Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 0.51 Mb.
|
Непрерывные сообщения описываются непрерывной функцией времени. Дискретное сообщение представляет собой последовательность отдельных элементов, физическая природа которых может быть любой. Отдельные первичные сигналы с выхода источника дискретных сообщений называют элементарными сообщениями. Каждому элементарному сообщению соответствует определенное состояние х-, источника информации. Так, при передаче телеграммы сообщением является текст, а элементом сообщения - буква. Источники сообщений В зависимости от формы создаваемых сообщений различают источники дискретных и непрерывных (аналоговых) сообщений. Дискретный источник формирует сообщение в виде случайных последовательных символов (статистически не связанных элементов сообщения) из фиксированного алфавита x={xhx2,...,x„j -алфавита источника. Сообщение приобретает смысл - несет в себе определенную информацию только тогда, когда состояние наблюдаемого объекта заранее не известно потребителю, а следовательно, получаемое им сообщение случайно. Совокупность всех возможных состояний и вероятностей их появлений образует ансамбль сообщений. Принимая сообщение о каком-либо событии, мы получаем дополнительную информацию и меняем свои знания о нем. Определить, сколько информации содержится в сообщении, довольно сложно, поскольку одно и то же сообщение несёт разную информацию потребителям - для одного ее будет много, для другого - мало. Количество информации в сообщении определяется системой, не связанной с его конкретным содержанием, а отображающей лишь степень неожиданности"(неопределенности),т.е.его вероятности. Маловероятное сообщение является неожиданным и поэтому содержит много информации, и наоборот. Количество информации в отдельно взятом сообщении определяется величиной, обратной вероятности сообщения, вычисленной в логарифмических единицах:H(x)=log(1/p(x))(по основанию а)=-log p(x) по основанию а.где Р(х) - вероятность сообщения х; а - основание логарифма. При а=2 количество информации, содержащейся в сообщении, выражается в двоичных единицах: H(x)=-log(2)P(x). end Если ансамбль состоит из двух сообщений х, и х2 вида "да" или "нет" или "О" или "/", которые являются независимыми и равновероятными, т.е. Р(Х)) = Р(х2) = 0.5, то каждое сообщение несет двоичную единицу информации, которую принято называть битом И = -log2 P(x,) = -log2 P(x2) = -log20.5 = I бит.Для оценивания информационных свойств сообщения в целом вводится среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение, -энтропия источника сообщений. Энтропия источника определяется как математическое ожидание количества информации H(x) = (x=1 до n)P(x,)log2P(x,).(справедливо для источника с независимыми сообщениями.)Таким образом энтропия источника определяется не только числом его возможных состояний, но и их вероятностями. Энтропия Н(х) должна быть непрерывной функцией вероятностей состояний Р(х1), Р(х2),...,Р(хn) (функционалом распределения вероятностей).При этом не важно,какие именно значения имеют X1,x2.....xn, важны только количество этих значений и их вероятности, поскольку энтропия связывается только с фактом выбора, а не с множеством конкретных значений наблюдаемых явлений. Если же все Рi равны Рi=1/n, то Н(х) должна быть монотонно возрастающей функцией от n. Непрерывный источник характеризуется одномерной плотностью распределения случайной величины х-Р(х). 17. Виды сигналов и их классификация. Временное представление сигналов. под сигналом понимаются физическое явление или процесс, несущий информацию (сообщение) о каком-либо событии или состоянии объекта наблюдения, либо передача команды управления или оповещения.В радиоэлектронике сигналы, как правило, представлены в виде электрического колебания, характеристики которого (ток или напряжение, длительность, частота, фаза и т.д.) однозначно связаны с каким-либо параметром конкретного физического процесса (сообщения). Поэтому наряду с термином "сигнал" используют термин "электрическое колебание".Будем рассматривать электромагнитные сигналы как средство передачи данных. Данные - объекты, передающие смысл или информацию. Сигналы -это электрическое или электромагнитное представление данных. Сам сигнал является функцией времени, но для передачи данных его можно рассматривать и с точки зрения частотного представления.Если рассматривать сигнал как функцию времени, то он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным. Интенсивность дискретного сигнала в течение некоторого периода является постоянной, а затем также изменяется на постоянную величину.Примером дискретного сигнала являются набор двоичных нулей и единиц, текст.Простейшим типом сигнала является периодический сигна.На рис. 3.4 приведён пример периодического непрерывного сигнала (синусоида) и периодического дискретного сигнала (прямоугольный импульс). В общем случае синусоидальный сигнал можно представить в виде: u(t)=Umsin('omega't+'фи ноликовое')=Umsin(2'pi'ft+'fi0') Для синусоидальных сигналов существует два простых соотношения, одно из которых связано со временем, а другое - с пространством. Определим длину волны сигнала X как расстояние, занимаемое одним периодом. Предположим, что сигнал распространяется со скоростью г». Тогда длина волны связана с периодом соотношением X = и-Т или, иначе, X-f= и. По характеру все сигналы можно разделить на 4 группы: • непрерывная функция непрерывного аргумента x(t).