1.2. Преобразование сообщения в сигналВид сигнала, проходящего по каналу связи, определяется физическими особенностями среды между передатчиком и приемником. В электрических каналах связи сигнал представляет собой ток в проводе либо напряженность электрического ноля, в акустических каналах — звуковое давление и т. д. Отвлекаясь от физической сущности сигнала, будем рассматривать множество сигналов как множество Для передачи сообщений с помощью сигналов нужно установить некоторое взаимное соответствие между каждым из возможных сообщений из множества Вообще говоря, это соответствие не обязательно должно быть взаимнооднозначным. Однако в рационально построенной системе связи оно должно быть однозначным хотя бы в одном направлении, а именно каждому сигналу подмножества Таким образом, система преобразования сообщения в сигнал и обратного преобразования может быть задана в виде некоторой таблицы — словаря, где каждому сообщению множества В остальных случаях вместо непосредственного словарного метода преобразования применяют более удобную процедуру, заключающуюся в расчленении каждого из возможных сообщений множества Пример 1. Пусть источник сообщения осуществляет измерения некоторой скалярной величины с точностью до Пример 2. Пусть сообщения источника могут быть выражены словами и записаны на каком-либо языке. Тогда за элементарное сообщение можно принять букву алфавита данного языка (включив в него разделы между словами и знаки препинания). Можно было бы также принять за элементарное сообщение слово или фразу. Все эти методы расчленения приводят к конечному множеству Пример 3. В общем случае любого дискретного источника все возможные сообщения, как отмечалось выше, образуют счетное множество и могут быть пронумерованы. Закон, по которому производится нумерация, может быть выбран с учетом особенностей данного конкретного источника. Номер каждого сообщения может быть записан в любой системе счисления и каждая цифра этого номера принята за элементарное сообщение. Последний пример показывает, что расчленение на элементарные сообщения в принципе возможно для любого дискретного источника сообщения. Полученное таким образом множество элементарных сообщений будем называть алфавитом источника. Число элементов в алфавите (объем алфавита) обозначим буквой Таким образом, каждое сообщение
Здесь Теперь задача преобразования сообщения в сигнал существенно упрощается. Вместо составления длинного (в общем случае даже бесконечного) словаря, сопоставляющего любое возможное сообщение множества Однако при большом объеме алфавита обычно прибегают еще к одному дополнительному преобразованию — кодированию, которое заключается в переходе от алфавита Здесь необходимо ввести некоторое уточнение. На первый взгляд операция кодирования является продолжением операции расчленения сообщения на элементы и, казалось бы, можно было бы сразу довести расчленение до объема алфавита, равного Это значит, что инженер, занимающийся передачей сообщения по каналу связи или обработкой сообщений в электронных вычислительных устройствах, в большинстве случаев получает сообщение от источника уже в расчлененном виде, например в виде последовательности цифр или букв. Метод кодирования выбирается инженером, проектирующим систему связи, и обусловливается как особенностями источника сообщения, так и свойствами канала связи. Поэтому кодирование часто рассматривают как операцию согласования источника сообщения с каналом. Каждому элементарному сообщению («букве» При приеме сигнала производится обратная операция декодирования, при которой каждая кодовая комбинация преобразуется в букву сообщения и выдается получателю. Таким образом, получатель сообщения, как правило, воспринимает последовательность элементов сообщения, по которым он восстанавливает заложенные в них сведения об источнике. Определенный элемент сигнала Длительность каждого элемента сигнала, вообще говоря, может быть различной для разных кодовых символов, а также может быть случайной величиной (с определенным распределением вероятностей для каждого символа). Примерами последнего случая могут служить телеграфная передача ключом, когда длительность элемента сигнала («точки» или «тире») флюктуирует в некоторых пределах, зависящих от квалификации оператора, и стартстопная телеграфная передача, когда длительность стопового элемента (соответствующего последнему символу каждой кодовой комбинации) может изменяться в широких пределах. Системы связи, в которых длительности всех элементов сигнала строго фиксированы и равны для всех символов (либо находятся в простых кратных отношениях), называются синхронными системами. Широко распространенные синхронные системы обладают многими преимуществами, и поэтому они главным образом и будут здесь рассматриваться. Процесс преобразования последовательности кодовых символов в последовательность элементов сигнала называется в теории связи модуляцией. Иногда применительно к радиотелеграфии в этом же смысле употребляют термин «манипуляция». Таким образом, преобразование сообщения (выдаваемого источником в виде последовательности элементов сообщения) в сигнал состоит из операций кодирования и модуляции. На приемном конце канала связи принятый сигнал должен быть отождествлен с одним из возможных переданных сообщений. В большинстве реальных систем связи эта операция осуществляется последовательно: сначала элементы сигнала преобразуются в последовательность кодовых символов (демодуляция), а затем эта последовательность преобразуется в последовательность элементов сообщения (декодирование), которые воспринимаются получателем (рис. 1.3). Рис. 1.3. Схема преобразования сообщений в системе cвязи.
|