Și canale IP folosind simetrice. Canal șters

Binar canal simetric(abreviat ca DSC) este determinat de diagrama probabilității de tranziție prezentată în Fig. 1. Intrarea canalului primește semnale binare, cum ar fi 0 și 1. Pentru fiecare dintre aceste semnale de intrare, există o probabilitate ca semnalul să fie primit corect și o probabilitate ca acesta să fie primit incorect.

Orez. 1. Canal binar simetric.

Jokerul malefic care introduce erori în transmisie este foarte simplist: nu are memorie și „interpretează greșit” simbolurile la întâmplare și independent unul de celălalt. Acțiunile sale sunt distructive, dar nu există răutate conștientă în el și activitatea lui este stabilă, potrivit macar, în sens statistic.

O schemă abstractă de transmitere a informațiilor cu care ne vom ocupa astfel este prezentată în Fig. 2. Intrarea codificatorului primește o secvență binară lungă x,

format din caracterele 0 și 1, pe care le vom numi o secvență informațională. Această secvență poate fi complet arbitrară. Dorim ca acesta să fie reprodus cu acuratețe la ieșirea dispozitivului de decodare cu o probabilitate cât mai apropiată de una. Dispozitivele de codificare și decodor sunt conectate numai printr-un canal simetric binar pentru care probabilitatea de tranziție este cunoscută

În această situație, codificatorul este clar limitat în ce operațiuni poate efectua. Natura DSC este de așa natură încât trece doar secvențe binare.

Orez. 2. Transmiterea de informații pe un canal binar simetric.

Dar codificatorul poate converti secvența x la intrarea sa într-o secvență mai lungă la ieșire. Astfel, secvența intră în canal și versiunea sa distorsionată y ajunge la intrarea dispozitivului de decodare. Sarcina dispozitivului de decodare, având în vedere probabilitatea de tranziție cunoscută a canalului secvenței distorsionate y primite la intrarea acestui dispozitiv și metoda de codificare care specifică transformarea, este de a lua o decizie cu privire la secvența de informații x primită de codificare. dispozitiv.

Pentru un DSC dat, sarcina de codificare este de a determina un set de reguli prin care orice secvență de informații x este codificată într-o anumită secvență, astfel încât dispozitivul de decodare să poată reconstrui x în mod unic și cu o probabilitate arbitrar de scăzută de eroare, în ciuda distorsiunilor care apar în canalul. Ne interesează nu numai

pentru a indica modul în care un codificator de la x produce s (problema de codificare), dar și pentru a indica modul în care decodorul obține x de la y (problema de decodificare).

Există cel puțin unul simplu și solutie evidenta pentru această sarcină: repetați fiecare caracter al secvenței x o dată. De exemplu, secvența de informații

at va corespunde secvenţei transmise

Vom decoda y folosind regula majorității. Dacă sau mai multe caractere din fiecare bloc de caractere sunt egale cu 1, atunci dispozitivul de decodare va imprima caracterul 1, în caz contrar - caracterul 0. Dacă este clar că atunci când probabilitatea de eroare Dar, din păcate, numărul de caractere care poate fi livrat destinatarului pe ieșire a dispozitivului de decodare va tinde spre 0.

Modul clasic de reducere a probabilității de eroare la transmiterea informațiilor numerice traduse în limbajul DSC este ca, în primul rând, probabilitatea de tranziție să fie redusă, adică construirea cel mai bun canal. Dacă în orice stadiu îmbunătățire în continuare canalul se dovedește a fi neeconomic sau imposibil din punct de vedere tehnic, atunci transmisia se repetă de câte ori este necesar pentru a se asigura că probabilitatea de eroare rezultată scade sub o anumită limită care satisface proiectantul. Dificultatea abordării clasice este că atunci când această marjă de eroare se apropie de zero, fie canalul devine disproporționat de scump, fie venitul din utilizarea sa este disproporționat de scăzut. Cu alte cuvinte, ne confruntăm din nou cu faptul că perfecțiunea are de obicei un cost.

Lucrarea fundamentală a lui Shannon privind teoria informației a dovedit două teoreme generale, care sunt în contradicție clară cu așteptările noastre.

1. Pentru un canal dat, este posibil, utilizând codificarea selectată corespunzător, să se transmită cu o probabilitate de eroare mai mică decât oricare dinainte. valoarea stabilită, dacă rata de transfer al informațiilor nu depășește o anumită limită cunoscută ca lățime de bandă canalul S.

2. În schimb, pentru rate de transmisie a informațiilor mai mari decât C, este imposibil să se transmită cu o probabilitate de eroare arbitrar scăzută.

