Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Для уменьшения межсимвольных искажений (МСИ) используются устройства, позволяющие корректировать АЧХ и ФЧХ канала или компенсировать переходной процесс в канале. В общем случае такие корректоры должны быть адаптивными. При небольших уровнях МСИ широко используются линейные методы коррекции, которые реализуются в виде выравнивающих фильтров, компенсирующих МСИ в отчетные моменты времени.
Такие фильтры (корректоры) обычно выполняются в виде трансверсальных фильтров — линий задержки с отводами и весовым сложением снимаемых напряжений. В канале с гауссовским шумом и МСИ, близким к оптимальному приемнику (в класее линейных), является приемник в виде каскадного устройства, состоящего из согласованного фильтра и трансверсального фильтра [17[. При большом уровне искажений в канале качество работы линейного корректора ухудшается.
В этих условиях целесообразно использование методов нелинейной коррекции МСИ, в частности коррекции с обратной связью по решению [17[. Для борьбы с сосредоточенными по спектру и импульсными помехами часто используются компенсационные методы, позволяющие существенно ослабить их влияние на качество передачи. Исследования показывают, что квазиоптимальный приемник в каналах с сосредоточенными и импульсными помехами и флуктуационными шумами должен содержать анализатор и компенсатор помехи и согласованный фильтр для полезного сигнала [26[. Существуют разные способы формирования оценки помехи на основе наблюдения и измерения параметров помехи как на интервалах времени, предшествующих интервалу решения, так и непосредственно на интервале вынесения решения.
Чем точнее оценка помехи, тем ближе приемник с компенсатором к оптимальному. В простейших случаях роль компенсатора в определенной мере могут выполнять режекторные фильтры при сосредоточенных по 418 спектру помехах или устройства запирания приемника на время действия импульсной помехи (см. э 5.9). Осуществить обработку сигналов, при которой устраняются влияния любых помех и искажений в канале, — задача практически неразрешимая. Гауссовский флуктуационный шум принципиально неустраним, его можно лишь ослабить до определенного предела, определяемого потенциальной помехоустойчивостью при заданном виде сигнала. Влияния же таких помех как сосредоточенные, импульсные, могут быть полностью устранены.
В принципе могут быть устранены также линейные и нелинейные искажения, межсимвольные и межканальные помехи. Для каждого отдельного вида помех и искажений задача их компенсации разрешима. Задача компенсации помех и искажений сильно усложняется при одновременном действии совокупности различных помех и искажений. Приемник в этих условиях должен быть сложным адаптивным устройством, выполняющим большее число операций. При всей сложности такого приемника его основными блоками будут устройства компенсации (коррекции) иегауссовских помех и искажений и корреляционные устройства, осуществляющие оптимальную обработку сигнала при гауссовском шуме.
Таким образом, с помощью модема и устройств обработки сигнала потери в канале за счет негауссовских помех и искажений можно в принципе свести до минимума и тем самым реальный канал преобразовать в канал, близкий к идеальному гауссовскому, который отображается в яСК без памяти. При этом будут созданы условия для наиболее эффективного использования корректирующего кода в канале, А это в свою очередь позволяет достигнуть высокой эффективности СПИ в целом. Современиыс элементная база и вычислительные средства позволяют внедрять цифровые методы обработки сигналов, на основе которых создаются сложные алгоритмы оптимального приема в условиях действия в канале различных помех и искажений.
Для этого используются программные методы построения аппаратуры с помощью универсальных и специализированных микропроцессоров. 11.5. СОКРАЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ. СЖАТИЕ ДАННЫХ Дальнейшее повышение эффективности СПИ связано с кодированием источника. Эффективность кодирования источника полностью определяется его избыточностью а„: п„=1-а„Избыточность источника дискретных сообщений ж„обусловлена тем, что элементы сообщения (например, буквы в тексте) не равновероятны и что между буквами имеется статистическая связь (корреляция).
Обозначим эти составляющие избыточности, соответственно через а, и ж . Полная избыточность источни .а будет Ми =а1+Й2 М1 а2 ° Расчеты показывают, что для текста на русском языке а, = 0,13, а 0,73 и а„= 0,75. Отсюда следует, что основная избыточность обусловлена не распределением вероятностей, а статистической связью между буквами. Аналогичная картийа имеет место и при цифровой передаче речи: большая избьггочность речевого сигнала обусловлена прежде всего наличием сильных корреляционных связей между отсчетами.
