Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

В теории информации их часто называют кодированием и декодированием, трактуя эти понятия очень широко и включая в них операции модуляции н демодуляции. Таким образом, в соответствии с подходом Шеннона оптимальная система связи — это такая система, в которой применены «наилучшие> способы кодирования н декодирования информации, обеспечивающие максимум средней скорости передачи информации по каналу связи. Оптимизация в указанном смысле соответствует отысканию структуры системы, заключенной между сечениями А и В на рис.

1.1. 31 Несмотря на ряд существенных допущений (о которых шла речь выше), раскрыть суть оптимальных процедур кодирования и декодирования, а также указать пути их реализации (т. е. установить структуру оптимальной системы связи) до сих пор не удалось. Поэтому для решения задачи синтеза оптимальной системы связи приходится идти по пути дальнейших упрощений, в частности, рассматривать задачу, не учитывая специальные методы кодирования и декодирования, понимая под способами передачи и приема процедуры, связанные только с модуляцией и демодуляцией сигналов.

В такой постановке оптимизация системы соответствует отысканию ее структуры, заключенной между сечениями С и 0 на рис. 1.1. Подобную задачу называют оптимизацией системы «модулятор — демодулятор». В результате решения этой задачи должен быть найден «наилучший» вид сигнала (т. е. установлен вид оптимального сигнала) и соответствующий ему оптимальный способ приема такого сигнала. Поэтому указанную выше задачу иногда также называют оптимизацией системы «сигнал— фильтр». (Решение такой задачи для частного случая бинарного канала выполнено в гл.

3.) Возможна и другая упрощенная постановка задачи. Суть ее сводится к следующему. Часть системы, включая модулятор и демодулятор (часть между сечениями С и В на рис. 1.1)„рассматривается как «черный ящик» и характеризуется стохастической матрицей трансформации множества (х,~) в множество (Х»ч). Такая матрица определяет все возможные вероятности переходов элементов алфавита множества (т«н) в элементы алфавита множества (Х;).

Иными словами, элементами матрицы 'зр;Д являются переходные вероятности рп, характеризующие переход 1-го элемента алфавита множества (хен) в )ьй элемент алфавита множества (х„,). В простейшем случае, когда алфавит входного и выходного множеств двоичный, матрица имеет вид (1.18) и «черный ящик» характеризуется диаграммой переходов, показанной на рис. 1.2.

Значения переходных вероятностей определяются энергией и свойствами сигналов, характеристиками демодулятора, видом н уровнем помех. Задавая матрицу переходных вероятностей, мы 32 формализуем задачу я отвлекаемся от конкретного содержания и свойств той части системы, которая представлена в виде «черного ящика».

Одна и та же матрица может соответствовать различному физическому содержанию этого «черного ящика». Однако она позволяет достаточно полно описать статистические особенности д этого ящика и в этом смысле хг и л являетсн его важнейшей интегральной статистической Ргг ~гг характеристикой.

хг рг В данном случае оптими- Ргг зация сводится к отысканию Рис. ! 2. «наилучшей» структуры системы «кодер — декодер» при заданной статистической характеристике остальной части. Таким образом, можно пытаться оптимизировать систему связи, оптимизируя ее отдельные части: систему «сигнал — фильтр» н систему «кодер — декодер». Необходимо отметить, что несмотря на многочисленные исследования 119, 20, 23, 25], затрагивающие различные стороны этой задачи, проблема оптимизации даже н в такой упрощенной постановке еще далека от завершения.

Методы оптимизации радиоэлектронных устройств рассматриваются также в (267. 1.6.2. Оптимизация приемной части системы связи Для такого направления характерен более узкий подход к проблеме оптимизации линии связи. Считается,что вся совокупность операций, определяющая способ передачи, задана заранее. Задача сводится к отысканию такого способа приема, который был бы оптимальным для заданного способа 'передачи и конкретных условий и ограничений, характерных для данной линии связи. Сказанное можно записать в виде формального соотношения (1.19) (х,) = ор1 0«р(и(1)) или с учетны (1.9) (лг) = орг 19,» (зм (1)) + Д",пг (1), (1.20) 1-~ 3 376 при условии, что вид помех, их параметры и все операции Р~р, связанные со способом передачи, заданы заранее (известны), а влияние среды учтено тем, что исходная (излученная) совокупность сигналов (гы(1)) преобразуется в отличающуюся от нее принимаемую совокупность (йш(1)).

