Существенно также что в процессе передачи. Современные способы передачи информации

Схематично процесс передачи информации показан на рисунке. При этом предполагается, что имеется источник и получатель информации. Сообщение от источника к получателю передается посредством канала связи (информационного канала).

Рис. 3. – Процесс передачи информации

В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов - речи, при чтении текста человек воспринимает буквы – графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук - акустические волны в атмосфере, изображение – световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, телевидение.

Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью информационное воздействие на человека доносится до памяти.

Клодом Шенноном , была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рисунке.

Рис. 4. – Процесс передачи информации по Шеннону

Работу такой схемы можно пояснить на процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством – микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов через которые проходит сигнал)). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека – приемник информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.

Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.

В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация кодируется в двоичную форму (0 и 1 - двоичные цифры), а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь является дискретной.

Термином "шум" называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Например, использование экранного кабеля вместо "голого" провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важным идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована.

Однако, нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально-возможной, а достоверность принятой информации - максимальной.

В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции - блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Технические линии информационной связи (телефонные линии, радиосвязь, оптико-волоконный кабель) имеют предел скорости передачи данных, называемый пропускной способностью информационного канала . Ограничения на скорость передачи носят физический характер.

Цели урока:

• Закрепить понятие информации.
• Сформировать понятие о способах передачи информации на разных этапах развития человечества.
• Рассказать о языке передачи информации.
• Выяснить, с помощью каких технических средств можно передавать информацию.
• Сформировать понятие “помехи” и выяснить способы их преодоления.

Ход урока.

На доске написано число, тема урока: “Передача информации”, определение:

Информатика – это наука о способах передачи, хранения и переработки информации.

Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С давних времён люди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями. Первоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение.

1. Скажите что может быть общего между поэтом А.С. Пушкиным и информатикой?

Оказывается великий поэт, выразитель своей эпохи, оставил свидетельство о том, как в древности люди передавали информацию. Вспомните:

Ветер по-морю гуляет и кораблик подгоняет,

Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.

Кораблик доставлял моряков в разные страны, они вели торг своими товарами, узнавали новости из разных стран и рассказывали о своей стране. На суше все важные новости доставлял гонец – человек, передающий устные сообщения. Развитие письменности породило - Почту.

2. Какими известными вам способами передвигалась почта с древних времён?

Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность, сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население

Например, в Петербурге в начале XIX века была развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днём поднимался разноцветный флаг с той или иной геометрической фигурой, а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошёл пожар, а также степень его сложности.

1. В каких произведениях пожарная каланча как средство визуального
наблюдения? (Кошкин дом.)
2. В каких фильмах вы встречали передачу сведений об опасности через
зажигание костров на башнях ? (Мулан.)
3. В каких фильмах использовалась передача информации через стражников на
башнях? (Золушка.)

Рассмотрим ситуацию:

“Встретились двое глухих. Один держит в руке удочку.

Другой спрашивает:

Ты что, на рыбалку собрался?

Да нет, я на рыбалку.

А я думал, ты на рыбалку…”

Что помешало обмену информацией? Информация была передана, но до адресата не дошла из-за отсутствия физической возможности её воспринять. Ведь при любом обмене информацией должны существовать её источник и её приёмник.

Когда ты читаешь книгу, эта книга является для тебя источником информации, а ты – приёмник этой информации. Убери книгу – и информация в ней станет для тебя недоступной, поскольку исчез её источник. Закрой глаза или выйди в другую комнату – тогда для книги не будет приёмника информации.

Первый вывод: Если есть передача информации, то обязательно есть её источник и её приёмник(получатель).

Вот несколько ситуаций, в которых можно обнаружить передачу информации. Определи, кто или что является источником, а кто или что - приёмником.

1. Пешеход переходит дорогу по регулируемому перекрёстку.
2. Школьник учит уроки по учебнику.
3. Мальчик играет на компьютере.
4. Ты набираешь телефонный номер, чтобы позвонить.
5. Ты пишешь поздравительную открытку.
6. Ты пишешь адрес и почтовый индекс на конверте.

Обратите внимание на то, что в одних ситуациях информация передаётся только в одну сторону, а в других происходит взаимный обмен информацией.

3. В каких из предыдущих ситуаций происходит обмен информацией и кто в какой момент становится то источником, то приёмником?

А может ли быть так, что:

1. Источник информации один, а приёмников – несколько? Привидите примеры.

