Основные сведения о широкополосных сигналах

1.1Определение ШПС. Применение ШПС в системах связи

Широкополосными (сложными, шумоподобными) сигналами (ШПС) называют такие сигналы, у которых произведения активной ширины спектра F на длительность T много больше единицы. Это произведение называется базой сигнала B. Для ШПС

B = FT>>1 (1)

Широкополосными сигналы иногда называют сложными в отличие от простых сигналов (например, прямоугольные, треугольные и т.д.) с В=1.Поскольку у сигналов с ограниченной длительностью спектр имеет неограниченную протяженность, то для определения ширины спектра используют различные методы и приемы.

Повышение базы в ШПС достигается путем дополнительной модуляции (или манипуляции) по частоте или фазе на времени длительности сигнала. В результате, спектр сигнала F (при сохранении его длительности T) существенно расширяется. Дополнительная внутрисигнальная модуляция по амплитуде используется редко.

В системах связи с ШПС ширина спектра излучаемого сигнала F всегда много больше ширины спектра информационного сообщения.

ШПС получили применение в широкополосных системах связи (ШПСС), так как:

· позволяют в полной мере реализовать преимущества оптимальных методов обработки сигналов;

· обеспечивают высокую помехоустойчивость связи;

· позволяют успешно бороться с многолучевым распространением радиоволн путем разделения лучей;

· допускают одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот;

· позволяют создавать системы связи с повышенной скрытностью;

· обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) ШПСС с узкополосными системами радиосвязи и радиовещания, системами телевизионного вещания;

· обеспечивают лучшее использование спектра частот на ограниченной территории по сравнению с узкополосными системами связи.

Помехоустойчивость ШПСС

Она определяется широко известным соотношением, связывающим отношение сигнал-помеха на выходе приемника q 2 с отношением сигнал-помеха на входе приемника ρ 2:

q 2 = 2Вρ 2 (2)

где ρ 2 = Р с /Р п (Р с, Р п - мощности ШПС и помехи);

q 2 = 2E/ N п,Е - энергия ШПС, N п - спектральная плотность мощности помехи в полосе ШПС. Соответственно Е = Р с Т, a N п = Р п /F;

В- база ШПС.

Отношение сигнал-помеха на выходе q 2 определяет рабочие характеристики приема ШПС, а отношение сигнал-помеха на входе ρ 2 - энергетику сигнала и помехи. Величина q 2 может быть получена согласно требованиям к системе (10...30 дБ) даже если ρ 2 <<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В, удовлетворяющей (2). Как видно из соотношения (2), прием ШПС согласованным фильтром или коррелятором сопровождается усилением сигнала (или подавлением помехи) в 2Враз. Именно поэтому величину

К ШПС = q 2 /ρ 2 (3)

называют коэффициентом усиления ШПС при обработке или просто усилением обработки. Из (2), (3) следует, что усиление обработки К ШПС = 2В. В ШПСС прием информации характеризуется отношением сигнал помеха h 2 = q 2 /2, т.е.

h 2 = Вρ 2 з (4)

Соотношения (2), (4) являются фундаментальными в теории систем связи с ШПС. Они получены для помехи в виде белого шума с равномерной спектральной плотностью мощности в пределах полосы частот, ширина которой равна ширине спектра ШПС. Вместе с тем эти соотношения справедливы для широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных), что и определяет их фундаментальное значение.

Таким образом, одним из основных назначений систем, связи с ШПС является обеспечение надежного приема информации при воздействии мощных помех, когда отношение сигнал-помеха на входе приемника ρ 2 может быть много меньше единицы. Необходимо еще раз отметить, что приведенные соотношения строго справедливы для помехи в виде гауссовского случайного процесса с равномерной спектральной плотностью мощности («белый» шум).

Основные виды ШПС

Известно большое число различных ШПС, свойства которых нашли отражение во многих книгах и журнальных статьях. ШПС подразделяются на следующие виды:

· частотно-модулированные (ЧМ) сигналы;

· многочастотные (МЧ) сигналы;

· фазоманипулированные (ФМ) сигналы (сигналы с кодовой фазовой модуляцией - КФМ сигналы);

· дискретные частотные (ДЧ) сигналы (сигналы с кодовой частотной модуляцией - КЧМ сигналы, частотно-манипулированные (ЧМ) сигналы);

· дискретные составные частотные (ДСЧ) (составные сигналы с кодовой частотной модуляцией - СKЧM сигналы).

Частотно-модулированные (ЧМ) сигналы являются непрерывными сигналами, частота которых меняется по заданному закону. На рисунке 1а, изображен ЧМ сигнал, частота которого меняется по V -образному закону от f 0 -F/2до f 0 +F/2, где f 0 - центральная несущая частота сигнала, F- ширина спектра, в свою очередь, равная девиации частоты F= ∆f д. Длительность сигнала равна Т.

Нарисунке 1б представлена частотно-временная (f, t)- плоскость, накоторой штриховкой приближенно изображено распределение энергии ЧМ сигнала по частоте и по времени.