Решение задачи обычно сопровождается рядом условий и ограничений, к числу которых могут относиться ограничения на пиковую или среднюю мощность излучаемых сигналов, вид аддитивных помех, законы распределения флюктуаций параметров сигнала в среде со случайными параметрами и т. д. Рассматриваемое направление оптимизации является предметозг теории оптимальных методов приема. Основы этой теории были разработаны советским ученым В. А. Котельниковым в 1946 — 1947 гг. и изложены им в классической работе «Теория потенциальной помехоустойчивости» (21]. Эта работа послужила толчком к интенсивным исследованиям различных вопросов оптимального приема.

Наиболее детально к настоящему времени разработаны вопросы оптимального приема в каналах с известной статистикой сигналов и помех. Несмотря на ряд существенных допущений и ограничений, при которых обычно решаются различные задачи оптимального приема, получаемые результаты имеют большую ценность, так как позволяют ответить на многие принципиально важные вопросы. В частности, сравнивая показатели оптимального приема с показателями реального способа приема, можно судить о том, насколько целесообразно дальнейшее совершенствование этого способа. Располагая показателями оптимального приема при разных способах передачи, можно установить, какие из этих способов передачи наиболее целесообразны.

Важным достоинством теории оптимальных методов приема является то, что во многих случаях она дает возможность не только найти показатели, но и установить структуру оптимального приемника. Теория оптимальных методов приема является эффективным средством в руках разработчика новых систем передачи .информации, позволяющим ему заранее разобраться, какой из возможных систем и в каком случае необходимо отдать предпочтение; можно ли повысить качественные показатели системы, совершенствуя й4 только.

способ приема; каковы пути реализации способа приема, близкого к оптимальному, и т. п. Сочетание общего и частичного подхода к оптимизации систем связи позволяет более обоснованно и с меньшими затратами времени и средств решать задачи проектирования и разработки таких систем. Вместе с тем важно отметить, что любая теория оптимизации систем всегда базируется на ряде идеализаций и упрощений действительной картины. Эту мысль очень хорошо выразил один нз основоположников общей теории связи американский ученый Д. Миддлтон 117]: «В попытках моделирования действительности упрощение, приближенное рассмотрение и компромисс являются скорее правилом, чем исключением, если желательно получить количественные соотношения».

Поэтому необходимо правильно оценивать возможности и результаты теории оптимальных систем — не преувеличивая и не преуменьшая их значения. Эта теория, как правило,указывает направления поисков и предельные показатели качества работы систем, но не дает готовых рецептов, как осуществить необходимую систему. Создание реальных систем является сложным процессом, опирающимся на хорошее знание теории, инженерный опыт и смекалку.

Важная роль результатов теории оптимизации в этом процессе будет показана при рассмотрении ряда вопросов (см. ф !.7; гл. 3 и 6). Помимо задач оптимизации систем, в инженерных приложениях возникает и другая весьма важная задача — эффективное использование уже действующих линий и каналов связи, так как в их создание вложены большие средства. Это вызывает значительное развитие методов защиты передаваемой информации от помех путем помехоустойчивого кодирования; методов устранения избыточности в передаваемых сообщениях; методов понижения требуемого отношения сигнал/шум при сохранении заданной точности передачи информации; совершенствование методов уплотнения и разделения каналов при многоканальной передаче; совершенствование методов и способов модуляции и демодуляции и т.

д. Итак, развитие современных систем передачи цифровой информации идет по двум направлениям: 1) отыскание новых методов и способов передачи и приема информации, приближающих показатели работы систем 3~ 35 к предельно возможным; 2) совершенствование суще ствующих систем с целью их более аффективного использования. !.7.

Характеристики

Список файлов книги