1. Кодирование и модуляция в системах цифровой связи.

1.1. Цифровой канал связи.

Системы связи предназначены для передачи информации, создаваемой источником, до некоторого места назначения. Источники информации могут принимать множество различных форм. Например, в радиовещании источник вещает звуковой сигнал (речь или музыку). В телевизионном вещании выходом источника является, кроме звука, подвижное изображение. Выходы этих источников являются аналоговыми сигналами, и поэтому они называются аналоговыми источниками. В противоположность этому компьютеры и устройства хранения информации, такие как магнитные или оптические диски, имеют дискретный выход (обычно двоичные или ASCII символы), и поэтому их называют дискретными источниками. В то время как источники являются аналоговыми или дискретными, цифровая система связи предназначается для передачи информации в цифровой форме. Следовательно, выход источника должен быть преобразован в формат, который может быть передан как цифровой по каналу связи. Обобщенная структурная схема цифровой системы связи представлена на рис.1.1.

Процедура кодирования источника заключает в себя не только преобразование выхода источника в цифровой формат, но и, при необходимости, преобразование двоичного потока с целью устранения в нем избыточности сообщения.

Помехоустойчивое кодирование является эффективным средством повышения достоверности передачи информации при сохранении неизменными скорости передачи и энергетических параметров канала связи или снижения отношения сигнал/шум (SNR), требуемого для обеспечения заданной достоверности приема информации.

Модуляция является процедурой записи цифровой информации в параметры физического сигнала, адаптированного для передачи в физической среде.

Конкретные методы помехоустойчивого кодирования и модуляции образуют сигнально-кодовую конструкцию (СКК), которая определяет энергетическую и спектральную эффективность канала связи.

Прежде чем определять меру эффективности СКК, введем понятие - объем сообщения источника [1]. Объем сообщения вычисляется независимо от статистических свойств последовательностей символов, переносящих эти сообщения. Он всегда больше или равен объема информации на символ или производительности источника. В качестве единицы измерения объема сообщения сохраняют бит, хотя смысл этой величины здесь другой: количеством бит оценивается просто количество переданный двоичных чисел, независимо от статистики их поступления. Объем сообщения вводиться потому, что при передаче по каналу связи, существующие внутри сообщения статистические связи, как правило не используются, и требования к каналу определяются только объемом транслируемого сообщения.

В отличие от количества информации, объем сообщения может меняться при тех или иных его преобразованиях. так при кодировании источника объем сообщения уменьшается за счет сокращения его избыточности, а при помехоустойчивом кодировании увеличивается за счет введения избыточности. Поэтому понятие объема передаваемого по каналу связи сообщения является неоднозначным и следует всегда опираться на объем сообщения на входе рассматриваемых устройств.

В соответствии с вышесказанным структурная схема формирования СКК приведена на рис.1.2.

В один символ модуляции может быть записан один или несколько символов кода (бит кода), в последнем случае модуляция называется многопозиционной. Скорость передачи символов определяется как Rs (Бод). На вход модулятора поступают символы (биты) кодера со скоростью Rc (бит/с), которая связана со скоростью передачи символов модуляции соотношением:

Rc = nRs,

где n – количество бит кода, записанных в один символ модуляции.

Кодер характеризуется параметром r, называемым скоростью кодирования:

r = R/Rc, r ≤ 1.

где R – скорость источника.

Скорость передачи символов модуляции связана со скоростью(производительностью) источника соотношением

R = r* n*R, R ≥ Rs (1.1)

Показателем энергетической эффективности различных СКК является нормированное отношение сигнал/шум, необходимое для обеспечения заданной вероятности ошибки в приеме бита информации

h_б² = E_b/N₀, (1.2)

где E_b – энергия сигнала на входе приемника, приходящаяся на один бит информации;

N₀ – спектральная плотность мощности всех шумов, пересчитанных ко входу приемника.

Показателем спектральной эффективности СКК является отношение реализованной в данной системе скорости передачи информации к ширине полосы занимаемых рабочих частот (F).

γ = R/F

Эта величина именуется удельной скоростью передачи информации и измеряется в .

Если в системе связи нет помехоустойчивого кодирования, то СКК определяется только видом модуляции и тогда приведенные показатели эффективности применим для соответствующего вида модуляции.