База ЧМ сигнала по определению (1) равна:

B = FT=∆f д T (5)

Частотно-модулированные сигналы нашли широкое применение в радиолокационных системах, поскольку для конкретного ЧМ сигнала можно создать согласованный фильтр на приборах с поверхностными акустическими волнами (ПАВ). В системах связи необходимо иметь множество сигналов. При этом необходимость быстрой смены сигналов и переключения аппаратуры формирования и обработки приводят к тому, что закон изменения частоты становится дискретным. При этом от ЧМ сигналов переходят к ДЧ сигналам.

Многочастотные (МЧ) сигналы (рисунок 2а) являются суммой N гармоник u(t) ... u N (t), амплитуды и фазы которых определяются в соответствии с законами формирования сигналов. Начастотно-временной плоскости (рисунок 2б) штриховкой выделено распределение энергии одного элемента (гармоники) МЧ сигнала на частоте f k . Все элементы (все гармоники) полностью перекрывают выделенный квадрат со сторонами Fи T. База сигнала B равна площади квадрата. Ширина спектра элемента F 0 ≈1/Т. Поэтому база МЧ сигнала

B = F/F 0 =N (6)

Рисунок 1 - Частотно-модулированный сигнал и частотно-временная плоскость

т. е. совпадает с числом гармоник. МЧ сигналы являются непрерывными и для их формирования и обработки трудно приспособить методы цифровой техники. Кроме этого недостатка, они обладают также и следующими:

а) у них плохой пик-фактор (см. рисунок 2а);

б) для получения большой базы В необходимо иметь большое число частотных каналов N. Поэтому МЧ сигналы в дальнейшем не рассматриваются.

Фазоманипулированные (ФМ) сигналы представляют последовательность радиоимпульсов, фазы которых изменяются по заданному закону. Обычно фаза принимает два значения (0 или π). При этом радиочастотному ФМ сигналу соответствует видео- ФМ сигнал (рисунок 3а), состоящий из положительных и отрицательных импульсов. Если число импульсов N, то длительность одного импульса равна τ 0 = T/N, а ширина его спектра равна приближенно ширине спектра сигнала F 0 = 1/τ 0 =N/Т.На частотно-временной плоскости (рисунок 3б) штриховкой выделено распределение энергии одного элемента (импульса) ФМ сигнала. Все элементы перекрывают выделенный квадрат со сторонами F и Т. База ФМ сигнала

B = FT =F/τ 0 =N, (7)

т.е. B равна числу импульсов в сигнале.

Возможность применения ФМ сигналов в качестве ШПС с базами В = 10 4 ...10 6 ограничена в основном аппаратурой обработки. При использовании согласованных фильтров в виде приборов на ПАВ возможен оптимальный прием ФМ сигналов с максимальными базами Вмах=1000 ... 2000. ФМ сигналы, обрабатываемые такими фильтрами, имеют широкие спектры (порядка 10 ... 20 МГц) и относительно короткие длительности (60 ... 100 мкс). Обработка ФМ сигналов с помощью видеочастотных линий задержки при переносе спектра сигналов в область видеочастот позволяет получать базы В = 100 при F≈1 МГц, Т≈ 100 мкс.

Весьма перспективными являются согласованные фильтры на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Согласно опубликованным данным с помощью согласованных фильтров ПЗС можно обрабатывать ФМ сигналы с базами 10 2 ... 10 3 при длительностях сигналов 10 -4 ... 10 -1 с. Цифровой коррелятор на ПЗС способен обрабатывать сигналы до базы 4∙10 4 .

Рисунок 2 - Многочастотныйсигнал и частотно-временная плоскость

Рисунок 3 - Фазоманипулированныйсигнал и частотно-временная плоскость

Следует отметить, что ФМ сигналы с большими базами целесообразно обрабатывать с помощью корреляторов (на БИС или на ПЗС). При этом, В = 4∙10 4 представляется предельной. Но при использовании корреляторов необходимо в первую очередь решить вопрос об ускоренном вхождении в синхронизм. Так как ФМ сигналы позволяют широко использовать цифровые методы и технику формирования и обработки, и можно реализовать такие сигналы с относительно большими базами, то поэтомy ФМ сигналы являются одним из перспективных видов ШПС.

Дискретные частотные (ДЧ) сигналы представляют последовательность радиоимпульсов (рисунок 4а), несущие частоты которых изменяются по заданному закону. Пусть число импульсов в ДЧ сигнале равно М, длительность импульса равна Т 0 =Т/М, его ширина спектра F 0 =1/Т 0 =М/Т. Над каждым импульсом (рисунок 4а) указана его несущая частота. На частотно-временной плоскости (рисунок 4б) штриховкой выделены квадраты, в которых распределена энергия импульсов ДЧ сигнала.

Как видно из рисунка 4б, энергия ДЧ сигнала распределена неравномерно на частотно-временной плоскости. База ДЧ сигналов

B = FT =МF 0 МТ 0 =М 2 F 0 Т 0 = М 2 (8)

поскольку база импульса F 0 T 0 = l. Из (8) следует основное достоинство ДЧ сигналов: для получения необходимой базы Вчисло каналов M = , т. е. значительно меньше, чем для МЧ сигналов. Именно это обстоятельство и обусловило внимание к таким сигналам и их применение в системах связи. Вместе с тем для больших баз В = 10 4 ... 10 6 использовать только ДЧ сигналы нецелесообразно, так как число частотных каналов М = 10 2 ... 10 3 , что представляется чрезмерно большим.

