Інформаційні характеристики систем передачі повідомлень

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ на тему:
«Інформаційні характеристики систем передачі повідомлень»
МІНСЬК, 2008

Інформаційні характеристики дискретних повідомлень. Короткі теоретичні відомості.
Системи передачі дискретної інформації - системи, в яких реалізації повідомлень представляють собою послідовності символів алфавіту джерела. Якщо m - обсяг алфавіту джерела дискретних повідомлень, то сукупність елементарних повідомлень (символів) - Алфавіт джерела. Апріорна ймовірність появи символу при незалежність його від попередніх - .
У загальному випадку апріорна ймовірність появи буде умовною:
, Де - Символи, сформовані джерелом до символу . Кількість інформації, яка несе символ , Визначається формулою: .
Масштабний коефіцієнт залежить від вибору одиниці вимірювання кількості інформації. Якщо одиниця кількості інформації вибирається двійковій, то і відповідно (Біт)
Основні інформаційні властивості дискретних повідомлень:
1.Свойство адитивність:
,
де q - кількість символів в повідомленні,
а приймає одне зі значень в межах від 1 до m.
2. Середня кількість інформації, що припадає на один символ джерела повідомлень, при умовному характері апріорної ймовірності:
3. Середня кількість інформації, що припадає на один символ джерела повідомлень, при залежності ймовірності появи чергового символу тільки від імовірності появи попереднього символу :

4. Середня кількість інформації, що припадає на один символ, при незалежності символів джерела повідомлень:

є визначенням ентропії джерела дискретних повідомлень.
5. Максимальна ентропія джерела має місце при незалежності і равновероятности символів повідомлення ( ):

6. Коефіцієнт надмірності:
,
де і - Відносна швидкість передачі інформації, характеризує можливість оптимізації швидкості переданої інформації.
Усунення надмірності дозволяє скоротити обсяг повідомлення, а отже, підвищити швидкість передачі інформації.
У каналі з перешкодою передана інформація частково спотворюється.

Рис. 1
Як показано на рис. 1, переданої повідомлення під впливом перешкоди n (t) на виході каналу зв'язку перетвориться в повідомлення . Якщо дискретний стаціонарний канал без пам'яті, то і тривалості символів на виході і вході каналу однакові. Тоді швидкість передачі інформації як середня кількість інформації, що отримується в одиницю часу, визначається виразом:
,
де - Частота посилки символів, а - Середня кількість взаємної інформації у безлічі символів відносно множини символів :

У формулі - Умовна ентропія безлічі символів X при даному безлічі Y, визначальна середня кількість втраченої інформації з-за впливу перешкод; - Умовна ентропія безлічі символів Y при даному безлічі X, визначальна шумову ентропію; - Ентропія безлічі символів Y:
,
,
,
Де - Імовірність помилки відтворення символу .
Швидкість передачі інформації визначається формулою:
(Біт / с)
Пропускна здатність дискретного каналу зв'язку визначається наступним виразом:
,
де
У каналах без перешкод .
Інформаційні характеристики безперервних повідомлень. Короткі теоретичні відомості.
Джерело безперервних повідомлень характеризується тим, що в кожний момент часу повідомлення може приймати безліч значень з нескінченно малою ймовірністю кожного і них, і, якщо б повідомлення могло передаватися абсолютно точно без спотворень, воно несло б нескінченна кількість інформації. Однак на практиці при передачі інформації завжди мають місце спотворення і кількість інформації, що міститься в прийнятому безперервному повідомленні, визначається різницею значень ентропій повідомлення до і після отримання інформації. Ця різниця є кінцевою величиною.
Нехай - Реалізація безперервного повідомлення на вході каналу зв'язку, - Реалізація вихідного повідомлення; - Одномірна щільність ймовірності вхідних повідомлень, - Одномірна щільність ймовірності вихідних повідомлень, - Умовна щільність ймовірності при відомому (Апостеріорна ймовірність); - Умовна щільність ймовірності при відомому , - Спільна щільність ймовірності. Тоді будуть мати місце такі вирази:
1. Ентропія джерела безперервних повідомлень:
,
де - Інтервал квантування (точність вимірювання);
2. Диференціальна ентропія джерела безперервних повідомлень:
б,
Визначальна кількість інформації в бітах, що припадає в середньому на один відлік.
3. Максимальна диференціальна ентропія джерела безперервних повідомлень:

Яка має місце при нормальній щільності розподілу випадкового процесу:
,
- Математичне сподівання випадкової величини,
- Дисперсія цієї величини,
- Основа натурального логарифма.
4. Повна середня взаємна інформація:
,
де - Диференційна ентропія повідомлення на виході каналу зв'язку:
-
диференціальна умовна ентропія, яка характеризує шумового процесу.
5. Для адитивної суміші при статистичній незалежності нормальних процесів і перешкоди :
,
,
,
де і - Відповідно дисперсії процесів і .
6. Пропускна здатність каналу зв'язку для нормально розподілених повідомлення і перешкоди:
, (Біт / с)
де - Смуга пропускання каналу.
7. Пропускна здатність каналу зв'язку при :
, (Біт / с)
Де - Спектральна щільність адитивної перешкоди.
8. Пропускна здатність каналу зв'язку при спектральної щільності гауссовского сигналу і спектральної щільності адитивної гауссовой перешкоди визначається:
,
де - Смуга пропускання каналу.
9. Швидкість передачі інформації для гауссовских сигналу і адитивної перешкоди:
(Біт / с),
де - Ефективна смуга частот, займана інформаційним сигналом, .
Багатоканальні системи передачі інформації. Узагальнена
структурна схема, класифікація, особливості застосування.
Багатоканальні системи передачі - які мають декілька каналів
передачі інформації. Кожен канал приймач - передавач.

