Анализ пропускной способности канала передачи и направлений ее использования
Методические указания к выполнению лабораторной работы №5
по курсу «Теория информации и кодирования»


Архив с материалами для выполнения можно скачать здесь..
Текст методички можно скачать здесь
Пример оформления отчета здесь.

Цели работы:
- закрепить теоретические знания об информационной модели дискретного канала передачи;
- исследовать пропускную способность каналов при передаче кода;
- закрепить представления о направлениях использования пропускной способности канала.

Краткие теоретические сведения

При передаче сообщений в пространстве (по каналам связи) или во времени (за счет хранения в памяти) могут возникать случайные ошибки в отдельных разрядах кода. На практике удается восстанавливать информацию, пострадавшую из-за таких ошибок за счет использования специальных избыточных кодов и повторной передачи ошибочных фрагментов сообщений. Применение этих методов связано с определенными «накладными расходами» на передачу исходного информационного сообщения. В результате пропускная способность канала передачи неизбежно снижается.

Для количественной оценки пропускной способности каналов с ошибками используется информационная модель дискретного канала передачи кода. При этом считается, что канал передачи из-за наличия ошибок вносит неопределенность, которая уменьшает информативность передаваемых разрядов кода. Такая модель для практически важного случая двоичного канала позволяет получить простую расчетную формулу определения пропускной способности в зависимости от скорости передачи и вероятности ошибок. Подробное описание модели приведено в лекции 9. Расчет пропускной способности канала дает верхнюю оценку возможного потока информации (бит/с), поскольку согласно теореме Шеннона о кодировании канала пропускная способность может теоретически быть использована почти полностью.

Для начального знакомства с применением избыточных кодов удобно рассмотреть простой помехозащитный код с проверкой четности. Его базовый вариант, в котором контрольный разряд дополняет количество 1 до четного, позволяет обнаруживать любые сочетания ошибок нечетной кратности в передаваемом кодовом слове. Более продвинутый вариант с объединением кодовых слов в блок и формированием дополнительного контрольного слова позволяет исправлять однократные ошибки. На практике исправление ошибок только средствами кода требует значительного увеличения его избыточности, особенно с учетом возможного ухудшения условий передачи (как например, в эфире). В связи с этим часто применяют механизм исправления за счет повторной передачи кодовых слов с обнаруженными ошибками, который требует использования дополнительного канала подтверждений /перезапросов. Детальное описание упомянутых приемов также приводится в лекции 9.

Содержание работы

Настоящая лабораторная работа включает три раздела:
- анализ информационной модели передачи кода по дискретному каналу;
- расчет и анализ пропускной способности дискретного канала;
- анализ направлений практического использования пропускной способности.


В разделе 1 рассматривается структура информационной модели, ее основные допущения и получение расчетной формулы для определения пропускной способности дискретного канала.

В разделе 2 строится и анализируется зависимость пропусной способности канала от вероятности ошибок.

В разделе 3 выполняются примеры кодирования по принципу четности с обнаружением и исправлением ошибок передачи, а также рассматривается схема исправления ошибок повторной передачей.
Параметры передачи задаются согласно индивидуальным вариантам в таблице, размещенной на сайте tik-diit.dp.ua.

Порядок выполнения работы

1) Анализ информационной модели передачи кода по дискретному каналу
а) Используя материалы лекции 9, в частности, рис. 9.1, разобраться со структурой модели дискретного канала и ее основными расчетными формулами. Отобразить результаты в отчете.
* б) Используя материалы лекции 9, в частности, рис. 9.2, разобраться с основными допущениями модели и последовательностью вывода формулы для расчета пропускной способности канала. Отобразить результаты в отчете.

2) Расчет и анализ пропускной способности дискретного канала
а) Выполнить расчет пропускной способности канала согласно варианту и построить зависимость пропускной способности от вероятности ошибок po, используя заготовленную электронную таблицу, размещенную в материалах лабораторной работы на сайте tik-diit.dp.ua. Оценить и прокомментировать потери пропускной способности канала при небольших значениях po, на примере индивидуального варианта.
б) Разобраться с интерпретацией полученной зависимости, в частности, с механизмом снижения пропускной способности при росте вероятности ошибок.
* в) Охарактеризовать особенности полученной зависимости при po<0,5 po>0,5 и po=0,5.
* г) Привести формулировку теоремы Шеннона для кодирования канала и пояснить ее суть.

3) Анализ направлений практического использования пропускной способности
а) Выполните примеры кодирования и декодирования с контролем четности по строке согласно заданному варианту. Поместите результаты в таблицу и прокомментируйте возможности кода по обнаружению ошибок.
б) Выполните примеры кодирования и декодирования с контролем четности по строке и столбцу согласно заданному варианту. Поместите результаты в таблицу и прокомментируйте возможности кода по обнаружению и исправлению ошибок.
* в) Разберитесь с возможностями и ограничениями помехозащитных кодов по исправлению ошибок. Поясните, почему прямое исправление ошибок кодом часто неэффективно.
г) Разберитесь с принципом исправления обнаруженных ошибок за счет повторной передачи, в частности, используя рис.9.6 из лекции 9. Кратко опишите этот принцип.
* д) Разберитесь с особенностями использования обратного канала для передачи Подтверждений/Перезапросов.

Контрольные вопроcы

К разделу 1.
1) Поясните структуру информационной модели дискретного канала, используя рисунок.
2) Поясните каким образом в модели учитывается влияние ошибок канала на информативность передаваемых разрядов кода.
* 3) Запишите общую формулу для определения пропускной способности канала.
* 4) Запишите расчетную формулу для определения пропускной способности двоичного канала.

К разделу 2.
1) На примере индивидуального варианта расчета поясните сообношение между вероятностью ошибок и снижением пропускной способности дискретного канала.
2) Используя рисунок с полученной зависимостью, поясните механизм влияния ошибок передачи на пропускную способность дискретного канала.
* 3) Каковы особенности полученной зависимости при вероятности ошибок po<0,5 po>0,5 и po=0,5.
* 4) Сформулируйте теорему Шеннона для кодирования канала и поясните ее суть по аналогии с потоком жидкости.

К разделу 3.
1) Прокомментируйте возможности кода с проверкой четности по строке по обнаружению ошибок на материале выполненных примеров.
2) Прокомментируйте возможности кода с проверкой четности по строке и столбцу по исправлению и обнаружению ошибок на материале выполненных примеров.
* 3) Поясните, в чем состоит ограниченность способа исправления ошибок исключительно средствами избыточного кода.
4) Поясните принцип исправления ошибок методом повторной передачи. В чем состоят его преимущества.
* 5) Почему использование обратного канала для исправления ошибок повторной передачей не приводит к значительным дополнительным аппаратным затратам.
О дисциплине ТИК
Почему «Теория информации и кодирования» - одна из самых интересных дисциплин, которые изучают будущие системщики и защитники информации?

В ней сочетаются золотая классика и самая актуальная современность computer-science.

продолжение
О сайте
Здесь вы найдете материалы, которые помогут в изучении дисциплины “Теория информации и кодирования” (ТИК) в том виде, как она преподается на кафедре ЭВМ ДИИТа.

На сайте размещены методические материалы:
  • электронный конспект лекций;
  • методическое обеспечение к лабораторным работам;
  • полезные ссылки.

продолжение
© 2008-2013 • Теория информации и кодирования
UP