3. Эффективность передачи непрерывных сообщений

Оценка эффективности. Уже отмечалось, что оценка эффективности передачи непрерывных сообщений — это оценка эффективности способа модуля­ции. Для оценки эффективности обычно используют выигрыш по отношению сигнал/шум и коэффициент использования пропускной способности канала

(7)

В табл. 1 приведены данные сравнительного анализа эффективности различных видов модуляции, полученные при дБ и пик-факторе П= для гауссова канала при оптимальной обработке сигналов. Анализ показывает, что лучше всего используется пропускная способность канала при однополосной модуляции, однако потенциальная помехоустойчивость этого нида модуляции низка ( = 1). Фазовая и частотная модуляция при больших индексах прибли­жаются по потенциальной помехоустойчивости к идеальной модуляции (ИС) (выигрыш составляет десятки и сотни раз), но коэффициент использования канала мал (0,19—0,32) из-за большой частотной избыточности модулированных сигналов.

Повышение эффективности передачи непрерывных сообщений.

Основными способами повышения эффективности передачи непрерывных сообщений являются устранение из­быточности, статистическое уплотне­ние, применение цифровых видов мо­дуляции.

Большая избыточность непрерыв­ных сообщений — одна из основных причин снижения эффективности си­стем. Поэтому развиваются способы устранения избыточности. Все они основаны на дискретной передаче не самого сигнала, а его наиболее ха­рактерных параметров, изменений ко­торых во времени протекает гораздо медленнее, чем изменение самого сигнала. Этот принцип используют в вокодерах, видеокодерах и телеко­дерах — устройствах для компрессии спектров телефонных, видеотелефонных и телевизионных сигналов.

Вокодеры (сокращение английского названия «voice coder» — кодировщик голоса) — это телефонные системы с параметрической компрессией спектров ре­чевых сигналов. Вместо текущего спектра передается информация о параметрах сигналов: спектральных уровнях в узких диапазонах частот сигнала, частотах и уровнях формант (областей спектра сигнала с увеличенным значением ампли­туд), основном тоне, фонемах (элементах речи, воспринимаемых как одно целое и однородное; для речи фонемы тоже, что буквы для письма) и др. Избыточными элементами речевых сигналов считают высоту тона, тембр, акцент, интонацию и т. п.

На рис. 2 показана структурная схема вокодера. Анализатор сообще­ний выделяет наиболее характерные параметры речевого сигнала. Формирователь тем или иным способом кодирует процесс изменения этих параметров для пере­дачи по линии связи. В приемнике при декодировании выполняется оценка принятых параметров сигнала и полученные оценки используются в синтезаторе сообщений для воспроизведения копии речевого сигнала.

Таблица 1

Метод модуляции
AM	2	0,67	0,36	0,48
БМ	2	1	0,5	0,5
ОМ	1	1	1	1
ФМ	2	1	0,5	0,5
ФМ	20	1000	50	0,19
ЧМ	2	3	1,5	0,5
ЧМ	20	3000	150	0,32
ИС	20	6310	315	1

Рис. 2. Обобщенная структурная схема вокодера

Теоретически спектр речевого сигнала можно сжать примерно в 200 раз, что позволяет использовать полосу 15—20 Гц. Однако предельная компрессия аппаратурно трудно реализуема. Кроме того, теряется узнаваемость речи говорящего. Разработаны вокодеры с сохранением узнаваемости, которые используют полосу 100—200 Гц, что соответствует 15—30-кратной компрессии спектра и такому же увеличению дополнительного числа каналов в уплотненных линиях. Например, один из действующих малогабаритных цифровых вокодеров занимает объем 0,12 м3, включая и источники питания, и обеспечивает высокую натуральность речи при скорости передачи информации 2400 бит/с.

Задачи устранения избыточности видеотелефонных и телевизионных сообще­ний еще более актуальны. Достаточно указать, что только двукратная компрес­сия спектра телевизионного сигнала позволяет организовать в освободившейся полосе частот в 2. МГц дополнительно около 700 телефонных каналов. Передача видеотелефонного сигнала в аналоговой форме требует полосы около 1 МГц. Если применить цифровую передачу методом дифференциальной ИКМ, использовать статистическое кодирование, линейное и нелинейное предсказание сигналов, можно обеспечить более чем 5—10-кратную компрессию спектра видеотелефон- нога сигнала. Например, цифровой видеокодер фирмы «Филко — Форд» для пе­редачи черно-белых малоподвижных изображений (говорящих по телефону людей) использует стандартный телефонный канал. Успехи в создании теле­кодеров пока еще не столь значительны.

В обычных системах статистические особенности использования каналов або­нентами не учитывают. Если эти особенности учесть, можно существенно повы­сить эффективность передачи сообщений. Сущность статистического уплотнения заключается в том, что паузы в передаче и свободные полосы частот, обуслов­ленные статистическими особенностями источников информации, используют для организации дополнительных каналов и передачи дополнительной информа­ции.

Наибольшее распространение получили телефонные системы статистического уплотнения, в которых дополнительная аналоговая или дискретная информация передается в паузах между речевыми сигналами. Передача дополнительной информации повышает коэффициент использования уплотненных линий с 37 до 90% . Эффективность статистического уплотнения тем выше, чем больше ка­налов. Например, в 12-канальной системе эффективность статистического уплот­нения равна 1,5 (в среднем образуется дополнительных 6 каналов), в 96-каналь­ной системе эффективность статистического уплотнения 2,45, следовательно, до­полнительно организуется около 140 каналов — больше, чем в самой системе.

Управление динамической нагрузкой каналов позволяет повысить эффектив­ность статистического уплотнения до 2,74 раза. Сущность этого способа заклю­чается в контроле и выравнивании реальной нагрузки различных каналов, в ре­зультате коэффициенты использования всех каналов примерно одинаковы.

Сейчас уже очевидно, что применение цифровых способов для повышения эффективности передачи непрерывных сообщений является магистральным на­правлением. Развитие интегральной микроэлектроники и цифровой вычислитель­ной техники, проникновение в технику связи программных способов управления процессами передачи сообщений, преимущества унификации и стандартизации цифровых элементов и модулей аппаратуры, приближение характеристик цифро­вых видов модуляции к характеристикам идеальной модуляции — все это со­здает объективные предпосылки для дальнейшего развития высокоэффективных цифровых способов передачи непрерывных сигналов.