На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Модель непрерывного и дискретного каналов связи

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 08.10.2012. Сдан: 2011. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Модель  непрерывного и дискретного каналов  связи. 

 Формулы Шеннона для непрерывного и дискретного каналов
Как уже  отмечалось, локальные сети в настоящее  время практически всегда имеют  выход в какую-то глобальную сеть. Как правило, для подключения  к глобальной сети используются модемы.
Модем (сокращение от «модулятор-демодулятор») - это устройство, преобразующее  цифровые данные от компьютера в аналоговые сигналы перед их передачей по последовательной линии и, после  передачи, производящее обратное преобразование. Основная цель преобразования состоит  в согласовании полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания  линии передачи. Сигналы могут  занимать всю полосу пропускания  линии передачи либо ее часть (при  частотном разделении каналов, например, в случае организации полностью дуплексного обмена). Кроме того, модемы должны обеспечивать необходимую амплитуду и мощность сигналов для достижения большого отношения сигнал/шум и, как следствие обоих перечисленных факторов (полосы частот и отношения сигнал/шум), возможно большей скорости передачи.
Модемы  наиболее часто используются для  подключения отдельных компьютеров  либо локальных сетей к телефонной линии и, через нее, к другим компьютерам  и сетям, в том числе и к  глобальной сети Internet. Возможно, однако, использование достаточно экзотичных (по крайней мере, в настоящее время) линий передачи (типа силовой линии электропитания или системы кабельного телевидения) и не менее экзотичных модемов для связи компьютеров (и не только компьютеров), подключенных к той же самой линии связи. Все эти вскользь упомянутые темы, а также принципы работы и внутреннее устройство модемов (в упрощенном виде) рассматриваются в данной главе.
Внимание  к характеристикам, внутреннему  устройству модемов и принципам  их работы вызвано отнюдь не абстрактным  соображением о пользе знаний вообще и даже не только чисто прагматическим взглядом на проблему выбора конкретного  типа модема, исходя из анализа доступных (часто не полных) сведений и цен. Дело в том, что модемы, используемые для передачи уязвимых по отношению  к помехам цифровых данных по отнюдь неидеальным также и в других отношениях линиям передачи, являются хорошим примером «торжества человеческой мысли», воплощенном в достаточно компактном и зачастую интеллектуальном техническом устройстве. Весьма наглядно это проявляется на примере все  тех же модемов для подключения  к телефонным линиям, которые, как  известно, имеют весьма ограниченную полосу пропускания (стандартное значение 3100 Гц) и прочие неприятные и не всегда предсказуемые особенности (временные перерывы в связи, искажения вплоть до полной неузнаваемости формы сигналов после передачи и др.). Для модемов, работающих на аналоговых телефонных линиях, в настоящее время достигнут теоретический предел, определяемый теоремами Шеннона. Работа на пределе возможностей приводит, как всегда, к наукоемким и оригинальным в техническом отношении решениям, которые могут быть полезны широкому кругу специалистов, занимающихся собственными разработками.
Формулы Шеннона представляют собой математические записи теорем кодирования Шеннона  для дискретных и непрерывных  сообщений, передаваемых по каналам  с ограниченной пропускной способностью на фоне шумов и помех.
Каналы  связи принято делить на дискретные, непрерывные и смешанные в  зависимости от типов сигналов на входе и выходе. В общей структурной схеме канала передачи (рис. 12.1) дискретными являются каналы от входа модулятора до выхода демодулятора и от входа кодера до выхода декодера. Непрерывный (аналоговый) канал - это собственно последовательная линия передачи (телефонная линия, скрученная пара проводов, коаксиальный кабель и др.). Дискретные каналы не являются независимыми рт
аналогового канала, который часто образует наиболее «узкое место» при передаче и из-за собственной ограниченной полосы пропускания  и внешних шумов и помех  определяет общую достижимую скорость передачи (при заданном допустимом уровне ошибок при приеме).

