Глава 1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Системы связи и статистика
Простейшая система связи представляет собой каскадное соединение источника информации, линии связи и потребителя информации, причем линия связи, как показано на фиг. 1.1, состоит из передатчика, канала и приемника.
Фиг. 1.1. Система связи. 1 - источник информации; II — передатчик; III — канал связи, IV — приемник, V — потребитель информации.
Передатчик осуществляет модуляцию или кодирование поставляемой источником информации, преобразуя ее в сигнал пригодной для передачи по каналу формы; канал обеспечивает передачу сигнала через пространство, разделяющее передатчик и приемник, а приемник демодулирует или декодирует сигнал, преобразуя его к виду, пригодному для потребителя. Типичными примерами линий связи являются: 1) УКВ-ЧМ-радиовещание, доставляющее развлечение слушателям; 2) многократная система радиосвязи с разделением по времени, передающая различные данные управляемому с ее помощью устройству, например кораблю или самолету; 3) система «телетайп», включающая соединительный провод или кабель и оконечные устройства, которая передает телеграммы из одного пункта и другой, и 4) глаз и соответствующие участки нервной системы, передающие зрительное изображение мозгу.
Случайность или непредсказуемость может возникать в системе связи вследствие трех причин: информация, поставляемая источником, может быть не полностью предсказуемой; в линии связи могут возникать случайные возмущения; потребитель может неправильно интерпретировать поступающую к нему информацию. Согласно основному принципу теории информации, при передаче какой-либо информации сообщение на выходе источника должно быть в той или иной мере непредсказуемо: если сообщение на выходе источника может быть предсказано полностью, то потребитель
может в любой момент, не прибегая к системе связи, предвидеть все будущие сообщения, посылаемые источником. Возмущения в канале связи могут возникать в силу различных причин. Как в передатчике, так и в приемнике к сигналу может добавляться шум. Если в качестве линии связи используется радио, то к сигналу может добавляться шум, обусловленный, например, атмосферными помехами, космическими помехами или помехами, являющимися делом рук человека. Кроме того, может иметь место распространение сигнала различными случайно изменяющимися путями, приводящее к тому, что единый переданный сигнал возникает у приемника в виде множества взаимно интерферирующих сигналов.
Поведение системы связи с известной степенью точности можно рассчитать даже при случайном характере сигналов и шумов, если известны некоторые их средние свойства. Этими свойствами могут быть средняя интенсивность или мощность, распределение мощности по частоте и распределение мгновенных амплитуд. Исследование соотношений между различными средними свойствами входит в предмет теории вероятностей и статистики. Цель настоящей книги состоит в том, чтобы ознакомить читателя с применением статистической техники к изучению систем связи. Статистические свойства сигналов и шумов мы будем предполагать, вообще говоря, заданными; изучение оптимальных статистических свойств сигналов можно найти в работах по теории информации, и здесь оно не проводится.
