Передача інформації. Канали передачі інформації

Передача інформації. Канали передачі інформації

Передача інформації - термін, що об 'єднує безліч фізичних процесів переміщення інформації в просторі. У будь-якому з цих процесів задіяні такі компоненти, як джерело і приймач даних, фізичний носій інформації і канал (середовище) її передачі.

Процес передачі інформації

Вихідними вмістилищами даних є різні повідомлення, що передаються від їх джерел до прийомників. Між ними і розташовані канали передачі інформації. Спеціальні технічні пристрої-перетворювачі (кодери) формують на основі змісту повідомлень фізичні носії даних - сигнали. Останні піддаються цілій низці перетворень, включаючи кодування, стиснення, модуляцію, а потім направляються в лінії зв 'язку. Пройшовши через них, сигнали проходять зворотні перетворення, включаючи демодуляцію, розпаковування і декодування, в результаті чого з них виділяються вихідні повідомлення, що сприймаються приймачами.


Інформаційні повідомлення

Повідомлення - це певний опис явища або об 'єкта, виражений у вигляді сукупності даних, що має ознаки початку і кінця. Деякі повідомлення, наприклад, мова і музика, являють собою безперервні функції часу звукового тиску. При телеграфному зв 'язку повідомлення - це текст телеграми у вигляді буквено-цифрової послідовності. Телевізійне повідомлення - це послідовність повідомлень-кадрів, які "бачить" об 'єктив телекамери і фіксує їх з частотою прямування кадрів. Переважна частина переданих останнім часом через системи передачі інформації повідомлень являють собою числові масиви, текстові, графічні, а також аудіо- та відеофайли.

Інформаційні сигнали

Передача інформації можлива, якщо у неї є фізичний носій, характеристики якого змінюються залежно від змісту повідомлення, що передається таким чином, щоб вони з мінімальними спотвореннями подолали канал передачі і могли бути розпізнані приймачем. Ці зміни фізичного носія даних утворюють інформаційний сигнал.

Сьогодні передача та обробка інформації відбуваються за допомогою електричних сигналів у дротових і радіоканалах зв 'язку, а також завдяки оптичним сигналам у ВОЛС.

Аналогові та цифрові сигнали

Широко відомим прикладом аналогового сигналу, тобто безперервно змінюється в часі, є напруга, що знімається з мікрофона, яке несе мовне або музичне інформаційне повідомлення. Воно може бути посилено і передано по дротових каналах на звуковідтворювальні системи концертного залу, які донесуть промову і музику зі сцени до глядачів на галерці.

Якщо відповідно до величини напруги на виході мікрофона безперервно в часі змінювати амплітуду або частоту високочастотних електричних коливань у радіопередавачі, то можна здійснити передачу в ефір аналогового радіосигналу. Телепередавач у системі аналогового телебачення формує аналоговий сигнал у вигляді напруги, пропорційної поточній яскравості елементів зображення, що сприймається об 'єктивом телекамери.

Однак якщо аналогове напруження з виходу мікрофона пропустити через цифроаналоговий перетворювач (ЦАП), то на його виході вийде вже не безперервна функція часу, а послідовність відліків цієї напруги, взятих через рівні проміжки часу з частотою дискретизації. Крім того, ЦАП виконує ще й квантування за рівнем вихідної напруги, замінюючи весь можливий діапазон його значень кінцевим набором величин, що визначаються числом двійкових розрядів свого вихідного коду. Виходить, що безперервна фізична величина (в даному випадку ця напруга) перетворюється на послідовність цифрових кодів (оцифровується), і далі вже в цифровому вигляді може зберігатися, оброблятися і передаватися через мережі передачі інформації. Це суттєво підвищує швидкість і помехостійкість подібних процесів.


