Дәріс мақсаты: Каналдар және байланыс жүйелерін меңгеру

Сұрақтар:

1. Байланыс жүйелері
2. Амплитудалық модуляция
3. Үздіксіз модуляция
4. Жиіліктік модуляция
5. Фазалық модуляция

Байланыс:

· 1) әр түрлі техникалық құралдар арқылы ақпарат беру және қабылдау;

· 2) почта, телефон, телеграф, радио, т.б. хабарын таратуды қамтамасыз ететін халық шаруашылығының бір саласы. Ерте кезде хабаржаяу жүргінші немесе салтатты кісі арқылы ауызша, сондай-ақ, от, дабыл, қада, белгі арқылы жеткізілген. Қоғамдағы өзгерістер мен дамуға, тех. жетістіктерге орай Байланыс құралдары жетіле түсті. 18 ғасырдың аяғында оптикалық телеграф пайда болды. 19 ғасырда сым бойымен тез хабар бере алатын телеграф аппараттары шықты. 1837 жылы сызық пен нүкте (код) арқылы тұтас сөздерді бере алатын Морзе аппаратын, 1876 жылы телефон, 1895 жылы радиобайланыс құралы ойлап табылды. Техника құрал-жабдықтарының сипатына қарай Байланыс почта және электрлік Байланыс болып бөлінеді. Почта Байланысы арқылы хат, газет,журнал, бандероль, т.б. жеткізіп беру және ақша аудару қызметтері атқарылады. Бүгінде почта корреспонденцияларын іріктеудің автоматтандырылған жүйелері қолданылады. Электрлік Байланыс құрылымы бойынша сым арқылы және радиотолқын арқылы таралатын байланыс болып, ал ақпарат түрі бойынша телефон, телеграф, фототелеграф, телевизия, т.б. болып бірнеше түрге бөлінеді. Телеграф аппараттары бағанадағы сым, жер асты кабелі, радиорелелік желілер арқылы жалғасады. Телеграф техникасының жетілдірілген түрі — факсимильді байланыс (фототелеграфия). Онымен газет беттерінің көшірмесі, фотография, сурет, қолжазба, сызба, сондай-ақ, Байланыстың басқа түрімен қабылданбайтын құжаттар беріледі. Телефон Байланысы: халықаралық, қалааралық және жергілікті болып бөлінеді. Қалааралық телефон-телеграф Байланыссы көбінесе, симметриялық және коаксиальдык кабельдерден тұратын магистралдық желілер арқылы жүргізіледі. Жергілікті жердегі (қаладағы) телефон байланысы автоматты телефон стансалары (АТС) арқылы жұмыс істейді. Онда бір абонентті екінші абонентке стансадағы автомат-аспаптар жалғайды. Қалааралық байланыс телеграф, фототелеграф, телевизия және радиорелелік желілері арқылы да беріледі. Радиобайланыс қазіргі заманда өте кең тараған.

· 3)сәйкестілік,сілтеме,байланыстарды редакциялау кезінде — символ/символ, символ/адрес немесе адрес/адрес типінің сәйкестілігі; кибернетикалық жүйе жайында — әсер, ықпал; мәліметтерді қашықтан өндеу желісіндегі мәліметтерді жеткізу құралдарының жиынтығы; объектілер арасындағы қатынас; программалық модульдердің әрекетгестік механизмі; гипермәтіннің белгіленген элементі; сол элементті тышқанмен басқару арқылы мәтіннің басқа бөлігіне ауысу; желілердегі байланыс түйіні; екі байланыс торабын жалғастыру жабдығы.^[1][2]

Амплитудалық модуляция

Амплитудалық модуляция (лат. amplitudo — шама, франц. modulatio — біркалыптылық) — радиотаратқыш тарататын электромагниттік тербеліс амплитудасын сол тербеліс жиілігінен төмен жиліктегі тербеліс заңына сәйкес өзгерту. Мысалы, радиотаратқыш тарататын жоғары жиілікті тербеліс амплитудасын дыбыс жиілігіндегі тербеліс заңына сәйкес модуляциялағанда, жоғары жиіліктік тербеліс амплитудасының көмкеруші сызығы дыбыс жиілігінің заңына сәйкес өзгереді. Радиотолқын ретінде таралатын сол жоғарғы тербелістің жиілігі "тасымалдаушы жиілік" деп аталады. Амплитудалық модуляция радио таратқыштыңаралық каскадтарының бірінде жүзеге асырылады. Амплитудалық модуляциялауда тасымалдаушы жиіліктен төмен және жоғары екі бүйірлік жиілік жолақтары пайда болады:

