«Разработка структурной схемы организации связи при ликвидациичрезвычайной ситуации и расчет характеристик связи»

Будем рассматривать эти состояния как элементарные символы, которые может передавать источник через канал к приемнику Y. Количество информации на один символ, которое дает источник, будет равно энтропии на один символ: .Если бы передача сообщений не сопровождалась ошибками, то количество информации, содержащееся в системе Y относительно , было бы равно самой энтропии системы При наличии ошибок оно будет меньше:Условную энтропию рассматривают как потерю информации на один элементарный символ, связанную с наличием помех.Определив потерю информации в канале, приходящуюся на один элементарный символ, переданный источником информации, можно определить пропускную способность канала с помехами, т. е. максимальное количество информации, которое способен передать канал в единицу времени.Предположим, что канал может передавать в единицу времени k элементарных символов. так как максимальное количество информации, которое может содержать один символ, равно , а максимальное количество информации, которое могут содержать символов, равно , и оно достигается, когда символы появляются независимо друг от друга.Рассмотрим канал с помехами. Его пропускная способность определится (2.5)гдеk – количество передаваемых символов;max – максимальная информация на один символ, которую может передать канал при наличии помех.Максимальная информация зависит от того, как и с какими вероятностями искажаются символы; происходит ли их перепутывание, или же простое выпадение некоторых символов; происходят ли искажения символов независимо друг от друга и т.д.Однако для простейших случаев пропускную способность каналa удается сравнительно легко рассчитать.Рассмотрим, например, такую задачу. Канал связи передает от источника информации к приемнику элементарные символы 0 и 1 в количестве k символов в единицу времени. В процессе передачи каждый символ независимо от других с вероятностью может быть искажен (т.е. заменен противоположным). Требуется найти пропускную способность канала.Определим сначала максимальную информацию на один символ, которую может передавать канал. Пусть источник производит символы и с вероятностями и . Тогда энтропия источника будетОпределим информацию на один элементарный символ:Чтобы найти полную условную энтропию найдем сначала частные условные энтропии: (энтропию системы при условии, что система приняла состояние ) и (энтропию системы при условии, что система приняла состояние. Вычислим ; для этого предположим, что передан элементарный символ . Найдем условные вероятности того, что при этом система находится в состоянии и в состоянии . Первая из них равна вероятности того, что сигнал не перепутан:вторая – вероятности того, что сигнал перепутан:Условная энтропия будет:Найдем теперь условную энтропию системы Y при условии, что X ~ x2 (передан сигнал единица):.откудаПришли к следующему выводу: условная энтропия ) совсем не зависит от того, с какими вероятностями встречаются символы ; в передаваемом сообщении, а зависит только от вероятности ошибки Вычислим полную информацию, передаваемую одним символом: –где - вероятность того, что на выходе появится символ Очевидно, при заданных свойствах канала информация на один символ достигает максимума, когда r) максимально. Известно, что такая функция достигает максимума при ,т.е. когда на приемнике оба сигнала равновероятны. Легко убедиться, что это достигается, когда источник передает оба символа с одинаковой вероятностью . При том же значении достигает максимума и информация на один символ. Максимальное значение равноСледовательно, в нашем случае,и пропускная способность канала связи будет равна(2.6)Заметим, что есть не что иное, как энтропия системы, имеющей два возможных состояния с вероятностями μ и . Она характеризует потерю информации на один символ, связанную с наличием помех в канале.2-я теорема Шеннона.Пусть имеется источник информации Х, энтропия которого в единицу времени равна (Х), и канал с пропускной способностью Х. Тогда если (Х) > С, то при любом кодировании передача сообщений без задержек и искажений невозможна. Если же (Х) < С, то всегда можно достаточно длинное сообщение закодировать так, чтобы оно было передано без искажений и задержек с вероятностью, сколь угодно близкой к единице.Задание: выяснить, достаточна ли пропускная способность каналов для передачи информации, поставляемые источником, если имеется источник информации с энтропией (Х) = 110 дв.ед. и количество каналов связи n = 2, каждый из них может передавать в единицу времени К = 80 двоичных знаков (0 или 1); каждый двоичный знак заменяется противоположным с вероятностью μ = 0,2.Дано: (Х) = 150 дв.ед.; n = 2; К = 140; μ = 0,2.Определить: ССравнить: С и (Х)Решение:По табл. П.2.1:η(μ) = η(0,2) = 0,4644η(1-μ) = η(1-0,2) = η(0,8) = 0,2575η(μ) + η(1-μ) = 0,4644 + 0,2575 = 0,722На один символ теряется информация 0,722 двоичных единиц.