Методы повышения помехозащищенности и помехоустойчивости передачи информации. Помехозащищенность рса землеобзора Характеристики кодов: системы счисления, мощность, относительная скорость, вес

Помехозащищенность систем передачи КПИ

Функционирование СП КПИ происходит в условиях действия помех. В общем случае следует проводить оценку работоспособности СП КПИ при ведении противником радиоэлектронной борьбы (РЭБ). При этом важнейшим показателем качества функционирования СП КПИ является помехозащищенность.

Помехозащищенность РЭС – это ее свойство сохранять работоспособность в условиях ведения противником радиоэлектронной борьбы.

В общем случае РЭБ включает два последовательных этапа – радиоразведку и радиопротиводействие. Целью радиоразведки является установление факта работы РЭС на излучение и определение параметров РЭС, необходимых для организации радиопротиводействия. Целью радиопротиводействия является создание таких условий, которые затруднили бы работу РЭС или вообще привели к срыву выполнения задачи. Основным способом радиопротиводействия является постановка помех. Постановка помех будет тем эффективнее, чем больше информации о подавляемой РЭС будет выявлено на этапе радиоразведки и использовано при организации радиопротиводействия.

Отсюда следует, что помехозащищенность как качественный показатель функционирования СП КПИ предполагает и ведение противником радиоразведки (т.е. учитывает скрытность работы СП КПИ), и сохранение на допустимом уровне качества работы СП КПИ при действии помех (т. е. помехоустойчивость).

Помехозащищенность РЭС зависит от технических характеристик РЭС, от взаимного расположения РЭС и аппаратуры разведки и подавления, от тактики использования РЭС, от времени работы и т. д. Сочетание этих характеристик и условий носит случайный характер, поэтому оценивать помехозащищенность следует как вероятность Р пмз выполнения РЭС задач в условиях РЭБ, определяемую соотношением

Р пмз = 1 – Р р Р н

где Р р – вероятность разведки параметров РЭС, необходимых для организации радиопротиводействия;

Р н – вероятность нарушения работы РЭС в результате радиопротиводействия.

Вероятность Р р количественно отражает скрытность РЭС –способность РЭС противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на обнаружение факта работы РЭС и определения необходимых для радиопротиводействия параметров сигнала. Соответственно величину Р скр = 1 – Р р можно принять в качестве критерия скрытности.

Вероятность Р н зависит от способности РЭС выполнять задачу при действии помех. Поэтому величина Р пму = 1 – Р н может быть принята в качестве критерия помехоустойчивости. Этот критерий определяет вероятность выполнения системой задачи в условиях радиоподавления.

Если противник не разведает параметры радиолинии, то очевидна постановка только шумовой заградительной помехи. Если параметры радиолинии в процессе разведки противником определены, то вероятнее всего постановка прицельной помехи. Таким образом, помехозащищенность РЭС определяется ее скрытностью и помехоустойчивостью. Рассмотрим отдельные показатели помехозащищенности.

Скрытность . Радиоразведка, как правило, предполагает последовательное выполнение трех основных задач: обнаружение факта работы РЭС (обнаружение сигнала), определение структуры обнаруженного сигнала (на основе определения ряда его параметров) и раскрытие содержащейся (передаваемой) в сигнале информации. Последняя задача иногда имеет самостоятельное значение (является одной из конечных целей). В общем случае раскрытие смысла передаваемой информации позволяет организовать более эффективное радиоподавление.

Перечисленным задачам радиоразведки могут быть противопоставлены три вида скрытности РЭС: энергетическая, структурная и информационная.

