Информационные характеристики систем передачи сообщений

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Информационные характеристики систем передачи сообщений»

МИНСК, 2008

Информационные характеристики дискретных сообщений. Краткие теоретические сведения.

Системы передачи дискретной информации — системы, в которых реализации сообщений представляют собой последовательности символов алфавита источника. Если m — объем алфавита источника дискретных сообщений, то совокупность элементарных сообщений (символов) — алфавит источника. Априорная вероятность появления символа при независимость его от предыдущих — .

В общем случае априорная вероятность появления будет условной:

где — символы, сформированные источником до символа. Количество информации, которое несет символ, определяется формулой:.

Масштабный коэффициент зависит от выбора единицы измерения количества информации. Если единица количества информации выбирается двоичной, то и соответственно (бит)

Основные информационные свойства дискретных сообщений:

1.Свойство аддитивность:

где q — количество символов в сообщении, а принимает одно из значений в пределах от 1 до m.

2. Среднее количество информации, приходящейся на один символ источника сообщений, при условном характере априорной вероятности:

3. Среднее количество информации, приходящейся на один символ источника сообщений, при зависимости вероятности появления очередного символа только от вероятности появления предыдущего символа:

4. Среднее количество информации, приходящейся на один символ, при независимости символов источника сообщений:

является определением энтропии источника дискретных сообщений.

5. Максимальная энтропия источника имеет место при независимости и равновероятности символов сообщения ():

6. Коэффициент избыточности:

где и — относительная скорость передачи информации, характеризует возможность оптимизации скорости передаваемой информации.

Устранение избыточности позволяет сократить объем сообщения, а следовательно, повысить скорость передачи информации.

В канале с помехой передаваемая информация частично искажается.

Рис. 1

Как показано на рис. 1, передаваемой сообщение под влиянием помехи n (t) на выходе канала связи преобразуется в сообщение. Если дискретный стационарный канал без памяти, то и длительности символов на выходе и входе канала одинаковы. Тогда скорость передачи информации как среднее количество информации, получаемое в единицу времени, определяется выражением:

где — частота посылки символов, а — среднее количество взаимной информации в множестве символов относительно множества символов :

В формуле — условная энтропия множества символов X при данном множестве Y, определяющая среднее количество потерянной информации из-за влияния помех; - условная энтропия множества символов Y при данном множестве X, определяющая шумовую энтропию; - энтропия множества символов Y:

Где — вероятность ошибки воспроизведения символа .

Скорость передачи информации определяется формулой:

(бит/с)

Пропускная способность дискретного канала связи определяется следующим выражением:

где

В каналах без помех .

Информационные характеристики непрерывных сообщений. Краткие теоретические сведения.

Источник непрерывных сообщений характеризуется тем, что в каждый момент времени сообщение может принимать бесконечное множество значений с бесконечно малой вероятностью каждого и них, и, если бы сообщение могло передаваться абсолютно точно без искажений, оно несло бы бесконечное количество информации. Однако на практике при передаче информации всегда имеют место искажения и количество информации, содержащееся в принятом непрерывном сообщении, определяется разностью значений энтропий сообщения до и после получения информации. Эта разность является конечной величиной.

Пусть — реализация непрерывного сообщения на входе канала связи, — реализация выходного сообщения; - одномерная плотность вероятности входных сообщений, — одномерная плотность вероятности выходных сообщений, — условная плотность вероятности при известном (апостериорная вероятность); - условная плотность вероятности при известном , — совместная плотность вероятности. Тогда будут иметь место следующие выражения:

1. Энтропия источника непрерывных сообщений:

где — интервал квантования (точность измерения);

2. Дифференциальная энтропия источника непрерывных сообщений:

б, Определяющая количество информации в битах, приходящейся в среднем на один отсчет.

3. Максимальная дифференциальная энтропия источника непрерывных сообщений:

Которая имеет место при нормальной плотности распределения случайного процесса:

— математическое ожидание случайной величины,

— дисперсия этой величины,

— основание натурального логарифма.

4. Полная средняя взаимная информация:

где — дифференциальная энтропия сообщения на выходе канала связи:

дифференциальная условная энтропия, характеризующая действие шумового процесса.

5. Для аддитивной смеси при статистической независимости нормальных процессов и помехи:

где и — соответственно дисперсии процессов и .

6. Пропускная способность канала связи для нормально распределенных сообщения и помехи:

(бит/с)

где — полоса пропускания канала.

7. Пропускная способность канала связи при :

(бит/с)

Где — спектральная плотность аддитивной помехи.

8. Пропускная способность канала связи при спектральной плотности гауссовского сигнала и спектральной плотности аддитивной гауссовой помехи определяется:

где — полоса пропускания канала.

9. Скорость передачи информации для гауссовских сигнала и аддитивной помехи:

(бит/с),

где — эффективная полоса частот, занимаемая информационным сигналом, .