^[1]

Пайдаланған әдебиеттер[өңдеу]

1. Jump up↑ Қазақ тілі терминдерінің салалық. ғылыми түсіндірме сөздігі: Электроника, радиотехника және байланыс. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2007 ISBN 9965-36-448-6

2. Байланыс құралдары[өңдеу]

3. Байланыс құралдары қазіргі кездегі ең басты қажеттіліктердің бірі болып табылады. Ол өте маңызды экономикалық және әлеуметтік қызмет атқарады. Осы заманғы байланыс құралдарының көмегімен Жер шарының ең шалғай орналасқан аудандарымен, тіпті ғарышпен де байланыс жасалады. Бірақ дүниежүзінде байланыс жүйесі біркелкі таралмаған, тіпті адамзаттың тең жартысына жуығы "телефон" дегеннің не екенін де білмейді.

4. Байланыс жүйесі өте күшті дамыған ел — АҚШ. Оның үлесіне дүниежүзінлегі телефон жүйелерінің 2/5-сі, ең жаңа байланыс жүйелерінің 9/10-ы тиесілі. Оған нақты мысал ретінде мынаны айтуға болады: Нью-Йорктің Манхаттен ауданындағы телефон желісінің саны бүкіл Африка материгіндегі желілер санымен бірдей.^[3]

5. Қазақстандағы байланыс жүйелері

6. 20 ғасырдын басында Қазақстанда 250 почта-телеграф пункті болды. Электр Байланысның техника құралдары мен телевизияны пайдалану 1950—1960 жылдары басталды. Осы кезеңге дейін республикалық байланыс құралдарының негізін бағаналы желілер мен коммутациялық қондырғылар құрады. 1950 жылы Алматыда 800 нөмірлік АТС, 1956—1957 жылдары Алматы, Қарағанды, Өскемен қалаларында тұңғыш телевизия орталықтары салынды. 1960—1975 жылдары қалалардағы АТС-ті автоматтандырудың үлес салмағы 97%-ке жетті. 1966 жылы Қазақстанның батыс және оңтүстік облысы арқылы өткен Мәскеу-Ташкент Байланыс кабелі желісінің құрылысы аяқталды. Бұдан соң Новосибирск—Алматы,Самара—Атырау—Жаңа Өзен кабель магистральдары, 1967 жылы “Орбита” ғарыш қабылдау станциясы іске қосылды, халықаралық телефон байланысын автоматтандыру басталды. 1972 жылы Алматыда Қазақстанды КСРО-ның 120 қаласымен байланыстыратын АРМ-20 халықаралық автоматты телефон станциясы іске қосылды. 20 ғасырдың аяғына қарай Қазақстандағы Байланыс желілері телекоммуникацияның цифрлы жүйелері негізінде өзгертіле бастады. Республикадағы халықаралық телефон байланысы 2 жер үстілік телепорттар арқылы жүзеге асырылады. Республикада халықаралық телефон байланысы 1992 жылы Алматыда және 1995 жылы Ақмолада Жер серігі телеайлақтары арқылы қамтамасыз етілді. Халықаралық автоматты коммутациялық станциялар С-12 жүйесіндегі цифрлы станциялармен ауыстырылды. Аумағы зор, халқының орналасу тығыздығы әркелкі, кабель желілерін тартуға болмайтын қиын жерлері көп Қазақстанда ғарыштық спутник арқылы байланыс аса тиімді. 20 ғасырдың 90-жылдары Қазақстанда байланыстың телефакс, ұялы радиобайланыс, пейджинг, транкинг, интернет сияқты жаңа түрлері пайда болды. Республиканың 7 облыс орталығында 7000 абонент ұялы байланыс, 12 ірі қаласында 5000 абонент дербес радиошақыру (пейджинг) қызметін пайдаланып келеді. 1996—1997 жылдары пайдалануға берілген Ақмола—Қарағандыталшықты-оптикалық желі Қазақстандағы халықаралық цифрлы Байланыс торабының негізін қалады. 1998 жылы республикадағы халықаралық телефон каналдарының ұзындығы 43 млн 363 мың км-ге жетті. Республика қалаларында жалпы сыйым. 1.856.997 нөмірлік 637 АТС, ауылдық жерлерде жалпы сыйымд. 573945 нөмірлік АТС-тер жұмыс істеді. ^[4]

