вых шаров в заданном объёме- Такое расположение обеспечивает одинаковую вероятность ошибки любого сигнала (области сигналов одинаковы) и минимальную среднюю энергию сигналов (области наиболее плотно упакованы).
На рис, 11.6 приведены ру-диаграммы для некоторых ансамблей мноюпо-•жционных сигналов. Значения энергетической эффективности определялис! по кривым помехоустойчивости рис, 11,2 для заданного значения вероятности ошибки на бит /^ = Ю"'1„ а частотная эффективность определялась согласно (\}.9}:

Можно выделить два класса мноюпозиционных сигналов, К первому отнесем так называемые плотные сигналы, когда с ростом объема ансамбля т при фиксированной мерности п расстояние между сигнальными точками уменьшается, а удельная скорость у согласно (11.20) возрастает при соответствующем снижении энергетической эффективности р, |3у-номограммы таких сигналов (ммогопозиционные ФМ и АФМ) приведены на рис, 11,6.
Ко второму классу отнесем биортогональные (БС), симплексные (СС) и ортогональные (ОС) сигналы - это примеры "разнесённых" сигналов, когда с увеличением т расстояние между сигнальными точками увеличивается и соответственно увеличивается энергетическая эффективность за счёт снижения частотной эффективности у. Центральное место на диаграмме рис, П.6 занимает система с сигналами ФМ-4, которые относятся к классу биортогональных при т = 4. Из простых систем — это наиболее эффективная система (у = 2, Р = -9,6 дБ, r| s 0.47). В цифровых сет^х система ФМ-4 является наиболее

распространенной и принята в качестве стан дар!а. Поэтому при сравнительной оценке эффективности систем целесообразно принять за 3i ал он систему с ФМ-4- Если начало координат перенести в точку, соответствующую ФМ-4. то в новой системе координат по вертикальной оси будет отсчитываться энергетический выигрыш Др рассматриваемых систем по сравнению с ФМ-4, а по горизонтальной оси — выигрыш Ау по удельной скорости: В зтой системе координат все возможные системы связи можно условно разделить на четыре группы, соответствующие четырем квадрантам на плоскости. 1) малоэффективные системы
413

(Ill квадрант), имеющие относительно ФМ-4 проигрыш по |3 и у (например. АМ-2, ЧМ-2); 2) системы с высокой энергетической эффективностью (II квадрант), обеспечивающие вышрыш по |3 и проигрыш по -/ (системы с корректирующими кодами); 3) системы с высокой частотной эффективность») (IV квадрант), обеспечивающие выигрыш по у и проигрыш но р (системы с многоло-•жционными ФМ и АФМ сигналами) и 4) высокоэффективные системы (I квадрант), позволяющие получить одновременно выигрыш по обоим показателям Р и у (сложные сигнально-коде вые конструкции),
Приведённые на рис. 11.6 номограммы позволяют количественно оценить обменный выигрыш (проигрыш) различных систем. Тик применение биортого-нальных сигналов с т = \6 позволяет получить энергетический выигрыш Др=2,4дБ в обмен на снижение удельной скорости р и •/ в 2 раза (.3 дБ), Обмен
энергетической эффективности на частотную можно осущестнить с помощью многопозиционных сигналов с ФМ. Однако более эффективными являются АФМ сигналь^
Корректирующие коды. Наряду с многощунщионными сигналами для повышения эффективности СПИ широко используются помехоустойчивые коды. Применение корректирующих кодов позволяет повысить верность передачи сообщений или при задашюй верности повысить энергетическую эффективность системы. Последнее особенно важно для систем с малой энергетикой (систем спутниковой и космической снязи).
Нв практике используются kik блоковые, т,1К и HenpepF.iiiHi.ic решетчатые коды. Среди блоковых кодов наибольший интерес придстиляют циклические коды (и частности, коды
БЧХ), а ^рсди непрерывных — свйрточные кодь]. Ргючст энйрп1'н'и;ской эффективности код;1 (ЭВК) слрелслястся по формулам, приведенным м гл. 7. При этом 1;е]юятнос71 ошибки h;i Бит для данных L'iii-налои д данном K,iii;Lrrf модено определить или клк р или для симметричного
Д1ЮН4Ного канала по формуле (^.й7): ^ -.—":L. В бином пальнем д|;о[1'1ном K;in;4ic <6cJ намя-п
,                  -    с-    ^-[ ,
ти; кр.пность исправлясмои ошибки i - -——. отгеод;! y.i^i иероятностн ошиооч1Гого декодирования р^ -- С',,'1 р'^, где р — иеромтнос-п. ошибочного npiieM;i символа.
На рис. ] 1.6 приведены ру-номограммы для циклического кода (БЧХ) и для свсрточного кода (СК) с декодирован и l'm по алгоритму Витсрби. Кик нидим. применение циьслического кода позволяет получить энергетический выигрыш Д^=2. 3 дБ, а сверточного кода - Др=5...6 дБ в обмен на снижение частотной
эффективности в 2 раза (3 дБ), Применение каскадных кодов, как показывают расчёты, позволяет получить еще больший энергетический выигрыш и существенно приблизиться к предельной кривой для двоичных систем. Энергетический выигрыш йр от применения помехоустойчивого кодирования тем больше, чем выше требуемая верность передачи. Доя непрерывного постоянного канала с белым гауссовским шумом при требуемой вероятности ошибки р,, = Ю"^ предельный энергетический выигрыш кодирования Ар по сравнению
с ФМ без кодирования и при оптимальном когерентном приеме составляет примерно 10 дБ. При современной элементной баае затраты на реализацию кодирующих и декодирующих устройств значительно сократились. В то же время стоимость энергетики канала практически не изменилась. Таким образом,
414

