Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 111

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 111)

Если С' — понятие теоретиче- ское, характеризующее предельные возможности канала, то С,' — есть характе- ристика техническая, зависящая от реальных характеристик и аппаратуры дан- ной системы. По определению Т С,= — =пС=~„„~.1.С. (11.28) и Здесь Т вЂ” количество бит информации, переданное по каналу в сети связи за время Т„= Т, +Т„где Т, — время передачи (длительность) сообщения; Т,— время задержки, включая время ожидания; и = 1- х„— эффективность кодека источника, ж„— избыточность сообщения (источника), и„= Ч т~„= Я„/С вЂ” эф- фективность канала, вычисленная с учетом корректирующего кода, вида моду- ляции и потерь в канале, П вЂ” эффективность кодека канала, ч„— эффектив- ноеть модуляции, П, = Т, (҄— эффективность сети.

С учетом выражений (11.4) и (11.28) имеем С,' =(1 — к„) (11.29) " 1о8(уД3+1) где согласно (11.23) и (11.24) 0=0„+лР -лР, у =у„+Лу -Лу С,' — это то реальное количество информации, которое доставляется потре- бителю в единицу времени при заданном качестве передачи р< р „. При оптимизации СПИ выражение (11.29) для С,' можно принять в качестве целевой функции Ч'=С,' =~р(х„, р, у, т1„р, С').

Тогда задача будет состоять в том, чтобы найти такую систему связи, которая доставляет максимум этой функции при заданных условиях и ограничениях. Математически — это задача нелинейного, а в ряде случаев линейного программирования. В некоторых частных случаях задача решается аналитически, как задачи поиска экстремума функционала.

В тех случаях, когда требуется обеспечить заданную достаточно высокую величину С,', выбор системы осуществляется путем анализа (сравнения) возможных вариантов, удовлетворяющих заданным требованиям. Необходимая величина С,' в этих случаях достигается путем компромиссного выбора показателей, входящих в выражение (11.29), с учетом техникоэкономических требований. Задача оптимизации СПИ возникает как при разработке новых, так и при усовершенствовании существующих систем.

Во многих случаях она ставится как задача повышения эффективности СПИ. Решение такой задачи не является однозначным. Высокое (или необходимое) значение С,' согласно (11.29) может быть достигнуто различными пугями. Рассмотрим это на примере системы передачи дискретных сообщений (СПДС). Будем считать, что сеть связи, в которой должна работать рассматриваемая СПДС, известна (задана ее эффективность и,). Известен обычно и источник сообщений (задана его избыточность ж„). Заданной является и требуемая верность (ошибка) передачи Р < р„„. Пропускная способность канала С' является информационным ресурсом системы.

Он обычно задается или выбирается на основе существующих стандартов. Здесь при выборе возможны варианты. Согласно формуле Шеннона величина С' = Р1о8(р+ 1) полностью определяется энергетическим ресурсом р = Р,(Р и частотным ресурсом Е Выбор полосы частот канала Г весьма ограничен и регламентируется международными соглашениями. Что касается энергетического ресурса р, то он зависит от мощности передатчика Р и шумовой температуры Т, приемника, а в радиосистемах и от коэффициента усиления антенн 0: р = АР С~Т, где А — постоянный коэффициент. Отсюда следует возможность варьирования величинами Р „6 и Т, для получения необходимого значения С'.

Так, применение узконаправленных антенн позволяет существенно улучшить энергетику канала при заданных передатчике и приемнике. При выбранном значении С' и заданных значениях и, и к„повышение эффективности СПИ сводится к повышению эффективности канала и„. Согласно (11.4) информационная эффективность п„зависит от энергетической эффективности (1 и удельной скорости у, которые можно рассчитать по формулам (11.8) и (11.9). Тогда для заданной вероятности ошибки р„,„и рассчитанной величины энергетики канала р по обменным ру-номограммам (рис. 11.6) можно выбрать вид модуляции и способ кодирования. Однако такой выбор системы модуляции и кодирования по руномограммам не является окончательным. Его необходимо уточнить с учетом 424 потерь в канале на основе формул (11.23) и (11.24).

При этом необходимо учитывать, что высокие показатели эффективности р и у могут быть достигнуты либо за счет выбора высокоэффективных систем модуляции и кодирования, либо за счет снижения потерь в канапе. Практически это означает либо усложнение сигнально-кодовых систем (кодеков и кодемов), либо усложнение канальных устройств, включая систему обработки сигналов (компенсаторов помех, оптимальных приемников и т.д.).