Дискретные составные частотные (ДСЧ) сигналы являются ДЧ сигналами, у которых каждый импульс заменен шумоподобным сигналом. На рисунке 5а изображен видеочастотный ФМ сигнал, отдельные части которого передаются на различных несущих частотах. Номера частот указаны над ФМ сигналом. На рисунке 5б изображена частотно-временная плоскость, на которой штриховкой выделено распределение энергии ДСЧ сигнала. Рисунок 5б по структуре не отличается от рисунка 4б, но для рисунка 5б площадь F 0 T 0 = N 0 -равна числу импульсов ФМ сигнала в одном частотном элементе ДСЧ сигнала. База ДСЧ сигнала

B = FT =М 2 F 0 Т 0 = N 0 М 2 (9)

Число импульсов полного ФМ сигнала N=N 0 М

Рисунок 4 - Дискретный частотныйсигнал и частотно-временная плоскость

Изображенный на рисунке 5 ДСЧ сигнал содержит в качестве элементов ФМ сигналы. Поэтому такой сигнал сокращенно будем называть ДСЧ-ФМ сигнал. В качестве элементов ДСЧ сигнала можно взять ДЧ сигналы. Если база элемента ДЧ сигнала B = F 0 T 0 = М 0 2 то база всего сигнала B = М 0 2 М 2

Рисунок 5 - Дискретный составной частотныйсигнал с фазовой манипуляцией ДСЧ-ФМ и частотно-временная плоскость.

Такой сигнал можно сокращенно обозначать ДСЧ-ЧМ. Число частотных каналов в ДСЧ-ЧМ сигнале равно М 0 М. Если ДЧ сигнал (см. рисунок 4), и ДСЧ-ЧМ сигнал имеют равные базы, то они имеют и одинаковое число частотных каналов. Поэтому особых преимуществ ДСЧ-ЧМ сигнал перед ДЧ сигналом не имеет. Но принципы построения ДСЧ-ЧМ сигнала могут оказаться полез­ными при построении больших систем ДЧ сигналов. Таким образом, наиболее перспективными ШПС для систем связи являются ФМ, ДЧ, ДСЧ-ФМ сигналы.

Помехозащищенность систем передачи КПИ

Функционирование СП КПИ происходит в условиях действия помех. В общем случае следует проводить оценку работоспособности СП КПИ при ведении противником радиоэлектронной борьбы (РЭБ). При этом важнейшим показателем качества функционирования СП КПИ является помехозащищенность.

Помехозащищенность РЭС – это ее свойство сохранять работоспособность в условиях ведения противником радиоэлектронной борьбы.

В общем случае РЭБ включает два последовательных этапа – радио­разведку и радиопротиводействие. Целью радиоразведки является установление факта работы РЭС на излучение и определение параметров РЭС, необходимых для организации радиопротиводействия. Целью радиопротиводействия является создание таких условий, которые затруднили бы работу РЭС или вообще привели к срыву выполнения задачи. Основным способом радиопротиводействия является постановка помех. Постановка помех будет тем эффективнее, чем больше информации о подавляемой РЭС будет выявлено на этапе радиоразведки и использовано при организации радиопротиводействия.

Отсюда следует, что помехозащищенность как качественный показатель функционирования СП КПИ предполагает и ведение противником радиоразведки (т.е. учитывает скрытность работы СП КПИ), и сохранение на допустимом уровне качества работы СП КПИ при действии помех (т. е. помехоустойчивость).

Помехозащищенность РЭС зависит от технических характеристик РЭС, от взаимного расположения РЭС и аппаратуры разведки и подавления, от тактики использования РЭС, от времени работы и т. д. Сочетание этих характеристик и условий носит случайный характер, поэтому оценивать помехозащищенность следует как вероятность Р пмз выполнения РЭС задач в условиях РЭБ, определяемую соотношением

Р пмз = 1 – Р р Р н

где Р р – вероятность разведки параметров РЭС, необходимых для организации радиопротиводействия;

Р н – вероятность нарушения работы РЭС в результате радиопротиводействия.

Вероятность Р р количественно отражает скрытность РЭС –способность РЭС противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на обнаружение факта работы РЭС и определения необходимых для радиопротиводействия параметров сигнала. Соответственно величину Р скр = 1 – Р р можно принять в качестве критерия скрытности.

Вероятность Р н зависит от способности РЭС выполнять задачу при действии помех. Поэтому величина Р пму = 1 – Р н может быть принята в качестве критерия помехоустойчивости. Этот критерий определяет вероятность выполнения системой задачи в условиях радиоподавления.

Если противник не разведает параметры радиолинии, то очевидна постановка только шумовой заградительной помехи. Если параметры радиолинии в процессе разведки противником определены, то вероятнее всего постановка прицельной помехи. Таким образом, помехозащищенность РЭС определяется ее скрытностью и помехоустойчивостью. Рассмотрим отдельные показатели помехозащищенности.