"цена" выигрыша Д^ за счёт кодирования может быть существенно меньше цены того же выигрыша, полученного за счёт увеличения энергетики канала (мощности сигнала или размеров антенн).
Отметим, что выбор способов кодирования и модуляции зависит от характеристик канала. Улучшение этих характеристик [например, пугём измерения помех и искажений сигнала и их последующей компенсации) ениясает потери в канале и создаёт лучшие условия для применения корректирующих кодов.
Наиболее разработанными являются коды для тСК с независимыми ошибками. Для любого другого канала эти коды малоэффективны В частности, при передаче дискретных сообщении по каналу с медленными замираниями возникает группирование ошибок. Дискретный канал в этом случаи будет существенно отличаться от mCK. - он будет каналом с памятью, В 'mix утопиях можно пойти по пути набора кода, исправляющего пачки ошибок.
Для каналов с изменяющимися параметрами этот код должен быть адаптивным В ^тих L.'iyia^x перед кодированием (либо только перед декодированием) производится измерение параметрон канала и и соответствии с их результатами изменяется алгоритм кодирования (или декодирования). Измерение параметров KaH;i;ia может осуществляться, например, с помощью специального испытательного (зондирующего) сигнала |]4j или на основании результатов обработки предыдущих отрезков сигнала. Б некоторых условиях возможны методы кодирои;!-ния, оптимальные или близкие к оптимальным для широкого класся каналов.
Другой путь заключается и том^ что исходные каналы с памятью преоб разуются к некоторому "стандартному" дискретному каналу, для которого оптимальные коды изиес:тны. Простейшим примером атого является метод декорреляции ошибок путем разнесения символов, входящих r один кодовый блок (метод перемещения рассмотрен в гл. 7, 8). Этот метод поселяет преобразовать самые различные дискретные каналы приблизительно в яКЖ. Поэтому во многих случаях для эффект и иного использования кодирования может оказаться целесообразным с помощью модема и канальных устройспз преобразовывать исходные реальные каналы в канал, близкий к тСК. Диалогично тому как для эффективного использования автотранспорта нужны хорошие дороги, так и для эффективного использования кодирования нужны хорошие каналы, согласованные с кодом. Согласующим устройством может быть модем, а хорошим каналом - г/гСК.
Помимо разнесения (пере меже ни я) символов можно осуществлять и другие преобразования, имеющие целью придать потоку символов свойстиа. похожие на случайную последовательность раин о вероятных и независимых двоичных символов. Такая операция называется скрембиир^аиигл!. Её осущсстнляют пропуская поток символов через регистр сдвига с обратными связями, в котором •эти символы "перемешив.ьются" и преобразуются. Разумеется, характеристика еклемблсра должна быть обратимой. Тогда принятые после демодулятора символы подвергаются обратной операции - дескремблиронанию для восстановления исходной последо ватель н ости,
Скрсмблированис 'ibcto применяют для повышения надежности системы синхронизации. Но оно также улучшает работу декодера, особенно в системах с обратной снязью,
В каналах е замираниями часто используют сигналы сложной структуры, такие» например. как многочастотные, частотно-временные, шумоподобные и др. Так, при не пользовании частотно-ире менных сигналои с помощью многочастотных модемов образуется двумерный канал. Передаваемое и принимаемые символы » таком канале размещаются в виде матрицы. в которой строки соответствуют различным интервалам времени, а столбцы - различным частотам, Варьируя параметры модема, можно, не изменяя общей скорости передачи информа' иии, перераспределять память в дискретном канале, например увеличить корреляцию между символами по времени и уменьшить корреляцию между символами, близкими по частоте. В таких каналах удобно применять каскадные коды при различных алгоритмах декодирования. Применение модемов, создающих двумерный дискретный канал, оказывается полезным и для непрерывных каналои, в которых имеют место сосредоточен и не и импульсные помехи большой интенсивности. В этик случаях ошибки имеют тенденцию поражать символы, передаваемые иа одной поднесущеи (при сосредоточенных помехах) либо is одном интервале времени (при^ импульсных помеха?,}. Известны коды, которые позволяют успешно исправлять гакие решетчатые конфигурации ошибок. Примером согласованного подхода к кодированию и модуляции е учётом свойетй непрерывного канала являются системы с обратной свпчью
415

Неотъемлемым элементом этих систем является кодирои.шис г обнаружением ошибок. Прик-ПГЧС1ЖИ почти ьсс дс1и;Т1!уюшие системы персдичи данных по к;т;ии1М с переменными парг1-мстр;1,ми [илюль^уют решающую обратную сши^ В атим случае rio pciy.iii/nmM "tn мере ни я" состояния K;iEi,vm i; помощью код;1 ;штом,1ти'эескн осуще^тилястся [вменение режима работы системы путём переспроса. Как уже отмечалось, кодчронанш; и декодирование с обнаружением ошибок к юишле е псрсмсиньши n;ip;i метрам и осу щест шлются значительно эффсктиипее, чем нспосредстисншх: исправление ошибок. Одной m причин •л-ого является тот факт, чти оптимальный алгоритм декодирования с оБнаружсиисм ошибок сонсршенно не эалпсчт от \;|р;|ктеристик канала, вероягиисть необн.1руд;синоп ошибки мало •;аииспт от -mix характеристик и ипрсделястсм глаины.м образом структурой кода.
Важнейшей проблемой на ггути создания высокоэффективных систем перс-дачи информации является проблема согласования модемов и кодсков с учётом статистических свойств непрерывного канюча. Кодирование и модуляцию необходимо р посматривать как единый процесс формирования наилучшего сигнала, а демодуляцию и декодирование - как процесс наилучшей обработки сигналов,
Си гнально-кодовые конструкции (СКК,), Многопозиционныс сигналы с плотной упаковкой (например, ФМ, АФМ) обеспечивают высокую удельную скорость у за счёт снижения зиергетической эффективности р. С другой стороны, корректирующие коды позволяют повысить энергетическую аффективность при определенном снижении удельной скорости. Каждый из этих способов даёт ныигрыш по одному показателю в обмен на ухудшение другого. Вместе с тем во многих случ^нх важным является одновременное повышение как энергетической, так и частотной аффектчвности, Решение этой задачи возможно при использовании ансамблей многопозиционных сигналов совместно с помехоустойчивым кодиронЕ1Нием. При этом. очевидно- необходимо сформировать га-кие сигнальные последовательности, точки которых в многомерном пространстве плотно упакованы (чтобы обеспечить высокую частотную эффективность) и достаточно разнесены (чтобы обеспечить достаточно высокую энергетическую эффективность). Такие сигнальные последовательности, построенные на базе помехоустойчивых кодок и многопозиционных сигналов, называются спг-!!{1ЛЫ10-кодовыми конструкциями (см, гл. 7). В качестве помехоустойчивых кодов обычно используются в СКК снёрточные и каскадные коды. а в качестве многопозиционных сигналов — сигналы ФМ, АФМ и ЧМНФ.
Устройство, реализующее СКК. состоит из кодека, модема и согласующих устройств. Дл« согласования кодека двоичного помехоустойчивого кода и модема ^-позиционных сигналов часто используется манипуляцпонный код Грэя, при котором большему расстоянию по Хэммшэгу между блоками кодовых символов соответствует большее расстояние по Евклиду между соответствующими им сигналами. Код Грэя, включенный между помехоустойчивым кодеком и модемом, преобразует //f-позициоцный канал без памяти в двоичный канал с памятью длиной v=\og^w символов. Однако код Грэя не является оптимальным. Двоичное представление канальных символов требует, как правило, неравной защиты с помощью корректирующего кода. Это обусловлено тем, что используемые в каналах ансамбли многопозиционных сигналов в большинстве случаев оказываются в месте приема не^квидистантными. Неэквидистантны также и соответствующие им наборы двоичных символов манипуляционного кода. В настоящее время известны и другие способы согласования источников сообщений и каналов, В частости, способы; основанные на иерархическом
416

