Файл: Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник.pdf

ствуют пропусканию частотных составляющих одного сигнала че­ рез приемные фильтры рядом стоящих полос частот. В пункте приема сигналы проходят через полосовые фильтры 1ПФ', 2ПФ',

. . пПФ' приемной стороны и поступают через диоды на катуш­ ки соответствующих реле IP, 2Р, . . пР. Однако фильтры рабо­ тают неидеально и пропускают не только частоты своей полосы, но и ослабленные частоты за пределами ее. Поэтому между по­

ханические сообщения от отдельных источников поступают в за­

следующего реле от предыдущего сигнала, импульсы и сигналы ме­ жду собой должны быть разделены защитными временными ин­ тервалами. Это означает, что каждый последующий импульс в канал_ связи посылается через некоторый промежуток времени.

Передача N количества дискретных сообщений по каналу свя­ зи может быть обеспечена только в том случае, если будет сфор­ мировано такое же количество отличающихся друг от друга дис­ кретных сигналов, т. е. будет произведено кодирование. При этом сигналы формируются в виде условных комбинаций импульсов, различающихся по амплитуде, полярности, длительности, частоте и другим признакам. Такие параметры называются импульсными признаками. Кодирование означает построение сложного сигнала из отдельных элементов алфавита по определенному математи­ ческому закону. Это равносильно переводу сигналов с одного языка на другой с сохранением количества информации.

Кодирование может осуществляться различными методами, например простым качественным методом, качественно-комбина­ ционным, распределительным, качественно-распределительным.

та должно быть равно числу сообщений. Это означает, что каж­ дому сообщению соответствует элементарный символ алфавита.

109

Очевидно, что такой метод кодирования ограничен количеством символов принятого алфавита.

Для увеличения возможности передачи информации применя­ ются более сложные методы. Так, при к а ч е с т в е н н о - к о м ­ б и н а ц и о н н о м м е т о д е сигналы комбинируются из сочетаний нескольких символов, причем повторение и перестановка симво­ лов сигнала не допускается. В этом случае количество возмож­ ных сигналов определяется числом возможных сочетаний. Качест­ венно-комбинационный метод дает возможность лучше использо­ вать алфавит, но последний должен быть сравнительно большим, так как не все символы могут сочетаться. Например, частотные

Преимуществом рассмотренных двух методов кодирования является быстродействие и относительная простота аппаратуры, шифратора и дешифратора.

Р а с п р е д е л и т е л ь н ы й м е т о д кодирования заключает­ ся в том, что сигнал при одном импульсном признаке составля­ ется только за счет изменения его длины, т. е. алфавит этого ко­ да состоит всего из одной буквы. Такой способ кодирования носит название число-импульсного.

Чаще применяется другая разновидность распределительного метода, когда в канал связи передается серия импульсов, причем каждой команде (сигналу) в коде соответствует его порядковое место-позиция. Позиция, на которой подается команда, выделяет­ ся другим импульсным признаком, например изменением поляр­ ности. В серии передаваемых импульсов редко используются всепозиции, поскольку передается всего одна или несколько команд. Так как практически число переданных команд меньше длины ко­ да, распределительный метод в информационном отношении не­ экономичен. Кроме того, он не быстродействен, но, как и комби­ национно-распределительный метод, требует минимального коли­ чества каналов связи.

К а ч е с т в е н н о - р а с п р е д е л и т е л ь н ы й м е т о д коди­ рования объединяет положительные качества качественно-комби­ национного и распределительного методов. Каждому из N сооб­ щений соответствует комбинация во временной последовательно­ сти по т символов, выбираемых из п значений алфавита. Этот код напоминает составление т буквенных слов из 32-буквенного русского алфавита. Очевидно, что благодаря допускаемому пов­ торению и перестановке символов этот метод кодирования наибо­ лее информативен.