În cazul unui canal binar simetric, este convenabil să se raporteze viteza de transmisie a informațiilor la un simbol transmis, mai degrabă decât la o unitate de timp. Când toate secvențele posibile x la intrare sunt la fel de probabile, viteza de transmitere a informațiilor este determinată de relație

7.5. Capacitatea canalului

Magnitudinea eu(X; Y) joacă un rol deosebit în teoria informației și descrie transmiterea informațiilor pe un canal de comunicare. Din definiția (7.9) rezultă că eu(X; Y) depinde atât de probabilitățile de tranziție ale canalului, cât și de distribuția probabilității simbolurilor la intrarea canalului. Pentru considerente suplimentare, luați în considerare un canal discret fără memorie cu probabilități fixe de tranziție și puneți întrebarea: Ce suma maxima informațiile pot fi transmise prin acest canal?

Lățimea de bandă canalul cu probabilități de tranziție date este egal cu maximul informatiile transmise peste toate distribuțiile de intrare ale simbolurilor sursă X

Cometariu.Dimensiunea lățimii de bandă este biți/simbol. Dacă, de exemplu, un simbol pe secundă este transmis pe un canal, atunci putem vorbi și despre dimensiunea biți/sec.

Deoarece maximul este căutat peste toate sursele de intrare valide, debitul depinde doar de probabilitățile de tranziție ale canalului.

Din punct de vedere matematic, căutarea capacității unui canal discret fără memorie se reduce la căutarea distribuției de probabilitate a simbolurilor sursei de intrare care furnizează informații maxime. eu(X; Y). În același timp, asupra probabilității simbolurilor de intrare sunt impuse restricții

Practic, stabilirea maximului eu(X y) sub restricțiile (7.44) este posibil când se utilizează multiplicativ Metoda Lagrange. Cu toate acestea, o astfel de soluție este prohibitiv de costisitoare. Într-un caz special (canale simetrice), următoarea teoremă ajută la găsirea debitului.

Teorema 7.5.1.În canalele discrete simetrice fără memorie, debitul se realizează cu o distribuție uniformă de probabilitate a simbolurilor sursei de intrare X.

Cometariu.De asemenea, este furnizată o metodă pentru a determina dacă canalul este simetric sau nu.

7.5.1. Lățimea de bandă

Canal simetric discret binar fără memorie (DSC) se determină folosind matricea probabilității de tranziție a canalului (7.2). Singurul parametru care caracterizează DSC este probabilitatea de eroare ε. Din distribuția uniformă a simbolurilor de intrare și simetria tranzițiilor de canal urmează distribuția uniformă a simbolurilor de ieșire, i.e.

Folosind (7.9), obținem

Înlocuind valori numerice, avem

Entropie DSC este determinat prin (2.32)

În cele din urmă obținem debitul DSC într-o formă compactă

Două cazuri marginale sunt interesante:

1. Transmiterea de informații prin canal silențios:

Și

2. Canalul este complet zgomotos:

ȘI

Un caz special important de DSC este canal binar simetric cu ștergeri (DSKS) sau canal binar cu ștergere (Binary Erasure Channel, WEIGHT - engleză). La fel ca DSC, un canal binar cu ștersături poate servi ca model simplificat de transmitere a informațiilor pe canal Cu zgomot alb Gaussian aditiv (AWGN). Regula de luare a deciziilor în DSKS este prezentată în Fig. 7.11. Din figură se poate observa că, împreună cu deciziile referitoare la caracterul transmis „0” sau „1”, aici se ia uneori decizia de a șterge caracterul primit „e” (Ștergere). Ștergerea are loc dacă este detectată semnal analog V se încadrează în zona pentru care funcționează valorile densității de probabilitate condiționată f(V/0) și f(V/1) se dovedesc a fi aproape de zero.

Orez. 7.11. Funcții de densitate de probabilitate condiționată a semnalului detectat și a zonei de decizie.

Cometariu.Într-un canal binar cu ștersături, în loc de o decizie fără ambiguitate „dur” cu privire la simbolul primit „O” sau „1”, se ia așa-numitul „soft”. soluţie. În acest caz, avem în plus câteva informații despre fiabilitatea simbolului binar primit. În acest sens, în tehnologia de transmisie a datelor se vorbește despre recepție cu o decizie „dură” și „soft”. O soluție „soft” în combinație cu codificarea adecvată a informațiilor permite, în unele cazuri, o transmisie mai fiabilă a datelor. Un exemplu de utilizare a unei soluții „soft” poate fi găsit în a doua parte a acestei cărți.

Orez. 7.12.

