2.3 Дослідження ефективності цифрового кодування даних.

Для порівняння ефективності різних методів маніпуляції необхідно виконати їх розрахунок на основі сигнальних моделей.

Представлення методів модуляції відбувається в одиничному колі:

Рис.2.16 Сигнальне коло.

Si Sj - сигнали в сигнальному просторі,dij - кодова віддаль,

Еі = Ri де Е - енергія сигналу.

Чим більше dij тим ефективність методу модуляції більша.

Чим більше ознак - тим більша швидкодія передачі.

Рис.2.17 Сигнальне коло при амплітудній та фазній модуляціях.

Рис.2.18 Сигнальні кола при різних ознаках сигнального вікна.

Де М – число ознак сигнального вікна (число маніпуляцій).

Розрахунок ефективності методів маніпуляції.

Ефективність різних методів маніпуляції можна оцінити на основі виразу:

(2.4)

де dij - кодова віддаль між маніпульованими сигналами,

М - число ознак маніпуляції,

Ес- середня енергія сигналу,

Кф - коефіцієнт форми сигналу (залежить від базисної функції):

Таблиця 2.10 – Значення коефіцієнта форми сигналу.

Форма сигналу | Коефіцієнт форми сигналу

Кф = 1

Кф = 0,7

Кф = 0,5

Кф = 0,9

Рис. 2.19 Одномірна сигнальна модель

З рис.2.19 видно, що двохполярні методи маніпуляції забезпечують dij = 2, при S0= -1; S1= +1, а однополярні, відповідно dij = 1, при S0 = 0; S1 = +1.

Ес розраховується по формулі:

(2.5)

В оптичних каналах використовуються виключно двохрівневі сигнали S0= 0;

S1 = +1. Тому dij = 1

Ес= 0+1/2 = 0.5

Дані аналізу ефективності методів маніпуляції в залежності від форми сигнального вікна представлено у таблиці 2.11.

Таблиця 2.11 – Сигнальні вікна оптичних сигналів при різних модуляціях.

Спосіб маніпуляції | Сигнальне вікно | Коефіцієнт ефективності, Кеф | Форма сигналу

1 | 0

АМ |

0.5

ФМ |

0.5

ФРН |

0.5

ШПС |

0.5

Рис. 2.20 Ефективність методу модуляції сигналу від базисів.

Для підвищення завадозахищеності оптичних каналів зв'язку необхідно використовувати широкосмугові сигнали на основі наступних випадкових послідовностей:

· ШПС ( шумоподібні сигнали )

· М-послідовності ( послідовності довжини максимуму)

· коди Баркера

· модифіковані коди Баркера

· двомірні коди Баркера

Незважаючи на різноманітність даних сигналів всі вони кодуються в сигнальному вікні з кодовою віддалю, а коефіцієнт форми .

Використання даного типу сигналів на інтервалі одного сигнального вікна дозволяє збільшити число М (число маніпуляцій) і тим самим підвищити швидкість передавання даних по оптичних каналах зв'язку.

2.3 Дослідження завадозахищеності оптичного сигналу.

Лазерний промінь поширюється в атмосфері, тому в процесі передавання проходить зменшення потужності сигналу. В наслідок того що коефіцієнт заломлення атмосфери не дорівнює одиниці відбувається розсіювання енергії лазерного променя.

Поглинання світла викликане головним чином водяними парами та вуглекислим газом, розсіювання - частинами пилу і краплями води. Існують і два інших ефекти, які затрудняють передавання оптичних сигналів в атмосфері

Поглинання світла атмосферою залежить від вмісту в ній водяних парів і вуглекислого газу вздовж шляху поширення світлової хвилі, концентрація яких в свою чергу залежить від вологості повітря і висоти розміщення.

Класичне вимірювання інфрачервоного поглинання на рівні моря було зроблено Геббі. В результаті цих вимірювань було встановлено, що "вікна" прозорості мають місце в видимій області.

В межах цих вікон можна очікувати позитивне передавання

оптичних сигналів.

Розсіювання має ще більшу нестабільність ніж поглинання. Необхідно розрізняти терміни: димка і туман. В умовах димки основною причиною розсіювання є наявність в атмосфері частинок пилу, в основному субмікронних розмірів і відповідно невеликих розмірів в порівнянні з довжиною хвилі випромінювання. В результаті переважає релеєвське розсіювання, рівень якого швидко зменшується ,з збільшенням довжини хвилі.

В тумані розсіювання в основному викликане краплями води, діаметр яких 1…100 мкм. Водяні краплі, розміри яких досягають 1…3 мм випадають у вигляді дощу. Це викликає як розсіювання, так і поглинання енергії світлових променів.

Рис.2.21 Максимальна робоча відстань оптичної системи, в залежності від метеорологічної видимості в туман.

В результаті розсіювання оптичного променя, яке відбувається в тумані потужність випромінювання падає. Середнє значення границі замирання дорівнює 17 дБ. Якщо видимість (відстань, на якій людське око може розрізнити чорний об'єкт площею 1 м2, на білому фоні), на шляху проходження променя буде менша 80 %, тобто, якщо дальність зв'язку складає 1000 м, а видимість - 800 м, то зв'язок буде нестабільним.

Для того, щоб охарактеризувати дощ, використовують поняття щільності. Для зливи щільність складає 1000 мг/м3, що в 10 раз більше, ніж для густого туману. Розмір дощових крапель в 1000 раз більший за розмір крапель води туману, що приводить до неселективного розсіювання.

Рис. 2.22 Максимальна робоча відстань в залежності від інтенсивності дощу.

Тому визване дощем затухання сигналу в 1000 раз менше ніж при тумані. Затухання сигналу в умовах сильних і затяжних дощів складає 6 дБ/км на хвилі випромінювання. Для лазерного зв'язку ймовірність появи помилок зростає тільки при швидкості випадання опадів 75-85 мм/год.Сніг приводить до розсіювання сигналу, але його вплив визначається вмістом води в ньому. Вплив мокрого снігу аналогічний дощу. Якщо сніг сухий, то його вплив на поширення оптичних сигналів аналогічний впливу туману. Реальне затухання сигналу викликане снігом, знаходиться всередині діапазону затухання для дощу і туману і складає величину від 6 до 40 дБ/км. Отже, незважаючи на те, що характеристики системи зв'язку значно погіршуються через зміну метеорологічних умов (туман, сильний дощ, сніг ) можна забезпечити необхідний запас потужності, щоб зберегти їх на попередньому рівні.

3. РОЗРОБКА МЕТОДУ БЕЗНАДЛИШКОВОГО КОДУВАННЯ ТА ПЕРЕДАВАННЯ БІОПТИЧНИХ СИГНАЛІВ.

3.1 Розробка методу безнадлишкового кодування даних в базисі Галуа.

Кодова послідовність Галуа базується на основі базису Галуа. Дані коди є одними з найбільш досконалою упаковкою інформації.

Рис. 3.1 Формування коду Галуа.

Для генеруваня кодів