Многоканальные системы передачи информации. Обобщенная

структурная схема, классификация, особенности применения.

Многоканальные системы передачи — которые имеют несколько каналов

передачи информации. Каждый канал приемник — передатчик.

ГКИ — генератор канальных импульсов, УУ — устройство уплотнения, КФ — канальный модулятор.

ФУ — формирующее устройство, М — модулятор, ГН — генератор несущей, ДМК — демодулятор канальный.

В зависимости от видов уплотнения:

1) линейное уплотнение;

2) нелинейное уплотнение;

3) уплотнение логического типа.

4) мажоритарное

5) компенсационное Соответственно линейное и нелинейное разделение.

При линейном уплотнении — канальные сигналы должны быть линейно независимы. Каждый из этих сигналов не может быть получен из сигналов этой же системы — ортогональные.

Три вида ортогональности:

1) частотная ортогональность (ЧРК);

2) временная ортогональность (ВРК);

3) структурная ортогональность — кодовая (СУ),(СРК).

Многоканальная РТС ПИ с временным уплотнением канальных сигналов.

Для организации многоканальной передачи по одной линии связи необходимы операция уплотнения каналов на передающей части системы связи и операция разделения на приемной. Информация от нескольких источников передается в многоканальной радиолинии по общему ВЧ-тракту. В результате предварительного преобразования, кодирования выходных сигналов датчика формируются канальные сигналы. Канальные сигналы объединяются по определенному правилу, в результате чего образуется суммарный групповой сигнал (уплотнение).

Два метода объединения: линейный — простое суммирование канальных сигналов, мажоритарный — использование различных функций, применяется для передачи цифровой информации. При линейном уплотнении используются ортогональные сигналы.

На основании т. Котельникова можно передавать всю информацию, содержащуюся в сигнале с ограниченным спектром в виде выборок этого сигнала через равные интервалы времени. Для передачи выборок канал используется не полностью, и поэтому, используя временное разделение, можно передавать несколько сигналов.

В приемнике отсчеты, принадлежащие каждому сигналу выделяются с помощью соответствующих устройств. Частота выборок не меньше 2Фм, Фммаксимальная частота спектра передаваемого сообщения. Если выборку делать с более высокой частотой появятся защитные интервалы.

Величины С1, С2, С3, Сн преобразуются датчиками (Д), вх. сигналы датчиков поступают на первичные модуляторы (М — АИМ, ШИМ, ФИМ, КИМ).

Эти импульсы возникают в заданные моменты времени каждого канала. Работой коммутатора управляет ГТИ.

Такт. Импульсы также подаются на синхронизатор ©, синхроимпульсы должны по какому-либо параметру отличаться от канальных импульсов.

Коммутаторы в приемной и передающей частях должны работать синхронно. В синхронизаторе на приемной стороне синхронизатора. Импульсы отделяются и формируются. Напряжение, используемое для управления коммутатором. Он подключает канальные импульсы к соответстсвующим демодуляторам.

Многоканальная РТС ПИ с частотным уплотнением канальных сигналов.

В системах с ЧРК используются канальные сигналы, частотные спектры которых располагаются в не перекрывающихся частотных полосах. Формирование канальных сигналов при помощи АМ, ЧМ, ФМ, чтобы средние частоты спектров канальных сигналов соответствовали средним частотам отведенных полос каждого канала. Разделение с помощью частотных фильтров.

ГН — генератор несущей, ЛПР — производится выделение группового сигнала с помощью демодулятора.

Ф — фильтра, П — получатель.

Многоканальная РТС ПИ с уплотнением канальных сигналов по форме (кодовое линейное уплотнение).

I——|

Достоинства:

1) высокая потенциальная помехоустойчивость;

2) высокая информационная защищенность;

3) энергетическая скрытность системы;

4) возможно специальное помехоустойчивое кодирование группового сигнала;

5) универсальность. Недостатки:

1) повышенная сложность системы;

2) многоуровневый сигнал сложнее обрабатывается цифровым образом;

3) требуется время для выхода системы в синхронный режим;

4) количество уплотняемых каналов не превышает сотни.

1. Охрименко А. Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации. (В 6 частях). Минск, БГУИР, 2004.

2. Девятков Н. Д., Голант М. Б., Реброва Т. Б. Радиоэлектроника и медицина. -Мн. — Радиоэлектроника, 2002.

3. Медицинская техника, М., Медицина 1996;2000 г.

4. Сиверс А. П. Проектирование радиоприемных устройств, М., Радио и связь, 2006.

5. Чердынцев В. В. Радиотехнические системы. — Мн.: Высшая школа, 2002.

6. Радиотехника и электроника. Межведоств. темат. научн. сборник. Вып. 22, Минск, БГУИР, 2004.