9.2. О классификации методов уплотнения

В настоящее время нет сколько-нибудь удовлетворительной классификации методов уплотнения канала связи. Применяемое во многих работах разделение систем уплотнения на частотные и временные не выдерживает критики, поскольку оно далеко не охватывает даже те методы, которые нашли широкое применение, не говоря о других возможных системах, которые по тем или иным причинам еще не используются.

Для того чтобы подойти к возможным путям классификации, сосредоточим внимание на сигнале, проходящем в уплотненном канале связи. Во многих системах этот сигнал может быть представлен в виде суммы различных индивидуальных сигналов:

, (9.1)

каждый из которых несет информацию о сообщении только одного из источников. Такие системы уплотнения будем называть разделимыми. Суммарный сигнал часто называют групповым сигналом. Если каждый из индивидуальных сигналов имеет реализаций,

, а передаваемые сообщения независимы, то групповой сигнал имеет реализаций.

Индивидуальные сигналы могут быть выбраны ортогональными в общем или в усиленном смысле, биортогональными, противоположными (при ) либо произвольными. Особенно важным является случай, когда реализация каждого индивидуального сигнала ортогональна всем реализациям остальных индивидуальных сигналов. Такие разделимые системы уплотнения будем называть ортогональными. Заметим, что реализации группового сигнала при этом не являются взаимно ортогональными. Только в одном частном случае групповой сигнал разделимой системы образует биортогональную систему. Это имеет место при и , если реализации индивидуального сигнала противоположны , а каждая из них ортогональна реализациям другого индивидуального сигнала .

Примерами разделимых систем являются известные системы частотного и временного уплотнения. В первом случае индивидуальные сигналы обычно являются простыми, т. е. каждый элемент является отрезком синусоиды, причем разным индивидуальным сигналом соответствуют свои частоты. Если разности между этими частотами кратны , то система частотного уплотнения ортогональна. Приблизительно ортогональной можно считать также систему частотного уплотнения, если разности частот много больше . При временном уплотнении индивидуальные сигналы не прокрываются по времени. Для этого длительность элемента разделяется на частей и каждому индивидуальному сигналу выделяется свой частичный интервал. Очевидно, что системы временного уплотнения являются ортогональными. Впрочем, эта ортогональность может нарушаться, если при прохождении канала индивидуальные сигналы искажаются так, что возникает их взаимное перекрытие.

Разумеется, системами частотного и временного уплотнения не ограничиваются разделимые системы уплотнения. Достаточно выбрать любых реализаций и распределить их по источникам, чтобы построить разделимую систему при основании кода для каждого индивидуального сигнала. В частном случае, если эти реализации выбраны ортогональными или биортогональными, можно построить ортогональную разделимую систему уплотнения.

В других системах сигнал в уплотненном канале не может быть представлен в виде (9.1), но его огибающая, или его мгновенная фаза, или мгновенная частота, или какой-либо другой параметр представляет собой сумму индивидуальных сигналов. В этих системах, которые можно назвать квазиразделимыми, передаваемый сигнал в уплотненном канале получается путем модуляции некоторой несущей частоты групповым сигналом . Так, при амплитудной модуляции

, (9.2а)

при фазовой модуляции

, (9.2б)

при частотной модуляции

, (9.2в)

И т. д.

Поэтому такие системы уплотнения часто называют системами с двойной модуляцией. Иногда к ним относят и разделимые системы, полагая, что передаваемый сигнал образуется путем однополосной модуляции несущей частоты групповым сигналом. Однако, поскольку однополосная модуляция и демодуляция сводятся к переносу спектра, представляется более удобным рассматривать формирование передаваемого сигнала в разделимых системах как простое сложение индивидуальных сигналов.

Существуют также такие системы уплотнения, в которых ни передаваемый сигнал, ни какие-либо его параметры не могут быть представлены в виде суммы индивидуальных сигналов. Их можно было бы назвать неразделимыми, но обычно их называют комбинационными. Каждый элемент сигнала в такой системе должен нести информацию о сообщениях источников. Пели каждое из них закодировано кодом с основанием т, то элемент сигнала должен для этого иметь реализаций, так же как и в разделимых системах. Однако здесь имеется более свободный выбор этих реализаций. В частности, они могут образовать ортогональную, или биортогональную, или ортогональную в усиленном смысле систему. Можно также построить систему с заданной условной полосой частот сигнала при сколь угодно большом числе источников.

Чтобы завершить классификацию систем уплотнения, необходимо учесть существование смешанных систем, в которых источники разделяются на группы, внутри каждой группы осуществляется комбинационное уплотнение, а полученные сигналы складываются. Таким образом, здесь имеет место и комбинационное, и разделимое уплотнение. Примером может служить известная система Кинеплекс [4], в которой 40 источников разделены на 20 групп по 2 источника; сообщения от каждой нары источников формируют комбинационный сигнал, и все эти сигналы складываются так же, как в ортогональных системах частотного уплотнения.

Как видно из приведенных примеров, уплотнение есть не что иное, как одновременное кодирование сообщений нескольких источников, при котором образуется общий для них сигнал. Это кодирование может происходить в дискретном канале (например, при временном и при комбинационном уплотнении) или в непрерывном канале (при частотном уплотнении и при большинстве других разделимых и квазиразделимых систем).

Помимо классификации систем уплотнения по методу формирования сигнала в канале, их можно разделить на синхронные и асинхронные. В синхронных системах источники выдают информацию с одинаковой скоростью или с кратными скоростями, и каждый элемент сигнала имеет строго определенную длительность . В асинхронных системах источники могут выдавать информацию с различной скоростью. В разделимых асинхронных системах индивидуальные сигналы могут быть синхронными, но в суммарном групповом сигнале начала элементов индивидуальных сигналов не совпадают. Мы будем рассматривать главным образом синхронные системы. Предложенная классификация систем уплотнения показана схематически на рис. 9.1. Некоторые обозначения станут ясными из последующего.

Рис. 9.1. Классификация систем уплотнения.

Большое многообразие систем уплотнения позволяет выбрать в каждом конкретном случае свой вариант, обеспечивающий наилучшее использование пропускной способности канала при высокой верности передачи.