Скрытность . Радиоразведка, как правило, предполагает последовательное выполнение трех основных задач: обнаружение факта работы РЭС (обнаружение сигнала), определение структуры обнаруженного сигнала (на основе определения ряда его параметров) и раскрытие содержащейся (передаваемой) в сигнале информации. Последняя задача иногда имеет самостоятельное значение (является одной из конечных целей). В общем случае раскрытие смысла передаваемой информации позволяет организовать более эффективное радиоподавление.

Перечисленным задачам радиоразведки могут быть противопоставлены три вида скрытности РЭС: энергетическая, структурная и информационная.

Энергетическая скрытность характеризует способность противостоять мерам, направленным на обнаружение сигнала разведывательным приемным устройством. Для обеспечения энергетической скрытности необходим выбор такой мощности излучения передатчика и такого спектра излучения, при которых мощность сигнала на входе разведывательного приемника была бы меньше его реальной чувствительности. Для обеспечения энергетической скрытности возможно использование широкополосных сигналов, поскольку при малой спектральной плотности и при условии относительно узкой полосы пропускания разведывательного приемника энергия принимаемого разведываемого сигнала будет невелика. Обнаружение сигнала разведывательным приемником происходит в условиях действия помех (шумов), и может сопровождаться ошибками двух видов: пропуск сигнала при его наличии на входе и ложное обнаружение (ложная тревога) при отсутствии сигнала. Эти ошибки носят вероятностный характер. Количественной мерой энергетической скрытности может являться вероятность правильного обнаружения Р обн (при заданной вероятности ложной тревоги Р лт), которые в свою очередь зависят от отношения сигнал-помеха в радиолинии и правила принятия решения на обнаружение сигнала.

Структурная скрытность характеризует способность противостоять мерам радиоразведки, направленным на раскрытие сигнала. Это означает распознавание формы сигнала, определяемой способами его кодирования и модуляции, т. е. отождествление обнаруженного сигнала с одним из множества априорно известных сигналов. Структурная скрытность обеспечивается использованием сигналов, сложная структура которых затрудняет их разведку противником. В качестве таких сигналов могут использоваться сигналы на основе псевдослучайных последовательностей большой длительности, сигналы со сложной модуляцией и т. п. Использование сложных сигналов предъявляет особые требования к системе по точности синхронизации приемной и передающей сторон. Для увеличения структурной скрытности необходимо иметь по возможности больший ансамбль используемых сигналов и достаточно часто изменять форму сигналов. Задача определения структуры сигнала является также статистической, а количественной мерой структурной скрытности может служить вероятность раскрытия структуры сигнала Р стр при условии, что сигнал обнаружен. Таким образом, Р стр является условной вероятностью.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам, направленным на раскрытие смысла передаваемой с помощью сигналов информации. Раскрытие смысла передаваемой информации означает отождествление каждого принятого сигнала или их совокупности с тем сообщением, которое передается. Эта задача решается выяснением ряда признаков сигнала, например, места данного сигнала в множестве принятых, частости его появления, связи факторов появления того или иного сигнала с изменением состояния управляемого объекта и т. д. Наличие априорной и апостериорной неопределенностей делает эту задачу вероятностной, а в качестве количественной меры информационной скрытности принимают вероятность раскрытия смысла передаваемой информации Р инф при условии, что сигнал обнаружен и выделен (т. е. структура его раскрыта). Следовательно, Р инф также является условной вероятностью.

Скрытность определяется вероятностью разведки сигнала РЭС. Часто задача раскрытия смысла передаваемой информации не ставится, и тогда можно принять Р инф = 1 и Р р = Р обн Р стр. В ряде случаев для организации радиопротиводействия достаточно обнаружить сигнал подавляемой РЭС. При этом Р р отождествляется с Р обн. Энергетическая и структурная скрытность являются важнейшими характеристиками РЭС, с которыми сталкиваются как инженеры-проектировщики радиоаппаратуры, так и инженеры, эксплуатирующие ее.

Таким образом, скрытность СП КПИ обеспечивается учетом реальных условий функционирования, сочетанием технических и организационных мер.

Критерием оценки помехоустойчивости СП КПИ является вероятность ошибки Р ош при декодировании кодовой комбинации, представляющей собой закодированную РК или отдельное слово ВП. Значение этой вероятности Р ош, в свою очередь зависит от вероятности искажения элементарного символа (разряда) кодовой комбинации р э и при безызбыточном кодировании

Р ош = 1 – (1 – р э) n

где п - число разрядов кодовой комбинации.

Обычно для систем ближнего космоса требуется обеспечить значение вероятности искажения сообщения (команды или слова программы управления) не более 10 -8 - 10 -10 . Вероятность искажения элементарного символа (элемента) сообщения для систем ближнего космоса обычно лежит в пределах 10 -3 - 10 -6 . Таким образом, вероятность искажения сообщения, представляемого в СП КПИ в виде кодовой комбинации, должна быть на несколько порядков меньше вероятности искажения символов этого сообщения. Этим определяется принципиальная необходимость применения в СП КПИ специальных мер по повышению достоверности передаваемых сообщений.