Să notăm probabilitatea de ștergere cu q, iar probabilitatea de eroare a unui simbol neșters este R.

Diagrama de tranziție pentru un capal cu două simboluri de intrare și trei de ieșire este prezentată în Fig. 7.12. Matricea de canal corespunzătoare care conține probabilitățile de tranziție are forma

Să găsim capacitatea canalului cu ștergeri. Deoarece canalul este simetric, debitul este realizat cu o distribuție uniformă a simbolurilor de intrare

Rezultă că probabilitățile simbolurilor de ieșire sunt egale

Acum sunt cunoscute toate probabilitățile necesare. Folosind (7.9), avem

Folosind proprietatea de simetrie a canalului, obținem

După cum vedem, debitul unui canal cu ștersături depinde doar de probabilități RȘi q. Programa C =f(p, q) este o suprafață spațială tridimensională situată deasupra planului (p, q). Aici ne vom limita la a lua în considerare doar două cazuri speciale importante.

1. Când q = 0, avem un canal binar simetric, deja discutat mai devreme. Înlocuind q = 0 în (7,59), așa cum era de așteptat, obținem (7,49).

2. Canalul conține doar ștergeri, adică. la p = 0 erorile fie nu sunt prezente, fie le neglijăm. În acest caz

În fig. 7.13 arată debitele DSC (7.49) și canalul binar cu ștersături (p = 0). Trebuie remarcat faptul că, cu probabilități mici de eroare, prin alegerea zonelor de ștergere optime în DSCS, este posibil să se obțină debite semnificativ mai mari decât în ​​canalele binare convenționale.

Cometariu.Aici apare întrebarea cu privire la posibilitatea creșterii debitului la primirea cu ștersături în practică. Aici se dezvăluie slăbiciunea teoriei informației. Teoria informației nu poate oferi adesea un design care realizează limite teoretic realizabile. Cu toate acestea, un mic exemplu, discutat în detaliu în a doua parte a acestei cărți, arată că introducerea ștersăturilor poate reduce uneori probabilitatea de eroare. Să ne uităm la acest exemplu la nivel intuitiv. Să împărțim fluxul de informații transmise în blocuri care conțin 7 caractere binare (7 biți). La fiecare bloc adăugăm un bit de paritate („O” sau „1”). Blocurile de opt caractere binare codificate în acest mod vor conține întotdeauna un număr par de unități. Fie probabilitatea de eroare în DSC să fie destul de mică. Să introducem zona de ștergere (Fig. 7.11) în acest fel:astfel încât greșelile se transformă în mare parte în ștersături. În același timp, probabilitatea unei erori „neșterse” va fi neglijabilă, iar probabilitatea de ștergere va rămâne destul de mică. Vom obține un capac de ștergere (DSKS), în care blocurile de opt caractere binare în marea majoritate a cazurilor fie vor fi primite corect, fie vor conține doar un singur șters. caracter binar. Calitatea recepției se va îmbunătăți semnificativ, deoarece o ștergere dintr-un bloc cu un număr par de unități poate fi întotdeauna corectată.

Orez. 7.13. Capacitatea lățimii de bandă a unui canal binar simetric CU DSK cu posibilitate de eroare ε Și canal binar cu ștersături CU DSKS cu probabilitatea de ștergere q și probabilitatea de eroare R= 0.

Exemplu: Canal binar simetric cu ștergeri.

Orez. 7.14. Canal binar cu ștersături.

În fig. Figura 7.14 prezintă diagrama de tranziție a unui canal simetric cu ștersături. Defini:

1. Matricea canalelor

2. Distribuția de probabilitate a simbolurilor sursă Y, dacă se știe că simbolurile sursă X distribuite uniform, adică pa = pi = 1/2;

3. Capacitate canal;

4. Diagrama fluxurilor de informații cu toate entropiile;

5. Model de canal cu matrice Ры/у.

Soluţie.

1. Ținând cont de faptul că suma probabilităților din fiecare rând al matricei este egală cu 1, obținem

2. Pe baza distribuției uniforme de probabilitate a simbolurilor la intrare, conform (7.52), avem

3. Deoarece canalul luat în considerare este simetric, debitul este realizat cu o distribuție uniformă a simbolurilor de intrare. Din (7.54) ținând cont de (7.56) avem

4. Entropia unei surse binare discrete, fără memorie X cu distribuția uniformă de probabilitate a simbolurilor este egală cu

Entropia sursă YR Ava

Deoarece într-un canal simetric cu distribuția uniformă a simbolurilor de intrare eu(X; Y) se potrivește cu lățimea de bandă CU din (7.58), entropia comună și două entropii condiționate pot fi calculate folosind tabelul 7.3. Diagrama fluxului de informații este prezentată în Fig. 7.15.