2. Источников информации несколько, а приёмник один? Привидите примеры.

3. Привидите примеры с взаимным обменом информации.

При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Если я начну разговаривать с вами на английском языке, тогда несмотря на то, что вы изучаете английский язык с первого класса, вы не сможете понять меня, а поймёте только отдельные слова из моей речи.

А вот учащиеся лицеев с углублённым изучением английского языка, смогли бы понять мою речь, то есть восприятие информации от уровня подготовленности принимающего объекта.

Одну и ту же информацию можно передать разными сигналами и даже совсем разными способами. Для передачи информации не так уж существенно, каким образом передавать, а главное – заранее договориться о том, как понимать те или иные сигналы. И если мы об этом договорились, то уже получается код или шифр. Так, например, если горит красный сигнал – это значит нельзя переходить улицу. Загорелся зелёный – иди и не бойся.

А какие коды ты знаешь?

Просто есть коды, к которым мы давно привыкли, которые хорошо изучили и легко понимаем. А другие для нас в новинку, а то и вовсе непонятны.

Например: В русском языке – СОБАКА; в польском – Рies; ванглийском – Dog; во французском – Chien; в немецком – Нund.

Для оценки твоих знаний в школе тоже используются коды:

Отличные знания – “5”; хорошие – “4”; удовлетворительные – “3”;плохие – “2”, а если ничего не знаешь, то можно и единицу получить. Скажем, получил ты “5” и радостный идёшь домой. А немецкий мальчик идёт с пятёркой и горько плачет, потому что в той стране, тот же самый код “5” означает плохие знания – как у нас “1”. Получается, что одни и те же цифры 1, 2, 3, 4, 5 – в разных странах имеют для оценки знаний разный смысл.

Второй вывод: Сигнал сам по себе ещё не несёт информацию. Только когда с помощью сигналов передаётся некоторый код, мы можем говорить о передаче информации.

Для общения друг с другом мы используем код – русский язык. При разговоре этот код передаётся звуками, при письме он передаётся условными знаками – буквами.

Водитель, передавая рассеянному пешеходу информацию о том, что он едет по дороге, может мигнуть светом фар или дать гудок.

Когда ты звонишь по телефону, ты тоже передаёшь на телефонную станцию код – набираешь номер телефона.

Одна и та же кодовая запись может обозначать совершенно разные вещи в зависимости от того, какой смысл мы связываем с этим кодом. Например, набор цифр 120595 может обозначать:

Почтовый индекс;

Расстояние между городами в метрах;

Номер телефона;

Запиши несколько вариантов того, что могла бы означать запись 14-10?

Итак, в любом процессе передачи или обмена информацией существует её источник и получатель, а сама информация передаётся по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и других.

В обычной жизни для человека любой звук и свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена – звуковой знак тревоги; звонок телефона – сигнал, чтобы взять трубку телефона; красный свет светофора – сигнал, запрещающий переход дороги. Если мы заметили какое-то изменение в окружающей обстановке, то можно сказать, что произошло событие. Школьный звонок вдруг зазвенел после длительного молчания – произошло событие – закончился урок. У чайника на плите вдруг из носика пошёл пар – произошло событие – вода в чайнике закипела.

Привести ещё примеры событий из вашей жизни.

Итак, в передаче информации участвует “Канал связи”. Разберёмся с ним.

Рассмотрим наш урок с точки зрения передачи информации.

Я – источник, говорю с вами на русском языке, кодируя речь понятными для вас словами. Канал связи – воздушная среда, которая передаёт колебания, производимые мною. Вы – получатели информации. Ваше ухо воспринимает колебания воздуха, расшифровывает информацию и вы понимаете, о чём идёт речь на уроке. Представим себе, что вы отвлеклись, и тогда часть сказанного мною не дошла до вас, и вы уходите с урока так и не поняв, о чём говорилось на уроке. Знакомая ситуация, не правда ли? Именно поэтому вас постоянно просят учителя не отвлекаться и не отвлекать других, так как трудно усвоить материал, о котором ты не прослушал объяснения учителя.

Давайте немного отдохнём. Поиграем в игру: “Глухой телефон”. Ведущий передаёт слово первому игроку на ушко, чтобы никто не слышал. Тот, в свою очередь, передаёт следующему и так далее. Затем ведущий спрашивает услышанное слово у последнего игрока, затем у предыдущего и далее по цепочке. Выясняется, что первоначальная информация неимоверно исказилась. Причиной может быть и плохо услышанная информация, и специально неправильно переданное слово. На этом примере мы разбираемся, что не любая информация доходит до получателя в первоначальном виде.

