DAY_INF_LECTURES (1017134), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО.

Антенна приемника информации (приемная) (АП) осуществляет прием сообщений.

Избирательная входная цепь (ИВЦ) осуществляет выделение нужного сигнала в приемнике из всех колебаний в эфире с помощью резонансных колебательных систем (Df/f до 10^-5 – 10^-6).

Усилитель высокой частоты (УВЧ) осуществляет усиление слабых сигналов в приемнике. Антенна принимает сигнал мощностью 10^-10 – 10^-14 Вт (~ 10^-6 В). На выходе приемника для надежной регистрации сигнала требуется мощность порядка единиц ватт, т. е. необходимо усиление по мощности до 10¹⁰ – 10¹⁴, а по напряжению до 10⁷ раз. Это достигается с помощью многокаскадных усилителей высокой, промежуточной и низкой частот.

Детектор (демодулятор Д) - осуществляет выделение низкочастотного сообщения (информационного электрического сигнала) из модулированного высокочастотного сигнала с помощью различного рода детекторов (синхронных, амплитудных, квадратичных).

Усилитель низкой частоты (УНЧ) – усиливает выделенный низкочастотный сигнал.

Декодирующее устройство (ДУ) - восстанавливает исходную форму информационного сообщения из электрических сигналов стандартной формы после детектирования. Для зашифрованных сигналов производится расшифровка. В простейшей системе связи кодирующее и декодирующее устройства могут отсутствовать. При передаче сообщения по проводам (телеграф) могут отсутствовать радиопередающее и радиоприемное устройства.

Регистрирующее устройство (РУ) – осуществляет регистрацию (запись) сообщений (текстов, фотографий, речи, музыки, телевизионного изображения и др.).

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЕМКОСТЬ ДИСКРЕТНОГО
СИГНАЛА (СООБЩЕНИЯ).
ФОРМУЛА ШЕННОНА.

(бит)

- длительность передачи сообщения;

- максимальная частота из передаваемого спектра частот;

- частота выборок по Котельникову;

- количество выборок по Котельникову за время передачи сообщения;

- средняя мощность сигнала;

- средняя мощность шума;

- максимально возможное число уровней N сигнала в одной выборке из-за наличия шума;

- средняя мощность сигнала равна квадрату амплитуды сигнала;

- средняя мощность шума равна квадрату амплитуды шума.

ПРЕДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
ПО ШЕННОНУ (ФОРМУЛА ХАРТЛИ - ШЕННОНА).

(бит/с)

Информационные возможности сигнала возрастают с расширением спектра его частот и превышением уровня сигнала над уровнем помех.

ДИСКРЕТНЫЕ ДВОИЧНЫЕ (БИНАРНЫЕ) СИГНАЛЫ.

ДВОИЧНЫЙ (БИНАРНЫЙ) КОД.

Сигнал в его простейшей форме может принимать два дискретных и вполне определенных значения. Например, на сигнальной башне огонь есть - огня нет. Яркость огня никакого значения не имеет, лишь бы огонь было ясно видно. В телеграфной азбуке Морзе сигнал тоже может принимать только два дискретных значения: звучит - не звучит, есть ток - нет тока, передатчик излучает электромагнитную волну - не излучает. Во всех указанных случаях использован простейший двоичный или бинарный код. Наличие сигнала удобно обозначать символом «1», отсутствие – символом «О». Не бывает сигнала, принимающего только одно дискретное значение. Например, если костер на сигнальной башне жгут постоянно или не зажигают вовсе, то такой сигнал не передает никакой информации.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.

Сигналы, передаваемые двоичным кодом, удобны во многих отношениях. Как и любые цифровые дискретные сигналы, их можно регенерировать, т.е. восстановить, воссоздать их форму, искаженную помехами. Костер, загоревшийся на двенадцатой сигнальной башне, является копией первого костра, зажженного на первой башне, и несет он абсолютно тот же смысл, абсолютно то же сообщение, обозначенное нами символом «1». Не имеет значения, хорошо виден огонь или не очень, что форма костра совсем другая - это влияние помех, которое не сказывается на принятии наблюдателем решения, что костер на предыдущей башне горит. Следствием этого будет регенерация сигнала - зажигание костра на следующей башне.

Так же легко регенерировать код Морзе. В простейшем случае это делает телеграфист - принимает на слух сообщение и отстукивает его ключом дальше по линии. Регенератором служит и телеграфное реле. При наличии посылки тока его контакты замыкаются и формируют новую, уже очищенную от помех посылку тока. В настоящее время электромеханические реле заменяются более надежными и быстродействующими электронными.

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.

Большим достоинством двоичных цифровых сигналов заключается в том, что они требуют минимального отношения сигнал - помеха в канале связи, т.е. являются наиболее помехозащищенными. Поясним, что это такое.

Когда дозорный смотрит на далекую сигнальную башню, ему мешают свет зари, мерцающий свет звезд, расположенных низко над горизонтом, зажигаемый кем-нибудь «посторонний» огонь. Для надежного распознавания полезного сигнала, т.е. света сторожевого костра, надо, чтобы его яркость была больше яркости посторонних помех. Как говорят связисты, отношение сигнал-помеха должно быть больше единицы.