Orez. 7.15. Diagrama fluxurilor de informații ale unui canal binar simetric cu ștersături.

5. Recalcularea matricei probabilităților de tranziție a canalului în

Lăsăm matricea cititorului ca exercițiu independent. Diagrama canalelor cu sursa de intrare Y si in weekenduri X prezentat în Fig. 7.16 pentru control.

Orez. 7.16. Canal binar simetric cu ștergeri.

7.6. Teorema de codificare pentru canale discrete fără memorie

Să considerăm un canal discret fără memorie cu o lățime de bandă de C[bit/simbol], în care fiecare simbol este transmis în T s sec. Pentru acest canal

Fie entropia unei surse X, măsurată pe o perioadă de secunde este H(X) pic. Atunci este valabilă următoarea teoremă.

Teorema 7.6.1. Teorema de codare a canalelor(teorema lui Chennaut).

Pentru sursa X cu viteza R = H(X)/ T S [bit/sec] și R < С exista ceva cod. cu ajutorul cărei surse de informare X poate fi transmis către un canal de comunicație cu o capacitate de C 1 [bit/sec] cu o probabilitate de eroare arbitrar scăzută.*

* Teorema de codare este valabilă nu numai pentru canalele discrete, este valabilă și pentru transmisie mesaje discrete De canale continue. Notă traducere

Dovada teoremei de codificare pentru un canal (vezi, de exemplu,) este destul de complicată și depășește scopul acestei cărți, așa că ne vom limita aici la următoarele comentarii.

Demonstrarea teoremei de codificare presupune utilizarea lui coduri aleatorii lungime infinită și un decodor de probabilitate maximă, oferind o probabilitate minimă de eroare. Dovada nu folosește nicio soluție constructivă. Folosește numai proprietăți statistice și treceri limită pentru codurile bloc cu lungimea blocurilor care tind spre infinit. Dovada nu oferă nicio indicație cu privire la proiectarea codurilor optime.

Teorema de codificare definește, de asemenea, o limită superioară pentru rata de transmisie R.*

La demonstrarea teoremei se introduce un indicator de evaluare exponenţială R 0 , care poate fi folosit pentru a estima rata de transfer de date realizabilă din punct de vedere tehnic.

* Aici este nevoie de o clarificare. Există o teoremă de codificare inversă care spune acest lucru. ce ziceti R> C Nu există o metodă de codare care să permită transmiterea informațiilor cu orice probabilitate de eroare. Notă traducere

Capitolul 8. Surse și canale continue

Capitolul 2 definește entropia ca o măsură a incertitudinii sursei. S-a presupus că entropia a fost măsurată prin experimente aleatorii. În acest capitol vom adopta o abordare similară a surselor continue.

Orez. 8.1. Semnal sursă continuu.

În loc de surse cu un alfabet finit de simboluri, vom lua în considerare sursele a căror ieșire este semnale continue. Un exemplu de astfel de semnale este tensiunea care variază în timp în canalele telefonice etc. Figura 8.1 prezintă o sursă continuă X, a cărui ieșire este un semnal analogic X(t), care este o funcție aleatoare a timpului t. Vom lua în considerare valorile X(t) în anumite momente fixe în timp ca experimente aleatorii care poartă unele informații despre sursă X.

8.1. Entropia diferenţială

Figura 8.2 prezintă două surse continue X Și Y, conectat printr-un canal (asemănător cu Fig. 7.4). Aici, în loc de probabilități, există funcții de densitate de probabilitate ale variabilelor stocastice.

Utilizarea variabilelor stocastice și a funcțiilor lor de densitate de probabilitate ne permite să introducem conceptul de informație, entropie, entropie condiționată și reciprocă pentru două surse continue prin analogie cu sursele discrete.

Orez. 8.2. Două surse continue fără memorie, conectate printr-un canal.

Transformarea unei surse continue X a discret. Pentru a face acest lucru, cuantificăm valorile ieșirii analogice a sursei cu un pas Δ (Fig. 8.3).

Orez. 8.3. Digitalizarea unei surse continue cu un interval de cuantizare Δ la momentele de observare t 0 , t 1 etc.

