Файл: Прикладнаятеорияинформации.pdf

19
В формуле (В.8): T
c
– временная длительность сигнала, F
с
– эффективный спектр сигнала, P
с
– мощность сигнала, P
п
– мощность помехи, сопровождающей процесс формирования сигнала; T
к
– длительность интервала времени, на который предоставлен канал связи, F
к
– эффективная полоса пропускания канала связи, P
с
– мощность сигнала, фиксируемая в канальной среде, P
п
– мощность помехи в канальной среде.
Вторая задача канализации информации связана с удовлетворением требованиям обеспечения достоверности принимаемой информации
(
информационной надежности каналообразующих средств
).
В вербальной форме задача может быть сформулирована следующим образом: передачу информации по предоставленному каналу связи в
условиях помех следует организовать так
,
чтобы за счет введения в
структуру передаваемых кодов
,
несущих необходимую получателю информацию
,
избыточных разрядов
,
на приемной стороне существовала возможность восстановления искаженного при передаче кода в
такой степени
,
чтобы вероятность
P
ош исполнения искаженной
(
ошибочной
,
ложной
)
команды не превышала бы вероятности
P
доп
,
допустимой для данной категории проектируемой системы дистанционного управления
.
В формальной постановке задача обеспечения информационной надежности канальными средствами сводится к обеспечению неравенства
∑
+
=
−
≤
−
=
n
s
i
доп
i
n
i
i
n
ош
P
p
p
C
P
1
)
1
(
,
(В.9) где n – число разрядов помехозащищенного кода, p – вероятность искажения элементарного сигнала (бита) двоичного кода, s – число исправляемых ошибок средствами помехозащитного декодирования при приеме информации, i – число возможных ошибок,
i
n
C
– число сочетаний из n по i.
Перечисленные проблемы управления относятся к разряду
«
вечных
»,
содержательно они инвариантны относительно технологической среды, в которой пребывает конкретное гуманитарное сообщество.
Первая из перечисленных выше проблем является предметной областью дисциплины «Математические основы теории систем»
(МОТС).
На математическое сопровождение решения перечисленных выше базовых задач управления в их модельном представлении направлено основное содержание дисциплины МОТС. Освоение основных положений математических основ теории систем сопровождается богатым практикумом по базовым проблемам курса,

20 что гарантирует успешное овладение современным инструментарием исследования системной проблематики.
Вторая, третьяичетвертая проблемы являются предметной областью «куста» дисциплин, объединенных названием «Современная теория управления».
Пятая из перечисленных проблем является предметной областью дисциплины «Прикладная теория информации» (ПТИ).
Читатель приглашается к внимательному прочтению теоретического материала учебного пособия по курсу ПТИ, решению задач и примеров по разделам дисциплины «Прикладная теория информации» и критическому осмыслению полученных знаний.
Памятуя о том ,что в силу структуры рисунок В.1, современная система является функциональным объединением объекта управления, устройства управления и канальной среды, последняя естественным образом входит в состав системы, во многом определяя ее пользовательские показатели.
Следует помнить, что система управления, спроектированная без учета фактора канальной среды в ее составе, это система далекая от оптимальной.