Оказывается, чтобы попасть к своему адресату, информация проходит ещё более сложный путь. При разговоре люди кодируют свою речь понятными для окружающих словами. По воздуху колебания достигают уха собеседника, поступают в головной мозг, декодируются, и только тогда происходит процесс передачи информации. Вот так это происходит.

Полная схема передачи информации.

Если в качестве источника информации выступает техническое устройство (телефон, компьютер и что-то другое), то от него информация попадает на кодирующее устройство, которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и так далее.

По каналу связи информация попадает на декодирующее устройство получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю.

Привести примеры кодирующих и декодирующих устройств.

Запишите, как происходит по этой схеме передача информации в компьютере от клавиатуры к экрану монитора.

Третий вывод: В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться ..

Это происходит из-за различных помех на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчётах. Вспомним опять сказку о царе Салтане, да и другие литературные произведения, когда героям всегда кто-нибудь мешает. Существует огромное количество способов кодирования, которыми пользуются органы разведки, а ещё больше людей работают над декодированием информации в органах национальной безопасности. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука – криптография.

Человечество всегда стремилось к передаче информации без помех, создавая всё новые и надёжные средства связи.

В XVIII веке возник семафорный телеграф. Это световая связь.

Очень богатым на открытия в области связи был XIX век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество открытий. Сначала П.Л. Шеллинг в России в 1832 году изобрёл электрический телеграф. В 1837 году американец С. Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код – азбуку, которая теперь носит его имя. В 1876 году американец А. Белл изобрёл телефон.

В 1895 году русский изобретатель А.С. Попов открыл эпоху радиосвязи. Самым замечательным изобретением XX века можно считать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи. Среди самых последних новинок – оптоволоконная связь, но с ней мы познакомимся на выставке “Информатика и связь”. Самые современные средства связи будут представлены на ней, и вы увидите пока не реализованные проекты, которые составят гордость нашей науки и промышленности.

Домашнее задание: во время просмотра телевизионных передач, записать примеры средств связи; зафиксировать помехи, если они наблюдались, их частоту и причину.

Передача информации является одним из основных факторов существования любой формы жизни на Земле. Даже простейшие организмы при появлении на свет обладают базовыми инстинктами, которые помогают им выжить. Передача информации от источника к приемнику проходит различными способами. К ним можно отнести как такие как слух, зрение, осязание, так и различные технические приспособления, относящиеся к телекоммуникациям.

Передача информации проходит в виде некоторого сообщения при помощи Исходные данные кодируются в сигнал, который передается адресату. Полученные обрабатываются приемником и превращаются в информацию. Например, сообщение о погоде передается получателю (телезрителю) от метеорологического центра при помощи канала связи (телевизора).

Качество полученных данных напрямую зависит от способа их передачи. Например, плохое изображение на экране способно полностью дезинформировать получателя. На эффективность также влияет скорость и количество задействованных в нем элементов. Наиболее ярким примером этого можно считать «сарафанное радио»: чем дольше информация доходит до получателя, тем больше шанс получения недостоверных сведений.

В современном мире все большую популярность как источник информации набирает интернет. Одним из основных факторов его столь бурного развития является возможность получения любых сведений практически в любой точке планеты. Но передача информации на большие расстояния зачастую проходит с некоторыми потерями или искажениями. Поэтому канал связи - основной фактор, влияющий на качество полученных данных.

Передача информации в компьютерных сетях в первое время осуществлялась при помощи Такой способ обладал целым рядом недостатков. Передача информации проходила по слабозащищенному каналу, а скорость и надежность соединения оставляли желать лучшего. Сигнал несколько раз подвергался обработке, т.е. по телефонной линии от источника он поступал в главный центр, после снова кодировался и уже отправлялся на специальное устройство - модем, где он заново перекодировался и только тогда появлялся на экране монитора.

Волоконно-оптические системы передачи информации стали переходом на абсолютно другой уровень. На сегодняшний день ВОЛС обеспечивают наиболее высокую скорость и качество связи. Сигнал передается фотонами, которые не излучают а значит, к такому каналу невозможно подключиться извне, что обеспечивает высокую степень защищенности. На скорость и качество передачи не влияют сечение и адресат получает информацию именно в том виде, в котором она была отправлена, причем обмен данными проходит практически мгновенно.

