10.2. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

10.2.1. Для оценки эффективности передачи дискретных сообщений применяют [2] коэффициент использования мощности сигнала

и коэффициент использования полосы частот канала

где скорость передачи информации; 0 — мощность сигнала; спектральная, плотность помехи. Учтем, что тогда

Следовательно, показатели технической эффективности связаны простым соотношением (10.3), что позволяет пользоваться тем из который более подходит для оценки качества системы конкретного типа. Например, для оценки эффективности радиосистем чаще применяют показатель а для оценки эффективности проводных систем связи —

По физическому смыслу и это то удельное количество информации, которое можно передать по каналу при заданном отношении сигнал/шум или при фиксированной полосе канала.

Предельные оценки и можно получить, используя в соотношениях выражение для пропускной способности системы (5.38) вместо например, для двоичных систем, получим

где длительность сигнала.

Следовательно, предельное значение коэффициента использования мощности определяется вероятностью ошибки и отношением сигнал/шум. С ростом величина уменьшается. Предельное значение коэффициента использования полосы канала падает с ростом и базы сигнала.

Для сравнения на рис. 10.1. [2] показаны графики зависимостей (10.5) (сплошные кривые) и (10.4) (штриховые кривые) от при фазовой телеграфии, частотной телеграфии и амплитудной манипуляции. Как и следовало ожидать, мощность наилучшим образом используется в системах ФТ, а полоса в системах ФТ и Минимальная ширина спектра высокочастотных сигналов при ФТ и АМн равна а ЧТ сигналов — поэтому кривые ФТ и АМн для сливаются. Анализ графиков показывает, что повышение коэффициента использования мощности вызывает снижение коэффициента использования полосы частот. Рис. 10.1 наглядно иллюстрирует характер «обмена» мощности сигнала на полосу занимаемых частот.

Рис. 10.1. Зависимость и от

10.2.2. Для повышения эффективности передачи дискретных сообщений применяют разнесенный прием сигналов, прием в целом, каналы обратной связи, широкополосные (шумоподобные) сигналы, адаптивную коррекцию характеристик каналов и другие способы.

Сущность разнесенного приема рассмотрена в § 6.6. Разнесенный прием существенно повышает эффективность передачи дискретной информации, так как снижает вероятность ошибки. Вероятность ошибки разнесенного приема по

методу голосования, когда решение принимается по большинству принятых нуей или единиц,

где число каналов, в которых произошла ошибка; число независимых каналов. Обычно выбирают нечетным, чтобы упростить схему голосования.

Предположим, что тогда Следовательно, даже в постейшем случае разнесенный прием приводит к уменьшению вероятности ошибки примерно на три порядка.

Сущность приема в целом заключается в том, что вместо двух решающих схем в приемнике применяют одну и решение принимают по сигналу, соответствующему всей кодовой комбинации. Эффективность приема в целом выше благодаря тому, что в работе приемника используется та часть полезной информации с выхода первой решающей схемы, которая при поэлементном приеме теряется после того, как первая решающая схема приняла решение. Поэлементный прием и прием в целом равноценны только в случае кодирования без избыточности.

Аппаратурная реализация приема в целом достаточно сложна и требует применения набора фильтров, согласованных с сигналами, которые соответствуют всем разрешенным кодовым комбинациям. Поэтому разрабатывают методы приема, промежуточные между поэлементным приемом и приемом в целом, в которых во второй решающей схеме используется часть информации о непрерывном сигнале на входе первой решающей схемы. Эффективность передачи сообщений такими методами возрастает, а сложность аппаратурной реализации остается приемлемой.

Системы с каналами обратной связи являются разновидностью дуплексных систем (системы, в которых может производиться одновременно независимый двусторонний обмен информацией между пользователями), в которых пропускную способность каналов обоих направлений частично используют для передачи дополнительной информации, способствующей повышению эффективности передачи. Обычно по каналу обратной связи передают лишь сигналы, полезные для коррекции ошибок в прямом канале. Различают системы с информационной обратной связью (ИОС) и системы с решающей (управляющей) обратной связью (РОС).

В системах с ИОС по каналу обратной связи непрерывно поступает информация о том, в каком виде по прямому каналу принимаются сообщения. По результатам анализа этой информации передающее устройство принимает решение о степени соответствия принятого сообщения переданному и изменяет способ передачи, если имеются ошибки. Например, может быть увеличена мощность передатчика, выполнено полное повторение ошибочно принятого сообщения, изменена избыточность кода, полностью прекращена передача, если прямой канал находится в плохом состоянии.

Если вероятность ошибки в обратном канале близка к нулю, применение ИОС может обеспечить существенное повышение эффективности передачи сообщений. Это достигается ценой усложнения аппаратуры и снижения скорости передачи информации, так как по существу используется временная избыточность для повышения верности.

В системах с РОС в приемнике непрерывно осуществляется оценка верности передачи сообщений и лишь при появлении ошибки по каналу обратной связи посылается сигнал запроса повторения. Обратный канал используется значительно реже, чем в системах с ИОС. В остальное время он может применяться как прямой канал обратного направления. Это существенное достоинство систем с РОС. Использование корректирующих кодов и детекторов качества сигналов позволяет существенно повысить верность и скорость передачи. Применение обратной связи упрощает коды, так как они работают в режиме обнаружения ошибок. Соответственно упрощается и аппаратурная реализация систем.

Применение шумоподобных переносчиков позволяет не только приблизить скорость передачи информации к пропускной способности каналов, но и

существенно повысить верность передачи сообщений, особенно по многолучевым радиоканалам с сосредоточенными помехами. База шумоподобных переносчиков Используя многолучевое распространение как основу разнесенного пржема, удается существенно повысить верность и в радиоканалах с селективными замираниями.

В широкополосных системах интервал корреляции коэффициента передачи канала гораздо меньше длительности сигналов. Если время взаимного запаздывания сигналов будет больше времени их корреляции, то сигналы отдельных лучёй будут полностью разделены коррелятором. Тогда для использования разнесённого приема остается выполнить коррекцию их фаз и амплитуд, а затем сформировать результирующий сигнал. Повышение помехоустойчивости достигается введением временной и частотной избыточности сигналов.

В одной из первых широкополосных KB радиостанций «Rake» (1956 г.) широкополосные сигналы создавались на основе линейных рекуррентных последовательностей биполярных коротких импульсов длительностью расположенных псевдослучайно внутри сигнала общей длительностью (см. § 3.3). В системе поэтому . В настоящее время сигналы создаются с помощью регистров сдвига, охваченных цепями обратной связи (см. § 8.2). Обеспечение верности передачи достигается за счет ухудшения эффективности использования полосы частот, так как (см. (10.5)).

Адаптивная коррекция характеристик каналов заключается в периодическом зондировании канала испытательным импульсом, который отделен от информационного пакета сигналов защитным интервалом, в текущем измерении и, если требуется, в коррекции коэффициента передачи канала. Синхронные системы адаптивной коррекции каналов сочетают возможности обеспечения высокой скорости передачи дискретных сообщений и временного уплотнения линий связи.

Контрольные вопросы

1. Какие применяют показатели технической эффективности передачи дискретных сообщений?

2. Сравните эффективность систем с ФТ, ЧТ и АМн двоичными сигналами.

3. Поясните сущность способов повышения эффективности передачи дискретных сообщений.