Модель радиотехнической передачи информации. Источник информации (стр. 1 из 2)
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
кафедра РЭС
реферат на тему:
"Модель радиотехнической передачи информации. источник информации"
МИНСК, 2009
Модель радиотехнической системы передачи информации
Изучение радиотехнических систем передачи информации начнем с рассмотрения общепринятых моделей, позволяющих, абстрагируясь от частных вопросов технической реализации конкретной системы, уяснить общие принципы и закономерности их построения.
В самом общем виде модель РТС ПИ можно представить следующим образом (рис.1):
 |  |  | |
Рис. 1.
Хотя эта модель и содержит основные элементы, присущие любой системе передачи информации, она может служить лишь простейшей иллюстрацией к описанию РТС ПИ, поскольку практически не отражает тех действий, которые должны выполняться (или могут выполняться) над информацией в процессе ее передачи от источника к потребителю.
Значительно более полной в этом смысле является модель системы передачи (и хранения) информации, подобная приведенной на рис.2, которой мы и будем пользоваться в дальнейшем. Нужно отметить, что на самом деле проблемы, возникающие при передаче (причем не только с использованием радиоволн) и хранении информации (на оптических дисках, магнитных носителях и в памяти компьютеров) очень схожи, поэтому методы их решения и структура технических устройств также во многом идентичны.
 |
1. Источник информации или сообщения - это физический объект, система или явление, формирующие передаваемое сообщение. Само сообщение - это значение или изменение некоторой физической величины, отражающие состояние объекта (системы или явления). Как правило, первичные сообщения - речь, музыка, изображения, измерения параметров окружающей среды и т.д. - представляют собой функции времени неэлектрической природы. С целью передачи по каналу связи эти сообщения преобразуются в электрический сигнал, изменения которого во времени λ(t) отображает передаваемое сообщение. Значительная часть передаваемых сообщений, особенно в последнее время, по своей природе не является сигналами - это массивы чисел, текстовые или иные файлы и тому подобное. Сообщения такого типа можно представить в виде некоторых векторов Λ.
2. Кодер источника. Подавляющая часть исходных сообщений - речь, музыка, изображения и т.д. - предназначена для непосредственного восприятия органами чувств человека и в общем случае плохо приспособлена для их эффективной передачи по каналам связи. Поэтому сообщения (λ(t) или Λ), как правило, подвергаются кодированию. В процедуру кодирования обычно включают и дискретизацию непрерывного сообщения λ(t), то есть его преобразование в последовательность элементарных дискретных сообщений { λi }.
Под кодированием в общем случае понимают преобразование алфавита сообщения A{ λi }, (i = 1,2…K) в алфавит некоторым образом выбранных кодовых символов Â{ xj}, (j = 1,2…N). Обычно (но не обязательно) размер алфавита кодовых символов dimÂ{ xj} меньше или намного меньше размера алфавита источника dimA{ λi }. Кодирование сообщений может преследовать различные цели - сокращение объема передаваемых данных (сжатие данных), увеличение количества передаваемой за единицу времени информации, повышение достоверности передачи, обеспечение секретности при передаче и т.д.
Под кодированием источника в РТС ПИ будем понимать сокращение объема (сжатие) информации с целью повышения скорости ее передачи или сокращения полосы частот, требуемых для передачи.
Кодирование источника иногда называют экономным, безизбыточным или эффективным кодированием, а также сжатием данных. Под эффективностью в данном случае понимается степень сокращения объема данных, обеспечиваемая кодированием.
Если сжатие производится так, что по сжатым данным можно абсолютно точно восстановить исходную информацию, кодирование называется неразрушающим. Неразрушающее кодирование используется при передаче (или хранении) текстовой информации, числовых данных, компьютерных файлов и т.п., то есть там, где недопустимы даже малейшие отличия исходных и восстановленных данных.
Во многих случаях нет необходимости в абсолютно точной передаче информации от источника к ее потребителю, тем более что в канале связи всегда присутствуют помехи и абсолютно точная передача в принципе невозможна. В таких случаях может быть использовано разрушающее сжатие, обеспечивающее восстановление исходного сообщения по сжатому с той или иной степенью приближения. Как правило, разрушающие методы сжатия гораздо более эффективны, нежели неразрушающие.
Таким образом, на выходе кодера источника по передаваемому сообщению λ(t) или Λ формируется последовательность кодовых символов X, называемая информационной последовательностью, допускающая абсолютно точное (или приближенное) восстановление исходного сообщения и имеющая, по возможности, как можно меньший размер.
3. Кодер канала. При передаче информации по каналу связи с помехами в принятых данных могут возникать ошибки. Если такие ошибки имеют небольшую величину или возникают достаточно редко, информация может быть использована потребителем. При большом числе ошибок полученной информацией пользоваться нельзя.
Кодирование в канале, или помехоустойчивое кодирование, представляет собой способ обработки передаваемых данных, обеспечивающий уменьшение количества ошибок, возникающих в процессе передачи по каналу с помехами. Существует большое число различных методов помехоустойчивого кодирования информации, но все они основаны на следующем: при помехоустойчивом кодировании в передаваемые сообщения вносится специальным образом организованная избыточность (в передаваемые кодовые последовательности добавляются избыточные символы), позволяющая на приемной стороне обнаруживать и исправлять возникающие ошибки. Таким образом, если при кодировании источника производится устранение естественной избыточности, имеющей место в сообщении, то при кодировании в канале избыточность в передаваемое сообщение сознательно вносится. На выходе кодера канала в результате формируется последовательность кодовых символов Y (X), называемая кодовой последовательностью.
Нужно отметить, что как помехоустойчивое кодирование, так и сжатие данных не являются обязательными операциями при передаче информации. Эти процедуры (и соответствующие им блоки в структурной схеме РТС ПИ) могут отсутствовать. Однако это может привести к очень существенным потерям в помехоустойчивости системы, значительному уменьшению скорости передачи и снижению качества передачи информации. Поэтому практически все современные системы (за исключением, быть может, самых простых) должны включать и обязательно включают и эффективное и помехоустойчивое кодирование данных.
4. Модулятор. Функции модулятора в РТС ПИ - согласование сообщения источника или кодовых последовательностей, вырабатываемых кодером, со свойствами канала связи и обеспечение возможности одновременной передачи большого числа сообщений по общему каналу связи (каковым является радиоканал).
Действительно, большинство непрерывных l(t) и дискретных L сообщений, подлежащих передаче, а также результаты их кодирования - последовательности кодовых символов X и Y - представляют собой сравнительно низкочастотные сигналы с относительно широкой полосой (DF£ 1 МГц, DF~f0). В то же время эффективная передача с использованием электромагнитных колебаний (радиоволн) возможна лишь для достаточно высокочастотных сигналов (f0 ³ 1...1000 МГц и выше) с относительно узкополосными спектрами (DF<<f0).
Поэтому модулятор должен преобразовать сообщения источника l(t) (L) или соответствующие им кодовые последовательности Xи Yв сигналы S(t, l(t)), S(t, Y(l(t))) (наложить сообщения на сигналы), свойства которых обеспечивали бы им возможность эффективной передачи по радиоканалу (или другим существующим каналам связи - телефонным, оптическим и т.д.). При этом сигналы, принадлежащие множеству систем передачи информации, работающих в общем радиоканале, должны быть такими, чтобы обеспечивалась независимая передача сообщений от всех источников ко всем получателям информации.