Стремительное развитие КПК потребовало увеличения скорости и мобильного интернета. От медлительного и дорогостоящего WAP-соединения до высокоскоростного 4G. Прогресс не стоит на месте, и уже не за горами тот день, когда проводной интернет будет поглощен мобильным. Следующее поколение будет с недоумением взирать на ВОЛС, так же, как мы сейчас смотрим на стационарную телефонную связь, которая постепенно вытесняется беспроводной.

Схема передачи информации. Канал передачи информации. Скорость передачи информации.

Существуют три вида информационных процессов: хранение, передача, обработка.

Хранение информации:

· Носители информации.

· Виды памяти.

· Хранилища информации.

· Основные свойства хранилищ информации.

С хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Память человека можно назвать оперативной памятью. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.

Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку): дерево, папирус, бумага и т.д. Хранилище информации - это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними. Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.

Обработка информации:

· Общая схема процесса обработки информации.

· Постановка задачи обработки.

· Исполнитель обработки.

· Алгоритм обработки.

· Типовые задачи обработки информации.

Схема обработки информации:

Исходная информация – исполнитель обработки – итоговая информация.

В процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных, требуется получить некоторые результаты. Сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. Объект или субъект, осуществляющий обработку, называют исполнителем обработки.

Для успешного выполнения обработки информации исполнителю (человеку или устройству) должен быть известен алгоритм обработки, т.е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата.

Различают два типа обработки информации. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, анализ ситуации и др.). Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой).

Важным видом обработки информации является кодирование – преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, радио, компьютеры). Другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного порядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных).

Ещё один вид обработки информации – поиск в некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации.

Передача информации:

· Источник и приемник информации.

· Информационные каналы.

· Роль органов чувств в процессе восприятия информации человеком.

· Структура технических систем связи.

· Что такое кодирование и декодирование.

· Понятие шума; приемы защиты от шума.

· Скорость передачи информации и пропускная способность канала.

Схема передачи информации:

Источник информации – информационный канал – приемник информации.

Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.

Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи.

При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др. информационный процесс передача канал

Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер.

1. Классификация и характеристики канала связи
Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).
Для анализа информационных процессов в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную на рис. 1.

ИИ

ЛС

П

ПИ

П

На рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи;ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).
Существуют различные типы каналов, которые можно классифицировать по различным признакам:
1. По типу линий связи: проводные; кабельные; оптико-волоконные;
линии электропередачи; радиоканалы и т.д.
2. По характеру сигналов: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).
3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.
Каналы связи характеризуются:
1. Емкость канала определяется как произведениевремени использования канала T к, ширины спектра частот, пропускаемых каналом F к и динамического диапазона D к . , который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов

V к = T к F к D к. (1)
Условие согласования сигнала с каналом:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.
3.
4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).
Одной из задач теории информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех.
Канал связи образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги – малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги – хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность определяется самым «узким» местом.
Скорость передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи.
Проводные:
1. Проводные – витая пара (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.
2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.
3. Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.
В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители).
Радиолинии:
1. Радиоканал. Скорость передачи 100–400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.
2. Микроволновые линии. Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10–200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.
3. Спутниковая связь . Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий.
2. Пропускная способность дискретного канала связи
Дискретный канал представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов .
Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени. Определим выражения для расчета скорости передачи информации и пропускной способности дискретного канала связи.
При передаче каждого символа в среднем по каналу связи проходит количество информации, определяемое по формуле
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X) , (2)
где: I (Y, X) – взаимная информация, т.е.количество информации, содержащееся в Y относительно X ; H(X) – энтропия источника сообщений; H (X/Y) – условная энтропия, определяющая потерю информации на один символ, связанную с наличием помех и искажений.
При передаче сообщения X T длительности T, состоящего из n элементарных символов, среднее количество передаваемой информации с учетом симметрии взаимного количества информации равно:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Скорость передачи информации зависит от статистических свойств источника, метода кодирования и свойств канала.
Пропускная способность дискретного канала связи
. (5)
Максимально-возможное значение, т.е. максимум функционала ищется на всем множестве функций распределения вероятности p(x) .
Пропускная способность зависит от технических характеристик канала (быстродействия аппаратуры, вида модуляции, уровня помех и искажений и т.д.). Единицами измерения пропускной способности канала являются: , , , .
2.1 Дискретный канал связи без помех
Если помехи в канале связи отсутствуют, то входные и выходные сигналы канала связаны однозначной, функциональной зависимостью.
При этом условная энтропия равна нулю, а безусловные энтропии источника и приемника равны, т.е. среднее количество информации в принятом символе относительно переданного равно
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H (X/Y) = 0.
Если Х Т – количество символов за время T , то скорость передачи информации для дискретного канала связи без помех равна
(6)
где V = 1/ – средняя скорость передачи одного символа.
Пропускная способность для дискретного канала связи без помех
(7)
Т.к. максимальная энтропия соответствует для равновероятных символов, то пропускная способность для равномерного распределения и статистической независимости передаваемых символов равна:
. (8)
Первая теорема Шеннона для канала:Если поток информации, вырабатываемый источником, достаточно близок к пропускной способности канала связи, т.е.
, где - сколь угодно малая величина,
то всегда можно найти такой способ кодирования, который обеспечит передачу всех сообщений источника, причем скорость передачи информации будет весьма близкой к пропускной способности канала.
Теорема не отвечает на вопрос, каким образом осуществлять кодирование.
Пример 1. Источник вырабатывает 3 сообщения с вероятностями:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 и p 3 = 0,7.
Сообщения независимы и передаются равномерным двоичным кодом (m = 2 ) с длительностью символов, равной 1 мс. Определить скорость передачи информации по каналу связи без помех.
Решение: Энтропия источника равна

