Файл: 1Введение 32Интерфейспользователя.pdf

2
Содержание
Содержание
1
Введение
3
2
Интерфейс
пользователя
3
2.1
Главное меню
4 2.2
Модификация исходного текста ..............................................................
4 2.3
Передача данных по каналу и
расчёт информационных характеристик
4 2.4
Статистические данные
5 2.5
Случайный текст
6 2.6
Модель канала
7
3
Литература
8

3 1
Введение
Данная лабораторная работа предназначена для изучения информационных характеристик дискретных каналов на примере m
-ичного симметричного канала без памяти.
2
Интерфейс пользователя
На рис.
1
показано основное окно программы после её
запуска.
Рис.
1.
Окно программы
Элементы управления включают главное меню
(см.
п.
2.1) и кнопки действий:
•
Передать
данные
—
передать данные по выбранному каналу
(см.
п.
2.3).
•
Показать
статистику
—
показать статистику
(см. п.
2.4).
Блок
«Выбор модели канала»
позволяет выбрать модель канала
(см.
п.
2.6)
и задать её
параметры:
•
Известный
канал
(канал с
известными параметрами)
—
m
-ичный симмет
­
ричный канал с заданной вероятностью ошибки p
•
Случайный
канал
—
m-ичный симметричный канал со случайными па­
раметрами.
Вероятность ошибки зависит от выбранной скорости передачи: p
=
f(V).
Кнопки под окном исходного текста изменяют режим отображения:
•
Исходный
—
исходный текст.

4 2
Интерфейс пользователя
•
Вход
(A) —
текст на входе канала
(см. п. 2.2 и
2.5)
•
Выход
(A')
—
текст на выходе канала.
Кнопка
«Очистить»
под окном журнала очищает окно журнала,
а кнопка
«Сохра
­
нить»
позволяет сохранить результаты расчётов из журнала в текстовый файл.
2.1
Главное меню
•
Файл
—
Открыть
(
Ctrl+O): загрузить исходный текст из текстового
(txt)
фай
­
ла.
Unicode
-версия программы работает только с
текстами в
кодировке
UTF-8.
—
Случайный
текст
(
Ctrl+R
): сгенерировать случайный текст
(см.
п.
2.5).
—
Выход
(Alt+F4
): выйти из программы.
•
Помощь
—
Руководство
пользователя
(
F1):
открывает это руководство.
—
О
программе
: показывает информацию о
программе.
2.2
Модификация исходного текста
Для упрощения представления с целью обучения исходный текст модифици
­
руется следующим образом: все заглавные буквы заменяются на соответствующие строчные,
буква
«ё» заменяется на
«е»,
а «ъ» на
«ь»,
знаки препинания заменяют­
ся пробелами,
два и
более пробела,
следующих подряд друг за другом,
заменяются одним.
Все прочие символы из текста удаляются.
Таким образом, для русского языка получается
32-символьная модель: 31
буква плюс пробел.
Все
дальнейшие
операции
проводятся
только
над
модифицирован­
ным
текстом.
2.3
Передача данных по каналу и
расчёт информационных характеристик
Схема системы передачи показана на рис.
2
На схеме
«Файл»
—
исходный текстовый файл,
«ПР»
—
преобразователь со
­
держимого исходного файла в передаваемое сообщение
(см. п.
2.2)
,
«ГСТ»
—
ге
­
нератор случайных текстов,
«ИС» —
источник сообщения, «КОД» —
кодер,
в данной работе отсутствует,
сообщение с
выхода
ИС
поступает непосредственно на вход канала
(
B
=
A),
«ДКС»
—
дискретный канал связи
(см. п. 2.6)
,
«ДЕК» —

2.4 Статистические данные
5
Рис.
2. Схема системы передачи декодер, также отсутствует,
сообщение с выхода ДКС
поступает непосредственно получателю
(
A
z
=
B
z
),
«ПС»
— получатель сообщения.
Число позиций
ДКС
m выбирается равным объёму алфавита источника
K
:
m
=
K
Для расчёта информационных характеристик канала в
процессе передачи со
­
бираются статистические данные
(см.
п.
2.4)
:
распределение частот встречаемо
­
сти на входе
(
p
*
(a i
)
)
и выходе
(
p
*
(a j
)
)
канала и совместное распределение частот встречаемости входных и
выходных символов
(
p
*
(a i
,a j
)
).
На основании этих дан
­
ных затем рассчитываются информационные характеристики:
•
Энтропия
сообщения
на
входе канала:
H
(
A
)
=
-
ЕЬ
1
P
*
(
a i
)log
2
P
*
(
a i
).
•
Энтропия
сообщения
на
выходе
канала
:
H
(A
0
=
-
E
jC
-
1
P
*
(
a j
)log
2
P
*
(
a j
)
•
Ненадёжность
канала
:
H (A
|
A
'
)
=
-
E
k
-
1
P
*
(a
,a
'
)log
2
•
Энтропия
шума
:
H
(A
'
|
A)
=
-
E
K-
1
P
*
(a
,a
'
)log
2
•
Количество
информации,
переданной
по
каналу
:
I
(A, A)
=
H(A)
-
H(A
'
|
A)
и
I
(A,
A
)
=
H(A)
-
H(A
|
A
'
)
(по двум формулам,
для контроля правильности расчётов).
Кроме того,
для энтропии шума приводится результат теоретического расчёта по формуле
H(A
'
|
A)
=
- plog
2
K
-
i
-
(
X
-
P)
log
2
(1
-
P),
где p — заданная вероятность ошибки в канале.
Для случайного канала также рассчитывается скорость передачи информа­
ции:
I
f
(A,A)
=
V
•
I(A,A
)
(V
—
выбранная скорость передачи символов).
2.4
Статистические данные
Примерный вид окна обзора статистических данных показан на рис.
3

