Garbage / Информатика / 2.2.3 - Пропускная способность канала

Пропускная способность канала.

Полосой пропускания (пропускной способностью) оценивается количество информации, которое может быть передано по каналу. Ширина полосы пропускания измеряется в битах в секунду (бит/с) - для цифровых сигналов или в герцах (Гц) - для аналоговых сигналов, например, звуковых волн. Ширина полосы пропускания для аналоговой системы равна разности вычитания наинизшей передаваемой частоты из наивысшей. Например, ширина полосы пропускания, необходимой для передачи человеческого голоса, составляет, примерно, 2700 Гц

(3000 — 300) Гц.

Если рассмотреть теорему отсчетов в свете теории информации Шеннона, то каждые ts = 1/2fm секунд нужно передавать сообщение, а именно амплитудное значение. Квантование сводит дело к выбору из некоторого конечного числа n амплитудных значений, которые появляются с определенными вероятностями pi.

Таким образом, H = ∑ pi log2 (1/ pi) - это количество информации на один

такт. Поток информации, т.е. информация, передаваемая в единицу времени, составляет

При уменьшении шага квантования увеличивается поток информации. Однако если на передаваемую функцию накладываются шумы, искажающие амплитудные значения, будет достигаться большая точность воспроизведения не только полезного сигнала, но и шумов, что накладывает ограничения на поток информации.

В случае, когда в спектре шума все частоты имеют одинаковую интенсивность, а амплитуды подчиняются нормальному гауссову распределению (“белый гауссов шум”)

Отсюда получаем максимальный поток информации по передающему каналу,

или пропускную способность канала:

Таким образом, как это хорошо известно из техники связи, пропускная способность канала может быть увеличена только за счёт увеличения ширины полосы пропускания f m и улучшения отношения мощности сигнала к мощности

шумов.

Таблица 7.2. Технические, характеристики каналов связи

Втабл. 7.2 приведены критическая частота, отношение мощности сигнала к мощности шумов и максимальный поток информации (пропускная способность) для некоторых технических примеров каналов.

Втех же по порядку пределах, что и в графах с) и d) этой таблицы, лежит

определяемый физиологическими экспериментами максимальный поток информации через человеческое ухо (~5•104 [бит/с]) и глаза (~5•106 [бит/с]). В противоположность этому поток информации, обрабатываемой в человеческом мозге, существенно ниже. Он устанавливается с помощью различных психологических экспериментов, например по той максимальной скорости, с которой можно осмысленно читать текст (15 - 40 букв в секунду, что соответствует примерно 20 - 50 [бит/с]) или осмысленно разговаривать (не более

50 [бит/с]).

Таким образом, телеграфный канал приспособлен к возможностям человеческого мозга обрабатывать информацию. Физиологические каналы (зрение и слух) допускают высокую избыточность информации, поступающей в мозг.