступает на вход 20функционального преобразователя 21-,2,на выходе которого образуется модулирующее напряжение, поступающее на управляющий вход модулятора 11.Выходные импульсы модулятора 11 25поступают на вход сумматора 13-1, Надругой вход сумматора 13-1 поступаетшумовое напряжение с выхода генератора 12 шума, который предназначендля моделирования в канале связи помехи с равномерным; спектром мощнос-,ти в частотной области, соответствую"щей спектру передаваемых сигналов,ЭфФективное напряжение шума на выходе генератора 12 можно регулировать, устанавливая заданное отношение сигнал/помеха на входе первогофильтра б, Таким образом, на выходесумматора 13-1 получаем искаженнуюпоследовательность сигналов в канале 40связи за счет "медленных" замиранийамплитуды импульсов, а также за счетналичия шумового напряжения с равномерной спектральной .плотностью, Отношение сигнал/помеха на выходе первого фильтра 6 определяется выражениемВероятность ошибки восстановления символа или "О" на выходе формирователя 8 импульсов определяется приближенным выражениемЧО,5 (2) Поскольку Т)т Тс , можно считать,что ц(С) = о= сопят в пределахдлиЛгтельности импульса с , На интервале"медленных замираний отношение сигнал/помеха изменяется в соответствии с изменением амплитуды импульсов,Таким образом, вероятность ошибкиР изменяется во времени, т.е.Р= ГИ),Рассмотрим теперь дискретный канал, через который передаются в единицу времени и символов из алфавитаобьемом К = 2. При передаче каждогосимвола в среднем по каналу проходитследующее количество информации: Т,(Х,Х ) = Н(Х) - Н(Х/Х ),+где Х и Х - случайные символы навходе и выходе канала;Н(Х) - энтропия, характеризующая информацию переда"ваемого символа и определяемая источником дискретного сигнала кодера 4;Н(Х/Х ) - условная энтропия, определяемая условной вероятностью Р(Х/Х ),Н(Х/Х ) = (1 о 8(1/Р (Х/Х ). (4) Здесь угловые скобки означают операцию статистического усреднения,Рассмотрим симметричный канал безпамяти, в котором каждый переданныйкодовый символ может быть принят ошибочно с вероятностью Р 0 и правильно с вероятностью 1-Р 0 . В случаеошибки вместо переданного символа "1"в приемнике воспроизводится символ Ои наоборот, Для симметричного каналабез памяти вероятность ошибочного прие.приема символа не зависит от того,какие символы бьщи переданы до негои как они бьщи приняты, Условная энтропия Н(Х/Х ) не зависит от распреде+ления вероятности символов "1" и "О",определяется только переходными вероятностями Р ш и 1-Р , и имеет видН(Х/Х ) = Р 1 оя - - - +ом Рош,(5) 1578719 Ься удовлетворительной оценкой вероятности Р, появления символа "1" на1выходе кодера 4, т. е.Энтропия Н(Х) при отсутствии корреля. ционных связей между символами определяется выражением1 1Н(Х)=Р 1 о 8 - -+(1-Р )1 о 8Р1-Р(6)где Р и (1-Р) - соответственно вероятности появле-,ния символов "1"и "О" на выходекодера 4,С учетом выражений (5) и (6) припередаче и символов по каналу связипроходит следующее количество инФормации;4. 1 1 1(Х Х ) = иР 1 оя -- Ф(1-Р )1 оя- - + Р1-Р(8)ф йеОтношение скорости изменения полученной в приемнике информации к пропускной способности симметричного канала беэ памяти определяется выражением:1(ХХ ) (9)Сгде С = и(1 о 82-Р ,1 ояРцц-(1-Р,и)1 о 8 (1-Р,) ) - пропускная способность симметричного канала без памяти, Для определения Н(Х) согласно выражению (6) в устройстве вначале производится оценка вероятности Р появления символа "1" на выходе кодера 4. Дпя этого в третьем сумматоре 14-2 в течение устанавливаемого с помощью Формирователя 23 интервала ТТфиксируется общее число и .символов0" и "1 , поступающих с второго выхода кодера 4, В первом сумматоре 14-1 фиксируется число исимволов "1" с выхода модулятора 11,В первом блоке деления 15-1 полу-,Пччаем отношение в в, которое прии о.,1достаточно больших и д+, ъ) 10 являет(10)ЛОценка вероятности Р, поступает свыхода блока 15- 1 на входы первогоблока логарифмирования 17-1, первого блока умножения 8-1 и первогоблока вычитания 16-1, На входе блока вычитания 16- получаем оценкувероятности появления симврла "О"равную 1-Р которая поступает навход второго блока логарифмирования17-2 и вход второго блока умножения18-2, На выходе первого блока умноже ния 18-1 получаем напряжение, пропорциональное величине Р 1 о 8 1, навыходе второго блока умножения 18-2получаем напряжение, пропорциональноевеличине (1-Р,) 1 оя(1-Р,), Указанные 25 величины суммируют в четвертом сумматоре 13-2 и инвертируют на выходепервого инвертора 19-1, В результатена выходе инвертора 19-1 получаютположительное напряжение, отображаю щее в заданном масштабе оценку энтропии (Х) за интервал Т,Для определения условной энтропииН(Х/Х ) по Формуле (5) в устройствепроизводится оценка вероятности ошибки Ро, в симметричном канале беэ 35 памяти, Для этого в пятом сумматоре14-3 в течение интервала Т Фиксируется число ш символов "1" с выхода формирователя 8 импульсов, Во второмблоке деления 5-2 получаем отношениеппкоторое при достаточно больи1ших п ) 1 О является удовлетворительной оценкой. вероятности ошибки Р45воспроизведения символа "1" в формирователе 8 импульсов, т. е.