Помехозащищённость

Это способность системы связи противостоять воздействию мощных помех. Помехозащищенность включает в себя скрытность системы связи и се помехоустойчивость, так как для создания мощных помех надо сначала обнаружить систему связи и измерить основные параметры её сигналов, а затем организовать мощную, наиболее сильнодействующую помеху. Чем выше скрытность и помехоустойчивость, тем выше помехозащищенность системы связи.

Помехоустойчивость ШСС

Она определяется широко известным соотношением, связывающим отношение сигнал-помеха на выходе приемника (на выходе согласованного фильтра или коррелятора) q2 с отношением сигнал-помеха да входе приемника p2:

Соответственно

Отношение сигнал-помеха на выходе q2 определяет рабочие характеристики приема ШПС, а отношение сигнал-помеха на входе p2 - энергетику сигнала и помехи. Величина q2 может быть получена согласно требованиям к системе (10…30 дБ) даже если p2<<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой B, удовлетворяющей (1.4). Как видно из соотношения (1.4), прием ШПС согласованным фильтром или коррелятором сопровождается усилением сигнала (или подавлением помехи) а 2B раз. Именно поэтому величину называют коэффициентом усиления ШПС при обработке или просто усилением обработки.

КШПС = q2/ p2

Из (1.4), (1.5) следует, что усиление обработки КШПС = 2В. В ШСС приём информации характеризуется отношением сигнал-помеха h2 = q2 /2, т.е.

На рисунке 1.2 представлены зависимости усиления обработки и базы ШПС В от отношения сигнал-помеха на входе p2 дБ при значениях q2 (сплошные линии) и h2 (штриховые линии), равных 10, 20 и 30 дБ, построенные согласно (1.4), (1.6).

Рисунок 1.2 - Зависимость усиления обработки и базы ШПС от отношения сигнал-помеха на выходе приемника

Соотношения (1.4), (1.6) являются фундаментальными в теории систем связи с ШПС. Они получены для помехи в виде белого шума с равномерной спектральной плотностью мощности в пределах полосы частот, ширина которой равна ширине спектра ШПС. Вместе с тем эти соотношения справедливы для широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных), что и определяет их фундаментальное значение. В общем случае, усиление обработки ШПС для произвольных помех:

где степень приближения зависит как от вида помех, так и от базы ШПС. В таблице 1.1 приведены значения усиления обработки для некоторых зарубежных систем связи и навигации.

Таблица 1.1 - Параметры систем связи с ШПС

В таблице 1.1 введены обозначения: ФМ - фазоманипулированный сигнал, ЧМ - частотно-манипулированный сигнал. Приведённые в таблице параметры соответствуют в основном системам связи шестидесятых годов (первые четыре строки) и только в пятой строке приведены параметры современной системы GPS (Global Position System) - многоспутниковой радионавигационной системы.

Рисунок 1.3 - Помехоустойчивость систем связи с ШПС: ЧМ и АМ

На рисунке 1.3 приведены графики помехоустойчивости систем связи с ШПС, с частотной модуляцией (ЧМ) и с амплитудной модуляцией (АМ). Для сравнения ЧМ и ШПС взяты одинаковые полосы частот, что соответствует В=100. Помехоустойчивость системы связи с ШПС рассчитана согласно (1.4), причём положено, что информация передаётся с помощью широтно - мпульсной модуляцией (ШИМ). Известно, ЧМ обладает высокой помехоустойчивостью и обеспечивает высокое качество воспроизведения информации при условии, что отношение сигнал-помеха на входе выше порогового значения p2пор = 10…15 дБ. При уменьшении p2 ниже порогового значения помехоустойчивость системы связи с ЧМ резко падает рисунке 1.2. система с АМ и эквивалентной базой В=1 работает лишь при p2 > 0 дБ, зависимость q2 от p2 линейная. Система связи с ШПС обеспечивает надёжный приём информации и при p2 < 0 дБ. Например, если положить q2 = 10 дБ, то и система связи будет работать при отношении сигнал-помеха на входе -13 дБ, т.е. p2 = 0,05. Таким образом, одним из основных назначений систем связи с ШПС является обеспечение надёжного приема информации при воздействии мощных помех, когда отношение сигнал-помеха на входе приёмника p2 может быть много меньше единицы.

Необходимо ещё раз отметить, что приведённый соотношения строго справедливы для помехи в виде гаусовского случайного процесса с равномерной спектральной плотностью мощности.

Одна и та же линия связи может использоваться для передачи сигналов между многими источниками и приемниками, т.е. линия связи может обслуживать несколько каналов.

При синтезе систем передачи информации приходится решать две основные проблемы, связанные с передачей сообщений:

1) обеспечение помехоустойчивости передачи сообщений

2) обеспечение высокой эффективности передачи сообщений

Под помехоустойчивостью понимается способность информации противостоять вредному воздействию помех. При данных условиях, т.е. при заданной помехе, помехоустойчивость определяет верность передачи информации. Под верностью понимается мера соответствия принятого сообщения (сигнала) переданному сообщению (сигналу).

Под эффективностью системы передачи информации понимается способность системы обеспечивать передачу заданного количества информации наиболее экономичным способом. Эффективность характеризует способность системы обеспечить передачу данного количества информации с наименьшими затратами мощности сигнала, времени и полосы частот.

