9. Принципы построения СП с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ)
В основе связи лежит случайность. Если бы слушатель заранее точно знал, что именно должен сказать говорящий и с какой интонацией, то не существовало бы никакой необходимости слушать. Поэтому в теории связи предполагается, что передатчик связан с некоторым случайным источником, выход которого нельзя с определенностью предсказать на приемнике. В противном случае проблема связи не существует.
Кроме того, хотя это и менее очевидно, проблема связи не существует, если передаваемый сигнал не искажается помехами во время распространения или приема. В качестве примера рассмотрим передачу содержания выбранной случайным образом книги. Предположим, что алфавит (вместе со знаками препинания и цифрами) содержит 64 символа. Каждому из этих символов можно сопоставить шестизначное двоичное число, например:
Тогда все содержание выбранной книги может быть записано в виде одной длинной плоскости двоичных символов 0,1; первые шесть символов этой последовательности соответствуют первой букве текста, следующие шесть символов – второй букве текста и т.д. Получившуюся последовательность можно интерпретировать как двоичное число, заключенное между нулем и единицей, поместив нуль и запятую перед первым символом последовательности, как показано на рисунке.
Заметим далее, что вся книга может быть представлена при помощи единственного импульса Найквиста. Как показано на рис.9.1, для этого требуется только сделать амплитуду импульса равной величине получившегося двоичного числа.
Таким образом, если бы можно было точно определить на приемнике передаваемую амплитуду, то не только одну книгу, но и содержание библиотеки книг можно было бы передать посредством единственного значения амплитуды. Однако, этот способ, очевидно абсурден. Малые искажения, вызываемые шумами, всегда сделают невозможной либо передачу, либо прием с такой невероятной точностью.
Теория связи, основы которой заложены трудами Винера, Котельникова и Шеннона, устанавливает некоторые фундаментальные и в принципе предельные ограничения на все возможные системы модуляции и приема сигналов. До этого казавшееся интуитивно ясным, но на самом деле ошибочное представление о том, что шум накладывает неизбежные ограничения на точность связи, было общепринятым. На самом деле влияние шума при передаче по каналу с ограниченной ширины полосы частот и ограниченной величиной сигнала может быть полностью описано одним параметром С, называемым пропускной способностью канала. Значение этого понятия определяется следующим
90
результатом: если число М сообщений как функция от длительности сигнала Т возрастает достаточно медленно, так что М < 2СТ (9.1), то выбирая Т достаточно большим, можно в принципе получить сколь угодно высокую точность передачи; другими словами этого можно добиться, используя достаточно длительные сигналы. И обратно, надежная связь невозможна независимо от того, какие способы преобразования сигналов используются в передатчике и приемнике, если М > 2СТ (9.2).
1-ая буква 2-ая буква Последняя буква
0,101101 000010 …………100011
a1 a2 a3 ………………………….. an
Амплитуда
1
2−n
2−n
0 |
t |
|
1/k W
Рис.9.1. Представление текста книги одним импульсом
Второй принципиальный результат состоит в обнаружении того, что связь по существу является дискретным процессом. При этом имеется в виду, что на приемнике в течение конечного интервала времени можно различить только конечное число сообщений. Тот факт, что процесс связи является дискретным, станет понятнее, если вспомнить, с каким успехом писатели используют конечный алфавит для передачи не только фактов, но и эмоций.
В цифровых системах передачи ЦСП передача непрерывной случайной величины с помощью аналогового сигнала в результате дискретизации во времени и квантования по амплитуде заменяется на передачу цифровой последовательности двоичных символов. При этом выбором частоты дискретизации и числа уровней квантования (шага квантования) достигается передача исходного непрерывного сигнала с заведомо малым уровнем искажений.
91