Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
кафедра РЕЗ
реферат на тему:
"Модель радіотехнічної передачі інформації. Джерело інформації"
МІНСЬК, 2009
У найзагальнішому вигляді модель РТС ПІ можна представити наступним чином (рис.1):
Рис. 1.
Хоча ця модель і містить основні елементи, притаманні будь-якій системі передачі інформації, вона може служити лише найпростішої ілюстрацією до опису РТС ПІ, оскільки практично не відображає тих дій, які повинні виконуватися (або можуть виконуватися) над інформацією в процесі її передачі від джерела до споживача .
Значно більш повної в цьому сенсі є модель системи передачі (і зберігання) інформації, подібна наведеної на рис.2, якої ми і будемо користуватися й надалі. Потрібно відзначити, що насправді проблеми, що виникають при передачі (причому не тільки з використанням радіохвиль) та зберіганні інформації (на оптичних дисках, магнітних носіях або в пам'яті комп'ютерів) дуже схожі, тому методи їх вирішення і структура технічних пристроїв також багато в чому ідентичні .
Рис. 2.
1. Джерело інформації або повідомлення - це фізичний об'єкт, система або явище, що формують передане повідомлення. Саме повідомлення - це значення або зміна деякої фізичної величини, що відображають стан об'єкта (системи або явища). Як правило, первинні повідомлення - мова, музика, зображення, вимірювання параметрів навколишнього середовища і т.д. - Представляють собою функції часу неелектричної природи. З метою передачі по каналу зв'язку ці повідомлення перетворюються в електричний сигнал, зміни якого в часі λ (t) відображає передане повідомлення. Значна частина переданих повідомлень, особливо останнім часом, за своєю природою не є сигналами - це масиви чисел, текстові або інші файли тощо. Повідомлення такого типу можна представити у вигляді деяких векторів Λ.
2. Кодер джерела. Переважна частина вихідних повідомлень - мова, музика, зображення і т.д. - Призначена для безпосереднього сприйняття органами почуттів людини і в загальному випадку погано пристосована для їх ефективної передачі по каналах зв'язку. Тому повідомлення (λ (t) або Λ), як правило, піддаються кодуванню. У процедуру кодування зазвичай включають і дискретизацію безперервного повідомлення λ (t), тобто його перетворення в послідовність елементарних дискретних повідомлень {λi}.
Під кодуванням в загальному випадку розуміють перетворення алфавіту повідомлення A {λi}, (i = 1,2 ... K) в алфавіт деяким чином вибраних кодових символів  {xj}, (j = 1,2 ... N). Зазвичай (але не обов'язково) розмір алфавіту кодових символів dim  {xj} менше або набагато менше розміру алфавіту джерела dimA {λi}. Кодування повідомлень може переслідувати різні цілі - скорочення обсягу переданих даних (стиснення даних), збільшення кількості переданої за одиницю часу інформації, підвищення достовірності передачі, забезпечення секретності при передачі і т.д.
Під кодуванням джерела в РТС ПІ будемо розуміти скорочення обсягу (стиснення) інформації з метою підвищення швидкості її передачі та скорочення смуги частот, необхідних для передачі.
Кодування джерела іноді називають економним, безізбиточним або ефективним кодуванням, а також стисненням даних. Під ефективністю в даному випадку розуміється ступінь скорочення обсягу даних, що забезпечується кодуванням.
Якщо стиснення проводиться так, що по стисненим даними можна абсолютно точно відновити вихідну інформацію, кодування називається неруйнуючим. Неруйнуюче кодування використовується при передачі (або зберіганні) текстової інформації, числових даних, комп'ютерних файлів і т.п., тобто там, де неприпустимі навіть найменші відмінності вихідних і відновлених даних.
У багатьох випадках немає необхідності в абсолютно точної передачі інформації від джерела до її споживача, тим більше що в каналі зв'язку завжди присутні перешкоди і абсолютно точна передача в принципі неможлива. У таких випадках може бути використано руйнує стиснення, що забезпечує відновлення вихідного повідомлення по стиснутому з тією чи іншою мірою наближення. Як правило, руйнують методи стиснення набагато більш ефективні, ніж неруйнівні.
Таким чином, на виході кодера джерела по переданому повідомленням λ (t) або Λ формується послідовність кодових символів X, звана інформаційної послідовністю, що допускає абсолютно точне (або наближене) відновлення вихідного повідомлення і що має, по можливості, як можна менший розмір.