Рис. 12.1. Общая структурная схема канала передачи: 1 - непрерывный (аналоговый) канал; 2,3- дискретные каналы
Прежде  чем рассматривать формулы Шеннона, целесообразно обратиться еще раз  к рис. 12.1 и пояснить функции отдельных устройств, так как это пригодится при дальнейшем изложении.
Кодер/декодер  в конкретной системе может совмещать, на первый взгляд, прямо противоположные  функции.
Во-первых, кодер может быть использован  для внесения избыточности в передаваемую информацию с целью обнаружения  влияния шумов и помех на приемном конце (там этим занимается соответствующий  декодер). Избыточность проявляется  в добавлении к передаваемой полезной информации так называемых проверочных разрядов, формируемых, как правило, чисто аппаратурными средствами из информационной части сообщения. Известно много различных помехоустойчивых кодов, причем самый простой однобитовый код (бит четности/нечетности) далеко не всегда удовлетворительно работает на практике. Вместо него в локальных сетях используются контрольная сумма или, что еще лучше, циклический код (CRC - Cyclic Redundancy Check), занимающий в формате передаваемого сообщения 2 или 4 байта, независимо от длины в байтах информационной части сообщения.
Во-вторых, при больших объемах передаваемой информации целесообразно ее сжать  до передачи, если есть такая возможность. В этом случае говорят уже о  статистическом кодировании. Здесь  уместна аналогия с обычными программами  архивации файлов (типа arj, rar, pkzip и др.), которые широко используются при организации обмена в сети Internet. Волее того, если проблема с большими объемами информации и после такого обратимого сжатия до конца не решается, можно рассмотреть возможность необратимого сжатия информации с частичной ее потерей («огрублением»). Конечно, здесь не может быть и речи об отбрасывании части чисто цифровых данных, но по отношению к изображениям иногда можно пойти на снижение разрешения (числа пикселей) без искажения общего вида «картинки». Здесь можно упомянуть алгоритмы сжатия JPEG для изображений и MPEG для видео- и аудиопотоков, допускающие значительные степени компресии без уменьшения разрешения и с минимальными потерями.
Понятно, что оба типа кодирования (помехоустойчивое избыточное кодирование и статистическое кодирование) служат, в конечном счете, решению одной задачи - повышению  качества передачи как в смысле отсутствия или минимального допустимого уровня ошибок в принятом сообщении, так  и в смысле максимального использования  пропускной способности канала передачи. Поэтому в высокоскоростных модемах  нередко реализуются оба типа кодирования. Что касается функций  модулятора/демодулятора на рис. 12.1, то они, как уже было сказано, включают согласование полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания  линии передачи. Кроме того, выходные каскады передатчиков (после модуляторов) реализуют усиление сигналов по мощности и амплитуде, что является наиболее очевидным средством увеличения отношения сигнал/шум. Действительно, ничто (кроме, пожалуй, техники безопасности...) не заставляет разработчиков придерживаться в аналоговом канале столь жестких  ограничений сигналов по амплитуде, как в дискретных (цифровых) каналах (от 0 до + 5В при использовании  аппаратуры в стандарте ТТЛ). Например, для распространенного стандарта последовательного порта компьютера RS-232C предусмотрена «вилка» амплитуд от -(3...12)В до +(3...12)В. Конечно, в обоих случаях речь идет об амплитудах вблизи передатчика, в то время как вблизи приемника амплитуда сигналов может быть существенно ослаблена.
Формула Шеннона для непрерывного (аналогового) канала связи достаточна проста:

