3.12. Пропускная способность и спектральная эффективность телекоммуникационных систем
Пропускная способность канала связи – это максимально-достижимая скорость передачи информации без ошибок при белом гауссовском шуме при некотором идеальном помехоустойчивом кодировании передаваемых сообщений определяется выражением Шеннона:
,
где - полоса частот сигнала;
Рс, Рш = мощность сигнала шума в полосе В, соответственно
Физический
смысл зависимости
определяет важнейшее положение. что
простое «механическое» увеличение
мощности сигнала неэффективно, так как
в силу логарифмической зависимости от
пропускная способность
канала будет возрастать достаточно
медленно.
Согласно
фундаментальной границе Шеннона
спектральная эффективность (т.е. отношение
скорости передачи
к полосе сигнала
телекоммуникационной системы, работающей
в условиях гауссовского канала,
удовлетворяет неравенству:
,
или
где Ев – энергия сигнала, приходящая на один бит информации, N0 – односторонняя спектральная плотность мощности гауссовского шума.
Рис. 3.17. Граница Шеннона
Из представленного на рис. 3.17 графика зависимости спектральной эффективности от отношения Ев/N0 видно, что для использования близкой к нулю полосы для передачи данных потребуется очень большая энергия сигнала, например, работа со скоростью R=100B требует отношения сигнал-шум на бит Ев/N0 равного 280 дБ, что естественно, совершенно нереалистично. Однако, передача данных в полосе, к примеру, в 10 раз меньшей скорости передачи данных, является типичной для многих цифровых линий связи (радиорелейных, спутниковых, вещания, модемных и т.п.).
Если необходимая пропускная способность задана не в битах в секунду, а в числе каналов, то легко перевести число каналов в эквивалентную скорость передачи.
Например, один телефонный канал принимает эквивалентный по скорости передачи 32…64 бит/с.
Спектральная эффективность – это показатель эффективности передачи цифровой информации при использовании различных методов (видов) модуляции, определяемый как максимальное количество данных, переделанное в единицу времени в полосе шириной 1 Гц (размерность показателя – Бит/с.Гц). Например, для BPSK спектральная эффективность теоретически равна 1Бит/с.Гц; для QPSK – 2 Бит/с.Гц; для 64QAM – 6Бит/с.Гц; для 128 QAM – 7Бит/с.Гц и для 256 QAM – 8Бит/с.Гц.
На следующем рис.3.18 представлено сравнение спектральных характеристик телекоммуникационной системы при применении различных типов цифровой модуляции.
Рис. 3.18. Сравнение спектральной эффективности телекоммуникационной системы при применении различных типов цифровой модуляции.
3.13 Критерии помехоустойчивости телекоммуникационных каналов и систем
Помехоустойчивость [noise-immunity] - это способность системы эффективно функционировать, обеспечивая заданное качество связи в условиях воздействия шумов и непреднамеренных помех.
Повышение помехоустойчивости обеспечивается как путем увеличения мощности передаваемых сигналов, так и за счет других методов, например, выбора оптимальной структуры сигналов и методов модуляции или кодирования, введения избыточности в передаваемый сигнал.
Для телекоммуникационных каналов фиксированной связи,а зпачит и для цифровых радиорелейных систем передачи , длиной 2500 км, таких как медных кабельных каналов, спутниковых, тропосферных и радиорелейных линий связи величина вероятности битовых ошибок BER не должна превышать:
10-6 – 10-7 в течение не менее 80% времени любого месяца
10-4 в течение не более 0,3% времени любого месяца
10-3 в течение не более 0,01% времени любого месяца года.
Состояние канала связи при вероятности ошибки BER>10-3 называется прерыванием канала связи и относится к так называемым кратковременным прерываниям, длительность которых не превышает 10 с.
Для аналого-цифровых радиорелейных систем передачи (при передаче цифрового сигнала на поднесущей) остаточный коэффициент ошибок (RBER) во всем рабочем диапазоне температур не должно превышать 10-10.Это значит:
при скорости передачи цифрового сигнала 2,048 Мбит/с (количество ошибок при измерении за 24 часа составляет не более 17)
при скорости передачи цифрового сигнала 8,448 Мбит/с (количество ошибок при измерении за 24 часа составляет не более 73)
при скорости передачи цифрового сигнала 34,368 Мбит/с RBER должен составлять не более 10-11 (количество ошибок при измерении за 24 часа составляет не более 29).
[Приложение №1 к Правилам применения систем радиорелейной связи. Часть IV. Правила применения аналого-цифровых радиорелейных систем связи].