6. Пропускная способность каналов связи
6.1. Канал связи
Рассматривая различные системы передачи информации, специалисты часто используют термин канал связи. Связь, т. е. обмен информацией между источником и получателем, осуществляется посредством совокупности технических средств и среды распространения, которые и образуют канал связи.
Задачей любого канала связи является передача сообщений с возможно меньшими искажениями в условиях действия помех при максимально возможной скорости передачи.
Рассмотрим структурную схему обобщенного канала связи и процессы, происходящие в канале (рис. 17).
Рис. 17. Канал связи
На вход канала связи от источника поступает сообщение а(t). По физической природе это сообщение может быть любым (текст, таблица, неподвижное или подвижное изображение, угловое положение датчика и т.д.). Сообщения не могут непосредственно передаваться по каналу связи, поэтому они преобразуются в так называемый первичный электрический сигнал (ПЭС). Преобразователь, выполняющий указанные функции, ставит в соответствие сообщению некоторый ПЭС. В качестве преобразователей используются микрофоны, ларингофоны, буквопечатающие устройства (телетайпы), факсимильные аппараты, различные датчики.
Процесс преобразования сообщения в ПЭС называется кодированием, а преобразователь – кодером источника.
ПЭС является, как правило, низкочастотным сигналом, не пригодным для передачи по каналу связи, поэтому подвергается дальнейшему преобразованию с целью улучшения свойств. К таким преобразованиям относят помехоустойчивое кодирование и модуляцию.
Помехоустойчивое кодирование осуществляется в устройстве, называемом кодером канала, и состоит во внесении в ПЭС информационной избыточности. Помехоустойчивое кодирование позволяет на приемной стороне обнаруживать и устранять ошибки.
При модуляции по закону ПЭС изменяется один или несколько параметров высокочастотного колебания S(t), которое усиливается радиопередающим устройством и излучается антенной в эфир.
На приемной стороне осуществляются обратные преобразования: демодуляция, декодирование и преобразование ПЭС в сообщение.
В канале связи на радиосигнал действуют различные виды помех, искажая его. В зависимости от искажений сигнала в принятом сообщении могут появиться ошибки.
В связи с этим при разработке аппаратуры канала связи одной из основных задач является создание таких технических устройств, которые обладали бы меньшей чувствительностью к внешним воздействиям.
Многообразие ПЭС, соответствующее многообразию сообщений, определяет структуру и разнообразие применяемых в канале связи технических устройств.
Если на вход канала подаются дискретные кодовые символы x, а с выхода снимаются символы y, несущие информацию об x, то такой канал называется дискретным. Если на вход канала связи подается непрерывный сигнал x(t), а с выхода снимают y(t), то такой канал называется непрерывным.
Предельные возможности скорости передачи информации оцениваются пропускной способностью (емкостью) канала связи, численно равной максимальному количеству информации, которое можно передать по каналу за 1 с (в цифровых системах пропускная способность оценивается количеством передаваемых бит за секунду). Интуитивно нетрудно понять, какими свойствами должна обладать система связи (или радиоканал), чтобы с высокой эффективностью передавать сообщения от источника к потребителю. Во-первых, такая система должна обеспечивать требуемую скорость передачи информации. Во-вторых, необходимо гарантировать высокую верность приема символов либо свести вероятность возможных ошибок к приемлемо низкому уровню.