Каналы связи

 

 

Дисперсия для симметричного равномерного распределения

 

 

При этом, для равномерно-распределенного процесса .

Дифференциальная  энтропия сигнала с равномерным  распределением

         .

 

Разность  дифференциальных энтропий нормального  и равномерно распределенного процесса не зависит от величины дисперсии

 

= 0,3 бит/отсч.

 

Таким образом, пропускная способность и емкость  канала связи для процесса с нормальным распределением выше, чем для равномерного.

Определим емкость (объем) канала связи

 

V_k = T_kC_k = 10×60×2322 = 1,3932 Мбит.

 

Определим количество информации, которое может  быть передано за 10 минут работы канала

10×60×2322=1,3932 Мбит.

         Задачи

 

1. В канал  связи передаются сообщения, составленные  из алфавита x_1, x₂ и x₃ с вероятностями p(x₁)=0,2; p(x₂₎=0,3 и p(x₃)=0,5.

Канальная матрица имеет вид:

 

 при этом .

 

Вычислить:

1. Энтропию источника информации H(X) и приемника H(Y).

2. Общую и условную энтропию H (Y/X).

3. Потери  информации в канале при передаче к символов (к = 100).

4. Количество принятой информации при передаче к символов.

5. Скорость  передачи информации, если время  передачи одного символа t = 0,01 мс.

2. По  каналу связи передаются символы  алфавита x₁, x₂, x₃ и x₄ с вероятностями . Определить количество информации принятой при передаче 300 символов, если влияние помех описывается канальной матрицей:

 

.

 

3. Определить  потери информации в канале  связи при передаче равновероятных символов алфавита, если канальная матрица имеет вид

          .

 

Определить  скорость передачи информации, если время  передачи одного символа t = 0,001 сек.

4. Определить потери информации при передаче 1000 символов алфавита источника x₁, x₂ и x₃ с вероятностями p =0,2; p =0,1 и p( )=0,7, если влияние помех в канале описывается канальной матрицей:

 

.

 

5. Определить  количество принятой информации  при передаче 600 символов, если вероятности появления символов на выходе источника X равны: а влияние помех при передаче описывается канальной матрицей:

 

.

 

6. В канал  связи передаются сообщения, состоящие  из символов алфавита  , при этом вероятности появления символов алфавита равны:

Канал связи  описан следующей канальной матрицей:

         .

 

Определить  скорость передачи информации, если время передачи одного символа мс.

7. По каналу связи передаются сигналы x₁, x₂ и x₃ с вероятностями p =0,2; p =0,1 и p( )=0,7. Влияние помех в канале описывается канальной матрицей:

 

.

Определить  общую условную энтропию и долю потерь информации, которая приходится на сигнал x₁ (частную условную энтропию).

8. По  каналу связи передаются символы  алфавита x₁, x₂, x₃ и x₄ с вероятностями .

Помехи  в канале заданы канальной матрицей

 

.

 

Определить  пропускную способность канала связи, если время передачи одного символа t = 0,01 сек.

Определить  количество принятой информации при  передаче 500 символов, если вероятности появления символов на входе приемника Y равны: , а влияние помех при передаче описывается канальной матрицей:

    .

 

Физическая природа передаваемого  сигнала в канале связи: 

Оптические  проводные – световоды (оптоволоконный канал  используют в стационарных системах с большим объемом передаваемой информации и повышенными требованиями к скорости передачи, защищенности от возможного подслушивания электромагнитных помех. Нашли применение при организации как глобальных, так и локальных вычислительных сетей). Главным элементом оптоволоконного кабеля является волоконный световод — высококачественное стеклянное (пластиковое) волокно диаметром несколько микрон, окруженное твердым заполнителем и сверху защищенное специальной оболочкой. Обладает не только высокой скоростью передачи информации (может достигать 1000 Мбит/с), но и высокими техническими характеристиками. Это очень дорогой способ передачи информации и применяется для прокладки весьма ответственных (магистральных) каналов связи. Например, при помощи такого кабеля соединяются все столицы большинства стран мира, крупные города (Москва—Санкт-Петербург).