Р л0 п и,Следует отметить, что интервал Т должен быть таким, чтобы в его пределахизменение отношения сигнал/помехамало сказывалось бы на величине вероятности ошибки, определяемой формулой (2),55лОценка Р 0 , поступая на блоки16-2,7-3, 17-4, 18-3, 18-4, 13-3,дает на выходе второго инвертора 19-2положительное напряжение, отображающев заданном масштабе оценку условной энтропии Н(Х/Х ).На выходе третьего блока вычитания 16-3 получаем согласно (7) разностьл, . коценок энтропий Н(Х) и Й(Х/Х ), которая согласно (8) поступает на блок 20 дифференцирования. С выхода блока 20 оценка скорости изменения полученной в приемнике информации поступает на вход делимого третьего блока деления 15-3. На вход делителя блока 15-3 поступает напряжение с выхода первого преобразователя 21-1, отобратжающее в заданном масштабе пропуск ную способность одноканальной системы. На вход первого функционального преобразователя 21-,1 поступает напряжение с выхода шестого сумматора 13-3, на входе которого имеем оценкуотрицательной условной энтропииЙ(Х/Х).Таким образом, на выходе третьего блока деления в конце каждого интервала Т будем согласно (9) иметь оцен ку отношения скорости изменения полу" ченной в приемнике информации к пропускной способности системы.формула из обретения 30Устройство для моделирования одноканальной системы передачи информации с импульсно-кодовой модуляцией, содержащее датчик сообщений, дискретизаторквантователь, кодер, приемник информации, состоящий из последовательного включения первого фильтра, порогового блока, формирователя, импульсов, выходом подключенного к 40 информационному входу декодера, выход которого подключен к входу второго фильтра, причем выход датчика сообщений соединен с входом дискриминатора, выход которого подключен к входу тактов декодера и к входу квайтователя, выход которого соединен с входом кодера, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оценки отношения скорости изменения получаемой информации к пропускной способности канала оно включает. модулятор, генератор шума, шесть сум.маторов, три блока деления, три блока 55 вычитания, четыре блока логарифмирования, четыре блока умножения, два инвертора, блок дифференцирования, два функциональных преобразователя генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, причем выход кодера соединен с информационным входом модулятора, выход которого подключен ,к информационному входу первого сумматора и к первому информационному входу второго сумматора, второй информационный вход которого соединен .с выходом генератора шума а выход второго сум-3матора подключен к входу первого, фильтра, выход первого сумматора соединен с входом делимого первого блока деления и входом делителя второго блока деления, вход делителя первого блока деления соединен с выходом третьего сумматора, информа ционный вход которого подключен к второму выходу кодера, выход первого блока деления соединен с входом первого блока логарифмирования, с входом вычитаемого первого блока вычитания и первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока логарифмирования, вход уменьшаемого первого блока вычитания соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, выход первого блока вычитания соединен с входом второго блока логарифмирования и первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу второго блока логарифмирования, выход первого умножителя соединен с первым информационным входом четвертого сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу второго умножителя, а выход - че- рез первый инвертор соединен с входом уменьшаемого. третьего блока вычитания, выход формирователя импульсов подключен к информационному входу пятого сумматора, выход которого соединен с входом делимого второго блока деления, выход которого соединен с входом третьего блока логарифмирования, с входом вычитаемого второго блока вычитания и первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего блока логарифмирования, вход уменьшаемого второго блока вычитания соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, выход второго блока вычитания подключен к входу четвертого блока логарифмирования и к первому входу четвертого блока умножения,Составитель И.КонкевичРедактор М.Циткина Техред Л.Сердюкова рректор М,Кучеряв аказ 918 Тираж 567 НИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, писное тиям при ГКНТ ССС4/5 изобретениям и о5, Раушская наб.,Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 9 15 второй вход которого соединен с выходом четвертого блока логарифмирования, выход третьего блока умножения подключен к первому информационному входу шестого сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, выход шестого сумматора через второй инвертор подключен к входу вычитаемого третьего блока вычитания, выход которого соединен с входом блока дифференцирования, выход которого подключен к входу делимого третьего блока деления, вход делителя которо 78719 Ого соединен с выходом пер во го функционального преобразователя, информационный вход которого подключен. к .выходу шестого сумматора, выход генератора пилообразного напряжения сое-.динен с входом формирователя импульсов и входом второго функционального преобразователя, выход которого под О ключен к упранлякщему входу модулятора, выход формирователя импульсов соединен с входом "Сброс" первого, третьего и пятого сумматора, выход третьего блока деления является выходом устройства