Энергетическая скрытность характеризует способность противостоять мерам, направленным на обнаружение сигнала разведывательным приемным устройством. Для обеспечения энергетической скрытности необходим выбор такой мощности излучения передатчика и такого спектра излучения, при которых мощность сигнала на входе разведывательного приемника была бы меньше его реальной чувствительности. Для обеспечения энергетической скрытности возможно использование широкополосных сигналов, поскольку при малой спектральной плотности и при условии относительно узкой полосы пропускания разведывательного приемника энергия принимаемого разведываемого сигнала будет невелика. Обнаружение сигнала разведывательным приемником происходит в условиях действия помех (шумов), и может сопровождаться ошибками двух видов: пропуск сигнала при его наличии на входе и ложное обнаружение (ложная тревога) при отсутствии сигнала. Эти ошибки носят вероятностный характер. Количественной мерой энергетической скрытности может являться вероятность правильного обнаружения Р обн (при заданной вероятности ложной тревоги Р лт), которые в свою очередь зависят от отношения сигнал-помеха в радиолинии и правила принятия решения на обнаружение сигнала.

Структурная скрытность характеризует способность противостоять мерам радиоразведки, направленным на раскрытие сигнала. Это означает распознавание формы сигнала, определяемой способами его кодирования и модуляции, т. е. отождествление обнаруженного сигнала с одним из множества априорно известных сигналов. Структурная скрытность обеспечивается использованием сигналов, сложная структура которых затрудняет их разведку противником. В качестве таких сигналов могут использоваться сигналы на основе псевдослучайных последовательностей большой длительности, сигналы со сложной модуляцией и т. п. Использование сложных сигналов предъявляет особые требования к системе по точности синхронизации приемной и передающей сторон. Для увеличения структурной скрытности необходимо иметь по возможности больший ансамбль используемых сигналов и достаточно часто изменять форму сигналов. Задача определения структуры сигнала является также статистической, а количественной мерой структурной скрытности может служить вероятность раскрытия структуры сигнала Р стр при условии, что сигнал обнаружен. Таким образом, Р стр является условной вероятностью.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам, направленным на раскрытие смысла передаваемой с помощью сигналов информации. Раскрытие смысла передаваемой информации означает отождествление каждого принятого сигнала или их совокупности с тем сообщением, которое передается. Эта задача решается выяснением ряда признаков сигнала, например, места данного сигнала в множестве принятых, частости его появления, связи факторов появления того или иного сигнала с изменением состояния управляемого объекта и т. д. Наличие априорной и апостериорной неопределенностей делает эту задачу вероятностной, а в качестве количественной меры информационной скрытности принимают вероятность раскрытия смысла передаваемой информации Р инф при условии, что сигнал обнаружен и выделен (т. е. структура его раскрыта). Следовательно, Р инф также является условной вероятностью.

Скрытность определяется вероятностью разведки сигнала РЭС. Часто задача раскрытия смысла передаваемой информации не ставится, и тогда можно принять Р инф = 1 и Р р = Р обн Р стр. В ряде случаев для организации радиопротиводействия достаточно обнаружить сигнал подавляемой РЭС. При этом Р р отождествляется с Р обн. Энергетическая и структурная скрытность являются важнейшими характеристиками РЭС, с которыми сталкиваются как инженеры-проектировщики радиоаппаратуры, так и инженеры, эксплуатирующие ее.

Таким образом, скрытность СП КПИ обеспечивается учетом реальных условий функционирования, сочетанием технических и организационных мер.

Критерием оценки помехоустойчивости СП КПИ является вероятность ошибки Р ош при декодировании кодовой комбинации, представляющей собой закодированную РК или отдельное слово ВП. Значение этой вероятности Р ош, в свою очередь зависит от вероятности искажения элементарного символа (разряда) кодовой комбинации р э и при безызбыточном кодировании

Р ош = 1 – (1 – р э) n

где п - число разрядов кодовой комбинации.

Обычно для систем ближнего космоса требуется обеспечить значение вероятности искажения сообщения (команды или слова программы управления) не более 10 -8 - 10 -10 . Вероятность искажения элементарного символа (элемента) сообщения для систем ближнего космоса обычно лежит в пределах 10 -3 - 10 -6 . Таким образом, вероятность искажения сообщения, представляемого в СП КПИ в виде кодовой комбинации, должна быть на несколько порядков меньше вероятности искажения символов этого сообщения. Этим определяется принципиальная необходимость применения в СП КПИ специальных мер по повышению достоверности передаваемых сообщений.

