Смекни!
smekni.com

Выбор и обоснование информационных характеристик канала связи (стр. 1 из 16)

МИнИстерство ОборонЫ УкраИнЫ

Севастопольский военно-морской ордена Красной Звезды институт имени П.С.Нахимова

Кафедра "Защиты информации"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Теория информации"

тема: "Выбор и обоснование информационных характеристик

канала связи"

выполнила: студентка 529 группы

И. А. Аксёненко

проверил: заведующий кафедрой "Защиты информации"

В. А. Михайлов

Севастополь

2007

ЗАДАНИЕ

Провести выбор и обоснование информационных характеристик канала связи или информационной системы путем решения десяти типовых задач.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.. 5

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ.. 8

1.1. Восстановление аналогового сигнала по дискретному, используя ряд Фурье. 8

1.1.1. Расчет и построение спектра сигнала. 8

1.1.2. Восстановление аналогового сигнала. 10

1.2. Восстановление аналогового сигнала по теореме Котельникова. 11

1.2.1. Расчет параметров. 11

1.2.2. Восстановление сигнала. 12

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ В СООБЩЕНИИ, СОДЕРЖАЩЕМ ЗАДАННЫЙ ТЕКСТ. 14

2.1. Определения количества информации в сообщении. 14

2.1.1. Определение количества информации в сообщении, написанном на алфавите с равновероятным распределением символов. 15

2.1.2. Определение количества информации в сообщении, переданном телеграфным кодом 15

2.2. Расчет энтропии сообщения. 16

2.2.1. Расчет энтропии сообщения, написанного на алфавите с равновероятным распределением символов. 16

2.2.2. Расчет энтропии сообщения, в котором буквы попадаются со своей вероятностью 17

3. РАСЧЕТ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛА СВЯЗИ БЕЗ ПОМЕХ.. 18

3.1. Построение канальной матрицы.. 18

3.2. Расчет матриц совместного появления сигналов ai, bj и относительных вероятностей 19

3.3. Расчет полных условных энтропий. 21

3.4. Расчет количества информации, переданной по КС.. 21

3.5. Расчет пропускной способности КС.. 22

4. СОГЛАСОВАНИЕ КАНАЛА СВЯЗИ С ДАТЧИКОМ И ДИСПЛЕЕМ... 23

4.1. Выбор исходных данных. 23

4.2. Расчет энтропии источника. 23

4.3. Расчет ширины спектра сигнала. 24

4.4. Расчет полосы пропускания КС.. 24

4.5. Расчет энтропии приемника. 25

4.6. Определение максимальной полосы КС.. 26

4.7. Выбор ширины ПП КС.. 27

5. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КАНАЛЕ СВЯЗИ БЕЗ ПОМЕХ.. 28

5.1. Оптимальное кодирование. 28

5.2. Кодирование сообщения методом Шеннона-Фано. 29

5.2.1. Разработка кода сообщения. 29

5.2.3. Оценка кода по показателям эффективности. 30

5.3. Кодирование сообщения методом Хаффмана. 31

5.3.1. Разработка кода сообщения. 32

5.3.2. Оценка кода по показателям эффективности. 34

6. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ 35

6.1. Расчет показателей эффективности систем кодирования информации для помехозащищенного канала. 35

6.1.1. Расчет для сообщения, закодированного методом Шеннона-Фано. Ошибка! Закладка не определена.

6.1.2. Расчет для сообщения, закодированного методом Хаффмана. Ошибка! Закладка не определена.

6.2. Расчет показателей эффективности систем кодирования информации для низкого помехозащищенного канала. 37

6.2.1. Расчет для сообщения, полученного методом Шеннона-Фано. 37

6.2.2. Расчет для сообщения, полученного методом Хаффмана. 38

6.3. Исследование зависимости вероятностью возникновения ошибок в сообщении от вероятности возникновения ошибок в одном разряде. 39

6.3.1. Метод Шеннона-Фано. 39

6.3.2. Метод Хаффмана. 40

7. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ГРУППОВЫМ (БЛОЧНЫМ) КОДОМ... 41

7.1. Представление сообщения, закодированного методом Хаффмана, в блочной форме. 41