În plus, așa cum se face de obicei în teoria informației, vom discretiza sursa în timp. Ca rezultat, obținem o succesiune de variabile stocastice În urma tabelului 7.2, determinăm informațiile reciproce ale simbolurilor X i, Și y j , Unde X i - valoarea simbolului de ieșire la timp t m , A X j - la un moment dat t n

Informațiile reciproce pot fi interpretate ca incertitudinea „eliminată” (pierdută) a hit-ului variabilei X P în interval , când se ştie că variabila X T aparține intervalului sau vice versa. Vom lua în considerare funcția de densitate de probabilitate functie continua. Apoi, direcționând lățimea intervalului de cuantizare la zero, obținem

acestea. un rezultat asemănător expresiei de informare reciprocă pentru surse discrete. Informații transmise poate fi definită ca așteptarea matematică

Cometariu.Aici, pentru a aduce notația acestui capitol în conformitate cu rezultatele din Tabelul 7.2, în loc de X T folositX, Și în schimbY n - Y.

Sursa informațiilor este determinată pe baza unor raționamente similare

Spre deosebire de expresia (8.3) pentru informații reciproce, în (8.4) apare un termen care depinde de intervalul de cuantizare Δ.

La , valoarea tinde și spre infinit. Ca urmare, expresia pentru tinde, de asemenea, spre ∞. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece pe măsură ce pasul de cuantizare scade, numărul de evenimente individuale (simboluri ale alfabetului sursă) crește și, în consecință, crește și incertitudinea sursei.

Magnitudinea nu depinde de sursă și este complet irelevant pentru descrierea acesteia, prin urmare, pare destul de natural să folosim doar funcția de densitate de probabilitate a unei surse continue. Astfel, trecem la următoarea definiție.

Informații medii ale unei surse continue, așa-numita entropia diferentiala, este definit ca

În primul rând, observăm că o astfel de definiție arbitrară a entropiei diferențiale confirmă adecvarea acesteia prin faptul că relațiile de entropie pentru surse discrete se dovedesc a fi valabile pentru cazul surselor și canalelor continue. În special, pentru sursele continue relațiile (7.39) - (7.42) sunt valabile.

Astfel, entropia diferenţială a unei surse continue depinde numai de funcţia de densitate de probabilitate, care în caz general este o cantitate infinită, prin urmare, să ne punem întrebarea cât de mare poate fi valoarea entropiei diferențiale. În primul rând, observăm că caracteristicile unui proces stocastic sunt două mărimi: valoarea medie luată de variabila stocastică (care are proprietatea liniarității) μ și abaterea standard a variabilei stocastice σ .

Valoarea medie sau așteptările matematice μ nu are efect asupra entropiei diferenţiale. Odată cu creșterea σ , incertitudinea sursei crește, ceea ce duce și la o creștere a entropiei diferențiale. În acest sens, comparație diverse funcții are sens să se producă în același timp densități de distribuție a probabilității în raport cu entropia lor corespunzătoare σ .

Cometariu.ÎN tehnologia de informație luat ca parametru inițialσ 2 - dispersia, care determină puterea medie a procesului stocastic[ 10]. Este clar că odată cu creșterea puterii emițătorului, cantitatea de informații transmise crește și, dimpotrivă, odată cu creșterea puterii de zgomot, crește incertitudinea, de exemplu. Se transmit mai puține informații pe unitatea de timp.

Din teoria informației rezultă că entropia diferențială atinge maximul cu o distribuție de probabilitate Gaussiană.

Teorema 8.1.1. Pentru o variație dată σ 2 , entropia diferenţială maximă are o sursă cu distribuție gaussiană probabilități și

Exemplu: Entropia diferenţială a unei surse gaussiene.

Din (8.5) rezultă că entropia diferenţială a sursei gaussiene este egală cu

Exprimarea în paranteza patrata poate fi extins în două integrale. Astfel, în sfârșit avem

Exemple numerice pentru cele mai comune trei distribuții sunt date în Tabelul 8.1.

Tabelul 8.1. Un exemplu de entropie diferenţială.

Exemplu: Telefonie.

Utilitatea practică a rezultatelor de mai sus poate fi demonstrată clar prin evaluarea realizărilor vitezei de transmitere a informațiilor (în biți) în liniile telefonice digitale. Modern metode standard transmisie digitală vorbirea (PCM logaritmică) necesită 8 biți pentru a codifica o probă, cu o frecvență de probă de 8 kHz. Astfel, rata de transmisie a vocii este de 64 kbit/sec.

Pe baza distribuției uniforme de probabilitate în intervalul [-1,1], obținem experimental σ 2 = 1/3. Astfel, entropia diferenţială per probă este

Deoarece probele sunt prelevate la o frecvență de 8 kHz, constatăm că rata de transmisie a vorbirii necesară este de 8 kbit/sec. La estimarea entropiei, nu am ținut cont de conexiunile dintre eșantioanele vecine (memoria sursă) și. prin urmare, entropia diferențială reală a sursei de vorbire va fi și mai mică. De fapt, știm asta algoritmi moderni codificarea vorbirii permite transmiterea semnal de vorbire la o viteză de aproximativ 8 kbit/sec cu o calitate comparabilă cu PCM standard.

