ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ГЛАЗКОВЫХ ДИАГРАММ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА БИТОВЫХ ОШИБОК В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

В данной статье рассмотрен метод выявления коэффициента ошибок в канале связи с помощью глазковых диаграмм. В программном пакете MATLAB смоделирована схема для измерения коэффициента ошибок.

Ключевые слова: глазковая диаграмма, вероятность ошибки, коэффициент битовой ошибки, помехоустойчивость.

 

Введение.

Сфера телекоммуникаций является важной частью человечества, поскольку представляет собой возможность общения людей друг с другом. На сегодняшний день это наиболее перспективное направление в науке, которое продолжает развиваться.

Одно из требований к сетям обмена информацией – точность приема этой информации. Сейчас практически все системы связи являются цифровыми. Повышение точности приема информации тесно связано с помехоустойчивостью системы. А, в свою очередь, характеристикой помехоустойчивости является коэффициент битовых ошибок (BER – bit error rate). Вычисление коэффициента ошибок является наиболее эффективным способом для оценки функционирования системы.

Так как радиоканал сети связи является менее защищенным, чем кабельная система передачи информации, вычисление количества ошибок в такой системе будет актуальным.

 

1. Определение коэффициента ошибок.

 

 Для начала стоит определить, что коэффициент битовых ошибок – это некоторая величина, которая помогает оценить помехоустойчивость системы связи. И чем меньше BER, тем лучше работает система, и тем менее она будет восприимчива к воздействию внешних помех.

По определению коэффициент битовых ошибок является отношением ошибочно принятых битов к общему количеству переданных битов.

BER = n/N                                                                             (1)

где n – количество ошибок;

N – количество переданных битов.

Как правило, коэффициент битовых ошибок является оценкой вероятности ошибок в приеме бита.

 

2. Основы метода глазковых диаграмм.

 

Принцип работы схемы, представленной на рисунке 1, заключается в том, что поток бит подается на осциллограф, пока синхронизация внешней развертки осуществляется от битового потока с частотой f_b. Если требуется построение многоуровневых диаграмм, то сигнал дополнительно направляют на многоуровневый конвертер, а синхронизация осуществляется от символьного потока с частотой f_s.

 

Рис. 1. Схема построения глазковых диаграмм

 

Построение глазковой диаграммы

С точки зрения исследования глазковая диаграмма – это изображение на экране осциллографа в виде результата наложения импульсных сигналов друг на друга, часто с применением режима персистенции (запоминания осциллограмм на некоторое время) и с нормированием масштабов осциллограмм сигналов. В процессе передачи сигнала по каналу связи импульс искажается. И по мере этих искажений можно делать выводы о параметрах канала связи. [1]

Рис. 2. Глазковая диаграмма двухуровневого сигнала

 

Расстояние B характеризуется, как раскрыв глазковой диаграммы, определяется между двумя ближайшими уровнями реализаций сигнала и соответствует значению коэффициента интенсивности битовых ошибок. Расстояние B/2 является запасом помехоустойчивости регенератора, который равен минимальному дополнительному уровню шума, который может вызывать ошибку. Максимальный запас помехоустойчивости обеспечивается, в случае когда принятие решения о переданном бите информации производится в определенный момент времени iT. [2]

 

3. Реализация метода глазковых диаграмм.

Целью данной работы являлось моделирование канала связи и определение коэффициента ошибок по методу глазковых диаграмм. Для наглядного представления метода глазковых диаграмм исследование было проведено в программном пакете MATLAB с использованием канала с аддитивным белым гауссовским шумом. В цифровой системе передачи, чтобы описать гауссовский шум, используют распределение Гаусса.

     

где: µ – математическое ожидание; σ – среднеквадратическое отклонение.

Схема реализации поставленной задачи приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема исследования в Simulink

 

В исследуемой схеме сигнал задается генератором случайных последовательностей и преодолевает свой путь, начиная с конвертации в биполярный вид (Unipolar to Bipolar Converter), затем, разделяясь на две ветви, следует на модулятор с минимальным частотным сдвигом (MSK) и с минимальным гауссовским сдвигом (GMSK). Пройдя через модуляторы, сигнал попадает в канал с аддитивным белым гауссовским шумом (AWGN) для имитации условий прохождения сигнала по каналу, близких к реальным. Далее установлены два осциллографа глазковых диаграмм (Eye Diagram), с помощью которых можно оценить интенсивность битовых ошибок. Затем сигнал проходит через демодуляторы и обратно конвертируется в однополярный вид, после чего можно пронаблюдать результат на осциллографах (Time Scope).

Полученные глазковые диаграммы представлены на рисунках ниже (Рис.4, Рис.5).

Рис. 4. Глазковая диаграмма по ветви с GMSK модуляцией

 

 

Рис. 5. Глазковая диаграмма по ветви с MSK модуляцией

 

В идеале глазковая диаграмма, исходя из названия, представляет собой «раскрытый глаз», так как получилось на рисунке 7 при MSK модуляции. На рисунке 6 при другой ветке модуляции видим очевидное наложение волн друг на друга – явление интерференции. Анализируя подобные глазковые диаграммы, можно определить коэффициент интенсивности битовых ошибок, значение которого соответствует расстоянию между низким и высоким глазковыми уровнями. Такое расстояние называется вертикальным глазковым открытием. Обратим внимание, что поставленный блок счетчика ошибок показывает значение 0.28409, что допустимо при передаче сигнала при моделировании на компьютере.

 

4. Заключение.

Бесперебойная и точная передача данных всегда являлась главной задачей в телекоммуникационной сфере. Однако не всегда нам удается передать данные безошибочно. Для того чтобы регулировать измерение коэффициента ошибок в системе, метод глазковых диаграмм является удобным, нетрудным и неутомительным. Простота реализации с помощью пакета MATLAB является преимуществом перед другими методами выявления ошибок.