Помехозащищенность РСА в условиях РЭБ

Помехозащищенность является важнейшей характеристикой РСА, определяющей возможность эффективного решения функциональных задач в условиях ведения радиоэлектронной борьбы (РЭБ) .

В настоящее время РЭБ определяется как комплекс мероприятий и действий конфликтующих сторон, направленных на обнаружение и радиоэлектронное подавление (РЭП) радиоэлектронных средств (РЭС) противника и радиоэлектронную защиту своих РЭС от преднамеренных и непреднамеренных помех, а также технической разведки сигналов РЭС. При этом помехозащищенность РЭС характеризует способность выполнения функциональных задач с заданной эффективностью в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех, а также возможность противодействовать радиотехнической разведке (РТР) своих сигналов.

Анализ помехозащищенности требует системного (целостного) подхода с учетом всех структур, участвующих в РЭБ, взаимосвязей целей, задач и критериев оценки их функционирования в динамике взаимодействия и развития. Динамика взаимодействия (противоборства) средств и способов РЭП и РТР составляет основу РЭБ. В этом смысле, помехозащищенность как часть РЭБ является военно-технической категорией и означает способность реализовывать целевую функцию при организованном противодействии противника.

Помехозащищенность РЭС достигается путем сочетания оборонительных и наступательных действий (рис. 7.11). К наступательным действиям относится уничтожение постановщиков помех, например, ударной авиацией путем наведения ракет на источник излучения, а также радиоэлектронное подавление средств РТР и управления станциями активных помех противника (контрРЭП). К оборонительным действиям относится защита РЭС от конкретных помех и технической разведки, которая обеспечивается совокупностью устройств и алгоритмов РЭС, в том числе адаптацией к помехоцелевой обстановке, резервированием и комплексированием каналов, а также повышением скрытности излучения, имитации и маскировки.

Оценка помехозащищенности РЭС требует знания сил и средств РЭБ, возможностей и ТТХ систем противника, взаимной информации о действиях РЭП и РТР (тактики применения). Поэтому характеристики помехозащищенности могут быть определены, если заданы все возможные условия функционирования РЭС (помехоцелевая обстановка) и их изменения в процессе РЭБ.

Помехозащищенность как часть РЭБ оценивается по многим критериям: информационным, энергетическим, оперативно-тактическим и военно-экономическим. Учитывая сложный многофакторный характер взаимодействия РЭС и систем РЭП в процессе РЭБ, далее рассматриваются только технические характеристики конфликтующих систем, которые определяют частные показатели защиты РЭС от конкретных помех, входящих в общую оценку помехозащищенности.

Применительно к РСА землеобзора помехозащищенность определяется скрытностью и помехоустойчивостью работы.

Скрытность характеризует степень защищенности излучаемых сигналов РСА от обнаружения и измерения их параметров системой РТР противника.

Помехоустойчивость характеризует эффективность функционирования РСА в условиях воздействия заданных помех.

Таким образом, показатели помехозащищенности определяются в результате анализа антагонистического конфликта систем РТР, РЭП и РСА в условиях РЭБ. Так, создание эффективных помех работе РСА землеобзора возможно только при наличии достаточно полной информации о параметрах излучения РСА. Поэтому система непосредственной РТР комплекса РЭБ противника должна осуществлять с требуемой эффективностью обнаружение и оценку параметров сигналов РСА в интересах РЭП. В свою очередь, эффективность решения задач РТР зависит от характеристик излучаемых сигналов РСА, а эффективность воздействия помех зависит не только от вида помех, но и от алгоритмов обработки сигналов РСА.

Скрытность работы РСА землеобзора

Хотя скрытность и помехоустойчивость РСА взаимосвязаны прежде всего со структурой и алгоритмами обработки сигналов, целесообразно рассматривать их характеристики отдельно. Это обусловлено последовательностью действий конфликтующих сторон в ходе РЭБ.

На рис. 7.12 представлена функциональная схема информационного конфликта РСА и комплекса РЭП в виде станции активных помех (САП). Информационное обеспечение САП выполняет станция непосредственной радиотехнической разведки (НРТР).

