通信系统中的随机模型(三)

讲师风采
刘斌
中国运用化学科学博士
讲师简介:
刘斌,男,中国运用化学科学博士
视频简介:
本讲中刘斌博士讲述了,通信系统中用于表示信息的信号不可能是单一的确定的, 而是各种不同的信号。信息就包含于出现这种或那种信号之中.如二元信息需用二种信号表示, 具体出现哪个信号是随机的,不可能准确予测,如能予测,则无需通信了,称这种具有随机性的信号为随机信号。随机变量和随机过程不仅可以用来建构信号和噪声的模型,还可以对通信信号和其它相关器件的随机时变的特性进行建模。
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  这些方程都有一个明确的解释,比如说我们就解释第一个,第一个你看这个g1什么意思呢?实际上,因为是1状态,1状态它的buffer的容量是增加的,所以说其实是上传0这个水平的频率,那么上传0频率应该等于什么呢?它进入0只能是一种循环,原先系统是off状态,不仅是系统off状态,buffer容量是0,这时候系统突然成on了,所以说我们就可以得到第一个方程。 类似的其他的方程也可以类似的解释,此外我们还有一个正值条件,也就是说把所有的概率加在一起,它一定是等于1的,现在想一想我们已经有多少的未知数,原先有3个,有a1、a2、a3,有b1、b2、b3,一共是八个未知数,现在我们有八个方程,实际上我们有八个独立的方程,这八个独立方程可以让我们进一步求出这些待定的函数。至此实际上我们已经把所有的概率支点和B的函数求出来了。求出这些概率分布,系统的平稳分布的目的是要研究系统的性能指标,系统的性能指标我们来看看,第一个系统的性能指标我们被称之为the probability of messoge being transmitted successfully,就是成功一个Message被成功传输的概率,我们知道这个Message可能不能被成功的传输,原因是什么呢?buffer已经满了,这样有些信源丢失,所以这样Message就没有被成功传输。还有一种buffer虽然没有满,但是按照我们的控制策略,我们不在允许成on的Message传输它的数据进入buffer。这会导致Message没有被成功的传输,成功传输的概率是多少呢?这当然是一个很重要的性能指标,成功传输的概率是这样写的,1-不成功的概率,不成功的概率表达式我们已经给出来了,别不打算去推导,简单的说一下它的思想,实际上它与交替更兴过程有些关系,有些过程我们省略了,从这个我们可以看出,因为这几个我们都有了,我们这些都求出来了,g1、f1都求出来了,f(0)这个表达式也有了,包括那些待定的常数我们都定下来了,所以说计算这个是没有问题的。这是第一个性能指标叫做成功传输的概率,Message被成功传输的概率。 第二个重要的性能指标叫所谓的Goodput,这个Goodput实际上应该是两个词的合并,它的定义是什么?它是一个比值,分子是被成功传输的Message所包含的信息,分母是全部信息由数据源产生的数据,我们我们数据源产生的信息并不是所有的信息都被传输,有些是被放弃的,根本节没有传输完就被放弃了,成功传输的信息量的比上由数据源所产生的全部数据。假设c(n)表示第n个周期的常数,我们知道每一个on周期,每个on周期都代表一个Message,实际上就是表示第n个Message的常数。 那么at a实际上是这样第一的,如果这个Message被接受了,也就是说当这个Message开始的时候,成on的时候,当这个刚刚成on的时候,也就是说在那个时刻buffer的容量水平是低于它的法值C*的,即使是低于它也不能够保证,我们说如果再一个on周期开始的时候,buffer的容量是低于阀值的,这并不能保证这个Message能够被完整的传输,只是有比较大的希望被完整的传输,因为这还取决于Message的长度,如果说Message长度很长,它还有可能,这个法值C*是低于C,但是Message很长的话,很长的时间里面,可能buffer还是有可能会满的,如果一旦满了的话,这个Message还是没有被成功的传输。 所以说我们这个实际上定义成什么,如果没有传输成功,或者根本就没有接受,它就等于0。如果接受了,并且成功传输了,很显然Goodput应该是了,所以我们可以得到这么一个比值。有关这个均值。 刚才我们说的是单源的情况,那么多源的情况是什么样呢?也就是说我有多个on/off源的情况,方法是一样的,只不过变得更复杂一点,如果是多源的情况变得更复杂一点,因为不想花很多的时间在这个复杂的表述上面,所以说我们就跳过它,在后面的数据结果中我们展示它的结果,不再写这些繁琐的方程。 好,数据分析,这个数据分析里面先给了一个例子,是讲单源的模型,也就是说大N=1,就一个源,容量是10,流入率r是1.5,流出率是1.15大于C,β、α都有,OK,这是第一个性能指标。纵坐标代表成功转移的概率,横坐标代表着法值这个C,控制法值C*。可以看出这里有三条曲线,三条曲线对应着不同的α可以这么说,这个α是对应着on周期,所以α的导数实际上是平均on周期的长度。也就是说如果说这个α越小,就意味着那个on周期越长。换句话说,α越小就意味着Message越长,Message系统的负载就越大。所以说它成功转移的概率就应该相对比较小,这很简单。α等于1/4的时候,这个曲线等于1/4就低于α等于1/

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