Канал с шумами

Наличие шума в канале связи приводит к тому, что условная энтропия не равна нулю. Условную энтропию Шеннон назвал ненадёжностью канала, так как она зависит от шума в канале связи. В результате возникает вопрос, существует ли метод кодирования, позволяющий передавать информацию с определённой скоростью . На это вопрос отвечает теорема Шеннона (Шеннон стр.280).

Пусть дискретный канал обладает пропускной способностью , а дискретный источник – энтропией . Если < , то существует такая система кодирования, что сообщения источника могут быть переданы по каналу с произвольно малой частотой ошибок, (или со сколь угодно малой энтропией ). Если > , то можно закодировать источник таким образом, что ненадёжность канала будет меньше, чем , где сколь угодно мало. Не существует способа кодирования, обеспечивающего ненадёжность, меньшую, чем .

Пример 4.1. Определим пропускную способность двоичного симметричного канала связи. Модель двоичного симметричного канала показан на рисунке 4.4.

В канал связи поступают символы 1 и 0, отображающие реальные физические сигналы.

1) Канал симметричный. Вероятности искажения символов равны , вероятности неискажённого приема символов равны .

2) Канал стационарный, так как условные вероятности не зависят от времени.

Пропускную способность вычислим по формуле (4.8). Энтропию определим из условия при отсутствии шума. Энтропия принимает максимальное значение, равное 1, при . Условная энтропия равна

Подставляя полученные величины в (4.8), получим

.

Как видно из формулы, пропускная способность зависит скорости поступления символов в канал и от вероятности искажения символов.

Положим, задан ансамбль сообщений X с распределением вероятностей P, (Таблица 4.2). Сообщения генерируются со скоростью .Способ кодирования определён и каждому сообщению приписан двоичный код. Энтропия ансамбля сообщений X равна ,

Таблица 4.2
X	P	код
	0.6
	0.2
	0.1
	0.07
	0.03

вероятности реализации символов «1» и «0» равны

,

энтропия ансамбля символов Y равна

,

средняя длина кода равна .

Положим, в канале действует такой шум, что вероятность ошибочного перехода равна . Сможет ли канал обеспечить передачу сообщений?

1)

2)Будем считать . Тогда = 204.826 .

3)Будем считать . Тогда и пропускная способность канала равна =

= = 108.764

Как видно, пропускная способность канала значительно ниже скорости генерации информации источником и часть информации может быть утеряна. В этом случае можно уменьшить скорость генерации сообщений или уменьшить вероятность ошибок . Положим, каким-то образом удалось уменьшить вероятности ошибок до величины 0.01. Тогда пропускная способность канала увеличится до величины . При таком соотношении скорости поступления информации в канал и пропускной способности канала искажения информации в канале из-за величин и не будет.