Это означает, что наиболее эффективными методами сокращения избыточности источника будут те, которые основаны на декорреляции сообщений. К таким методам относятся при телеграфии методы укрупнения алфавита, а при цифровой передачи речи — методы дифференциального кодирования (методы с предсказанием).
Кодирование с учетом только распределения вероятностей (код Шеннона-Фано, код Хаффмэна) малоэффективно. Коды же, учитывающие статистические связи между буквами, оказываются сложными и требуют значительной задержки передачи при кодировании и декодировании длинных последовательностей сообщений источника.
Поэтому в системах телеграфной связи эти методы кодирования не нашли практического применения — их техническая реализация пока оказывается экономически нецелесообразной. Иначе обстоит дело с устранением избьггочносги в непрерывных сообщениях, в частности в телефонии и телевидении.
Избьпочность речевого оигнала очень велика. Об этом можно .судить хотя бы потому, что для передачи какого-нибудь текста по телефону применяется канал с пропускной способностью в десятки раз большей, чем для его передачи по телеграфу. Было предложено много методов обработки телефонного сообщения с целью устранения его избыточности. Некоторые устройства, осуществляющие такую обработку, называют вокодерами, которые строятся на различных принципах. Одни из них (формантные вокодеры) передают в кодированном виде значения амплитуд составляющих речевого сигнала в отдельных полосах частот, определяющих разборчивость речи. Другие (гармонические во кодеры) 419 осуществляют измерения текущего энергетического спектра речи, разлагают спектральную плотность в ряд Фурье и передают в кодированной форме несколько первых коэффициентов этого ряда.
В приемнике на основе этих данных синтезируется речевой сигнал, аналогичный исходному. Такие системы синтетической телефонии позволяют примерно в 10 раз сократить полосу частот при достаточно хорошей разборчивости речи. Имеется еще одна возможность повышения эффективности связи при передаче телефонных сообщений. Она основана на том, что при двусторонней телефонной связи каждый абонент говорит в среднем не более половины времени,- а остальное время слушает ответ. Кроме того, речь всегда содержит определенные паузы между словами и фразами.
Сюда следует добавить время ожидания, пока подойдет абонент к телефону, и различные перерывы в разговоре, во время которых канал В остается занятым, а информация не передается. В настоящее время известен целый ряд систем связи, в которых телефонные паузы используются для передачи дополнительной информации. Передача данных, например, в паузах телефонного сигнала позволяет в 2...3 раза повысить эффективность использования каналов тональной частоты. Еще более остро стоит проблема устранения избыточности телевизионного сообщения. Эта избыточность чрезвычайно велика, что, в частности, выражается в широкой полосе пропускания, необходимой для телевизионного канала. В вещательных системах телевидения с целью плавного воспроизведения движения приходится, как и в кино, передавать последовательность кадров, весьма мало отличающихся друг от друга. Соседние строки внутри кадра, так же как и соседние элементы изображения на одной строке, тоже очень сильно коррелированы.
Все это порождает огромную избыточность; которую можно было бы устранить, например, передавая значительно меньшее число элементов в секунду и производя соответствующую интерполяцию. При цифровой передаче непрерывных сообщений необходимая полоса частот канала увеличивается примерно в 10...15 раз по сравнению с аналоговой передачей. Таким образом, к естественной избыточности сообщения добавляется частотная избыточность сигнала. Для таких систем задача сокрашения избыточности стоит особенно остро.
Для решения этой задачи широко используются системы с предсказанием АДИКМ (адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция) и АДМ (адаптивная дельта-модуляция), которые были рассмотрены в гл. 8. Эги системы рекомендованы МККТТ для цифровой передачи со скоростью 32 кбит/с. В сочетании с интерполяцией речи АДИКМ позволяет снизить скорость цифрового потока до 16 н даже 9,6 кбит/с при том же качестве передачи речевой информации, что и в ИКМ, при стандарте 64 кбит/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
