Основы теории принятая статистических решений 1051 1 страница

Б.1. Теорема Байеса 1051

Б. 1.1. Дискретная форма теоремы Байеса 1052

Б.1.2. Теорема Байеса в смешанной форме 1054

Б.2. Теория принятия решений 1056

Б.2.1. Элементы задачи теории принятия решений 1056 Б.2.2. Проверка методом отношения правдоподобий и критерий

максимума апостериорной вероятности 1056

Б.2.3. Критерий максимального правдоподобия 1057

Б.З. Пример детектирования сигнала 1058

Б.3.1. Двоичное решение по принципу максимального правдоподобия 1058

Б.З.2. Вероятность битовой ошибки 1059

Литература 1061

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ОТКЛИК КОРРЕЛЯТОРОВ НА БЕЛЫЙ ШУМ 1063 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ПОЛЕЗНЫЕ СООТНОШЕНИЯ 1065 ПРИЛОЖЕНИЕ Д. S'-ОБЛАСТЬ, Z-ОБЛАСТЬ И ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 1067

Д. 1. Преобразование Лапласа 1068

Д. 1.1. Стандартное преобразование Лапласа 1069

Д. 1.2. Свойства преобразования Лапласа 1069

Д. 1.3. Использование преобразования Лапласа 1070

Д. 1.4. Передаточная функция 1071

Д. 1.5. Фильтрация нижних частот в RC-цепи 1072

Д. 1.6. Полюсы и нули 1072

Д.1.7. Устойчивость линейных систем 1072

Д.2. г-преобразование 1073

Д.2.1. Вычисление г-преобразования 1074

Д.2.2. Обратное г-преобразование 1075

Д.З. Цифровая фильтрация 1076

Д. 3.1. Передаточная функция цифрового фильтра 1077

1 о

Д.3.2. Устойчивость однополюсного фильтра 1077

Д.3.3. Устойчивость произвольного фильтра 1078

Д.3.4. Диаграмма полюсов-нулей и единичная окружность 1079 Д.3.5. Дискретное преобразование Фурье импульсной характеристики

цифрового фильтра 1080

Д.4. Фильтры с конечным импульсным откликом 1081

Д.4.1. Структура фильтра с конечной импульсной характеристикой 1082

Д.4.2. Дифференциатор с конечной импульсной характеристикой 1082

Д.5. Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой 1084

Д.5.1. Оператор левосторонней разности 1084 Д.5.2. Использование билинейного преобразования для создания

фильтров с бесконечной импульсной характеристикой 1085

Д.5.3. Интегратор с бесконечной импульсной характеристикой 1085

Литература 1086

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ПЕРЕЧЕНЬ СИМВОЛОВ 1087 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 1093

on

Моей жене Гвен и нашим детям Дебре, Шерон и Дину, а также памяти моих родителей Рут и Джулиаса Скляр

Предисловие

Книга Цифровая связь: теоретические основы и практическое применение является об­новленной редакцией предыдущего издания. Сюда внесены следующие изменения.

• Расширены главы, посвященные кодам коррекции ошибок, особенно это отно­сится к кодам Рида-Соломона, турбокодам и решетчатому кодированию.

• Введена глава, посвященная каналам с замираниями и способам смягчения по­следствий замирания.

• Расширены описания необходимых понятий области цифровой связи.

• Увеличено число задач, предлагаемых в конце глав. Кроме того, добавлены вопросы для самопроверки (также указано, где искать ответы на них).