7. Қазақстанда қазіргі кезде байланыс құралдарының ең жаңа үлгілері іске қосылуда. Республикамыздың байланыс жүйесінде сандық телефон стансылары, ұялы телефон, арнайы карточка көмегімен байланысқа шығуға мүмкіндік беретін таксофондар, факс және пейджинг, Жердің жасанды серіктері арқылы байланысу елеулі орын ала бастады. 1994 жылдан бері Қазақстан әлемдік интернет жүйесіне тұрақты қосылды.^[3]

Амплитудалық модуляция (лат. amplitudo — шама, франц. modulatio — біркалыптылық) — радиотаратқыш тарататын электромагниттік тербеліс амплитудасын сол тербеліс жиілігінен төмен жиліктегі тербеліс заңына сәйкес өзгерту. Мысалы, радиотаратқыш тарататын жоғары жиілікті тербеліс амплитудасын дыбыс жиілігіндегі тербеліс заңына сәйкес модуляциялағанда, жоғары жиіліктік тербеліс амплитудасының көмкеруші сызығы дыбыс жиілігінің заңына сәйкес өзгереді. Радиотолқын ретінде таралатын сол жоғарғы тербелістің жиілігі "тасымалдаушы жиілік" деп аталады. Амплитудалық модуляция радио таратқыштыңаралық каскадтарының бірінде жүзеге асырылады. Амплитудалық модуляциялауда тасымалдаушы жиіліктен төмен және жоғары екі бүйірлік жиілік жолақтары пайда болады:

^[1]

Жиіліктік модульдеу, жиіліктік модуляция — генератор жиілігінің модульдеуші (модуляциялаушы) кернеу әсерінен өзгеруі. Жиіліктік модульдеу, негізінен, радиотехникада, телеметрияда, теледидарда (теледидарлық көріністі дыбыспен үйлестіру үшін), т.б. электрондық приборларда қолданылады. Амплитудалық модульдеумен салыстырғанда Жиіліктік модульдеу қабылдау кезінде электрлік бөгеуілдер әсерін төмендете алады.

Фазалық модуляция — тербеліс модуляциясының бір түрі, Фазалық модуляцияда тасымалданатын сигнал тасушы жоғары жиілікті тербелістің фазасын басқарады. Егер модуляциялаушы сигнал синусоид түрінде болса, онда Фазалық модуляция мен жиілік модуляциясы жағдайындағы сигналдардың спектрі мен пішіні бірдей болады. Айырмашылық модуляциялаушы сигналдың әлдеқайда күрделі пішіндерінде байқалады. Фазалық модуляция негізінен тасушы жиілігінің орнықтылығы жоғары жиілікті модуляцияға аралық түрлендіргіш ретінде қолданылады.

Гармоникалық тасушы сигналдың фазасы хабар сигналының зандылығымен өзгеретін сигналды фазалық модуляцияланған сигнал деп, ал процесті фазалық модуляция деп атайды. Фазалық модуляцияда да жиіліктік модуляциядағыдай сигналдың өзгеру бұрышының ауысуына тәуелді, мұндай модуляцияны оқулықтарда бұрыштық модуляция деп те атайды. Тасушы сигнал фазасының езгеру ауқымы хабарды тасымалдайтын,яғни ақпаратгық сигналдың қарқындылығының өзгеруіне байланысты болады. Тасымалдайтын сигнал фазасының өзгеру ауқымы және соған байланысты фазалық модуляцияланған сигналдың құрамы және оның параметрі фазалық модуляциялау индексіне байланысты. Фазалық моцуляция индексі — сигнал фазасының салыстырмалы өзгеруі. Фазалық моцуляция индексі кіші (1-ден едәуір аз) болғанда, модуляцияланған сигналдың құрамы амплитудалымодуляциядағыдай үш сигналдың қосындысынан тұрады. Олар: тасушы, төменгі және жоғарғы бүйір жақ сигналдар. Олардың амплитудалық модуляцияланған сигналдан айырмашылыгы бір бүйір жақ сигнал 180°-қа бұрылған. Сондықтан хабардың таралу зандылығына байланысты модуляцияланған сигналдың амплитудасы емес, оның фазасы өзгереді. Фазалық модуляцияның индексі үлкен (1-ден үлкен) болғанда, модуляцияланған сигналдың құрамы күрделенеді, оны арнайы математикалық жолмен анықтайды. Фазалық модуляцияланған сигналдың құрамы тасушы сигнал жиілігінен және оның жоғарғы бүйір және төменгі бүйір жақтарындағы n санды жиіліктерден тұрады. Фазалық модуляцияны жасайтын құрылғыны фазалық модулятор деп атайды. Басқа әдістер (амплитудалық және жиіліктік) арқылы модуляцияланған сигналдарға қарағанда фазалық модуляцияланған сигнал бөгеуілге орнықты, сол себепті, оның дәлдігі жоғары болады. Бірақ фазалық модуляцияланған сигналды іс жүзінде қолдану қиыншылықтарына байланысты аз пайдаланылады.^[1]

