Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Такие критерии впервые были внедрены Сандерсом 1161 для оценки качества работы систем связи, в которых основной помехой являются флюктуацнонные шумы с равномерной спектральной плотностью Ме. Эти критерии оказались очень удобными и получили широкое распространение в теории связи и ее приложениях. Если спектральную плотность нельзя считать равномерной (помеха типа «окрашенного» шума), можно приближенно пользоваться усредненной величиной удельных затрат энергии (1.15) где Фа(/) — средняя величина спектральной плотности помех в полосе пропускания Л/„определяемая выра- жением У (/) й/ ~ У (/) с(/ о (1.16) е Как известно из курса радиоприемных устройств, полоса пропускания приемника определяется в основном полосой пропускания его усилителя промежуточной частоты.
27 Значения ри н ра можно рассматривать как обобщенные показатели качества работы системы связи, оцениваемой в соответствии с критериями затрат. Как уже указывалось ранее (см. ф 1.2), качество передачи цифровой информации оценивается достоверностью и скоростью ее передачи.
При оценке же качества работы системы передачи информации наряду с этими абсолютными показателями необходимо также учитывать обобщенные показатели, рассмотренные выше. Итак, качество работы системы передачи цифровой информации можно характеризовать следующими показателям н: 1) вероятностью ошибки при передаче одного элемента дискретного сообщения; 2) информационной в технической скоростью передачи сообщений; 3) энергетическими затратами на передачу одной двоичной единицы информации (удельные затраты энергии); 4) затратами полосы на передачу одной двоичной единицы информации (удельные затраты полосы). Необходимо отметить, что перечисленные показатели не затрагивают такие важные стороны, связанные с технической реализацией систем, как стоимость, вес, габариты и т. д. Учет этих факторов представляет большую самостоятельную проблему, относящуюся к областипроектировапия„ и конструирования систем. В данной книге этн вопросы не рассматриваются.
1.б. ПРОБЛЕМА ОПТИМИЗАЦИИ ЦИФРОВБТХ ЛИНИЙ СВЯЗИ Если критерии оценки качества работы линии связи выбраны, то ее показатели в соответствии с этими критериями будут тем выше, чем лучше выбраны способы передачи и приема. Можно представить такую линию связи, в которой при равных прочих условиях соответствующие операции приема и передачи выполнены «наилучшим» образом и, следовательно, показатели качества работы линии связи самые высокие. Линия связи, в которой применены наилучшие спосвбы передачи и приема (с точки зрения выбранных критериев), оптимальна или идеальна.
В любой лйнии связи имеются три фактора, определяющие степень соответствия принятых сообщений переданным (достоверность или точность передачи): !) наличие помех; 2) нендеальность н нестабильность различных характеристик системы связи; 3) неидеальность характеристик среды распространения сигналов. Следовательно, оптимизация линии связи с математической точки зрения сводится к такой оптимизации выражения (1.11), чтобы при требуемой достоверности передачи информации обеспечивался минимум затрат в соответствии с принятым критерием. Сказанное можно записать в виде формального соотношения 28 к (х1) = ор1 1?пв 0~Юшр (х~) +~ л? (1), (1.17) ом которое соответствует передаче информации с минимальными затратами при условии заданного соответствия между принятым множеством (х;) и переданным множеством (хД.
В общем случае оператор 1?„определяющий влияние среды, может оказывать существенное влияние на передачу информации. Особенно это относится к средам с переменными случайными параметрами. Непосредственно воздействовать на оператор О, и изменить его в желаемую сторону в настоящее время не представляется возможным, так как свойства среды практически неуправляемы По этой причине оптимизация линии связи может быть достигнута только оптимальным совместным выбором операторов 1?„р и 1?щ„т. е. соответствующим совместным выбором оптимальных способов передачи я приема. При такой постановке задачи оптимизация линии связи сводится к оптимизации системы связи с учетом действия помех и влияния среды. Чем более полны и достоверны априорные сведения о помехах и среде, тем успешнее могла бы быть решена эта задача.