Структура семестрового университетского курса сильно отличается от структуры краткого курса по тому же предмету. В первом случае имеем достаточно времени на приобретение необходимых навыков, усвоение математического аппарата и примене­ние теорий на практике (чему способствуют домашние задания). При чтении краткого курса преподаватель вынужден “пробегать” по необходимым понятиям и приложени­ям. Как я обнаружил, определить структуру краткого курса помогают контрольные вопросы, предложенные слушателям курса. Эти вопросы — не только схематическое изображение учебного плана. Они представляют собой набор понятий и терминов, которые в настоящее время не очень корректно освещены в литературе, а иногда во­обще неверно трактуются. При таком подходе студенты, прослушивающие краткий курс, заранее получают общее представление о нем. Со временем они смогут описать конкретную проблему и приобретут знания о цифровой связи вообще. (Личное на­блюдение: предлагаемый перечень вопросов пригоден как для полного, так и сокра­щенного курса обучения.) Итак, я предлагаю следующий “контрольный список” во­просов по цифровой связи.

6. В какой точке системы определяется отношение E_b/N₀ (см. раздел 4.3.2)?

7. Схемы цифровой модуляции относятся к одному из двух классов с противопо­ложными поведенческими характеристиками: а) ортогональная передача сигна­лов, б) передача с использованием фазовой/амплитудной модуляции. Опишите поведение каждого класса (см. разделы 4.8.2 и 9.7).

8. Почему двоичная фазовая манипуляция (binary phase shift keying — BPSK) и чет­веричная фазовая манипуляция (quaternary phase shift keying — QPSK) имеют одинаковую вероятность битовой ошибки? Справедливо ли то же самое для М-арной амплитудно-импульсной модуляции (М-ату pulse amplitude modulation — Л/-РАМ) и М^[1]-арной квадратурной амплитудной модуляции (Л/²-агу quadrature amplitude modulation — A^-QAM) (см. разделы 4.8.4 и 9.8.3.1)?

9. Почему при ортогональной передаче сигналов достоверность передачи растет с увеличением размерности (см. раздел 4.8.5)?

10. Почему потери в свободном пространстве — это функция длины волны (см. раз­дел 5.3.3)?

11. Какая связь существует между отношением сигнал/шум (SIN) в принятом сигна­ле и отношением несущей к шуму (C/N) (см. раздел 5.4)?

12. Опишите четыре типа компромиссов, которые могут быть достигнуты при ис­пользовании кода коррекции ошибок (см. раздел 6.3.4).

13. Почему эффективность традиционных кодов коррекции ошибок снижается при низких значениях E_b/N₀ (см. раздел 6.3.4)?

14. Каково значение нормальной матрицы в понимании блочного кода и оценке его возможностей (см. раздел 6.6.5)?

15. Почему при разработке реальных систем не стремятся достигнуть предела Шен­нона, равного -1,6 дБ (см. раздел 8.4.5.2)?

16. Что вытекает из того, что алгоритм декодирования Витерби не дает апостериор­ных вероятностей? Какое более характерное название имеет алгоритм Витерби (см. раздел 8.4.6)?

17. Почему связь ширины полосы с эффективностью ее использования одинакова для ортогональных двоичной и четверичной частотных манипуляций (frequency shift keying — FSK) (см. раздел 9.5.1)?

18. Опишите преобразования скрытой энергии и скоростей принимаемых сигналов: при переходе информационных битов в канальные, затем —■ в символы и эле­ментарные сигналы (см. раздел 9.7.7.)?

19. Дайте определения следующим терминам: бод, состояние, ресурс связи, элемен­тарный сигнал, устойчивый сигнал (см. разделы 1.1.3 и 7.2.2, главу 11, а также разделы 12.3.2 и 12.4.2).

20. Почему в канале с замираниями дисперсия сигнала не зависит от скорости за­мирания (см. главу 15)?

Надеюсь, что для вас полезно было таким образом представить проблемы рассмат­риваемой области. Перейдем теперь к более методичному описанию целей данной книги. В предлагаемом издании я попытался представить системы цифровой связи в доступном виде для старшекурсников, аспирантов и практикующих инженеров. Хотя

основное внимание здесь уделено цифровой связи, все же в этом издании представле­ны необходимые базовые знания по аналоговым системам (причиной включения та­кого материала послужило использование аналоговых сигналов для радиопередачи цифровых сигналов). Особенность систем цифровой связи заключается в том, что они имеют дело с конечным набором дискретных сообщений, тогда как в системах ана­логовой связи сообщения определены как непрерывные. Задача приемника цифровой системы — не точное воспроизведение сигнала, а определение, каким из конечного набора сигналов является принятый искаженный сигнал. Для выполнения этого и было разработано впечатляющее множество технологий обработки сигналов.