Бақылау сұрақтары:

1. Байланыс жүйелері
2. Амплитудалық модуляция
3. Үздіксіз модуляция
4. Жиіліктік модуляция

Тема 8.Модели источника дискретных сообщений. Избыточность. Производительность.

Цель лекции: Изучить модели источника дискретных сообщений

Вопросы:

1. Модели источника дискретных сообщений
2. Свойства эргодических последовательностей знаков
3. Производительность источника дискретных сообщений

Модели источника дискретных сообщений. Ранее речь шла о средней неопределенности и среднем количестве информации, приходящимся на одно состояние источника сообщений. Математической моделью множества возможных реализаций источника была дискретная или непрерывная случайная величина.

На практике, однако, нас чаще всего интересует не одно конкретное состояние источника, а дискретные или непрерывные последовательности состояний, реализуемых источником за длительный промежуток времени, например телеграммы, видеосюжеты и т. п. Для описания таких сообщений используются математические модели в виде дискретных и непрерывных случайных процессов.

Для построения модели необходимо знать объем l алфавита знаков ( ), из которых источником формируются сообщения, и вероятности создания им отдельных знаков с учетом возможной взаимосвязи между ними.

При доказательстве основных положений теории информации Шенноном использовалась модель, называемая эргодическим источником сообщений. Предполагается, что создаваемые им сообщения математически можно представить в виде эргодической случайной последовательности. Такая последовательность, как известно, удовлетворяет условиям стационарности и эргодичности. Первое означает, что вероятности отдельных знаков и их сочетаний не зависят от расположения последних по длине сообщения. Из второго следует, что статистические закономерности, полученные при исследовании одного достаточно длинного сообщения с вероятностью, близкой к единице, справедливы для всех сообщений, создаваемых источником. Из статистических характеристик в данном случае нас интересует средняя неопределенность в расчете на один знак последовательности.

Стационарный источник сообщений, выбирающий каждый знак формируемой последовательности независимо от других знаков, всегда является эргодическим. Его также называют источником без памяти.

На практике, однако, чаще встречаются источники, у которых вероятность выбора одного знака сообщения зависит от того, какие знаки были выбраны источником до этого (источники с памятью). Поскольку такая связь, как правило, распространяется на ограниченное число предыдущих знаков, для описания функциони-рования источника целесообразно использовать цепи Маркова.

Цепь Маркова порядка n характеризует последовательность событий, вероятности которых зависят от того, какие n событий предшествовали данному. Эти n конкретных событий определяют состояние источника, в котором он находится при выдаче очередного знака. При объеме алфавита знаков l число R различных состояний источника не превышает . Обозначим эти состояния через , а вероятности выбора в состоянии знака — через . При определении вероятности естественно предположить, что к моменту выдачи источником очередного знака известны все знаки, созданные им ранее, а следовательно, и то, в каком состоянии находится источник.

Если источник находится в состоянии , его частная энтропия H( ) определяется соотношением

Усредняя случайную величину H( ) по всем возможным состояниям q = , получаем энтропию источника сообщений:

где p( ) — вероятность того, что источник сообщений находится в состоянии .

Величина H(Z) характеризует неопределенность, приходящуюся в среднем на один знак, выдаваемый источником сообщений.

Определим энтропию источника сообщений для нескольких частных случаев.

