Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Различают техническую и информационную скорости передачи. Техническая скорость — это количество посылок (символов), передаваемых в секунду: Я = ПТ, (бод), где Т, — длительность посылки, а информационная — количество двоичных единиц информации в секунду 1 (бит!с), переданных по каналу связи. Различие указанных скоростей связано с необходимостью передачи дополнительной служебной информации, возможностью использования многопозиционного кода и потерями информации в канале.
Если потерь и служебной информации в канале нет, то 1 = = Я!одз т, где т — основание кода. Для двоичных каналов без потерь эти скорости совпадают, поэтому часто используют только термин «скорость передачи информации». 9.1. Структурная схема и основные характеристики цифровых РТС на выходе обратное цифрово-аналоговое преобразование (ЦАП). Кодек преобразует одну кодовую последовательность символов в другую, при этом может изменяться их тактовая частота, основание, структура и разрядность кодовых слов.
Основными задачами, которые решает кодек, являются следующие: — устранение избыточности в получаемом от источника сигнале с целью снижения его технической скорости при фиксированном основании кода (в пределе до его производительности — экономное кодирование); — внесение избыточности для повышения достоверности передачи сообшения по каналу связи (помехоустойчнвое кодирование); — изменение структуры сигнала для затруднения несанкционированного извлечения информации из принятого цифрового сигнала (секретное или криптостойкое кодирование).
Модем преобразует последовательность символов в последовательность радиосигналов, согласованных по своим параметрам с радиоканалом. В простейшем случае на передающей стороне каждому символу из алфавита с основанием т ставится в соответствие радиосигнал определенной формы, а на приемной стороне проводится обратная операция. Процессы модуляции и демодуляции могут быть и более сложными. Например, на передаюшей стороне группе символов ставится в соответствие радиосигнал и тем самым, по сути, изменяется основание кода. На приемной стороне демодулятор может работать с так называемым мягким решением, когда принятому радиосигналу не ставится в соответствие определенный символ из того же алфавита, а вычисляется только его апостериорная вероятность нли принимается решение о его ненадежности (стирание символа). Необходимо отметить, что в последнее время наметились тенденции к совмешению функций помехоустойчивого кодека и модема, появился термин «снгнально-кодовые конструкции».
Эгому в существенной мере способствует высокий уровень информационной технологии, при котором решение сложнейших вычислительных операций в реальном масштабе времени не вызывает каких-либо трудностей. Непрерывный канал связи содержит выходные каскады передатчика, передаюшую антенну, среду распространения с источником помех, приемную антенну и входные каскады приемника, обеспечивающие усиление и при необходимости гетеродинирование сигнала (смещение спектра сигнала по оси частот, как правило, в более низкую область), с возможно малым собственным шумом. Для передачи радиосигналов по НКС требуются определенные затраты энергии н полосы частот.
Чем меньше их значения, тем, при прочих равных условиях, эффективнее система в целом. 531 9. Радиотехнические системы передачи информации Оценим эффективность ЦСПИ для простейшей модели канала, в котором сигнал не искажается, а на входе приемника на него накладывается помеха в виде белого гауссовского шума. Эффективность определяется степенью совершенства модема и кодека и характеризуется двумя показателями; коэффициентом использования полосы частот у = Г/А, где Я вЂ” производительность источника, а à — полоса частот НКС, и коэффициентом использования энергии сигнала ~З = Егоры где Š— энергия сигнала, затрачиваемая для передачи одного бита информации, а Ме — спектральная плотность мощности шума.
Чем меньше коэффициенты у и ~3, тем эффективнее система. Связь между этими коэффициентами следует из фундаментальной теоремы Шеннона о пропускной способности НКС, которую, не претендуя на строгость выкладок, нетрудно вывести, зная информационные характеристики непрерывных сигналов 11291, Сигнал на выходе НКС в полосе частот Е представляет аддитивную смесь полезного сигнала и шума и характеризуется энтропией или средним количеством информации в секунду.