3. Кодер каналу. При передачі інформації по каналу зв'язку з перешкодами у прийнятих даних можуть виникати помилки. Якщо такі помилки мають невелику величину або виникають досить рідко, інформація може бути використана споживачем. При великому числі помилок отриманою інформацією користуватися не можна.
Кодування в каналі, або завадостійке кодування, є способом обробки переданих даних, що забезпечує зменшення кількості помилок, що виникають у процесі передачі по каналу з перешкодами. Існує велика кількість різних методів завадостійкого кодування інформації, але всі вони грунтуються на наступному: при завадостійке кодування в передані повідомлення вноситься спеціальним чином організована надмірність (у передаються кодові послідовності додаються надлишкові символи), що дозволяє на приймальній стороні виявляти і виправляти виникаючі помилки. Таким чином, якщо при кодуванні джерела проводиться усунення природної надмірності, що має місце в повідомленні, то при кодуванні в каналі надмірність у передане повідомлення свідомо вноситься. На виході кодера каналу в результаті формується послідовність кодових символів Y (X), яка називається кодовою послідовністю.
Потрібно відзначити, що як завадостійке кодування, так і стиснення даних не є обов'язковими операціями при передачі інформації. Ці процедури (і відповідні їм блоки в структурній схемі РТС ПІ) можуть бути відсутні. Однак це може призвести до дуже істотних втрат в завадостійкості системи, значного зменшення швидкості передачі і зниження якості передачі інформації. Тому практично всі сучасні системи (за винятком, можливо, найпростіших) повинні включати і обов'язково включають і ефективне і завадостійке кодування даних.
4. Модулятор. Функції модулятора в РТС ПІ - узгодження повідомлення джерела або кодових послідовностей, що виробляються кодером, з властивостями каналу зв'язку і забезпечення можливості одночасної передачі великої кількості повідомлень за загальним каналу зв'язку (яким є радіоканал).
Дійсно, більшість безперервних l (t) і дискретних L повідомлень, що підлягають передачі, а також результати їх кодування - послідовності кодових символів X і Y - являють собою порівняно низькочастотні сигнали з відносно широкою смугою (DF £ 1 МГц, DF ~ f0). У той же час ефективна передача з використанням електромагнітних коливань (радіохвиль) можлива лише для досить високочастотних сигналів (f0 ³ 1 ... 1000 МГц і вище) з відносно вузькосмуговими спектрами (DF <<f0).
Тому модулятор повинен перетворити повідомлення джерела l (t) (L) або відповідні їм кодові послідовності X і Y в сигнали S (t, l (t)), S (t, Y (l (t))) (накласти повідомлення на сигнали ), властивості яких забезпечували б їм можливість ефективної передачі по радіоканалу (або іншим існуючим каналах зв'язку - телефонним, оптичним і т.д.). При цьому сигнали, що належать безлічі систем передачі інформації, що працюють в загальному радіоканалі, повинні бути такими, щоб забезпечувалася незалежна передача повідомлень від усіх джерел до всіх одержувачам інформації.
На сьогодні існує велика кількість методів модуляції сигналів, що володіють різною ефективністю, що забезпечують передачу інформації з тим або іншою якістю. Найпростішими з них є амплітудна, частотна і фазова модуляції безперервних сигналів. При вивченні курсу ми ознайомимося і з безліччю інших, більш сучасних і значно більш ефективних методів модуляції сигналів, що застосовуються в РТС ПІ, в тому числі що використовують широкосмугові шумоподібні сигнали. При цьому процедура модуляції буде розглядатися не просто як зміна параметрів сигналу S (t) у відповідності зі значенням переданого повідомлення l (t), а як перетворення повідомлення в сигнал.
5. Канал зв'язку. Згідно з визначенням, РТС ПІ - це система передачі інформації, що використовує як її переносника від джерела до споживача електромагнітні хвилі або радіохвилі, а в якості середовища розповсюдження - навколишній простір або радіоканал. У цьому, власне, і полягає головна відмінність РТС ПІ від інших систем передачі інформації, які використовують провідні, волоконно-оптичні, акустичні і т.п. канали. В іншому, за винятком несуттєвих деталей, структура таких систем і функції основних елементів ідентичні.
