ПРЕДИСЛОВИЕ

Цифровая связь — широко применяемый термин со множеством смысловых оттенков. Настоящая книга предназначена для изучающих теорию связи, проектировщиков каналов, оконечных устройств, модемов и сетей, используемых при передаче и приеме цифровых сообщений. Роль теории цифровой связи в этом контексте — охват совокупности результатов и методов, связанных с двойственными задачами. 1) минимизировать число символов, подлежащих передаче по каналу связи так, чтобы удовлетворить заданным требованиям к верности (качеству) знаковой, звуковой или визуальной информации (соответствующую часть теории называют кодированием источника); 2) обеспечить правильный прием переданных по каналу символов несмотря на наличие различных помех (эту часть теории называют кодированием в канале). Основы теории, приводящей к решению обеих задач, были заложены К Шенноном в замечательной серии работ 1948 г. В последующие десятилетия развитие и применение этой теории, названной теорией информации, оказывали все возрастающее влияние на технические решения при разработке систем цифровой связи, хотя в полной мере их потенциальные возможности оказались реализованными лишь в результате развития технологии электронных устройств и систем до уровня, едва ли предполагаемого в 1948 г. Прогресс ускорил создание модулей на больших интегральных схемах и экономические выгоды от использования спутников связи

В настоящей книге мы не пытались охватить смежные с теорией цифровой связи темы, если они требовали серьезного ухода от основных понятий и методов, приведших к решению сформулированных выше фундаментальных проблем. По этой причине особо избегались конструктивные алгебраические методы, хотя они и полезны при выборе структуры кодов и приводят к важным общетеоретическим результатам. То же касается и технически важных, но периферийных тем отслеживания фазы и частоты несущей и временной синхронизации. Обе темы достаточно полно освещены в других работах.

Однако такая техническая проблема, как межсимвольная интерференция в цифровой связи, по существу своему аналогичная задаче сверточного кодирования, нашла отражение в книге. Новые подходы к ней возникают как следствие связей с основными темами излагаемого материала.

Книга написана на основе ряда учебных курсов, прочитанных старшекурсникам университетов Калифорнии в Лос-Анджелесе и, позже, в Сан-Диего за период примерно в двенадцать лет. Цель, которую мы преследовали, заключалась в том, чтобы снабдить читателей с разными запросами самыми непосредственными подходами к пониманию основ цифровой связи и кодирования. От всех них требуется некоторая начальная подготовка в области теории вероятностей и случайных процессов и,

желательно, в ее приложениях к связи. В качестве отправного багажа знаний вполне достаточно иметь годичную подготовку по любому из множества инженерных или математических курсов.

Предположив наличие такой подготовки, можно указать целый ряд подходов, пользуясь которыми читатель достигнет своей конкретной цели, работая с текстом. Эти пути иллюстрируются диаграммой на рис. П.1.

Рис. П.1. Организация и требования к подготовке

Семестровый или полусеместровый курс для начинающих можно строить на основе лишь первой части, состоящей из трех «глав. Эти главы охватывают соответственно основные концепции и параметры источников и каналов, трактовку моделей каналов, учитывающих физическую природу последних и, наконец, введение в оценивание характеристик кодов, базирующихся на усреднениях по ансамблям. Преуспевший студент или специалист может затем перейти ко второй части, где приводится столь же подробное изложение сверточного кодирования и декодирования. Указанные методы — одни из наиболее эффективных при реализации возможностей достижения практически безошибочной связи по каналам. В годовом курсе можно охватить еще и третью часть; в ней показано, что методы оптимального кодирования источников по существу двойственны методам кодирования в каналах, рассматриваемых в первой и второй частях.

Инженеры и студенты прикладных специальностей могут овладеть основами кодирования в физических каналах, проработав лишь гл. 2, 4 и около половины гл. 6. Избежав сложных рассуждений, основанных на усреднении по ансамблю, читатель научится кодировать в каналах с шумом, не тратя дополнительных усилий на овладение всей теорией.

В качестве другого крайнего случая студентов с некоторой подготовкой в цифровой связи можно ознакомить с материалом по кодированию в канале, изложенным в гл. 3—6, за семестровый или полусеместровый курс, затем за тот же срок уже подготовленный студент может овладеть третьей частью, посвященной кодированию источников.

В книге приведено большое число задач и примеров.

Помимо работ Шеннона на написание книги заметно повлияли два важных учебника: книга Возенкрафта и Джекобса [1965], впервые подчеркнувшая значение физических характеристик каналов цифровой связи как базы развития основных понятий теории кодирования, и книга Галлагера [1968], до сих пор представляющая собой наиболее полное и квалифицированное изложение этой области знаний.

Структура книги сформировалась при сотрудничестве с целым рядом коллег по университету и студентов. Особенно большое влияние оказало тесное сотрудничество первого из авторов с группой разработчиков корпорации «Линкабит», возглавляемой И. М. Джекобсом, Дж. А. Хеллером, А. Р. Коэном и К. С. Гилхаузеном, первыми реализовавших надежные высокоскоростные варианты всех рассмотренных в книге методов сверточного декодирования. Окончательная версия рукописи отражает также тщательное рецензирование и критику всего текста Дж. Л. Месси, многие из предложенных им улучшений включены в текст, от чего предполагаемый читатель должен только выиграть.

И, наконец, тем, кого расхолаживает кажущийся долгим и трудным путь к серьезному овладению теорией связи, можно напомнить древнюю мудрость, известную уже двадцать пять веков и приписываемую Лао Цзы: «И самое длинное путешествие начинается с первого шага».

Андрю Дж. Витерби Джим К. Омура