1.2 ПЛАН КНИГИ

Второй принципиальный результат работы Шеннона состоит в обнаружении того, что связь по существу является дискретным процессом. При этом мы имеем в виду, что на приемнике в течение конечного интервала времени можно различить только конечное число сообщений. Хотя доказательство того факта, что процесс связи является дискретным, по-видимому верного даже в том случае, когда оконечными приемником и передатчиком являются люди, выходит за рамки этой книги вводного характера, быть может, эта точка зрения станет понятнее, если напомнить, с каким успехом писатели-романисты используют конечный алфавит для передачи не только фактов, но и мира эмоций. В действительности первая трудность, с которой приходится сталкиваться при попытке применить дискретный анализ к проблеме передачи речи, состоит просто в том, что до сих пор не найдено адекватных критериев для описания субъективной эквивалентности для слушателя многих совершенно различных речевых сигналов.

Поскольку на приемнике можно осмысленно различать только конечное число альтернативных сообщений, никакого ухудшения системы связи не произойдет, если передавать конечное число сигналов. Блок-схема такой системы связи изображена на фиг, 1.7. Так же как на фиг. 1.3, предполагается, что выходной сигнал источника случайно порождается совокупностью М возможных дискретных сообщений Каждому сообщению сопоставляется сигнал соответствующей формы при всех и передатчик посылает если Переданный

Фиг. 1.7. Блок-схема дискретной системы связи.

Фиг. 1.8, В некоторых случаях приемник, изображенный на фиг. 1.7, может быть сведен к приемнику, изображенному на этой схеме.

сигнал затем проходит через канал, и искаженный вариант сигнала поступает на вход приемника.

Задача приемника состоит в том, чтобы получить оценку сообщения, порожденного источником. Это осуществляется путем сравнения с каждым элементом из совокупности всех М альтернативных сигналов образцы которых, как мы предполагаем, хранятся в приемнике.

На фиг. 1.7 изображен приемник достаточно общей структуры. Приемник состоит из линейного входного блока, который восстанавливает сигнал, ослаблепный при его распространении, совокупности М детекторов и решающего элемента. В каждом детекторе производится одна из операций сравнения. В частности, в детекторе полученный сигнал сравнивается с возможным сигналом и вычисляется величина напряжения которая является мерой сходства этих сигналов. Затем в решающем элементе на основе полученных значений определяется При некотором специальном выборе достаточно иметь только один детектор. В этом случае схема приемника сводится к схеме, изображенной на фиг. 1.8.

Последующие главы этой книги построены в соответствии с этой блок-схемой. Изложение начинается с рассмотрения точки, обозначенной на фиг. 1.8 через а. При этом предполагается, что вся система связи, за исключением решающего элемента, уже построена. В гл. 2 вводится математический аппарат — теория вероятностей, необходимая для определения наилучшего способа построения этого элемента,

В гл. 3 понятия теории вероятностей используются при изучении случайных сигналов. В гл. 4 рассматривается сначала точка, обозначенная на фиг. 1.7 через и результаты, полученные во второй и третьей главах, применяются для определения оптимальных детектора и решающих операций в случае, когда передача искажается белым гауссовским шумом. Далее в гл. 4 обсуждается выбор формы сигнала (точка с на фиг. 1.7), и в заключение дается оценка всей системы в предположении, что выбираются так, чтобы получались наилучшие возможные характеристики системы.

В гл. 5 изучаются эффекты, возникающие из-за ограничений, накладываемых на допустимую мощность передачи и возможную ширину полосы частот в канале (точка d на фиг. 1.7). В частности, устанавливаются наилучшие достижимые границы для различных характеристик и описываются классы сигналов, для которых по существу достигаются эти границы. Вопросы практического осуществления передачи и приема таких сигналов рассматриваются в гл. 6. Здесь теоретические положения используются для анализа экспериментальных данных, получепных при изучении телефонных линий связи.

В гл. 7 полученные ранее результаты распространяются на полосовые каналы, профильтрованные сигналы и на небелый шум. Описываются и исследуются некоторые эффекты случайного рассеяния во время распространения сигнала,

Наконец, в гл. 8 рассматривается случай, когда выходом случайного источника является непрерывный сигнал, например речь, а не конечное множество дискретных сообщений. Оцениваются возможности обычных

систем модуляции и устанавливается связь их характеристик с соответствующими характеристиками в случае дискретных сигналов. Глава заканчивается выводом фундаментальных ограничений, которым должны удовлетворять системы непрерывной модуляции, и обсуждением преимуществ, присущих дискретному подходу к проблемам связи.