Энтропия сигналов

 
Введение
Деятельность общества неразрывно связана с обработкой материальных предметов, энергии и информационных потоков. Одной из характерных особенностей современного этапа развития социума является смена индустриального общества информационным, постиндустриальным обществом. Процесс, который обеспечивает данный переход, именуется информатизацией. Наступление эры информатизации обусловлено резким ростом значимости и роли информации в социальной жизни.
Так например, для нормального функционирования общества любого масштаба недостаточным является использование лишь традиционных для индустриального общества ресурсов материального природного, трудового, финансового или энергетического характера. Нужно иметь представление о том, каким образом использовать данные ресурсы с наибольшей эффективностью, как получить информацию о технологиях. Следовательно, информация является весьма важным ресурсом. Информационные ресурсы в настоящий момент необходимо рассматривать в качестве отдельной экономической категории и важнейшего стратегического ресурса общественной жизни.
Таким образом, роль информации может быть ограничена как эмоциональным воздействием на индивида, так и быть использована с целью выработки управляющего воздействия в технических системах и в системах типа «человек-машина». В такого рода системах можно выделить некоторые этапы обращения информации: сбор, передачу и хранение, обработку и отображение информации. Исходя из вышеизложенного, тема курсовой работы является актуальной.
Объект исследования – сигнал как носитель информации.
Предмет исследования – особенности энтропии сигналов.
Цель исследования: проанализировать энтропию сигналов.
Задачи курсовой работы:
1. Охарактеризовать сигнал как носитель информации, дать классификацию сигналов.
2. Проанализировать процессы кодирования и модуляции
3. Рассмотреть модель передачи данных по Шеннону.
4. Описать перспективные виды носителей информации.
1. Сигнал как носитель информации. Классификации сигналов
Современный век вполне можно назвать «веком информации». Растущий информационный поток воздействует на человека. Стоит отметить, что вся человеческая деятельность тесно связана с получением и переработкой все новых информационных сигналов об окружающей среде. В данную среду входят живые и неживые объекты природы, а также объекты, которые были созданы человеком. Человек нуждается в информации с целью удовлетворения его растущих потребностей. Информация является отражением одной из сторон мира и вместе с энергетическими и вещественными ресурсами является третьим условием социального развития [4, с. 87].
С целью передачи сообщений человек пользуется сигналы. Сигналом (от лат. signum – знак) представляют собой физический процесс, отображающий передаваемое сообщение о состоянии того или иного объекта наблюдения и необходимый для передачи и обработки. Иначе говоря, под сигналом следует понимать материальный носитель сообщения. Физическая природа сигнала различна. Сигналы могут передаваться в звуковой, механической, оптической, электрической и других формах.
Сообщения и сигналы, которые им соответствуют, делятся на дискретные или непрерывные. Дискретные сообщения представляют собой конечную последовательность отдельного количества символов. Дискретные сообщения в основном используются в телеграфии, в области передачи данных и телеметрии. Последовательность сигналов дискретного сообщения преобразуется, к примеру, в ряд двоичных чисел. С целью их передачи по каналу связи нужен сигнал, который будет содержать два признака: 0 и 1. Роль таких сигналов могут выполнять посылки постоянного тока разной полярности, колебания с различными частотами и др.
Непрерывные сообщения отражают непрерывные процессы. В качестве примеров непрерывных сообщений можно привести речь, музыку, изображение ТВ и др. При помощи специализированных устройств непрерывные сообщения могут быть преобразованы в электрические непрерывные сигналы.
Но не каждый физический процесс может быть назван сигналом. Сигнал – это физический процесс содержащий информацию, а именно совокупность сведений о состоянии или положении того или объекта. Таким образом, в качестве сигнала необходимо рассматривать определенный физический процесс при соблюдении критерия его изменения в соответствии с переносимым сообщением [11, с. 240].
Сигналы делятся на естественные и специально создаваемые. Естественные сигналы – это световые сигналы от физических объектов окружающей среды, сигналы из космоса, электрических полей биологических объектов и т.д. В качестве примеров специально создаваемых сигналов можно привести сигналы радиолокационных станций, лазерные сигналы с целью зондирования атмосферы и т.п.
В зависимости от количества физических переменных, которые характеризуют состояние источника информации, сигналы подразделяются на одно- , двух- и трехмерные . В качестве примера одномерных сигналов можно привести ток в цепи микрофона, напряжение на выходе датчика температуры. Двумерные сигналы могут быть использованы в случае определения состояния источника 2 переменными (координатами) в одно и то же время. Двумерные сигналы могут использоваться в процессе обработки изображений с той целью задания координат точек на плоскости. С помощью трехмерных сигналов определяется положение пространственных объектов или описание цветных изображений [10, с. 34].
Передача информации состоит в переносе ее на расстоянии с помощью сигналов разной физической природы.
Также можно выделить детерминированные и регулярные сигналы. Их значения можно рассчитать заранее в любой точке интервала их определения, при помощи математической модели. Математическая модель детерминированного сигнала представляет собой детерминированную функцию x(t). Данная модель позволяет для любого заданного момента времени ti определить значение сигнала x(ti) [13 ,с. 87].
На рисунке 1.1 представлены графики некоторых распространенных детерминированных сигналов.
Рисунок 1.1 – Графики детерминированных сигналов:
а – ступенчатый сигнал; x(t) = 1(t-t0 ); б – синусоидальный сигнал xt =A*sin  t;
в – импульсный сигнал.
Следует отметить, что детерминированные сигналы в чистом виде в природе не существуют. Данные сигналы могут возникнуть лишь в изолированных системах. При этом любая система функционирует в определенной среде, и данная среда оказывает влияние на процессы, которые происходят в системе. Следовательно, детерминированные сигналы представляют собой определенную идеализацию реальных сигналов и не содержат в себе информации. Периодическая последовательность импульсов, и синусоидальный сигнал, а также единичный ступенчатый сигнал различны по своим свойствам от реальных сигналов, которые действуют на системы. Но с помощью детерминированных сигналов есть возможность изучения многих существенных особенностей установившихся и переходных процессов как в линейных, так и в нелинейных системах. Следует отметить, что данные сигналы используются в процессе исследования систем различного назначения [2, с. 125].
Те сигналы, изменение которых во времени предсказать нельзя, называются случайными или стохастическими. Данные сигналы можно описать с помощью случайных функций. Случайной функцией той или иной независимой переменной называется такая функция, значение которой при