Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Метод предсказания широко используется и в вокодерных системах. В этих системах, в отличие от систем ДИКМ, в которых кодируются отсчеты первичного сигнала, в вокодерах кодируются отдельные параметры сигнала. В сочетании с вокодерами АДИКМ позволяет снизить скорость цифрового потока до 2,4 кбит/с1>. Наряду с предсказанием для сокращения избыточности непрерывных сообщений также используются методы декорреляции, основанные на аппроксимации непрерывных сигналов с помощью различных базисных функций. Чаще всего в качестве таких функций используются степенные полиномы нулевого и первого порядка.
Отмечен интерес к интерполяционным методам сжатия данных с применением кусочно-полиномиальной интерполяции на основе сплайн-функций. Высокая эфФективность цифровых систем со сжатием данных, очевидно, будет достигаться в том случае, когда кодек источника согласован с цифровым каналом, включающим в себя кодек канала, модем и непрерывный канал. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что символы сжатой кодовой последовательности имеют более высокую информативность и различный вес в воспроизведении передаваемых отсчетов первичного сигнала, В ряде случаев в канале используется помехоустойчивое кодирование с учетом веса символов (неравная защита).
В общем же для передачи сжатых данных требуется хороший цифровой канал, обеспечивающий достаточно малую вероятность ошибки передаваемых кодовых символов. Наиболее полное согласование, очевидно, возможно при совместном кодировании источника и канала. Кодирование источника и помехоустойчивое кодирование канала связаны между собой. Уменьшение избыточности источника а„влечет за собой необходимость увеличения избы ') В последнее время разработаны вокодеры для цифровой передачи речи с удовлетворитель- ным качеством, требующие передачу 1200 бит/с.
420 точности а, корректирующего кода с целью обеспечения допустимой ошибки в канале. Эффективность всей системы кодирования п„=т1 и =1-м, (где и и Ч вЂ” соответственно эффективности, обусловленные кодированием источника и корректирующим кодом) определяется общей избыточностью а„=а„+а„— а„а„. Следовательно, задачу сокращения избыточности источника и задачу корректирования ошибок в канале желательно рассматривать как единую задачу наилучшего кодирования сообщений, при котором обеспечивается наибольшая эффективность системы при заданной верности передачи.
11.б. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ Общая методология оптимизации. Качество работы систем передачи информации характеризуется совокупностью большого числа показателей, основными из которых являются помехоустойчивость, скорость, пропускная способность, дальность действия, электромагнитная совместимость, масса и габариты аппаратуры, стоимость, экологическая совместимость. Совокупность показателей качества системы можно записать в виде вектора о=(ч„ч„-, ч.) (11.25) Наилучшей (оптимальной) считается такая система 5', которой соответствует наибольшее (наименьшее) значение некоторой функции 122~ р(д„д„..., д„) (11.26) от частных показателей качества о„а„..., о„. Величина 9 называется эффективностью или обобщенным показателем качества системы, а функция 1р(у„д„..., д„) — целевой функцией системы (критерием качества). Одним из центральных моментов методики оптимального проектирования или сравнения систем является формирование оценок эффективности — целевых функций системы.
Такие оценки совершенно необходимы при системных исследованиях, связанных с такими задачами, как выбор лучшей системы из числа существующих, оценка уровн:; разработки системы по отношению к современным мировым образцам, определение оптимального варианта новой (проектируемой) системы и т.д.
В простейших случаях эффективность систем оценивают по отдельным наиболее существенным параметрам, например по скорости, по ширине полосы частот канала, по отношению сигнала к шуму и т.д. В общем случае необходим системный подход, при котором эффективность оценивается в целом по совокупности параметров. При этом прежде всего необходимо учесть все наиболее существенные параметры систем. Стремление учесть все параметры, в том числе мелкие и второстепенные, приводит к усложнению целевой функции (критерия качества) и делает труднообозримыми результаты оценки. Вместе с тем чрезмерное ограничение числа учитываемых параметров может привести к тому, что критерий окажется слишком грубым.
Любая оценка эффективности систем производится с целью принятия определенного решения. Так, при проектировании требуется определить совокупность параметров системы, при которых достигается наибольшая эффективность. Количественная оценка эффективности должна удовлетворять определенным требованиям. Она должна достаточно полно характеризовать систему в целом и иметь ясный физический смысл, обладать необходимой гибкостью и универсальностью. Оценка эффективности системы должны быть конструктив- 421 ной — пригодной как для анализа, так и для синтеза систем.