Internet prin satelit trezește interes în rândul utilizatorilor în primul rând datorită disponibilității sale universale. La urma urmei, accesarea la Internet de pe un satelit ajută acolo unde alte opțiuni de conectare la Internet sunt ineficiente sau nu sunt disponibile deloc.

În epoca internetului omniprezent, pentru locuitorii orașelor mari, absența acestuia pare o neînțelegere, dar ce opțiuni au locuitorii caselor private și cei aflați la distanță de orașele mari? aşezări locuri? Majoritatea furnizorilor beneficiază de acoperirea rețelei rezidențiale doar a clădirilor de apartamente. Este mult mai dificil pentru rezidenții „sectorului privat” să organizeze un canal de internet, ca să nu mai vorbim de zonele îndepărtate unde este puțin probabil să vină furnizorii în viitorul apropiat. Desigur, este posibil să accesați Internetul prin operator mobil, dar având în vedere volumul actual de trafic este foarte scump.

O alternativă demnă la viteză mică și scumpă internet mobil - Internet prin satelit . Mai recent, doar câțiva l-au folosit, dar acum această metodă de acces la Internet a devenit mult mai accesibilă.

Acoperire Internet prin satelit

Internet prin satelit- aceasta este comunicarea pe un canal radio cu participare sateliți artificiali Pământurile, care nu sunt surse independente sau receptori finali ai semnalului, deoarece sunt doar repetoare care ne permit să ocolim limitarea distanței comunicațiilor radio terestre cauzate de terenul denivelat al planetei noastre. Astfel, Internetul prin satelit este doar o modalitate de a livra un semnal de la un furnizor terestru către un client terestru.

Particularitatea internetului prin satelit este că repetorul se află pe orbită, crescând automat zona de acoperire a semnalului la mai multe zone și regiuni. Luând în considerare și costul acestora, se poate justifica motivul acest tip comunicarea nu este disponibilă nimănui. Încă unul caracteristică a internetului prin satelit este limitarea cantității de informații transmise. La urma urmei, dacă fiecărui abonat ar trebui să i se aloce două canale separate (pentru primirea și transmiterea datelor), atunci un astfel de echipament pur și simplu nu s-ar potrivi pe satelit, iar numărul de abonați posibili ar fi extrem de mic. Pentru a optimiza cumva costurile, furnizorii profită de particularitățile traficului pe Internet.

Asimetric - Internet prin satelit cu 50%

Dacă vorbim de statistici, atunci în medie trafic de intrareîl depășește pe cel de ieșire, iar la proiectarea rețelelor ele pleacă de la acest factor, asigurând viteză diferită canale de intrare și de ieșire. Să luăm de exemplu un canal ADSL (apropo, această abreviereînseamnă „asimetric” linie digitală"), în care traficul de intrare este de câteva ori mai rapid decât cel de ieșire. În același timp, utilizatorii se simt destul de confortabil, iar furnizorul economisește resurse de frecvență. O tehnologie similară este folosită în organizare comunicații prin satelit, doar aici operatorii profită de oportunitate nu doar pentru a reduce viteza canalului invers, ci îndepărtarea completă de la satelit, adică transferând această funcție în mâinile furnizorilor terestre. Această schemă se numește canal asimetric. Utilizat de obicei ca canal de întoarcere linie telefonica(staționar sau comunicatii mobile), dar acest rol poate fi jucat și de un furnizor care lucrează retea locala sau acces wireless.

Există un stereotip că Internetul prin satelit este destinat regiunilor cu infrastructură slab dezvoltată, aceasta nu poate fi înțeleasă ca o absență completă a telecomunicațiilor ca atare. Mai degrabă, aceasta înseamnă lipsa de furnizori terestre decente cu tarife rezonabile. Această opțiune vă permite, de asemenea, să creșteți semnificativ viteza de acces dacă, de exemplu, accesul la Internet este posibil doar printr-un modem telefonic sau un canal GPRS lent al internetului mobil.

În același timp, există și Internet bidirecțional prin satelit, dar fenomenul este departe de a fi răspândit. Această opțiune este destinat în primul rând celor care au nevoie de acces la Internet când absență completă alternative de oriunde în lume. Această soluție chiar nu depinde de rețelele existente, deși încă necesită energie electrică pentru a funcționa. Dar, datorită costului ridicat al unui astfel de canal, este folosit în principal în scopuri de muncă de urgență, deci cel mai adesea sub Internet prin satelit Aceasta înseamnă un canal asimetric care combină următoarele:

• receptor satelit pentru recepție
• servicii ale unui furnizor terestru (de exemplu, un operator de telefonie mobilă) pentru a trimite cereri și date.