Несмотря на то, что задачу оптимизации линии связи можно сформулировать в достаточно общем виде, практическая ценность такой постановки невелика. Дело в том, что до сих пор нет достаточно эффективных методов оптимизации сложных систем в целом. Попытка четко сформулировать и решить такие задачи в весьма общем виде наталкиваются на большие математические трудности, преодолеть которые в настоящее время не удается.
Как известно 1171, эффективная теория оптимизации систем связи должна давать ответ на следующие вопросы. 1. Какова структура оптимальной системы, т. е. какие конкретные операции необходимо выполнить, чтобы обеспечить оптимальную передачу и прием информации в заданных условиях и при определенных наложенных ограничениях? 2.
Как оценить качество работы системы, т. е. как получить количественные характеристики оптимальной передачи сообщений? 3. Как сравнить оптимальные системы с реальными в каковы пути приближения реальных систем к оптимальным (реализация субоптимальных систем)? Ответ на поставленные вопросы в настоящее время пытаются получить либо существенно упрощая рассматриваемые модели линий связи, либо вводя ряд ограничений и фиксированных условий. В соответствии с этим сложилось два направления развития теории оптимизации систем. Первое связано с разработкой теории оптимизации всей системы связи. Оно основывается на рассмотрении упрощенных идеализированных моделей линий связи.
Задачу оптимизации всей системы часто заменяют задачей оптимизации ее отдельных подсистем, т. е. проводят оптимизацию по частям в соответствии с некоторыми установленными критериями. Такой подход упрощает задачу и в некоторых случаях позволяет решить ее до конца. Однако необходимо иметь в виду, что оптимизация системы по частям ие эквивалентна оптимизации всей системы в целом. Второе направление связано с разработкой теории оптимальных систем связи при условии, что способы передачи заданы. Это направление получило название теории оптимальных методов приема. Рассмотрим более детально суть указанных направлений. 1.6.1. Оптимизация системы связи в целом Для этого направления характерен ряд существенных допущений, предположений и идеализаций, относящихся к среде распространения, к характеристикам передающей и приемной частей системы связи, а также к помехам.
Остановимся на некоторых, часто применяемых в теории допущениях и идеализациях. 1. Допущение идеальности среды. Считается, что среда распространения сигналов однородна, ее свойства неизменны, в ней отсутствует поглощение и единственной причиной ослабления сигналов является сферичность расхождения излучаемых сигналов в пространстве. При прохождении через идеальную среду сигналы не искажаются и в зависимости от расстояния меняется только их масштаб по амплитуде. Оператор среды О, в этом случае представляет собой коэффициент, зависящий только от расстояния между передатчиком и при- зо емником. Прн фиксированном расстоянии (передатчик и приемник неподвижны) Р, = сопя(. 2.
Допущение идеальности и стабильности характеристик системы связи. Считается, что все характеристики приемной н передающей частей системы таковы, что в отсутствие помех вся переданная информация полностью и без искажений поступала бы к получателю. 3. Допущение о том, что единственным видом помех является шум с нормальным законом распределения.
Проблема оптимизации системы связи в целом впервые была поставлена и частично решена одним нз основоположников теории информации американским ученым К. Шенноном [!8]. Основываясь на перечисленных выше допущениях и считая, что основная задача системы связи состоит в максимизации средней скорости передачи сообщений по каналу связи, Шеннон доказал ряд теорем, утверждающих существование совместных оптимальных методов передачи и приема.
Иными словами, он доказал принципиальную возможность оптимизации всей системы связи в целом по максимуму средней скорости передачи. Шеннону удалось получить результаты, которые дают возможность количественно оценивать качество работы оптимальной системы связи. Однако на остальные вопросы ответа получить не удалось. Вопрос о структуре оптимальной системы (иными словами, задача синтеза) остался открытым †теор Шеннона не указала конкретные пути ее решения. Решение задачи синтеза оптимальной системы предполагает совместный учет всех операций, связанных с преобразованием сообщений в сигналы и обратным преобразованием смеси сигналов с помехами в сообщения. Эти операции ранее были названы способами передачи и приема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
