1.2. Цель системы связи

Задача системы связи, изображенной на рис. 1.1, состоит в том, чтобы доставить сообщение от источника к адресату, т. е. воспроизвести сообщение на выходе источника в месте, удобном для адресата. Взаимное расположение источника и адресата при этом несущественно. Важно лишь, что заданный канал должен являться звеном в цепи передачи.

Рассмотрим критически, что же мы имеем в виду, когда говорим «воспроизведение сообщения на выходе источника». Нетрудно понять, что мы никогда не рассчитываем на абсолютно точное воспроизведение, а лишь на воспроизведение, удовлетворяющее некоторым специфическим целям. Более того, можно было бы утверждать, что само слово «воспроизведение» подразумевает существование некоего критерия приемлемости. Например, мы вовсе не ожидаем, что почтальон вручит адресату телеграммы лист бумаги, выглядящий точно так же, как тот, на котором отправитель написал ее текст. Более того, адресат, пожалуй, будет считать телеграфное сообщение удовлетворительным даже при искажении некоторых букв, если только он сможет понять его смысл.

Значение критерия приемлемости еще более очевидно при телефонной связи. В некоторых случаях цель телефонной связи точно такая же, как и телеграфной, т. е. воспроизведение голоса говорящего считается удовлетворительным, если адресат в состоянии записать услышанное. В других случаях он не будет удовлетворен, если не узнает говорящего и не ощутит эмоций, выраженных тоном и интонациями его голоса. Подобные же замечания можно сделать в отношении передачи изображений. Они могут, например, передаваться радй содержащейся в них фактической информации, как при передаче географических карт, но могут передаваться и в целях получения удовольствия от их художественных достоинств. Ясно, что критерий «приемлемости» сильно зависит от цели передачи.

То же можно сказать об осуществлении связи между машинами. Например, при передаче показаний измерительного прибора, скажем, к вычислительной машине, погрешность измерения и степень безошибочности, с которой измерения должны быть приняты, зависит от характера их последующего использования вычислительной машиной. Это часто обеспечивается тем, что показания измерительного прибора до их передачи квантуются в соответствии со степенью точности, требуемой вычислительной машиной. Такое квантование полезно также для сохранения точности измерений.

Приведенные выше примеры подчеркивают тот факт, что в описание «объекта», передаваемого по системе связи, необходимо включить критерий точности, т. е. критерий приемлемости для адресата. Таким образом, «объект» не определяет свойства одного источника, а характеризует свойства пары источник — адресат. Мы будем называть этот «объект» передаваемой «информацией».

Существование критерия приемлемости имеет весьма важное следствие. Рассмотрим некоторый интервал времени и запишем перечень всех возможных сообщений в течение этого интервала. Практически этот перечень может быть нереализуем, однако он является хорошо определенной умозрительной операцией. Возможные сообщения на выходе источника можно затем разбить на неперекрывающиеся классы эквивалентности так, чтобы сообщения каждого класса могли быть представлены с допустимой точностью, некоторым специально выбранным элементом класса. Иными словами, сначала мы выбираем для каждого класса сообщений на выходе источника некоторое сообщение, которое считаем представителем класса, а затем причисляем к каждому классу все те сообщения на выходе источника, которые в соответствии с принятым критерием, эквивалентны представителю данного класса. Например, если критерием является максимально-допустимая среднеквадратичная ошибка, то все. элементы каждого класса должны отличаться от элемента-представителя на величину, меньшую заданной среднеквадратичной ошибки.

Простейшим примером разбиения сообщений на выходе источника на классы эквивалентности является процесс квантования при импульсно-кодовой модуляции. Сначала через каждые секунд отсчитываются напряжения на выходе источника (или берутся значения напряжения, усредненные по каждому из последовательных временных интервалов Затем каждый отсчет квантуется посредством замены его ближайшим значением из дискретного множества заранее выбранных значений напряжения. Это эквивалентно разбиению сообщений, возможных на каждом временном интервале на классы эквивалентности, состоящие из сообщений, отсчеты которых наиболее близки к одному из заранее выбранных значений напряжения. Последние и являются представителями соответствующих классов сообщений на выходе источника.

Если мы предположим, что возможные на заданном временном интервале сообщения на выходе источника разбиты на дискретное множество неперекрывающихся классов, то процесс связи сводится к передаче указания о том классе, к которому принадлежит сообщение на выходе источника на каждом из

последовательных временных интервалов. Точнее, кодер источника устанавливает класс, к которому принадлежит сообщение и указывает на него декодеру источника, а тот в свою очередь генерирует представителя указанного класса сообщений.

Часто оказывается необходимым также включить особый класс сообщений на выходе источника, которые не существенны для адресата и с этой точки зрения все для него эквиваленты. Например, в случае речевой связи телефоном этот класс содержит все временные функции, которые представляют для собеседника бессмысленный набор звуков. Этот класс предусмотрен на тот исключительный случай, когда сообщение на выходе источника вообще не представляет интереса для адресата.