разбиении ансамбля сигналов на набор вложенных подансамблей с монотонно-возрастающими расстояниями между ними и подбором кодов для каждого уровни иерархии так, чтобы выровнять результирующие расстояния. Более плодотворным в этом направлении является способ построения СКК на основе обобщенного каскадного кодирования. В этом случае внешние помехоустойчивые коды согласуются с внутренними кодами, в качестве которых используются вложенные подансамбли сигналов |2|, Пример построения сигнально-кодовой конструкции (комбинированной модуляции) с использованием решётчатых кодов АнгсрбоекЕ! приведен в § 7.3.
Возможно построение СКК и на основе многомерных сигналов, позволяющих увеличить число позиций сигнала без существенного уменьшения расстояния между ними. Однако следует помнить, что построение более совершенных СКК связано с неизбежным усложнением и^ реализации.
Показатели эффективности СКК определяются следующими соотношениями:
ЦМ^,,                                            (!121)
2R\CiQiii У-У.,-/,.-—^—.                                                  (11,22)
где ^„ и у„ — показатели эффективностЕ! системы модуляции (модема), Др^ -
энергетический выигрыш кодирования (кодека); 7к - частотная эффективность кодека.
Результаты расчётов показывают (рис. 11.6), что применение СКК позволяет получить одновременно выигрыш как но анергетической, так и по частотной уффективности и, во нсчком случае, выигрыш по одному показателю, ле ухудшая другой. Так. система ФМ-й-СК при использовании перфорированного обёрточного кода [21 со скоростью 7^=2/3 обеспечивает анергетический выигрыш Лр = 2,8 дЬ без снижения удельной скорости у, а система АФМ-16-СК при R=}/2 и кодовом ограничении v= 3 — выигрыш по удельной скорости
^/ =• 2 дБ без снижения унергстической эффективности Р. Информационная
•эффективность ^тих систем r\ s 0,6...0,7.
Значительный интерес представляют снгнально-кодовыс конструкции ЧМ1НФ-СК, построенные на основе ЧМНФ сигналов и свёрточных кодов. Фа'ювые изменения ЧМНФ сигналов имеют вид регулярной решетки аналогично решетчатой диаграмме СК. Это позволяет совместить в системе ЧМНФ-СК процедуры демодуляции и декодирования путём обработки сигналов на приёме по единой сиги алы ю-кодовой решетке с использованием алгоритма Витсрби (АВ) или алгоритма Кл овского-Николае в а (АКН),
11.4. КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕХ И ИСКАЖЕНИЙ В КАНАЛЕ
До сих пор ь гл. II мы определили чффсктшщигть систем связи, в когорых используется глуссоискж! к;1нчл без искажений с лптим,1ЛЫ1он обработкой снп-1;1Л;1 11 месте приема. В pi;-.uibtiLix у1;лси1Ш1Х 'зффск:л-п юность может г н и жат i.c 'л по цс"юму ряду причин, основными н^ ко-ro|]ii]x 'iiviMior^sr мс^снмиольныс и меж канальные помехи, неточность фор у про пан ни и син-х|юниэ;шии сигнчла. нестабильность тактовых и несущих члсгиг. Случайные нэмснснп;! 4;ip;i-мс-rpoi^ канЕша. наличие сосредоточенных и импульсных (чаще всего нсшу^овских) помех
•ткжс moot сущчсткснно увеличил» потери информации в кднйлс.
Что касается мсж^ил-пюльнон интсрфсреш^ии в канале, об^ло^еннлй, нопримср, много-лучсным рас просгра нснием воли нлп ограничением полосы пропускания, то уже сегодня ис-[]ол1.чую7о1 о лтп мал 1.н не приемные устройств, которые обсспсчкИЕшэт дл^1 узкополоси1,1>;
417

сигналов помехоустойчивость более высокую, чем ы однолучсвом канале |14]. Это понятно, если учесть, что многолучсвоеть в принципе образует дополнительные пути передни полезной информации. Такие оптимальные приемные устройства, пос-гроснныс по алгоритму Клоцекого-Николаеиа или Витсрби, рассмотрены в § 5.6 Они нажэдмт применение, например
в цифровых сотовых системах мобильной радиосвязи, построенные на основе временного
разделения сигналов отдельных пользователей по общеевропейскому стандарту GSM-
Друтой пуп. преодоление м но гол учёности канала (МСИ) - переход к широкополосным (шумо подобным) сигналам с большой базой. Если использование оптимальных приемных
устройств в канале с МСИ нецелесообрачно (уровень флуктуационных шумов мал), как и нецелесообразен (вследствие уменьшения частотной эффективности) переход к сигналам с большой базой. то приходится, естественно, думать о компенсации искажений, порожденных МСИ
Энергетическую эффективность (дБ) реальной системы (канала) при выбранных способах модуляции и кодирования можно определить с учетом ныражения (11.21).
Р-Р.+л^-др,,.                                            UJ-23}
где йр^ — энергетические потери- обусловленные действием негаус со неких помех и искажений в канале,
Энергетические потери (ЭП) показывают, насколько необходимо увеличить отношение сигнал-шум на в^оде реального канала по сравнению с идеальным гауссовеким. чтопы иеро-ятноеть ошибки осталась прежний. Аналогичным соотношением в соответствии с (11.22) определяется частотнац эффектииность (дБ) реалъ}юй еиетемы:
У=7.-Д7^-^п,.                                                    (п-24) где Ду^ - потери (проигрыш) частотной эффективиоети (удельной скорости) за счсг применения корректирующего кода; й"/^ - потери в канале. Величина йу,^ полностью определяется скоростью код;1 R, Потери в канале Л-/,,, зависят от многих факторов, которые принодит
к расширению полосы частот реального канала по сравнению е теоретически необходимой
для данного сигнала. Такое расширение полосы требуется, » частности, для снижения уроння межканальных и меже им вольных (при отсутствии оптимального приёма) помех. Полоса канала также •эаписит от формы сигнала, оч плавности изменения его фа^ы и огибающей (особенно нежелательны скачкообразные [пменени^).
Корректирующие коды, кнк уже отмечалось, наиболее '.эффективны в каналах с мялымл ошибками. Полтом;', но-ипдпмо.му. целее оо бра.эно сначала принять определенные меры для уменьшения влияния помех и искажении и канале, а •затем для далг.нейшего повышения верности или эффективности енязи при мен яп. корректирующие коды-
Дл9 уменьшения межснмвольных иекажений (МСИ) используются устройства, позволяющие корректировать АЧХ и ФЧХ канала или компенсировать переходной процесс и канале. В общем случае такие корректоры должны быть адаптивными. При небольших уровнях МСИ широко используются линейные методы коррекции, которые реализуются в виде выравнивающих фильтров, компенсирующих МСИ в отчетные моменты иремени. Такие фильтры (корректоры) обычно выполняются в виде транс вер сальных фильтров ~ линии задержки с отиодами и весоным сложииисм снимаемых напряжений- R канале е гауесовским шумом и МСИ. близким к оптимальному приемнику (в классе линейных), является приёмник в виде каскадного устройства, состоящего из согласованного фильтра и трапе всрсального фильтра |17|. При большом уровне искажений в канале качество работы линейного корректора ухудшается. В этих условиях целесообразно использование мет-опор нелинейной коррекции МСИ, в частности коррекции с обратной сиязью по решению 117].
Для борьбы с сосредоточенными по спектру и импульсными помехами часто испольчуют-гя компенсационные методы, позволяющие существенно ослабить их влияние на качество передачи. Исследования показывают, что киазипптнмальный приемник в каналах е сосредоточенными и импульсными помехами и флукгу анионным и шумами должен содержать анализатор и компенсатор помехи и согласованный фильтр для полезного сигнала |ЗЬ].
Существуют разные способы формирования оценки помехи на основе наблюдения и измерения параметров помехи как на интервалах времени, предшествующих интервалу решения, так и непосредственно на интервале вынесения решения- Чем точнее оценка помехи. тем ближе приёмник с компенсатором к оптимальному. В простейших случаях роль компенсатора в определенной мере могут выполнять реэкекторные фильтры при сосредоточенных по
41S

