Ақпараттық өлшеу. АЖ теориясының маңызды түсінігі- ақпаратты өлшеу

Үзіліссіз және дискретті байланыс арналарының модельдері. Жиын немесе сигналдардың ансамбльсi туралы айтады. Үлгi сигналы және ансамблдiгiн онымен табиғаттан дерексiздендiрiледi ықтималдықтары бар мән қабылдаушы кездейсоқ мәнi қызмет көрсетедi. Үлгiлер немесе дискреттi кездейсоқ мәндер, немесе үздiксiз. Детерминделген, яғни алдын ала белгiлi қатынас, мәлiметпен қамтылмаған, сондықтан нақты қатынастардың хабарламаның көзi құрылым болуы мүмкiн, яғни хабарлама жиынның кейбірлерінен таңдау жасайды. Анықталған ықтималдылығы бар жиынның реализовандық нақтылы хабарламадан алынады. Сигналдардың жиыны және бөгеуiлден тура сигнал немесе қитықтың iске асыруын сайланады. Егер уақыттың функциясындағы кездейсоқ тiзбектiң түрiндегi үлгiнi қолданылса, динамикалық, немесе параметр үлгi уақыттан тәуелдi болмайды, үлгi сонда статикалық. Баспа кiтабы - телетайп бойынша статикалық мәлiмет, берiлу оны - (нота - музыка) динамикалық.

Үздiксiз байланыс каналы. Модельдеу.X(t) уақыт функцияларының ансамбльсi, x_r(t) - кездейсоқ процесс. x_r(t) - ішiнара функция немесе процесстiң жүзеге асуы. Сигналға әр түрлi iске асыруларының бар болудың өзi мәлiметтi көтеруге мүмкiндiк бередi. Сонымен бiрге қитықтар процесстермен кездейсоқ болып табылатындығы, онда тек қана кейбiр ықтималдықпен қабылданған сигналдың iске асыруы бойынша шешім қабылдауға болады.

X(t) кез келген жиыны үшiн берілген болып, егер t₁, t₂,…,t_n уақыт жиынына және x₁,х₂,…,х_n кез келген сигнал мәндеріне ықтималдылықты есептеуге болса, онда X(t) берілген сигнал уақытына сәйкес мәндер қабылдайды, яғни х₁,х₂,…,х_n, артық болмайтын, себебі F(x₁,х₂,…, х_n;t₁,t₂,...,t_n)= =P(X(t1)<x1,X(t2)<x2,X(tn)< xn), мұндағы P - бiрлескен оқиғалар ықтималдығы жақшаларда жазып алған. X(tk) - бұл кездейсоқ мән, tk-ның уақыты кездейсоқ процесстiң қимасы деп аталатын кезде.F функциясы n-өлшемді процесстiң ықтималдықты таралуы, х1,…, хn оның аргументі, t1,…,tn – параметрлері. Кездейсоқ процесс кез келген n үшін t1, t2,…, tn мәндерiн табады. үшiн, Fты табуға болатында толық берiлген. Тұрақтылық, әдеттегiлiк, эргодиялық маңызды танып бiлiнсiн және ансамбль бойынша орташа есептелсiн, уақыт және спектрлiк мiнездемелер.

Дискреттi байланыс каналы. Модельдеу.Қызығушылық салыстырылатын және болатын қатынастардағы қалай болса да ескертпе дабыл бiр-бiрiне ұсынады. Демек, әрбiр бумен метрикасы бар сигналдардың кеңiстiктiң сигналдардың жиынының түсiндiрiлетiн қалай элементтер арасындағы қашықтығы сан сәйкестiктерге құратын айырмашылықтың белгiсi. Дискреты 0,1 жиюлы сөздердегi нышандарының булары және қашықтықты тиiмдi алып берсiн Хеммингу бойынша анықтау. Дискреттi ұсыныс (Фурье, Лежандр, Чебышев, Лагерра, Эрмит) функциялардың ортонормалы жүйелерiнiң базистiк жиындарына функциялардың үздiксiз ортогональ жобалауынан алуға болуы мүмкiн.