[бит/с].
Для передачи 3 сообщений равномерным кодом необходимо два разряда, при этом длительность кодовой комбинации равна 2t.
Средняя скорость передачи сигнала
V =1/2 t = 500 .
Скорость передачи информации
C = vH = 500×1,16 = 580 [бит/с].
2.2 Дискретный канал связи с помехами
Мы будем рассматривать дискретные каналы связи без памяти.
Каналом без памяти называется канал, в котором на каждый передаваемый символ сигнала, помехи воздействуют, не зависимо от того, какие сигналы передавались ранее. То есть помехи не создают дополнительные коррелятивные связи между символами. Название «без памяти» означает, что при очередной передаче канал как бы не помнит результатов предыдущих передач.
При наличии помехи среднее количество информации в принятом символе сообщении – Y , относительно переданного – X равно:
.
Для символа сообщения X T длительности T, состоящегоиз n элементарных символов среднее количество информации в принятом символе сообщении – Y T относительно переданного – X T равно:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n = 2320 бит/с
Пропускная способность непрерывного канала с помехами определяется по формуле

=2322 бит/с.
Докажем, что информационная емкость непрерывного канала без памяти с аддитивным гауссовым шумом при ограничении на пиковую мощность не больше информационной емкости такого же канала при той же величине ограничения на среднюю мощность.
Математическое ожидание для симметричного равномерного распределения

Средний квадрат для симметричного равномерного распределения

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 k C 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, x 2 и x 3 с вероятностями p(x 1)=0,2;p(x 2) =0,3 и p(x 3)=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 x 1 , x 2 , x 3 и x 4 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, при этом вероятности появления символов алфавита равны: .
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:
.

Пропускная способность непрерывного канала связи
(14)
Для дискретного канала связи максимальное значение скорости передачи соответствует равновероятным символам алфавита. Для непрерывного канала связи, когда заданной является средняя мощность сигнала, максимальная скорость обеспечивается при использовании нормальных центрированных случайных сигнала.
Если сигнал центрированный (m x = 0 ) т.е. без постоянной составляющей при этом мощность покоя равна нулю (P 0 = 0 ). Условие центрированности обеспечивает максимум дисперсии при заданной средней мощности сигнала
Если сигнал имеет нормальное распределение, то априорная дифференциальная энтропия каждого отсчета максимальна.
Поэтому при расчете пропускной способности непрерывного канала считаем, что по каналу передается непрерывный сигнал с ограниченной средней мощностью – P c и аддитивная помеха (y = x+f ) также с ограниченной средней мощностью – P n типа белого (гауссова) шума.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11

;
хранение информации;
передача информации;
обработка информации;
поиск информации;
информационные процессы в живой природе.

Основные информационные процессы

А теперь зададимся вопросом: что делает человек с полученной информацией? Во-первых, он ее стремится сохранить: запомнить или записать. Во-вторых, он передает ее другим людям. В-третьих, человек сам создает новые знания, новую информацию, выполняя обработку данной ему информации. Какой бы информационной деятельностью люди не занимались, вся она сводится к осуществлению трех процессов: хранению, передаче и обработке информации (рис. 1.3).

Хранение информации

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,