Системы передачи информации

Содержание

Задание на курсовой проект…………………………………………….3

Введение………………………………………………………..…….......4

      1.Общие теоретические сведения…………………....................................7

  1.1. Виды каналов передачи информации………….………………....18

    1.1.1. Идеальные дискретные каналы…………...................................19

    1.1.2. Реальные дискретные каналы………………………………….20

            1.2. Полимиальное кодирование……………………………………….23

  1.3. Циклические коды……………………………………………….....25

        1.3.1. Кодирование с использованием циклических кодов………….25

 2. Разработка структурной схемы СПИ………………………………….…29

            2.1. Делитель кодера…………………....................................................29

         2.2. Делитель декодера………………………………………………….35

     Заключение…………………………………………………………………40

   Список используемой литературы………………………………..……….41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

 

1. Для образующего полинома 110101001 - построить образующую матрицу циклического кода.
2. Закодировать номер варианта, представленный в двоично-десятичном коде в циклическом коде двумя способами: с помощью образующей матрицы и путём деления кодируемой кодовой комбинации с приписанными справа нулями в количестве, равном старшей степени образующего полинома и нахождения контрольных разрядов как остатка от деления. В случаях, когда старший разряд равен нулю, на его месте записать единицу.
3. Разработать функциональную схему кодирующего устройства, исследовать его работу с помощью таблицы состояний при подаче на вход двоичной последовательности, соответствующей пункту 2.
4. Разработать функциональную схему декодирующего устройства, исследовать его работу с помощью таблицы состояний при подаче на его вход кодовой комбинации циклического кода, полученного в пункте 2. Декодирование выполнить для обнаружения ошибок.
5. Разработать принципиальные схемы кодирующего и декодирующего устройств, выбрав соответствующую микроэлектронную базу.
6. Представить расчетно-пояснительную записку и графический материал к ней, выполненный в соответствии с ГОСТ. В расчетно-пояснительной записке подробно представить описания всех расчетов и процедур кодирования и декодирования, а также работу кодирующего и декодирующего устройств.

 

 

 

Введение

Теорией информации называется раздел кибернетики, в котором математическими методами изучаются способы измерения количества информации, содержащейся в каких-либо сообщениях, и способы ее передачи.

В теории информации и передачи сигналов под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, процессах, явлениях и т.п., рассматриваемых в аспекте их передачи в пространстве и во времени.

Информацию  передают в виде сообщений. Сообщением называют информацию, выраженную в определенной форме и предназначенную для передачи от источника к адресату. Примерами сообщений служат тексты телеграмм, речь, музыка, телевизионное изображение, данные на выходе компьютера, команды в системе автоматического управления объектами и т.п.

Сообщения передают с помощью сигналов, которые являются носителями информации. Основным видом  сигналов являются электрические сигналы. В последнее время всё большее распространение получают оптические сигналы, например, в волоконно-оптических линиях передачи информации.

В теории информации изучают свойства процессов, которые  имеют место при передаче информации на расстояние при помощи сигналов. При этом важное значение имеют понятия качества и скорости передачи информации.

Качество передачи информации тем выше, чем меньше искажения информации на приёмной стороне. С увеличением скорости передачи информации требуется принимать специальные меры, препятствующие потерям информации и снижению качества передачи информации.

Передатчик преобразует исходное сообщение A(х) в сигнал ξ₁(х), где х -независимая переменная. Сообщения и сигналы чаще всего рассматриваются в зависимости от времени. Роль линии связи может выполнять любая физическая среда (воздух, провода, оптическое волокно). В приёмнике полученный сигнал ξ₂(х), искаженный влиянием помех, преобразуется в копию сообщения В(х), которая должна быть по возможности наиболее близка к оригиналу A(х).

Многоканальная система передачи информации обеспечивает одновременную и взаимно независимую передачу сообщений от многих отправителей по одной общей линии связи.

Узел связи (информационный узел) является более сложной системой, поскольку помимо многоканальной передачи (приёма) информации он обеспечивает:

■ выбор кратчайшего пути между источником и получателем сообщения;

■ соблюдение системы приоритетов;

■ накопление и хранение информации при отсутствии свободных каналов передачи;

■ компьютерное управление всеми перечисленными функциями в автоматическом режиме.

Информационная  сеть является совокупностью информационных узлов, соединенных линиями связи.

Основными информационными  характеристиками являются количество информации в сообщениях, избыточность сообщений, энтропия, производительность источника сообщений, скорость передачи информации.

Указанные характеристики рассмотрим для случая дискретных сообщений.

Пусть объем алфавита A составляет m дискретных сообщений. Каждое сообщение включает n символов. В принятых обозначениях общее количество дискретных символов составляет N₀=mn. Покажем, как определяется количество информации в сообщениях такого источника.

При определении количества информации должны быть выполнены следующие условия:

■ сообщения большей протяжённости содержат, как правило, большее количество информации;

■ если алфавит имеет больший объём, то каждое отдельное сообщение содержит больше информации;

■ информация, полученная в нескольких сообщениях, должна удовлетворять условию аддитивности.

