РГРТУ

КУРСОВАЯ РАБОТА

936-230201

Васильева А. О.

2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизированных систем управления

УТВЕРЖДЕН

КР – 02069154-936-03-11

Сравнение реального информационного канала с идеальным каналом по Шеннону

Пояснительная записка

КР – 02069154-936-03-11

Листов 16

2011

Аннотация.

В данной работе по курсу «Теория информационных процессов и систем» проводится сравнительный анализ реального канала с частотной модуляцией (ЧМ) и идеального канала по Шеннону. В соответствии с заданным вариантом приведены расчеты характеристик реального и идеального информационных каналов, построены графики зависимостей, а также приведены краткие теоретические сведения.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………3

2. Информационные процессы и каналы………………………………………...4

3. Анализ идеального канала по Шеннону………………………………………7

4. Анализ реального канала с частотной модуляцией (ЧМ)……………………10

5. Сравнительный анализ идеального канала по Шеннону и реального (ЧМ)...13

6. Заключение………………………………………………………………………15

Список использованных источников……………………………………………...16

1. Введение

Информационные системы используются в различных предметных областях, привнося в них свои закономерности и ограничения и, вместе с тем, новые возможности организации бизнеса, которые были бы немыслимы без них. В этом плане бесценны такие свойства информации, как доступность, своевременность получения, коммерческая ценность, надежность.

Вообще невозможно однозначно определить, что такое информация. Например, определение информации как совокупность сведений, определяющая меру знаний о тех или иных событиях, характерно для естественных наук, но не применимо для наук гуманитарных и социальных. Такие науки рассматривают семантическую (смысловую) информацию, которая содержится, например, в литературных произведениях или картинах.

В итоге был разработан объединяющий подход к тому, что такое информация. Информация едина, но количественные оценки различны. Количество информации – строгая оценка, относительно нее можно развить строгую теорию. Однако существует еще такая мера информации, как ценность. Очень сложно вычислить ценность как научного изобретения, так и художественного шедевра.

Однако информацию необходимо еще и передавать от одного пользователя к другому. В информационных системах широко используются оптоволоконные, проводные электрические (коаксиальный кабель, витая пара), а также беспроводные радиоканалы связи. Коаксиальные кабели, являющиеся основой сетей магистральной связи, пропускают в настоящее время диапазон частот до сотни мегагерц. На воздушных проводных линиях используют частоты не выше 150 кГц, так как на более высоких частотах в этих линиях сильно сказывается мешающее действие аддитивных помех и резко возрастает затухание в линии. При передаче сигналов по радиоканалам применяют частоты от 3*10³ до 3*10¹² Гц. Благодаря созданию и широкому внедрению оптических квантовых генераторов (лазеров) освоен оптический диапазон. В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) используются частоты порядка 10¹⁴ Гц (длины волн 1.55 ÷0.85 мкм).

Для современного этапа развития техники передачи информации характерна тенденция к переходу на все более высокие частоты. Это вызвано рядом причин, в частности, необходимостью повышать скорость передачи сообщений (увеличивать быстродействие систем), возможностью получить остронаправленное излучение при небольших размерах излучателей, меньшей интенсивностью атмосферных и многих видов промышленных помех в более высокочастотных диапазонах, возможностью применения помехоустойчивых широкополосных систем модуляции.

2. Информационные процессы, каналы и системы.

Объектом передачи в любой системе передачи информации является сообщение, несущее какую-либо информацию. Сообщение о некотором событии содержит тем больше информации, тем больше изменяется вероятность этого события после приема сообщения о нем, по сравнению с вероятностью того же события до того, как было принято соответствующее сообщение. В общем случае мерой количества информации в сообщениях должна служить величина, измеряющая изменение вероятности события под действием сообщения. Под информационными процессами понимают процессы хранения, обработки и передачи информации. Системы, реализующие или поддерживающие информационные процессы, называют информационными системами.

Функциональная схема системы передачи информации представлена на рис. 1

Рис.1 Функциональная схема системы передачи информации

Источником информации является отправитель сообщения, а потребителем – ее получатель. В одних системах передачи информации источником и потребителем информации может быть человек, а в других – различного рода автоматические устройства, ЭВМ и т. д.

Поступающее от источника сообщение U(t) в передатчике обрабатывается определенным образом, формируется сигнал S(t), удобный для передачи по линии связи.

Линией связи называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. При передаче сигнал может искажаться, на него воздействуют помехи W(t). Приемник обрабатывает принятый сигнал X(t), искаженный помехой, и восстанавливает по нему переданное сообщение U(T). Обычно в приемнике выполняются операции, обратные тем, которые были осуществлены в передатчике

Канал связи можно представить как последовательное соединение устройств, технических средств, служащих для передачи сообщения от источника к потребителю.В зависимости от назначения информационной системы каналы делят на телеграфные, фототелеграфные, телефонные, звукового вещания, передачи данных, телевизионные, телеметрические, смешанные и другие. В зависимости от характера физической среды, в которой распространяются сигналы, выделяют: радиоканалы и каналы проводной связи. Канал связи вместе с источником и потребителем и образуют систему передачи и обработки информации. Канал связи можно охарактеризовать тремя параметрами: временем, в течение которого ведется передача, динамическим диапазоном и полосой пропускания канала.

Выделим несколько общих свойств различных каналов:

• Большинство каналов можно считать линейными. В таких каналах выходной сигнал представляет собой суперпозицию входных сигналов

• На выходе сигнала, даже при отсутствии полезного сигнала, всегда имеются помехи

• Сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку по времени и затухание по уровню

• В реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала, обусловленные несовершенством канала.

Итак, сигнал на выходе

X(t) = µ*S(t-τ) + W(t), (2.1)

гдеS(t) – сигнал на входе канала, W(t) – помеха, µ и τ – величины, характеризующие затухание и время задержки сигнала.

Информационно – измерительные системы (ИИС) широко используются при исследованиях, необходимых на этапе разработки новых видов техники. В процессе исследования и испытания измеряются необходимые параметры. В машиностроении – механические нагрузки на отдельных узлах, температура, амплитуда, частота вибрации. Обычно имеют аналоговый непрерывный вид. Структурная схема ИИС представлена на рис. 2

Датчиком служит тензорезистор. С помощью измерительной аппаратуры все сигналы датчиков приводятся к единому виду и диапазону измерения. В измерительной аппаратуре сигналы нормируются в виде напряжения, измеряющегося в диапазоне 0÷6 В, -3÷3 В, -5÷5 В. В измерительной аппаратуре для удобства осуществляется уплотнение всех сигналов в цифровой форме. Во всякой ИИС для сопряжения необходим интерфейс. В ИИС метрологические характеристики определяются в основном датчиками, погрешность в итоге примерно 1 %. Наряду с ИИС выпускаются ИВС, в состав которых не входят датчики, погрешность преобразования в итоге приблизительно 0.001%.

Рис. 2 Структурная схема ИИС

Информационно – управляющие системы (ИУС) широко используются в промышленности, управляющей сфере, для управления технологическими процессами в производстве нефти. ИУС получили широкое применение в автомобилях для управления режимом работы двигателя в зависимости от скорости, нагрузки, состояния двигателя. Структурная схема ИУС представлена на рис. 3

ИУС включает в себя ИИС и аппаратуру управления режимом воздействия на объект через исполнительные устройства – нагревательные и охлаждающие устройства, гидроцилиндры для механических воздействий на объект.

Рис. 3 Структурная схема ИУС