где VMaKc - максимальная скорость передачи (бит/сек), Af — полоса пропускания линии передачи и, одновременно, полоса частот, занимаемая сигналами (если не используется частотное разделение каналов), S/N — отношение сигнал/шум по мощности. График этой зависимости приведен на рис. 12.2 (формуле Шеннона соответствует кривая под названием «теоретический предел»).
Под шумом  понимается любой нежелательный  сигнал, в том числе внешние  помехи или сигнал, вернувшийся к  передающему устройству - может быть, и модему - в результате отражения  от противоположного конца линии. Сами по себе сосредоточенные помехи не столь существенно ограничивают пропускную способность аналогового  канала, как непредсказуемый в  каждый момент времени белый гауссовский шум. «Умные» высокоскоростные модемы умеют, как будет отмечено в дальнейшем, определять уровень и задержку «своих» отраженных сигналов и компенсировать их влияние.

Рис. 12.2. Зависимость максимальной скорости передачи VU3KCдля аналоговой линии  от отношения сигнал-шум по мощности S/N
Формула Шеннона для многопозиционного  дискретного канала, построенного на базе предыдущего непрерывного канала, в отсутствие ошибок при приеме, имеет следующий вид:

Здесь п - общее число вариантов дискретного (цифрового) сигнала (алфавит). Если за время одной посылки (длительность элементарного аналогового сигнала типа отрезка синусоиды) передается информация о k двоичных разрядах, то n = 2k. Практически расширение алфавита для дискретных сигналов приводит к появлению все менее различимых элементарных посылок, так что величина п ограничивается сверху все тем же отношением сигнал/шум S/N в аналоговом канале.
При учете  ошибок при приеме формула Шеннона  для многопозиционного дискретного  канала, построенного на базе непрерывного канала, имеет следующий вид:
Здесь рош - отношение числа бит, принятых с ошибками, к общему числу переданных бит за время наблюдения, теоретически стремящееся к бесконечности, а практически достаточное для набора статистики.
Согласно  стандарта МККТТ (CCITT, новое название той же организации -ITU-T), для телефонных сообщений должно выполняться условие рош. < 3 • 10~5, а для цифровых данных рош. < 10~6 (в отдельных случаях для критичных данных этот порог уменьшают до 10~9). При выполнении требований стандартов влиянием ошибок при приеме на максимально-допустимую скорость передачи можно полностью пренебречь и от соотношения (3) перейти к более простому соотношению (2). В частном случае бинарного канала (k = 1, n = 2) при Рош= 1/2 из соотношения (3) следует, что V — 0, а при р —> 0 и при р —> 1 V —> 2 • Af. Физический смысл

такой зависимости состоит в том, что  при рош— 1/2 принятый сигнал не содержит полезной информации (каждый из принятых битов может оказаться ошибочным). При рош (гипотетический случай, имеющий чисто теоретический интерес) каждый бит с большой вероятностью инвертируется, и доля полезной информации снова возрастает.
Формулы Шеннона показывают, что наиболее эффективный способ увеличения максимальной скорости передачи Умакс состоит в увеличении полосы пропускания линии передачи Af (VMaKc ~ Af). Логарифмическая зависимость VMaKc от отношения сигнал/шум S/N делает этот путь повышения Умакс гораздо менее перспективным и более трудоемким. Однако на практике редко возможен свободный выбор линии передачи, который с точки зрения реализации максимальной скорости передачи однозначно сводится к использованию оптоволоконной линии связи (ВОЛС). Суровая действительность часто состоит в том, что имеется телефонная линия, по которой и нужно организовать передачу с использованием модемов.
Как уже  говорилось, телефонная линия (точнее, тракт передачи, функционирующий  на этой линии, с учетом фильтров) имеет  фиксированную полосу пропускания  Af = 3400 - 300 = 3100 Гц, поэтому приходится бороться именно за повышение отношения сигнал/шум. Да и то хороший результат сам по себе не гарантирован, так как речь идет о реализации возможностей, близких к теоретическому пределу. Практический предел отношения сигнал/ шум в аналоговой телефонной линии составляет примерно 35 дБ (более 3000 раз по мощности или более 56 раз по амплитуде), что соответствует максимальной скорости VMBKC« 34822 бит/сек (стандартное значение, реализуемое на практике, 33600 бит/сек). Популярные в настоящее время 56К—модемы реализуют заявленную скорость только в одну сторону — от провайдера (из сети) до пользователя и только при 
Пропускная способность  дискретного и непрерывного каналов  связи.
Пропускная  способность непрерывного канала
Пусть сигнал   на выходе канала представляет собой сумму полезного сигнала   и шума  , т.е.  , причем   и   статистически независимы. Допустим, что канал имеет ограниченную полосу пропускания шириной  . Тогда в соответствии с теоремой Котельникова (см. п. 1.5) функции  ,   и   можно представить совокупностями отсчетов  ,  , и  ,  , где  . При этом статистические свойства сигнала   можно описать многомерной ПРВ  , а свойства шума – ПРВ  .
Пропускная  способность непрерывного канала определяется следующим образом:
,
 