Кодом называется полная совокупность условных символов, которую применяют для кодирования сообщений. Число различных символов в коде называется основанием кода. Код с основанием 2 - бинарный, с другими основаниями - многопозиционный.

Кодовая комбинация - это последовательность кодовых символов, соответствующих одному элементу (символу) дискретного сообщения, т.е. число, записанное в выбранной системе счисления.

Число символов в кодовой комбинации называется значностью кода.

Оператор кодирования показывает, какую кодовую комбинацию присваивают каждому элементу сообщения.

Если все  кодовые комбинации содержат одинаковое число символов, код называют равномерным, в иных случаях - неравномерным.

Для равномерного двоичного кода кодовое расстояние - это число символов, на которое отличается одна комбинация от другой.

 

 

 

 

1. Общие теоретические сведения

 

Совокупность  средств, служащих для передачи информации, будем называть системой передачи информации (СПИ).

Источник и  потребитель информации непосредственно в СПИ не

входят —  они являются абонентами системы  передачи. Абонентами могут быть компьютеры, маршрутизаторы ЛВС, системы хранения информации, телефонные аппараты, пейджеры, различного рода датчики и исполнительные устройства, а также люди.

В составе структуры  СПИ можно выделить:

□   канал  передачи (канал связи — КС);

□   передатчик информации;

□   приемник информации.

Передатчик  служит для преобразования, полученного  от абонента сообщения в сигнал, передаваемый по каналу связи, приемник — для обратного преобразования сигнала в сообщение, поступающее абоненту.

В идеальном  случае при передаче должно быть однозначное  соответствие между передаваемым и  получаемым сообщениями. Однако под  действием помех, возникающих в канале связи, в приемнике и передатчике, это соответствие может быть искажено, и тогда говорят о недостоверной передаче информации.

Основными качественными  показателями системы передачи информации являются:

□  пропускная способность,

□  достоверность,

□   надежность работы.

Пропускная  способность системы (канала) передачи информации — наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для определения максимально возможной скорости надо знать три основных параметра канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.

1.   Параметры канала:

F_k — полоса пропускания канала связи, или, иначе, полоса частот, которую канал способен пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;

 Н_к — динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированному для этого типа каналов;

 Т_к — время, в течение которого канал используется для передачи данных.

2.   Параметры сигнала:

 F_c — ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;

 Н_с — динамический диапазон, представляющий собой отношение средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;

 Т_с — длительность сигнала, то есть время его существования.

Произведение  трех названных параметров определяет, соответственно:

Объем канала связи:

Объем сигнала:

 

Один из создателей теории информации К. Шеннон показал, что  количество информации на синтаксическом уровне (по Шеннону), которое несет сигнал, пропорционально объему этого сигнала; с другой стороны, выполнение неравенства является необходимым условием возможности неискаженной передачи данного сигнала по данному каналу, то есть в этом случае принципиально допустима такая передача.

Для непосредственной реализации означенной возможности требуется выполнение необходимых и достаточных условий «неискаженной передачи»:

Согласование  сигнала с каналом связи и  уплотнение каналов при передаче по ним сигналов от разных источников как раз и заключается в таком преобразовании параметров сигналов, чтобы необходимое условие возможности передачи превратить в достаточное.

Существует  еще одно доказанное Шенноном соотношение, вытекающее из вышеприведенных, оно позволяет рассчитать непосредственно максимально возможную скорость передачи данных по каналу:

где С — максимально возможная скорость в битах/с, F — ширина полосы пропускания канала связи в герцах, Р_с — мощность сигнала, Р_m — мощность шума.

Из этого  соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить скорость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или снизив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено величиной допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные передатчики имеют большие габариты и стоимость). Уменьшения мощности помех можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не дешево). Но и это еще не все трудности — главное, что скорость зависит от логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности передатчика в два раза при типичном соотношении Р_с / Р_m =100 даст увеличение максимально возможной скорости только на 15%.

Скорость передачи информации измеряется в бит/с и в бодах. Количество изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бодах. Бод — это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Единица измерения бит/с соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала; когда любое изменение бывает только единичным, можно принять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод = 10³ бит/с; 1 Мбод = 10⁶ бит/с и т. д.

В случае если элемент  данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, то есть изменение сигнала может быть не единичным, значение 1 бод > 1 бит в секунду.

Например, если измеряемыми (информационными) параметрами сигнала являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь 2³= 8 различимых состояний. Тогда скорость передачи данных СПИ с тактовой частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 • 3 = 28 800 бит/с.

Достоверность передачи информации — передача информации без ее искажения.

Надежность  работы — полное и правильное выполнение системой всех своих функций.

Передатчик  и приемник, или иначе — аппаратура передачи данных (АПД), непосредственно связывают терминальные устройства — оконечные устройства (источник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду (линию связи).

В составе СПИ большой протяженности может использоваться и дополнительная аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для формирования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В качестве этой аппаратуры выступают повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функциональной нагрузки не несет — она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.