КАНАЛИ ЗВ'ЯЗКУ
1. Класифікація та характеристики каналу зв'язку
Канал зв'язку - це сукупність засобів, призначених для передачі сигналів (повідомлень).
Для аналізу інформаційних процесів в каналі зв'язку можна використовувати його узагальнену схему, наведену на рис. 1.
На рис. 1 прийняті наступні позначення: X, Y, Z, W - сигнали, повідомлення ; f - перешкода; ЛЗ - лінія зв'язку; ШІ, ПІ - джерело і приймач інформації; П - перетворювачі (кодування, модуляція, декодування, демодуляція).
Існують різні типи каналів, які можна класифікувати за різними ознаками:
1. За типом ліній зв'язку: дротові; кабельні; оптико-волоконні;
лінії електропередачі; радіоканали і т.д.
2 . За характером сигналів: безперервні; дискретні; дискретно-безперервні (Сигнали на вході системи дискретні, а на виході безперервні, і навпаки).
3 . За перешкодозахищеності: канали без перешкод; із перешкодами.
Канали зв'язку характеризуються:
1. Ємність каналу визначається як добуток часу використання каналу T до, ширини спектру частот, що пропускаються каналом F до та динамічного діапазону D до . , який характеризує здатність каналу передавати різні рівні сигналів
V до = T до F до D оскільки (1)
Умова узгодження сигналу з каналом:
V c ВЈ V k ; </b> T c ВЈ T k ; F c ВЈ F k ; V c ВЈ V k ; D c ВЈ D k .
2. Швидкість передачі інформації - середня кількість інформації, що передається в одиницю часу.
3. Пропускна здатність каналу зв'язку - найбільша теоретично досяжна швидкість передачі інформації за умови, що похибка не перевершує заданої величини.
4. Надмірність - забезпечує достовірність переданої інформації ( R = 0 Вё 1).
Однією з задач теорії інформації є визначення залежності швидкості передачі інформації та пропускної здатності каналу зв'язку від параметрів каналу і характеристик сигналів і перешкод.
Канал зв'язку образно можна порівнювати з дорогами. Вузькі дороги - мала пропускна здатність, але дешево. Широкі дороги - гарна пропускна здатність, але дорого. Пропускна здатність визначається самим В«вузькимВ» місцем.
Швидкість передачі даних в значній мірі залежить від передавальної середовища в каналах зв'язку, в якості яких використовуються різні типи ліній зв'язку.
Дротові:
1. Дротові - вита пара (що частково пригнічує електромагнітне випромінювання інших джерел). Швидкість передачі до 1 Мбіт/с. Використовується в телефонних мережах і для передачі даних.
2. Коаксіальний кабель. Швидкість передачі 10-100 Мбіт/с - використовується в локальних мережах, кабельному телебаченні і т.д.
3 . Оптико-волоконна. Швидкість передачі 1 Гбіт/с.
У середовищах 1-3 загасання в дБ лінійно залежить від відстані, тобто потужність падає по експоненті. Тому через певну відстань необхідно ставити регенератори (підсилювачі).
Радіолінії:
1. Радіоканал. Швидкість передачі 100-400 Кбіт/с. Використовує радіочастоти до 1000 МГц. До 30 МГц за рахунок відбиття від іоносфери можливе поширення електромагнітних хвиль за межі прямої видимості. Але цей діапазон сильно зашумлен (наприклад, аматорської радіозв'язком). Від 30 до 1000 МГц - іоносфера прозора і необхідна пряма видимість. Антени встановлюються на висоті (іноді встановлюються регенератори). Використовуються в радіо і телебаченні.
2. Мікрохвильові лінії. Швидкості передачі до 1 Гбіт/с. Використовують радіочастоти вище 1000 МГц. При цьому необхідна пряма видимість і гостронаправлених параболічні антени. Відстань між регенераторами 10-200 км. Використовуються для телефонного зв'язку, телебачення і передачі даних.
3. Супутникова зв'язок . Використовуються мікрохвильові частоти, а супутник служить регенератором (Причому для багатьох станцій). Характеристики ті ж, що у мікрохвильових ліній.
2. Пропускна здатність дискретного каналу зв'язку
Дискретний канал являє собою сукупність засобів, призначених для передачі дискретних сигналів [5].
Пропускна здатність каналу зв'язку - найбільша теоретично досяжна швидкість передачі інформації за умови, що похибка не перевершує заданої величини. Швидкість передачі інформації - середня кількість інформації, що передається в одиницю часу. Визначимо вирази для розрахунку швидкості передачі інформації та пропускної здатності дискретного каналу зв'язку.
При передачі кожного символу в середньому по каналу зв'язку проходить кількість інформації, визначається за формулою
I (Y, X) = I (X, Y) = H (X) - H (X/Y) = H (Y) - H (Y/X) , (2)
де: I (Y, X) - взаємна інформація, тобто кількість інформації, що міститься в Y щодо X ; H (X) - ентропія джерела повідомлень; H (X/Y) - умовна ентропія, що визначає втрату інформації на один символ, пов'язану з наявністю перешкод і спотворень.
При передачі повідомлення X T тривалості T, складається з n елементарних символів, середня кількість переданої інформації з урахуванням симетрії взаємного кількості інформації одно:
I (Y T , X T ) = H (X T ) - H (X T /Y T ) = H (Y T ) - H (Y T /X T ) = n [H (X) - H (X/Y), (3)
де T = n ; - середній час передачі одного символу; n -число символів в повідомленні тривалістю Т .
Для символів рівній тривалості = t, в разі неравновероятних символів нерівній тривалості
.
При цьому швидкість передачі інформації
[біт/с]. (4)
Швидкість передачі інформації залежить від статистичних властивостей джерела, методу кодування і властивостей каналу.
Пропускна здатність дискретного каналу зв'язку
. (5)
Максимально-можливе значення, тобто максимум функціоналу шукається на всій безлічі функцій розподілу ймовірності p (x) .
Пропускна здатність залежить від технічних характеристик каналу (швидкодії апаратури, виду модуляції, рівня перешкод і спотворень і т.д.). Одиницями вимірювання пропускної здатності каналу є: [bit/s], [Kbit/s], [Mbit/s], [Gbit/s].
2.1 Дискретний канал зв'язку без перешкод
Якщо перешкоди в каналі зв'язку відсутні, то вхідні і вихідні сигнали каналу пов'язані однозначною, функціональною залежністю.
При цьому умовна ентропія дорівнює нулю, а безумовні ентропії джерела і приймача рівні, тобто середня кількість інформації в прийнятому символі щодо переданого одно
I (X, Y) = H (X) = H (Y); H (X/Y) = 0.
Якщо Х Т - Кількість символів за час T , то швидкість передачі інформації для дискретного каналу зв'язку без перешкод дорівнює
(6)
...
