Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Кроме того, в состав кодирующего устройства в общем случае могут входить устройства, осуществляющие статистический анализ поступающей дискретной последовательности если ее статистика заранее неизвестна, а также устройства, преобразующие дискретную последовательность из одного алфавита в другой. Естественно, что какие бы сложные операции ни выполнялись в таком кодирующем устройстве, они не должны изменить содержание исходных сообщений. Кодирование в таком широком смысле в цифровых системах еще не находит широкого применения в основном из-за значительных технических трудностей.
По сути дела, такое кодирующее устройство должно представлять собой сложную специализированную электронно-вычислительную машину, работающую по некоторой заранее установленной программе. Однако отдельные операции, о которых шла речь выше, в ряде систем уже успешно применяются. Несмотря на технические трудности, помехоустойчивое кодирование находит применение в некоторых системах радиоуправления, в системах дальней космической связи и ряде других систем, где существенное значение имеют вопросы повышения помехоустойчивости передачи информации. В результате ряда преобразований на выходе кодера образуется дискретная случайная последовательность элементов, которую обозначим (х,Д.
Эта последовательность с помощью модулятора изменяет один или несколько параметров сигнала-переносчика информации, который генерируется в передающем устройстве. Изменения параметров сигнала-переносчика происходят в соответствии с изменениями дискретной последовательности и также дискретны. Такой процесс называют манипуляцией сигнала (в отличие от модуляции сигнала, когда его параметры изменяются непрерывно). Обычно осуществляется манипуляция только одного из параметров сигнала-переносчика. В результате манипуляции образуется случайная последовательность сигналов (з„~(()), однозначно соответствующая дискретной 21 случайной последовательности (х„). Сигнал, манипулированный дискретным сообщением, излучается в среду и выполняет роль переносчика информации между пунктами передачи и приема.
Таким образом, передающая часть цифровой линии связи осуществляет ряд операций, связанных с преобразованием дискретного сообщения в сигнал. Эти операции включают кодирование передаваемой информации (понимаемое в самом широком смысле) и манипуляцию сигнала. Совокупность операций, связанных с преобразованием передаваемых сообщений в сигнал, называется способом передачи. Способ передачи можно описать операторным соотношением (Як1 (1) ) =Рнер(хг)-ОмОк(Х1), (1.6) где О,р — оператор способа передачи; О, — оператор кодирования; Π†операт манипуляции *.
Выражение (1.6) определяет математические преобразования, адекватные физическим операциям преобразования сообщений в сигналы. В общем случае сигналы, излученные в среду распространения, претерпевают в ней ослабление (вследствие поглощения и рассеивания энергии) и искажения (замирания, отражения от неоднородностей среды, препятствий и т. п.). Поэтому сигналы (йя,(й)), приходящие в точку приема, могут существенно отличаться от излучаемых передатчиком не только своей энергией, но и статистическими характеристиками и спектральным составом. Влияние среды на распространяющиеся в ней сигналы можно также описать операторным соотношением (Зк~ (Г)) = Рс (Зщ (Г)) =ОсОпер (Хг)ю (1 7) где О, — оператор среды распространения.
Учет влияния среды во многих случаях необходим; особенно это относится к средам, параметры которых непрерывно и случайным образом заметно меняются за время сеанса связи. ' Оператором называется символ, который ставится впереди функции и показывает выполнение некоторого действия, приводящего к новой функции 22 Кроме сигналов прошедших среду, на вход приемника цифровой линии связи попадают и различные аддитивные помехи внешнего происхождения (сигналы других систем, промышленные и атмосферные помехи, шумы среды и т.
п.). К аддитивным помехам, действующим на входе, обычно относят также внутренние флюктуационные шумы приемника. Таким образом, на входе приемника действует непрерывный случайный процесс у(1) =(з„. (~))+'Ц лг (1), (1.8) /=! где п,()) — случайный процесс, соответствующий одной из аддитивных помех; Ж вЂ” число независимых источников помех. В приемной части цифровой линии связи принятая смесь сигнала и помех должна быть преобразована в дискретное сообщение, соответствующее переданному сообщению.
Это преобразование состоит из ряда операций, обратных операциям, выполняемым в передающей части цифровой линии связи. После фильтрации и усиления в избирательной части приемника сигнал демодулируется и на выходе демодулятора образуется дискретная последовательность (х,;), которая должна соответствовать последовательности (хы) на выходе кодирующего устройства. Однако из-за действия помех, влияния среды, погрешностейразличных преобразований, вызванных неидеальностью и нестабильностью характеристик отдельных узлов иэлементов системы, полного соответствия между (хгн) и (хгн) может и не быть. Последовательность (Х,,-) вводится в декодирующее устройство, которое выполняет операции по ее преобразованию в последовательность (х;), соответствующую переданной цифровой последовательности (х;).
Полнота этого соответствия зависит от ряда факторов: корректирующих возможностей кодираванной последовательности (Хы), уровня сигнала и помех и их статистики, свойств декодирующего устройства и т. п. Сформированная в результате декодирования цифровая последовательность Щ поступает к получателю информации. Таким образом, приемная часть цифровой линии связи осуществляет ряд операций, связанных с преобразо- 23 ванием сигналов, принимаемых на фоне помех, в дискретные сообщения, выраженные в цифровой форме.