Opțiuni pentru organizarea unui canal invers

Modalități de organizare canal de întoarcere există multe. Desigur, alegerea tehnologiei ar trebui să fie determinată în primul rând de capacitățile disponibile într-un anumit punct geografic. Aceasta poate fi nu numai o linie de telefonie fixă ​​sau mobilă, ci și un fel de opțiune de acces radio. Nu este exclus furnizorul local Cu " rețeaua de acasă„(Din anumite motive nu ți se potrivește ca singura conexiune la World Wide Web).

Software-ul furnizat de operatorul de internet prin satelit este responsabil pentru distribuirea corectă a datelor (unde se trimite cererea și de unde se citesc informațiile). Fara el munca competenta un canal asimetric nu este posibil.

Caracteristicile unui canal asimetric

Din pacate, chiar si cu schema asimetrică de organizare a accesului la Internet numărul de frecvențe pentru transmiterea datelor de la satelit este limitat. Aceasta înseamnă că este imposibil să oferi fiecărui abonat un canal separat nu numai pentru primirea/transmiterea, ci și pur și simplu pentru primirea de informații. În plus, orice altă diviziune a canalelor, de exemplu în funcție de timp, nu este eficientă. Prin urmare, standardul Internet prin satelit implică difuzat date pentru toți utilizatorii, ceea ce înseamnă că informațiile primite de destinatar conțin nu numai paginile pe care le-ați solicitat, ci și e-mailul vecinului dvs., părți din filmul descărcat al rudei dvs. în alt oraș și chiar mesaje de la un mesager al unui străin.

Receptor de satelit decriptează semnalul care vine de la satelit în datele de Internet solicitate

Receptorul selectează datele necesare din această masă folosind adresa MAC a terminalului satelit. Desigur, furnizorii de internet prin satelit recurg la diverse trucuri pentru a împiedica utilizatorii să citească informații care nu le sunt destinate - de exemplu, canalele sunt criptate folosind diverși algoritmi. Dar chiar faptul că datele confidențiale pot fi accesate atrage o mulțime de escroci și oameni pur și simplu curioși. Divertismentul care constă în citirea datelor altor persoane se numește „pescuit prin satelit”.

Echipament pentru Internet prin satelit

Cele mai populare pentru organizarea internetului prin satelit astăzi sunt Standarde DVB-Sși DVB-S2 (al doilea este o versiune îmbunătățită a primei). Pentru a vă conecta la rețea prin satelit folosind o schemă asimetrică comună, veți avea nevoie de:

• antenă satelit cu diametrul recomandat
• convertor de semnal
• receptor (terminal de internet prin satelit)
• cablurile necesare
• contract cu un operator de satelit.

După cum am spus mai devreme, este și necesar conexiune alternativă către rețeaua „terestră” și software pentru gestionarea pachetelor de date.

Antenele de satelit nu sunt diferite de dispozitivele de recepție a televiziunii digitale prin satelit, dar diferă semnificativ atât în ​​ceea ce privește prețul, cât și dimensiunea de antenele transceiver. De obicei, operatorul Internet prin satelit, cum este cazul cu televiziune prin satelit, recomandă un anumit diametru minim al „antenei”, în funcție de locația geografică a abonatului (și deci puterea semnal satelitîn condiţii ideale). In spate informație clară Ar trebui să contactați site-ul web al operatorului. Teoretic, puteți instala singur o antenă satelit. Cu toate acestea, cel mai adesea este recomandat să contactați specialiști care îl vor direcționa clar către un satelit situat pe orbită geostaționară.

Convertoare pot diferi unul de celălalt într-un număr de parametri (de exemplu, în polarizarea cu care funcționează), așa că atunci când alegeți, se recomandă să acordați atenție listelor de hardware acceptat de pe site-ul furnizorului.

Receptorul în format de card PCI este introdus în interiorul unității de sistem și oferă utilizatorului atât traficul de intrare de la televiziunea prin satelit, cât și de la televiziunea prin satelit.

Terminalul satelit este o placă de interfață care poate fi introdusă în unitate de sistem computer (de exemplu, printr-o interfață PCI) sau situat într-o carcasă externă și conectat la un PC printr-un port USB.