На приемные антенны НРТР приходит поток сигналов РСА и других источников излучения, находящихся в зоне приема НРТР. Обнаружение и определение параметров излучения (несущую частоту, модуляцию, направление прихода) выполняет приемное устройство. На основе анализа полученных и хранящихся в базе данных (БД) характеристик сигналов распознаются источники излучения и принимается решение на подавление работы РСА.

На основе сведений о параметрах рациональных (оптимальных) помех для обнаруженных сигналов РСА, хранящихся в базе данных САПЭ формируется, усиливается (генерируется) и излучается помехо-вый сигнал в направлении РСА.

Процессор РСА анализирует помехоцелевую обстановку и изменяет параметры зондирующего сигнала и алгоритм обработки принимаемых сигналов и помех с целью оптимизации решения заданной тактической задачи, например картографирования.

Далее процесс противодействия РЭП и РСА повторяется. Важно отметить, что в информационном конфликте с РЭП инициатива принадлежит РСА. Реакция РЭП на появление сигналов РСА всегда запаздывает. Чем более непредсказуемо начало излучения и изменение параметров сигналов РСА, тем больше запаздывание помехи и тем больше эффективность работы РСА в условиях РЭБ.

Скрытность работы РСА определяется как свойствами излучаемого сигнала, так и возможностями системы НРТР по обнаружению и измерению их параметров.

Основными характеристиками НРТР являются: рабочая чувствительность, перекрытие по диапазону и одновременная (мгновенная) полоса частот приема, точность измерения параметров сигналов, запаздывание реакции и пропускная способность.

На входе приемника НРТР, при которой обеспечивается решение задач радиотехнической разведки с заданной эффективностью. Рабочая чувствительность НРТР изменяется в очень широких пределах в зависимости от вида сигнала и типа приемного устройства.

10 МГц. Кроме внутренних

шумов, на входе приемника РТР присутствуют внешние шумы, обусловленные многочисленными источниками излучения.

Для РСА землеобзора характерны широкие полосы частот зондирующего сигнала (100...500 МГц), определяемые требуемым разрешением по дальности (1,5...0,3) м. Поэтому даже потенциальная чувствительность не превышает-100...-110 дБВт при работе по сигналам РСА.

В настоящее время в качестве приемных устройств используют детекторные (энергетические) и супергетеродинные приемники. Супергетеродинные приемники обеспечивают чувствительность, близкую к потенциальной. При этом для просмотра всего диапазона частот (1...10 ГГц) используют быструю перестройку приемника (1...4 ГГц/с) при одновременной полосе анализа 2... 10 МГц. Последовательный просмотр диапазона частот приводит к пропуску сигналов и ошибкам измерения частоты. При быстрой перестройке несущей частоты сигнала РСА (от импульса к импульсу) последовательный анализ диапазона частот приводит к недопустимым ошибкам.

и ложной тревоги

в каждом стробируемом элементе сигнала, что требует

величины отношения сигнал/шум 13... 15 дБ.

С учетом всех шумов и потерь рабочая чувствительность, т.е. минимально необходимая мощность разведываемого сигнала на входе приемника НРТР, изменяется в широких пределах и зависит как от типа приемного устройства, так и от параметров сигнала. Так, при диапазоне частот 4 ГГц (8... 12 ГГц) многоканальный по частоте приемник с полосами фильтров 10 МГц имеет рабочую чувствительность -80...-90 дБВт. При расширении полосы фильтра до 100 МГц, что характерно для РСА, чувствительность снижается в 5... 10 раз.

Величина мощности сигнала РСА на входе приемника зависит от коэффициента усиления антенны системы НРТР. Обеспечение одновременного обнаружения и точного определения координат РСА требует применения многоканальных (многолучевых) антенн и многоканальных по частоте приемников. Это приводит к высокой сложности системы НРТР. Поэтому задачи обнаружения и определения направления прихода сигнала часто выполняют в два этапа. На первом этапе с помощью всенаправленной антенны (несколько лучей) производят обнаружение и измерение несущей частоты сигнала с помощью многоканального по частоте приемника. На втором этапе определяется направление прихода и параметры обнаруженного сигнала с помощью высоконаправленной (многолучевой) антенны. На основе результатов измерений сигнала и базы данных распознается тип РЛС.