Совокупность этих операций называется способом приема. Математически его можно описать операторным соотношением (Х!) = Рпр [д (1)) = Рпр [Зку (Г)) + ,'»! Лу (1) ° (1.9) у=! где Р,р — оператор способа приема. Его можно. представить в виде произведения двух операторов, один из которых Р„„ соответствует процессу демодуляции сигналов, а втврой Рд, — декодированию.
Тогда (ХУ) =РдкРдм [З,У (Г)) +~ ЛУ (1) . (1.10) у'=1 Учитывая операторные соотношения, соответствующие передаче, влиянию среды и приему, весь процесс передачи информации по цифровым линиям связи можно также записать в операторной форме: [ху) =Рпр РсРпср(ху)+',»', пу(1), (1.11) у=! которая с учетом смысла отдельных операторов может быть представлена в виде [ху) — РдкРдм РсРмРк [ху).+'~)~ пу (1) (1 ° 12) утм ! Рассмотренный подход позволяет описать процесс передачи информации некоторсуй математической моделью, что открывает возможность четко поставить ряд важных проблем теории связи и наметить пути их решения. Одной из важнейших в этом ряду является проблема оптимизации линий связи.
1,5. ОСНОВНБ1Е КРИТЕРИИ И ПОКАЗАТЕЛИ КА ЧЕСТВА РАБОТБ1 ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Из рассмотрения, проведенного в предыдущем параграфе, следует, что задача цифровой линии связи состоит в достаточно хорошем «приближении» (в некотором определенном смысле) принятого множества (х;) к переданному множеству (х;). Иными словами, качество принимаемой информации зависит от степени указанного приближения. Для количественной оценки этого приближения пользуются вероятностью ошибки приема отдельного элемента дискретного сообщения (см.
$1.2) или вероятностью ошибки приема всего дискретного сообщения. Передача информации с требуемым качеством еще не дает оснований для суждения о том, хороша или плоха данная линия связи. Всегда желательно, чтобы линия связи обеспечивала передачу информации с требуемым качеством наиболее «экономно», т. е. с наименьшими «затратами», понимаемыми в некотором апреде ленном смысле. Под такими затратами можно понимать затраты мощности, полосы частот, стоимости оборудования, его веса и т. д.
н т. п., которые необходимы для передачи определенного количества информации (например, одной двоичной единицы). Для количественной оценки затрат при передаче информации выбирают тот или иной критерий. Выбор критерия определяется рядом соображений и, как правило, представляет собой компромисс между стремлением учесть ряд особенностей работы линий связи и стремлением к простоте и удобству пользования. При выборе критерия необходимо учитывать требования и ограничения, которые наложены на некоторые характеристики и параметры системы связи.
В настояшее время в некоторых цифровых системах ограничивающим фактором первостепенной важности является величина излучаемой средней или пиковой мощности (например, в системах дальней космической связи), а в некоторых — используемая полоса частот (напрнмер, в системах передачи данных по стандартным телефонным каналам). г)меются системы, в которых не- йб обходимо учитывать не один, а ряд ограничивающих факторов (вес, габариты, излучаемая мощность). Выбрать критерий, который был бы универсальным для любых систем передачи цифровой информации, трудно. Для одного класса систем лучше подходит один критерий, для другого — другой.
Наиболее широко в настоящее время в теории связи и в прикладных задачах применяются критерии, в соответствии с которыми системы связи оцениваются величиной затрат на передачу единицы количества информации при заданном качестве ее приема. Такие критерии можно назвать критериями удельных затрат. В соответствии с этими критериями лучшей оказывается та система, которая характеризуется меньшими удельными затратами. Иногда более удобны критерии, в соответствии с которыми системы связи оцениваются количеством информации, приходящейся на единицу условных затрат при заданном качестве приема информации. Такие критерии можно назвать критериями удельной информации. В соответствии с этими критериями лучшей оказывается та система, которая характеризуется более высокой удельной информацией.
Нетрудно видеть, что критерии удельных затрат и удельной информации обратны по отношению друг к другу. В дальнейшем при оценке качества работы различных систем передачи цифровой информации и сравнении этих систем между собою будем пользоваться критериями удельных затрат.
Чтобы не .усложнять задачу, из всех видов затрат будем учитывать. только затраты энергии и полосы частот на передачу одной двоичной единицы информации (одного бита). В соответствии с этим удельные энергетические затраты будем характеризовать величиной ()в = Ео(Мь (1.13) где Еа — энергия сигнала на входе приемника, соответствующая передаче одного бита информации с заданной достоверностью; й(э — спектральная плотность мощности помехи на входе приемника. Удельные затраты полосы будем характеризовать величиной (1.14) где 1т — информационная скорость передачи (бит/с); Л/е — эквивалентная полоса пропускання приемного устройства, соответствующая ширине спектра используемого сигнала *.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
