Основы передачи дискретных сообщений. Основные понятия, определения. Структура системы передачи дискретных сообщений.
Под термином “информация” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В более строгой форме определение информации следующее:
Информация- это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.
В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи.
Сообщениеявляется формой представления информации.
Одно и то же сведение может быть представлено в различной форме. Например, сведение о моменте начала наступления может быть передано по телефону или телеграфом или тремя зелеными ракетами. В первом случае мы имеем дело с информацией, представленной в непрерывном виде (непрерывное сообщение). Будем считать, что это сообщение вырабатывается источником непрерывных сообщений. Во втором и в третьем случае - с информацией, представленной в дискретном виде (дискретное сообщение). Это сообщение вырабатывается источником дискретных сообщений.
Основное отличие дискретного и непрерывного источников состоит в следующем. Множество всех различных сообщений, вырабатываемых дискретным источником всегда конечно. Поэтому на конечном отрезке времени количество символов дискретного источника так же является конечным. В то же время число возможных различных значений звукового давления (или напряжения в телефонной линии), измеренное при разговоре, даже на конечном отрезке времени, будет бесконечным.
В нашем курсе мы будем рассматривать вопросы передачи именно дискретных сообщений. При этом в случае телефонной связи под сообщением будем понимать некоторую последовательность отсчетов квантованного аналогового сигнала, передаваемую в канале связи в виде последовательности кодовых комбинаций.
Информация, содержащаяся в сообщении, передается от источника сообщений к получателю по каналу передачи дискретных сообщений (ПДС) (рис.1.).
Рис.1. Тракт передачи дискретных сообщений
Характеристики источника дискретных сообщений.
Сообщение поступает от источника дискретных сообщений, который характеризуется алфавитом передаваемых сообщений .
Алфавит – есть совокупность всех возможных (различных) сообщений (знаков) данного источника.
Объем алфавита – число различных символов алфавита К.
Каждое сообщение алфавита появляется с некоторой вероятностью.
Вероятность выдачи символа (сообщения) – .
Количество информации в сообщении(символе) определяется вероятностью его появления. Чем меньше вероятность появления того или иного сообщения, тем большее количество информации мы извлекаем при его получении. В 1928г. Хартли предложил определять количество информации, которое приходится на одно сообщение , выражением
.
Энтропия. Среднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, поступающее от источника без памяти, получим, применяя операцию усреднения по всему объему алфавита
, (1)
Выражение (1) известно как формула Шеннона для энтропии источника дискретных сообщений. Энтропия - мера неопределенности в поведении источника дискретных сообщений.
Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источником выдается всегда одно и то же сообщение (в этом случае неопределенность в поведении источника сообщений отсутствует). Энтропия максимальна, если символы источника появляются независимо и с одинаковой вероятностью.
Один бит - это количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника состоит из двух равновероятных символов.
Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника
, [бит/с], (2)
где - среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).
Среднее время может быть определено выражением .
Основные характеристики канала ПДС.
Для каналов передачи дискретных сообщений вводят аналогичную характеристику - скорость передачи информациипо каналу R. Она определяется количеством бит, передаваемых в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу называетсяпропускной способностью каналаи обозначается С.
Пропускная способность непрерывного канала с белым гауссовским шумом определяется известной формулой Шеннона
.
Как видно из выражения данная величина определяется шириной полосы пропускания и соотношением сигнал-шум.
Сигналы – форма сообщения для передачи по каналу связи
Любая система связи обеспечивает передачу именно сигналов, а не сообщений. Поэтому сообщение, поступающее от источника, предварительно должно быть преобразовано в сигнал определенной природы (электрический, оптический …), который является его переносчиком в данной системе связи.
Виды сигналов. Различают четыре вида сигналов: непрерывный непрерывного времени, непрерывный дискретного времени, дискретный непрерывного времени и дискретный дискретного времени.
Непрерывные сигналы непрерывного времениназывают сокращенно непрерывными (аналоговыми) сигналами. Они могут изменяться в произвольные моменты, принимая любые значения из непрерывного множества возможных значений (рис.2). К таким сигналам относится и известная всем синусоида.
Рис.2. Непрерывный сигнал непрерывного времени
Рис.3. Непрерывный сигнал дискретного времени
Непрерывные сигналы дискретного временимогут принимать произвольные значения, но изменяться только в определенные, наперед заданные (дискретные) моменты t1, t2, t3, ... (рис.3).
Дискретные сигналы непрерывного времени отличаются тем, что они могут изменяться в произвольные моменты, но их величины принимают только разрешенные (дискретные) значения (рис.4).
Дискретные сигналы дискретного времени(сокращенно дискретные) (рис.5) в дискретные моменты времени могут принимать только разрешенные (дискретные) значения.
Рис.4. Дискретный сигнал непрерывного времени
Рис.5. Дискретный сигнал дискретного времени
Сигналы, формируемые на выходе преобразователя дискретного сообщения в сигнал, как правило, являются по информационному параметру дискретными, то есть описываются функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.
В технике передачи данных такие сигналы называют цифровыми сигналами данных (ЦСД).
Рассмотрим далее основные определения, относящиеся к ЦСД.
Представляющий (информационный) параметр сигнала данных - параметр сигнала данных, изменение которого отображает изменение сообщения.
На рис.6. изображен ЦСД, представляющим параметром которого является амплитуда, а множество возможных значений представляющего параметра равно двум (U=U1 и U=0).
.
– 
.
, выражением
.
, (1)
, [бит/с], (2)
- среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).
.
.