Теория информации устанавливает критерии оценки помехоустойчивости и эффективности информационных систем, а также указывает общие пути повышения помехоустойчивости и эффективности.

Повышение помехоустойчивости практически всегда сопровождается ухудшением эффективности и наоборот

В основах всех способов повышения помехоустойчивости информационных систем лежит использование определенных различий между полезным сигналом и помехой. Поэтому для борьбы с помехами необходимы априорные сведения о свойствах помехи и сигнала.

В настоящее время известно большое число способов повышения помехоустойчивости систем. Эти способы удобно разбить на две группы.

I группа – основана на выборе метода передачи сообщений.

II группа – связана с построением помехоустойчивых приемников.

Простым и применяемым способом повышения помехоустойчивости является увеличение отношения сигнал/помеха за счет увеличения мощности передатчика. Но этот метод может оказаться экономически не выгодным, так как связан с существенным ростом сложности и стоимости оборудования. Кроме того, увеличение мощности передачи сопровождается усилением мешающего действия данного канала на другие.

Важным способом повышения помехоустойчивости передачи непрерывных сигналов является рациональный выбор вида модуляции сигналов. Применяя виды модуляции, обеспечивающие значительное расширение полосы частот сигнала, можно добиться существенного повышения помехоустойчивости передачи.

Радикальным способом повышения помехоустойчивости передачи дискретных сигналов является использование специальных помехоустойчивых кодов . При этом имеется два пути повышения помехоустойчивости кодов:

1. Выбор таких способов передачи, которые обеспечивают меньшую вероятность искажения кода;

2. Увеличение корректирующих свойств кодовых комбинаций. Этот путь связан с использованием кодов, позволяющих обнаруживать и устранять искажения в кодовых комбинациях. Такой способ кодирования связан с введением в код дополнительных, избыточных символов, что сопровождается увеличением времени передачи или частоты передачи символов кода.

Повышение помехоустойчивости передачи может быть также достигнуто путем повторной передачи одного и того же сообщения. На приемной стороне сравниваются полученные сообщения и в качестве истинных принимаются те, которые имеют наибольшее число совпадений. Чтобы исключить неопределенность при обработке принятой информации и обеспечить отбор по критерию большинства, сообщение должно повторяться не менее трёх раз. Этот способ повышения помехоустойчивости связан с увеличением времени передачи.

Системы с повторением передачи дискретной информации делятся на системы с групповым суммированием, у которых сравнение производится по кодовым комбинациям, и на системы с посимвольным суммированием, у которых сравнение осуществляется по символам кодовых комбинаций. Посимвольная проверка является более эффективной, чем групповая.

Разновидность систем, у которых повышение помехоустойчивости достигается за счет увеличения времени передачи, являются системы с обратной связью. При наличии искажений в передаваемых сообщениях информация, поступающая по обратному каналу, обеспечивает повторение передачи. Наличие обратного канала приводит к усложнению системы. Однако в отличие от систем с повторением передачи в системах с обратной связью повторение передачи будет иметь место лишь в случае обнаружения искажений в передаваемом сигнале, т.е. избыточность в целом оказывается меньшей.

Помехоустойчивый прием состоит в использовании избыточности, а также априорных сведений о сигналах и помехах для решения оптимальным способом задачи приема: обнаружения сигнала, различия сигналов или восстановления сообщений. В настоящее время для синтеза оптимальных приемников широко используется аппарат теории статистических решений.

Ошибки приемника уменьшаются с увеличением отношения сигнал/помеха на входе приемника. В связи с этим часто производят предварительную обработку принятого сигнала с целью увеличения отношений полезной составляющей к помехе. К таким методам предварительной обработки сигналов относится метод ШОУ (сочетание широкополосного усилителя, ограничителя и узкополосного усилителя), селекция сигналов по длительности, метод компенсации помехи, метод фильтрации, корреляционный метод, метод накопления и др.

Рассмотрим простые практические способы построения кодов, способных обнаруживать и исправлять ошибки. Ограничимся рассмотрением двоичных каналов и равномерных кодов.

Метод контроля четности. Это простой способ обнаружения некоторых из возможных ошибок. Будем использовать в качестве разрешенных половину возможных кодовых комбинаций, а именно те из них, которые имеют четное число единиц (или нулей). Однократная ошибка при передаче через канал неизбежно приведет к нарушению четности, что и будет обнаружено на выходе канала. Очевидно, что трехкратные, пятикратные и вообще ошибки нечетной кратности ведут к нарушению четности и обнаруживаются этим методом, в то время как двукратные, четырехкратные и вообще ошибки четной кратности – нет.

Практическая техника кодирования методом контроля четности следующая. Из последовательности символов, подлежащих передаче через канал, выбирается очередной блок из k-1 символов, называемых информационными , и к нему добавляется k-й символ, называемый контрольным. Значение контрольного символа выбирается так, чтобы обеспечить четность получаемого кодового слова, т.е. чтобы сделать его разрешенным.

Метод контроля четности представляет значительную ценность и широко применяется в тех случаях, в которых вероятность появления более одной ошибки пренебрежимо мала (во многих случаях, если наверняка знать, что кодовое слово принято с ошибкой, имеется возможность запросить повторную передачу). В то же время избыточность кода увеличивается минимально и незначительно при больших k (в k/(k-1) раз).