Фізичні властивості радіоканалу як середовища розповсюдження електромагнітних хвиль є предметом докладного вивчення в курсі "Електродинаміка та поширення радіохвиль", ми ж будемо розглядати радіоканал у вигляді ланки РТС ПІ, на вхід якого надходить сигнал передавача S (t, l (t)), а на виході виходить сигнал U (t), який зазвичай називають прийнятим коливанням.
Існує безліч моделей радіоканалу більшої або меншої складності, однак у загальному випадку сигнал S (t, Y (l (t))), проходячи по каналу зв'язку, піддається ослабленню, набуває певну часову затримку (або фазовий зсув) і зашумляется. Прийняте коливання U (t) в цьому випадку буде мати вигляд
U (t) = ε S (t-τ, Y (l (t))) + n (t), (1)
де ε - згасання, τ - тимчасове запізнювання, n (t) - шуми в каналі зв'язку.
При вивченні курсу розглянемо також особливості проходження сигналів по більш складним каналах - каналах з багатопроменевим поширенням, каналах з тимчасовими і частотними завмираннями і т.д., а також особливості прийому сигналів на їх виході.
Приймач. Призначення приймача РТС ПІ - з максимально можливою точністю за прийнятим коливання U (t) відтворити на своєму виході передане повідомлення l (t) або L. Прийняте (відтворене) повідомлення через наявність перешкод у загальному випадку відрізняється від посланого. Прийняте повідомлення будемо називати оцінкою (мається на увазі оцінкою повідомлення) і позначати тим же символом, що і надіслане повідомлення, але зі знаком *: l * (t) або L *. Процес відтворення оцінки повідомлення за прийнятим коливання в загальному випадку включає кілька етапів.
6. Демодулятор. Для відтворення оцінки повідомлення l * (t) або L * приймач системи в першу чергу повинен за прийнятим коливання U (t) і з урахуванням відомостей про використані при передачі вигляді сигналу і способі модуляції отримати оцінку кодової послідовності Y * (l (t)) , звану прийнятої послідовністю r. Ця процедура називається демодуляцією, детектуванням або прийомом сигналу. При цьому демодуляція повинна виконуватися таким чином, щоб ухвалена послідовність r в мінімальному ступені відрізнялася від переданої кодової послідовності Y. У своїй постановці і за способами вирішення завдання демодуляції прийнятого коливання U (t) в основному співпадає з різними варіантами завдання оптимального прийому сигналу на фоні перешкод (оптимальне виявлення, оптимальне розрізнення двох або декількох сигналів і т.д.). Питання оптимального прийому сигналів у радіотехнічних системах є предметом вивчення курсу "Основи теорії РТС", який є теоретичною основою і для нашого курсу.
7. Декодер каналу. Прийняті послідовності r в загальному випадку можуть відрізнятися від переданих кодових слів Y, тобто містити помилки. Кількість таких помилок залежить від рівня перешкод в каналі зв'язку, швидкості передачі, обраного для передачі сигналу і способу модуляції, а також від способу прийому (демодуляції) коливання U (t). Завдання декодера каналу - виявити і, по можливості, виправити ці помилки. Процедура виявлення і виправлення помилок у прийнятій послідовності r називається декодуванням каналу. Результатом декодування r є оцінка інформаційної послідовності X *. Вибір завадостійкого коду, способу кодування, а також методу декодування повинен проводитися так, щоб на виході декодера каналу залишилося якомога менше невиправлених помилок.
кафедра РЕЗ
реферат на тему:
"Модель радіотехнічної передачі інформації. Джерело інформації"
МІНСЬК, 2009
Модель радіотехнічної системи передачі інформації
Вивчення радіотехнічних систем передачі інформації почнемо з розгляду загальноприйнятих моделей, що дозволяють, абстрагуючись від приватних питань технічної реалізації конкретної системи, усвідомити загальні принципи та закономірності їх побудови.У найзагальнішому вигляді модель РТС ПІ можна представити наступним чином (рис.1):
|
|
|
|
Рис. 1.
Хоча ця модель і містить основні елементи, притаманні будь-якій системі передачі інформації, вона може служити лише найпростішої ілюстрацією до опису РТС ПІ, оскільки практично не відображає тих дій, які повинні виконуватися (або можуть виконуватися) над інформацією в процесі її передачі від джерела до споживача .