Наконец, оценка эффективности должна быть достаточно простой для вычисления и удобной для практического использования. Распространенной является оценка эффективности в виде линейной функции Ч' = ~~~,Х,.а,, (11.27) ~=! где л — число учитываемых параметров (показателей); Х, — весовые коэффициенты; а,. — относительные значения учитываемых параметров. При таком определении параметров, входящих в сумму (11.27), величину Ч' можно определить в пределах от 0 до 1. Наилучшей будет та система, для которой величина Ч' больше.
Выбор весовых коэффициентов Х, в определенной мере является произвольным. То же самое относится и к числу учитываемых параметров п. Однако доля произвола может быть доведена до минимума путем разработки рациональной методики нахождения этих коэффициентов (например, методики экспертных оценок). Абсолютные значения весов не имеют значения; существенны только относительные веса.
Современные сложные системы связи не всегда могут быть исчерпывающим образом охарактеризованы одним единственным показателем. Оценка по нескольким показателям может быть более полной и вместе с тем более предметной, позволяющей охарактеризовать различные свойства системы. Совершенно очевидно, что большое число показателей неприемлемо. Нужно иметь несколько показателей, характеризующих основные наиболее существенные свойства системы: информационные, технические, экономические и т.п. Во многих случаях достаточно ограничиться двумя показателями, например помехоустойчивостью и скоростью передачи, частотной и энергетической эффективностью, техническим эффектом и затратами.
Окончательное решение, как правило, основывается не только на количественных данных расчета, но и на опыте, интуиции и других эвристических категориях, а также на дополнительных соображениях, которые не могли быть учтены при построении математической модели. В общем случае задача оптимизации СПИ сводится к нахождению максимума целевой функции Ч'(Я) = шахор(д„д„..., у„) при вариации системы Я (ее структуры или значений ее параметров) с учетом исходных данных и ограничений на структуру и параметры системы. Если задана целевая функция Ч'(Я) и определена совокупность допустимых систем (или их вариантов) Я„Я„„,, 5„, то оптимизация сводится к задаче дискретного выбора из конечного числа У заданных систем, т.е.
к выбору системы, которой соответствует наибольшее (наименьшее) из значений Ч'=~(~) '= (~.) -' ~.=~О Более сложной задачей является задача оптимизации (синтеза) структуры системы. Если структура системы может быть достаточно полно описана известными функциями с конечным числом параметров, то задача сводится к оптимизации этих параметров.
В частном случае,' когда целевая функция и все функции, определяющие ограничения, линейно зависят от параметров х„х„...,х„, задача сводится к линейному программированию. В некоторых 422 случаях удается решить задачу аналитически на основании методов функцио- нального анализа. В общем виде решение задачи оптимизации СПИ может оказаться слож- ным и мало пригодным для принятия решения. Поэтому обычно прибегают к поэтапной процедуре оптимизации. Сначала, например, осуществляется опти- мизация по информационным параметрам, а затем — по технико- экономическим показателям.
На первом этапе определяется структурная схема системы, позволяющая оценить ее основные потенциальные характеристики, выбрать способы модуляции и кодирования, метод обработки сигнала в при- емнике. Затем определяются алгоритмы функционирования и параметры от- дельных блоков системы (модема, кодека канала, кодека источника и т.п.). За- вершающим этапом является конструирование системы.
Технико-экономический анализ базируется как минимум на двух показате-' лях: эффекте и затратах 1221. При этом в качестве основных принципов опре- деления эффективности СПИ может быть принцип максимума эффекта Ч' или принцип минимума затрат И~ В качестве затрат обычно принимаются приведенные годовые затраты на единицу продукции (в нашем случае — стоимость передачи одного бита в се- кунду). Оптимизация СПИ. Полезным эффектом (продуктом) в СПИ является ко-. личество информации, доставляемое потребителю в единицу времени (скорость передачи) при заданной верности передачи, т.е. средняя скорость передачи по каналу в сети связи при вероятности ошибки р < р„,„. Эту скорость принято на- зывать пропускной способностью системы и обозначать С,', в отличие от шен- ноновской пропускной способности канала С'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