Метод контрольных сумм. Рассмотренный выше метод контроля четности может быть применен многократно для различных комбинаций разрядов передаваемых кодовых слов – и это позволит не только обнаруживать, но и исправлять определенные ошибки

Контрольные вопросы:

1. Что понимают под линией связи?

2. Какое устройство называется декодером?

3. Какое устройство называется решающим?

4. Какое устройство называются декодирующим?

5. Что называют шагом квантования?

6. Дайте определение квантования по уровню.

7. Дайте определение квантования по времени.

8. Какое устройство называется передатчиком?

9. Что называется приемником?

10. Что понимают под сообщением?

11. Дайте определение средствам передачи связи?

12. Какое устройство называют мультиплексором передачи данных?

13. Определите понятия концетратор, повторитель.

14. Определите пропускную способность непрерывного канала без помех.

15. Определите пропускную способность непрерывного канала с помехами.

16. Опишите назначение: источника, формирователя сигналов.

17. Как воздействует сигнал в линии связи?

18. Как работает устройство распознавания?

19. Дайте определение помехоустойчивости.

20. Что понимают под эффективностью системы?

21. Перечислите методы повышения помехоустйчивости.

22. Расскажите о методе контроля четности.

23. Что собой представляет метод контрольных сумм?

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

7. Создайте многотомный архив с размером тома, равным 300Кб, содержащий созданную в предыдущем задании подпапку именной папки.

8. Выполните отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

Титульный лист;

3. Оцените степени сжатия каждого из архивов - отношение объёмов сжатого и несжатого файлов (объём файла учитывать с точностью до бита). Оформите результаты сравнения в виде электронной таблицы. Проанализируйте степени сжатия, полученные для различных типов файлов и при использовании разных форматов и различных уровней сжатия.

4. Проведите проверку целостности одного из архивов.

5. Создайте защищённый паролем самораспаковывающийся 7z архив для файлов.txt с нормальным уровнем сжатия. Объясните разницу в объёмах файлов самораспаковывающегося и соответствующего не самораспаковывающегося архивов.

6. Создайте подпапку в именной папке и распакуйте туда содержимое самораспаковывающегося архива, а также любой из файлов, содержащийся в архиве с файлами *.bmp.

Термином «шум» называют разного помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации.

Технические причины возникновения помех:

Плохое качество линий связи;

Незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам.

Наличие шума приводит к потере информации.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важнейших идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным.

Избыточность кода – это многократное повторение передаваемых данных.

Избыточность кода не может быть слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи.

Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной , а достоверность принятой информации – максимальной .

Ранее отмечалось, что при передаче сообщений по каналам связи могут возникать помехи, способные привести к искажению принимаемых знаков. Так, например, если вы попытаетесь в ветреную погоду передать речевое сообщению человеку, находящемуся от вас на значительном расстоянии, то оно может быть сильно искажено такой помехой, как ветер. Вообще, передача сообщений при наличии помех является серьезной теоретической и практической задачей. Ее значимость возрастает в связи с повсеместным внедрением компьютерных телекоммуникаций, в которых помехи неизбежны. При работе с кодированной информацией, искажаемой помехами, можно выделить следующие основные проблемы: установления самого факта того, что произошло искажение информации; выяснения того, в каком конкретно месте передаваемого текста это произошло; исправления ошибки, хотя бы с некоторой степенью достоверности.

Помехи в передачи информации - вполне обычное дело во всех сферах профессиональной деятельности и в быту. Один из примеров был приведен выше, другие примеры - разговор по телефону, в трубке которого «трещит», вождение автомобиля в тумане и т.д. Чаще всего человек вполне справляется с каждой из указанных выше задач, хотя и не всегда отдает себе отчет, как он это делает (т.е. неалгоритмически, а исходя из каких-то ассоциативных связей). Известно, что естественный язык обладает большойизбыточностью (в европейских языках - до 7%), чем объясняется большая помехоустойчивость сообщений, составленных из знаков алфавитов таких языков. Примером, иллюстрирующим устойчивость русского языка к помехам, может служить предложение «в словох всо глосноо зомононо боквой о». Здесь 26% символов «поражены», однако это не приводит к потере смысла. Таким образом, в данном случае избыточность является полезным свойством.

Избыточность могла бы быть использована и при передаче кодированных сообщений в технических системах. Например, каждый фрагмент текста («предложение») передается трижды, и верным считается та пара фрагментов, которая полностью совпала. Однако, большая избыточность приводит к большим временным затратам при передаче информации и требует большого объема памяти при ее хранении. Впервые теоретическое исследование эффективного кодирования предпринял К.Шеннон.

Первая теорема Шеннона декларирует возможность создания системы эффективного кодирования дискретных сообщений, у которой среднее число двоичных символов на один символ сообщения асимптотически стремится к энтропии источника сообщений (в отсутствии помех). Задача эффективного кодирования описывается триадой:

Х = {X 4i } - кодирующее устройство - В.

