Скорость передачи дискретных сообщений, способы повышения скорости передачи.
В
дискретной системе связи при отсутствии
помех информация на выходе канала связи
(канала ПИ) полностью совпадает с
информацией на его входе, поэтому
скорость передачи информации численно
равна производительности источника
сообщений:
. (21)
При наличии помех часть информации источника теряется и скорость передачи информации оказывается меньшей, чем производительность источника. Одновременно в сообщение на выходе канала добавляется информация о помехах(рис.5).
Поэтому при наличии помех необходимо учитывать на выходе канала не всю информацию, даваемую источником, а только взаимную информацию:
бит/с.
(22)
На основании формулы (20) имеем
или 
)
где H¢(x) - производительность источника;
H¢(x/y) - ²ненадёжность “ канала(потери) в единицу времени;
H¢(y) - энтропия выходного сообщения в единицу времени;
H¢(y/x)=H’(n) –энтропия помех ( шума) в единицу времени.
В предыдущих разделах мы выяснили, что канал связи, имеющий определенную полосу пропускания, может пропустить без искажений спектр соответствующей ширины. А так как ширина спектра определяется тактовой частотой, т.е. скоростью передаваемых битов, то фактически скорость передачи битов через канал определяется АЧХ канала, а точнее, его полосой пропускания. Однако имеются ряд приемов, позволяющих без увеличения тактовой частоты сигнала увеличить количество передаваемых битов за один такт, т.е. повысить скорость передачи битов. Это делается с использованием методов многопозиционной модуляции при использовании гармонических колебаний в качестве сигнала - переносчика битов, либо, если сигнал представлен постоянным током, с использованием методов многоуровнего кодирования.
Многопозиционная модуляция
Рассмотрим принципы многопозиционной модуляции на примере сигнала с фазовой модуляцией при использовании телефонного канала. На рис.1 показана АЧХ канала.
Е
го
эффективная полоса пропускания составляет
около 2400 Гц. При уровне шумов, не
превышающем стандарта, установленного
для данного канала, частота отсчетов
сигнала, пропускаемого каналом с
приемлемым уровнем искажений, составляет
2400 бит. Таким образом, через телефонный
канал возможна передача битов с тактовой
частотой 2400 Гц, т.е. со скоростью 2400
бит/с.
При обычной фазовой модуляции
для передачи сигнала со скоростью 2400
бит/с фаза несущего сигнала должна
принимать значения 0° или 180° при передаче
битов 1 и 0. Теперь усложним алгоритм
модуляции, т.е. увеличим число позиций,
с которых может начинаться передача
сигналов в такте, в два раза: 0°, 90°, 180°,
270°. Тогда каждому отсчету (такту) можно
сопоставить не один, а два бита.
Например:
0° - 10, 90° - 00, 180° - 01, 270° - 11.
Таким образом, при этой же частоте отсчетов скорость передачи битов увеличивается вдвое. Если еще в два раза увеличить число позиций сигнала - до 8, то каждому отсчету можно сопоставить 3 бита.
0° - 111, 45° - 011, 90° - 001, 135° - 000, 180° - 100, 235° - 110, 270° - 101, 315° - 010
В этом случае при той же тактовой частоте сигнала скорость передачи битов возрастет втрое. Казалось бы, что это идеальный путь для увеличения скорости передачи битов без увеличения тактовой частоты сигнала. Однако имеется предел увеличения числа отсчетов при многопозиционной модуляции, который связан с действием шумов. Рассмотрим отсчеты сигнала на фазовой плоскости (Рис.2) для первого и второго примера. Если шумы отсутствуют, то точки, отображающие отсчеты на фазовой плоскости, неподвижны, и при увеличении числа позиций модуляции неподвижны. Это означает, что мы можем сближать точки на сколь угодно малые расстояния, не теряя возможности их различения в приемном устройстве, т.е. безошибочно. Если же в канале присутствуют шумы, то, согласно предположению о линейности канала, они аддитивно складываются с сигналом. В результате каждая точка, отображающая сигнал на фазовой диаграмме, под влиянием шумового напряжения колеблется около своего основного положения с амплитудой и частотой, пропорциональной уровню шума так, как показано на Рис. 2 пунктирным кружком. В этом случае при увеличении числа позиций модуляции и соответствующем сближении точек на фазовой плоскости возможно наложение областей, в которых колеблются точки, друг на друга, что не позволит приемному устройству правильно определить передаваемую фазу сигнала и связанную с ней комбинацию битов, что приведет к ошибкам при передаче информационных битов. Таким образом, повышение скорости передачи битов за счет увеличения числа позиций модуляции, ограничено уровнем шумов. При использовании в качестве сигнала постоянного тока аналогично может быть увеличено число уровней кодирования и соответственно увеличена скорость передачи битов.