Анализ информационной модели непрерывного канала и передачи сигналов
Методические указания к выполнению лабораторной работы №7
по курсу «Теория информации и кодирования»


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

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


Краткие теоретические сведения

При анализе передачи сигналов в отличие от передачи кода уместно рассматривать информационную модель для передачи непрерывных сообщений. Такая модель позволяет оценить пропускную способность канала (кбит/с) в зависимости от его параметров (ширина частотной полосы, удельная мощность помех в расчете на 1 Гц), а также мощности полезного сигнала. При этом рассматривается случай воздействия на сигнал наиболее сложной для противодействия помехи «белый шум», для которой спектральная плотность равномерно распределена по полосе часто канала. Подробное описание модели приведено в лекции 9.

Расчет непрерывного канала исходя из рассмотренной модели показывает, что с расширением частотной полосы канала рост его пропускной способности замедляется. Это связано с увеличением суммарной мощности помех «белый шум» в точке приема сигнала. Также пропускная способность увеличивается с ростом отношения мощности полезного сигнала к мощности помех (шума). Как и в случае дискретного канала, модель позволяет оценить верхнюю границу возможного потока информации через канал согласно теореме Шеннона.

Согласно результатам модели пропускная способность канала может быть увеличена за счет расширения частотной полосы передачи (это позволяет повысить скорость передачи сигналов, что сопровождается расширением их спектра), а также путем увеличения превышения мощности полезного сиггала над мощностью помех (такое возможно, в частности, за счет увеличения информационной нагрузки на сигнал путем использования нескольких его уровней). При наличии ограничений на ширину полосы канала, величину превышения сигнала над помехой, а также на время использования канала для передачи, существуют механизмы, которые обеспечивают «взаимообмен» этих параметров для согласования сигнала и канала. Все упомянутые моменты также рассмотрены в лекции 9.

Содержание работы

Настоящая лабораторная работа включает три раздела:
- анализ информационной модели передачи сигналов по непрерывному каналу;
- расчет и анализ пропускной способности непрерывного 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 непрерывного канала.
В разделе 2 строится и анализируется зависимость пропусной способности непрерывного канала от ширины частотной полосы.
В разделе 3 анализируются направления использования пропускной спсобности за счет увеличения скорости передачи сигналов и увеличения информационной нагрузки на сигнал. Также рассматриваются механизмы взаимообмена параметров при согласовании сигнала и канала.

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 непрерывному каналу
а) Используя материалы лекции 9, в частности, рис. 9.7, разобраться со структурой модели дискретного канала и ее основными расчетными формулами. Отобразить результаты в отчете.
* б) Используя материалы лекции 9, в частности, рис. 9.8, разобраться с основными допущениями модели и последовательностью вывода формулы для расчета пропускной способности канала. Отобразить результаты в отчете.

2) Расчет и анализ пропускной способности непрерывного канала
а) Выполнить расчет пропускной способности канала согласно варианту и построить зависимости пропускной способности от ширины полосы частот канала при двух различных значениях отношения сигнал/помех. Использовать заготовленную электронную таблицу, размещенную в материалах лабораторной работы на сайте tik-diit.dp.ua. Оценить и прокомментировать полученные зависимости.
* б) Разобраться с интерпретацией полученной зависимости, в частности, с механизмами влияния на пропускную способность ширины полосы частот канала и величины превышения сигнала над помехой. Поместить комментарии в отчет.

3) Анализ направлений практического использования пропускной способности
а) Разберитесь с механизмом ограничения скорости передачи импульсных сигналов с учетом заданной ширины полосы канала. Используйте, в частности, рис.12.6 и рис.12.10 из лекции 12. Поместите комментарии в отчет.
б) Разберитесь с механизмом увеличения информационной нагрузки на сигнал за счет использования нескольких его уровней. Используйте, в частности, рис.9.10 из лекции 9. Поместите комментарии в отчет.
* в) Разберитесь с моделью трехмерного представления информационной «емкости канала» и «объема сигнала», которая используется для согласования параметров канала и передаваемых сигналов. Выясните механизмы «взаимообмена» частотной полосы, превышения сигнала над помехой и времени передачи. Поместите комментарии в отчет.

Контрольные вопроcы

К разделу 1.
1) Поясните структуру информационной модели непрерывного канала, используя рисунок.
2) Поясните каким образом в модели учитывается влияние помех в канале
* 3) Как связаны информационные характеристики передачи и физические параметры, которые учитывает модель
* 4) Каким образом в модели может отображаться изменение расстояния между источником и получателем сигнала или параметры затухания сигнала в среде передчи

К разделу 2.
1) На примере индивидуального варианта расчета поясните характер влияния ширины полосы частот на пропускную способность канала.
2) На примере индивидуального варианта поясните влияние превышения сигнала над помехой на пропускную способность канала.
* 3) Почему с ростом ширины полосы соответствующее увеличение пропускной способности замедляется.
* 4) Чем объясняется возможность роста пропускной способности при увеличении превышения мощности сигнала над помехами.

К разделу 3.
1) Поясните механизм, ограничивающий скорость передачи импульсных сигналов призаданной ширине полосы пропускания канала.
* 2) Чем объясняется рекомендация по выбору скорости передачи, согласно которой ширина полосы спектар сигнала должна быть примерно равна ширине полосы частот канала.
3) Поясните механизм увеличения информационной нагрузки за счет роста числа различимых значений сигнала.
* 4) Почему на практике в качестве информационного параметра сигналов чаще используют фазу, а не амплитуду.
6) Поясните особенности «трехмерной» модели для согласования параметров канала и сигнала.
* 7) Сопоставьте «трехмерную» модель канала с полученной ранее формулой пропускной способности. В чем состоят отличия и при каких услових эти модели соответствуют друг другу.
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