43 Оралғыға тұрақты модуляцияланған сигналдар бағасы және оларды салыстыру.
Оценка помехоустойчивости модулированных сигналов. В таблице 5.1 и на рисунке 5.12 приведены аналитические выражения и графики Рв для наиболее распространенных схем модуляции, описанных выше. Для Рв=10"* можно видеть, что разница между лучшей (когерентной Р8К) и худшей (некогерентной ортогональной Р8К) из рассмотренных схем равна приблизительно 4 дБ. В некоторых случаях 4 дБ — это небольшая иена за простоту реализации, увеличивающуюся от когерентной схемы Р8К до некогерентной Р8К (рисунок 5.12); впрочем, в других случаях ценным является даже выигрыш в 1 дБ. Помимо сложности реализации и вероятно¬сти Рв существуют и другие факторы, влияющие на выбор модуляции; например, в некоторых случаях (в каналах со случайным затуханием) желательными являются некогерентные системы, поскольку иногда когерентные опорные сигналы затруднительно определять и использовать. В военных и космических приложениях весьма желательны сигналы, которые могут противостоять значительному ухудшению качества, сохраняя возможность обнаружения.
Таблица 5.1 - Вероятность ошибки для различных бинарных модуляций
44 Сипаттамалары уақыт бойынша өзгеретiн арнамен сигналдарды тарату және қабылдау ерекшелiктерi.
Обеспечение высокой удельной скорости передачи сообщений.
Общие положения. Полоса пропускания непрерывного канала и уровень помех в нем определяют пропускную способность канала С. Степень использования пропускной способности канала определяется информационной эффективностью системы г) = К/С<1, где К — скорость передачи информации, бит/с. Чем больше ц, тем эффективнее используется канал. Обеспечение большего значения г) (или, при заданном С, значения К) требует увеличения аппаратурных затрат. Однако с ростом К падает стоимость канала связи, приходящаяся на 1 бит передаваемой информации. Чем меньше г), тем проще реализуются УЗО и УПС, но выше стоимость канала связи, приходящаяся на 1 бит передаваемой информации. Соотношение К/С, обеспечивающее минимальную стоимость передачи 1 бит информации, зависит от уровня развития техники связи, от используемой элементной базы, стоимости линейных сооружений и ряда других факторов. Ожидать в ближайшие годы существенного снижении стоимости канала связи, в состав которого входят кабельные линии связи, не приходится. В то же время ускоренными темпами совершенствуется элементная база, резко падает ее стоимость. Это требует более эффективного использования каналов связи за счет совершенствования АПД и, в частности, УПС.
В настоящее время основной объем дискретных сообщений пе¬редается по существующей сети стандартных каналов ТЧ. Уровень аддитивных шумов в таких каналах более чем на 30 дБ ниже уровня полезного сигнала, что теоретически позволяет передавать информацию в таких каналах со скоростью до 30000 50000 бит/с. Однако в действительности используемая скорость передачи почти на порядок ниже указанных значений. Главным фактором, ограничивающим повышение скорости в каналах ТЧ, является высокий уровень интерференционных (межсимвольных) помех, который для скоростей, приближающихся к скорости Найквиста, превосходит уровень полезного сигнала. В принципе, при заданной скорости источника К и полосе частот канала АР к можно выбрать систему сигналов и способ передачи, при которых межсимвольная интерференция (МСИ) практически будет отсутствовать [6.5]. Так, можно использовать Л^ = АР^ /АР] частотных каналов передачи с полосой АР] в каждом (многочастотная или параллельная система). Длительность элементарной посылки в каждом частотном канале тО1=М/К. Если тО1 » {„ ({„ — длительность переходного процесса), то МСИ практически отсутствует. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться лишь последовательные системы передачи.
Меры борьбы с МСИ в последовательных системах распадаются на три самостоятельных направления:
1. Синтез оптимальных нелинейных приемных устройств для
каналов с МСИ.
2. Синтез корректоров, позволяющих скомпенсировать искажения
временных и частотных характеристик каналов.
3. Синтез сигналов с компактным спектром, обеспечивающих минимальную интерференцию или отсутствие таковой .