спектру помехах или устройства :7апирлния приемника hei время дсиепшя импульсной помехи (см. § 5.9),
Осуществить обработку сигнале]!, при которой устраняются нлиннпя любых помех и искажений в канале. - задача практически неразрешимая. ,r;iycco]n:Kiill флукту,! и ионный шум принципиально неустраним, его можно лишь ослабить ло определенного предела, определяемого потенциальной помехоустойчивостью при заданном виде сигнала. Влиянии же таки\ помех как сосредоточенные, импульсные, могут быть ш-иностьк/усграисны. В принципе могут
быть yCTpflHCULl -ШЮКС' ЛИНеИНЬЮ И НСЛИНСИИЫС ИСКаЖеНИЯ, МСЖСИМИОЛЬНЫе ]| МСЖКаНаЛЬИые
помехи- Для каждого отдельного вида помех и иска/кений Jtma4a их компенсации разрешима. --!адач^ компенсации помех и искажеЕШЙ сильно усложняется при одновременном действии со |!о куп 1 гости различных помех [I искажений. Приёмник в •iTHX условиях должен быть сложным адаитинным устройством, выполняющим большее 'тело операций. При iseeil сложности такого приемника его основными блоками буд^т устроист1;.1 компси^шии (коррекции) ner.iyc-совских помех и ИСЮ1ЖСИИЙ и коррел^щнонные устройства, осущест^^шиине оптимальную обработку сигнул,э при туссонском шуме. Таким обр,13ом. с помопп.ю молем;! п уетронств обработки еигн,1Л;1 потери il канале эл счет и cm ус'сотских помех и искажении можно и принципе свести до минимума и тем с^мым ра.ьльньш канал преобраэоватъ u i;;iH;in, б-ш^кпп i: идеальному myccol^cкo^Ey, которып отображается ц ///СК 6fJ памяти. При ^том буд\-т ео.^д.шы yc'io-liiisi дл51 ндиболсс эфсЕюктчиного испольэов,1ния корректирующего кпд" 11 ^шалс, Л ^ito n счюю очерель позволяет достигнуть высокой аффектииности СП И li целом. Современные ^леме нения OilSii i] иы числительные срсдстиа ло^ноляют внедрять цифровые методы обработки ciirHii-лов, fj.i осноне которых создаются сложные алгоритмы оитима.-и.ного приема в успениях деи-етвия ь кан;1ле различных помех и нскажениГг, Для ^iTciiu не пользуются программные мггоды |]ос7'роенпм аппаратуры с помоик.ю унивсрс^пшыл и специализированных микропроцессор он.
11,5. СОКРАЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ. СЖАТИЕ ДАННЫХ
Дальнейшее повышение эффсктнииости СПИ ешгяшо е кодированием источника. Эффективность кодирования источника полностью определяется его избыточноеп.ю д„:
Пц = 1-^ц Избыточность источники дискретные сообщении ^ ^буслоилсна тем, что члементы
сообщения (напримс:?, бук1^ы ii тексте) не piiiinoiic-роятны и что между буквами имеется статистически связь (корреляция). Обозначим ^ти составляющие избыточности, соотистственно 'герсд и] и ^ . Полная [рбыточноеть источника будет
Д-. —Л ii?'^ —<Сч Кп -
Расчеты показывают, 'его для текста на русском языке л^ 0,i3, ^ s D,73 n x^^ о.7л. Отсюда следует, что основная избыточность обусло^чена не распределением вс роят и осте п. а статистической связью мсгкду буквами. Аналогичная картина имеет место н при цифровоп передаче речи: большая избыточность речевого сш-иала обуслоилсна прежде вест наличием сильных корреляционных связей между отсчетами. Это означает, что н^иболеи эффект чины ми методами сокращения избыточности источника будут те. которые основаны на дс корреляции сообщений. К таким методам относятся при телеграфии методы укрупнения алфавит-,!, а при цифровой передачи речи — методы дифференциального кодирования (методы с п реле касанием)-Кодирование с учетом только распределения вероятностен (кол Шеннона-фано. код Х;|ф-фмоиа) мало-эффектитю. Коды -же. учитывающие статистические связи между буками, ока-иынаются сложными и требуют значительной ^1де|эжкт1 передачи при кодироианнн и декоди-роийнни утиных последовательностей сообшении источник;!. По'этому и системах телеграфной связи ^ти методы кодирования не няшлн практического применен згя - их техническая реализации пока оказывается экономически f ie цел есо об pa's нон,
Иначе обстоит дело с устранением избыточности в непрерывных сообщснич1., и частности в телефонии и телевнлс.нии. Избыточность, речевого сигнала очень велика- Об чтом можно судить хотя бы потому, что д^1я передачи к.жого-нпбудь текста по телефону применяется к.шал с пропускной способностью, ц десятки раз болыисн. чем для его передачи но ге.^.рафу.
Было предложено много методов обработки телефонного сообщения с целью устранения его и убыточи ости. Некоторые устроиетна, осуществляющие такую обработку, назыь.чог тиси-дирами. которые строятся на различных принципах. Одни i-i'i них (формантные вокодеры) передают и кодированном кидс значения амплитуд соста^яющпх речевого сиги;1ла и отдельные полосах члстот. определяющих разборчивость речи. Другие (гармонические вокодеры)
419