В данной книге все эти технологии рассматриваются в контексте единой структу­ры. Эта структура, в виде функциональной схемы, демонстрируется в начале каждой главы. При необходимости блоки на схеме выделяются, чтобы указать на соответст­вующие цели главы. Основные задачи книги — ввести понятие об организации и структуре отрасли, которая быстро развивается, а также обеспечить осведомленность о “общей картине” (иногда, вдаваясь в подробности). Сигналы и ключевые этапы их обработки прослеживаются, начиная от источника информации через передатчик, ка­нал, приемник и заканчивая, в конечном итоге, ее адресатом. Преобразования сигна­лов сгруппированы согласно девяти функциональным классам: форматирование и ко­дирование источника, передача видеосигнала, передача полосового сигнала, выравни­вание, канальное кодирование, уплотнение и множественный доступ, расширение спектра, шифрование, синхронизация. В этой книге основное внимание уделяется за­дачам системы цифровой связи и необходимости альтернатив между основными па­раметрами системы, такими как отношение сигнал/шум, вероятность ошибки и эф­фективность использования полосы пропускания.

Структура книги

В главе 1 вводятся основные понятия систем цифровой связи и называются основные пре­образования сигналов, которые подробно будут рассмотрены в последующих главах. Дают­ся некоторые основные сведения относительно случайных величин и аддитивного белого гауссового шума (additive white Gaussian noise — AWGN). Кроме того, устанавливается связь между спектральной плотностью мощности и автокорреляционной функцией, а также рас­сматривается передача сигналов через линейные системы. В главе 2 рассмотрен такой этап обработки сигналов, как форматирование; он необходим для формирования информаци­онного сигнала, совместимого с цифровой системой. Глава 3 посвящена вопросам передачи видеосигнала, обнаружения сигналов в гауссовом шуме и оптимизации приемника. В гла­ве 4 рассмотрена полосовая передача и связанные с ней технологии модуляции и демодуля­ции/детектирования. В главе 5 дан анализ канала передачи данных, позволяющий составить общее представление о системе. В этой главе представлено несколько “тонких” моментов, которые в литературе обычно пропускаются. В главах 6—8 рассмотрено канальное кодирова­ние — рентабельный способ реализации разнообразных компромиссов, связанных с произ­водительностью системы. В главе 6 основное внимание уделяется линейным блочным кодам, в главе 7 — сверточным кодам, а в главе 8 — кодам Рида-Соломона и каскадным кодам, в ча­стности турбокодам.

В главе 9 рассматриваются различные проектные компромиссы при использовании модуляции/кодирования, связанные с вероятностью битовой ошибки, эффективностью использования полосы и отношением сигнал/шум. Освещаются также важные аспекты кодовой модуляции, в частности решетчатое кодирование. Глава 10 посвящена синхрониза­

ции цифровых систем. В ней рассмотрено использование контура фазовой автоподстройки частоты (ФАГТЧ) для синхронизации несущей. Описана также битовая синхронизация, кадровая синхронизация и сетевая синхронизация. Кроме того, вводятся некоторые спосо­бы обеспечения синхронизации с использованием цифровых методов.