В существующих системах без коррекции каналов относительная скорость передачи не превышает 0,3 ... 0,5 Бод/Гц, в то время как при использовании специальных сигналов с компактным спектром совместно с коррекцией линейных искажений скорость приближается к предельно возможной (скорости Найквиста), равной 2 Бод/Гц. Дальнейшее увеличение удельной скорости передачи информации (скорости, отнесенной к 1 Гц полосы пропускания канала связи) связано с использованием многопозиционных сигналов. Применение
многопозиционных сигналов позволяет осуществить в стандартном телефонном канале передачу со скоростью порядка 20000 бит/с (удельной скоростью более 6 бит/с-Гц).
Приемники, обеспечивающие минимально возможное значение средней вероятности ошибки, когда принятый сигнал искажается как случайными помехами, так и межсимвольной интерференцией, являются нелинейными. В одном из вариантов такого приемника реализуется идея обратной связи по решению (вычитание на интервале анализа из принимаемого сигнала последействия, обусловленного символами, предшествующими анализируемому, по которым уже принято решение) *. Широко применяется в каналах с МСИ метод обработки сигналов, основанный на применении алгоритма Витерби. Вследствие аппаратурной сложности оптимальных устройств приема в каналах с МСИ остановимся подробнее лишь на использовании корректоров.
Использование многопозиционных сигналов. Известно, что если сообщение передается двоичными посылками (двоичным кодом), то скорость передачи информации не может превышать 2АРк бит/с или 2 бит/с на 1 Гц полосы пропускания канала. Для повышения удельной скорости передачи информации необходимо перейти к многократной модуляции (многопозиционным кодам}, при которой каждая элементарная посылка несет более 1 бита информации.
Наибольшее применение многократные методы нашли при фазовой модуляции. При многократной фазовой модуляции каждой комбинации из п единичных двоичных элементов, поступивших от источника, ставится в соответствие определенное значение фазы отрезка несущей. Правило отображения двоичной последовательности {а,} в последовательность сигналов /л'д ({)} называется модуляционным кодом.
Методы борьбы с сосредоточенными во времени помехами.
Сосредоточенные во времени помехи на проводных каналах связи (особенно коммутируемых) являются основными источниками ошибок. К таким помехам относятся импульсные помехи и перерывы. Перерыв можно представить эквивалентной (аддитивной импульсной) помехой, которая по форме совпадает с формой сигнала, передаваемого во время действия перерыва и вычитается из сигнала. Все методы борьбы с сосредоточенными во времени помехами, используемые при передаче дискретных сигналов, можно разбить на две большие группы: методы, в которых мероприятия по уменьшению влияния помех применяются только на приеме, и методы, в которых соответствующие меры применяются как на приеме, так и на передаче.
Для обеспечения помехоустойчивой передачи в условиях действия сосредоточенных во времени помех необходимо каждый элемент передавать по каналу сигналом, структура (форма) которого заведомо отличалась бы от структуры возможных реализаций помех. Отсюда следует, что длительность используемых сигналов (их база) должна быть возможно больше длительности (базы) импульсных помех (перерывов), действующих в канале связи. Однако желательно, чтобы увеличение длительности сигнала не сопровождалось уменьшением скорости передачи информации. Общей мерой сложности структуры некоторого сигнала является его база, определяемая как произведение длительности сигнала на ширину его спектра. Оценка значений базы одиночных импульсных помех, рассматриваемых как сигналы для реальных каналов ТЧ с различным числом переприемных участков, показывает, что база таких помех равна 3 ... 15 [1.4]. Аналогичная оценка базы кратковременного перерыва связи (базы участка сигнала, поражаемого этим перерывом) в зависимости то длительности перерыва дает значение 3 ... 900. Таким образом, даже с учетом малого удельного веса перерывов большой длительности база передаваемых элементарных сигналов (переносчиков элементов информации) должна составлять сотни единиц. Тогда при соответствующей оптимальной обработке этих сигналов на приеме можно реально получить высокую помехоустойчивость даже при полном отсутствии сигнала на приеме в течение некоторого интервала времени.