где      – количество информации о какой-либо реализации сигнала   длительности T, которое в среднем содержит реализация сигнала   той же длительности  , а максимум ищется по всем возможным распределениям .
Когда сигнал на входе канала имеет нормальное распределение и отсчеты независимы величина   максимизируется [6]. Поэтому пропускная способность гауссовского канала с дискретным временем, рассчитанная на единицу времени, с учетом (4.16) может быть записана в виде
.
(4.17)
Полученное  выражение показывает, что пропускная способность гауссовского канала с дискретным временем определяется числом импульсов, передаваемых в секунду, и отношением сигнал/шум ( ).
С учетом взаимосвязи скорости передачи информации и полосы частот непрерывного канала от (4.17) можно перейти к формуле  Шеннона, которая устанавливает  связь пропускной способности гауссовского канала с полосой пропускания непрерывного канала и отношением мощности сигнала к мощности помехи:
.
(4.18)
График  отношения   изображен на рис. 4.6. Заметим, что при малом отношении 
,
 
а пропускная способность канала связи прямо  пропорциональна этому отношению.

При большом  отношении   в (4.18) можно пренебречь единицей и считать, что
,
 
т.е. зависимость  пропускной способности непрерывного канала от отношения сигнал/шум логарифмическая.
Пропускная  способность канала, как предельное значение скорости безошибочной передачи информации, является одной из основных характеристик любого канала.
Определим пропускную способность стандартного канала тональной частоты, имеющего границы эффективно передаваемых частот   кГц, среднюю мощность сигнала на выходе 56 мкВт при средней мощности помехи 69000 пВт.
Согласно (4.18), при заданных параметрах
 [бит/с].
 