В главе 11 рассматривается уплотнение и множественный доступ. Здесь исследуются доступные методы эффективного использования ресурса связи. В главе 12 вводятся ме­тоды расширения спектра и их применение в таких областях, как множественный дос­туп, масштабирование и подавление интерференции. Эта технология важна как для во­енных, так и коммерческих приложений. В главе 13 рассматривается кодирование источ­ника, представляющее собой особый класс форматирования данных. И форматирование, и кодирование источника включают оцифровывание данных; основное отличие состоит в том, что кодирование источника дополнительно включает снижение избыточности данных. Несмотря на сходство этих преобразований сигнала, кодирование источника не рассматривается непосредственно после форматирования, оно умышленно представлено в отдельной главе, дабы не прерывать поток представления основных этапов обработки. Глава 14 включает основные идеи шифрования/дешифрования. В ней изложены некото­рые классические концепции, а также рассмотрен класс систем, известных как системы шифрования с открытым ключом, и широко используемое программное обеспечение для шифровки сообщений электронной почты, называемое Pretty Good Privacy (PGP). В главе 15 рассматриваются каналы с замираниями. Здесь мы рассмотрим приложения, такие как сотовая радиосвязь, где характеристики канала связи имеют намного более важное значение, чем в незамирающих каналах. Вообще, проектирование систем связи, противостоящих ухудшающему эффекту замирания, может оказаться более перспектив­ным, чем разработка их незамирающих эквивалентов. В данной главе описываются тех­нологии, которые могут снизить эффект замирания, и рассматривается несколько про­ектов, которые уже были успешно реализованы.

Предполагается, что читатель знаком с методами Фурье-анализа и операцией свертки. Краткий обзор этих методов предлагается в приложении А, где основное внимание обращается на моменты, полезные в теории связи. Также предполагается, что читатель имеет необходимые знания из области теории вероятностей и случайных переменных. В приложении Б на основе этих дисциплин дана краткая трактовка тео­рии принятия статистических решений с акцентом на критериях проверки гипотез — весьма важных для понимания теории обнаружения. В данное издание было добавле­но приложение Д, в котором приведен краткий обучающий материал по 5-области, г-области и цифровой фильтрации.

При использовании данной книги для двусеместрового курса, предлагается первые семь глав представить в первом семестре, а следующие восемь — во втором. При чте­нии семестрового вводного курса предлагается выбрать материал из следующих глав: 1-7, 9, 10, 12.

Благодарности

Написать техническую книгу без чьей-либо помощи чрезвычайно трудно. Я весьма признателен всем, кто помог мне в создании данной книги. За содействие в работе я благодарю д-ра Эндрю Витерби (Andrew Viterbi), д-ра Чака Уитли (Chuck Wheatley), д-ра Эда Тайдмэна (Ed Tiedeman), д-ра Джо Оденуолдера (Joe Odenwalder) и Сержа Уиллинеггера (Serge Willinegger) из Qualcomm. Также хочу поблагодарить д-ра Дариу- ша Дивсалара (Dariush Divsalar) из Jet Propulsion Laboratory (JPL), д-ра Боба Богуша

Ппелигпгтие

(Bob Bogusch) из Mission Research, д-ра Тома Стэнли (Tom Stanley) из Federal Com­munication Commission, профессора Ларри Милстейна (Larry Milstein) из University of California, San Diego, профессора Рея Пикхольца (Ray Pickholtz) из Gerge Washington University, профессора Даниеля Костелло (Daniel Costello) из Notre Dame University, профессора Теда Раппапорта (Ted Rappaport) из Virginia Polytechnic Institute, Фила Коссина (Phil Kossin) из Lincom, Леса Брауна (Les Brown) из Motorola, а также д-ра Боба Прайса (Bob Price) и Франка Аморосо (Frank Amoroso).

Мне также хотелось бы поблагодарить людей, которые помогли мне с выпуском первого издания данной книги. Это — д-р Морис Кинг (Maurice King), Дон Мартин (Don Martin) и Нэд Фельдман (Ned Feldman) из The Aerospace Corporation, д-р Марв Симон (Marv Simon) из JPL, д-р Билл Линдсей (Bill Lindsey) из Lincom, профессор Вейн Старк (Wayne Stark) из University of Michigan, а также д-р Джим Омура (Jim Omura), д-р Адам Лендер (Adam Lender) и д-р Тодд Цитрон (Todd Citron).