Здесь X, В - соответственно входной и выходной алфавит. Под множеством х i можно понимать любые знаки (буквы, слова, предложения). В - множество, число элементов которого в случае кодирования знаков числами определяется основанием системы счисления (например, т = 2). Кодирующее устройство сопоставляет каждому сообщению х i из Х кодовую комбинацию, составленную из п i символов множества В. Ограничением данной задачи является отсутствие помех. Требуется оценить минимальную среднюю длину кодовой комбинации.

Для решения данной задачи должна быть известна вероятность Р i появления сообщения х i , которому соответствует определенное количество символов п i алфавита В. Тогда математическое ожидание количества символов из В определится следующим образом:

n c р = п i Р i (средняя величина).

Этому среднему числу символов алфавита В соответствует максимальная энтропия Нтаx = n ср log т. Для обеспечения передачи информации, содержащейся в сообщениях Х кодовыми комбинациями из В, должно выполняться условие H4mах ≥ Н(х), или п cр log т ≥ - Р i log Р i . В этом случае закодированное сообщение имеет избыточность п cр ≥ H(x) / log т, n min = H(x) / log т.

Коэффициент избыточности

К u = (H max – H (x )) / H max = (n cp – n min) / n cp

Выпишем эти значения в виде табл. 1.8. Имеем:

N min = H (x ) / log2 = 2,85, K u = (2,92 - 2,85) / 2,92 = 0,024,

т.е. код практически не имеет избыточности. Видно, что среднее число двоичных символов стремится к энтропии источника сообщений.

Таблица 3.1 Пример к первой теореме Шеннона

N	Рх i	x i	Код	n i	п i - ∙ Р i	Рх i ∙ log Рх i
	0,19	X 1			0,38	-4,5522
	0,16	X 2			0,48	-4,2301
	0.16	X 3			0,48	-4,2301
	0,15	X 4			0,45	-4,1054
	0,12	X 5			0,36	-3,6706
	0,11	X 6			0,33	- 3,5028
	0,09	X 7			0,36	-3,1265
	0,02	X 8			0,08	-3,1288
	Σ=1	Σ=2,92	Σ=2,85

Вторая теорема Шеннона гласит, что при наличии помех в канале всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы с заданной достоверностью. При наличии ограничения пропускная способность канала должна превышать производительность источника сообщений.

Таким образом, вторая теорема Шеннона устанавливает принципы помехоустойчивого кодирования. Для дискретного канала с помехами теорема утверждает, что, если скорость создания сообщений меньше или равна пропускной способности канала, то существует код, обеспечивающий передачу со сколь угодно мглой частотой ошибок.

Доказательство теоремы основывается на следующих рассуждениях. Первоначально последовательность Х = {xi} кодируется символами из В так, что достигается максимальная пропускная способность (канал не имеет помех). Затем в последовательность из В длины п вводится r символов и по каналу передается новая последовательность из п + r символов. Число возможных последовательностей длины и + т больше числа возможных последовательностей длины п. Множество всех последовательностей длины п + r может быть разбито на п подмножеств, каждому из которых сопоставлена одна из последовательностей длины п. При наличии помехи на последовательность из п + r выводит ее из соответствующего подмножества с вероятностью сколь угодно малой.

Это позволяет определять на приемной стороне канала, какому подмножеству принадлежит искаженная помехами принятая последовательность длины п + r, и тем самым восстановить исходную последовательность длины п.

Эта теорема не дает конкретного метода построения кода, но указывает на пределы достижимого в создании помехоустойчивых кодов, стимулирует поиск новых путей решения этой проблемы.

Большой вклад в научную теорию связи внес советский ученый Владимир Александрович Котельников (1940-1950 г. XX века). В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче:

Все сообщение разбивается на порции – блоки;

Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком;

В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, если она не совпадает с первоначальной, передача повторяется.

Таблица 3.2. Модель Клода Шеннона по передаче информации в технических системах связи

Дополнительная литература:

№	Тема урока	Литература
	Информация как единство науки и технологии.	Могилев “Информатика”
	Социальные аспекты информатики.	“Социокультурные аспекты хакерства” (по материалам из Википедии-свободной электронной энциклопедии)
	Правовые аспекты информатики.	“Правовые аспекты информатики”(по материалам сайта “Информатика на 5”) http://www.5byte.ru/referat/zakon.php
	Информация и физический мир. Информация и общество.	«Введение в информатику» из учебника Н.Угринович «Информатика и информационные технологии» стр.12-17
	Информатизация общества.	по материалам электронного журнала “Мир ПК” http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/pres/cw-01-2000.htm
	Телекоммуникации в Башкортостане	Портал «Республика Башкортостан» - раздел Телекоммуникации http://башкортостан.рф/potential/telecommunications/
	Информационная безопасность общества и личности.	«Информационная безопасность личности, общества, государства» (по материалам электронной книги В.А Копылова «Информационное право», главы 10-11) http://www.i-u.ru/biblio/archive/kopilov_iform/04.aspx
	Тема 2.1. Различные уровни представлений об информации. Значения термина в различных областях знания.	«Семантический подход к определению информации» (материалы из Википедии - свободной электронной энциклопедии, раздел «Информация в человеческом обществе») http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8%ED%F4%EE%F0%EC%E0%F6%E8%FF