11.6. Понятие о квазиоптимальном фильтре

В радиотехнике и системах связи для фильтрации сигнала на фоне шума часто вместо согласованных используют фильтры, характеристики лишь частично согласованы с характеристиками сигнала. Подобные фильтры называют квазиоптимальными. Так, в практике радиоприема используются так называемые квазиоптимальные линейные фильтры, форма частотных характеристик которых заранее задана и соответствующим образом подобрана ширина полосы пропускания фильтра.

Исследования (В.И.Сифоров) показали, что при прохождении одиночного радиоимпульса с прямоугольной огибающей через идеальный полосовой фильтр на фоне квазибелого шума энергетический выигрыш оптимального фильтра по сравнению с квазиоптимальным не превышает 1 дБ. Однако, при приеме информационных импульсов, следующих друг за другом с таким интервалом, на котором переходные процессы не успевают затухать, качество резко падает. Поэтому применение их ограничено.

12. Элементы теории помехоустойчивого приема

12.1. Информационные параметры систем связи

Среди большого числа всевозможных технических характеристик и параметров систем связи можно выделить две основные – верность и скорость передачи сообщений. Первая характеристика определяет качество передачи, вторая – количество передаваемой информации. Необратимые искажения сообщений в грамотно спроектированной и технически исправной системе связи обусловлены лишь воздействием помех, при этом качество передачи полностью определяется помехоустойчивостью системы связи.

Под помехоустойчивостью принято понимать способность системы связи противостоять вредному влиянию помех на передачу сообщений. Качественно помехоустойчивость при заданной помехе можно характеризовать степенью соответствия принятого сообщения переданному. В теории информации данную величину называют общим термином – верность.

При передаче непрерывных сообщений верность (помехоустойчивость) определяется среднеквадратической ошибкой, а при передаче дискретных сообщений – вероятностью ошибки. Количественную меру верности выбирают разными способами, в зависимости от характера сообщения и требований получателя. В качестве количественной меры верности можно взять вероятность ошибки Р или любую монотонную функцию этой вероятности, например логарифмическую (что делается на практике).

В теории связи доказывается, что верность передачи информации зависит от отношения средних мощностей сигнала и помехи (отношения сигнал/шум). При данном уровне шума вероятность ошибки тем меньше, чем сильнее различаются между собой сигналы, соответствующие разным сообщениям. Задача состоит в том, чтобы для передачи различных сообщений были выбраны существенно отличающиеся сигналы. Наконец, верность передачи зависит и от способа приема.

Скорость передачи информации является важнейшим показателем работы системы связи.

12.2. Оценка количества информации, содержащейся в сообщении

Ценность любых сведений, содержащихся в переданном получателю сообщении, характеризует количество заключенной в нем информации. (называемое частным количеством информации, обозначается I). Данная величина может определяться степенью изменения поведения получателя под воздействием принятого сообщения. В теории связи количественная оценка информации основывается на концепции выбора наиболее важного сообщения из всей совокупности возможных. При этом, чем менее вероятен выбор данного сообщения, т.е. чем более оно неожиданно для получателя, тем большее количество информации в нем содержится. Очевидно обратное: достоверное (заранее известное) сообщение нет смысла передавать, поскольку оно не является неожиданным и, следовательно, не содержит никакой информации. Поэтому любые реальные сообщения следует рассматривать как случайные события (случайные процессы).

Впервые задачу о количественной мере информации поставил и решил американский инженер Р.Хартли в конце 20-х годов прошлого столетия. При этом для решения проблемы он использовал вероятностный подход. Он предложил вычислять количество информации, содержащейся в сообщении, по формуле

I_A = – log_aP_A, (12.1)

где логарифм может быть взят при любом основании а.

Если в качестве основания выбрано 2, то информация измеряется в двоичных единицах или в битах.

I_A = – log₂P_A (12.2)

Данная мера представления является универсальной и позволяет сравнить различные сообщения и количественно определить ценность различных источников информации, оценить величину ее потерь при передаче, приеме, обработке, хранении, использовании и т.д.

Если основанием логарифма в формуле (12.1) выбрано е (как в натуральных логарифмах), то информация будет измеряться в натуральных единицах или в натах ( 1 нат ≈ 1,443 бит).

В цифровой технике (цифровых каналах связи, компьютерах и прочее) в качестве единицы представления информации используется и такая единица, как байт (от англ. byte – слог) – слово (набор) из восьми двоичных разрядов (битов). Легко посчитать, что байтом можно передать одно из

2⁸ = 256 различных сообщений.