То же и в электрическом телеграфе. Вследствие воздействия атмосферного электричества, электризации трением от ветра, из-за случайных полей геомагнитного происхождения в телеграфных проводах наводится некоторое напряжение помех. Подземные кабели в этом отношении несколько лучше, но они дороже и все равно полностью не избавлены от помех. Даже если нет внешних наводок, тепловое движение электронов в проводнике создаст хаотически изменяющееся случайное напряжение - так называемый тепловой шум. Если это напряжение усилить и подвести к громкоговорителю, мы услышим шум, напоминающий шум паяльной лампы или сильного дождя. Каждый из нас слышал шум и помехи в телефонной трубке! Для надежной регистрации телеграфных посылок их напряжение должно быть больше напряжения шума и помех.

Отношение сигнал - шум или сигнал - помеха, требуемое для получения заданного качества связи, оказывается наименьшим при использовании двоичных цифровых сигналов, поэтому говорят, что линии связи, использующие цифровой двоичный код, обеспечивают наибольшую помехоустойчивость.

КОДИРОВАНИЕ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.

Сообщение – это информация, выраженная в определенной форме и предназначенная для передачи от передатчика к приемнику текстов, фотографий, речи, музыки, телевизионных изображений и др. Информация (сообщение) передается в виде сигналов.

Сигнал – это физический процесс, распространяющийся в пространстве и времени и несущий в себе информацию. Сигнал может быть звуковым, световым, в виде почтового отправления и др. Наиболее распространен сигнал в электрической форме.

Помехи – это процессы, искажающие сообщение.

Любой сигнал переносится либо энергией, либо веществом. Это либо акустическая волна (звук), либо электромагнитное излучение (свет, радиоволна), либо лист бумаги (написанный текст), либо каменная скрижаль с выбитыми на ней магическими знаками.

Ни переданная энергия, ни посланное вещество сами по себе никакого значения не имеют, они служат лишь носителями информации. По мере удаления от передатчика поток энергии становится все слабее и слабее. Это тоже не имеет значения до тех пор, пока превышение сигнала над шумом достаточно для приема информации. При радиовещании одну и ту же информацию получает и подмосковный радиослушатель из г. Долгопрудного и уральский радиослушатель из Нижнего Тагила. Но поток энергии радиоволн в Нижнем Тагиле и тысячи раз меньше, чем под Москвой. Истрепанная книжка, если в ней нет вырванных страниц, несет ровно столько же информации, сколько такая же новая. Каменная скрижаль весом в три тонны несет столько же информации, сколько ее хороший фотоснимок в археологическом журнале. Следовательно, мощность сигнала, так же как и вес носителя, никак не могут служить оценкой количества информации, переносимой сигналом. Как же оценить это количество?

Во время второй мировой войны подобные вопросы заинтересовали шифровальщика при одном из штабов американских войск в Европе К. Шеннона. После войны К. Шеннон защитил докторскую диссертацию, став основоположником новой науки - теории информации. В 1948-1949 годах вышли в свет его статьи «Математическая теория связи» и «Связь в присутствии шума».

Любое сообщение можно свести к передаче чисел. Влюбленный, находясь в разлуке с объектом своей любви, посылает телеграмму: «Любишь?». В ответ приходит лаконичная телеграмма: «Да!». Какое количество информации несет ответная телеграмма? Ответов может быть два - либо «ДА», либо «НЕТ». Их можно обозначить символами двоичного кода «1» и «0» . Таким образом, ответную телеграмму можно было бы закодировать единственным символом «1». Выбор одного из двух сообщений («Да» или «Нет», «1» или «О») принимают за единицу информации. Она названа «бит » -сокращение от английских слов binary digit, что означает двоичная цифра. Таким образом, количество информации, содержащейся в ответной телеграмме равно одному биту.

Ответ «Да» или «Нет» несет 1 6ит информации только при равновероятных ответах (см. формулу Хартли).

I=H=log₂N=log₂2=1,

где:

I – количество единиц информации (бит),
количество ответов типа «ДА-НЕТ» (бит),
число разрядов двоичного кода (бит).

N – количество возможных событий в системе,
количество возможных состояний системы.

H – Энтропия, степень (мера) неопределенности реализации конкретного состояния системы (бит).

Если влюбленный уверен в положительном ответе, то ответ «Да» не даст ему почти никакой новой информации. То же самое относится и к безнадежно влюбленному, уже привыкшему получать отказы. Ответ «Нет» также принесет ему очень мало информации. Но внезапный отказ уверенному влюбленному (неожиданное огорчение) или ответ «Да» безнадежно влюбленному (нечаянная радость) несут сравнительно много информации, настолько много, что радикально изменяется все дальнейшее поведение влюбленного, а может быть, и его судьба!

Таким образом, если ответы не равновероятны, количество полученной информации зависит от ее вероятности. Общая формула для подсчета количества информации, содержащейся в одном сообщении имеет вид:

,

- вероятность появления данного (дискретного) сообщения.

Для абсолютно достоверного события, которое обязательно произойдет, вероятность его появления равна 1:

Количество информации в сообщении о таком событии равно 0:

Чем невероятнее событие, тем большую информацию о нем несет сообщение.

Ценность, практическая значимость этой информации для получателя, т.е. качественные характеристики информации, при определении количества информации не рассматриваются.

Почему в приведенной формуле использована логарифмическая функция? Информация, содержащаяся в двух независимых сообщениях а₁ и а₂, должна быть равна сумме информации, содержащихся в каждом из сообщений:

I(а₁,,а₂) =I(a₁) +I(a₂).

Характеристики

Список файлов лекций