Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Сигналы, удовлетворяюшие таким условиям, называются многоосновными (много- алфавитными). К таким сигналам, в частности, относятся сигналы с многократной фазовой манипуляцией. Естественно, что, стремясь выбрать сигналы с малыми затратами полосы„нельзя забывать о том, что при этом могут потребоваться значительные затраты энергии. Представление о величине затрат в идеальной системе для простых сигналов с различными основаниями можно получить из табл. 1.1, рассчитанной по формулам (1.34) и (1.27).
В этой таблице величина 1Ц, характеризует удельную скорость передачи (число бит в секунду, приходящихся на один герц полосы). Из рассмотрения данных табл.1 1 * Особенности и свойства сложных сигналов рассмотрены в гн. 6. 41 Таблица 1.! следует, что увеличение основания алфавита приводит к сравнительно малому уменьшению затрат полосы и к заметному увеличению затрат энергии. Поэтому выбор сигналов с большими основаниями должен осуществляться очень осторожно. Обычно сигналы с основаниями п)8 не применяют по ряду причин (некоторые из них подробно рассматриваются в гл.
6). Сигналы рассмотренного класса находят широкое применение в системах передачи данных, использующих радиотелефонные и другие каналы с ограниченной полосой пропускания. Малые затраты энергии (()в(1). Выше было установлено (см. формулу (1.27) и вытекающие из нее результаты), что стремление к минимально возможным затратам энергии даже в идеальном канале связи приводит к очень значительным затратам полосы.
Следовательно, условию (рл — нп!при) соответствует условие (Ц со). В этом случае используемые сигналы характеризуются соотношением Ба»!ор и. (1.39) Так как минимальное основание алфавита (а следовательно, и основание сигнала) равно двум, то для получения энергетических затрат, приближающихся к минимально возможным, необходимо применять сложные сигналы с большой базой. Однако расчеты показывают, что условие (1.39) слишком жесткое, так как энергетические затраты очень близки к минимально возможным уже при выполнении условия Беар-"101ояа и.
42 Если п=2, то уже при базе Б,=10 величина 1)в практически совпадает с минимально возможным значением затрат энергии. Возникает вопрос, какой же смысл в том, чтобы применять сигналы с большой базой, если увеличение базы сигнала практически не снижает энергетические затраты и только увеличивает затраты полосы? Дело в том, что сложные сигналы обладают рядом важных свойств, которые особенно ярко проявляются прибольших значениях базы. Одно из таких свойств состоит в том, что прием подобных сигналов принципиально возможен при очень малом отношении сигнала к шуму на входе приемника. Действительно, если представить выражение для удельных затрат энергии в виде ео Рстоа7» Р«Б« и учесть соотношения (1.27) и (1.34), то необходимое отношение сигнала к шуму в идеальном канале можно выразить формулой (1.40) Р !в НВ~! !в — ' = — = 2 — 1 = — !од л.
(1.41) Рм 1М Б« Из этого выражения следует, что при соответствующем выборе базы сигнала величина необходимого отношения сигнал/шум может быть сколь угодно малой. Это означает, что принимаемый сигнал будет «замаскирован» шумами.
Отмеченное свойство сложных сигналов с большой базой открывает принципиальные возможности построения таких систем связи, работу которых трудно обнаружить. Несмотря на большие трудности технической реализации информационные системы со сложными сигналами находят применение в области управления, в космической радиосвязи и т. п. Выше были рассмотрены некоторые вопросы выбора вида сигнала в идеальных каналах связи для двух крайних случаев: 1) когда желательно иметь малые затраты полосы и 2) когда желательно иметь малые затраты энергии при передаче информации.
Однако имеется ряд систем (в частности, некоторые космические системы, радио- и гидротелеметрические системы) при реализации которых существенное значение имеют оба указанных фактора. В таких случаях желательно выбрать 43 класс сигналов, который обеспечивал бы сравнительно малые затраты н полосы и энергии. Рассмотрим эту задачу применительно к идеальному каналу связи. Чтобы учесть оба вида затрат, введем обобщенный показатель качества (обобщенные удельные затраты) Тв, м= гав!~в.
(1.42) С учетом выражения (1.27) для идеальной системыэтот показатель принимает вид (1.42) График зависимости обобщенных затрат от величины Ц приведен на рис. 1.3. Он представляет собой геометрическое место точек, координаты каждой из которых соответствуют показателям оптимальной системы. Кривая разбивает всю плоскость (ул,, (1,) на две части. Все точки, лежащие выше кривой, относятся к принципиально реализуемым системам. Из рассмотрения графика следует, что при некоторой величине ~, обобщенные затраты в оптимальной системе достигают минимального значения. Расчеты показывают, что пппув -- 0,735 при ~, 0,435.