осуществляют измерения текущего энергетического спектра речи, разлагают спектральную плотность в ряд Фурье и передают в кодированной форме несколько первых коэффициентов -ною ряда. В приемнике на основе этих данных синтезируется реченой сигнал, аналогичный исходному. Такие системы синтетической телефонии позволяют примерно и 10 p'di сократить полосу частот при достаточно хорошей разборчивости речи
Иьи-^тся еще одна возможность повышения эффективности спичи при передаче телефонных сообщений. Она основана на том, что при двусторонней телефонной сичуи каждый абонент говорит в среднем не более половины времени, а остальное иремя слушает отист. Кроме того, речь всегда содержит определенные пау^ы между словами и фразами. Сюда следует добавить время ожидания, пока подойдет абонент к телефону, и различные перерывы и разго-иоре, но время которых канал Б остается занятым, а информация не передается. В настоящее время известен целый ряд систем связи, в которых телефонные паузи не пользу юте ч для передачи дополнительной информации. Передача данных, например, в паузах телефонного сигнала позволяет в 2...3 раза повысить эффективность использования каналов тональной частоты.
Еще более остро сгоит проблема устранения избыточности телевизионного сообщения. Эт,1 избыточность чрезвычайно целики, что, к частности, 1!Ыражас'гся в широкой полосе пропускания, необходимой для телевизионного канала. В вещательных системах телевидения с целью плавного isoc произведения движения приходится, как и в кино, передавать посл&дойа-тельность кадрои, несьма мало отличающихся друг от друга. Соседние строки внутри кадра, так же k;ik и соседние •элементы изображения на однон строке.. тоже очень сильно коррсли-рованы. Всё что порождает огромную избыточность; которую можно было бы устранить, например, передавая значительно меньшее число элементен в секунду и производя соотиетст-вующую интерполяцию.
При цифровой передаче непрерывных сообщений необходимая полоса частот канала увеличивается примерно il ID...]5 раз по сравнению с аналоговой передачеи^ Таким образом, к естестценнои избыточности сообщения добавляется частотная избыточность сигнала. Для таких систем задача сокращения избыточности стоит особенно остро. Для решения этой задачи широко используются системы с предсказанием АДИКМ (адаптивная дифференциальная импульс но-кодовая модуляция) и АДМ (адаптивная дсльта-модуляния), которые был" рассмотрены и гл. К. Эти системы рекомендованы МККТТ для цифровой передачи со скоростью 32 кбит/е. В сочетании с интерполяцией речи АДИК.М позпо^ег снизить скорост), цифрового потока до 16 и даже 9,6 кбит/с при том же качестве передачи реченой информации^ что и к ИКМ. при стандарте 64 кбит/е,
Метод предсказания широко используется и в вокодерных системах. В зтих системах, в отличие от систем ДИКМ, is которых кодируются отсчеты периичного сигнгпа, и вокодерах кодируются отдельные параметры сигнала. Н сочстанчч с вокодерами АДИКМ позноляет снизить СКОрОСТЬ ПИфрОЦОГО ПОТОК-1 ДО 2,4 КбИТ/С^.
Наряду с предсказанием для сокращения избыточности непрерывных сообщений также используются методы декор реляции, осиоьанные на аппроксимации непрерыиных сигналов с помощью различных базисных функции. Чаще всего и качестве таких функций используются степенные полиномы нулевою и nepuoro порядка^ Отмечен интерес к интерполяционным методам сжатия данных с применением кусочно-полиномиальной интерполяции на основе сплайн-функций,
Высокая эффективно ctl цифровых систем со сжатием данных, очеиндно, будет достигаться и том случае, когда кодек источника согласован с цифровым каналом, включающим в себя кодск. канала, модем и непрерывный канял- При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что символы сжатой кодовой последователь и ос-ги имеют более высокую информативность и различный isec а нос произведении передапаемых отсчётов первичного сигнала. Б ряде случаен к канале используется помехоустойчивое кодирование с учётом веса символов (неравная зашита). В общем же для передачи сжатых данных требуется хороший цифроной канал, обеспечивающий достаточно м;длую цероятность ошибки передаваемых кодовых символов. Наиболее полное согласование, очевидно, возможно при совместном кодировании источника и канала.
Кодирование источника и помехоустойчивое кодирование канала связаны между собпй. Уменьшение избыточности источника у|| влечёт за собой необходимость уисличсния избы
" В последнее иремя разработаны вокодеры для цифровой передачи речи с удоилетворитель-иым качестлом, требующие передачу 1200 бит/с.
420

точности s^ корректирующего кода с целью обеспечения допустимой oiijiinKir к канале. Эффективность вссИ системы кодирования т^ ^ д^е^ = 1-^' (глс 1т и I" ~" ^оотвстетиенно •иффёктивности, обусловленные кодирован нем источника и коррсктируюлшм кодом) определяется общей и убыточностью эг^ ^г4"36!."'1'!! *i - Следовательно, здачу сокрящ^ншг н^бытотио-
сти источник;! и задачу корректирования ошибок в кина-тс желательно рассматривать к,1К единую ^адпчу наилучшего кодиронания сообщений, при котором о бес печи дается наибольш^! эффективность уистемьг при заданной исрнисти передачи.
11.6. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ
Общая методология оптимизации. Качество работы систем передачи информации характеризуется совокупностью большого числа показателей, основными из которых являются помехоустойчивость, скорость, пропускная способность, дальность деиствия. электромагнитная совместимость, масса и габариты аппаратуры, стоимость, акологическая совместимость.
Совокупность показателей качества системы можно записать в виде вектора
Q={?„^...^„}-                                          (l'-25) Наилучшей (оптимальной) считается такая система S. которой соответствует наибольшее (наименьшее) значение некоторой функции |22]
Ф^/р^....^,)                                              (iL26) от частных показателей качества q^q^. .,q„- Величина Q называется эффективностью или обобщённом показателем качества системы, а функция q>(t/i, ^,..., if„\ — целевой функцией системы (критерием качества),
Одним из центральные моментов методики оптимального проектирования или сравнении систем является формирование оценок эффективности — целевых функций системы. Такие оценки совершенно необходимы при системных исследованиях, связанных с такими задачами, как выбор лучшей системы из числа существующих, оценка уровня разработки системы по отношению к современным мировым образцам, определение оптимального варианта новой (проектируемой) системы и тл.
В простейших случаях эффективность систем оценивают по отдельным наиболее существенным параметрам, например по скорости, по ширине полосы частот канала, по отношению сигнала к шуму и т.д.
В общем случае необходим системный подход, при котором эффективность оценивается в целом по совокупности параметров. При этом прежде всего необходимо учесть вес наиболее существенные параметры систем. Стремление учесть все параметры, в том числе мелкие и второстепенные, приводит к усложнению целевой функции (критерия качества) и делает труднообозрймыми результаты оценки. Вместе с тем чрезмерное ограничение числа учитываемых параметров может привести к тому, что критерий окажется слишком грубым.
Любая оценка эффективности систем производится с целью принятия определенного решения. Так. при проектировании требуется определить совокупность параметров системы, при которых достигается наибольшая эффективность.
Количественная оценка эффективности должна удовлетворять определённым требованиям. Она должна достаточно полно характеризовать систему в целом и иметь ясный физический смысл, обладать необходимой гибкостью и универсальностью. Оценка эффективности системы должны быть конструктив-
421

