10.3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ

10.3.1. Оценка эффективности. Уже отмечалось, что оценка эффективности передачи непрерывных сообщений — это оценка эффективности способа модуляции. Для оценки эффективности обычно используют выигрыш по отношению сигнал/шум и коэффициент использования пропускной способности канала (5.87)

Для оценки эффективности многоступенчатых и цифровых видов модуляции применяют методы, изложенные в § 7.5, 7.6.

В табл. 10 [2, 3] приведены данные сравнительного анализа эффективности различных видов модуляции, полученные при и пик-факторе для гауссова канала при оптимальной обработке сигналов. Анализ показывает, что лучше всего используется пропускная способность канала при однополосной модуляции, однако потенциальная помехоустойчивость этого вида модуляции низка Фазовая и частотная модуляция при больших индексах приближаются по потенциальной помехоустойчивости к идеальной модуляции (ИС) (выигрыш составляет десятки и сотни раз), но коэффициент использования канала мал из-за большой частотной избыточности модулированных сигналов.

10.3.2. Повышение эффективности передачи непрерывных сообщений. Основными способами повышения эффективности передачи непрерывных сообщений являются устранение избыточности, статистическое уплотнение, применение цифровых видов модуляции.

Большая избыточность непрерывных сообщений — одна из основных причин снижения эффективности систем. Поэтому развиваются способы устранения избыточности. Все они основаны на дискретной передач не самого сигнала, а его наиболее характерных параметров, изменений которых во времени протекает гораздо медленнее, чем изменение самого сигнала. Этот принцип используют в вокодерах, видеокодерах и телекодерах — устройствах для компрессии спектров телефонных, видеотелефонных и телевизионных сигналов.

Вокодеры (сокращение английского названия «voice coder» - кодировщик голоса) - это телефонные системы с параметрической компрессией спектров речевых сигналов. Вместо текущего спектра передается информация о параметрах сигналов: спектральных уровнях в узких диапазонах частот сигнала, частотах и уровнях формант (областей спектра сигнала с увеличенным значением амплитуд), основном тоне, фонемах (элементах речи, воспринимаемых как одно целое и однородное; для речи фонемы тоже, что буквы для письма) и др. Избыточными элементами речевых сигналов считают высоту тона, тембр, акцент, интонацию и т. п. На рис. 10.2 показана структурная схема вокодера. Анализатор сообщений выделяет наиболее характерные параметры речевого сигнала. Формирователь тем или иным способом кодирует процесс изменения этих параметров для передачи по линии связи. В приемнике при декодировании выполняется оценка принятых параметров сигнала и полученные оценки используются в синтезаторе сообщений для воспроизведения копии речевого сигнала.

Таблица 10 (см. скан)

Рис. 10.2. Обобщенная структурная схема вокодера

Теоретически спектр речевого сигнала можно сжать примерно в 200 раз, что позволяет использовать полосу 15—20 Гц. Однако предельная компрессия аппаратурно трудно реализуема. Кроме того, теряется узнаваемость речи говорящего. Разработаны вокодеры с сохранением узнаваемости, которые используют полосу 100—200 Гц, что соответствует 15-30-кратной компрессии спектра и такому же увеличению дополнительного числа каналов в уплотненных линиях. Например, один из действующих малогабаритных цифровых вокодеров занимает объем включая и источники питания, и обеспечивает высокую натуральность речи при скорости передачи информации 2400 бит/с [8].

Задачи устранения избыточности видеотелефонных и телевизионных сообщений еще более актуальны. Достаточно указать, что только двукратная

компрессия спектра телевизионного сигнала позволяет организовать в освободившейся полосе частот в 2 МГц дополнительно около 700 телефонных каналов. Передача видеотелефонного сигнала в аналоговой форме требует полосы около 1 МГц. Если применить цифровую передачу методом дифференциальной ИКМ, использовать статистическое кодирование, линейное и нелинейное предсказание сигналов, можно обеспечить более чем 5-10-кратную компрессию спектра видеотелефонного сигнала. Например, цифровой видеокодер фирмы «Филко — Форд» для передачи черно-белых малоподвижных изображений (говорящих по телефону людей) использует стандартный телефонный канал [8]. Успехи в создании телекодеров пока еще не столь значительны.

В обычных системах статистические особенности использования каналов абонентами не учитывают. Если эти особенности учесть, можно существенно повысить эффективность передачи сообщений. Сущность статистического уплотнения заключается в том, что паузы в передаче и свободные полосы частот, обусловленные статистическими особенностями источников информации, используют для организации дополнительных каналов и передачи дополнительной информации [8].

Наибольшее распространение получили телефонные системы статистического уплотнения, в которых дополнительная аналоговая или дискретная информация передается в паузах между речевыми сигналами. Передача дополнительной информации повышает коэффициент использования уплотненных линий с 37 до 90% [8]. Эффективность статистического уплотнения тем выше, чем больше каналов. Например, в -канальной системе эффективность статистического уплотнения равна 1,5 (в среднем образуется дополнительных 6 каналов), в -канальной системе эффективность статистического уплотнения 2,45, следовательно, дополнительно организуется около 140 каналов — больше, чем в самой системе.

Управление динамической нагрузкой каналов позволяет повысить эффективность статистического уплотнения до 2,74 раза. Сущность этого способа заключается в контроле и выравнивании реальной нагрузки различных каналов, в результате коэффициенты использования всех каналов примерно одинаковы.

Сейчас уже очевидно, что применение цифровых способов для повышения эффективности передачи непрерывных сообщений является магистральным направлением. Развитие интегральной микроэлектроники и цифровой вычислительной техники, проникновение в технику связи программных способов управления процессами передачи сообщений, преимущества унификации и стандартизации цифровых элементов и модулей аппаратуры, приближение характеристик цифровых видов модуляции к характеристикам идеальной модуляции — все это создает объективные предпосылки для дальнейшего развития высокоэффективных цифровых способов передачи непрерывных сигналов.

Контрольные вопросы

(см. скан)