Оптические  беспроводные – они используют луч  лазер для передачи сигнала между приемопередающими устройствами. Однако, в отличие от волоконной оптики, сигнал передается через открытую воздушную среду, а не по оптическому волокну. Для приема и передачи цифрового сигнала между беспроводными оптическими устройствами необходимо наличие прямой видимости. Другими словами, между ними не должно быть никаких помех (таких, например, как деревья). Беспроводные оптические системы используются для создания высокоскоростных и безопасных каналов связи, которые можно развернуть в течение очень малого промежутка времени.

Системы беспроводной оптической связи уже  установлены в различных компаниях, включая больницы, банки, операторы  связи, муниципальные службы и военные ведомства во многих странах мира, предлагая беспроводные решения различного уровня сложности. В корпоративных сетях эти системы могут быть использованы для организации высокоскоростных каналов связи между офисами, что позволяет избежать затрат на аренду выделенных линий. Беспроводные оптические каналы связи предлагают серьезную альтернативу волоконной оптике в случаях, когда необходимо обеспечить работу высокоскоростных приложений (таких как видеоконференции), а стоимость прокладки кабеля слишком высока. Другим популярным приложением беспроводных оптических систем является организация временных каналов связи во время выставок, конференций, спортивных мероприятий или для быстрого восстановления связи при аварии волоконно-оптической линии.   

 Электрические  проводные - электрические провода  (телефонные), кабели (витая пара (группы скрученных проводов) – высокочастотные, радиочастотные).    

 Кабели  витой пары применяют в локальных  вычислительных сетях. Радиочастотные  кабели применяют телевизионных  сетях, кабельном телевидении, в межблочных соединениях радиотехнических систем.   

 Электрические  беспроводные – радиоканалы (КВ  УКВ ВЧ СВЧ)

 

3. Форма представления передаваемой  информации в канале связи

 

Аналоговые - представляют информацию в непрерывной  форме в виде непрерывного сигнала  какой-либо физической природы.

Аналоговый сигнал

Графический вид аналогового сигнала (колебания) изображен на Рис.1. Он из себя представляет непрерывно меняющуюся амплитуду по оси времени. Если характер изменения амплитуды через некоторое время повторяется, говорят о периоде повторения, который обозначается как  Т. Длительная во времени последовательность повторяющихся периодов колебания формируют сигнал определенной частоты – f, имеющей размерность герц (Гц). Частота сигнала связана с периодом повторения следующей зависимостью f = 1/T .    

 Колебания  радиоволн мобильного телефона  составляют 800 мггц (800 000 000 кол/сек).

Рис.1.Аналоговый сигнал       

 Рис.1. дает нам временное представление  сигнала. Для анализа сигналов более полное представление дает частотное представление, которое принято называть спектром сигналов.       

 На  Рис.2. представлен спектр сигналов  для двух сигналов – один  сигнал частотой 800 мгц и амплитудой 20 вольт, второй -  частотой 18000 гц и амплитудой 10 вольт. Такой спектр (в виде одной палочки по оси частот) имеют колебания одной частоты с одинаковой амплитудой от периода к периоду.

Рис.2. Спектр двух сигналов   

 Сигнал, формируемый мобильным  телефоном, имеет переменную амплитуду и меняется по частоте. У такого сигнала спектр будет иметь сложную структуру (Рис.3.). и будет состоять из множества частот, группирующихся в районе частоты 800 мгц. Набор этих частот принято называть спектром, а разница между наивысшей частотой в спектре и наинизшей называется ширина спектра и обозначается как   .

Характеристики  аналогового сигнала: – значение амплитуды (А), значение  частоты (f), ширина спектра , время существования колебаний (t).

Рис. 3.

Цифровые  сигналы - представляют информацию в  цифровой (прерывной — дискретной, импульсной) форме сигналов какой-либо физической природы.

