Заключение

Рассмотренные в настоящей книге вопросы и полученные результаты позволяют производить сравнение различных систем передачи дискретных сообщений и сознательно выбирать наиболее целесообразную систему для данных конкретных условий. Этот выбор сводится к определению способа кодирования, системы и метода формирования сигналов, метода приема и т. д. Автор будет считать свою задачу в значительной мере выполненной, если ему удалось убедить читателя в важности тщательного учета всех свойств канала, без чего выбранная система никогда не обеспечит высоких показателей.

Было бы, однако, ошибкой пытаться найти здесь универсальные решения, позволяющие по некоторым заданным параметрам канала построить оптимальную систему связи. Приведенные зависимости, выраженные формулами и графиками, могут служить исходным материалом для проектирования систем передачи дискретных сообщений, но отнюдь не готовыми рецептами. Таких рецептов не может быть, поскольку условия, в которых работают системы связи, весьма многообразны. В различных условиях доминирующую роль могут играть те или иные технические, экономические, тактические или другие требования, влияющие на построение всей системы или отдельных ее элементов.

При проектировании систем связи могут быть поставлены определенные дополнительные условия в зависимости от конкретного характера применения. В некоторых случаях, например, определяющим фактором является экономический, и система должна проектироваться таким образом, чтобы обеспечить минимум суммарных затрат на изготовление аппаратуры и на эксплуатацию в течение определенного времени. В других случаях правильным критерием может оказаться минимум веса или объема всей аппаратуры. Иногда требования к весу и объему для приемной и для передающей аппаратуры оказываются различными, например, когда один конец линии связи расположен па подвижном объекте, а другой является стационарным.

Тем не менее, во всех разнообразных случаях проектирования систем связи умение оценить вероятность ошибок и определить, так как она будет изменяться при тех или иных вариациях системы, является необходимым условием сознательного подхода к поставленной задаче.

Эксплуатируемые в настоящее время системы передачи дискретных сообщений в подавляющем большинстве далеки от оптимальных. Это объясняется в известной степени тем, что разработка и внедрение в эксплуатацию новых средств связи обычно занимают несколько лет, что и обусловливает значительное отставание практических достижений от успехов теории. Другой причиной такого отставания является недостаточное знакомство широкого круга инженеров, занятых разработкой и эксплуатацией систем связи, с последними результатами теории. Немаловажную роль в этом играет то, что теоретические работы мало доступны вследствие сложности используемого математического аппарата и не всегда доводятся до четких рекомендаций.

В связи с этим можно отметить, что в течение многих лет существования общей теории связи (примерно до середины 50-х годов) основные теоретические результаты заключались в объяснении и обобщении тех методов связи, которые к тому времени уже были созданы главным образом на основе интуиции разработчиков (например, импульсно-кодовая модуляция, семиэлементный код с обнаружением ошибок и т. д.). В последние годы положение изменилось, и теория стала активно влиять на развитие новых систем (например, Кинеплекс, Рэйк и др.)

Здесь уместно заметить, что огромные достижения в области разработки различных систем связи на протяжении многих десятилетий, в течение которых теория связи находилась в стадии становления, являлись результатом «естественного отбора». Наряду с весьма совершенными для своего времени методами передачи и приема, прочно вошедшими в арсенал современных технических средств, многочисленные изобретатели ежегодно предлагали и разрабатывали различные системы, не выдержавшие проверку временем. Нередко и сейчас значительные средства затрачиваются на экспериментальные исследования таких методов связи, которые могли бы быть сразу отвергнуты в результате теоретического анализа. В то же время многие достижения теории явно недостаточно используются на практике.

Так, в электропроводной связи почти не используются оптимальные или близкие к оптимальным методы обработки сигнала. Среди специалистов в этой области до сих пор бытует представление о том, что основной задачей системы связи является возможно более точное воспроизведение формы переданного сигнала, тогда как в действительности важным является только извлечение содержащейся в нем информации. В оправдание применения неоптимальных систем, в которых происходят значительные потери информации, часто говорят, что в кабельных каналах флюктуационные помехи столь незначительны, что и существующие методы приема обеспечивают высокую верность. Но это положение, как уже отмечалось, вызвано совершенно недостаточным использованием пропускной способности канала. Применение простейших мер оптимизации формы сигнала и его обработки позволило бы существенно повысить скорость передачи информация (например, увеличить кратность уплотнения) и дало бы значительный экономический эффект.