Значно більш повної в цьому сенсі є модель системи передачі (і зберігання) інформації, подібна наведеної на рис.2, якої ми і будемо користуватися й надалі. Потрібно відзначити, що насправді проблеми, що виникають при передачі (причому не тільки з використанням радіохвиль) та зберіганні інформації (на оптичних дисках, магнітних носіях або в пам'яті комп'ютерів) дуже схожі, тому методи їх вирішення і структура технічних пристроїв також багато в чому ідентичні .
|
Коротко охарактеризуємо призначення і функції елементів цієї моделі
Джерело інформації |
Кодер джерела |
Кодер каналу |
Модулятор |
Канал зв'язку |
Одержувач інформації |
Декодер джерела |
Декодер каналу |
Демодулятор |
Кодек |
МОДЕМ |
1. Джерело інформації або повідомлення - це фізичний об'єкт, система або явище, що формують передане повідомлення. Саме повідомлення - це значення або зміна деякої фізичної величини, що відображають стан об'єкта (системи або явища). Як правило, первинні повідомлення - мова, музика, зображення, вимірювання параметрів навколишнього середовища і т.д. - Представляють собою функції часу неелектричної природи. З метою передачі по каналу зв'язку ці повідомлення перетворюються в електричний сигнал, зміни якого в часі λ (t) відображає передане повідомлення. Значна частина переданих повідомлень, особливо останнім часом, за своєю природою не є сигналами - це масиви чисел, текстові або інші файли тощо. Повідомлення такого типу можна представити у вигляді деяких векторів Λ.
2. Кодер джерела. Переважна частина вихідних повідомлень - мова, музика, зображення і т.д. - Призначена для безпосереднього сприйняття органами почуттів людини і в загальному випадку погано пристосована для їх ефективної передачі по каналах зв'язку. Тому повідомлення (λ (t) або Λ), як правило, піддаються кодуванню. У процедуру кодування зазвичай включають і дискретизацію безперервного повідомлення λ (t), тобто його перетворення в послідовність елементарних дискретних повідомлень {λi}.
Під кодуванням в загальному випадку розуміють перетворення алфавіту повідомлення A {λi}, (i = 1,2 ... K) в алфавіт деяким чином вибраних кодових символів  {xj}, (j = 1,2 ... N). Зазвичай (але не обов'язково) розмір алфавіту кодових символів dim  {xj} менше або набагато менше розміру алфавіту джерела dimA {λi}. Кодування повідомлень може переслідувати різні цілі - скорочення обсягу переданих даних (стиснення даних), збільшення кількості переданої за одиницю часу інформації, підвищення достовірності передачі, забезпечення секретності при передачі і т.д.
Під кодуванням джерела в РТС ПІ будемо розуміти скорочення обсягу (стиснення) інформації з метою підвищення швидкості її передачі та скорочення смуги частот, необхідних для передачі.
Кодування джерела іноді називають економним, безізбиточним або ефективним кодуванням, а також стисненням даних. Під ефективністю в даному випадку розуміється ступінь скорочення обсягу даних, що забезпечується кодуванням.
Якщо стиснення проводиться так, що по стисненим даними можна абсолютно точно відновити вихідну інформацію, кодування називається неруйнуючим. Неруйнуюче кодування використовується при передачі (або зберіганні) текстової інформації, числових даних, комп'ютерних файлів і т.п., тобто там, де неприпустимі навіть найменші відмінності вихідних і відновлених даних.
У багатьох випадках немає необхідності в абсолютно точної передачі інформації від джерела до її споживача, тим більше що в каналі зв'язку завжди присутні перешкоди і абсолютно точна передача в принципі неможлива. У таких випадках може бути використано руйнує стиснення, що забезпечує відновлення вихідного повідомлення по стиснутому з тією чи іншою мірою наближення. Як правило, руйнують методи стиснення набагато більш ефективні, ніж неруйнівні.
Таким чином, на виході кодера джерела по переданому повідомленням λ (t) або Λ формується послідовність кодових символів X, звана інформаційної послідовністю, що допускає абсолютно точне (або наближене) відновлення вихідного повідомлення і що має, по можливості, як можна менший розмір.
3. Кодер каналу. При передачі інформації по каналу зв'язку з перешкодами у прийнятих даних можуть виникати помилки. Якщо такі помилки мають невелику величину або виникають досить рідко, інформація може бути використана споживачем. При великому числі помилок отриманою інформацією користуватися не можна.
