- •Часть 2
- •Эффективность передачи информации
- •Особенности оценки эффективности
- •Эффективность передачи дискретных сообщений
- •Эффективность передачи непрерывных сообщений
- •Эффективность передачи информации в сетях
- •Методы повышения верности передачи
- •Необходимость передачи дискретной информации с повышенной верностью
- •Классификация методов повышении верности
- •Метод многоразовой передачи
- •Нормы на характеристики канала тональной частоты
- •Технологии и архитектура беспроводных сетей
- •Персональные беспроводные сети (технологии Bluetooth, Home rf, ieee 802.15.3(4))
- •Стандарты Bluetooth и HomeRf
- •Архитектура и логическая структура сети Bluetooth
- •Технические средства сети Bluetooth
- •Высокоскоростные персональные сети стандарта ieee 802.15,3(3а)
- •Сверхбыстродействующие персональные сети (ieее 802.15.3а)
- •Низкоскоростные сети стандарта iеее 802.15.4 (ZigBee)
- •Технология сверхширокополосной связи
- •Беспроводные локальные сети (стандарты dect и ieee 802.11)
- •Локальные сети под управлением ieее 802.11
- •Стандарт dect
- •Беспроводные сети регионального масштаба
- •Региональные сети широкополосного доступа под управлением ieee 802.16
- •Мобильные сотовые технологии
- •Технологии транковой радиосвязи
- •Широковещательные сети — цифровое телевидение
- •Системы цифрового телевидения
- •Стандарт atsc
- •Стандарт dvb
- •Широковещательные сети — цифровое радио
- •Система Eureka-147
- •Технология шос
- •Всемирное цифровое радио (drm)
- •Спутниковые сети
- •Виды орбитальных группировок. Геостационарные орбиты
- •Эллиптические, средневысотные и низкие орбиты
- •Архитектура и основные принципы работы спутниковых систем связи
- •Методы множественного доступа в ссс
- •Оглавление
- •Часть 2
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Эффективность передачи информации
Особенности оценки эффективности
Основной особенностью современного этапа развития теории информации и передачи сигналов является использование системного подхода к оценке эффективности передачи информации. При этом подходе учитываются все факторы, влияющие на достижение цели передачи информации и выполнение системой или сетью связи основных задач. Цель и задачи, решаемые системой, рассматривают с учетом ее влияния на другие системы, на окружающую среду и, особенно, на систему более высокого иерархического уровня. Можно определить одну из двух главных целей функционирования систем и сетей связи: обеспечение максимального количества передачи информации при фиксированных затратах и обеспечение требуемого качества передачи информации при минимальных затратах. И в том и в другом случае необходимо произвести оценку техникоэкономической эффективности системы с учетом ее надежности и других факторов, влияющих на качество передачи информации.
При выборе комплексного показателя технико-экономической эффективности системы исходят из того, что он должен иметь прямую связь с ее целевым назначением, объективно характеризовать все основные свойства, быть чувствительным к изменению определяющих параметров системы и наряду с этим должен быть достаточно простым, чтобы им можно было пользоваться на практике. Трудность заключается еще и в том, что не все цели системы можно адекватно отразить в количественной форме. Например, трудно измерить степень удовлетворения потребности людей в общении с помощью средств связи.
Разработка и исследование комплексных и интегральных показателей качества передачи информации — одна из важных и актуальных проблем. Ей уделяется большое внимание, и в этом направлении уже получены первые результаты. Частные показатели технической эффективности, которые нашли практическое применение в задачах оценки эффективности систем и сетей связи, рассматриваются в следующих параграфах.
Эффективность передачи дискретных сообщений
Для оценки эффективности передачи дискретных сообщений применяют коэффициент использования мощности сигнала
[бит] (1)
и коэффициент использования полосы частот канала
[бит] (2)
где R – скорость передачи информации; – мощность сигнала; – спектральная плотность помехи.
Учтем, что , , тогда
(3)
Следовательно, показатели технической эффективности и связаны простым соотношением (3), что позволяет пользоваться тем из ннх, который более подходит для оценки качества системы конкретного типа. Например, для оценки эффсктмшюсти радиосистем чаще применяют показатель а для оценки эффективности проводных систем связи — yF.
По физическому смыслу — это то удельное количество информации, которое можно передать по каналу при заданном отношении сигнал/шум или при фиксированной полосе канала.
Предельные оценки и можно получить, используя в соотношениях (1) и (3) выражение для пропускной способности системы вместо R; например, для двоичных систем, получим
(4)
(5)
где ; T – длительность сигнала.
Следовательно, предельное значение коэффициента использования мощности определяется вероятностью ошибки р0 и отношением сигнал/шум. С ростом р0 и h1 величина р0 уменьшается. Предельное значение коэффициента использования полосы канала падает с ростом р0 и базы сигнала.
Для сравнения на рис. 1 доказаны графики зависимостей (5) (сплошные кривые) и (4) (штриховые кривые) от р0 при фазовой телеграфии, частотной телеграфии и амплитудной манипуляции. Как и следовало ожидать, мощность наилучшим образом используется в системах ФТ, а полоса в системах ФТ и АМн. Минимальная ширина спектра высокочастотных сигналов при ФТ и АМн равна 2/Г, а ЧТ сигналов — 4/T, поэтому кривые ФТ и АМн для сливаются. Анализ графиков показывает, что повышение коэффициента использования мощности вызывает снижение коэффициента использования полосы частот.
