ГЛАВА 22. СВЯЗЬ ПО ЛИНИЯМ ПЕРЕДАЧИ

22.1. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

22.1.1. Теория информации

Информация любого вида может быть представлена в символической форме, причем сами по себе эти символы могут ничего не означать. В данном случае важным является, во-первых, то, что каждый символ выбирается из некоторой серии ему подобных, а во-вторых, что каждый возможный выбор связан с определенной трудностью. Чем больше число используемых символов, тем большее количество информации может быть перенесено при выборе любого из них. Объем информации, переносимый одним символом, можно определить [65] числом двоичных разрядов, необходимых для выражения нужного нам символа. В результате любая выборка из N символов может быть выполнена способами. Это число представляет собой количество двоичных единиц, если N выражается в двоичной системе счисления. Мера информации в таком случае измеряется в двоичных единицах, называемых также битами. Двоичная система счисления подобна обычной десятичной, за исключением того, что число 10 заменяется числом 2. Типичные примеры приведены в табл. 22.1.

Назначением системы связи является передача информации с передающего конца соответствующей линии связи к удаленному

Таблица 22.1 Типичные двончиые и десятичные числа

(приемному) концу. Количественное описание информации, заключенной в сообщении, должно учитывать статистику сообщений, т. е. количество информации, передаваемое с помощью некоторого символа, должно уменьшиться, если вероятность появления этого символа увеличивается. Если представляет собой частоту появления символа то информация, переносимая одним символом, при выражении в двоичных единицах или в битах определяется как

В практических системах связи число возможных значений сигнала ограничивается [46] полосой пропускания канала и наличием шума. Теорема выборок [27] гласит, что сигнал, заключенный в полосе частот может быть представлен в виде совокупности его значений, взятых через временной интервал сек, так что сигнал, длящийся Т сек и заключенный в полосе частот может быть представлен числами. Наличие шума определяет нижний предел величины различимого изменения сигнала, и Шэннон [164, 165] приводит соотношение

для количества независимых сообщений, где соответственно средние значения мощности сигнала и шума. Максимальное количество информации, которое может быть передано, равно

а емкость канала, или максимальная скорость передачи потока информации, выраженная в битах в секунду, будет

Если величина мала, то из выражения (22.4) следует, что величина энергии, приходящейся на один принятый знак, должна быть по крайней мере не менее

Для обеспечения максимально достижимой скорости передачи информации само сообщение, будучи энергетически ограниченным, должно быть зашифровано так, чтобы оно имело статистическую структуру, подобную гауссову шуму. В этом случае происходит совершенное сжатие информации. Практические системы [285] очень далеки от идеальных, но из выражения (22.2) можно заметить, какими параметрами следует варьировать для того, чтобы обеспечить нужную емкость канала. Например, отношение сигнал/шум в децибелах на каждую октаву полосы частот должно быть удвоено.

В системах связи без несущей частоты сигналы занимают полосу частот, простирающуюся от нуля до определенного верхнего предела. Альтернативой проводной системы связи является система связи с несущей частотой, в которой требуемая полоса частот

расположена симметрично относительно соответствующей несущей. Одним из преимуществ системы с несущей частотой является то, что при большой абсолютной полосе пропускания отдельные составные части системы должны пропускать сигналы в относительно небольшой полосе частот. Для того чтобы передать большое количество информации достаточно быстро и при хорошем отношении сигнал/шум, требуется большая полоса частот [193]. В системах с несущей это приводит к необходимости перехода в сверхвысокочастотный диапазон частот, в котором информация передается посредством использования модуляции несущей.