21

0.
ОСНОВНЫЕПОНЯТИЯИОПРЕДЕЛЕНИЯ
Определение 01(О.01). Информациейназывается совокупность сведенийо свойствах объекта, процесса, события или явления, разложенная по базисным компонентам субъекта, определяемых его профессиональными и личными интересами, образовательной подготовкой и природной любознательностью. □
Таким образом, бинарные отношения объекта и субъекта порождают коммуникационныйинформационный процесс, в котором объект выполняет роль источникаинформации (ИИ), а субъект – получателя (приемника) информации (ПИ). Следует заметить, что источник информации может функционировать в двух режимах.
Первый режим функционирования ИИ пассивный, в котором ПИ вынужден из ИИ информацию извлекать. Второй режим - активный, в котором ИИ выводит информацию без явного принуждения.
Последний режим является основным в прикладной теории информации.
В задачах управления и информатики технических систем понятие информации сужается и принимает следующий вид.
Определение 02(О.02). Информациейназывается совокупность сведенийо свойствах технического объекта (ТО) или технологического процесса (ТП), необходимых для организации и осуществления процесса управления ими с заданными показателями качества.
□
В связи с введенным определением разделяют два типа информации в задачах управления и информатики технических систем: априорная (начальная) итекущая (рабочая) информация.
Определение 03(О.03). Априорнойинформациейназывается совокупностьсведенийо свойствах технического объекта или технологического процесса, необходимых для организации процесса управления ими средствами встраиваемой в ТО или ТП устройства управления (УУ), имеющихся в распоряжении разработчиков УУ до начала его разработки. □
Носителями априорной информации являются документы: техническое задание (ТЗ) на разработку устройства управления; характеристика среды его функционирования; технические характеристики компонентов, на которых планируется строить УУ, и т.д.
Определение 04(О.04). Текущейинформациейназывается совокупностьсведенийо свойствах процесса управления техническим объектом или технологическим процессом, необходимых дляего поддержания с заданными показателями качества средствами встроенного в ТО или ТП устройства управления, имеющихся в

22 распоряжении осуществляющегоэксплуатациюУУперсонала в режиме рабочего функционирования. □
По прямому каналу связи (ПКС) текущая информация передается в форме: команд, управляющихвоздействий, запросовнаконтроль состояния технического объекта. По обратному каналу связи (ОКС) текущая информация передается в форме: извещений о состоянии технического объекта, формируемых в текущем режиме или по запросу.
Текущую информацию без учета специфики передачи ее по ПКС или ОКС, а также ее функционального содержания, в современной прикладной теории информации (ПТИ) принято называть сообщением.
Носителями сообщений (текущей информации) являются сигналы.
Определение 05(О.05). Сигналом называется транспортабельная модельсообщения, согласованная с предоставленным каналом связи. □
Определение 06(О.06). Каналомсвязи называется набор технических средств, размещенных в предоставленной физической среде, функциональное взаимодействие которых позволяет передавать сигнал, сформированный на его входе. □
Следует различать понятия каналсвязи и линиясвязи. Понятие
«каналсвязи» определено, дадим определения понятию «линиясвязи».
Определение 07(О.07). Линиейсвязиназывается физическая среда, в которой может быть размещен (организован) канал связи. □
Линии связи (ЛС) различаются по виду физическойсреды, используемой для передачи сигналов, и по структуре (топологии) размещения в пространстве.
В соответствие с используемой физической средой для передачи сигналов можно выделить следующие видылинийсвязи:
- механические,
- гидравлические,
- пневматические,
- акустические,
- электрические (воздушные и кабельные),
- радиотехнические (длинноволнового, средневолнового, коротковолнового, ультракоротковолнового (УКВ) и т.д. диапазонов),
- оптические (использующие открытое пространство и волоконно- оптические кабели).
По структуре (топологии) размещения в пространстве ЛС делятся на:
- радиальные,
- каскадные,
- магистральные,
- комбинированные (древовидные).
Каналы связи (ЛС) различаются по следующим критериям:

23
- размерность передаваемого сигнала,
- организация канала связи,
- вид передаваемого сигнала,
- организация обмена сигналами,
- математической модели искажений сигнала в канале связи.
Определение 08(О.08). Канал связи называется векторнымили параллельным, если по нему передается векторный сигнал. □
Определение 09(О.09). Канал связи называется скалярнымили последовательным, если по нему передается скалярный сигнал.
□
Определение 010(О.010). Канал связи называется временным длительности
T
, если для его организации на оси времени выделен интервал
{
}
T
t
t
t
t
t
t
T
k
k
=
−
≤
≤
=
0 0
:
:
□
Определение 011(О.011). Канал связи называется частотным с
полосой частот
F
∆ , если для его организации на оси частот выделен интервал
{
}
F
f
f
f
f
f
f
F
k
k
∆
=
−
≤
≤
=
∆
0 0
:
:
□
Определение 012(О.012). Канал связи называется первичным непрерывным
, если по нему передаются непрерывные сигналы без трансформации его амплитудного частотного спектра вдоль оси частот
□
Определение 013(О.013). Канал связи называется вторичным непрерывным
, если по нему передаются непрерывные сигналы с
трансформацией его амплитудного частотного спектра вдоль оси частот
, осуществляемой одним из видов гармонической модуляции первичного сигнала
□
Определение 014(О.014). Канал связи называется первичным дискретным
, если по нему передаются дискретные сигналы
, представляющие собой дискретные по времени выборки из непрерывных сигналов
, осуществляемые в
дискретные моменты времени
( )
t
k
t
∆
=
с интервалом дискретности
t
∆ так
, что в
каждый дискретный момент времени сигнал выборки принадлежит простому полю
Галуа
{
}
)
1
(
...,
2
,
1
,
0
)
(
−
=
p
p
GF
, без трансформации амплитудных частотных спектров вдоль оси частот
□
Определение 015(О.015). Канал связи называется первичным двоичным
(
или просто двоичным
), если в
определении
О.014
дискретного канала характеристика
(
модуль
) p простого поля
Галуа принимает значение
2
=
p
Определение 016(О.016). Канал связи называется вторичным дискретным
, если по нему передаются дискретные сигналы
, представляющие собой дискретные по времени выборки из непрерывных сигналов
, осуществляемые в
дискретные моменты

24 времени
( )
t
k
t
∆
=
с интервалом дискретности
t
∆
так
, что в
каждый дискретный момент времени сигнал выборки принадлежит простому полю
Галуа
{
}
)
1
(
...,
2
,
1
,
0
)
(
−
=
p
p
GF
, с
трансформацией амплитудных частотных спектров вдоль оси частот
, осуществляемой одним из видов гармонической модуляции
□
Определение 017(О.017). Канал связи называется симплексным
, если в
нем возможна только односторонняя передача сигналов в
направлении от
ИИ
к
ПИ
□
Определение 018(О.018). Канал связи называется дуплексным
, если в
нем возможна одновременно двусторонняя передача сигналов в
направлении от
ИИ
к
ПИ
и наоборот
□
Определение
019(
О.019).
Канал связи называется полудуплексным
, если в
нем возможна двусторонняя передача сигналов в
направлении от
ИИ
к
ПИ
и наоборот
, организованная сеансовым способом
, для чего для них выделяются примыкающие друг к
другу временные
КС
□
Искажения сигналов в
канале связи происходит под воздействием аддитивных помех
Если ограничиться рассмотрением искажений в
двоичном канале связи
, то основными помехами в
нем являются
:
- флуктуационные помехи
,
- импульсные помехи
Определение 020(О.020). Флуктуационной помехой называется
«
паразитный
» непрерывный сигнал стохастического типа
, длительность действия которого соизмерима с
длительностью передаваемых по двоичному
КС
кодовых комбинаций
(
КК
).
□
Флуктуационная помеха искажает передаваемую двоичную кодовую комбинацию в
целом
, основным способом коррекции искажений
КК
является использование метода оптимального приема
Определение 021(О.021). Импульсной помехой называется
«
паразитный
» дискретный сигнал
, длительность действия которого соизмерима с
длительностью одного элементарного двоичного сигнала
(
бита
) передаваемых по двоичному
КС
кодовых комбинаций
(
КК
), под действием которого бит
, на который накладывается импульсная помеха
, принимает инверсное значение
□
Основным способом коррекции искажений
КК
, вызванных импульсными помехами
, является использование методов помехозащитного кодирования и
декодирования
КК
путем введения в
состав кодовых комбинаций избыточных проверочных разрядов
Определение 022(О.022). Двоичной канал связи называется симметричным
, если вероятность
01
p
трансформации символа
«0» в
символ
«1» и
вероятность
10
p
трансформации символа
«1» в
символ