Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 103
Текст из файла (страница 103)
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. Данные о радиодиапазонах приведены в табл. 1.1. Далее более подробно, чем в гл. 1, рассматриваются особенности распространения и использования радиоволн различных диапазонов.
По способу распространения радиоволн различают каналы с открытым и закрытым распространением. В каналах с закрытым распространением электромагнитная энергия распространяется по направляющим линиям (кабельные, проводные, волноводные СВЧ тракты и др.). Для таких каналов характерны малый уровень помех и постоянство параметров сигнала, что позволяет передавать информацию с высокой скоростью и достоверностью. В диапазонах ОНЧ и НЧ на небольших расстояниях поле в месте приема создается в результате дифракционного огибания волнами выпуклой поверхности Земли. На больших расстояниях радиоволны распространяются в своеобразном сферическом волноводе, внутренняя стенка которого образуется поверхностью Земли, а внешняя — ионосферой, Такой механизм распространения радиоволн позволяет принимать сигналы в любой точке Земли, причем параметры принятых сигналов отличаются достаточно высокой стабильностью.
Особенностью этих диапазонов является также способность волн проникать в толщу Земли и воды на глубину в десятки метров. Принципиальным недостатком таких каналов являются ограниченная полоса частот (еднницы герц) и очень большие линейные размеры антенных устройств, соизмеримых с длиной волны, составляющей километры. Сверх- длинные волны находят применение в навигации и передаче ограниченного объема информации на подводные объекты. В распространении волн диапазона ВЧ участвует ионосфера. Однако если волны, длиннее 1 км, отражаются от нижнего ее слоя практически зеркально, то декаметровые волны достаточно глубоко проникают в ионосфе- РУ, что приводит к эффекту многолучевости, когда в точку приема приходит одновременно несколько сигналов с разными временами запаздывания. Многолучевость может носить дисперснонный или дискретный характер.
Дисперсия (рассеяние) сигнала определяется отражением радиоволн от некоторого объема ионосферы, а дискретная многолучевость — отражением эт Разных слоев ионосферы. Поскольку глубина проникновения в ионосфе- 134 9.2. Каналы связи ру зависит от длины волны, то для передачи информации между двумя пунктами можно указать оптимальную рабочую частоту, на которой связь будет наиболее надежной (максимум мощности принимаемого сигнала, минимум эффекта многолучевости). Значения оптимальной рабочей частоты рассчитывают для определенных трасс и времени связи. Для этого составляют долговременные и кратковременные прогнозы по данным мировой сети станций ионосферного зондирования. Декаметровые волны широко применяются для глобальной связи и радиовещания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
