Классификация каналов связи. Информационные модели каналов связи

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ (МГУПИ) 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Информатика» 
 
 

      Тема: Классификация каналов связи. Информационные модели каналов связи.

      Выполнил: студент 1-го курса очной формы обучения, специальность 230101 
 

__________________________

Ф.И.О 
 
 
 
 
 
 

      Проверил: 

доц. каф. ИТ-4 ___________ Кукин М.А.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва ,  2011 г.

Содержание 

1. Введение.............................................................................................................3                                                                                            
2. Классификация и характеристики канала связи.............................................4
3. Пропускная способность дискретного канала связи......................................6
4. Дискретный канал связи без помех.................................................................7                   
5. Дискретный канал связи с помехами..............................................................8
6. Пропускная способность бинарного, симметричного канала.....................11                                                  
7. Пропускная способность непрерывного канала связи ................................12                   
8. Заключение.......................................................................................................18                                       
9. Список литературы..........................................................................................19                                              

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Информатика – молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

     До  настоящего времени толкование термина  “информатика” (в том смысле как  он используется в современной научной  и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым. Обратимся к истории вопроса, восходящей ко времени появления электронных вычислительных машин.

     Понятие информатики является таким же трудным  для какого-либо общего определения, как, например, понятие математики. Это и наука, и область прикладных исследований, и область междисциплинарных исследований, и учебная дисциплина (в школе и в вузе).

     Несмотря  на то, что информатика как наука  появилась относительно недавно, её происхождение следует связывать  с работами Лейбница по построению первой вычислительной машины и разработке универсального (философского) исчисления 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Классификация и характеристики канала связи 

     Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).

     Для анализа информационных процессов  в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную  на рис. 1.

     

       
 
 
 
 
 

     На  рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи; ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).

     Существуют  различные типы каналов, которые  можно классифицировать по различным  признакам:

1. По типу линий связи: проводные; кабельные; оптико-волоконные;

     линии электропередачи; радиоканалы и т.д.

     2. По характеру сигналов: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).

     3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.  

     Каналы  связи характеризуются: 

     1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала T_к, ширины спектра частот, пропускаемых каналом F_к и динамического диапазона D_к., который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов  

     V_к = T_к F_к D_к. (1) 

     Условие согласования сигнала с каналом: 

     V_c £ V_k; T_c £ T_k; F_c £ F_k; V_c £ V_k; D_c £ D_k. 

     2. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.

3. Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.

     4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).

     Одной из задач теории информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех.

     Канал связи образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги – малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги – хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность определяется самым «узким» местом.

     Скорость  передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи. [1 стр. 45-47] 

     Проводные:

     1.   Проводные – витая пара (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.

     2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.

     3.   Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.

     В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители). 

     Радиолинии:

1. Радиоканал. Скорость передачи 100–400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.
2. Микроволновые линии. Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10–200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.

     3. Спутниковая связь. Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий. [1 стр. 50-51] 
 

     Пропускная  способность дискретного канала связи 

     Дискретный  канал представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов.

     Пропускная  способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени. Определим выражения для расчета скорости передачи информации и пропускной способности дискретного канала связи. [5 стр. 102-105]

     При передаче каждого символа в среднем  по каналу связи проходит количество информации, определяемое по формуле 

     I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2) 

     где: I (Y, X) – взаимная информация, т.е. количество информации, содержащееся в Y относительно X; H(X) – энтропия источника сообщений; H (X/Y) – условная энтропия, определяющая потерю информации на один символ, связанную с наличием помех и искажений.

     При передаче сообщения X_T длительности T, состоящего из n элементарных символов, среднее количество передаваемой информации с учетом симметрии взаимного количества информации равно: 

     I(Y_T, X_T) = H(X_T) – H(X_T/Y_T) = H(Y_T) – H(Y_T/X_T) = n [H(X) – H (X/Y), (3) 

     где T = n ; – среднее время передачи одного символа; n-число символов в сообщении длительностью Т.

     Для символов равной длительности = t, в случае неравновероятных символов неравной длительности

      . 

     При этом скорость передачи информации 

       [бит/с]. (4) 

     Скорость  передачи информации зависит от статистических свойств источника, метода кодирования  и свойств канала.

     Пропускная  способность дискретного канала связи 

      . (5) 

     Максимально-возможное значение, т.е. максимум функционала, ищется на всем множестве функций распределения вероятности p(x).

     Пропускная  способность зависит от технических  характеристик канала (быстродействия аппаратуры, вида модуляции, уровня помех  и искажений и т.д.). Единицами измерения пропускной способности канала являются: [bit/s], [Kbit/s], [Mbit/s], [Gbit/s]. [8 стр. 56-58] 

     Дискретный  канал связи без  помех 

     Если  помехи в канале связи отсутствуют, то входные и выходные сигналы  канала связаны однозначной, функциональной зависимостью.

     При этом условная энтропия равна нулю, а безусловные энтропии источника  и приемника равны, т.е. среднее количество информации в принятом символе относительно переданного равно