Цифровой сигнал    

 Цифровой сигнал – это набор импульсных сигналов формирующих цифровой код, в котором закодировано текущее значение амплитуды аналогового сигнала. Цифровой код – это двоичный код двоичной системы представления сигналов во времени.    

 Кодовая  группа состоит из 4-х импульсов  (4 разряда) с  амплитудами двух значений – большая и маленькая амплитуды. Большая амплитуда идентифицируется как единица ( 1 ), маленькая амплитуда идентифицируется как ноль ( 0 )  (Рис.4).

Рис.4. Цифровой звук

Из Рис.4. видно 3-я кодовая группа имеет  код 1001 , девятая  - 1100.

Время существования канала связи

Коммутируемые — временные, создаются только на время передачи информации. По окончании передачи информации они разъединяются.

Некоммутируемые — создаются на длительное время  с определенными постоянными  характеристиками. Их еще называют выделенными.

Скорость передачи информации канала связи

Среднескоростные (от 2400—9600 бит/с) используются в телефонных (аналоговых) каналах связи, на новых  станциях 14—56 кбит/с. Для передачи информации по среднескоростным каналам используются проводные линии связи (группы параллельных или скрученных проводов витая пара). Скорость передачи дисконтной информации по каналу связи измеряется в бодах. Бод — это скорость, при которой передается 1 бит в секунду (1 бит/с).

Высокоскоростные (свыше 56 кбит/с) называют широкополосными. Для передачи информации используются специальные кабели: экранированные и неэкранированные, оптоволоконные, радиоканалы.       

 Любое  преобразование и передача данных  по каналам связи осуществляются в соответствии с принятыми протоколами передачи информации в специальных устройствах преобразования сигнала (модем, точка доступа, устройства сопряжения сигналов).        

 Протокол передачи данных  — это совокупность правил, которые определяют формат данных и процедуры передачи их по каналу связи, в которых, как правило, указываются способ модуляции, соединение с каналом, представление данных и т.д. Все это делается для повышения достоверности передаваемых данных.       

 Все  модемы имеют определенные стандарты  передачи данных, которые устанавливаются Международным институтом телекоммуникаций (ITU — International Telecommunication Union). Обычно стандарт включает несколько протоколов передачи данных. Одним из наиболее эффективных стандартов является стандарт V.34. Он выполняет тестирование канала связи, определяя при этом наиболее эффективный режим работы модема.       

 В  случае передачи большого потока  информации, когда она представлена в виде файла, для ее передачи необходимо использовать специальные протоколы, которые осуществляют процедуры разбиения информации на блоки, автоматическое обнаружение и исправление ошибок, повторную пересылку неверно принятых блоков информации, восстановление передачи после обрыва и т. п.

4. Модемная передача данных (по  телефонной сети, оптоволокну, радиоканалу)

 

По своей  конструкции модемы бывают внутренние и внешние.       

 Внутренний модем — это специальная плата, встраиваемая в аппаратуру, например в системную плату компьютера, имеющая специальный разъем для подключения к телефонной линии связи.        

 Внешний модем (автономный) — это специальный прибор (небольшая коробка), имеющий блок питания, разъемы для подключения к аппаратуре (к компьютеру и телефонной линии связи), панель с индикаторами, которые показывают различные режимы работы модема, может быть регулятор громкости звука.       

 Модемы  могут осуществлять как контактный  интерфейс с каналом связи,  так и бесконтактный (аудио), могут  предназначаться для различных  каналов связи и систем, различаться скоростью передачи данных.       

 Кроме  передачи данных модемы могут  выполнять и ряд других полезных функций, как, например, автоматическое определение номера входящего звонка (АОН), функции автоответчика, электронный секретарь, прием и передача факсимильных сообщений и т.д.       

 Рынок  услуг передачи данных в России  постоянно развивается. В настоящий момент на российском рынке присутствуют следующие крупнейшие компании, расположенные в порядке убывания занимаемой доли рынка:

Relcom — это национальная сеть, она является частью европейской сети  EUnet,  поэтому  на абонента  сети  RELCOM распространяются соглашения об обмене