Максимальное количество информации, передаваемое по одному каналу в единицу времениС = 140 (1-0,722) ≈ 22,25 двоичных единиц в единицу времениМаксимальное количество информации, которое может быть передано по двум каналам в единицу времени (дв.ед.)С < (Х), т.к. 44,5 < 110, следовательно, передача информации без задержек невозможна.Для передачи информации без задержек необходимо:Использовать способ кодирования-декодирования;Применять компандирование сигнала;Увеличить мощность передатчика;Применять дорогие линии связи с эффективным экранированием и малошумящей аппаратурой для снижения уровня помех;Применять передатчики и промежуточную аппаратуру с низким уровнем шума;Использовать для кодирования более двух состояний;Применять дискретные системы связи с применением всех посылок для передачи информации.2.5 Расчет и оценка достоверности связиЛокальная предельная теорема.Если вероятность осуществления события А в n независимых опытах постоянна и равна, то вероятность того, что в этих опытах событие А происходит ровно к раз, удовлетворяет соотношению(2.7)где .Биноминально распределенная случайная величина асимптотически распределена нормально с параметрами и .Интегральная предельная теорема.Пусть - биноминально распределенная случайная величина с параметрами и . (Следовательно, X можно интерпретировать как число осуществлений события в независимых испытаниях с в отдельном испытании.) Тогда равномерно относительно и выполняется соотношение:(2.81)Задание: задана вероятность передачи сообщения без искажения р = 0,009. Определить вероятность того, что среди переданных n = 10000 сообщений k = 48 окажется без искажений? При тех же условиях определить вероятность того, что из n = 10000 сообщений не более Х = 100 искажено.Дано: р = 0,009; n = 10000; k = 48.Определить: Р (n, k)Решение:По табл.П.2.2 находим φ (4,45) = 0,000019992Вероятность того, что именно 48 из 10000 сообщений будут переданы без искажений, очень мала.Задание: при тех же условиях определить вероятность того, что из n = 10000 сообщений не более Х = 100 искажено.Дано: р = 0,009; n = 10000; k = 48; Х = 100.Определить: Р (Х ≤ 100)Решение:По табл.П.2.3 находимВероятность того, что не более 100 из 10000 сообщений будут искажены ниже средней.Таким образом, из двух рассмотренных выше заданий, можно сделать вывод, что вероятнее всего будет искажено меньшее количество сообщений из 10000 переданных, т.е. достоверность связи достаточно высокая.Для повышения уровня достоверности связи применяются следующие способы:Применение корректирующих кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (код Хемминга);Снабжение основного канала дополнительным вспомогательным каналом небольшой пропускной способности – обратным каналом;Включение в состав аппаратуры передачи данных устройств защиты от ошибок;Использование таких оконечных устройств, как ЭВМ, мультиплексоры передачи данных и программируемые абонентские пункты;Дублирование передаваемой информации по нескольким трактам передачи с независимыми замираниями уровня сигнала;Использование помехозащищенных каналов связи.ЗаключениеДля организации связи была выбрана беспроводная связь – спутниковая, имеющая следующие преимущества:большую зону покрытия Земли;множественный доступ;возможность быстрой организации спутниковых каналов связи;независимость от наземной инфраструктуры.Но спутниковая связь также имеет недостатки:слабая помехозащищенность;задержка распространения сигнала;требует использования больших антенн, малошумящей аппаратуры и сложных помехоустойчивых кодов;и. как следствие, большие экономические затраты.Способы устранения недостатков рассмотрены в ходе курсовой работы.Можно сделать вывод, что проводная, оптоэлектронная и радиорелейная связи являются более помехозащищенными и их использование было бы более желательным при организации связи, но в условиях чрезвычайной ситуации каждая минута на счету. Список использованной литературы1. Наставление по организации управления и оперативного (экстренного) реагирования при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Утверждено протоколом заседания Правительственной комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности от 28.05.2010 № 42. Приказ МЧС России от 23.06.2006 г. №375 «Об утверждении и введении в действие Руководства по радиосвязи МЧС России».3. ГОСТ Р.22.7.01-99 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Единая дежурно-диспетчерская служба. Основные положения.4. Приказ МЧС России от 9.12.2000 г. №609 «О Концепции развития системы связи МЧС России на период до 2010 года».5. Зыков В.И., Командиров А.В., Мосягин А.Б, Тетерин И.М., Чекмарев Ю.В. Автоматизированные системы управления и связь. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. – 665 с.6. Рабочая программа по дисциплине «Системы связи и оповещения» специальности 280103.65 «Защита в чрезвычайных ситуациях». Одобрена на Учёном совете Ивановского института ГПС МЧС России. Протокол № 7 от 27.08.2010 г.7. Основы радиоэлектроники и связи: учебник для вузов / В.И. Нефедов. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. -510 с.