Изучение методов решения разнообразных задач, возникающих при передаче информации от ее источника к получателю, страница 45

7.1. Общие сведения о цифровой передаче непрерывных сообщений

Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом, если преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал. Типичными примерами таких систем являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).

Для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используют операции дискретизации и квантования. Полученная последовательность квантованных отсчетов кодируется и передается по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается с той или иной точностью. Структурная схема системы и пример преобразования непрерывного сообщения в последовательность импульсов представлена на рис. 5.1.

 

Основное техническое преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными состоит в их высокой помехоустойчивости. Оно наиболее сильно проявляется в системах передачи с многократной ретрансляцией сигналов, например, в кабельных и радиорелейных линиях большой протяженности. В непрерывных системах наблюдается эффект накопления помех – мощность помехи на выходе последнего участка равна сумме мощностей помех на всех участках. Поэтому на входе каждого ретранслятора требуется обеспечить отношение сигнал/помеха в N раз выше, чем при передаче без ретрансляции. Накопление помех вдоль тракта передачи является основным фактором, ограничивающим протяженность линии связи.

В цифровых системах для ослабления эффекта накопления помех наряду с усилением применяют регенерацию импульса – демодуляцию с восста-новлением кодовых символов и повторную модуляцию на ретрансляционном пункте. Помеха при этом не поступает на выход регенератора, однако, ошибочно принятые в регенераторе символы передаются дальше и в итоге ошибка накапливается. При использовании N регенераторов и вероятности ошибки  необходимо обеспечить в регенераторе . Для этого не нужно увеличивать отношение сигнал/помеха в  раз. Например, при передаче двоичных символов ортогональными сигналами и некогерентном приеме вероятность ошибки . Пусть , тогда в системе без регенерации надо иметь отношение сигнал/помеха , а при использовании 10³ регенераторов нужно обеспечить на каждом из них  или , для чего достаточно поднять мощность сигнала в 1,64 раза, а не в 1000 раз.

Верность можно повысить и применением помехоустойчивого кодирования. Достоинством таких систем является широкое использование современной элементной базы.

7.2. Помехоустойчивость импульсно-кодовой модуляции

Одной из причин, приводящих к отличию принятого сообщения от переданного в системе с ИКМ, является шум квантования, другой – помехи в канале, которые могут вызвать ошибки в символах при декодировании. Эту составляющую назовем шумом ложных импульсов. При оценке помехоустойчивости необходимо учитывать суммарный шум как за счет квантования, так и за счет ложных импульсов при декодировании.

Шум квантования не связан с помехами в канале, он целиком определяется числом уровней квантования. Увеличивая число уровней, его можно сделать сколь угодно малым, однако при этом увеличивается число кодовых символов, приходящихся на каждый отсчет, а следовательно, сокращается длительность символа и расширяется спектр сигнала в канале. Здесь, как и в помехоустойчивых аналоговых видах модуляции, снижение шума достигается за счет расширения спектра сигнала.