Такие сигналы называются просто непрерывными или аналоговыми и могут изменяться в произвольные моменты времени, принимая любые значения из непрерывного множества возможных значений;X(t)-oo= • непрерывная функция дискретного аргумента x(tj) (рис. 3.6). Функция может принимать произвольные значения, но изменяется только в определённые (дискретные) моменты времени j = 0,1,2... (квантование по времени). Квантование непрерывных сигналов по времени называют дискретизацией.Дискретизация позволяет любой непрерывный сигнал представить отдельными мгновенными значениями, представляющими, например, амплитуду импульса в определенный момент времени. • дискретная функция непрерывного аргумента x,(t)Дискретный сигнал непрерывного времени может изменяться в произвольные моменты времени, но величина сигнала принимает только конкретные разрешённые дискретные значения (уровни). Процесс замены непрерывной функции x(t) функцией i'delta'x(t), т.е. ограниченным числом дискретных значений по дискретной шкале уровней, называется квантованием по уровню. Непрерывное значение сигнала в момент времени tk в этом случае можно представить ближайшим значением по дискретной шкале уровней (рис. 3.8), отнеся его либо к хь либо к х2- Такое квантование приводит к погрешности, называемой шумом квантования Обычно принимается, что шум квантования является случайным и подчиняется нормальному закону распределения • дискретная функция дискретного аргумента Иногда в отдельный класс выделяют импульсные сигналы, которые отличны от нуля лишь в течение конечного интервала времени. Импульсные сигналы на интервале своего существования могут быть непрерывными (например, импульсы колоколообразной формы) или дискретными (прямоугольные). Все сигналы, как непрерывные, так и дискретные, могут быть периодическими (значение сигнала повторяется через определённые промежутки времени, называемые периодами) и непериодическими.Преобразование сообщения а в передаваемый сигнал x(t) - некоторый материальный носитель сообщения выполняет передатчикпо строго определённому правилу (модуляция, кодирование, манипуляция), выбор которого зависит от типа сообщения и сигнала. 18. Спектральное представление сигналов. Основные понятия и определения. Спектральное пред-е сигналов. Основ. Понятия и опр.Определение частотной природы сигнала является несложным, если принять во внимание, что реальный электромагнитный сигнал составляется из многих частот. Каждая составляющая синусоида называется гармоникой. Частота омега1=2пиf1 называется собственной частотой или собственной гармоникой, если все остальные кратны ей. Диаграммы распределения по частоте амплитуд и фаз гармонических составляющих называются спектральными диаграммами сигнала, а линии, соответствующие амплитудам и фазам гармоик, - спектральными линиями.Структура частотного спектра периодического сигнала полностью определяется двумя характеристиками - амплитудой и фазой. Если нас интересуют не значения амплитуд и начальных фаз гармоник, а только частоты, на которых они присутствуют, то говорят о спектре частот сигнала. Представление сигнала в частотной области называется спектральным. Спектр периодического сигнала состоит из отдельных "линий", соответствующих дискретным частотам: 0, омега1, омега2=2омега1 и т.д., и называется линейчатым или дискретным. Наглядное представление о "ширине" спектра и относительной величине его отдельных гармоник даёт графическое изображение спектра (рис. 3.14). По оси ординат отложены модули амплитуд, по оси абсцисс - частоты соответствующих гармонических составляющих. Совокупность амплитуд гармонических составляющих называется амплитудным спектром колебания. Так, элементарное гармоническое колебание можно представить в виде двух составляющих - амплитудной, представленной единственной линией высотой U, и фазовой представленной линией, равной значению фазы ф = -п/2. Спектром сигнала называется диапазон частот, составляющих данный сигнал. Введём ещё один термин - постоянная составляющая. Если в сигнале имеется гармоника нулевой частоты, то она называется постоянной составляющей.Периодический сигнал любой формы может быть представлен в виде суммы (в общем случае бесконечной) гармонических колебаний. 19. Спектральные характеристики амплитудно- модулированного сигнала. 20. Наиболее распространенные детерминированные сигналы и их спектральные характеристики. 21. Влияние частотных характеристик сигнала на его передающие свойства и степень искажения. 22. Проблемы передачи данных на расстояние. 23. Системы передачи данных. Простейшая модель и принципы ее реализации. 24.О преобразовании данных в сигналы. Способы преобразования. 25.