Байланыстар канал қабiлеттiлiгi.Ақпараттық энтропияның максимал мәнiмен сияқты анықталады. Канал қабiлеттiлiгi байланыс торабы және сигнал және шудың қуаттарының қатынасының жиiлiктерiнiң жолағынан тәуелдi болады. Рс/рш сигнал F-тың жиiлiктерiнiң жолағы бар сызықтарын негiзге және қатынас жөнге салынған максимал канал қабiлеттiлiгi (1+ Рс/рш) мәндi (секундтағы бит ) құрайды қабылдағышпен қабылдай алған сигналдың деңгейлерiнiң саны анықтайды.

Егер Рс/Рш>3 қатынас болса, онда жеке сигнал төрт мәнді өткізе алады, яғни мәлiметтер бит. Деректердi берудiң барысында екiлiк ескертпе дабылдар, қабылдаушы мәндер 0 және 1 кең қолданылады. болады, егер F-тiң жиiлiктерiнiң жолағы бар каналы бойынша ескертпе дабылдар берiлген такттiң ең төменгi ұзақтығы болса. Егер бөгеуiл артынан 0 және 1-шi нышандардың бұрмалауын ықтималдық бiрдей болса және р-ге тең болса, онда секундке канал бойынша қатесiз тапсыруға болған нышандардың саны. Бұл өрнектер екiлiк каналдың өткiзу қабiлетiн анықтайды.

Тiк жақшалардағы шама жиiлiгi бар канал бойынша 2F бұрмалауларсыз берiлген екiлiк нышандардың еншiсiн анықтайды. Егер қитықтар болмаса, онда нышанның бұрмалауын ықтималдық және өткiзу қабiлетi болады; егер бұрмалауын ықтималдық р=0,5 болса, онда С=0 өткiзу қабiлетi. Егер канал бойынша n-ның ұзындығымен қатынас нышанмен екiлiк берiлсе, онда ықтималдықтың болу мүмкіндігі 1 қатеге тәуелді , мұндағы қателердің орташа саны және орташа квадратиялық ауытқу.

Ақпараттың жоғалуы, күрестің бағасы мен әдістері.Ақпараттық қауiпсiздiктiң сұрағы ақпараттық тексерудi процессте ұйғарылады. Ақпарат қауiпсiздiктерi тексерумен объекттер, әсерлер және тексерiлетiн ақпараттық жүйе болып жататын оқиғаларда ИБ қамтамасыз етудi ағымдағы күй туралы алу және объективтi деректердiң бағасының жүйелiк процесстерi дәстүр бойынша жобаланады. Мақсаты орындаудың барысында басты арналуын ақпараттық жүйенiң ақпарат қауiпсiздiгiнiң қамтамасыз етуiнiң процесстерiнiң тексеруi болып табылады - қолданушылардың ақпараттық қамтамасыз етуi.

Байбаламдар қатынастардың субъектiне залал келтiру қауiпсiздiктiң мақсаттарды бұзылысында амалдарынша классификациялайды. Залал (қылмыс, жазық немесе салақтық) қандай болмасын субъектпен келтiруге, сонымен бiрге әсер етулердi субъект тәуелдi болмайтын салдар бола алады. Байбаламдардың түрлерi кең таралғанды келесi ахуалдарда пайда болады:

· мәлiметтiң оңашалықтары қамтамасыз етуде:

· мәлiметтiң (көшiрмесiн алу) ұрлауы және оның өңдеуiнiң құралдары

· мәлiметтiң (қасақана емес жоғалту, ағып кету) жоғалтуы

· мәлiметтiң бүтiндiктерi қамтамасыз етуде:

· мәлiметтiң (бұрмалау ) түрлендiруi

· мәлiметтiң шындықты мойындамауы

· жалған мәлiметтiң байлауы

· мәлiметтiң ашықтықтары қамтамасыз етуде:

· мәлiметтiң одақтасуы

· мәлiметтiң жоюы және оның өңдеуiнiң құралдары

Ақпараттың артықшылығының ұғымы.Маңызды ақпарат сипаттамалары қажеттi және алған мәлiметтiң аралығында ұтымды байланыстарды сияқты анықтаған оның толықтығы болып табылады. Мәлiметтiң толықтығының дәрежесi туралы тек қана әдетте айтады. Толықтықты және мәлiметтiң артықшылығы танып бiлу керек. Мол мәлiмет - бұл қайталанатын, дуюлткаттық мәлiмет. Ол қор тартып алады, тиiмдiлiкте терiс бiлiнедi. Iс мәлiметтер артықшылықпен дегенмен бұл сырттай қарағанда қиын алатынын емес болады тiптi оңай. Мол мәлiметтiң жағдайларының қатары негiзiнен пайда әкелетiнiн анықталған. Жеке алғанда мол қазiргi әлiпбилер және тiлдер болып табылады. Мысалға, артықшылық орыс тiлiнде 40 % құрайды, француз - 55 %. Ұзақ уақыт күйдегi адам кейбiр артықшылықсыз мәлiметтi қабылдамауы мүмкін. Бұл қабылдауға қабiлеттiлiктiң тез қажуына және жоғалтуына алып келген тұрақты кернеулi ықыластың онын талап етер едi. Мәлiмет пайдасыз да кәдеге аса алады. Мәлiметтiң пайдалылығы - олардың тағы бiр қасиеті. Нақтылы нақты шарттардағы мәлiметiнiң басқа қалай құндылығы не емес пайдалылық барып тұр. Пайдалылық және пайдасыздық ұғымдардың арасындағы шекара жеке салыстырмалы жеке, сондықтан мәлiметтiң актуализациясының процессiнде бiлiнетiн пайдалылықтың дәрежесi туралы тек қана айтуға болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Мысалдағы мәлiметтiң берiлуiн процесстi үлгi жасаңыз.

2. Үздiксiз ақпараттық ағынды қалай пiшiндейдi?

3. Дискреттi байланыс каналы қалай жұмыс iстейдi?

4. Байланыс каналының мәлiметi өткiзуге қалай жасалады?

5. Берiлудi каналдағы мәлiметтiң жоғалтуының себеп, бағалары.

6. Пайдалы функция сияқты мәлiметтiң артықшылығы

Дәріс 7. Тақырыбы:Физикалық денгейдегі ақпараттық үрдіс.

Дәріс жоспары: Модуляция және модуляция процедураларының мазмұны мен міндеті. Модуляциялау түрлерінің сыртқы әсерге тұрақтылығы бойынша салыстырма мінездемелері. Модуляциялардың цифрлық әдістері. Арна мен сигналдық физикалық мінездемелерін келістіру. Байланыс арнасы мен хабар көзінің статистикалық қасиеттерін келістіру. Деректерді беретін торап. Байланыс тораптық өткізу мүмкіндігі. Статистикалық маршруттаудың есептерін шешу әдістері.

Модуляция және демодуляцияның үрдістері.Кез келген өздігінен өзгеретін АЖ қазіргі уақытта сигналдарды таратуды және интерфейстің орнатуын талап етеді. Кез келген уақыт пен амплитуда мінезделген. Егер сигнал қайталанса, онда жиілік қайталанады, ал егер базалық форма бола, онда ол фаза да - сигнал формасының бөлшек арасындағы уақытша қатынас. Дисреттік ақпарат ИКМ-ға айнала алады және модуляцияның атау алады, керісінше – демодуляция. Импульстің бұрмалануы таралу ортасында сигналдың тіркеп алуы жағдайында ақпарат битасының нақты жауаптылық талап етеді. Түбегейлі өзгеру екі әдісі бар – жеңіл желпі іс-әрекеттер жаса және АМ мен ЧМ қатысты жиіліктің қозғалуы. Себебі ФМ да бар немесе ФРМ (сигналдың тұрақсыз фазаның іс-әрекеттер) бөгет тұрақтылығымен бірге әдістерінің қатынас.

Модуляцияның бөгет тұрақтылықтың түрлері.АМ сигнал импульстың сәлемдемесі жиіліктің шексіз спектрі және керісінше түбегейлі жоғалту кепілдік береді – импульстың формаы дөңгеленеді және энергия саны аз жеңіл желпі, сгналдың ұзындығы қысқарады, амплитуда бұрмаланады (бөгет амплитуданың көлемін ұлкейтеді). ЧМ сигнал жағдайында бөгеттің маңызды емес, ал жиіліктің қозғалуыдеңгейінің саны және ақпараттың импульсі зерттеу жиілігінің мінездемесі болып саналады. Таратқыш құрылғысы жеңіл қарайды, ал қабылдағыш қатал қарайды, сондықтан да оған ЧМ ақпарат кезінде керектісі сигнал амплитудасының деңгейі теңеседі, бірақ та сигналды түсініп білу ықпал етеді. Негізгі мәселе жиіліктің дрейф болып табылады,ал мәселе таратқыш-қабылдағыштың нақты орнатылуына байланысты шешіледі. ЧМ АМ-ға қарағанда әлде қайда жақсырақ, егер де жиіліктің дрейфі тарату ортасында оын алмайды, аналогтық телефондағыдай емес, себебі сызықты емес мінездемесі бар фильтр қолданады.