Чтобы достичь максимального значения пропускной способности канала С, естественно потребовать максимальность энтропии полезного сигнала, что будет, если он имеет гауссовский закон распределения и постоянную спектральную плотность мощности в полосе (О...Г). Поскольку в соответствии с теоремой Котельникова такой сигнал полностью определяется 2Е независимыми отсчетами в секунду, дифференциальная энтропия смеси сигнала и шума будет равна г г~г гг,+Р.г, ° *е, е„— щ„ Учитывая, что часть информации при действии шума теряется, среднее количество информации в секунду (пропускная способность канала) на выходе НКС равна с=генг»,./г ге. ег-гг„6,,~.)=ег,г,О+Ргг.г, гггг Пропускная способность характеризует предельные возможности, которые момсно достичь, оптимизируя модем и кодек.
Из теоремы Шеннона нетрудно установить связь между показателями у и р. Если достигается предельная скорость передачи по каналу, то Я = С. Используя формулу (9.1), после несложных преобразований получаем 13 = у(2" » — 1), Зависимость, представленная на рис. 9,2, называется границей Шеннона для идеального гауссовского канала и характеризует геометрическое место точек, находящихся выше кривой, координаты которых соответствуют параметрам реальных систем, Чем ближе точка к кривой, тем совершеннее 532 9.2. Каналы связи модем и кодек системы.
Улучшение одного из параметров приводит к неизбежному ухудшению другого. Поэтому условно ЦСПИ можно разделить на два класса: эффективно использующие полосу частот (область 11) и эффективно использующие энергетику канала у (область 1). Можно указать Рис. 9.2. Граница Шеннона следующие пути решения задач, связанных с повышением у- и ~3-эффективностей. Поскольку минимальная ширина спектра сигнала, передаваемого по каналу, определяется, в основном, длительностью посылок, то уменьшить коэффициент у момсно, объединив группу символов источника в один символ из алфавита с ббльшим основанием, т. е.
использовав многопозиционное кодирование. Именно так эта задача решается в компьютерных модемах, использующих стандартные аналоговые телефонные каналы, Чтобы уменьшить коэффициент р, к группе информационных посылок для повышения помехоустойчивости добавляются дополнительные символы, что при фиксированной скорости требует уменьшения их длительности и, как следствие, расширения спектра сигнала и увеличения у. На практике эти процедуры могут носить более сложный характер, но принципы решения указанных задач остаются такими же. Анализируя рис. 9.2, можно сделать один очень важный вывод: улучшая один из показателей, ухудшаем другой. Например, для достижения скорости передачи 30 кбит!с в телефонном канале с полосой 3,1 кГц необходимо иметь отношение мощности сигнала к мощности шума, примерно равное 100, т.
е. очень качественный канал связи, а рекламируемые модемы со скоростью передачи 56 кбит!с можно использовать только в идеальных каналах без помех. 9.2. Каналы связи Каналы связи можно классифицировать по различным показателям. В теории передачи сигналов каналы классифицируют по характеру сигналов на входе и выходе. Различают непрерывные, дискретные и дискретно- непрерывные каналы. В непрерывных каналах сигналы на входе и выходе непрерывны по уровням, в дискретных — дискретны, а в дискретно- непрерывных — на входе дискретны (непрерывны), а на выходе непрерывны (дискретны).
533 9. Радиотехнические системы иередачи ииформации Возможна также классификация каналов по назначению радиотехнических систем передачи информации (РСПИ) (телеграфные, телефонные, телевизионные, телеметрические и др.), по виду физической среды распространения (проводные, кабельные, волноводные и др.) и по диапазону используемых нми частот. К радиодиапазону относят частоты в пределах З0...3 10" Гц, что соответствует длинам волн от 10' м до 0,1 мм. Кроме р»- диодиапазона, в настоящее время широко используется оптический диапазон волн, В силу дискретного характера электромагнитного излучения в оптическом диапазоне волн такие каналы принято называть квантовыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
