Критерии оценки качества передачи дискретной информации

При передаче по аналоговому каналу связи дискретного сигнала (рис. 4.9) в виде прямоугольных импульсов («1» и «0») для точного их воспроизведения на приемной стороне необходимо иметь канал с бесконечным диапазоном частот^[1]. Поэтому при.

Рис. 4.9. Частотная модуляция дискретного сигнала ограниченных частотных диапазонах осуществляют модулирование дискретного сигнала двумя различными частотами.

Тогда для передачи дискретного сигнала по аналоговому каналу связи необходимо иметь согласующие устройства между каналом передачи и цифровым устройством (компьютером), осуществляющие модулирование и ДЕМодулирование (МОДЕМ) сигнала (рис. 4.10).

Рассмотрим, как меняется вид критериев, оценивающих качество каналов при передаче дискретного сигнала, на примере телеграфного аппарата.

Вариант 1. В первых телеграфных аппаратах один знак алфавита кодируется с помощью 5 бит. Пятибитовый код позволяет кодировать максимальное число символов: 2⁵ = 32 знака (26 буквы + 6 символов управления работой аппарата). Максимальная скорость работы на телеграфном аппарате сотрудника с квалификацией «Мастер» составляет 6—7 знаков/с или 30—35 бит/с. Таким образом, критерий «Частотный диапазон» трансформируется в критерий «Скорость передачи».

Так как в канал передаются сигналы фиксированного вида, то динамический диапазон не изменяется (const).

Критерий «Отношение сигнал/шум» трансформируется в «Вероятность возникновения ошибки». В канале должны находится только два вида сигналов «0» или «1» (сигнал «есть» или «нет») (рис. 4.11, а), а на самом деле в канал передается аналоговый (например, амплитудно-модулированный) сигнал (см. рис. 4.9), поэтому его распознавание.

Рис. 4.10. Устройства канала связи, используемые для передачи дискретного сигнала происходит путем сравнения с некоторым опорным значением — «порогом срабатывания». Если значение сигнала превышает этот порог, то значит в канале «1», если меньше, то — «О».

В природе не существует идеальных каналов передачи сигналов, в каждом из них обязательно присутствует помеха, которая искажает входной сигнал (см. рис. 4.11, а). Вследствие этого на выходе канала при сравнении значения сигнала с «порогом срабатывания» может произойти ложное распознавание (ошибка), вместо «О» распознается «1» (рис. 4.11, б), или наоборот, вместо «1» распознается «О» (рис. 4.11, в). Частота (вероятность) возникновения ошибки зависит от уровня помех в канале. Таким образом, происходит трансформация критерия «Отношение сигнал/шум» в критерий «Вероятность возникновения ошибки».

Рис. 4.11. Влияние помехи в канале на форму дискретного сигнала:

а — исходный сигнал; 6 — искаженный сигнал («Ь вместо «О»); в — искаженный сигнал («О» вместо «1»).

Таким образом, при передаче дискретного сигнала в аналоговом канале выбранные критерии принимают следующие значения: скорость передачи информации составляет 6—7 знаков/с или 30—35 бит/с (бод); динамический диапазон постоянен (const); вероятность возникновения ошибки равна 10⁴.

Вариант 2. В более поздних телеграфных аппаратах один знак алфавита кодируется с помощью 8 бит. Восьмибитовый код позволяет кодировать максимальное число символов: 2⁸ = 256 знаков.

Для таких телеграфных аппаратов при передаче дискретного сигнала в аналоговом канале выбранные критерии принимают следующие значения: скорость составляет 6—7 знаков/с или 48—56 бит/с (бод); динамический диапазон постоянен (const); вероятность возникновения ошибки равна 10⁶.

Любой аналоговый сигнал (аудио, видео) можно представить в дискретной форме с помощью аналого-цифрового преобразования. Проиллюстрировать это удобно следующим образом (рис. 4.12).

На одномерный сигнал (например, музыкальный) накладывается сетка с постоянным шагом. По горизонтали это будет.

Рис. 4.12. Пример аналого-цифрового преобразования непрерывного сигнала фиксированный дискрет времени (At = const), а по вертикали — значение (цифра) амплитуды сигнала. Таким образом, последовательность цифр будет определять последовательное изменение амплитуды сигнала во времени, причем чем меньше шаг у сетки, тем точнее будет оцифрован исходный сигнал, но при этом возрастет и объем оцифрованной в единицу времени информации. Обратное цифроаналоговое преобразование позволяет восстановить из цифры исходный аналоговый сигнал. Примером служит запись на CD музыки и ее воспроизведение.

Ниже приведена трансформация критериев оценки канала передачи информации.

Для проведения сравнительного анализа критериев первого типа, описывающих различные виды сигналов (непрерывные и дискретные), необходимо привести их к одинаковым единицам измерения, для этого удобно пользоваться примерным соотношением: 1 Гц ~ 1 бит/с (бод).

• [1] При разложении дискретного сигнала в ряд Фурье получаем сумму с бесконечным числом гармоник.