Элементы теории помехоустойчивого приема

Фундаментом способов повышения помехоустойчивости систем связи является использование определенных различий между полезным сигналом и помехой. Помехоустойчивый прием состоит в использовании избыточности, а также априорных сведений о сигналах и помехах для решения оптимальным способом задачи приема: обнаружения сигнала, различия сигналов или восстановления сообщений.

В современной теории связи используют как детерминированные модели сигналов, так и вероятностные модели передаваемых сообщений и шумов. Вероятностный подход учитывает случайный характер передачи сообщений и наличие помех в канале связи и позволяет определить оптимальные приемные устройства и предельные показатели систем связи. Для синтеза оптимальных приемников широко используется аппарат теории статистических решений.

В настоящее время известно большое число способов повышения помехоустойчивости телекоммуникационных систем, и в частности систем связи.

Эти способы удобно разбить на две группы:

• • первая основана на выборе метода передачи сообщений;
• • вторая связана с построением помехоустойчивых приемников.

Простым и редко применяемым способом повышения помехоустойчивости является повышения отношения сигпал/шум за счет увеличения мощности передатчика. Но этот метод может оказаться экономически невыгодным, так как связан с существенным ростом сложности и стоимости передатчика, источников питания и другого оборудования. Кроме того, увеличение мощности передачи часто не отвечает требованиям ЭМС с другими системами.

Ошибки приемника уменьшаются с увеличением отношения сигнал/шум на входе приемника. В связи с этим часто производят предварительную обработку принятого сигнала с целью увеличения отношения полезной составляющей к помехе. К таким методам предварительной обработки сигналов относятся метод ШОУ (жаргонное «широкий — ограничитель — усилитель» — сочетание широкополосного усилителя, ограничителя и узкополосного усилителя), селекция сигналов по длительности, метод компенсации помехи, метод фильтрации, корреляционный метод, метод накопления и др.

Повышение помехоустойчивости системы связи может быть также достигнуто путем повторной передачи одного и того же сообщения. На приемной стороне сравниваются полученные сообщения и в качестве истинных принимаются те, которые имеют наибольшее число совпадений. Чтобы исключить неопределенность при обработке принятой информации и обеспечить отбор по критерию большинства, сообщение должно повторяться не менее трех раз. Этот способ повышения помехоустойчивости связан с увеличением времени передачи.

Системы с повторением передачи дискретной информации делятся на системы с групповым суммированием, у которых сравнение производится по кодовым комбинациям, и посимвольным суммированием, у которых сравнение осуществляется по символам кодовых комбинаций. Посимвольная проверка является более эффективной, чем групповая.

Разновидностью систем передачи информации, у которых повышение помехоустойчивости достигается за счет увеличения времени передачи, являются системы с обратной связью. При наличии искажений в передаваемых сообщениях информация, поступающая по обратному каналу, обеспечиваст повторение передачи. Наличие обратного канала приводит к усложнению системы. Однако в отличие от систем с повторением передачи в системах с обратной связью повторение передачи будет иметь место лишь в случае обнаружения искажений в передаваемом сигнале, т. е. избыточность в целом оказывается меньшей.

Важным способом повышения помехоустойчивости передачи непрерывных сигналов является рациональный выбор вида модуляции сигналов. Применяя виды модуляции, обеспечивающие значительное расширение полосы частот сигнала, можно добиться существенного повышения помехоустойчивости передачи. Радикальным способом повышения помехоустойчивости передачи дискретных (цифровых) сигналов является использование специальных помехоустойчивых кодов.

Для того чтобы количественно оценивать эффективность работы системы связи и ее потенциальные возможности, рассмотрим основные понятия теории информации. Теория информации — область науки, в которой изучаются основные количественные закономерности, связанные с получением, хранением, передачей и обработкой информации. Она устанавливает основные границы возможностей систем передачи информации, задает исходные принципы их разработки и практического воплощения. Основные разделы теории информации — кодирование источника информации и канальное (помехоустойчивое) кодирование.

Для сравнения различных систем связи необходимо ввести количественную меру, позволяющую оценивать объем информации, содержащейся в сообщении. Решение указанных задач стало возможным лишь с введением понятий энтропии и количества информации, которые позволили получить количественное описание процессов передачи информации и установить общие закономерности.