Если статистические связи между знаками полностью отсутствуют, то после выбора источником знака , его состояние не меняется (R = 1). Следовательно, p( )= 1, и для энтропии источника сообщений справедливо выражение:

Когда корреляционные связи наблюдаются только между двумя знаками (простая цепь Маркова), максимальное число различных состояний источника равно объему алфавита. Следовательно, R= l и = , где q = . При этом выражение (4.2) принимает вид

При наличии корреляционной связи между тремя знаками состояния источника определяются двумя предшествующими знаками. Поэтому для произвольного состояния источника , удобно дать обозначение с двумя индексами , где k= и h= .

Тогда

Подставляя эти значения в (4.2), находим

Аналогично можно получить выражения для энтропии источника сообщений и при более протяженной корреляционной связи между знаками.

Пример 4.1. Определить, является ли эргодическим стационарный дискретный источник сообщений, алфавит которого состоит из четырех знаков и , причем безусловные вероятности выбора знаков одинаковы [ ], a условные вероятности заданы табл 4.1.

Таблица 4.1.

Анализ табл. 4.1 показывает, что источник имеет два режима работы. С вероятностью, равной ¾, первым будет выбран один из знаков или и источник начнет формировать последовательность с равновероятным появлением знаков. Если же первым будет выбран знак (вероятность такого случая равна ), то генерируется последовательность, содержащая только знаки .

Усреднение по ансамблю предполагает наличие множества однотипных источников, примерно три четверти из которых будет работать в первом режиме, а остальные — во втором. При этом в соответствии с (4.3) энтропия источника

Среднее по последовательности (времени) вычисляется с использованием конкретной последовательности и поэтому зависит от режима функционирования источника. В первом режиме неопределенность, приходящаяся на один знак достаточно длинной последовательности (энтропия последовательности), равна 1,586 дв. ед., а во втором — нулю.

Поскольку энтропии формируемых последовательностей не совпадают с энтропией источника, он не является эргодическим.

Отметим, однако, что любой стационарный источник сообщений может быть представлен совокупностью нескольких эргодических источников, различающихся режимами работы [22].

Свойства эргодических последовательностей знаков.Характер последовательностей, формируемых реальным источником сообщений, зависит от существующих ограничений на выбор знаков. Они выражаются в том, что вероятности реализации знаков различны и между ними существуют корреляционные связи. Эти ограничения приводят к тому, что вероятности формируемых последовательностей существенно различаются.

Пусть, например, эргодический источник без памяти последовательно выдает знаки в соответствии с вероятностями 0,1; 0,3; 0,6. Тогда в образованной им достаточно длинной последовательности знаков мы ожидаем встретить в среднем на один знак три знака и шесть знаков . Однако при ограниченном числе знаков в последовательности существуют вероятности того, что она будет содержать;

только знаки (либо , либо );

только знаки и один знак или ;

только знаки и один знак или ;

только знаки и один знак или ;

только знаки и два знака или и т. д.

С увеличением числа знаков вероятности появления таких последовательностей уменьшаются.

Фундаментальные свойства длинных последовательностей знаков, создаваемых эргодическим источником сообщений, отражает следующая теорема: как бы ни малы были два числа δ>0 и μ>0 при достаточно большом Ν, все последовательности могут быть разбиты на две группы.

Одну группу составляет подавляющее большинство последовательностей, каждая из которых имеет настолько ничтожную вероятность, что даже суммарная вероятность всех таких последовательностей очень мала и при достаточно большом N будет меньше сколь угодно малого числа δ. Эти последовательности называют нетипичными.

Вторая группа включает типичные последовательности, которые при достаточно большом N отличаются тем, что вероятности их появления практически одинаковы, причем вероятность ρ любой такой последовательности удовлетворяет неравенству

где Η(Ζ) — энтропия источника сообщений.

Соотношение (4.5) называют также свойством асимптотической равномерности длинных последовательностей. Рассмотрим его подробнее.

Поскольку при N→ ∞ источник сообщений с вероятностью, сколь угодно близкой к единице, выдает только типичные последовательности, принимаемое во внимание число последовательностей равно 1/р. Неопределенность создания каждой такой последовательности с учетом их равновероятности составляет log(l/p). Тогда величина log(l/p)/N представляет собой неопределенность, приходящуюся в среднем на один знак. Конечно, эта величина практически не должна отличаться от энтропии источника, что и констатируется соотношением (4.5).