Рис. 10.1 наглядно иллюстрирует характер «обмена» мощности сигнала на полосу занимаемых частот.
Для повышения эффективности передачи дискретных сообщений применяют разнесенный прием сигналов, прием в целом, каналы обратной связи, широкополосные (шумоподобные) сигналы, адаптивную коррекцию характеристик каналов и другие способы.
Разнесенный прием существенно повышает эффективность передачи дискретной информации, так как снижает вероятность ошибки. Вероятность ошибки разнесенного приема по методу голосования, когда решение принимается по большинству принятых нулей или единиц,
(6)
где k — число каналов, в которых произошла ошибка; п — число независимых каналов. Обычно п выбирают нечетным, чтобы упростить схему голосования.
Рис. 1. Зависимость и от
Предположим, что р0=10-3, n=3, тогда . Следовательно, даже в простейшем случае разнесенный прием приводит к уменьшению вероятности ошибки примерно на три порядка.
Сущность приема в целом заключается в том, что вместо двух решающих схем в приемнике применяют одну и решение принимают по сигналу, соответствующему всей кодовой комбинации. Эффективность приема в целом выше благодаря тому, что в работе приемника используется та часть полезной информации с выхода первой решающей схемы, которая при поэлементном приеме теряется после того, как первая решающая схема приняла решение. Поэлементный прием и прием в целом равноценны только в случае кодирования без избыточности.
Аппаратурная реализация приема в целом достаточно сложна и требует применения набора фильтров, согласованных с сигналами, которые соответствуют всем разрешенным кодовым комбинациям. Поэтому разрабатывают методы приема, промежуточные между поэлементным приемом и приемом в целом, в которых во второй решающей схеме используется часть информации о непрерывном сигнале на входе первой решающей схемы. Эффективность передачи сообщений такими методами возрастает, а сложность аппаратурной реализации остается приемлемой.
Системы с каналами обратной связи являются разновидностью дуплексных систем (системы, в которых может производиться одновременно независимый двусторонний обмен информацией между пользователями), в которых пропускную способность каналов обоих направлений частично используют для передачи дополнительной информации, способствующей повышению эффективности передачи. Обычно по каналу обратной связи передают лишь сигналы, полезные для коррекции ошибок в прямом канале. Различают системы с информационной обратной связью (ИОС) и системы с решающей (управляющей) обратной связью (РОС).
В системах с ИОС по каналу обратной связи непрерывно поступает информация о том, в каком виде по прямому каналу принимаются сообщения. По результатам анализа этой информации передающее устройство принимает решение о степени соответствия принятого сообщения переданному и изменяет способ передачи, если имеются ошибки. Например, может быть увеличена мощность передатчика, выполнено полное повторение ошибочно принятого сообщения, изменена избыточность кода, полностью прекращена передача, если прямой канал находится в плохом состоянии.
Если вероятность ошибки в обратном канале близка к нулю, применение ИОС может обеспечить существенное повышение эффективности передачи сообщений. Это достигается ценой усложнения аппаратуры и снижения скорости передачи информации, так как по существу используется временная избыточность для повышения верности.
В системах с РОС в приемнике непрерывно осуществляется оценка верности передачи сообщений и лишь при появлении ошибки по каналу обратной связи посылается сигнал запроса повторения. Обратный канал используется значительно реже, чем в системах с ИОС. В остальное время он может применяться как прямой канал обратного направления. Это существенное достоинство систем с РОС. Использование корректирующих кодов и детекторов качества сигналов позволяет существенно повысить верность и скорость передачи. Применение обратной связи упрощает коды, так как они работают в режиме обнаружения ошибок. Соответственно упрощается и аппаратурная реализация систем.
Применение шумопоообных переносчиков позволяет не только приблизить скорость передачи информации к пропускной способности каналов, но и сущест венно повысить верность передачи сообщений, особенно по многолучевым радиоканалам с сосредоточенными помехами. База шумоподобных переносчиков v=10*2—10*3. Используя многолучевое распространение как основу разнесенного пржема, удается существенно повысить верность и в радиоканалах с селективными замираниями.
В широкополосных системах интервал корреляции коэффициента передачи канала гораздо меньше длительности сигналов. Если время взаимного запаздывания сигналов будет больше времени их корреляции, то сигналы отдельных лучёй будут полностью разделены коррелятором. Тогда для использования разнесённого приема остается выполнить коррекцию их фаз и амплитуд, а затем сформировать результирующий сигнал. Повышение помехоустойчивости достигается введением временной и частотной избыточности сигналов.
В одной из первых широкополосных КВ радиостанций «Rake» (1956 г.) широкополосные сигналы создавались на основе линейных рекуррентных последовательностей биполярных коротких импульсов длительностью τ= 1/F, расположенных псевдослучайно внутри сигнала общей длительностью Т . В системе «Rake» F=10 кГц, T=22 10-3 с, поэтому v/2 = 220. В настоящее время сигналы создаются с помощью регистров сдвига, охваченных цепями обратной связи. Обеспечение верности передачи достигается за счет ухудшения эффективности использования полосы частот, так как .
Адаптивная коррекция характеристик каналов заключается в периодическом зондировании канала испытательным импульсом, который отделен от информационного пакета сигналов защитным интервалом, в текущем измерении и, если требуется, в коррекции коэффициента передачи канала. Синхронные системы адаптивной коррекции каналов сочетают возможности обеспечения высокой скорости передачи дискретных сообщений и временного уплотнения линий связи.