Каналы передачи информации без помех. Скорость передачи информации и пропускная способность дискретного канала без помех. Теорема Шеннона

Учебные вопросы занятия

Лекция 5. Передача данных по информационным каналам

ЛЕКЦИЯ

Защиты информации

по учебной дисциплине "Теория информации "

для студентов специальности 075500 (090105) – Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем

Ставрополь 2009 г.

Цель занятия: Изучить обобщенную характеристику каналов и и сигналов. Изучить модели сигналов, передаваемых по каналам. Ознакомиться с характеристиками канала без помех и помехами. Изучить теоремы Шеннона для данного канала.

1. Каналы передачи информации без помех. Скорость передачи информации и пропускная способность дискретного канала без помех. Теорема Шеннона

2 Дискретный канал с помехами. Скорость передачи информации и пропускная способность дискретного канала при наличии помеха

Каждую информационную систему можно разделить на источник информации, преобразователь, канал передачи, накопитель и отображающее устройство.

Рис.1 Структурная модель информационной системы.

Сообщение Х поступает в преобразователь, где оно кодируется, модулируется и превращается в сигнал S. Затем этот сигнал поступает в канал передачи, где на него воздействует помеха Z = S+x.

Приемная часть демодулирует, декодирует полученный сигнал Z, преобразуя его к виду Y. Непосредственным переносчиком информации является сигнал. В общем виде представляющий собой случайно изменяющуюся физическую величину.

Однако, каждый сигнал обладает целым рядом характеристик наиболее существенных с точки зрения передачи информации. Первая из них является длительность сигнала. Длительность сигнала - характеристика определяющая время передачи сообщения и продолжительность занятия канала.

Второй характеристикой сигнала выступает ширина спектра. Каждый сигнал характеризуется определенным частотным спектром. Теоретически ширина спектра неограниченна, однако с увеличением частоты уменьшается спектральная плотность сигнала, что при определенных условиях позволяет сделать вывод об ограничении частотного спектра сигнала.

Третий характеристикой сигнала является энергетическая характеристика сигнала. Каждый сигнал обладает определенной мощностью: P_s - средняя мощность сигнала. Однако наиболее часто используется отношение средней мощности сигнала к мощности помехи:

D = log_aP_s/P_помехи - динамический диапазон(ln - неперы, lg - децибелы).

Информационный канал можно характеризовать тремя характеристиками:

1. Время использования канала –данная характеристика определяет время занятия канала для передачи сообщения.

2. Ширина полосы частот канала – данная характеристика характеризует выделенный частотный спектр (полосу пропускания) канала.

3. Динамический диапазон канала – данная характеристика определяет способность канала передавать сообщения с различными уровнями мощности.

Произведение всех трех характеристик канала принято называть объем канала

Vк = Tк*Fк*Dк (2)

Произведение всех трех характеристик даст объем сигнала: V_c = Tc*Fc*Dc (1)

Рис. 2. Геометрическое представление сигнала.

Неискаженная передача информации возможна лишь при условии, что объем сигнала не превосходит емкости канала. Следовательно, общее условие согласования сигнала и канала передачи информации определяется

Vc £ Vк. (3).

Выражение (3) отражает необходимое, но недостаточное условие согласования сигнала с каналом. Достаточным условием согласования является

Tc £ Tк,

Fc £ Fк, (4)

Dc £ Dк.

Рис. 2. Геометрическая модель достаточного условия согласования

канала и сигнала.

Если при выполнении условия (3) условие (4) не выполняется, то можно добиться согласования канала и сигнала путем трансформации сигнала при сохранении его объема.