Важнейшей характеристикой системы НРТР и комплекса РЭБ в целом является время реакции на появление сигнала РСА и его изменение. Это время определяется запаздыванием, обусловленным выполнением алгоритмов обнаружения, измерения параметров сигналов и распознавания типа РЛС, а также временем формирования помехи.

импульсов/с), которые необходимо обнаружить, определить параметры и распознать источник излучения. Возможности решения этих задач характеризуются пропускной способностью. Пропускная способность НРТР зависит от многоканальное ™ приемника и производительности процессора.

Термином «шум» называют разного помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации.

Технические причины возникновения помех:

Плохое качество линий связи;

Незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам.

Наличие шума приводит к потере информации.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важнейших идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным.

Избыточность кода – это многократное повторение передаваемых данных.

Избыточность кода не может быть слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи.

Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной , а достоверность принятой информации – максимальной .

Ранее отмечалось, что при передаче сообщений по каналам связи могут возникать помехи, способные привести к искажению принимаемых знаков. Так, например, если вы попытаетесь в ветреную погоду передать речевое сообщению человеку, находящемуся от вас на значительном расстоянии, то оно может быть сильно искажено такой помехой, как ветер. Вообще, передача сообщений при наличии помех является серьезной теоретической и практической задачей. Ее значимость возрастает в связи с повсеместным внедрением компьютерных телекоммуникаций, в которых помехи неизбежны. При работе с кодированной информацией, искажаемой помехами, можно выделить следующие основные проблемы: установления самого факта того, что произошло искажение информации; выяснения того, в каком конкретно месте передаваемого текста это произошло; исправления ошибки, хотя бы с некоторой степенью достоверности.

Помехи в передачи информации - вполне обычное дело во всех сферах профессиональной деятельности и в быту. Один из примеров был приведен выше, другие примеры - разговор по телефону, в трубке которого «трещит», вождение автомобиля в тумане и т.д. Чаще всего человек вполне справляется с каждой из указанных выше задач, хотя и не всегда отдает себе отчет, как он это делает (т.е. неалгоритмически, а исходя из каких-то ассоциативных связей). Известно, что естественный язык обладает большойизбыточностью (в европейских языках - до 7%), чем объясняется большая помехоустойчивость сообщений, составленных из знаков алфавитов таких языков. Примером, иллюстрирующим устойчивость русского языка к помехам, может служить предложение «в словох всо глосноо зомононо боквой о». Здесь 26% символов «поражены», однако это не приводит к потере смысла. Таким образом, в данном случае избыточность является полезным свойством.

Избыточность могла бы быть использована и при передаче кодированных сообщений в технических системах. Например, каждый фрагмент текста («предложение») передается трижды, и верным считается та пара фрагментов, которая полностью совпала. Однако, большая избыточность приводит к большим временным затратам при передаче информации и требует большого объема памяти при ее хранении. Впервые теоретическое исследование эффективного кодирования предпринял К.Шеннон.

Первая теорема Шеннона декларирует возможность создания системы эффективного кодирования дискретных сообщений, у которой среднее число двоичных символов на один символ сообщения асимптотически стремится к энтропии источника сообщений (в отсутствии помех). Задача эффективного кодирования описывается триадой:

Х = {X 4i } - кодирующее устройство - В.

Здесь X, В - соответственно входной и выходной алфавит. Под множеством х i можно понимать любые знаки (буквы, слова, предложения). В - множество, число элементов которого в случае кодирования знаков числами определяется основанием системы счисления (например, т = 2). Кодирующее устройство сопоставляет каждому сообщению х i из Х кодовую комбинацию, составленную из п i символов множества В. Ограничением данной задачи является отсутствие помех. Требуется оценить минимальную среднюю длину кодовой комбинации.