Канали передачі інформації

Зазвичай під цим терміном розуміються комплекси технічних засобів, задіяних у передачі даних від джерела до приймача, а також середовище між ними. Структура такого каналу, що використовує типові засоби передачі інформації, представлена наступною послідовністю перетворень:

ІІ - ПС - (КІ) - КК - М - ЛПІ - ДМ - ДК - ДІ - ПС

Тут:

  • ШІ - джерело інформації: людина або інша жива істота, книга, документ, зображення на неелектронному носії (полотно, папір) тощо.
  • ПС - перетворювач інформповідомлення в інформсигнал, що виконує першу стадію передачі даних. Як ПС можуть виступати мікрофони, теле- і відеокамери, сканери, факси, клавіатури ПК тощо.
  • КІ - кодер інформації в інформсигналі для скорочення обсягу (стиснення) інформації з метою підвищити швидкість її передачі або скоротити смугу частот, необхідну для передачі. Ця ланка необов "язково показана дужками.
  • КК - канальний кодер для підвищення перешкоджання інформсигналу.
  • М - сигнальний модулятор для зміни характеристик проміжних сигналів-носіїв залежно від величини інформсигналу. Типовий приклад - амплітудна модуляція сигналу-носія високої несучої частоти залежно від величини низькочастотного інформсигналу.
  • ЛПІ - лінія передачі інформації, що представляє сукупність фізичного середовища (наприклад, електромагнітне поле) і технічних засобів для зміни її стану з метою передачі сигналу-носія до приймача.
  • ДМ - демодулятор для відділення інформсигналу від сигналу-носія. Присутній лише за наявності М.
  • ДК - канальний декодер для виявлення та/або виправлення помилок в інформсигналі, що виникли на ЛПІ. Присутній тільки за наявності КК.
  • ДІ - декодер інформації. Присутня тільки при наявності КІ.
  • ПІ - приймач інформації (комп 'ютер, принтер, дисплей тощо).

Якщо передача інформації двостороння (канал дуплексний), то по обидва боки ЛПІ є блоки-модеми (МОдулятор-ДЕМодулятор), що об 'єднують в собі ланки М і ДМ, а також блоки-кодеки (КОдер-ДЕКодер), що об' єднують кодери (Кі

Характеристики каналів передачі

До основних відмінних рис каналів відносяться пропускна здатність і перешкоджання.

У каналі інформсигнал піддається дії шумів і перешкод. Вони можуть викликатися природними причинами (наприклад, атмосферними для радіоканалів) або бути спеціально створеними противником.

Помехозахищеність каналів передачі підвищують шляхом використання різного роду аналогових і цифрових фільтрів для відокремлення інформсигналів від шуму, а також спецметодів передачі повідомлень, що мінімізують вплив шумів. Одним з таких методів є додавання зайвих символів, що не несуть корисного змісту, але допомагають контролювати правильність повідомлення, а також виправляти в ньому помилки.


Пропускна здатність каналу дорівнює максимальній кількості двійкових символів (кбіт), переданих їм за відсутності перешкод за одну секунду. Для різних каналів вона варіюється від декількох кбіт/с до сотень Мбіт/с і визначається їх фізичними властивостями.

Теорія передачі інформації

Клод Шеннон є автором спеціальної теорії кодування даних, що передаються, який відкрив методи боротьби з шумами. Одна з основних ідей цієї теорії полягає в необхідності надлишковості передаваного по лініях передачі інформації цифрового коду. Це дозволяє при втраті якоїсь частини коду в процесі його передачі відновити втрату. Такі коди (цифрові інформсигнали) називаються помехостійкими. Однак надмірність коду не можна доводити до занадто великої міри. Це веде до того, що передача інформації йде із затримками, а також до подорожчання систем зв 'язку.

Цифрова обробка сигналів

Іншою важливою складовою теорії передачі інформації є система методів цифрової обробки сигналів у каналах передачі. Ці методи включають алгоритми оцифровування вихідних аналогових інформсигналів з певною частотою дискретизації, що визначається на основі теореми Шеннона, а також способи формування на їх основі помехозахищених сигналів-носіїв для передачі по лініях зв 'язку та цифрової фільтрації прийнятих сигналів з метою відокремлення їх від перешкод.