Кодування в каналі, або завадостійке кодування, є способом обробки переданих даних, що забезпечує зменшення кількості помилок, що виникають у процесі передачі по каналу з перешкодами. Існує велика кількість різних методів завадостійкого кодування інформації, але всі вони грунтуються на наступному: при завадостійке кодування в передані повідомлення вноситься спеціальним чином організована надмірність (у передаються кодові послідовності додаються надлишкові символи), що дозволяє на приймальній стороні виявляти і виправляти виникаючі помилки. Таким чином, якщо при кодуванні джерела проводиться усунення природної надмірності, що має місце в повідомленні, то при кодуванні в каналі надмірність у передане повідомлення свідомо вноситься. На виході кодера каналу в результаті формується послідовність кодових символів Y (X), яка називається кодовою послідовністю.
Потрібно відзначити, що як завадостійке кодування, так і стиснення даних не є обов'язковими операціями при передачі інформації. Ці процедури (і відповідні їм блоки в структурній схемі РТС ПІ) можуть бути відсутні. Однак це може призвести до дуже істотних втрат в завадостійкості системи, значного зменшення швидкості передачі і зниження якості передачі інформації. Тому практично всі сучасні системи (за винятком, можливо, найпростіших) повинні включати і обов'язково включають і ефективне і завадостійке кодування даних.
4. Модулятор. Функції модулятора в РТС ПІ - узгодження повідомлення джерела або кодових послідовностей, що виробляються кодером, з властивостями каналу зв'язку і забезпечення можливості одночасної передачі великої кількості повідомлень за загальним каналу зв'язку (яким є радіоканал).
Дійсно, більшість безперервних l (t) і дискретних L повідомлень, що підлягають передачі, а також результати їх кодування - послідовності кодових символів X і Y - являють собою порівняно низькочастотні сигнали з відносно широкою смугою (DF £ 1 МГц, DF ~ f0). У той же час ефективна передача з використанням електромагнітних коливань (радіохвиль) можлива лише для досить високочастотних сигналів (f0 ³ 1 ... 1000 МГц і вище) з відносно вузькосмуговими спектрами (DF <<f0).
Тому модулятор повинен перетворити повідомлення джерела l (t) (L) або відповідні їм кодові послідовності X і Y в сигнали S (t, l (t)), S (t, Y (l (t))) (накласти повідомлення на сигнали ), властивості яких забезпечували б їм можливість ефективної передачі по радіоканалу (або іншим існуючим каналах зв'язку - телефонним, оптичним і т.д.). При цьому сигнали, що належать безлічі систем передачі інформації, що працюють в загальному радіоканалі, повинні бути такими, щоб забезпечувалася незалежна передача повідомлень від усіх джерел до всіх одержувачам інформації.
На сьогодні існує велика кількість методів модуляції сигналів, що володіють різною ефективністю, що забезпечують передачу інформації з тим або іншою якістю. Найпростішими з них є амплітудна, частотна і фазова модуляції безперервних сигналів. При вивченні курсу ми ознайомимося і з безліччю інших, більш сучасних і значно більш ефективних методів модуляції сигналів, що застосовуються в РТС ПІ, в тому числі що використовують широкосмугові шумоподібні сигнали. При цьому процедура модуляції буде розглядатися не просто як зміна параметрів сигналу S (t) у відповідності зі значенням переданого повідомлення l (t), а як перетворення повідомлення в сигнал.
5. Канал зв'язку. Згідно з визначенням, РТС ПІ - це система передачі інформації, що використовує як її переносника від джерела до споживача електромагнітні хвилі або радіохвилі, а в якості середовища розповсюдження - навколишній простір або радіоканал. У цьому, власне, і полягає головна відмінність РТС ПІ від інших систем передачі інформації, які використовують провідні, волоконно-оптичні, акустичні і т.п. канали. В іншому, за винятком несуттєвих деталей, структура таких систем і функції основних елементів ідентичні.
Фізичні властивості радіоканалу як середовища розповсюдження електромагнітних хвиль є предметом докладного вивчення в курсі "Електродинаміка та поширення радіохвиль", ми ж будемо розглядати радіоканал у вигляді ланки РТС ПІ, на вхід якого надходить сигнал передавача S (t, l (t)), а на виході виходить сигнал U (t), який зазвичай називають прийнятим коливанням.