7.2. Разработка производящей (генераторной) матрицы.. 42

7.3. Формирование блочного кода. 44

7.4. Декодирование блочного кода в режиме обнаружения и исправления ошибок. 45

8. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ЦИКЛИЧЕСКИМ КОДОМ... 47

8.1. Представление сообщения, закодированного методом Хаффмана, в блочной форме. 47

8.2. Построение образующей (генераторной) матрицы.. 48

8.2.1. Выбор образующего полинома и определение контрольных разрядов. 48

8.2.2. Построение генераторной матрицы.. 49

8.3. Кодирование. 49

8.3.1. I способ. 49

8.3.2. II способ. 51

8.3.3.Проверка правильности кодирования. 54

8.4. Проверка циклического кода на возможность исправления ошибок. 55

9. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ СВЕРТОЧНЫМ КОДОМ... 57

9.1. Кодирование информации. 57

9.2. Декодирование информации. 59

9.2.1. Декодирование информации без ошибок. 59

9.2.2. Проверка кода на способность обнаруживать и исправлять ошибки. 60

10. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КОДОВ.. 62

10.1. Расчет показателей эффективности кодов. 62

10.1.1. Расчет для кода Хаффмана. 65

10.1.2. Расчет для блочного кода. 66

10.1.3. Расчет для сверточного кода. 66

10.2. Анализ зависимости qэ = qэ (R) 67

ПРИЛОЖЕНИЕ.. 70


ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АС

Аналоговый сигнал

ГМ

Генераторная матрица

ИМ

Информационная матрица

КМ

Канальная матрица

КС

Канал связи

ПП

Полоса пропускания

ЭВО

Эквивалентная вероятность ошибки

ВВЕДЕНИЕ

Информация наряду с материей и энергией является первичным понятием нашего мира и поэтому в строгом смысле не может быть определена. Можно лишь перечислить ее основные свойства, например такие как:

1) информация приносит сведения об окружающем мире;

2) информация не материальна, но она проявляется в форме материальных носителей, дискретных знаков или первичных сигналах;

3) знаки и первичные сигналы несут информацию только для получателя, способного распознать.

Вместе с тем слово «информация» является одним из тех терминов, которые достаточно часто встречаются во множестве обиходных ситуаций и являются интуитивно понятными каждому человеку. При этом в узком практическом смысле под информацией обычно понимают совокупность сведений об окружающем мире являющихся объектом хранения, передачи и преобразования.

Информация передается, и хранится в виде сообщений. Под сообщением понимают совокупность знаков или первичных сигналов, содержащих информацию. Иначе говоря, сообщение – это информация, представленная в какой-либо форме.

Для того чтобы сообщение можно было передать получателю, необходимо воспользоваться некоторым физическим процессом, способным с той или иной скоростью распространяться от источника к получателю сообщения. Изменяющийся во времени физический процесс, отражающий передаваемое сообщение называется сигналом.

Сообщения могут быть функциями времени (когда информация представлена в виде первичных сигналов: речь, музыка) и не является ими (когда информация представлена в виде совокупности знаков).

Сигнал всегда является функцией времени. В данной работе рассматриваются непрерывные или аналоговые сигналы. Они определены для всех моментов времени и могут принимать все значения из заданного диапазона. Чаще всего физические процессы, порождающие сигналы являются непрерывными. Этим и объясняется второе название сигналов данного типа – аналоговый, т.е. аналогичный порождающим процессам.

Совокупность технических средств, используемых для передачи сообщений от источника к потребителю информации, называется системой связи. Она состоит из 5 частей:

1) Источник сообщений, создающий сообщения или последовательность сообщений, которые должны быть переданы.

2) Передатчик, который перерабатывает некоторым образом сообщения в сигналы соответственного типа, определенного характеристиками используемого канала.

3) Канал – это комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сигналов от передатчика к приемнику.

4) Приемник обычно выполняет операцию, обратную по отношению к операции, производимой передатчиком, т.е. восстанавливается сообщение по сигналам.

5) Получатель – это лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение. Процесс преобразования сообщения в сигнал, осуществляющийся в передатчике, и обратный ему процесс, реализующийся в приемнике, назовем соответственно кодированием и декодированием.