Для решения данной задачи должна быть известна вероятность Р i появления сообщения х i , которому соответствует определенное количество символов п i алфавита В. Тогда математическое ожидание количества символов из В определится следующим образом:

n c р = п i Р i (средняя величина).

Этому среднему числу символов алфавита В соответствует максимальная энтропия Нтаx = n ср log т. Для обеспечения передачи информации, содержащейся в сообщениях Х кодовыми комбинациями из В, должно выполняться условие H4mах ≥ Н(х), или п cр log т ≥ - Р i log Р i . В этом случае закодированное сообщение имеет избыточность п cр ≥ H(x) / log т, n min = H(x) / log т.

Коэффициент избыточности

К u = (H max – H (x )) / H max = (n cp – n min) / n cp

Выпишем эти значения в виде табл. 1.8. Имеем:

N min = H (x ) / log2 = 2,85, K u = (2,92 - 2,85) / 2,92 = 0,024,

т.е. код практически не имеет избыточности. Видно, что среднее число двоичных символов стремится к энтропии источника сообщений.

Таблица 3.1 Пример к первой теореме Шеннона

N	Рх i	x i	Код	n i	п i - ∙ Р i	Рх i ∙ log Рх i
	0,19	X 1			0,38	-4,5522
	0,16	X 2			0,48	-4,2301
	0.16	X 3			0,48	-4,2301
	0,15	X 4			0,45	-4,1054
	0,12	X 5			0,36	-3,6706
	0,11	X 6			0,33	- 3,5028
	0,09	X 7			0,36	-3,1265
	0,02	X 8			0,08	-3,1288
	Σ=1	Σ=2,92	Σ=2,85

Вторая теорема Шеннона гласит, что при наличии помех в канале всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы с заданной достоверностью. При наличии ограничения пропускная способность канала должна превышать производительность источника сообщений.

Таким образом, вторая теорема Шеннона устанавливает принципы помехоустойчивого кодирования. Для дискретного канала с помехами теорема утверждает, что, если скорость создания сообщений меньше или равна пропускной способности канала, то существует код, обеспечивающий передачу со сколь угодно мглой частотой ошибок.

Доказательство теоремы основывается на следующих рассуждениях. Первоначально последовательность Х = {xi} кодируется символами из В так, что достигается максимальная пропускная способность (канал не имеет помех). Затем в последовательность из В длины п вводится r символов и по каналу передается новая последовательность из п + r символов. Число возможных последовательностей длины и + т больше числа возможных последовательностей длины п. Множество всех последовательностей длины п + r может быть разбито на п подмножеств, каждому из которых сопоставлена одна из последовательностей длины п. При наличии помехи на последовательность из п + r выводит ее из соответствующего подмножества с вероятностью сколь угодно малой.

Это позволяет определять на приемной стороне канала, какому подмножеству принадлежит искаженная помехами принятая последовательность длины п + r, и тем самым восстановить исходную последовательность длины п.

Эта теорема не дает конкретного метода построения кода, но указывает на пределы достижимого в создании помехоустойчивых кодов, стимулирует поиск новых путей решения этой проблемы.

Большой вклад в научную теорию связи внес советский ученый Владимир Александрович Котельников (1940-1950 г. XX века). В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче:

Все сообщение разбивается на порции – блоки;

Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком;

В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, если она не совпадает с первоначальной, передача повторяется.

Таблица 3.2. Модель Клода Шеннона по передаче информации в технических системах связи

Дополнительная литература:

№	Тема урока	Литература
	Информация как единство науки и технологии.	Могилев “Информатика”
	Социальные аспекты информатики.	“Социокультурные аспекты хакерства” (по материалам из Википедии-свободной электронной энциклопедии)
	Правовые аспекты информатики.	“Правовые аспекты информатики”(по материалам сайта “Информатика на 5”) http://www.5byte.ru/referat/zakon.php
	Информация и физический мир. Информация и общество.	«Введение в информатику» из учебника Н.Угринович «Информатика и информационные технологии» стр.12-17
	Информатизация общества.	по материалам электронного журнала “Мир ПК” http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/pres/cw-01-2000.htm
	Телекоммуникации в Башкортостане	Портал «Республика Башкортостан» - раздел Телекоммуникации http://башкортостан.рф/potential/telecommunications/
	Информационная безопасность общества и личности.	«Информационная безопасность личности, общества, государства» (по материалам электронной книги В.А Копылова «Информационное право», главы 10-11) http://www.i-u.ru/biblio/archive/kopilov_iform/04.aspx
	Тема 2.1. Различные уровни представлений об информации. Значения термина в различных областях знания.	«Семантический подход к определению информации» (материалы из Википедии - свободной электронной энциклопедии, раздел «Информация в человеческом обществе») http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8%ED%F4%EE%F0%EC%E0%F6%E8%FF

Помехоустойчивость – способность устройства (системы) принимать информацию без помех с заданной степенью достоверности, т.е. выполнять свои функции при наличии помех.

Помехоустойчивость оценивают интенсивностью помех, при которых нарушение функций устройства ещё не превышает допустимых пределов. Чем сильнее помеха, при которой устройство остаётся работоспособным, тем выше его помехоустойчивость.

Помехозащищенность – способность устройства (системы) препятствовать воздействию помех.

По помехоустойчивости и помехозащищённости коды разделяют на:

Непомехоустойчивые

Помехоустойчивые

Коды с обнаружением ошибок
Корректирующие коды

Помехозащищенные – коды при которых можно правильно выделить сообщение (помехоустойчивость + скрытность передачи).

7.Характеристики кодов: системы счисления, мощность, относительная скорость, вес.

основание системы исчисления :

Двоичные k=2;

Троичные k=3;

Четверичные k=4;

Модуляция – физическая структура

Кодирование – математическая структура

Троичная- в системах передачи, восьмиричная – для ЭВМ

Длина слова n (количество разрядов)

n=k+m, k – информационная система символов, m – проверочные символы

.Мощность кода – количество рабочих комбинаций, определяется длиной слова, рабочим кодом Mp; Mp =, Mmax=, k-основание степени исчисления.

Относительая скорость передачи кода. ,

Вес кода ω – количество единиц в двоичной кодовой комбинации

10011 -> w=3, 0001 -> w=1.

8.Понятие избыточность кода, кодовое расстояние, характеристика кодового расстояния. Свойства кодов в зависимости от величины кодового расстояния.

Избыточность кода- показывает какая часть из рабочих комбинаций используется в качестве рабочей

= (для двоичных кодов) =

Кодовое расстояние d (расстояние Хемминга) – количество разрядов, в которых одна комбинация отличается от другой. 1≤ d ≤ n

Кодовый переход . Форма кодового перехода связывает кодовое расстояние с корректировочной способностью. d = r+s+1 – формула кодового перехода, r – количество обнаруживаемых ошибок, s – количество исправляемых ошибок, r≥s Кодовый переход – количество разрядов, в которых одна комбинация отличается от другой:

Свойства кодов определяются по минимальному кодовому расстоянию.

Свойства кодов в соответствии с кодов ым расстоянием

Если d=1, то (r=0;s=0) – равнодоступный код

Если d=2, то (r=1;s=0)

Если d=3, то (r=1;s=1) (r=2;s=0)

Если d=4, то (r=3;s=0) (r=2;s=1)

9.Вероятностные характеристики кода .

Для оценки вероятности прохождения информации по КС используют вероятностные характеристики: Pош или Рпр – эти величины составляют полную группу. Поэтому Pош+Рпр=1 (вероятность правильного прохождения+вероятность ошибки=1)

Закон распределения помех

Параметры сигнала

Многие думают, что защита электрических сигналов и передаваемой информации от электромагнитных помех обеспечивается исключительно экранированными проводами, удалением от источников помех и испытаниями приемо-передающей аппаратуры. Однако, это не так, существует много способов повысить помехоустойчивость измерительного канала или канала передачи информации. Зачастую проектировщики и разработчики упускают из вида важный моменты, о которых мы расскажем далее. Одним из недостатков проводных линий является низкая помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения. Рассмотрим основные распространенные способы повышения помехоустойчивости.