Общим для качественно-комбинационного и распределитель­ ного методов является возможность передачи большого числа' команд при очень бедном алфавите, который в этом случае на­ зывается основанием кода. Очень часто за основание и принима­ ется 2 (импульс и пауза), т. е. бинарный код. В простейшем слу­ чае он представляет собой двоичную систему счисления (рас­

110

смотренную в § 12). Двоичные коды нашли широкое применение в телемеханических системах и, в частности, в системах автома­ тизации перегрузочных машин и комплексов.

§ 14. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ

Телемеханические системы должны, во-первых, обеспечить точ­ ную и надежную передачу информации, а, во-вторых, осуществить эту передачу наиболее экономно, т. е. передать максимальное ко­

ф о р м а ц и и . Для решения этих задач теория информации зани­ мается, в частности, отыскиванием наивыгоднейших способов кодирования сообщений и повышением пропускной способности каналов связи, а также разработкой методов, обеспечивающих отсутствие искажений в передаваемых сообщениях.

Передача информации характеризуется:

количеством сообщений, передаваемых по данной системе в единицу времени — скорость передачи сообщений;

максимальным количеством сообщений, которое данная систе­ ма может передать в единицу времени, — пропускная спо­ собность;

количеством сообщений, поступающих на вход канала в еди­ ницу времени,— скорость создания информации.

Скорость передачи сообщений и пропускная способность за­ висят от свойств каналов связи и способов кодирования сообще­ ний на входе. Скорость создания сообщений зависит от источни­ ка, выдающего информацию, и характеризует производитель­ ность источника.

Для сравнения различных видов сообщений в теории инфор­ мации введена универсальная мера количества информации. Та­ кая мера позволяет сопоставлять разные источники сообщений и каналы связи. Скорость создания сообщений обозначается буквой С, а скорость передачи — С'. Сравнивая между собой значения С и С', можно согласовать производительность источника с про­ пускной способностью канала связи. Эффективность системы пе­ редачи информации характеризует степень использования канала связи.

Пропускная способность канала связи ограничивается вслед­ ствие разного рода помех. Кроме того, помехи искажают сооб­ щения, происходит потеря информации, поэтому практически пр'инятое сообщение не полностью соответствует переданному. Способность системы передачи информации противостоять вред­ ному влиянию помех характеризуется помехоустойчивостью, ко­ торая является качественным показателем. .

Требования эффективности (количественный показатель) и по­ мехоустойчивости (качественный показатель) взаимно противо­ положны. Помехоустойчивость достигается за счет ухудшения эффективности, и наоборот. Задача теории информации и заклю­

111

чается в том, чтобы обеспечить максимальное использование пропускной способности канала связи при минимальных потерях

или запоминающему устройству, а смысл и важность передавае­ мой информации не учитываются.

Источник информации при дискретных сообщениях может пе­

бором, но он не знает, в какой последовательности они поступят. Следовательно, процесс передачи информации для получателя является случайным, и требования к каналу связи определяются статистическими свойствами источника сообщений. Количество передаваемой информации зависит от различных условий. Если имеется постоянное число элементов сообщения п, то из этих элементов может быть составлено N различных комбинаций при условии, что каждый элемент имеет одно из нескольких возмож­ ных состояний. Если число состояний т, а вероятность появления любого из т состояний одинакова, то общее число возможных сообщений N = mn.

Количество информации / оценивается логарифмом числа воз­

Следовательно, количество информации пропорционально чис­ лу элементов сообщения п.

Коэффициентом пропорциональности а является основание ло­ гарифма. Выбор основания логарифма определяет выбор единицы измерения информации. Наиболее удобно основание 2, так как это связано с применением в устройствах передачи и хранения информации элементов с двумя устойчивыми состояниями: реле, магнитных элементов, триггеров. При таком основании единицей информации является такая информация, которая обладает дву­

что соответствует простейшему выбору из двух равновероятных возможностей,- (В дальнейшем, как принято, 2 в основании лога­ рифма опускается.)

Различные сообщения одного и того же источника информа­ ции могут содержать разное количество информации. Например, часто повторяющиеся сообщения о нормальной работе объекта во много раз менее информативны, чем неожиданный для полу­ чателя аварийный сигнал. Следовательно, количество информа­

112