ной — пригодной как для анализа, так и для синтеза систем. Наконец, оценка уффекти внести должна быть достаточно простой для вычисления и удобной для практического использования. Распространённой является оценка эффективности в виде линейной функции
^=г^,-                               (4-27) i=i
где п — число учитываемых параметров (показателей); \ — весовые коэффициенты, д, — относительные значения учитываемых параметров,
При таком определении параметров, входящих в сумму (11,27), величину ^ можно определить в пределах от 0 до 1. Наилучшей будет та система, для которой величина 4' больше.
Выбор весовых коэффициентов ^ в определённой мере является произвольным. То же самое относится и к числу учитываемых параметров п. Однако доля произвола может быть доведена до минимума путём разработки рациональной методики нахождения этих коэффициентов (например, методики экспертных оценок). Абсолютные значения весов не имеют значения; существенны только относительные веса,
Современные сложные системы связи не всегда могут быть исчерпывающим образом охарактеризованы одним единственным показателем. Оценка по нескольким показателям может быть более полной и вместе с тем более предметной, позволяющей охарактеризовать различные свойства системы. Совершенно очевидно, что большое число показателей неприемлемо. Нужно иметь несколько показателей, характеризующих основные наиболее существенные свойства системы: информационные, технические, экономические и т.п. 13о многих случаях достаточно ограничиться двумя показателями, например помехоустойчивостью и скоростью передачи, частотной и энергетической эффективностью, техническим эффектом и затратами.
Окончательное решение, как правило, основывается не только на количественных данных расчета, но и на опыте, интуиции и других эвристических категориях- а также на дополнительных соображениях, которые не могли быть учтены при построении математической модели,
В общем случае задача оптимизации СПИ сводится к нахождению максимума целевой функции Ч^(^)= тпяхЕр^, ^,.... <7„) при вариации системы S (ее
структуры или значений ее параметров) с учётом исходных данных и ограничений на структуру и параметры системы.
Если :задан;1 целевая функии.^1 ^(5) и определена совокупность допустимых систем (или их вариантов) 5,; ^,.... ^., то оптимизация сводится к задаче дис-.
кретного выбора из конечного числа N заданных систем, т.е. к выбору системы,  которой  соответствует  наибольшее   (наименьшее)  из  значений
Ч',^',),^^),..., 4\=ф(5„).
Более сложной задачей является задача оптимизации (синтеза) структуры' системы, Если структура системы может быть достаточно полно описана известными функциями с конечным числом параметров, то задача сводится к оптимизации этих параметров. В частном случае, когда целевая функция и все функции, определяющие ограничения, линейно зависят от параметров л-^^,.,х^, задача сводится к линейному программированию. В некоторых
422

При оптимизации СПИ выражение (11.29) для С; можно принять в качестве целевой функции Т = С; =<р(дс^ Р,^, ti„, р. С'). Тогда задача будет состоять и
том, чтобы найти такую систему связи, которая доставляет максимум ^топ функции при заданных условиях и ограничениях. Математически — это задача пели II очного, а в ряде случаев линейного программирования, В некоторых частные случаях задача решается аналитически, как задачи поиска экстремума функционала. В тех случаях, когда требуется обеспечить заданную достаточно высокую величину С;. выбор системы осуществляется путем анализа
(сравнения) возможных вариантов, удовлетворяющих заданным требованиям, Необходимая величина С; в этих случаях достигается путем компромиссного
выбора показателей, входящих в выражение (11.29), с учетом технико-экономических требований,
Задача оптимизации СПИ возникает как при разработке новых, так и при усовершенствовании существующих систем. Во многих случаях она ставится как задача повышения эффективности СПИ. Решение такой задачи не является однозначным. Высокое (или необходимое) значение С; согласно (11.29)
может быть постигнуто различными путями,
Рассмотрим это на примере системы передачи дискретных сообщении (СПДС), Будем считать, что сеть связи, в которой должна работать рассматриваемая СПДС, известна (задана её эффективность т^), Известен обычно и источник сообщений (задана его избыточность э^). Заданной является и требуемая верность (ошибка) передачи р<р^.
Пропускная способность канала С' является информационным ресурсом системы. Он обычно задаётся или выбирается на основе существующих стандартов. Здесь при выборе возможны варианты. Согласно формуле Шеннона величина C^lo^p+l) полностью определяется энергетическим ресурсом р= PJP^ и частотным ресурсом F. Выбор полосы частот канала F весьма ограничен и регламентируется международными соглашениями. Что касается энергетического ресурса р, то он зависит от мощности передатчика Р,^ и шумовой
температуры Т, приёмника, а в рад и о системах и от коэффициента усиления антенн <? р = АР G/T, где А — постоянный коэффициент. Отсюда следует возможность варьирования величинами P,.„G и 7^ для получения необходимого
значения С'. Так, применение узконаправленных антенн позволяет существенно улучшить энергетику канала при заданных передатчике и приёмнике.
При выбранном значении С' и заданных значениях t[^ и эе^ повышение
эффективности СПИ сводится к повышению эффективности канала ^ Согласно (П.4) информационная эффективность i-i, зависит от энергетической
эффективности р и удельной скорости у, которые можно рассчитать по формулам (11.8) и (П.9). Тогда для заданной вероятности ошибки /7,,„„ и рассчитанной величины энергетики канала р по обменным |Эу-н ом о граммам (рис, 11,6) можно выбрать вид модуляции и способ кодирования.
Однако такой выбор системы модуляции и кодировании по р-/-номограммам не является окончательным. Его необходимо уточнить с учетом
424