В области ~, =0,35 — 0,5 величина обобщенных затрат мало отличается от минимального значения, Если учесть выражение (1.34), то нетрудно видеть, что указанная область соответствует классу простых сигналов с основаниями от четырех до восьми (п=4 — 8). Если ограничить обобщенные затраты величиной 7 (1, то область возможных простых сигналов расширится от в=2 до и= 16, т. е. охватит весь класс простых много- основных сигналов, представляющих практический интерес.
Проведенное рассмотрение возможных дискретных сигналов в идеальных по Шеннону каналах связи может служить хорошим ориентиром при решении ряда практических задач по выбору наиболее подходящего для заданных требований класса сигналов. Дальнейшая оптимизация информационной системы может бытьсведена к выбору конкретного вида сигналов в пределах наиболее подходящего класса таких сигналов. Некото- 44 рые пз затронутых вопросов будут более подробно рассмотрены в гл. 6.
В заключение отметим, что показатели качества работы лучших современных цифровых систем связи еще заметно уступают показателям оптимальных систем, особенно по удельным затратам энергии. Так например, в идеальных оптимальных системах удельным затратам полосы р 0,3 — 0,5 соответствуют удельные затраты энергии !5зж2,5 — !,5. В лучших реальных системах при тех же затратах полосы энергетические затраты возрастают в десятки и даже сотни раз по сравнению с идеальными. При этом необходимо иметь в виду, что в идеальных системах информация передается безошибочно, а в реальных — с конечной вероятностью ошибки.
Отличия между достигнутыми и теоретически возможными показателями качества работы систем обусловлены рядом причин, некоторые из которых ранее уже упоминались. К числу таких причин в первую очередь относятся неидеальность характеристик реальных систем, приводящая к дополнительным искажениям сообщений, и неоптимальность используемых методов и способов передачи и пвиема информации. 1.8. КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛ.
1 !. Непрерывно возрастающие потоки разнообразной информации и необходимость автоматизированной ее обработки привели к быстрому развитию цифровых систем связи. Такие системы обладают высокими качественными показателями по помехоустойчивости и скорости передачи, обеспечивают возможности создания сложных автоматизированных систем и комплексов. 2. Наиболее важными областями применения систем передачи цифровой информации являются передача данных, телеметрия, космическая связь и управление. В этих областях успешное решение многих задач без применения цифровых систем связи невозможно.
3. Качество передачи цифровой информации принято оценивать вероятностью ошибочного приема элемента цифрового сообщения и скоростью передачи. Для характеристики качества работы цифровой системы связи эти Фб показатели необходимо дополнять показателями удельных затрат полосы и энергии. 4. Причинами ухудшения качества передачи информации являются помехи и неидеальность характеристик как самой системы связи, так и среды распространения сигналов. Одна из основных задач теории и техники передачи информации состоит в отыскании таких методов и способов построения систем, которые сводили бы влияние указанных причин к минимуму. Это задача оптимизации линий связи. 5.
Оптимизация линий связи представляет собой очень сложную проблему, решение которой зависит не только от степени развития теории, но и от уровня технических возможностей реализации оптимальных систем. В настоящее время наиболее развитым направлением является оптимизация приемной части системы связи. б. Теория оптимальных методов приема открывает большие возможности перед разработчиками новых систем передачи информации и позволяет получить ответ на ряд важных вопросов. К их числу относятся выбор структуры приемной части системы, оценка качества передачи информации, пути совершенствования реальных систем связи и т.
д. 7. Исследования показывают, что все системы передачи цифровой информации можно разделить на три группы: 1) системы с малыми затратами полосы; 2) системы с малыми затратами энергии; 3) системы с малыми обобщенными затратами полосы и энергии. В системах первой группы необходимо использовать простые многоосновные сигналы, в системах второй группы — сложные сигналы. 8. Показатели качества работы современных цифровых систем связи еще заметно уступают предельно возможным показателям оптимальных систем.
Это свидетельствует о том, что имеются значительные резервы и возможности совершенствования реальных систем связи. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ 1.1. Назвать основные причины быстрого развития систем передачи цифровой информации? Какие обстоятельства способствуют этому развитию? 1зп Охарактеризовать основные особенности цифровой передачи информации. 1.3. Показать, что для обеспечения двухсторонней саязн между большим количеством объектов (й(З»1) необходимо иметь число линий связи, равное !((». 1.4. Объяснить разницу между технической и информационной скоростью передачи информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
