Непрерывные каналы связи. Модели

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники

Реферат

по дисциплине «Теория информации и кодирование» На тему №14

«Непрерывные каналы связи. Модели»

Выполнил:

студент группы

Руководитель:

Дата 09 11. 2020 г

Москва 2020

Введение

Канал связи — совокупность устройств и физических сред, обеспечивающих на определенном временном интервале передачу сообщений от одного объекта к другому. Каналы связи в зависимости от характера сигналов, передаваемых по ним подразделяют на дискретные и аналоговые, Примером дискретного канала является компьютерная сеть; аналогового - телефонная линия и радиоканал.

Сигнал - материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигнал может генерироваться, но его прием не обязателен, в отличие от сообщения, которое должно быть принято принимающей стороной. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением.

Канал связи транспортирует сигнал между отправителем и получателем, который в свою очередь может быть информативным и содержать сообщение. Достоверность передачи информации обеспечивают кодер и декодер, а возможность передачи - передатчик и приемник, которые могут выполнять функцию преобразования первичного сигнала во вторичный. Вторичный сигнал имеют такую физическую природу что их можно передавать в заданном материальном носителе.

Линия связи - это совокупность средств связи и канала связи, посредством которых осуществляют передачу информации от источника к приемнику.

Эффективность канала характеризуется скоростью и достоверностью передачи информации, надежностью работы устройств и задержкой сигнала во времени.

Задержка сигнала во времени — это интервал времени от отправки сигнала передатчиком до его приема приемником. Математически канал задается множеством допустимых сообщений на входе, множеством допустимых сообщений на выходе и набором условных вероятностей P(y/x) получения сигнала y на выходе при входном сигнале x. Условные вероятности описывают статистические свойства “шумов” (или помех), искажающих сигнал в процессе передачи. В случае, когда P(y/x) = 1 при y = x и P(y/x) = 0 при y ≠ x, канал называется каналом без “шумов”. В соответствии со структурой входных и выходных сигналов выделяют дискретные и непрерывные каналы. В дискретных каналах сигналы на входе и выходе представляют собой последовательность символов одного или двух (по одному для входа и выхода) алфавитов. В непрерывных каналах входной и выходной сигналы представляют собой функции от непрерывного параметра-времени. Бывают также смешанные или гибридные каналы, но тогда обычно рассматривают их дискретные и непрерывные компоненты раздельно. Далее рассматриваются только дискретные каналы.

Способность канала передавать информацию характеризуется числом — пропускной способностью или емкостью канала (обозначение — C).

Введем несколько определений, позволяющих классифицировать каналы связи.

1. Канал связи называют дискретным по входу (выходу), если множество входных (выходных) сигналов является счетным.

2. Канал связи называют непрерывным по входу (выходу), если множество входных (выходных) сигналов является несчетным.

3. Канал связи называют дискретным по входу и непрерывным по выходу, если множество входных сигналов конечно, а множество выходных несчетно. Такие каналы связи называют полунепрерывными.

4. Канал связи носит название канала связи с дискретным временем, если сигналы на его входе и выходе представляют собой конечные или бесконечные элементы некоторых ансамблей.

4а. Дискретный по входу и выходу канал связи с дискретным временем называют дискретным каналом связи.

5. Канал связи называют каналом связи с непрерывным временем, если сигналы на его входе и выходе являются непрерывными функциями времени.

5а. Непрерывный по входу и выходу канал связи с непрерывным временем называют непрерывным каналом связи.

Непрерывные каналы связи

Непрерывным называют канал связи, обеспечивает передачу непрерывных (аналоговых) сигналов.

Схема непрерывного канала представлена на рисунке 4.2. Непрерывные сигналы, поступающие в канал связи из передатчика (ПрдС) описывают некоторой непрерывной функцией времени Z(1). Ограничения на значения этой функции задаются величиной средней

Рис 4.2. Схема непрерывного канала

мощности передаваемых сигналов Pz. Другой характеристикой непрерывного канала, как и канала дискретного, является полоса пропускания - интервал частот сигналов, которые можно распространить в данном канале

. Если по своему физическому смыслу Z является напряжением или силой электрического тока, то при неизменном сопротивлении канала связи Pz- <Z2>, т. е. мощность сигнала определяет его амплитуду и средний квадрат значения параметра сигнала.

Сигналы на выходе канала Z'(1), поступающие в приемник (ПрмС), также являются аналоговыми и формируются в результате сложения сигналов на входе канала и помех, которые можно описать некоторой непрерывной функцией времени ξ (1); в результате:

Явный вид функции помех заранее неизвестен. Поэтому для количественного описания прохождения сигналов по непрерывному каналу принимают ту или иную модель помех и модель канала. Наиболее распространенной является модель гауссовского канала: здесь принимают, что помехи, будучи непрерывными случайными величинами, подчиняются нормальному статистическому распределению с математическим ожиданием равным нулю и дисперсией, имеющей смысл средней мощности помех в канале с единичным сопротивлением.

Если при этом выполняют условие, что в пределах полосы пропускания средняя мощность помех оказывается одинаковой на всех частотах, а вне этой полосы она равна нулю, то такие помехи называют белым шумом. Не вдаваясь в математическую сторону вывода, укажем, что, основываясь на аппарате, описывающем непрерывные случайные величины, можно получить выражение для информации, связанной с отдельным аналоговым сигналом, а на его основе вывести формулудля пропускной способности непрерывного канала. В частности, для принятой модели гауссовского канала с белым шумом получают выражение, которое также называют формулой Шеннона:

где - средняя мощность сигнала;

- средняя мощность помех;

- наибольшая частота в полосе пропускания,

Замечания:

1. При фиксированной утах пропускную способность определяют только отношением мощностей сигнала и помех. Ограничение пропускной способности непрерывного канала связано с тем, что любые используемые для связи сигналы имеют конечную мощность.

2. С = 0 только при Р- 0. Т. е. непрерывный канал связи обеспечивает передачу информации даже в том случае, если уровень шумов превышает уровень сигнала - это используют для скрытой (неперехва- тываемой) передачи.

3. Повысить пропускную способность непрерывного канала можно за счет расширения полосы пропускания.

В реальных каналах действие помех на входные сигналы может быть гораздо сложнее и, соответственно, гораздо хуже поддаваться математическому описанию.

Заключение

В заключении хочется сказать, что основным направление описания моделей непрерывных каналов связи является совершенствование описания предсказаний шумов, создание более устойчивых алгоритмов модулярования.

В современном мире непрерывные каналы связи уступают место дискретным как более устойчивы к помехам и каналам с высокой скоростью передачи данных. Но остаются все также средствами передачи дискретным сообщений.

Литература

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D0%B8

2. Теории информации: Курс лекций / Белов В.М., Новиков С.Н., Солонская О.И. - Горячая линия-Телеком, 2018. - 143 с