Існує безліч моделей радіоканалу більшої або меншої складності, однак у загальному випадку сигнал S (t, Y (l (t))), проходячи по каналу зв'язку, піддається ослабленню, набуває певну часову затримку (або фазовий зсув) і зашумляется. Прийняте коливання U (t) в цьому випадку буде мати вигляд
U (t) = ε S (t-τ, Y (l (t))) + n (t), (1)
де ε - згасання, τ - тимчасове запізнювання, n (t) - шуми в каналі зв'язку.
При вивченні курсу розглянемо також особливості проходження сигналів по більш складним каналах - каналах з багатопроменевим поширенням, каналах з тимчасовими і частотними завмираннями і т.д., а також особливості прийому сигналів на їх виході.
Приймач. Призначення приймача РТС ПІ - з максимально можливою точністю за прийнятим коливання U (t) відтворити на своєму виході передане повідомлення l (t) або L. Прийняте (відтворене) повідомлення через наявність перешкод у загальному випадку відрізняється від посланого. Прийняте повідомлення будемо називати оцінкою (мається на увазі оцінкою повідомлення) і позначати тим же символом, що і надіслане повідомлення, але зі знаком *: l * (t) або L *. Процес відтворення оцінки повідомлення за прийнятим коливання в загальному випадку включає кілька етапів.
6. Демодулятор. Для відтворення оцінки повідомлення l * (t) або L * приймач системи в першу чергу повинен за прийнятим коливання U (t) і з урахуванням відомостей про використані при передачі вигляді сигналу і способі модуляції отримати оцінку кодової послідовності Y * (l (t)) , звану прийнятої послідовністю r. Ця процедура називається демодуляцією, детектуванням або прийомом сигналу. При цьому демодуляція повинна виконуватися таким чином, щоб ухвалена послідовність r в мінімальному ступені відрізнялася від переданої кодової послідовності Y. У своїй постановці і за способами вирішення завдання демодуляції прийнятого коливання U (t) в основному співпадає з різними варіантами завдання оптимального прийому сигналу на фоні перешкод (оптимальне виявлення, оптимальне розрізнення двох або декількох сигналів і т.д.). Питання оптимального прийому сигналів у радіотехнічних системах є предметом вивчення курсу "Основи теорії РТС", який є теоретичною основою і для нашого курсу.
7. Декодер каналу. Прийняті послідовності r в загальному випадку можуть відрізнятися від переданих кодових слів Y, тобто містити помилки. Кількість таких помилок залежить від рівня перешкод в каналі зв'язку, швидкості передачі, обраного для передачі сигналу і способу модуляції, а також від способу прийому (демодуляції) коливання U (t). Завдання декодера каналу - виявити і, по можливості, виправити ці помилки. Процедура виявлення і виправлення помилок у прийнятій послідовності r називається декодуванням каналу. Результатом декодування r є оцінка інформаційної послідовності X *. Вибір завадостійкого коду, способу кодування, а також методу декодування повинен проводитися так, щоб на виході декодера каналу залишилося якомога менше невиправлених помилок.
Питанням завадостійкого кодування / декодування в системах передачі (і зберігання) інформації в даний час приділяється виняткова увага, оскільки цей прийом дозволяє істотно підвищити якість її передачі. У багатьох випадках, коли вимоги до достовірності прийнятої інформації дуже великі (в комп'ютерних мережах передачі даних, в дистанційних системах управління і т.п.), передача без завадостійкого кодування взагалі неможлива. У ході вивчення курсу приділимо цьому питанню особливу увагу.
8. Декодер джерела. Оскільки інформація джерела (λ (t), Λ) у процесі передачі піддавалася кодування з метою її більш компактного (або більш зручного) подання (стиснення даних, економне кодування, кодування джерела), необхідно відновити її до вихідного (або майже початкового стану) за прийнятої послідовності X *. Процедура відновлення L * по X * називається декодуванням джерела і може бути або просто обратна операції кодування (неруйнуюче кодування / декодування), або відновлювати наближене значення L *, більшою чи меншою мірою відрізняється від L (руйнівний кодування / декодування). До операції відновлення L * по X * будемо відносити також відновлення, якщо в цьому є необхідність, неперервної функції l * (t) за набором дискретних значень оцінок L *.
Потрібно сказати, що останнім часом економне кодування займає все більш помітне місце в системах передачі інформації, оскільки, разом з перешкодостійким кодуванням, це виявилося найефективнішим способом збільшення швидкості і якості її передачі.