Цифрлік модуляция.Қазіргі кезде цифрлік тарату барысында тезжылдамдық қолданады. Ол аналогтарға қарағанда көптеген артықшылықтары бар:

1. сөні және бұзу формасы цифрлік жағдай аналогта маңызды емес;

2. ретранссляция кезінде цифрлік жағдайдың өз бастапқы түрін келтіру жеңілірек, себебі ол аналог сигналына қарағанда нақты белгілі. Ретрансляция кезінде аналог сигналының қателері толады;

3. цифрлік тарату әлдеқайда сенімді;

4. цифрлік тор барысында ақпарат, дауыс және әуен бір уақытта және үлкен жылдамдықпен таратыла алады;

5. цифрлік тарату арзан, себебі сигналдың формасын қайта қалпына келтіру үшін көп күш жіберу қажет емес;

ЦМ кемшілігі аналогтық модуляцияға да арналған және де көлемі сигналдікіндей болатын тарату спектр экспоненциалдық кеңейту болып табылады. Мысалы, ЧМ/АМ/ФРМ-мен салыстырып қарағанда сигнал спетрі 8-ден 60-қа дейін ретЦМ-де модуляция шарттарын ескере отырып байттардың таралуы кең. Маңызды табыстардың бiрi - мәлiметтердiң мультипликация жасауымен магистральлерi. Мультипликация жасауды жасалған схемалар екi үлкен сыныптарға бөлуге болады: жиiлiктердiң бөлiнуiмен мультипликация жасау және бөлiнумен мультипликация жасау әр уақытта. Жиiлiктердiң бөлiнуiмен мультипликация жасауды идея өте оңай: жиiлiктердiң барлық диапазоны каналдарға бөлiнедi және әрбiр канал бойынша тәуелсiз берiлу жүредi. Каналдың жұмыстары мультипликация жасауда бөлiнумен әр уақытта әрдайым кванттарға бөлiнедi. QAM модуляция көп позициялы амплитуда-фазалық бiр түрi болып табылады, цифрлік сигнал квадратура және құрайтын синфазалық елестеткен дискретов түрде фазалық жазық кодпен жазады. Қорытынды сигнал екi белгi параметрлерiнiң өзгеруімен көрсетуге болады - амплитуда және фаза. Құрастыру амплитудалық-цифрларға нышандардың шудан QAM-ның модульделген сигналы суретте төменде елестеткен. Цифрлық мәлiметтердiң кiретiн ағыны кодтық нышандардың тiзбегiне өзгертедi.

Содан соң әрбiр кодтық нышан I және Q-ның киюiн нақтылы QAM-ның модульделген сигналына өзгертедi және шығуда амплитудалық пайда болады. QAM цифрлік сигналдың берiлулерi ерекшелiктері бар. Берiлетiн мәлiмет амплитуда және жүк көтергiш (Аm, Im) тербелiстiң фазасының бiр уақыттағы өзгерiстерiмен кодпен жазады. (р ) амплитуданың өзгерiсiнiң дискретасы бiр мән синфазалық және квадратура құрайтын модульдерінде қолданады. Zm-ның модульделген тербелiсiнiң векторларының аяқтаулары фазалық жазықтықтағы тiкелей – тіктөртбұрыш торларын құрастырады.

Ақпараттың мiнездемелері.Сигнал берiлулер канал үшiн тән: ортадағы сигналдың басылуы; деңгей және сигналдың жиiлiгi; жиiлiктердiң кең жолағындағы шудың деңгейi және (SNR) шудың сигнал/ның қатынасы; (Ачх) мiнездеме амплитудалық-жиiлiк; (NEXT) жақын аяқтағы ауыспалы басылу, ауыспалы басылу (FEXT) қиыр шетке; импульсты бөгеттердiң бақылауы; фаза және амплитуданың бәйгелерi, байланыстың үзiлiстерi; қайтарымды жоғалтулар; берiлудiң мiнездемелерiнiң бiр қалыптылығы булар симметрия маңызда.