Выбор среды передачи. Витая пара. Скручивание проводов между собой уменьшают волновое сопротивление проводников, как следствие, и наводки. Витая пара является достаточно помехоустойчивым кабелем. Большую роль при защите от помех играют и соединители, к которым подключается кабель, например, RJ45 для архитектуры Ethernet или RS-соединители со встроенными фильтрами. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети. Коаксиальный кабель - более помехозащищенный, чем витая пара. Снижает собственное излучение, но дороже и сложнее в монтаже. Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель - требует преобразования электрического сигнала в световой, можно совмещать с кодером канала. Чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения при скоростях передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ВВФ, в том числе к ионизирующим излучениям.

Еще одним способом является, как это ни странно, резервирование каналов связи. Очень распространено, например, на атомных электростанциях в каналах АСУ ТП. Здесь хочется еще вспомнить 2 момента: маскировка от удара молнии провода ЛЭП под напряжением за заземленным проводником и ухудшении или улучшении качества приема при перемещении возле ТВ- или радиоантенны. Так что не всегда прокладка вашего кабеля в общем лотке или кабелепроводе играет губительную роль, иногда другие линии могут замаскировать вашу и взять большую часть энергии помехи на себя.

Выбор интерфейса. Унифицированный сигнал 4 – 20 мА уже несколько десятилетий широко используется для передачи аналоговых сигналов при создании автоматизированных систем управления. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, возможность помехоустойчивой передачи аналогового сигнала на относительно большие расстояния. Это яркий пример удаления частоты передачи от характерных частот наиболее вероятных электромагнитных помех. Однако, совершенно ясно, что в современных цифровых САУ он не эффективен. В измерительных системах унифицированный сигнал 4-20 мА может использоваться только для передачи сигнала с датчика к вторичному преобразователю. Помехозащищенность такого сигнала обеспечивает уход от ВЧ помех к постоянному току и простоте схемотехнических решений при фильтрации помех. Интерфейс RS-485 относительно слабо помехозащищен. USB лучше защищен, так как является последовательным интерфейсом. Однако, из-за слабых первых протоколов и неудачной в электрическом смысле конструкции соединителя (напоминает микрополосковую линию) достаточно часто сбивается при высокочастотных помехах. Повышение качества кодирования в USB 3.0 и переход к разъемам микро-USB значительно повышают его устойчивость к электромагнитным воздействиям. Ethernet и Intenet – с точки измерительных систем достоинства и недостатки этих интерфейсов в целом аналогичны интерфейсу USB. Естественно, что при работе средств измерений в больших распределенных сетях эти интерфейсы сегодня практически не имеют альтернативы. GPIB или IEEE-488 - принцип работы интерфейса на байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией и этим объясняется его высокая помехоустойчивость по сравнению с пакетной передачей.

Логическая помехоустойчивость. На физическом уровне есть много приемов оцифровки сигнала для повышения помехоустойчивости. Например, использование определенного напряжения вместо нулевого проводника или "земли" для логического нуля. Еще лучше, если уровни будут смещены: +12В и -5В или +3В и +12В. Программная реализация помехозащищенности здесь заключается в использовании обратной связи для повторного опроса устройств при искажении информации и использовании помехозащищенных и восстанавливающих способов кодирования.

Еще немного приемов повышения помехозащищенности:

применение дифференциального сигнала и способов приема;

применение отдельных обратных проводников внутри кабеля;

заземление неиспользуемых или резервных проводников;

устранение разных потенциалов в различных точках заземляющих или общих проводников;

увеличение мощности и амплитуд сигналов;

трансляция одного интерфейса по другому, исключая минусы обоих;

увеличение разности потенциалов между логическими уровнями;

удаление передаваемых частот от характерного спектра помех;

выбор методов срабатывания триггеров (по фронтам, амплитуде, приращению, частоте, фазе, определенной последовательности и т.д.);

синхронизация;

использование логической и сигнальной земель и их экранирование;