Таким чином, коротко розкривши загальну структуру радіотехнічної системи передачі інформації, перейдемо до більш детального вивчення її основних елементів. Першим з них є джерело інформації.
Джерело інформації
Джерело інформації або повідомлення - це фізичний об'єкт, система або явище, що формують передане повідомлення. Саме повідомлення - це значення або зміна деякої фізичної величини, що відображають стан об'єкта (системи або явища). Як правило, первинні повідомлення - мова, музика, зображення, вимірювання параметрів навколишнього середовища і т.д. - Представляють собою функції часу - l (t) або інших аргументів - l (x, y, z) неелектричної природи (акустичний тиск, температура, розподіл яскравості на деякій площині і т.п.). З метою передачі на каналі зв'язку ці повідомлення зазвичай перетворюються в електричний сигнал, зміни якого в часі λ (t) відображають передану інформацію. Такі повідомлення називаються безперервними, або аналоговими, повідомленнями (сигналами), і для них виконуються умови
l Î (lmin, lmax), t Î (0, t), (2)
тобто як саме значення функції, так і значення аргументу для таких повідомлень безупинні або визначені для будь-якого значення безперервного інтервалу як по l, так і по t (рис.3, а, б).
Багато повідомлення - команди виконавчим пристроям, телеграфні повідомлення, текстова інформація, і т.п. - Носять дискретний характер. При цьому або алфавіт повідомлення A (li) являє собою кінцеве рахункове безліч
li = l1, l2 ,..., lk, i = 1, K (3)
(Повідомлення, дискретні або квантовані за рівнем, рис.3, в), або самі сигнали передаються лише в дискретні моменти часу
t = t1, t2 ,..., tm, i = 1, M (4)
(Дискретні за часом повідомлення, рис.3, г), або і те й інше (дискретні за часом і за рівнем сигнали, або, як їх інакше називають, цифрові сигнали, або повідомлення, рис.3, д, е).
Значна частина переданих повідомлень, особливо останнім часом, за своєю природою не є сигналами - це пакети даних, результати цифрових вимірювань різних параметрів, цифрові фотографії, текстові, графічні або інші файли тощо. Повідомлення такого типу можна представити у вигляді масивів чисел або деяких векторів Λ.
Як випливає з наведених вище прикладів, при всій різноманітності форм підлягають передачі повідомлень (або відображають їх тимчасових сигналів) переважна більшість з них може бути віднесено лише до кількох істотно розрізняються видів, а саме:
Рис. 3.
безперервні за часом (аналогові) повідомлення (сигнали);
дискретні за часом (дискретизованного) повідомлення;
дискретні за рівнем (квантовані) повідомлення.
Виявляється, однак, що навіть такі на перший погляд зовсім різні сигнали, як безперервні і дискретизованного (див. рис. 3), мають дуже багато спільного і пов'язані жорсткої функціональною залежністю, яка встановлюється теоремою дискретизації, або теоремою Котельникова.
2. Метрологія та радіовимірювань в телекомунікаційних системах. Підручник для ВУЗів. / В.І. Нефедов, В.І. Халкин, Є.В. Федоров та ін - М.: Вища школа, 2001 р. - 383с.
3. Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи. -. - М.: Енергоатом издат, 2005. - 440С.
4. Зюко А.Г., Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М. Теорія передачі сигналів. М: Радіо і зв'язок, 2001 р. -368 с.
5. Б. Скляр. Цифрова зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування. Вид. 2-е, испр.: Пер. з англ. - М.: Видавничий будинок "Вільямс", 2003 р. - 1104 с.
8. Декодер джерела. Оскільки інформація джерела (λ (t), Λ) у процесі передачі піддавалася кодування з метою її більш компактного (або більш зручного) подання (стиснення даних, економне кодування, кодування джерела), необхідно відновити її до вихідного (або майже початкового стану) за прийнятої послідовності X *. Процедура відновлення L * по X * називається декодуванням джерела і може бути або просто обратна операції кодування (неруйнуюче кодування / декодування), або відновлювати наближене значення L *, більшою чи меншою мірою відрізняється від L (руйнівний кодування / декодування). До операції відновлення L * по X * будемо відносити також відновлення, якщо в цьому є необхідність, неперервної функції l * (t) за набором дискретних значень оцінок L *.