ДКВ - генератор канальних імпульсів, УУ - пристрій ущільнення, КФ - канальний модулятор.

ФУ - формуючий пристрій, М - модулятор, ГН - генератор несучої, ДМК - демодулятор канальний.
У залежності від видів ущільнення:
1) лінійне ущільнення;
2) нелінійне ущільнення;
3) ущільнення логічного типу.
4) мажоритарне
5) компенсаційне
Відповідно лінійне і нелінійне розділення.
При лінійному ущільненні - канальні сигнали повинні бути лінійно незалежні. Кожен з цих сигналів не може бути отриманий із сигналів
цієї ж системи - ортогональні.
Три види ортогональності:
1) частотна ортогональность (ЧРК);
2) тимчасова ортогональность (ВРК);
3) структурна ортогональность - кодова (СУ), (СРК).
Багатоканальна РТС ПІ з тимчасовим ущільненням канальних сигналів.
Для організації багатоканальної передачі по одній лінії зв'язку необхідні операція ущільнення каналів на передавальної частини системи зв'язку і операція поділу на приймальні. Інформація від декількох джерел передається в багатоканальної радіолінії по загальному ВЧ-тракту. У результаті попереднього перетворення, кодування вихідних сигналів датчика формуються канальні сигнали. Канальні сигнали об'єднуються за певним правилом, в результаті чого утворюється сумарний груповий сигнал (ущільнення).
Два методи об'єднання: лінійний - просте підсумовування канальних сигналів, мажоритарний - використання різних функцій, застосовується для передачі цифрової інформації. При лінійному ущільненні використовуються ортогональні сигнали.
На підставі т. Котельникова можна передавати всю інформацію, що міститься в сигналі з обмеженим спектром у вигляді вибірок цього сигналу через рівні інтервали часу. Для передачі вибірок канал використовується не повністю, і тому, використовуючи тимчасовий поділ, можна передавати кілька сигналів.
У приймальнику відліки, що належать кожному сигналу виділяються за допомогою відповідних пристроїв. Частота вибірок не менше 2Фм, Фм-максимальна частота спектра переданого повідомлення. Якщо вибірку робити з більш високою частотою з'являться захисні інтервали.

Величини С1, С2, С3, Сн перетворюються датчиками (Д), вх. сигнали датчиків надходять на первинні модулятори (М - АІМ, ШІМ, ФІМ, КІМ).
Ці імпульси виникають в задані моменти часу кожного каналу. Роботою комутатора управляє ГТВ.
Такт. Імпульси також подаються на синхронізатор (С), синхроімпульси повинні по якому-небудь параметру відрізнятися від канальних імпульсів.
Комутатори в приймальні і передавальної частинах повинні працювати синхронно. У синхронізатора на приймальній стороні синхронізатора. Імпульси відокремлюються і формуються. Напруга, що використовується для управління комутатором. Він підключає канальні імпульси до соответстсвующім демодулятора.
Багатоканальна РТС ПІ з частотним ущільненням канальних сигналів.
У системах з ЧРК використовуються канальні сигнали, частотні спектри яких розташовуються в не перекриваються частотних смугах. Формування канальних сигналів за допомогою АМ, ЧМ, ФМ, щоб середні частоти спектрів канальних сигналів відповідали середнім частотам відведених смуг кожного каналу. Поділ за допомогою частотних фільтрів.

ГН - генератор несучої, ЛПР - виробляється виділення групового сигналу з допомогою демодулятора.

Ф - фільтра, П - одержувач.

Багатоканальна РТС ПІ з ущільненням канальних сигналів за формою (кодова лінійне ущільнення).
 
I - |

Переваги:
1) висока потенційна завадостійкість;
2) висока інформаційна захищеність;
3) енергетична скритність системи;
4) можливе спеціальне завадостійке кодування групового сигналу;
5) універсальність. Недоліки:
1) підвищена складність системи;
2) багаторівневий сигнал складніше обробляється цифровим чином;
3) потрібен час для виходу системи в синхронний режим;
4) кількість ущільнюються каналів не перевищує сотні.

ЛІТЕРАТУРА
1. Охріменко А.Є. Основи вилучення, обробки і передачі інформації. (В 6 частинах). Мінськ, БДУІР, 2004.
2. Девятко Н.Д., Голант М.Б., Реброва Т.Б.. Радіоелектроніка та медицина. -Мн. - Радіоелектроніка, 2002.
3. Медична техніка, М., Медицина 1996 - 2000 р .
4. Сіверс А.П. Проектування радіоприймальних пристроїв, М., Радіо і зв'язок, 2006.
5. Чердинцев В.В. Радіотехнічні системи. - Мн.: Вища школа, 2002.
6. Радіотехніка та електроніка. Межведоств. темат. наук. збірник. Вип. 22, Мінськ, БДУІР, 2004.