Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 108
Текст из файла (страница 108)
В этих случаях ошибки имеют тенденцию поражать символы, передаваемые на одной поднесущей (при сосредоточенных помехах) либо в одном интервале времени (при импульсных помехах), Известны коды„которые позволяют успешно исправлять такие решетчатые конфигурации ошибок. Примером согласованного подхода к кодированию н модуляции с учетом свойств непрерывного канала являются системы с обратной связью. 415 Неотьемлемым элементом этих систем является кодирование с обнаружением ошибок. Практически почти все действующие системы передачи данных по каналам с переменными параметрами используют решающую обратную связь. В этом случае по результатам "измерения" состояния канала с помощью кода автоматически осуществляется изменение режима работы системы путем переспроса.
Как уже отмечалось, кодирование и декодирование с обнаружением ошибок в канале с переменными параметрами осуществляется значительно эффективнее, чем непосредственное исправление ошибок. Одной из причин этого является тот факт, что оптимальный алгоритм декодирования с обнаружением ошибок совершенно не зависит от характеристик канала, вероятность необнаруженной ошибки мало зависит от этих характеристик и определяется главным образом структурой кода.
Важнейшей проблемой на пуги создания высокоэффективных систем передачи информации является проблема согласования модемов и кодеков с учетом статистических свойств непрерывного канала.' Кодирование и модуляцию необходимо рассматривать как единый процесс формирования наилучшего сигнала, а демодуляцию и декодирование — как процесс наилучшей обработки сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции (СКК). Многопозиционные сигналы с плотной упаковкой (например, ФМ, АФМ) обеспечивают высокую удельную скорость у за счет снижения энергетической эффективности р. С другой стороны, корректирующие коды позволяют повысить энергетическую эффективность при определенном снижении удельной скорости. Каждый из этих способов дает выигрыш по одному показателю в обмен на ухудшение другого, Вместе с тем во многих случаях важным является одновременное повышение как энергетической, так и частотной эффективности.
Решение этой задачи возможно при использовании ансамблей многопозиционных сигналов совместно с помехоустойчивым кодированием. При этом, очевидно, необходимо сформировать такие сигнальные последовательности, точки которых в многомерном пространстве плотно упакованы (чтобы обеспечить высокую частотную эффективность) и достаточно разнесены (чтобы обеспечить достаточно высокую энергетическую эффективность). Такие сигнальные последовательности, построенные на базе помехоустойчивых кодов и многопозиционных сигналов, называются сигнально-кодовыми конструкциями (см. гл. 7). В качестве помехоустойчивых кодов обычно используются в СКК сверточные и каскадные коды, а в качестве многопозиционных сигналов — сигналы ФМ, АФМ и ЧМНФ.
Устройство, реализующее СКК, состоит из кодека, модема и согласующих устройств. Для согласования кодека двоичного помехоустойчивого кода и модема и-позиционных сигналов часто используется манипуляционный код Грэя, при котором большему расстоянию по Хэммингу между блоками кодовых символов соответствует большее расстояние по Евклиду. между соответствующими им сигналами. Код Грэя, включенный между помехоустойчивым кодеком и модемом, преобразует и-позиционный канал без памяти в двоичный канал с памятью длиной ч=1оВ,~п символов.
Однако код Грэя не является оптимальным. Двоичное представление канальных символов требует, как правило, неравной защиты с помощью корректирующего кода. Это обусловлено тем, что используемые в каналах ансамбли многопозиционных сигналов в большинстве случаев оказываются в месте приема неэквидиетантными. Неэквидистантны также и соответствующие им наборы двоичных символов манипуляционного кода.
В настоящее время известны и другие способы согласования источников сообщений и каналов. В частности; способы, основанные на иерархическом 416 разбиении ансамбля сигналов на набор вложенных подансамблей с монотонно-возрастающими расстояниями между ними и подбором кодов для каждого уровня иерархии так, чтобы выровнять результирующие расстояния. Более плодотворным в этом направлении является способ построения СКК на основе обобщенного каскадного кодирования.
В этом случае внешние помехоустойчивые коды согласуются с внутренними кодами, в качестве которых используются вложенные подансамбли сигналов 121. Пример построения сигнально- кодовой конструкции (комбинированной модуляции) с использованием решетчатых кодов Ангербоека приведен в 5 7.3. Возможно построение СКК и на основе многомерных сигналов, позволяющих увеличить число позиций сигнала без существенного уменьшения расстояния между ними.