потерь в канале hei основе формул (1L23) и (I L24), При этом находимо учитывать, что высокие показатели эффективности |3 и 7 Moiyr быть достигнуты либо за счет выбора высокоэффективных систем модуляции и кодирования, либо за счёт снижении потерь в канале. Практически это означает либо усложнение сигналь но-кодовых систем (кодекса и кодемов), либо усложнение ка-не|льных устройств, включая систему обработки сигналов (компенсаторов помех, оптимальных приемников и т.д.). Встает вопрос: какой и-i этих путей предпочтительнее? Код для канала или канал для кода? Очевидно, в реальных условиях необходимо искать компромиссные решения.
После того как выбрана система, по показателям ^ и у по формуле (1U9) вычисляется С". Определив таким образом приемлемые варианты систем но
техническому эффекту Ч^С;, рассчитаем затраты W для этих вариантом. Полученные варианты расчёта С[, и W, позволяют осуществить технико-экономический анализ по принципу минимума затрат W или максимума аффекта С[..
Следует иметь в виду, что при анализе систем по двум показателям [в нашем случае по С[. и W} решение, обращающее в максимум (минимум) один
показатель, не обращает в максимум (минимум) другой показатель. Поэтому лучшей считается такая система, которая обеспечивает максимум (минимум) одного показателя при заданном значении второго показателя.
Дтя более подробного анализа удобно результаты расчётов представить графически. Пусть нам предстоит сделать выбор из нескольких вариантов систем А^А-^,.,А,, руководствуясь двумя показателями. С,' и W. Каждому варианту системы соответствует точка на плоскости с координатами С^ и W^ (рис. 11,7), Легко видеть, что условию максимума С; при заданном значении W и соответственно условию минимума W при заданном значении С; удовлетворяют системы, лежащие на левой и верхней границах области возмо^кных (приемлемых) вариантов (штриховая линия на рис. \ 1,7). Остальные варианты, лежащие ниже и правее штриховой кривой, атому условию не удовлетворяют и могут быть сразу отброшены. Остаётся проанализировать только три варианта. ^i, А^ А^. Вариант А^ обеспечивает наибольшую эффективность С;, но требует с. [            д больших затрат W. Варианты А^, А^ мало отличаются по уффективности. Затраты при
А-

реализации варианта ^ значительно мень-    •• д /    .
А, значительно мень-	•• л '
и jc, и поэтому, no-BFmuMOMyJ следует отдать    •-    ^• предпочтение варианту А^.                     •
Для принятия окончательного решения         ''''~~, необходимо учитывать не только результаты ^^ Гр^ич^пр^впе^ расчета, но и целый рад других требовании, э.ш^пмостя эффекта системы с^т^трдт^ связанных с надёжностью, экологичн остью, технологичностью и т.д,
425

выводы
1. Характерной особенностью сис-гемиого анализу является переход от анализа отдельных частей lycTponerii) системы к анализу альтернативных вариантов построения системы кик единого целого.
1. В общем случае эффективность любой технической системы определиется количеством и качеством выдаваемой продукции. В системах связи такой продукцией является передаваемая информация, количество которой определяется средней скоростью передни биг/е, а качество — ис-личиной ошибки.
3. Важнейшим показателем эффективности систем связи является информационная эффективность г|- !^,{С', определяющая степень использования системой пропускной способтю-
/ f сти канала, а также показатели ?=/?„/ t и у = RJ^ i характеризующие соответственно
/ .^
использование канала по мощности (энергетичеек,1Я эффективность) и по частоте Частотная ^ффективност!.).
4. Зависимости между показателями Ji и у нос«т обменный характер. унеличение одного показателя спязано с уменьшением другого и наоборот. Существует предельно зависимость между р и -/ при I) = 1 (предел Шеннона), Эта чаиисимость отряжает наилучший обмен между показателями р и у r непрерьпшом канале. В реальных системах (^ < 1) обмен между р и -f 'laiiHCHT от способов модуляции и кодирование.
5. Обменные ру -диаграммы пошюляют срлвнитъ системы между собой ч оценить, степень мх приближении к идеальной шен нон one ко и сш-есмс, позволяют сделать выбор способа моду-лчции ч кодирование при згщаниых условиям, определить энергетический и частотный "ы-игрыш по сраннению с "эталонной" системой (например, ФМ-4).
6. Аналоговые системы ОМ, AM и узкополоснвя ЧМ обсепсчизьакл- высокую частотную эффективность -у при срашЕИтельно низкой энергетической эффект и ин ости р. Цифровые системы о бес почина ктт нысокую энергетическую э4>фективносп. при сравнительно корошей частотой эффскгииности. При высоком качестне передачи цифроные системы и широкополосная ЧМ обеспечинают примерно одинаковую э4|4^ктивноеть- В многока1гальных системам наиболее эффективным ^илчстся метол временного разделении сигнале!!, затем следует метол частотною разделении п метод разделения сигналои по форме.
7. В системах передачи дискретных сообщений энергетическую •эффекгивность можно существенно поныеить путем применения корректирующих кодов, а за счёт применения много-позиционных еипшлов повысить частотную эффективность. Примсненче каск.щных сигналь но-коде пых конструкции на основе корректирующие кодов и многопочицнонных сиг-н;1лов позволяет понысп-п. одновременно как энергетическую, гак и частотную эффективность. Эффективными, и частности, являются конструкции н;1 оснопе снёрточных кодов и много позиционных еигиалоп с ФМ, АФМ, ЧМНФ.
8. Для сокращения избыточности источника непрерывных сообщений широко используется дифференциальное кодирование (кодизюпанче с предсказанием)' позволяющее существенно поныси-гь эффективность ЦСП. Так, ЛДИКМ л сочетании с и нтер полицией речи позволяет снизить скорость цифрового потока с й4 кбит/е при ИКМ до 16 и дая;е 9,Ь к&иг/е, -л в сочетании с вокодерами - до 2,4 кбит/с. Наибольшая эффсктшшость ЦСП достигаетсч при совместном колиронанни источника и канала^
9. В высокоэффективных СПИ (,т\ > У,6) колек источника, кодек канала и модем должны быть хорошо согласованы между собой с учетом характеристик непрерывного канала. Ко-лчро]^ание и модуляцию следует рассматривать как единый процесс построения наилучшего сигнала, а демодуляцию ч декодирование - как наилучший способ обработки сигна-
Л;1,
10.Задача оптимизации СПИ сиодитея к нахождению такого варианта системы, при котором потребителю а единицу времени доставляется максимальное количество бит [«нформации при заданной дерности передачи. Экономическим показателем при этом являются приведенные годовые затраты или стоимость •персдачч одного бита в секунду. Со по старение эффекта и затрат полюляст выбрать наилучший вариант системы при •заданных, условиях и о гран и чей и ях-
426

