Скорость передачи информации и пропускная способность канала связи.

В условиях отсутствия помех скорость передачи информации определяется количеством информации, переносимым символом сообщения в единицу в единицу времени равна: С =n * H

n –количество символов, вырабатываемых источником сообщений за единицу времени, Н – энтропия снимаемая при получении одного символа сообщения.

Техническая скорость

V=1/ (симв/сек),

Где - время передачи одного символа вторичного алфавита.

Тогда, для сообщений составленных из равновероятных взаимонезависимых символов равной длительности скорость передачи информации

С=(1/) * log₂ m (бит/сек).

В случае неравновероятных символов равной длительности

С= (бит/сек).

Пропускная способность (или емкость канала связи) есть максимальная скорость передачи информации по данному каналу связи:

(бит/сек).

Для двоичного кода:

(бит/сек).

При наличии помех пропускная способность канала связи вычисляется как произведение количества принятых в секунду знаков n на разность энтропии источника сообщений и условной энтропии:

C_n=n*[H(A)-H(A/B)]

или

C_n=n*[H(B)-H(B/A)]

Информационные потери при передачи сообщений по каналам связи с шумами

Среднее Количество информации, содержащееся в принятом ансамбле сообщений

а) с помощью энтропии объединения

І(А,В)=Н(А)+Н(В)-Н(А,В) (4,4)

б) с помощью условной энтропии:

І(А,В)=Н(А)-Н(А/В) (4.5)

Смысл выражения: Н(А)- энтропия источника,

Н(А/В) – среднее количество информации потерянное в канале из-за ошибок.

І(А,В)=I(В,А) (4-6)

Из формул (4.4)- (4.5) можно вывести формулу удобную для расчетов:

(4.7)

 

Дифференциальная энтропия

На практике множество возможных состояний источника информации составляет континуум, т.е. источники – непрерывные.

Определим энтропию непрерывного источнмка информации следующим образом: разобъем диапозон изменения непрерывной случайной величины

U, на конечное число п малых интервалов Cu . Поскольку Cu мало, вероятность р ( ) реализации значения u из интервалаu_{i ,} u_i+Cu:

p( )=

Тогда энтропия дискретной случайной величины U может быть задана в виде

или

Так как

то

По мере уненьшения р ( ), всё больше приближается к вероятности р( ) равной нулю, а свойства дискретной величины U - к свойствам непрерывной случайной величины U . Переходя к пределу при 0 получаем следующее выражение для энтропии H(U) непрерывного источника:

или

(3,4)

 

Эта величина при 0 стремится к бесконечности, что полностью соответствует определению о том, что неопредленность выбора из бесконечно большого числа возможных состояний (значений) бесконечно велика.

Первый член в правой части соотношения (3.4) - конечное значение, которое зависит только от закона распределения непрерывной случайной величины U и независит от шага квантования Cu .

Второй член того же соотношения зависит лиш от шага квантования случайной величины U, из-за него H(U) обращается в бесконечность.

Один из подходов для получения конечной характеристики информационных свойств непрерывного источника состоит в том, что в качестве неопределенности непрерывного источника принимают первый член соотношения (3.4) :

(3.5)

Она получила название относительной дифференциальной энтропии или просто дифференциальной энтропии непрерывного источника информации.

Свойства дифференциальной энтропии:

а. Если единственным ограничением для случайной величины U являетсяобласть её возможных значений , то максимальной дифференциальной энтропией обладает равномерное распределение вероятностей в этой области.

б. Если ограничения на область значений непрерывной случайной величины U отсутствует, но известно, что дисперсия её ограничена , то максимальной дифференциальной энтропией обладает нормальное распределение величины U.

 

Основная литература:2[111-119J; 3(109-114]; 9J44-46].

Контрольные вопросы:

1. Как связаны между собой понятия количества информации и энтропия?

2. Определите понятие избыточности.

3. Определите количество информации в сообщении, составленном из к неравновероятных символов.

4. Дайте определение дифференциальной энтропии и сформулируйте её основные свойства.