4.6. Теорема шеннона для дискретного канала с помехами.

Скорость C является максимальной величиной скорости передачи информации. Чтобы достигнуть такой скорости передачи информация должна быть закодирована наиболее эффективным образом. Утверждение, что такое кодирование, в принципе, возможно, является важнейшим результатом созданной Шенноном теории информации. Шеннон доказал принципиальную возможность такого кодирования, не определив, однако, конкретных путей ее реализации.

Если скорость передачи сообщений меньше предельной скорости передачи информации для данного информационного канала, то существует код, обеспечивающий передачу сообщений со сколь угодно малой частотой ошибок.

5. Дискретные двоичные (бинарные) сигналы.

Сигнал в его простейшей форме может принимать два дискретных и вполне определенных значения. Например, на сигнальной башне огонь есть - огня нет. Яркость огня никакого значения не имеет, лишь бы огонь было ясно видно. В телеграфной азбуке Морзе сигнал тоже может принимать только два дискретных значения: звучит - не звучит, есть ток - нет тока, передатчик излучает электромагнитную волну - не излучает. Во всех указанных случаях использован простейший двоичный или бинарный код. Наличие сигнала удобно обозначать символом «1», отсутствие – символом «0». Не бывает сигнала, принимающего только одно дискретное значение. Например, если костер на сигнальной башне жгут постоянно или не зажигают вовсе, то такой сигнал не передает никакой информации.

5.1. Регенерация двоичных сигналов.

Сигналы, передаваемые двоичным кодом, удобны во многих отношениях. Как и любые цифровые дискретные сигналы, их можно регенерировать, т.е. восстановить, воссоздать их форму, искаженную помехами. Костер, загоревшийся на двенадцатой сигнальной башне, является копией первого костра, зажженного на первой башне, и несет он абсолютно тот же смысл, абсолютно то же сообщение, обозначенное нами символом «1». Не имеет значения, хорошо виден огонь или не очень, что форма костра совсем другая - это влияние помех, которое не сказывается на принятии наблюдателем решения, что костер на предыдущей башне горит. Следствием этого будет регенерация сигнала - зажигание костра на следующей башне.

Так же легко регенерировать код Морзе. В простейшем случае это делает телеграфист - принимает на слух сообщение и отстукивает его ключом дальше по линии. Регенератором служит и телеграфное реле. При наличии посылки тока его контакты замыкаются и формируют новую, уже очищенную от помех посылку тока. В настоящее время электромеханические реле заменяются более надежными и быстродействующими электронными.

5.2. Помехозащищенность двоичных сигналов.

Большое достоинство двоичных цифровых сигналов заключается в том, что они требуют минимального отношения сигнал - помеха в канале связи, т.е. являются наиболее помехозащищенными. Поясним, что это такое. Когда дозорный смотрит на далекую сигнальную башню, ему мешают свет зари, мерцающий свет звезд, расположенных низко над горизонтом, зажигаемый кем-нибудь «посторонний» огонь. Для надежного распознавания полезного сигнала, т.е. света сторожевого костра, надо, чтобы его яркость была больше яркости посторонних помех. Как говорят связисты, отношение сигнал-помеха должно быть больше единицы.

То же и в электрическом телеграфе. Вследствие воздействия атмосферного электричества, электризации трением от ветра, из-за случайных полей геомагнитного происхождения в телеграфных проводах наводится некоторое напряжение помех. Подземные кабели в этом отношении несколько лучше, но они дороже и все равно полностью не избавлены от помех. Даже если нет внешних наводок, тепловое движение электронов в проводнике создаст хаотически изменяющееся случайное напряжение - так называемый тепловой шум. Если это напряжение усилить и подвести к громкоговорителю, мы услышим шум, напоминающий шум паяльной лампы или сильного дождя. Каждый из нас слышал шум и помехи в телефонной трубке! Для надежной регистрации телеграфных посылок их напряжение должно быть больше напряжения шума и помех.

Отношение сигнал - шум или сигнал - помеха, требуемое для получения заданного качества связи, оказывается наименьшим при использовании двоичных цифровых сигналов, поэтому говорят, что линии связи, использующие цифровой двоичный код, обеспечивают наибольшую помехоустойчивость.