Однако следует помнить, что построение более совершенных СКК связано с неизбежным усложнением их реализации. Показатели эффективности СКК определяются следующими соотношениями: р=р. +~Р (11.21) 2Я1о8т у — уму. (11.22) где р„и у„— показатели эффективности системы модуляции (модема); Лр„„— энергетический выигрыш кодирования (кодека); у„— частотная эффективность кодека.
Результаты расчетов показывают (рис. 11.6), что применение СКК позволяет получить одновременно выигрыш как по энергетической, так и по частотной эффективности и, во всяком случае, выигрыш по одному показателю, не ухудшая другой. Так, система ФМ-8-СК при использовании перфорированного сверточного кода [21 со скоростью Я=2/3 обеспечивает энергетический выигрыш ЛД = 2,8 дБ без снижения удельной скорости у, а система АФМ-16-СК при Я= 1~2 и кодовом ограничении г = 3 — выигрыш по удельной скорости Лу = 2 дБ без снижения энергетической эффективности р. Информационная эффективность этих систем т1 = 0,6...0,7. Значительный интерес представляют сигнально-кодовые конструкции ЧМ1НФ-СК, построенные на основе ЧМНФ сигналов и сверточных кодов. Фазовые изменения ЧМНФ сигналов имеют вид регулярной решетки аналогично решетчатой диаграмме СК.
Это позволяет совместить в системе ЧМНФСК процедуры демодуляции и декодирования пугем обработки сигналов на приеме по единой сигнально-кодовой решетке с использованием алгоритма Витерби (АВ) или алгоритма Кловского-Николаева (АКН). 11А. КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕа. И ИСКАЖЕНИЙ В КАНАПКЕ. До сих пор в гл. 11 мы определяли эффективность систем связи, в которых используется гауссовский канал без искажений с оптимальной обработкой сигнала в месте приема.
В реальных условиях эффективность может снижаться по целому ряду причин, основными из которых являются межсимвольные и межканальные помехи, неточность формирования и синхронизации сигнала, нестабильность тактовых и несущих частот. Случайные изменения параметров канала, наличие сосредоточенных и импульсных (чаще всего негауссовских) помех также могут существенно увеличить потери информации в канале.
Что касается межсимвольной интерференции в канале, обусловленной, например, много- лучевым распространением волн или ограничением полосы пропускания, то уже сегодня используются оптимальные приемные устройства, которые обеспечивают для узкополосных 417 сигналов помехоустойчивость более высокую, чем в одиолучевом канале [14[. Это понятно, если учесть, что многолучевость в принципе образует дополнительные пути передачи полезной информации. Такие оптимальные приемные устройства„построенные по алгоритму Кловского-Николаева или Витерби, рассмотрены в З 5.6.
Они находят применение, например в цифровых сотовых системах мобильной радиосвязи, построенных на основе временного разделения сигналов отдельных пользователей по общеевропейскому стандарту ОКМ. Другой путь преодоления многолучевости канала (МСИ) — переход к широкополосным (шумоподобным) сигналам с большой базой. Если использование оптимальных присиных устройств в канале с МСИ нецелессюбразно (уровень флуктуационных шумов мал), как и нецелесообразен (вследствие уменьшения частотной эффективности) переход к сигналам с большой базой, то приходится, естественно, думать о компенсации искажений, порожденных МСИ.
Энергетическую эффективность (дБ) реальной системы (канала) при выбранных способах модуляции и кодирования можно определить с учетом выражения (11,21): Р=Р +дР -дР (11.23) где др — энергетические потери, обусловленные действием негауссовских помех и искажений в канале. Энергетические потери (ЭП) показывают, насколько необходимо увеличить отношение сигнал-шум на входе реального канала по сравнению с идеальным гауссовским, чтобы вероятность ошибки осталась прежней. Аналогичным соотношением в соответствии'с (11.22) определяется частотная эффективность (дБ) реальной системы: у = т„— дт — ду (11.24) где Ьт — потери (проигрыш) частотной эффективности (удельной скорости) за счет применения корректирующего кода; Лу — потери в канале.
Величина Лт„„полностью определяется скоростью кода Я. Потери в канале ду зависят от многих факторов, которые приводят к расширению полосы частот реального канала по сравнению с теоретически необходимой для данного сигнала. Такое расширение полосы требуется, в частности, для снижения уровня межканальных и межсимвольных (при отсутствии оптимального приема) помех.
Полоса канала также зависит от формы сигнала, от плавности изменения его фазы и огибающей (особенно нежелательны скачкообразные изменения). Корректирующие коды, как уже отмечалось, наиболее эффективны в каналах с малыми ошибками. Поэтому, по-видимому, целесообразно сначала принять определенные меры для уменьшения влияния помех и искажений в канале, а затем для дальнейшего повышения верности или эффективности связи применять корректирующие коды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
