Теория Информационных Процессов Тема 1 Основные понятия

Теория Информационных Процессов Тема № 1: Основные понятия и определения

План l l l l Определения и понятия Системы передачи и обработки информации Функциональная схема системы передачи информации Сообщения и сигналы Основные параметры сигналов, канал связи Кодирование, модуляция, квантование Помехи и искажения Достоверность и скорость передачи информации

Определения и понятия Информационный процесс – это любое процесс, в котором присутствует хотя бы один из этих элементов: • • Передача информации Прием информации Хранение информации Обработка информации Информационная система – это любая система, реагирующая и поддерживающая информационный процесс Теории информационных системы являются естественным развитием общей теории связи

Системы передачи и обработки информации Объектом передачи в любой системе передачи информации являются сообщения, несущие информацию. Мерой количества информации в сообщении служит величина, измеряющая изменение вероятности события под действием сообщения

Функциональная схема системы передачи информации

Функциональная схема системы передачи информации Линия связи – среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику • • пара проводов - электрическая связь Волновод - электрическая связь Область пространства в которой распространяются электромагнитные волны - радиосвязь Оптическое волокно – оптическая связь (ВОЛС) Канал связи – совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к потребителю Система передачи информации называется многоканальной, если она обеспечивает взаимонезависимую передачу нескольких сообщений по одному общему каналу связи

Сообщения и сигналы Сообщение – информация, выраженная в определенной форме Сигнал – материальный носитель сообщения В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с передаваемым сообщением. Существенно, что сигналом является не сам физический процесс, а изменение его отдельных параметров Сообщения и соответствующие им сигналы могут быть: • Дискретными • Непрерывными

Преобразование непрерывного сообщения в сигнал Непрерывное сообщение – это некоторая физическая величина, принимающая любые значения в заданном интервале.

Основные параметры сигнала Длительность сигнала – интервал времени, в пределах которого сигнал существует Динамический диапазон – отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей Ширина спектра сигнала – полоса частот, в пределах которой сосредоточена его основная энергия

Канал связи Основные свойства каналов связи: • • Большинство каналов можно считать линейными (выходной сигнал есть сумма входных) На выходе канала, даже при отсутствии полезного сигнала всегда имеется помехи Сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку В реальных каналах всегда имеет место искажение сигнала, обусловленное несовершенством канала

Кодирование и модуляция Преобразование дискретного сообщения в сигнал состоит из двух операций: • • Кодирование Модуляция Кодирование определяет закон построения сигнала Модуляция – вид формирования сигнала, который должен передаваться по каналу связи

Кодирование и модуляция В двоичной системе счисления все числа записываются при помощи двух цифр – 0 и 1. Последовательность элементов сообщения преобразуется в последовательность наборов двух кодовых символов: 0 и 1 Каждому элементу сообщений присваивается определенная совокупность кодовых символов, которая называется кодовой комбинацией

Кодирование и модуляция Совокупность кодовых комбинаций, обозначающих дискретное сообщение называется кодом Число символов n, образующих кодовую комбинацию называется значимостью кода или длиной кодовой комбинации В зависимости от того одинаковую или неодинаковую длину имеют в данном коде кодовые комбинации коды называют равномерными и неравномерными

Кодирование и модуляция Коды делятся на обыкновенные и корректирующие Корректирующие свойства кодов достигаются введением в кодовые комбинации дополнительных (избыточных) символов, тем самым создается возможность обнаружения и исправления ошибок при неправильном воспроизведении части символов.

Кодирование и модуляция Декодирование – восстановление сообщения по принимаемым кодовым символам Кодирование и декодирование осуществляют устройства кодер и декодер

Кодирование и модуляция Функциональная схема передачи дискретных сообщений Процесс преобразования дискретного сообщения в сигнал

Кодирование и модуляция Физический процесс с помощью которого осуществляется передача сообщения называется «переносчиком» Модуляция состоит в том, что один из параметров «переносчика» изменяется во времени в соответствии с передаваемым сообщением u(t) Например: - коэффициент модуляции

Демодуляция и декодирование Последовательность восстановления переданного сообщения в приемнике: 1) 2) 3) Детектирование (демодуляция) – восстановление отдельных элементов сигнала, соответствующих основным символам Декодирование – кодовая комбинация преобразуется в элемент (букву) сообщения Принятие решения - какому переданному сигналу соответствует принятый (искаженный сигнал)

Дискретизация и кодирование непрерывных сообщений Дискретизация – преобразование непрерывных сообщений в дискретные. Дискретизация по времени – взятие отсчетов функции u(t) в определенные дискретные моменты времени t u(t) заменяется на совокупность мгновенных значений Выбор t производится на основании теоремы Котельникова:

Дискретизация по уровню (квантование) Каждое мгновенного значения u(t) передает ближайшее значение по установленной шкале дискретных уровней (чаще всего равномерно): Величина погрешности E=U-Uk не превосходит половины шага квантования U

Помехи и искажения Помеха – любое воздействие, накладываемое на полезный сигнал и затрудняющее его прием Классификация помех: • Внешние помехи • Внутренние помехи аппаратуры

Помехи и искажения Воздействие помехи w на передаваемый сигнал s можно выразить оператором: x=s+w x = s’ - аддитивная помеха мультипликативная помеха В реальных каналах: Виды помех: • Флуктуационные (случайный процесс с нормальным распределением) • Импульсные • Сосредоточенные по спектру

Достоверность и скорость передачи информации Достоверность определяется степенью искажения сигнала (степень соответствия принятого сообщения переданному) При дискретном сообщении мерой достоверности служит вероятность ошибки (P 0) Ошибка – принятие вместо данного элемента какогонибудь другого

Достоверность и скорость передачи информации Достоверность передачи зависит: • От отношения мощностей сигнал/шум • От способа приема Из теории помехоустойчивости (В. А. Котельников): «При заданном методе кодирования и модуляции существует предельная (потенциальная) помехоустойчивость, которая в данном приемнике может быть достигнута (оптимальный приемник), но не превзойдена»

Достоверность и скорость передачи информации Скорость передачи дискретных сообщений измеряется числом передаваемых двоичных символов в секунду R - Для одного канала 0 - длительность элементарной посылки сигнала m – основание кода при m=2 Предельная скорость передачи информации для данного канала – пропускная способность канала С