Шудың параметрiнiң әсерiнiң: (AM-ның диапазоны) сыртқы көз шығаруынғы сiлтеулерi; көршi абоненттерден аумалы-төкпелi қитықтар; бiртектi еместiктердiң берiлулердi ортасында; импеданс бойынша келiсушiлiктi бұзылыстары; құрылымдар және тағы басқалар терiс жұмыстар жүзеге асатындай ықпал етедi - (SNR ) шу сигнал/шудың орташа қуаты, шудың спектрлiк құрамы, қатынас. Математикалық көзқарастармен каналды берiлсiн - қалай ескертпе дабыл оның кiруiне әперуге болғанын және жүрiс ол сiзi сигналдың ықтималдықты таратуы әлдеқалай белгiлi сигналда кiруге болғаныңызды көрсету.

Қатынастың көз кiретiн кез келген нақты заттық жүйе тұрулармен үздiксiз қатарды иемдене алады. Бірақ ол туралы берiлетiн хабар-ошарлар дегенмен күйдiң барлық ерекшелiктерi және жағдайлар бiтiрмейдi е өйткенi дискреттi жиын құрастырта алады. Қатынастардың көзi дискреттi болып табылады. Дискреттік немесе үздіксіз қатынастарды дәлелдеу үшін, оған Т- ұзақтықпен түпкi уақыт интервалы таңдап,хабарлама жиынтығын қарастыруға болады.Егер бұл жиын шексіз болса, онда хабарламаның көзі дискретті,ал егер керісінше жағдайда болса, онда үздіксіз. Т- ұзақтықпен түпкi уақыт интервалы өссе және кез келген дискреттік хабарламаның саны да экспоненцианалды заңмен өседі. Егер Т уақытының интервалын шектемесек, онда жиындар соны шексіз болады. Сондықтан да дискреттік хабарлама үшін бұл жағдай оң болады.

Сигнал және каналдың мiнездемелерiнiң келiсуi.Ақпараттық канал - (каналдың бастапқы құрылымы) каналдың түпкi құрылымы қабылдағыш оған дейiн) мәлiметтiң көзiнен мәлiметтiң берiлуi үшiн қолайлы байланыс торап бiрiккен құрылымдардың жиынтығы. Байланыс тораптары өту ақпараттық сигналдары мен канал құрылымдардың арасындағы заң, репитерлер - жiберушi үдетiл қабылданған сигналдары. Каналдың құрылымдарына кодеры/декодеры енеді. Каналының техникалық мiнездемесi кiретiн құрылымдардың оларына әрекет ету қағидалары, сигналдың түрi, қасиеттермен және ескертпе дабылдарға таралатын физикалық ортаның құрамымен қолданылатын кодтың қасиеттерiмен анықталады. Каналдың тиiмдiлiгi уақытында жылдамдықпен және мәлiметтiң берiлiс шынайылығы, құрылымдардың жұмысының сенiмдiлiгi және сигналдың тоқтауымен бейнеленедi. Сигналдың тоқтауы уақытында - қабылдағышты қабылдау оған дейiн хабарлағышты сигналдың жiберуiнен уақыт интервалы. Математикалық канал кiруге мүмкiн қатынастардың жиынымен теңеседi, х олардың сигналы шығуда кiретiн күйiнделер шығуда және сигналдың алуын Р(у/х )-дың шартты ықтималдықтарының жиынының мүмкiн қатынастардың жиынымен. Шартты ықтималдықтар (немесе бөгеуiл) берiлудi процесстегi сигнал бұрмалаушы шу (немесе бөгеуiл) статистикалық қасиеттерi суреттейдi. Егер у = х болғанда Р{у/х) = 1 болады, ал у ¹ х болғанда Р{у/х) = О канал шуы жоқ деп аталады. Кiрiс және шығатын сигналдардың құрылымымен сәйкес дискреттi және үздiксiз каналдарды ерекшелейдi. Ескертпе дабылдың дискреттi каналдарында кiруге және шығу (бiр-бiрдендер кiруге арналған және шығу) бiр немесе екi әлiпбилердiң нышандарының тiзбектерi болады. Кiрiс және шығатын ескертпе дабылдың үздiксiз каналдарында үздiксiз параметрден функциялар болады. Аралас немесе гибридты каналдар сонымен бiрге болады, бiрақ олардың дискреттi және үздiксiз компоненттерi бөлек болады. Бұдан әрi тек қана дискреттi каналдарды қараймыз. Каналдың ақпарат беру - каналдың сыйымдылығы мен өткiзу қабiлетiмен (С - белгіленеді) мінезделенеді. Шуы жоқ канал үшін каналдың сыйымдылығын келесі формуласымен анықтайды; С = , мұндағы N{T) саны - барлық Т-ның уақытқа сай сигналдары болуы мүмкiн. ЧМ кодтауды кәдiмгi схема - сигналдың екi есе таратылған жиiлiктерi. n= T/t айырып танылатын импульстердiң интервалындағы саны, онда N(T)=S_n демек, Фибоначчи бұл белгiлi барлық сандар »0,69/t, жекеге және қосарланған интервалдар бөлiктеулердi сан, өткiзу қабiлетiнiң шегi

