Материал: 5856

27

значения функции u(t) с шагом t (разд. 2.4).

Во-вторых, это квантование по уровню, то есть преобразование непрерывной случайной величины u, заданной на интервале (uн, uв), в дискретную случайную величину (m-ичный символ). Обычно m=2k, где k – целое число, и для реализации этого преобразования достаточно последовательно провести k операций сравнения величины u с заданными опорными значениями (разд.

2.6).

Дискретный сигнал u0 ,...,un 1 (разд. 1.3) обычно получается в результате квантования по времени на интервале 0 t n t c шагом t непрерывного сигнала u(t) , поэтому он может подвергаться тем же преобразованиям, но в несколько иной форме.

Преобразования (2.1) проводятся в форме прямого и обратного дискретных преобразований Фурье (ДПФ)

ключен в интервале 0... 21 t .

Такие преобразования выполняются в числовом процессоре с использованием операций над числами с плавающей точкой, при этом применяется более экономный алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Фильтрация дискретного сигнала проводится при помощи цифрового фильтра (разд. 2.7).

Пожалуй, наиболее разнообразным и интересным оказывается набор преобразований цифровых сигналов.

Сигналом, применяемым для передачи символа, обычно является импульс тока или напряжения, поэтому естественно, что имеется широкий набор элементарных преобразований, необходимых для преобразования формы импульсов, изменения порядка их следования, хранения, выполнения ряда логических операций и т.п. (разд.2.2).

Более сложные преобразования, в которых участвуют целые группы символов, объединены под общим названием “кодирование”. Типичная ситуация такова. На вход кодирующего устройства поступает последовательность m-ичных символов длиной k (всего возможны Nвх = mk вариантов), и в ответ кодер выдает на выход последовательность таких же m-ичных символов длиной n (всего возможны Nвых = mn вариантов).

Различают три вида кодирования 1. Кодирование источника с целью сокращения избыточности, содер-

28

жащейся в сигнале, то есть представление сигнала u(t) в наиболее экономном виде так, чтобы в конечном итоге произведение его длительности на занимаемую полосу частот было минимальным. Например, безызбыточное кодирование позволяет передать сообщение, используя минимальное количество символов n в последовательности на выходе кодера, в итоге оказывается n < k. Добиться такого результата можно лишь в том случае, когда возможные сигналы на входе кодера имеют существенно разные вероятности. Точнее, среди возможных последовательностей имеются столь маловероятные экземпляры, что можно даже не резервировать сигналы для их передачи, будучи почти уверенными в том, что ни одна из них на входе кодера не появится. Результат такого кодирования – это повышение скорости передачи информации

(разд. 4.2).

2.Канальное (помехоустойчивое) кодирование, т.е. формирование циф-

рового сигнала u(t) таким образом, чтобы в процессе приема появилась возможность обнаружить и исправить большую часть ошибок, возникших в принятом сигнале v(t) из-за влияния помех. Эта операция, наоборот, обычно требует введения в передаваемый сигнал дополнительных, избыточных элементов, в итоге окажется n > k. Обсуждению проблем помехоустойчивого кодирования почти целиком посвящен разд. 3.

3.Шифрование, т.е. использование такого кода, способ декодирования которого известен лишь законному адресату (при этом обычно n = k).

Можно заметить, что передача сигналов во многом напоминает обычную транспортировку грузов из одного пункта в другой. Различные предметы перевозят лишь потому, что они несут в себе возможность удовлетворения некоторых человеческих потребностей (сигналы передают ради информации,

вних содержащейся). В чем высшая суть этих потребностей, вряд ли кто сможет сформулировать, хотя и предлагается немало способов, как количественно оценить степень их удовлетворения (в настоящее время имеется несколько различных способов определения количества информации, содержащейся в сигнале).

Вагон, движущийся по рельсам (линия передачи), имеет ограниченный объем, поэтому естественной является задача экономной укладки груза, даже путем частичной разборки некоторых громоздких конструкций (задача безизбыточного кодирования), при этом в пункте назначения проводится сборка.

Разумеется, такая экономная укладка допустима лишь в случае, когда в пути отсутствуют факторы, способные испортить груз (помехи). Для защиты от вредных воздействий приходится перевозить дополнительные предметы – упаковку (помехоустойчивое кодирование). В пункте назначения упаковка, выполнившая свою функцию, отделяется от полезного груза (удаление избыточных символов после обнаружения и исправления ошибок).

Итак, можно наметить следующий порядок преобразований сигнала в

29

передатчике цифровой системы.

1)Аналого-цифровое преобразование, т.е. преобразование непрерывного сигнала в последовательность символов.

2)Кодирование источника.

3)Шифрование.

4)Канальное кодирование.

5)Модуляция гармонической несущей передаваемым сигналом с целью переноса его спектра в выделенную полосу частот.

6)Расширение спектра (такое преобразование, в результате которого ширина спектра сигнала u(t) на входе линии оказывается существенно больше, чем та ширина, которая была бы минимально необходима для нормальной передачи этого сообщения), например, для обеспечения скрытности передачи.

Разумеется, не все перечисленные операции необходимо проводить в каждой СПИ, и последовательность перечисленных преобразований может несколько отличаться от указанной. В приемнике, естественно, проводятся обратные преобразования.

В заключение отметим те дополнительные операции с сигналами, которые нужно проводить в том случае, когда для одновременной передачи

сигналов от нескольких источников используются общие ресурсы.

1)На рис. 2.1. изображена схема симплексной СПИ, предназначенной для передачи информации в одном направлении. Для организации одновременной двусторонней передачи, например, в телефонии, с использованием общей линии, необходимо решить проблему дуплексирования, т.е. сформиро-

вать сигналы uп(t) и uо(t) таким образом, чтобы при приеме разделять сигналы прямого и обратного направлений без их взаимного искажения.

2)Для одновременной передачи сигналов от n источников, находящихся на одном конце общей линии, к n получателям, находящимся на другом ее конце, осуществляется уплотнение (мультиплексирование) предварительно преобразованных сигналов (обычно это суммирование). Для этого передаваемые сигналы должны иметь такой вид, который позволяет в пункте приема выделять каждый сигнал из суммы и направлять своему получателю без взаимных искажений. Такая система называется многоканальной (n-канальной)

СПИ.

3)В системах радиосвязи обычно возникает потребность в совместном использовании общего ретранслятора-приемопередатчика, находящегося на базовой станции в системах сотовой связи или на ИСЗ. При этом все источники и все получатели находятся в различных пунктах. Такая организация совместной работы называется многостанционным (множественным) до-

ступом, при этом, в основном, используются те же методы, что и при многоканальной связи.

4)При построении системы обмена информацией (сети электросвязи),