Согласование статистических свойств источника сообщений и канала связи [1 и др.].
Согласование статистических свойств и отражающих их информационных характеристик источника сообщений и канала связи проводится с целью улучшения качества системы передачи. Оценка качества осуществляется по трем основным показателям: достоверности, средней скорости передачи и сложности технической реализации системы, определяющей ее стоимость и надежность. Хотя с точки зрения практики сложность технической реализации может иметь решающее значение, при определении предельных возможностей системы целесообразно ограничится только первыми двумя показателями.
Достоверность дискретного канала обычно оценивается значением вероятности ошибочного приема одного символа (элементарного символа). В случае передачи непрерывного сообщений о достоверности судят по значению среднеквадратической ошибки при воспроизведении сообщения
где s(t) – сообщение, поступающее с выхода канала; z(t) – сообщение на входе канала.
Достоверность характеризует помехоустойчивость информационной системы.
Под скоростью передачи подразумевается среднее количество информации, передаваемое по каналу в единицу времени. Именно эта (а не техническая) скорость формирования символа подлежит согласованию с пропускной способности канала.
Скорость передачи информации характеризует эффективность системы.
Если высоких требований в отношении скорости передачи и достоверности к системе передачи не предъявляется, то согласование статистических (информационных) характеристик источника сообщений и канала связи не является принципиально необходимым.
При преобразовании сообщений в сигналы в этом случае могут преследоваться две основные цели. Одна из них заключается в том, чтобы преобразовать сообщения в такую систему символов (код), чтобы она обеспечивала простоту и надежность аппаратурной реализации информационных устройств, и приемлемую их эффективность: простоту аппаратуры различения элементарных сигналов, соответствующих отдельным символам, приемлемое время при их передаче, простоту выполнения в этой системе арифметических и логических действий. Техническая реализация процесса кодирования в таким простейшем виде при непрерывном входном сигнале осуществляется аналого-цифровыми преобразователями.
Другой целью преобразования сообщений является защита их от несанкционированного доступа. Такое преобразование называют шифрованием. Оно может проводится как на уровне знаков, так и на уровне символов.
В случае отсутствия необходимости в статистическом согласовании источника сообщений с каналом связи вопрос повышения качества функционирования системы решаются для дискретного канала от входа модулятора до выхода демодулятора.
Считается, что символы на входе модулятора поступают равновероятно и статистические связи между ними отсутствуют. Из множества сигналов, удовлетворяющих заданным ограничениям по мощности и полосе частот, для отображения символов отбираются такие, которые в предположении воздействия на них аддитивного гауссова шума обеспечивают наибольшую достоверность приема каждого отдельного символа. Одновременно определяется структура оптимального приемника. Наиболее полно эти вопросы рассмотрены для случая двоичного канала (m=2).
Увеличение эффективности и помехоустойчивости системы передачи информации, как показал Шеннон, возможно за счет введения в канал связи кодирующего, а следовательно, и декодирующего устройств, цель которых состоится в статистическом согласовании свойств источника сообщений и канала связи.
Доказанными им теоремами обосновано существование оптимального способа кодирования, при котором достигается скорость передачи информации, сколь угодно близкая к пропускной способности данного канала связи. Под способом кодирования при этом подразумевается совокупность операций по преобразованию сообщений в сигналы и обратного преобразования смеси сигнала с помехами в сообщения, включая операции в частности канала «модулятор-демодулятор».