ВОПРОСЫ, ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
1 L1. Как определяется количество и качество продукции в системах свчэн?
11.2. кук определяются показатели информационной, энергетической и частотной эффективности системы снязн?
Н.Э. Что понимают под ру-диаграммой при оптимальном и реальном кодировании? Как они зависят от модели канала?
11.4. Докажите, что энергетическая эффективность р при р = consr дл^ ФМ-2 и ФМ-4 одинакова, а частотная эффективность у отличается в два раза (3 дБ). И,5. Покажите, что при переходе от симплексных ешналов к ортогональным проигрыш по
энергетической и частотной эффективности сравнительно небольшой. Как этот проигрыш •[;ч!исит от 'тела сигнален т ?
11.6. Определите энергетически!] выигрыш идеальной системы по сравнению с ФМ-2 при у - 1. Как зависит этот выигрыш от допустимой исроятности ошибки р ? Указание: еюс-
1 г' -1;    j -li! пользуйтесь приближенным выражением для интеграла r9(&J= -,= е2 ^.т-ь-е"2 , где
-^2п J         2 if
дл'яФМ-2 о3^^, Л'а
1L7. В гауссовеком каняле с ФМ-2 используется корректирующий кол БЧХ (F37, а4). Определите по кривым рис. 11,2 энергетический иыигрыш кодирования йр^ при вероятности ошибки ^ =10~- и вычислите величину проигрыша по частотно-и эффскгииноети Ау^.
}}Я. Определите по кривым рис. ]1.1 энергетическую и частотную эффективность сигналы id-кодовой конструкции OM-i6 {R - 3/3). Вычислите информационную эффективность г\ для этой системы, сели потери в канале йрц: = 2 дБ.
11.9. По обменным ^-/-ди-лг^млм рис. i!.6 выберите три-четыре приемлемых варианта СКЕС, обсепсчннаюших ц гауссовском канале р s 1 дБ и у и 4 дБ. Вычислите для эюй сиетейэы чначйние информацношгоИ эффектипности i\.
1]-]О.ДокЕ1д;ите, что при hciioj]i|iob;ihi]ii широкополосных сигналов с ба^ой 27'/''-/;] влияние
сосредоточенных по спектру помех уменьшается пропорционально tec сигнала. 11. f]. Одним из способен поьышения ^^'фсктшжосги снят при наличии чамираний я^яется разнесенный прием. Определите энергетический рыигрыш при переходе от одиночного
к сдпоенному и строенному приему б канале е медленными рэлеерскими ^амнраниячи
(рис. 5,22).
11Л2.В глуссолском канале с неопределенной фарой и ортогональными в усиленном смысле енгналам.и используется код (3, I) с кодовыми комбинациями 1)00 и 111. Определите энергетический выигрыш при переходе от поэлементного приема к приёму и целом.
1113.В системах с поднесущими обобщенный иыигрыш ^ равен произведению иыигрышеи
первой ^ м второй я„ ступеней модуляции, т.е. g'=^^. В соответствии с методикой и условиями § П.З определите информационную эффективность ^ для систем ОМАМ, ФМ-ДМ и ЧМ-АМ,
11Л4. Информационная эффективность ^ аналоговой ЧМ достигает наибпльшего значения и районе порога р= 10 дБ (рис. 11.3). Вычислите значение -r|in;y, а также соо-пэетстнующие значения р и у при рли., = 40 дБ.
11.15. На основе общего определения эффекттшости систем разделения сигнален Ul^} получите соотношения для t||) e уютом защитных полос при частотном разделении сигналов [1 защитных иременных интсрьалор при временном разделении сигналов.
11 J6.Пользуясь графиками рис. 11.3, вычислите информационную эффективность систем
ИКМ-ФМ и ИКМ-ЧМ при основании кода т = 4 и сравните частотную эффективность этих систем.
427

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перевернута последняя страница учебника по курсу "Теория электрической связи" и полезно подвести некоторые итоги^
Как мог убедиться читатель, современная теория электрической связи использует понятия и методы из различных научных областей и прежде всего ~ математики, физики, теории цепей, вычислительной техники. Все понятия и методы из этих областей образуют в курсе ТЭС определённое единство и должны рассматриваться как одно целое в рамках системного подхода, принятого на вооружение современной науки. Основное понятие, использованное в курсе ТЭС, - понятие математической модели сообщений, сигналов, помех и каналов в системах связи. Все эти модели таковы, что позволяют с той или иной степенью полноты и точности осуществить две взаимосвязанные операции - анализ и синтез устройств преобразования сигналов. ТЭС развивалась так, что методы анализа часто обгоняли методы синтеза. Однако в последнее время эта ситуация меняется коренным образом под влиянием широкого внедрения ЭВМ в практику научного поиска- Практическая разработка новых систем сегодня всё больше базируется на подходе, включающем этапы, модель-алгоритм-программа. Переход к цифровым методам передачи различных сообщений и цифровой обработке сигналов на большей части тракта передачи при широком использовании микропроцессорной техники обеспечивает интеграцию средств связи и средств вычислительной техники. На атой основе создаются интегральные цифровые сети. в которых достигается не только наиболее полная интеграция по видам связи и услуг, но и интеграция технические средств передачи, обработки, коммутации, управления и контроля. Интегральные сети, объединяющие н единый комплекс вычислительные и информационные системы на базе современных ЭВМ. включая персональные компьютеры. образуют единую информационно-коммуникационную сеть. Информационно-коммуникационные сети являются технической основой современных информационных технологий, обеспечивающих информатизацию отрасли, региона, страны, всего мирового сообщества. Информатизация всё больше и больше охватывает все отрасли народного хозяйства и обеспечивает прежде всего автоматизацию и управление как производством, так и другими службами, Для этой цели создаются базы и банки данных, которые с помощью средств связи обеспечивают доступ к любой информации любому пользователю. В современных условиях требуется интенсивное развитие как новых, так и традиционных систем связи, создание локальных и многотерминальных информационно-справочных сетей массового обслуживания.
Информации как совокупность знаний является главнейшим стратегическим ресурсом общества, его основным богатством, определяющим уровень развития общества, его цивилизованность.
Проблемы информатизации предъявляют весьма высокие требования как к вычислительной технике, так и к технике связи. Для техники связи - это прежде всего требования, высокие скоростей (порядка Гигабит и более в секунду), малых коэффициентов ошибок (порядка lO'^^-.IO"11); больших дал ьн остей передачи (около 100 Mni-L км в системах космической связи)^ милых масс и энергопотребления аппаратуры^
На основе современной теории связи представляется возможным создать весьма совершенные системы связи, близкие по своим показателям к идеаль-
42Й

ной шенновской системе. Однако даже при использовании современных технологий, в том числе и высокоскоростной микропроцессорной техники, повышение эффективности существующих и вновь создаваемых систем связи с вышеназванными показателями ставят перед ТЭС ряд новых нерешённых задач и проблем, которые, по-видимому, возникли и у пытливого читателя этой книги. Теорию электрической связи нельзя считать завершённой, она находится в постоянном движении и обновлении.
Авторы учебника надеются, что для внимательного читателя книга послужит трамплином к изучению дополнительной литературы по вопросам, вызвавшим его интерес, и базой для освоения специальных курсов, формирующих современного специалиста в области телекоммуникаций,
429