Рассмотрение наиболее широко распространенных систем радиосвязи с частотной манипуляцией показывает, что их модернизация, основанная на использовании лишь наиболее просто осуществимых рекомендаций теории (применение согласованных фильтров при ортогональных сигналах, эффективных методов сложения при разнесенном приеме, рациональных методов подавления импульсных помех, использование каналов обратной связи и т. д.), могла бы обеспечить энергетический выигрыш порядка 10-20 . Это значит, что при той же верности приема можно было бы в десятки раз снизить мощность передатчика либо при той же мощности существенно повысить верность. Используя более сложные методы, можно на современном уровне техники создать системы связи, дающие еще более значительный энергетический выигрыш, а также позволяющие существенно повысить скорость передачи информации.

Среди наметившихся в последние годы тенденций развития систем передачи дискретной информации заслуживает особого внимания использование канала обратной связи во всех случаях, где это возможно. В сочетании с рационально выбранным методом кодирования системы с обратной связью позволяют обеспечить высокую верность приема при самых неблагоприятных характеристиках канала.

Другая перспективная тенденция (по крайней мере для радиоканалов с ионосферным или тропосферным распространением волн) заключается в применении широкополосных сигналов. Как было показано, такие системы позволяют активно бороться с многолучевым распространением волн и даже использовать это явление для повышения верности приема. Они обеспечивают, кроме того, возможность надежного подавления импульсных помех, а также в некоторых условиях облегчают проблему размещения большого числа каналов в ограниченном диапазоне частот.

Необходимо отметить, что для осуществления оптимальных или приближающихся к оптимальным системам связи требуется высокая частотная точность, не всегда достижимая на современном уровне техники стабилизации частот. Это заставляет в некоторых случаях прибегать к автоматической подстройке частоты. Сущность автоматической подстройки сводится к тому, что по каналу связи помимо основного сообщения передастся информация о некоторой опорной частоте, использованной при формировании сигнала. Эта информация извлекается приемным устройством и используется в решающей схеме для приема основного сообщения.

Передача информации о частоте связана со многими интересными проблемами. К их числу относится вопрос о необходимой дополнительной пропускной способности канала, о наилучших методах извлечения и использования этой информации, о возможных методах кодирования и т. д. К сожалению, объем данной книги не позволил уделить внимание указанным вопросам.

С этим тесно связана и проблема синхронизации решающих схем. Здесь обычно различают тактовую (определение моментов прихода начала элементов сигнала) и цикловую синхронизацию (определение первого символа в кодовой комбинации). Эти задачи достаточно успешно решаются в современной аппаратуре связи, по крайней мере в схемах некогерентного приема. Однако теория синхронизации еще мало разработана и трудно сказать, какие в ней таятся возможности по улучшению и упрощению существующих систем. Поэтому нам пришлось ограничиться учетом влияния погрешностей синхронизации на помехоустойчивость и некоторыми общими соображениями.

Обширный круг задач возникает при изучении методов извлечения из сигнала информации о состоянии канала (в частности, о мгновенных значениях составляющих коэффициента передачи) и ее использования для оптимизации обработки сигнала. Нам пришлось в большей части случаев ограничиться рассмотрением двух крайних ситуаций, когда о значении коэффициента передачи ничего неизвестно и когда оно известно в точности. Правда, во многих случаях эта информация не влияет или мало влияет на помехоустойчивость, но иногда, например, при разнесенном приеме, при селективных замираниях, в системах с переспросом и т. д., она чрезвычайно важна. Задача сводится к предсказанию значений коэффициента передачи по наблюдениям сигнала в течение некоторого отрезка времени и к синтезу соответствующих решающих схем.

В книге не рассмотрены и многие другие еще не полностью решенные проблемы. Подробное перечисление их заняло бы чересчур много места. Несомненно, с дальнейшим развитием теории и техники передачи дискретных сообщений эти проблемы будут решены, но одновременно жизнь будет выдвигать новые вопросы.

Только глубокое и всестороннее развитие теории, тесно связанной с практикой, позволит в будущем быстро и правильно решать возникающие проблемы техники передачи дискретных сообщений, многообразие и сложность которых в настоящее время трудно предвидеть.