Максимальная пропускная способность канала

Максимальная  пропускная способность канала

Пропускная способность — метрическая характеристика, показывающая соотношение предельного количества проходящих единиц (информации, предметов, объёма) в единицу времени через канал, систему, узел.

Используется в различных сферах:

• в связи и информатике П. С. — предельно достижимое количество проходящей информации;
• в транспорте П. С. — количество единиц транспорта;
• в машиностроении — объём проходящего воздуха (масла, смазки).

Может измеряться в различных, иногда сугубо специализированных, единицах — штуки, бит/сек, тонны, кубические метры и т. д.

В информатике определение пропускной способности обычно применяется  к каналу связи и определяется максимальным количеством переданной или полученной информации за единицу  времени. 
Пропускная способность — один из важнейших с точки зрения пользователей факторов. Она оценивается количеством данных, которые сеть в пределе может передать за единицу времени от одного подсоединенного к ней устройства к другому.

Пропускная способность  канала

Наибольшая возможная в данном канале скорость передачи информации называется его пропускной способностью. Пропускная способность канала есть скорость передачи информации при использовании  «наилучших» (оптимальных) для данного  канала источника, кодера и декодера, поэтому она характеризует только канал.

Номинальная скорость — битовая скорость передачи данных без различия служебных и пользовательских данных. 
Эффективная скорость — скорость передачи пользовательских данных (нагрузки). Этот параметр зависит от соотношения накладных расходов и полезных данных.

Пропускная способность  дискретного (цифрового) канала без  помех

C = log(m) бит/символ

где m — основание кода сигнала, используемого в канале. Скорость передачи информации в дискретном канале без шумов (идеальном канале) равна его пропускной способности, когда символы в канале независимы, а все m символов алфавита равновероятны (используются одинаково часто).

 

 

 

Пропускная способность  нейронной сети

Пропускная способность нейронной  сети — среднее арифметическое между объёмами обрабатываемой и создаваемой информации нейронной сетью за единицу времени.

 

 

Согласно  теореме Шеннона – Хартли, максимальная скорость передачи информации (бит/с) по каналу с белым гауссовым шумом

где П – полоса пропускания,  S и N - средняя мощность сигнала и шума. Подставив

       в (1),   получим     

Соотношение (2) устанавливает зависимость максимальной теоретически достижимой спектральной эффективности R_b/П от удельных энергетических затрат E_b/N₀. Эта зависимость показана на рисунке. Знаками   о   и х показано соотношение показателей, достигаемое в случае М-арной (М=2-64) амплитудно-фазовой (знак о) и частотной (знак х) манипуляции при вероятности битовой ошибки 10^-5.

Фазовая манипуляция предпочтительнее с  точки зрения повышения спектральной эффективности, частотная манипуляция - с точки зрения снижения энергетических затрат. Спектральная эффективность квадратурной фазовой манипуляции (М=4) выше, чем двоичной (М=2) при тех же энергетических затратах. Частотная манипуляция 2ЧМ энергетически менее эффективна, чем 4ЧМ, при одинаковой спектральной эффективности.

Увеличение  спектральной эффективности при  той же вероятности ошибки достигается повышением энергетических затрат. При выборе компромиссного решения учитывается конкретная цена ресурсов мощность-полоса, зависящая от типа системы.

Снижая  спектральную эффективность и применяя методы помехоустойчивого кодирования, можно безошибочно передавать информацию при достаточно низком отношении сигнал /помеха. Минимально допустимое значение E_b/N₀  можно найти из (2) при предельном переходе R_b/П→0. Из (2) следует:

Значение  E_b/N₀  = 0,693 = -1,6 дБ  называют пределом Шеннона. Какие бы методы помехоустойчивого кодирования не применялись, передача информации без ошибок невозможна, если  E_b/N₀  <  0,693.

 

 

 

 

16

 

  8

 

  4

 

  2

 

 

-1.6

 

 

           1/2

 

           1/4

E_b/N_0,

      дБ

 

R_b/П, бит/(c Гц)

Недоступная область

 

2

4

8

16

64

12

24

36

2

4

8

 ФМ

 

 ЧМ

 

2, 4, 8, 16, 64 – значения М