Хотелось бы выразить признательность доктору Морис Кинг (Maurice King) за вклад в главу 10, посвященную синхронизации, и профессору Фреду Харрису (Fred Harris) из San Diego University за написание главы 13, посвященной кодированию источника. Спа­сибо также Мишель Ландри (Michelle Landry) за создание разделов по Pretty Good Pri­vacy в главе 14 и Эндрю Гвиди (Andrew Guidi) за вклад в задачи главы 15.

Я в неоплатном долгу перед моими друзьями и коллегами Фрэдом Харрисом (Fred Harris), профессором Дэном Буковцером (Dan Bukofzer) из California State University в Fresno и д-ром Маури Шифф (Maury Schiff) из Elanix, которые терпеливо выслушива­ли меня всякий раз, когда я к ним обращался. Также хочу поблагодарить моих луч­ших учителей —■ моих студентов из University of California (Los Angeles), а также всех студентов, которые уделили внимание моим кратким курсам. Их вопросы направляли меня и побудили написать данное (второе) издание. Надеюсь, что я сумел доходчиво ответить на все их вопросы.

Отдельно хотел бы поблагодарить моего сына, Дина Скляра (Dean Sklar), за техниче­ские предложения; он взял на себя роль главного критика работы своего отца и “адвоката дьявола”. Я многим обязан профессору Бобу Стюарту (Bob Stewart) из Univer­sity of Strathclyde, который провел бесчисленные часы за написанием и подготовкой компакт-диска и разработкой приложения Д. Я благодарен Роуз Кернан (Rose Keman), моему редактору, за помощь в создании проекта и Бернарду Гудвину (Bernard Goodwin), издателю из Prentice Hall, за снисходительное отношение ко мне и веру в меня. Его ре­комендации были бесценными. Я чрезвычайно благодарен моей жене, Гвен (Gwen), за ее одобрение, преданность и ценные советы. Она хранила меня от “стрел и камней” по­вседневной жизни, что дало мне возможность закончить данное издание.

Bernard Sklar

Tarzana, California

RnaronaDHQCTH

ГЛАВА 1

Сигналы и спектры

Символы сообщений

Источник информации

Н ''izt / £ Р/		* S у
s ф Q С		а О) а
		с
'//////,

о-*и

Цифро вой Импульсная полосовой характеристика сигнал канала, hc(t)

		1 ^
* *6<
		/ ф s ✓
		^////^

О-в-

Получатель информации

Необязательный элемент СП Необходимый элемент

Символы сообщений

Другим адресатам

В данной книге излагаются идеи и технологии, являющиеся фундаментальными для систем цифровой связи. Основное внимание обращается на вопросы проектирования систем и необходимость компромиссов между основными параметрами системы, та­кими как отношение сигнал/шум (signal-to-noise ratio — SNR), вероятность появления ошибки и эффективность использования полосы. Мы рассмотрим передачу информа­ции (речь, видео или данные) по каналу связи, где средой передачи является провод­ник, волновод или окружающая среда.

Системы цифровой связи становятся все более привлекательными вследствие по­стоянно растущего спроса и из-за того, что цифровая передача предлагает возможно­сти обработки информации, не доступные при использовании аналоговой передачи. В данной книге цифровые системы часто рассматриваются в контексте спутникового канала связи. Иногда это трактуется в контексте систем мобильной радиосвязи, в этом случае передача сигнала обычно ухудшается вследствие явления, называемого замиранием. Здесь стоит отметить, что спроектировать и описать систему связи, про­тивостоящую замиранию, сложнее, чем выполнить то же для системы без замирания.

Отличительной особенностью систем цифровой связи (digital communication sys­tem — DCS) является то, что за конечный промежуток времени они посылают сигнал, состоящий из конечного набора элементарных сигналов (в отличие от систем анало­говой связи, где сигнал состоит из бесконечного множества элементарных сигналов). В системах DCS задачей приемника является не точное воспроизведение переданного сигнала, а определение на основе искаженного шумами сигнала, какой именно сигнал из конечного набора был послан передатчиком. Важным критерием производительно­сти системы DCS является вероятность ошибки (Ре).