Для непрерывных  каналов справедлива теорема  Шеннона, согласно которой сообщения  дискретного источника могут  быть закодированы и переданы по непрерывному каналу так, что вероятность ошибочного декодирования принятого сигнала   будет меньше наперед заданной положительной величины  , если производительность источника   меньше пропускной способности   непрерывного канала.
Для типовых  непрерывных каналов многоканальной связи основные технические характеристики и пропускная способность, вычисленная  по формуле Шеннона (4.18), при отношении  сигнал/шум 20 дБ, приведены в табл. 4.4.
Зная  пропускную способность канала и  информационные характеристики сообщений (табл. 4.5), можно определить, какие  сообщения (первичные сигналы) можно  передавать по заданному каналу.
Таблица 4.4. Характеристики типовых каналов  многоканальной связи
Наименование канала
Границы передаваемых  частот, Гц
Пропускная способность, бит/с
Тональной частоты 300...3400 20,64•103
Предгрупповой широкополосный 12,3•103...23,4•103 73,91•103
Первичный широкополосный 60,6•103...107,7•103 313,6•103
Вторичный широкополосный 312,3•103...551,4•103 1,59•106
Третичный широкополосный 812,3•103...2043,7•103 8,2•106
Таблица 4.5. Производительность источников сообщений
Вид сообщения Характер сообщения
Параметры АЦП Производительность, бит/с
, Гц
Телеграфные, 50 Бод дискретные 30…50
Телефонные непрерывные 8•103 8 64•103
Звукового вещания: первого класса
непрерывные 24•103   240•103
высшего класса непрерывные 32•103 13 416•103
Факсимильные, 120 строк/с: полутоновые
непрерывные 2,93•103 4 11,72•103
штриховые дискретные 2,93•103
Передача  данных, 2400 Бод дискретные 2,4•103
Телевизионные непрерывные 13•106 16 208•106
Например, первичный сигнал телевизионного вещания  имеет   (табл. 4.5) и поэтому не может быть передан ни по одному из типовых непрерывных или цифровых каналов без потери качества. Следовательно, для передачи сигнала телевизионного вещания требуется создание специальных каналов с более высокой пропускной способностью или снижение скорости цифрового потока.
Пропускная  способность дискретного  канала
4.2.1. Количество информации  переданной по  дискретному каналу
Основной  задачей систем связи является передача информации от источника к получателю. Решение этой задачи сопряжено с  определенными трудностями, связанными не только с представлением информации в виде сообщения, пригодного для  восприятия и обработки, но и с  преобразованием данного сообщения  в сигнал, пригодный для передачи по линии связи. Представим графически процесс передачи информации по каналу связи (рис.4.2) и учтем при этом возможное влияние помех.

Пусть дискретный канал определяется:
       – алфавитом источника сообщений;

        – алфавитом получателя сообщений;

        – «потерями» информации;

        – ложной информацией, создаваемой  помехами;

 – количеством информации, переданной по каналу.

Условная  энтропия характеризует среднюю  степень неопределенности принимаемых  сигналов, обусловленную действием  помех.

При сопряжении входа канала с любым источником двоичной информации на вход могут  поступать двоичные символы   и   с вероятностями   и   соответственно (рис.4.3). На выходе канала появляются двоичные символы   и  . Обозначим вероятность ошибки при передаче любого символа через  . Тогда,  , а  . В общем случае, для  -ичного дискретного канала [5]:
.
 
Тогда «шумовая» энтропия будет определяться выражением [5]:
(4.6)
Из полученного  выражения следует, что энтропия определяемая только помехой не зависит от вероятности   появления символов на входе канала.
Если  символы на входе канала выбираются независимо от предыдущих символов с  одинаковыми вероятностями, то энтропия выходных символов достигает своего максимального значения, равного:  .
Таким образом, количество информации, переданной по каналу, это разность между энтропией на выходе и энтропией шума:
.
(4.7)
Количество  информации, переданной по каналу связи, обладает следующими основными свойствами:
, причем 
 тогда и только тогда, когда входные и выходные сообщения в канале взаимно независимы;

, причем 
 тогда и только тогда, когда входная последовательность определяется однозначно по выходной последовательности, например, когда в канале нет помех;

 следует из того, что количество информации не изменится, если входную и выходную последовательность поменять местами.
 
 

Модели процесса передачи: Измерение информации. 
 

