Разделы

Предельные возможности систем передачи информации

Одна из основных концепций теории связи состоит в том, что информацию можно измерять количественно. Введя некоторую меру количественного измерения информации, можно использовать ее для оценки информационных свойств сообщений, сигналов и помех. Указанный подход впервые был детально разработан и применен к решению ряда важных задач теории связи К. Шенноном. Ключевые результаты его исследований связаны с двумя важнейшими понятиями теории информации-производительностью источника сообщений и пропускной способностью канала связи.

Любой источник создает сообщения с определенной скоростью. Чем выше эта скорость, тем больше сведений создается в единицу времени и тем выше производительность источника, которую можно рассматривать как скорость поступления информации от источника на вход канала связи. Чтобы передать нужную информацию к получателю, необходимо иметь канал с определенной пропускной способностью. Величины пропускной способности канала С и производительности источника Ht могут быть измерены количественно числом двоичных единиц (бит) в секунду сопоставлены между собой. Рассматривая эти вопросы, Шеннон доказал следующую теорему.

Если канал связи с шумами обладает пропускной способностью С, а производительность источника определяется величиной Ht такой. что Ht меньше или равно C, то возможно такое кодирование, которое обеспечивает передачу сообщений по этому каналу со сколь угодно' малыми ошибками и со скоростью, сколь угодно близкой к величине С.

Важность теоремы состоит в том, что она утверждает принципиальную возможность безошибочной передачи сообщений по каналам, в которых действуют аддитивные помехи. Это означает, что ошибки, вызванные действием таких помех в канале, могут быть устранены с помощью кодирования. Теорема Шеннона определяет условия наиболее эффективного использования канала связи и представляет собой одно из наиболее фундаментальных положений теории информации. Она служит основой многих исследований по теории кодирования. Однако следует иметь в виду, что указанная теорема представляет собой утверждение предельного типа. В действительности передавать информацию по каналу со скоростью С нельзя; к этой скорости можно только приближаться в пределе, используя все более и более сложные способы кодирования, что приводит к возрастанию задержки поступления информации к получателю.

Шеннон показал, что пропускная способность идеального гауссовского канала связи (канала, в котором единственной причиной искажений является белый, гауссовский шум) с сигналами, у которых может быть ограниченной только средняя мощность Pс, определяется формулой:

=∆fclog2(1+Pc/Pш) [бит/с],

где ∆fc - ширина полосы частот, занимаемой каналом (ширина спектра сигнала);

ш=No∆fc,

средняя мощность шума в полосе частот ∆fc; No-спектральная плотность белого шума.

Формула Шеннона характеризует предельные возможности гауссовского канала, которые могут быть достигнуты только при «наилучших» способах формирования сигналов и их приема (оптимальном кодировании и декодировании). Исследования показали, что такие способы физически нереализуемы формула является асимптотическим соотношением, определяющим практически недостижимую границу скорости передачи информации по каналу связи. Это связано с тем, что по мере приближения к границе время, затрачиваемое на кодирование, стремится к бесконечности и, соответственно, увеличивается время задержки поступления информации к получателю.

Из выражения (10.1) следует, что одну и ту же пропускную способность можно получить при разных значениях полосы пропускания канала ∆fc и отношения сигнала к шуму в канале q=Рс/Рш, т. е. возможен обмен между полосой пропускания канала и отношением сигнала к шуму в нем. Такая возможность означает, что одно и то же количество информации можно передавать по разным каналам с одинаковой скоростью.

В каналах, физические свойства которых не позволяют использовать широкую полосу частот (т.е. при ограничениях на ширину спектра применяемых сигналов), приходится обеспечивать более высокое отношение сигнала к шуму по сравнению с каналами, в которых возможно применение сигналов с широким спектром.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Другие материалы

Разработка подсистемы САПР цифровых фильтров
В данной курсовой работе проводится технико-экономическое обоснование разработки подсистемы САПР цифровых фильтров, устройств, имеющих важное значение для работы любых радиопередающих ус ...

Разработка системы оказания услуг сотовой связи с целью повышения их качества
В более чем 98% регионов Российской Федерации услуги сотовой связи предоставляют 3 или более оператора. Это говорит о том, что в целом российский рынок сотовой связи находится в стадии з ...

Разработка конструкции парктроника для автомобиля
Парковочный радар - элемент дополнительного оборудования, который можно установить на автомобиль. Парктроник имеет самую различную функциональную направленность. Как правило, использован ...

Копирайт 2021 : www.ordinarytech.ru