6 2
Интерфейс пользователя
В первом столбце таблицы отображается количество соответствующих симво
­
лов во входном сообщении, в
первой строке
—
аналогичные данные для выходного сообщения.
Матрица отображает количество совместных появлений соответству­
ющих символов на входе и
выходе.
Рис.
3.
Статистические данные
2.5
Случайный текст
Внешний вид диалогового окна генерации случайного текста показан на рис.
4
Д
Генератор
случайного текста
х,
0
Отменить
ОК
Тип источника
Распределение
вероятностей
Двоичный
источник
(•)
Равномерное распределение
•
Русский
текст
(32-симв.
алфавит)
Рус.
яз.
Длина_случайного_текста_10000][символов]Рис._4._Генератор_случайного_текстаПараметры_генератора:•_Тип'>(посимвольная
модель)
Длина
случайного текста
10000]
[символов]
Рис. 4. Генератор случайного текста
Параметры генератора:
•
Тип
источника
—
тип источника:
двоичный
(«0» и
«1») текст или
32
­
символьный
(см. п.
2.2) текст на русском языке.
•
Распределение
вероятностей
—
вид распределения: равномерное или по­
символьная модель русского языка
(однобуквенное распределение).

2.6 Модель канала
7
•
Длина
случайного
текста
— длина генерируемого текста.
Генератор выдаёт текст,
пригодный для непосредственной передачи по кана­
лу.
Никаких дополнительных преобразований, как при использовании текстового файла,
не требуется.
2.6
Модель канала
В
качестве модели канала используется m
-ичный симметричный канал без памяти.
Поскольку кодер и декодер в
системе передачи отсутствуют
(см.
рис.
2),
сообщение на входе канала есть сообщение на выходе источника, а
сообщение на входе получателя
—
сообщение на выходе канала и, соответственно,
алфавиты источника и кодера одинаковы:
B
=
A,
B
'
=
Л'
.
Число позиций канала m
=
K
(
K
—
объём алфавита источника).
Канал с
известными параметрами полностью описывается вероятностью ошиб
­
ки p
Сообщение на выходе канала
b
'
=
b
+
e, или,
что то же самое в данном случае,
a
'
=
a
+
e.
Сложение происходит по модулю m
=
K
Поскольку канал симметричный,
вероятность ошибки равняется p
,
а вероят­
ности конкретного вида ошибок одинаковы и в сумме дают p
:
p i
=
P
m1
Случайный канал построен на базе непрерывного канала и образован входом модулятора и
выходом демодулятора.
В работе используется идеальный гауссов
­
ский канал с частотной модуляцией и некогерентным приёмом. Непрерывный ка
­
нал задаётся величиной спектральной плотности мощности шума
N
0
Мощность сигнала
P
c
=
1
,
а длительность посылки определяется скоростью передачи
V
, за
­
даваемой пользователем.
Величина
N
0 выбирается случайным образом при старте программы.
Отыскание p
по
V
для моделирования непосредственно дискретного канала аналитическим способом затруднительно,
поэтому в
работе моделируется процесс принятия решения,
в результате которого определяется номер символа ошибки.
Остальные операции аналогичны случаю канала с
известными параметрами.

8 3
Литература
3
Литература
1.
Кловский
Д.
Д. Теория электрической связи.
—
М.:
Радиотехника, 2009.
—
648
с.
2.
Теория электрической связи:
учебник для вузов
/
А.
Г. Зюко,
Д.
Д.
Клов- ский,
В.
И.
Коржик,
М.В.
Назаров;
Под ред.
Д.Д.
Кловского.
—
М.:
Радио и
связь,
1998.
—
432
с.
3.
Шеннон
К.
Работы по теории информации и кибернетике.
—
М,:
Издатель
­
ство иностранной литературы,
1963.
4.
Яглом
И.М.,
Яглом А.
М.
Вероятность и
информация.
—
М.:
Наука, 1973.