Потрібно сказати, що останнім часом економне кодування займає все більш помітне місце в системах передачі інформації, оскільки, разом з перешкодостійким кодуванням, це виявилося найефективнішим способом збільшення швидкості і якості її передачі.
Таким чином, коротко розкривши загальну структуру радіотехнічної системи передачі інформації, перейдемо до більш детального вивчення її основних елементів. Першим з них є джерело інформації.
Джерело інформації
Джерело інформації або повідомлення - це фізичний об'єкт, система або явище, що формують передане повідомлення. Саме повідомлення - це значення або зміна деякої фізичної величини, що відображають стан об'єкта (системи або явища). Як правило, первинні повідомлення - мова, музика, зображення, вимірювання параметрів навколишнього середовища і т.д. - Представляють собою функції часу - l (t) або інших аргументів - l (x, y, z) неелектричної природи (акустичний тиск, температура, розподіл яскравості на деякій площині і т.п.). З метою передачі на каналі зв'язку ці повідомлення зазвичай перетворюються в електричний сигнал, зміни якого в часі λ (t) відображають передану інформацію. Такі повідомлення називаються безперервними, або аналоговими, повідомленнями (сигналами), і для них виконуються умови
l Î (lmin, lmax), t Î (0, t), (2)
тобто як саме значення функції, так і значення аргументу для таких повідомлень безупинні або визначені для будь-якого значення безперервного інтервалу як по l, так і по t (рис.3, а, б).
Багато повідомлення - команди виконавчим пристроям, телеграфні повідомлення, текстова інформація, і т.п. - Носять дискретний характер. При цьому або алфавіт повідомлення A (li) являє собою кінцеве рахункове безліч
li = l1, l2 ,..., lk, i = 1, K (3)
(Повідомлення, дискретні або квантовані за рівнем, рис.3, в), або самі сигнали передаються лише в дискретні моменти часу
t = t1, t2 ,..., tm, i = 1, M (4)
(Дискретні за часом повідомлення, рис.3, г), або і те й інше (дискретні за часом і за рівнем сигнали, або, як їх інакше називають, цифрові сигнали, або повідомлення, рис.3, д, е).
Значна частина переданих повідомлень, особливо останнім часом, за своєю природою не є сигналами - це пакети даних, результати цифрових вимірювань різних параметрів, цифрові фотографії, текстові, графічні або інші файли тощо. Повідомлення такого типу можна представити у вигляді масивів чисел або деяких векторів Λ.
Як випливає з наведених вище прикладів, при всій різноманітності форм підлягають передачі повідомлень (або відображають їх тимчасових сигналів) переважна більшість з них може бути віднесено лише до кількох істотно розрізняються видів, а саме:
Рис. 3.
безперервні за часом (аналогові) повідомлення (сигнали);
λ min |
λ max |
λ min |
λ m ax |
λ min |
λ m ax |
λ (t) |
λ (t) |
λ (t) |
λ (t) |
λ (t) |
а |
б |
в |
г |
t |
t |
t |
t |
t |
t |
λ 1 |
λ 2 |
λ M |
λ 1 |
λ 2 |
λ M |
λ 1 |
λ 2 |
λ M |
t n |
t 1 |
t 2 |
t 1 |
t 2 |
t 1 |
t 2 |
t n |
t n |
д |
е |
дискретні за часом (дискретизованного) повідомлення;
дискретні за рівнем (квантовані) повідомлення.
Виявляється, однак, що навіть такі на перший погляд зовсім різні сигнали, як безперервні і дискретизованного (див. рис. 3), мають дуже багато спільного і пов'язані жорсткої функціональною залежністю, яка встановлюється теоремою дискретизації, або теоремою Котельникова.
ЛІТЕРАТУРА
1. Лідовскій В.І. Теорія інформації. - М., "Вища школа", 2002р. - 120с.2. Метрологія та радіовимірювань в телекомунікаційних системах. Підручник для ВУЗів. / В.І. Нефедов, В.І. Халкин, Є.В. Федоров та ін - М.: Вища школа, 2001 р. - 383с.
3. Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи. -. - М.: Енергоатом издат, 2005. - 440С.
4. Зюко А.Г., Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М. Теорія передачі сигналів. М: Радіо і зв'язок, 2001 р. -368 с.
5. Б. Скляр. Цифрова зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування. Вид. 2-е, испр.: Пер. з англ. - М.: Видавничий будинок "Вільямс", 2003 р. - 1104 с.