Модель  процесса передачи

Взаимодействие  между территориально удаленными объектами  осуществляется за счет обмена данными. Доставка данных производится по заданному  адресу с использованием сетей передачи. Важнейшим звеном цепи является канал  передачи данных.
Рассмотрим  канал передачи данных как совокупность средств и понятий.
Физической  средой передачи данных является реальный канал связи КС. В нем элементы данных передаются в виде физических сигналов. Этот канал называется непрерывным. Сигналы в нем - непрерывные функции  времени. Согласование сигнала и  канала связи осуществляется по пропускной способности непрерывного канала и  по скорости передачи сигнала.
Для согласования сигнала с каналом в структуре  канала передачи данных имеются устройства преобразования. Например, для телефонных каналов - модемы. Модем - это совокупность модулятора и демодулятора. С помощью  модулятора сигнал воздействует на параметр переносчика сигналов. При этом воздействии  спектр сигнала смещается в область  частот с наименьшим затуханием в  выбранном непрерывном канале связи. Обратно от модулированного сигнала  к модулирующему переходят с помощью демодулятора. Модулятор, непрерывный канал и демодулятор образуют дискретный канал. На входе и выходе этого канала существуют дискретные элементы кода. Должны быть согласованы скорость передачи этих элементов кода с пропускной способностью КС.
Для обеспечения  помехоустойчивости в структуру  канала передачи данных вводится устройство защиты от ошибок УЗО. Оно производит устойчивое кодирование - декодирование  сигнала.
Источники ИС и потребители ПС сообщений  согласуются с каналом передачи данных устройствами сопряжений УС. На приемной и передающей стороне имеется  оконечное оборудование данных ООД. Стык между ООД и аппаратурой  передачи, реализующей дискретный канал, унифицируется международными стандартами.  
 
 
 
 

Измерение информации, различные подходы к  измерению информации
Важным  вопросом является измерение количества информации. Как понять, сколько  информации мы получили в том или ином сообщении?
Разные  люди, получившие одно и то же сообщение, по-разному оценивают его информационную ёмкость, то есть количество информации, содержащееся в нем. Это происходит оттого, что  знания людей о событиях, явлениях, о которых идет речь в сообщении, до получения сообщения были различными. Поэтому те, кто зна  л об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, могут сказать, что информации не получили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообщение для получателя.
В таком  случае, количество информации в одном  и том же сообщении должно определяться отдельно для каждого получателя, то есть иметь субъективный характер. При этом нельзя объективно оценить  количество информации, содержащейся даже в простом сообщении. Поэтому, когда информация рассматривается  как новизна сообщения для  получателя (бытовой подход), не ставится вопрос об измерении количества информации.
Чаще  всего применяются два подхода  к измерению информации:
алфавитный (т.е. количество информации зависит от последовательности знаков);
содержательный или вероятностный (т.е. количество информации зависит от ее содержания).
Алфавитный (объемный) подход
Алфавитный (объемный) подход применяется в  технике, где информацией считается  любая хранящаяся, обрабатываемая или  передаваемая последовательность знаков, сигналов.
Этот  подход основан на подсчете числа символов в сообщении, то есть связан только с длиной сообщения и не учитывает его содержания. Но длина сообщения зависит не только от содержащейся в нем информации. На нее влияет мощность алфавита используемого языка. 
Определение 1. Множество используемых в тексте символов называетсяалфавитом. 
Определение 2.  Полное количество символов алфавита  называетсямощностью  
алфавита. 

Чем меньше знаков в используемом алфавите, тем  длиннее сообщение. Так, например, в  алфавите азбуки Морзе всего три  знака (точка, тире, пауза), поэтому для  кодирования каждой русской или  латинской буквы нужно использовать несколько знаков, и текст, закодированный по Морзе, будет намного длиннее, чем при обычной записи.
В вычислительной технике наименьшей единицей измерения  информации является 1 бит (binary digit). Один бит соответствует одному знаку двоичного алфавита, т.е. 0 или 1.
Таким образом, 1бит = 0 или 1.
Единицы измерения информации
Для удобства помимо бита применяются более крупные  единицы измерения информации.
1байт = 8 бит
Байт - это восьмиразрядный двоичный код, с помощью которого можно представить  один символ. При вводе в ЭВМ  символа с клавиатуры машине передается 1 байт информации.
1Кб (килобайт) = 1024 байт
1Мб (мегабайт) = 1024 Кб
1Гб (гигабайт) = 1024 Мб
1Тб(терабайт)=1024 Гб.
Для того чтобы подсчитать количество информации в сообщении необходимо умножить количество информации, которое несет 1 символ, на количество символов. 
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.