Atenţie! Nu ar trebui să cumpărați mai întâi echipament și apoi să căutați un furnizor de servicii de internet prin satelit. Dacă „plăcile” sunt mai mult sau mai puțin universale, atunci terminalele de acces oferite diverși operatori, de foarte multe ori se dovedesc a fi incompatibile. Furnizorul dvs. de servicii de internet vă poate furniza, de obicei, atât hardware-ul, cât și software, în care este deja specificat propriile setări(codificare, servere proxy etc.).

Canal de comunicație prin satelit bidirecțional

Canal simetric

Evident, pentru a organiza un canal bidirecțional, veți avea nevoie nu doar de echipamente de recepție, ci și de transmisie, adică o antenă de emisie-recepție mai scumpă, o unitate de transmisie (pe lângă cea de recepție), precum și un terminal special. Pe lângă costul ridicat al tuturor acestor echipamente și închirierea capacității de satelit, internetul bidirecțional prin satelit are și alte dezavantaje:

• Deoarece datele dvs. sunt trimise prin aer, echipamentul de transmisie trebuie să fie înregistrat corespunzător la agențiile guvernamentale, ceea ce poate dura mult timp, dar cel mai adesea furnizorii se ocupă de această problemă.
• Internetul prin satelit bidirecțional este o metodă foarte specifică de comunicare. Având în vedere timpul necesar unui semnal radio pentru a călători prin satelit către furnizor și înapoi, răspunsurile la solicitările trimise pot să nu fie returnate în câteva milisecunde, așa cum ne-am obișnuit cu furnizorii terestre, ci în câteva secunde. O anumită întârziere este, de asemenea, tipică pentru „asimetric” legătură prin satelit, dar în acest caz semnalul călătorește o singură dată pe calea „lungă” (prin satelit). La organizarea unei linii simetrice semnalul vine prin satelit de două ori (o cerere către furnizor și un răspuns către utilizator), adică timpul de așteptare se dublează și devine vizibil. Aceasta înseamnă că nu există rețea jocuri pe calculator, care necesită un răspuns rapid și nu merită să ne gândim.

Internetul prin satelit este scump?

Internetul tradițional prin satelit este diferit cost ridicat conexiune, deoarece abonatul trebuie să plătească echipamente scumpe. Dar, odată cu popularizarea serviciului, apar din ce în ce mai multe terminale și antene parabolice accesibile, ceea ce ne permite să sperăm la o reducere a prețurilor în viitorul apropiat. Costul de azi acces simetric este de aproximativ 2-3 zeci de mii de ruble pentru conectare și configurare, precum și de la 1000 de ruble pe lună pentru trafic sau ca taxă de abonament.

CU acces asimetric situația este mai bună: costul de primire a echipamentului este de aproximativ 5000-7000 de ruble. Cheltuieli lunare pe trafic sau taxa de abonareîn medie, acestea variază de la 500 de ruble pentru conexiuni fără un prag de viteză garantat mai mic (CIR) și de la 2000 de ruble - cu un astfel de prag.

Ai nevoie de internet prin satelit?

Internetul prin satelit poate fi singura șansă de a vă conecta la Internet acolo unde nu există un serviciu stabil de telefonie mobilă sau prin cablu comunicare telefonică. Și dacă prețul problemei nu vă oprește, este logic să acordați atenție metoda simetrica acces. Dar merită să luați în considerare dezavantajele tipurilor de comunicații prin internet prin satelit. Din păcate, un astfel de acces la Internet, destul de ciudat, nu este atât de fiabil. Având în vedere că semnalul parcurge mii de kilometri până la satelit, orice nor vizibil poate deveni o interferență. Acest lucru poate fi combatet folosind o suprafață mai mare antenă de satelit, care va costa mai mult. Un alt dezavantaj al unei astfel de conexiuni este necesitatea asistenței de specialitate la instalarea și configurarea echipamentelor, care necesită și bani.

Canal de comunicare discret cu interferențe

Vom lua în considerare canalele de comunicare discrete fără memorie.

Canal fără memorie este un canal în care fiecare simbol de semnal transmis este afectat de interferență, indiferent de semnalele transmise anterior. Adică, interferența nu creează conexiuni corelative suplimentare între simboluri. Numele „fără memorie” înseamnă că în timpul următoarei transmisii, canalul nu pare să-și amintească rezultatele transmisiilor anterioare.

În prezența interferenței, cantitatea medie de informații dintr-un simbol de mesaj primit este Y, raportat la transmisia - X este egal cu:

Pentru simbolul mesajului X T durată T, constând din n simboluri elementare cantitatea medie de informații dintr-un mesaj simbol primit - Y T raportat la ceea ce a fost transmis - X T este egal cu:

eu (Y T , X T ) = H(X T ) - H(X T /Y T ) = H(Y T ) - H(Y T /X T ) = n )