Сигнал және каналдың статистикалық қасиеттерiнiң келiсуi.үздiксiз каналдың өткiзу қабiлетiмен канал бойынша мәлiметтiң тапсыру жылдамдығының максимал мүмкiндiгi каналдың әр түрлi техникалық мiнездемелерiнде ұғылады:

өткiзу жолақтары; сигнал қатынас - шу. Бөгет қатынастың барлық тiзбегi арналған бiр қалыпты бөлiп берген. үшiн үздiксiз берiлген: сигналдың орташа қуаты, өйткенi. никто ықтимал мiнездемелер қайтарып алмады, онда максимал жылдамдығы нормалы ортаға келтiрiлген кездейсоқ сигналдарға сәйкес келедi.

Ортаға келтiргендiктi шарт максимал дисперсиясын қамтамасыз етедi, әдеттегiлiк - ең үлкен энтропияны. Тұрақты кездейсоқ ортаға келтiрiлген және нормалы кiретiн ескертпе дабылдар үздiксiз каналының өткiзу қабiлетiнiң анықтауында санаймыз. Спектрдi ендi өткiзу жолағының жоғарғы жиiлiгiмен шек қоямыз, сигнал Котельниково теоремасы бойынша дискреттi iрiктеулермен анықталады. Ақ шудың мәнi түзетпеген. Дискреттi есептеу нәтижелерi сигналдың оның энтропиясының максимумы жағдайларға сай болатынын түзетпеген. .

Үздiксiз каналдың өткiзу қабiлетiмен канал бойынша мәлiметтiң тапсыру жылдамдығының максимал мүмкiндiгi каналдың әр түрлi техникалық мiнездемелерiнде ұғылады:

өткiзу жолақтары; сигнал қатынас - шу. Бөгет қатынастың барлық тiзбегi арналған бiр қалыпты бөлiп берген. үшiн үздiксiз берiлген:

- сигналдың орташа қуаты, өйткенi. никто ықтимал мiнездемелер қайтарып алмады, онда максимал жылдамдығы нормалы ортаға келтiрiлген кездейсоқ сигналдарға сәйкес келедi.

Деректерді беретін торап.ДБТ-қа тарату ең үлкен пакеттердiң коммутациясының әдiсiн алды:

Әдiс барлық каналдар талап етпейдi (каналдар коммутациясының әдiсi қалай) бiрдей өткiзу қабiлеттерiн алды.

Пакеттермен мәлiметтердiң берiлуi деректер ағындарының мультипликация жасауы үшiн ең жақсы шарттарды құрады - бiрнеше деректер ағындарының берiлуi. Мультипликация жасауды эффект әрбiр пакет iлескен көбейтуге қатысты бастары жоғалтуды ақысы қайтуға мүмкiндiк бередi.

Пакеттiң ұзындығының Малайы қатынастың сақтауында бiржолаға қарағанда ең төменгi сыйымдылықты берiлетiн мәлiметтердiң аралық сақтауы үшiн ерекшелеуге мүмкiндiк бередi.