Задачи транспортировки сигнала по ЛС. Основные характеристики сигнала. Переносчиком сообщений в системе (рис. 3.32, а) является сигнал -объект, транспортируемый через передающую систему - линию связи (ЛС) между передатчиком и приёмником. Линия связи - некоторая физическая среда (атмосфера, космическое пространство, набор проводов и др.), по которой передаются сигналы. Канал связи (КС) - средства односторонней передачи данных, например полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. Следует иметь в виду, что понятия линии связи и канала связи в общем случае несут различную нагрузку. В одной ЛС может быть организовано несколько КС путём временного, частотного, кодового и других видов разделения. В этом случае говорят о логических (виртуальных) КС. Если канал полностью монополизирует ЛС, то он может называться физическим каналом и совпадать в этом случае с линией связи. Преобразование сообщения в передаваемый сигнал x(t) - некоторый материальный носитель сообщения выполняет передатчик по строго определённому правилу (модуляция, кодирование, манипуляция), выбор которого зависит от типа сообщения и сигнала. Доставленный в пункт приёма через ЛС сигнал x'(t) должен быть снова преобразован в сообщение и затем передан адресату (получателю). Однако и сигнал x'(t), и принятое сообщение a'(t) могут отличаться от сигнала x(t) на входе ЛС и передаваемого сообщения а. Основная причина искажений передаваемого сигнала x(t) - воздействие помех в линии связи, ограниченная полоса пропускания и отчасти шумы в аппаратуре передачи данных (АПД), входящей в КС. Восстановление переданного сообщения по принятому сигналу x'(t) осуществляет приёмник. Причём эта операция возможна, если известно правило преобразования сообщения в сигнал. На основании этого правила вырабатывается правило обратного преобразования сигнала в сообщение -демодуляция, декодирование. Оно и позволяет приёмнику выбрать сообщение из известного множества возможных сообщений. В идеальном случае выбранное сообщение а' полностью совпадает с переданным а. Однако восстановить переданное сообщение иногда и не удаётся. Вследствие искажения принятого сигнала x'(t) возможна ошибка при восстановлении сообщения. Степень соответствия между переданным x(t) и принятым x'(t) сигналами определяет достоверность передачи данных. Помехоустойчивость линии определяет её способность уменьшать уровень помех, создаваемых внешней средой, на внутренних проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью °°ладают кабельные линии и отличной - волоконно-оптические линии, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению.Перекрёстные наводки определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Если ко второй паре будет подключён приёмник, то он может принять внутреннюю помеху за полезный сигнал.Задача транспортировки сигнала, имеющего определённые характеристики, требует согласования их с характеристиками канала связи. Основными характеристиками сигнала являются: • длительность Тс; • максимальная частота спектра Fc; например, максимальная частота звукового сигнала для человека Fc max=20 кГц. Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше информации в единицу времени передаётся по линии и тем выше пропускная способность линии при фиксированном способе физического кодирования. Однако, с другой стороны, с увеличением частоты периодического несущего сигнала увеличивается и ширина спектра этого сигнала, т.е. разность между максимальной и минимальной частотами того набора синусоид, которые в сумме дадут выбранную для физического кодирования последовательность сигналов. Линия связи передаёт этот спектр синусоид с теми искажениями, которые определяются её полосой пропускания. Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых информационных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации принимающей стороной, а значит, скорость передачи информации на самом деле оказывается меньше, чем можно было предположить; • мощность Sc , под которой понимают допустимое превышение средней мощности передаваемого сигнала Рс над средней мощностью помехи Рп.Произведение этих трёх характеристик сигнала принято называть объемом сигнала: V(C) = T(C)F(C)S(С). Аналогичные характеристики вводятся и для канала связи (КС): Т(кс) - время, в течение которого канал предоставляется для передачи сигнала; F(KC) - полоса пропускания КС (определяет диапазон частот синусоидального сигнала); S(KC) - превышение мощности полученного сигнала Ps над мощностью уровня шумов Рш в канале связи, при которых этот сигнал передаётся по КС беззначительных искажений: отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, обычно 0,5: Для передачи сигнала без искажения по заданному КС необходимо выполнить отношение Vc При этом необходимо, чтобы: а) T(c)<=T(кс); б) F(c)<=F(кс), т.е. полоса пропускания канала должна быть больше, чем ширина спектра сигнала, подлежащего передаче; в) S(c)<=S(кс). Характеристики сигнала можно менять, сохраняя объём сигнала. Такая операция называется деформацией объёма сигнала. 26. Типы ЛС и их характеристика. Линия связи (ЛС) - некоторая физическая сфера (атмосфера, космическое пространство, набор проводов и др.), по которой передаются сигналы. Канал связи (КС) - средства односторонней передачи данных, например полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. Одна и та же ЛС может служить одновременно для реализации одного или нескольких КС (многоканальная связь), т.е. в одной ЛС может быть организовано несколько КС путём временного, частотного, кодового и других видов разделения, по каждому из которых передаётся своя информация. |