Встает вопрос: какой из этих путей предпочтительнее? Код для канала или канал для кода? Очевидно, в реальных условиях необходимо искать компромиссные решения. После того как выбрана система, по показателям р и у по формуле (11.29) вычисляется С,'. Определив таким образом приемлемые варианты систем по техническому эффекту Ч'. = С,', рассчитаем затраты И' для этих вариантов. Полученные варианты расчета С,',. и Ж позволяют осуществить техникоэкономический анализ по принципу минимума затрат И' или максимума эффекта С,'. Следует иметь в виду, что при анализе систем по двум показателям (в нашем случае по С,' и И~) решение, обращающее в максимум (минимум) один показатель, не обращает в максимум (минимум) другой показатель.

Поэтому лучшей считается такая система, которая обеспечивает максимум (минимум) одного показателя при заданном значении второго показателя. Для более подробного анализа удобно результаты расчетов представить графически. Пусть нам предстоит сделать выбор из нескольких вариантов систем А„А„..., А„руководствуясь двумя показателями: С,' и И~ Каждому варианту системы соответствует точка на плоскости с координатами С,', и Ф; (рис. 11.7). Легко видеть, что условию максимума С,' при заданном значении И" и соответственно условию минимума И~ при заданном значении С,' удовлетворяют системы, лежащие на левой и верхней границах области возможных (приемлемых) вариантов (штриховая линия на рис. 11.7).

Остальные варианты, лежащие ниже и правее штриховой кривой, этому условию не удовлетворяют и могут быть сразу отброшены. Остается проанализировать только три варианта: А„А„А,. Вариант А, обеспечивает наибольшую эффективность С,', но требует с.' больших затрат И~ Варианты А„А, мало отличаются по эффективности. Затраты при '~7 реализации варианта А, значительно мень- А А ше, и поэтому, по-видимому, следует отдать предпочтение варианту А,.

Для принятия окончательного решения необходимо учитывать не только результаты И' Рнс.11.7. Графическое представление расчета, но и целый ряд других требований зависимости эффекта системы С, от затрат р' связанных с надежностью, экологичностью, технологичностью и т.д, 425 ВЫВОДЫ 10.Задача оптимизации СПИ сводится к нахождению такого варианта системы, при котором 426 2. 3. 4. 5.

6. Характерной особенностью системного анализа является переход от анализа отдельных частей (устройств) системы к анализу альтернативных вариантов построения системы как единого целого. В обшем случае эффективность любой технической системы определяется количеством и качеством выдаваемой продукции. В системах связи такой продукцией является передаваемая информация, количество которой определяется средней скоростью передачи бит/с, а качество — величиной ошибки. Важнейшим показателем эффективности систем связи является информационная эффективность ч = Я„/С', определяющая степень использования системой пропускной способно- /Р, сти канала, а также показатели Р=й„/ — ' и т=и„/Р', характеризуюшие соответственно о использование канала по мощности (энергетическая эффективность) и по частоте (частотная эФФективность).

Зависимости между показателями р и т носят обменный характер: увеличение одного показателя связано с уменьшением другого и наоборот. Существует предельная зависимость между Р и у при л = 1 (предел Шеннона). Эта зависимость отражает наилучший обмен между показателями 0 и т в непрерывном канале.

В реальных системах (л < 1) обмен между Р и т зависит от способов модуляции и кодирования. Обменные ~3т -диаграммы позволяют сравнить системы между собой и оценить степень их приближения к идеальной шенноновской системе, позволяют сделать выбор способа модуляции и кодирования при заданных условиях, определить энергетический и частотный выигрыш по сравнению с "эталонной" системой (например, ФМ-4). Аналоговые системы ОМ, АМ и узкополосная ЧМ обеспечивают высокую частотную эф- фективность т при сравнительно низкой энергетической эффективности р. Цифровые системы обеспечивают высокую энергетическую эффективность при сравнительно хорошей частотной эффективности.

При высоком качестве передачи цифровые системы и широкополосная ЧМ обеспечивают примерно одинаковую эффективность. В многоканальных системах наиболее эффективным является метод временного разделения сигналов, затем следует метод частотного разделения и метод разделения сигналов по Форме. В системах передачи дискретных сообщений энергетическую эффективность можно существенно повысить путем применения корректирующих кодов, а за счет применения много- позиционных сигналов повысить частотную эффективность.

Применение каскадных сигнально-кодовых конструкций на основе корректирукяцих кодов и многопозиционных сигналов позволяет повысить одновременно как энергетическую, так и частотную эффективность. Эффективными, в частности, являются конструкции на основе сверточных кодов и многопозиционвых сигналов с ФМ, АФМ, ЧМНФ. Для сокрашения избыточности источника непрерывных сообщений широко используется дифференциальное кодирование (кодирование с предсказанием), позволяющее существенно повысить эффективность ЦСП.

Характеристики

Список файлов книги