1.7. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

При оценке работы системы связи необходимо прежде всего учесть, какую точность передачи сообщения обеспечивает система и с какой скоростью передаётся информация. Первое определяет качество передачи, второе — количество. В реальной системе связи качество передачи зависит от степени искажений принятого сообщения. Эти искажения зависят от свойств и технического состояния системы, а также от интенсивности и характера помех. В правильно спроектированной и технически исправной системе связи необратимые искажения сообщений обусловлены лишь воздействием помех. В этом случае качество передачи полностью определяется помехоустойчивостью системы. Под помехоустойчивостью обычно понимают способность системы противостоять вредному влиянию помех на передачу сообщений. Так как действие помех проявляется в том, что принятое сообщение отличается от переданного, то количественно помехоустойчивость при заданной помехе можно характеризовать степенью соответствия принятого сообщения переданному. Назовем эту величину общим термином — верность. Количественную меру верности приходится выбирать по-разному, в зависимости от характера сообщения и требований получателя. Пусть сообщение представляет собой дискретную последовательность элементов из некоторого конечного множества. Влияние помехи на передачу такого сообщения проявляется в том, что вместо фактически переданного элемента может быть принят какой-либо другой, такое событие

называется ошибкой. В качестве количественной меры верности можно взять вероятность ошибки или любую монотонную функцию этой вероятности.

При передаче непрерывных сообщений степенью соответствия принятого сообщения (с реализацией ) переданному (с реализацией ) может служить некоторая величина, представляющая собой "расстояние" между Часто принимают критерий квадратичного отклонения

где прямая черта сверху означает усреднение по ансамблю случайных величин. Количественную меру верности можно также определить как вероятность того, что уклонение не превзойдёт некоторой заранее заданной величины

Как будет показано в последующих главах, верность передачи зависит от отношения средних мощностей сигнала и помехи (ОСП). При данной интенсивности помехи вероятность ошибки тем меньше, чем сильнее различаются между собой сигналы, соответствующие разным сообщениям. Задача состоит в том, чтобы выбрать для передачи сигналы с большим различием. Наконец, верность передачи зависит и от способа приёма. Необходимо выбрать такой способ приёма, который наилучшим образом реализует различие между сигналами при данном отношении сигнала к помехе. Обратим внимание на существенное различие между аналоговыми и дискретными системами передачи сообщений. В аналоговых системах всякое, даже сколь угодно малое мешающее воздействие на сигнал, вызывающее искажение модулируемого параметра, всегда влечёт за собой внесение соответствующей погрешности в сообщение. Поэтому абсолютно точное восстановление переданного сообщения невозможно. В дискретных системах ошибка при передаче сообщений возникает только тогда, когда сигнал опознается неправильно, а это происходит лишь при искажениях, превышающих некоторый порог.

В теории помехоустойчивости, разработанной В.А. Котельниковым, показано, что при выбранном критерии и заданном множестве сигналов, принимаемых при аддитивном белом гауссовском шуме (БГШ), существует предельная (потенциальная) помехоустойчивость, которая ни при каком способе приёма не может быть превзойдена. Приёмное устройство, реализующее потенциальную помехоустойчивость, называется оптимальным (наилучшим) по данному критерию.

Наряду с верностью важнейшим показателем работы системы связи является скорость передачи. В системах передачи дискретных сообщений скорость измеряется числом передаваемых символов в единиц} времени Бод. Количество передаваемой информации принято измерять в битах (двоичных единицах). Как будет показано в гл. 6, максимальное количество информации, которое можно передать двоичным символом, равно 1 биту. Там же будет показано, что при использовании не двоичных, а -ичных символов максимальное количество информации, которое можно передать, равно бит. Поэтому дискретный источник может обеспечить максимальную скорость выдачи информации (максимальную производительность)

где длительность посылки; основание кода. При скорость передачи информации численно равна технической скорости у. При возможно, что скорость передачи информации Однако нередко в дискретных системах связи скорость передачи информации Это бывает, когда не все посылки используются для передачи информации, например если часть из них служит для синхронизации или для обнаружения и исправления ошибок (при использовании корректирующего кода).

Вводится также характеристика средней скорости передачи информации по заданному каналу в единицу времени с заданной верностью. Существует максимально возможная (предельная) скорость передачи, которая называется пропускной способностью канала С. Это фундаментальное понятие определяет потенциальные возможности системы связи, использующей данный канал. В реальной системе средняя скорость передачи информации всегда меньше пропускной способности канала С. В теории информации К. Шенноном доказана теорема, согласно которой для источника без избыточности (см. гл. 6) при можно найти такой способ кодирования-декодирования, при котором возможна передача сообщений по каналу с помехами со сколь угодно малой ошибкой.

Универсальным показателем эффективности системы связи является коэффициент характеризующий использование системой пропускной способности канала (информационная эффективность).

Своевременность передачи сообщений определяется допустимой задержкой, обусловленной преобразованием сообщений и сигналов, а также конечным временем распространения сигнала по каналу связи Она зависит, во-первых, от характера и протяжённости канала, во-вторых, от длительности обработки сигнала в передающем и приёмном устройствах Скорость передачи и задержка являются независимыми характеристиками, практически не связанными друг с другом.

Существуют и многие другие параметры, характеризующие .с различных точек зрения качества системы связи. К ним, в частности, относятся скрытность связи, надёжность системы, габаритные размеры и масса аппаратуры, стоимость оборудования, эксплуатационные расходы и т.п. Эти характеристики в курсе "Теория электрической связи" не рассматриваются. Им посвящены отдельные разделы других специальных курсов

ВЫВОДЫ

1 Передача сообщений по каналам связи осуществляется с помощью сигналов, которые являются материальными носителями сообщений, отображающих ту или иную информацию. Характерной особенностью сообщений (сигналов) является их непредсказуемость. О любом сообщении можно говорить лишь как о возможном с некоторой вероятностью событии. Сообщение об известном событии информации не несет Процесс передачи сообщений всегда является вероятностным (стохастическим).

2. Сообщения и соответствующие им сигналы могут быть дискретными и непрерывными. Непрерывный канальный сигнал формируется с помощью модуляции, а дискретный — с помощью кодирования и модуляции. Кодирование определяет закон построения сигнала, а модуляция — вид сигнала, который передаётся по каналу.

3. Непрерывное сообщение (сигнал) в цифровых системах связи преобразуется в цифровой сигнал с помощью трёх операций: дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования.

4. Основными устройствами системы передачи дискретных сообщений являются кодек и модем. Канапьные устройства вместе с линией связи образуют непрерывный канал, а последний вместе с модемом — дискретный канал.

5. Причинами появления ошибок при передаче сообщений по каналу связи являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал. Помехи могут быть аддитивными и мультипликативными. Среди аддитивных помех наиболее распространенными являются флуктуационные, сосредоточенные по спектру и импульсные.

6. Важнейшими характеристиками системы связи являются верность и скорость передачи сообщений. Первая определяет качество передачи, а второе — количество. При передаче дискретных сообщений верность (помехоустойчивость) определяется вероятностью ошибки, а при передаче непрерывных сообщений — среднеквадратической ошибкой. Скорость измеряется чаще всего числом передаваемых двоичных единиц информации в единицу времени (бит/с).

7. Современная теория связи интенсивно развивается как статистическая теория, основы которой составляют теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория кодирования.

ВОПРОСЫ, ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

(см. скан)