Канал передачи данных
Канал есть среда передачи данных плюс аппаратура передачи данных.
Среда передачи данных есть медный кабель, оптоволокно, витая пара, атмосфера, водная среда.
Аппаратура передачи данных есть модем, сетевая карточка, маршрутизатор.
Канал передачи данных обладает определенными физическими параметрами, от которых зависит возможность передачи тех или иных сигналов.
Сигналы несут в себе дискретные сообщения, состоящие из букв алфавита, источников сообщений, которые преобразуются в кодирующем устройстве в последовательность символов.
Характеристики канала:
1) пропускная способность;
2) ширина полосы пропускания;
3) наличие помех;
4) допустимое превышение сигнала над помехой.
Канал задается моделью, в которой учитывается входной алфавит (Х – множество символов, Y – на выходе) и вероятности отдельных символов
P=P(х,у)
М=(X,P,Y)
Такая модель отображается в виде матрицы, которая называется канальной матрицей, в которой записываются вероятности P(x,y).
Значения вероятности в реальных каналах (в них всегда есть шумы) зависят от многих различных факторов:
1) свойства самих каналов;
2) характер интенсивностей воздействия точек;
3) способ получения сигналов на конце приемника.
При наличии зависимостей переходных вероятностей канала от времени, что характерно для всех практических задач, такие каналы называются нестационарными.
Если эта зависимость у от х несущественна, то канал называется стационарным, для этих каналов переходные вероятности не зависят от времени.
Канал называется с памятью (с последействием), если переходные вероятности в данном состоянии зависят от его предыдущих состояний, если переходные вероятности постоянные, то канал имеет одно состояние и называется канал без памяти.
Под Q-ичным каналом подразумевается канал, у которого на входе и выходе q.
Стационарный дискретный канал без памяти однозначно определяется четырьмя вероятностями и имеет следующий вид:
Если Р(0/1)=Р(1/0), то канал называется двоично-симметричным, если нет – несимметричным.
Наиболее часто используется модель двоичного канала.
Для этой модели характерно то, что алфавит выходных данных символов отличается от алфавита входных. На выходе канала фиксируются состояния, при которых 1 и 0 не могут быть отнесены при распознавании.
Такому сигналу приписывается символ стирании S.
Пропускная способность
До Шеннона сокращение частоты появления ошибок до нуля означало снижении скорости передачи так же до нуля за счет повторения сообщения в необходимом количестве. В результате само сообщение передавалось долго.
Шеннон предложил следующее: каждому каналу связи соответствует пропускная способность (максимально возможная скорость передачи информации), которая определяет возможную надежную связь.
В канал с шумами всегда присутствует потеря информации, которая определяет собой разность между энтропией источника и условной энтропией и которая выражается бит/символ.
Умея определять потерю информации в канале, приходящуюся на 1 элементарный символ, переданный источником информации, можно определить пропускную способность канала с помехами как максимальное количество информации, которое способен передать канал в единицу времени.
Предполагаем, что канал может передавать в единицу времени k элементарных символов.
Если бы помехи отсутствовали, то пропускная способность была бы равна:
Так как максимальное количество информации, которое может содержать 1 символ, определяется как log2n, а максимальное количество информации, которое может содержать? будет определяться как k*log2n и оно достигается, когда символы взаимозависимы друг от друга, т.е. равновероятны.