Введение в теорию электрической связи: Учебное пособие

электрической связи, а именно – основ теории информации и теории помехоустойчивости передачи дискретных и непрерывных сообщений.

Пособие рассчитано на студентов 2 – 3 курсов, обучающихся по специальностям «Средства связи с подвижными объектами» и  «Многоканальные телекоммуникационные системы» и может быть полезно студентам других направлений и специальностей.

©   Новосибирский государственный

технический университет, 2002

СОДЕРЖАНИЕ

1.    ВВЕДЕНИЕ                                                                                              4

2.    ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ                                                 6

2.1.    Основные понятия и термины                                                           6

2.2.    Энтропия и информация                                                                     9

2.3.    Кодирование источника                                                                    16

2.4.    Помехоустойчивое кодирование                                                      27

2.5.    Информативность непрерывных источников сообщений           38

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К РАЗДЕЛУ                                                        40

3.    ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ                                                                43

3.1.    Основные понятия и термины                                                         43

3.2.    Бинарная задача проверки простых гипотез                                 49

3.3.    Приём полностью известного сигнала (когерентный приём)     52

3.4.    Согласованная фильтрация                                                             57

3.5.    Потенциальная помехоустойчивость когерентного приёма       63

3.6.    Некогерентный приём                                                                       67

3.7.    Потенциальная помехоустойчивость некогерентного приёма   72

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К РАЗДЕЛУ                                                        75

4.    ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ                                                            76

4.1.    Основные понятия и термины                                                         76

4.2.    Оптимальное оценивание параметров сигнала                            77

4.3.    Оптимальная фильтрация случайного сигнала                            85

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ                                                                             88

5.    ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ       89

5.1.    Основные понятия и термины                                                         89

5.2.    Импульсно-кодовая модуляция                                                       90

5.3.    Кодирование с предсказанием                                                         93

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ                                                                             95

ЛИТЕРАТУРА                                                                                              96

1.  ВВЕДЕНИЕ

Системы связи предназначены для передачи информации. Информация передается посредством сообщений. Примерами сообщений могут служить текст телеграммы, фраза в телефонном разговоре, последовательность цифр в сетях передачи данных, изображение в системе фототелеграфии и т.п. Для передачи сообщения необходим материальный носитель, называемый сигналом. Чаще всего в качестве сигналов используют электрические колебания благодаря удобству их генерирования и преобразования. Современная система связи представляет собой сложную совокупность устройств, выполняющих преобразования сообщений и сигналов с целью наиболее эффективной передачи информации. К показателям эффективности относятся достоверность и скорость передачи информации, а также некоторые другие величины. Упрощенная схема системы передачи информации (системы связи) показана на рис. 1.

Само назначение системы связи предполагает наличие источника и получателя сообщений. Источник ИС порождает сообщение , которое преобразуется преобразователем Пр1 в сигнал , называемый первичным сигналом. Первичный сигнал, как правило, непригоден для непосредственной передачи, поэтому он поступает на модулятор М, где используется для модуляции другого колебания , более подходящего для передачи и называемого переносчиком или несущим колебанием. Модулированный сигнал  поступает в линию связи ЛС, в которой происходит его искажение под влиянием характеристик линии, а также неизбежное воздействие на сигнал вредных колебаний (помех). Сигнал , поступающий с выхода линии связи на демодулятор ДМ, отличается от переданного сигнала , поэтому вырабатываемый демодулятором сигнал  в общем случае отличается от первичного сигнала . Качество демодулятора тем выше, чем меньше это отличие. Сигнал  преобразуется преобразователем Пр2 в сообщение , передаваемое получателю сообщения ПС.

Рассмотренная структура системы связи является простейшей и сравнительно редко применяется на практике. В реальных современных системах связи для повышения скорости и достоверности передачи используются дополнительные преобразования, такие как кодирование и декодирование. Кроме того, сигналы часто передаются по линиям связи, имеющим различную физическую природу (например, электрический сигнал преобразуется в оптический и обратно) и различные характеристики, поэтому сигнал в процессе передачи многократно меняет свои свойства. Совокупность устройств и линий связи, которые сигнал проходит последовательно между любыми двумя точками системы связи, называется каналом связи.

2.  ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ

2.1.  Основные понятия и термины

Информация относится к предельно широким понятиям, которым