- •Теория электрической связи
- •1 Основные положения курса тэс, часть 2
- •1.1 Теория передачи и кодирования сообщений
- •1.1.1 Основы теории передачи информации
- •1.1.2 Основы теории помехоустойчивого кодирования
- •1.2 Теория помехоустойчивости систем электросвязи
- •1.3 Принципы многоканальной связи и распределения информации
- •1.4 Методы повышения эффективности систем передачи информации
- •2 Задание на курсовую работу и методические указания по ее выполнению
- •2.1 Задание на курсовую работу
- •2.2 Исходные данные к курсовой работе
- •2.3 Методические указания по выполнению курсовой работы
- •2.4 Оформление курсовой работы
- •3 Некоторые соотношения, необходимые для выполнения курсовой работы
- •5 Приложения
- •6 Литература
- •Теория электрической связи
1.4 Методы повышения эффективности систем передачи информации
[1, с. 282-302]; [2, с. 255-259].
Системы связи, обеспечивающие необходимую скорость передачи информации R при заданной верности, различаются степенью использования ими основных ресурсов канала: пропускной способности C, мощности сигнала PS и занимаемой полосы частот FS.
Наиболее общей характеристикой эффективности систем связи является коэффициент использования канала связи по пропускной способности (информационная эффективность) =R /C.
Эффективность также часто оценивается коэффициентом использования канала по полосе частот (частотная эффективность) =R / FS и коэффициентом использования канала по мощности (энергетическая эффективность) =R / (PS / N0), где PS / N0 – отношение мощности сигнала к спектральной плотности мощности шума. Введя обозначение h2=PS / Pш (отношение мощности сигнала к мощности шума в полосе FS) и учитывая формулу Шеннона C = FSlog(h2+1), нетрудно определить связь между этими коэффициентами эффективности:
h2 / [log ( / +1)].
Методы повышения эффективности систем передачи направлены на реализацию резервов в системе связи, указанных Шенноном и Котельниковым. Согласно теореме Шеннона величина соответствующими способами модуляции – демодуляции и кодирования – декодирования может быть сделана сколь угодно близкой к единице при сколь угодно малой вероятности ошибок. Для такой идеальной системы связи получаем, приняв = 1, предельную зависимость = (2 – 1). Эту зависимость удобно представить кривой на плоскости , где меняется от 0 до при аналоговой передаче и от 0 до log2 mk при передаче дискретных сигналов с основанием mk , а коэффициент ограничен значением max = . Эта кривая является предельной и характеризует наилучший обмен между и .
В реальных системах связи вероятность ошибки pош 0 и 1. Кривые = f ( ) зависят от вида сигнала (модуляции), кода, способа обработки сигнала. Каждому варианту системы соответствует точка на плоскости в координатах и . Все эти точки располагаются на кривых ниже предельной кривой Шеннона. Чем ближе точка к предельной кривой, тем эффективнее система.
Методы повышения эффективности за счёт выбора способа модуляции и кодирования зависят от того, какой из параметров (, , ) максимизируется.
Так, в некоторых системах проводной связи важнейшим показателем увеличения мощности является частотная эффективность . Условию наилучшего использования полосы частот при заданной верности передачи наиболее полно отвечает однополосная модуляция. В этой же однополосной системе достигается наибольшая информационная эффективность = 1, однако помехоустойчивость низкая и повышена может быть лишь увеличением мощности сигнала. При жёстких ограничениях, накладываемых на мощность излучения, целесообразно осуществить обмен полосы пропускания на мощность сигнала. Это достигается путём перехода к многопозиционным сигналам (mk 2) и комбинированным видам модуляции. Обмен энергетической эффективности на частотную можно осуществить с помощью многопозиционных сигналов с ФМ и АФМ.
Наряду с системами, описанными выше, обеспечивающими выигрыш по и проигрыш по , используются системы с помехоустойчивыми кодами, обеспечивающие выигрыш по и проигрыш по . Применение корректирующих кодов позволяет повысить верность передачи информации или при заданной верности повысить энергетическую эффективность системы связи. Последнее особенно важно для систем с малой энергетикой (спутниковая, космическая связь).
Для повышения информационной эффективности нужно повысить как эффективность системы кодирования, так и эффективность системы модуляции. Так, применение циклического кода в канале с ФМ или свёрточного кода в канале с АФМ позволяют получить одновременно выигрыш как по , так и по , или, во всяком случае, выигрыш по одному из показателей без ухудшения другого. Однако, построение таких высокоэффективных систем ( 0,5) на основе сложных сигнально-кодовых конструкций ведёт к неизбежному увеличению сложности системы.
В технике связи используются различные методы повышения эффективности за счёт выбора способа передачи и обработки сигналов:
- разнесённый приём – передача одной и той же информации по параллельным каналам; при реализации разнесённого приёма существенно повышается помехоустойчивость приёма замирающих сигналов;
- приём в целом – демодулятор строится сразу на всё кодовое слово, что позволяет в сравнении с посимвольным приёмом, повысить верность. Этот приём технически осуществим только для коротких кодов;
- обратная связь. Системы с решающей обратной связью являются примером системного подхода к кодированию и модуляции с учётом свойств канала связи. В этих системах используются корректирующие коды небольшой длины, необходимые, как правило, только для обнаружения ошибок. В случае обнаружения ошибки в декодере по обратному каналу посылается сигнал запроса, и кодовая комбинация передаётся ещё раз. Таким образом, небольшая постоянная избыточность наращивается в соответствии с помеховой ситуацией в реальном канале, что означает простоту и адаптивность систем с решающей обратной связью;
- применение шумоподобных сигналов – позволяет повысить верность передачи в условиях многолучевости распространения сигнала за счёт повышения отношения сигнал-шум на входе решающего устройства;
- адаптивная коррекция. Осуществление адаптивной коррекции характеристики канала связи позволяет повысить скорость передачи информации за счёт ослабления межсимвольных искажений;
- эффективное кодирование источника. Кодирование источника со сжатием данных позволяет сократить избыточность источников сигналов (например, речи) и тем самым повысить эффективность систем передачи информации.
Вопросы для самопроверки
Дайте определения критериям эффективности систем связи.
Какими методами можно осуществить обмен показателей эффективности на и на ?
Какова связь между помехоустойчивостью и эффективностью?
Перечислите методы повышения эффективности за счёт выбора способа модуляции и кодирования.
Перечислите методы повышения эффективности за счёт выбора способа передачи и обработки сигнала.
В каких каналах целесообразно применение корректирующих кодов не для снижения вероятности ошибки, а для увеличения энергетической эффективности?
Сравните системы с решающей обратной связью с системами без обратной связи, использующими коды с исправлением ошибок.
Какие факторы в реальных системах приводят к снижению эффективности по сравнению с предельной?