1.1. Обработка сигналов в цифровой связи

1.1.1. Почему “цифровая”

Почему в военных и коммерческих системах связи используются “цифры”? Сущест­вует множество причин. Основным преимуществом такого подхода является легкость восстановления цифровых сигналов по сравнению с аналоговыми. Рассмотрим рис. 1.1, на котором представлен идеальный двоичный цифровой импульс, распро­страняющийся по каналу передачи данных. На форму сигнала влияют два основных механизма: (1) поскольку все каналы и линии передачи имеют неидеальную частот­ную характеристику, идеальный импульс искажается; и (2) нежелательные электриче­ские шумы или другое воздействие со стороны еще больше искажает форму импульса. Чем протяженнее канал, тем существеннее эти механизмы искажают импульс (рис. 1.1). В тот момент, когда переданный импульс все еще может быть достоверно определен (прежде чем он ухудшится до неоднозначного состояния), импульс усили­вается цифровым усилителем, восстанавливающим его первоначальную идеальную форму. Импульс “возрождается” или восстанавливается. За восстановление сигнала отвечают регенеративные ретрансляторы, расположенные в канале связи на опреде­ленном расстоянии друг от друга.

Цифровые каналы менее подвержены искажению и интерференции, чем аналого­вые. Поскольку двоичные цифровые каналы дают значимый сигнал только при работе в одном из двух состояний — включенном или выключенном — возмущение должно быть достаточно большим, чтобы перевести рабочую точку канала из одного состоя-

		Существуют и другие важные преимущества цифровой связи. Цифровые каналы надежнее и могут производиться по более низким ценам, чем аналоговые. Кроме того, цифровое программное обеспечение допускает более гибкую реализацию, чем аналоговое (например, микропроцессоры, цифровые коммутаторы и большие ин­тегральные схемы (large-scale integrated circuit — LSI)). Использование цифровых сигналов и уплотнения с временным разделением (time-division multiplexing — TDM) проще применения аналоговых сигналов и уплотнения с частотным разделе­нием (frequency-division multiplexing — FDM). При передаче и коммутации различ­ные типы цифровых сигналов (данные, телеграф, телефон, телевидение) могут рас­сматриваться как идентичные: ведь бит — это и есть бит. Кроме того, для удобства коммутации и обработки, цифровые сообщения могут группироваться в автономные единицы, называемые пакетами. В цифровые технологии естественным образом внедряются функции, защищающие от интерференции и подавления сигнала либо обеспечивающие шифрование или секретность. (Подобные технологии рассматри­ваются в главах 12 и 14.) Кроме того, обмен данными в основном производится ме­жду двумя компьютерами или между компьютером и цифровыми устройствами или терминалом. Подобные цифровые оконечные устройства лучше (и естественнее!) обслуживаются цифровыми каналами связи. Чем же мы платим за преимущества систем цифровой связи? Цифровые системы требуют более интенсивной обработки, чем аналоговые. Кроме того, для цифровых систем необходимо выделение значительной части ресурсов для синхронизации на различных уровнях (см. главу 10). Аналоговые системы, наоборот, легче синхрони­зировать. Еще одним недостатком систем цифровой связи является то, что ухудше-

ние качества носит пороговый характер. Если отношение сигнал/шум падает ниже некоторого порога, качество обслуживания может скачком измениться от очень хо­рошего до очень плохого. В аналоговых же системах ухудшение качества происхо­дит более плавно.

1.1.2. Типичная функциональная схема и основные преобразования

Функциональная схема, приведенная на рис. 1.2, иллюстрирует распространение сигна­ла и этапы его обработки в типичной системе цифровой связи (DCS). Этот рисунок яв­ляется чем-то вроде плана, направляющего читателя по главам данной книги. Верхние блоки — форматирование, кодирование источника, шифрование, канальное кодирова­ние, уплотнение, импульсная модуляция, полосовая модуляция, расширение спектра и множественный доступ — отражают преобразования сигнала на пути от источника к пе­редатчику. Нижние блоки диаграммы — преобразования сигнала на пути от приемника к получателю информации, и, по сути, они противоположны верхним блокам. Блоки модуляции и демодуляции/детектирования вместе называются модемом. Термин “модем” часто объединяет несколько этапов обработки сигналов, показанных на рис. 1.2; в этом случае модем можно представлять как “мозг” системы. Передатчик и приемник можно рассматривать как “мускулы” системы. Для беспроводных приложений передатчик со­стоит из схемы повышения частоты в область радиочастот (radio frequency — RF), усили­теля мощности и антенны, а приемник — из антенны и малошумящего усилителя (low- noise amplifier — LNA). Обратное понижение частоты производится на выходе приемни­ка и/или демодулятора.

На рис. 1.2 иллюстрируется соответствие блоков верхней (передающей) и нижней (принимающей) частей системы. Этапы обработки сигнала, имеющие место в пере­датчике, являются преимущественно обратными к этапам приемника. На рис. 1.2 ис­ходная информация преобразуется в двоичные цифры (биты); после этого биты груп­пируются в цифровые сообщения или символы сообщений. Каждый такой символ (т„ где / = 1,..., М) можно рассматривать как элемент конечного алфавита, содержащего М элементов. Следовательно, для М = 2 символ сообщения т, является бинарным (т.е. состоит из одного бита). Несмотря на то что бинарные символы можно классифици­ровать как А/-арные (с М — 2), обычно название “М-арный” используется для случаев М > 2; значит, такие символы состоят из последовательности двух или большего числа битов. (Сравните подобный конечный алфавит систем DCS с тем, что мы имеем в аналоговых системах, когда сигнал сообщения является элементом бесконечного множества возможных сигналов.) Для систем, использующих канальное кодирование (коды коррекции ошибок), последовательность символов сообщений преобразуется в последовательность канальных символов (кодовых символов), и каждый канальный символ обозначается и,. Поскольку символы сообщений или канальные символы мо­гут состоять из одного бита или группы битов, последовательность подобных симво­лов называется потоком битов (рис. 1.2).

Рассмотрим ключевые блоки обработки сигналов, изображенные на рис. 1.2; необ­ходимыми для систем DCS являются только этапы форматирования, модуляции, де­модуляции/детектирования и синхронизации.

Форматирование преобразовывает исходную информацию в биты, обеспечивая, та­ким образом, совместимость информации и функций обработки сигналов с системой DCS. С этой точки рисунка и вплоть до блока импульсной модуляции информация остается в форме потока битов.

Символы От других сообщений источников Рис. 1.2. Функциональная схема типичной системы цифровой связи

Модуляция — это процесс, посредством которого символы сообщений или канальные символы (если используется канальное кодирование) преобразуются в сигналы, со­вместимые с требованиями, налагаемыми каналом передачи данных. Импульсная моду­ляция — это еще один необходимый этап, поскольку каждый символ, который требу­ется передать, вначале нужно преобразовать из двоичного представления (уровни на­пряжений представляются двоичными нулями и единицами) в видеосигнал (модулированный сигнал). Термин “видеосигнал” (baseband signal) определяет сигнал, спектр которого начинается от (или около) постоянной составляющей и заканчивает­ся некоторым конечным значением (обычно, не более нескольких мегагерц). Блок импульсно-кодовой модуляции обычно включает фильтрацию с целью достижения минимальной полосы передачи. При использовании импульсной модуляции для об­работки двоичных символов результирующий двоичный сигнал называется РСМ- сигналом (pulse-code modulation — импульсно-кодовая модуляция). Существует не­сколько типов PCM-кодированных сигналов (описанных в главе 2); в приложениях телефонной связи эти сигналы часто называются кодами канала. При применении

---

Дата добавления: 2015-10-28