Przekazywanie informacji. Kanały przekazywania informacji

Transfer informacji to termin, który łączy wiele fizycznych procesów przepływu informacji w przestrzeni. W każdym z tych procesów zaangażowane są komponenty, takie jak źródło i odbiorca danych, fizyczne nośniki danych i kanał (medium) transmisji.

Proces przekazywania informacji

Początkowe kontenery danych to różne wiadomości przesyłane z ich źródeł do odbiorców. Między nimi a kanałami transmisji informacji. Specjalne urządzenia techniczne - konwertery (kodery) tworzą fizyczne nośniki danych - sygnały oparte na treści wiadomości. Te ostatnie są poddawane różnym transformacjom, w tym kodowaniu, kompresji, modulacji, a następnie przesyłane do linii komunikacyjnych. Po przejściu przez nie, sygnały podlegają przekształceniom odwrotnym, w tym demodulacji, rozpakowaniu i dekodowaniu, w wyniku czego odbiera się oryginalne wiadomości odbierane przez odbiorców.

Wiadomości informacyjne

Komunikat jest rodzajem opisu zjawiska lub przedmiotu wyrażonego w postaci zbioru danych ze znakami początku i końca. Niektóre wiadomości, takie jak mowa i muzyka, są ciągłymi funkcjami czasu nacisku dźwiękowego. W przypadku komunikacji telegraficznej komunikat jest tekstem telegramu w postaci sekwencji alfanumerycznej. Wiadomość telewizyjna to sekwencja wiadomości klatek, które obiektyw kamery "widzi" i przechwytuje je z szybkością klatek na sekundę. Ogromna większość komunikatów przesyłanych za pośrednictwem systemów transferu informacji to tablice numeryczne, tekstowe, graficzne, a także pliki audio i wideo.

Sygnały informacyjne

Przesyłanie informacji jest możliwe, jeśli ma fizyczny nośnik, którego właściwości zmieniają się w zależności od treści przesłanego komunikatu, tak że pokonują kanał transmisji z minimalnymi zniekształceniami i mogą być rozpoznane przez odbiornik. Te zmiany w fizycznym nośniku danych tworzą sygnał informacyjny.

Dzisiaj jest transmisja i przetwarzanie informacji występują za pomocą sygnałów elektrycznych w przewodowych i radiowych kanałach komunikacyjnych, a także z powodu sygnałów optycznych w liniach światłowodowych.

Sygnały analogowe i cyfrowe

Szeroko znany przykład sygnału analogowego, tj. ciągłe zmiany czasu, to napięcie pobierane z mikrofonu, które przenosi komunikat dźwiękowy lub informacyjny. Może być wzmacniany i przesyłany kanałami przewodowymi do systemów odtwarzania dźwięku sali koncertowej, które przenoszą mowę i muzykę ze sceny na publiczność w galerii.

Jeżeli, zgodnie z wielkością napięcia na wyjściu mikrofonu, amplituda lub częstotliwość oscylacji elektrycznych wysokiej częstotliwości w nadajniku radiowym ciągle się zmienia, możliwe jest przesłanie analogowego sygnału radiowego. Nadajnik telewizyjny w systemie telewizji analogowej generuje sygnał analogowy w postaci napięcia proporcjonalnego do aktualnej jasności elementów obrazu odbieranych przez obiektyw aparatu.

Jednakże, jeśli napięcie analogowe z wyjścia mikrofonowego jest przekazywane przez przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC), wówczas jego wyjście nie będzie już ciągłą funkcją czasu, ale sekwencją próbek tego napięcia, pobieranych w regularnych odstępach czasu z częstotliwością próbkowania. Ponadto DAC wykonuje również kwantyzację na poziomie napięcia początkowego, zastępując cały możliwy zakres jego wartości skończonym zbiorem wartości określonych przez liczbę cyfr binarnych kodu wyjściowego. Okazuje się, że ciągła ilość fizyczna (w tym przypadku to napięcie) jest przekształcana w sekwencję kodów cyfrowych (zdigitalizowanych), a następnie już w formie cyfrowej może być przechowywana, przetwarzana i przesyłana za pośrednictwem sieci transmisji informacji. To znacznie zwiększa szybkość i odporność na zakłócenia takich procesów.

Kanały przekazywania informacji

Zwykle termin ten odnosi się do zespołu środków technicznych zaangażowanych w transfer danych od źródła do odbiornika i medium między nimi. Struktura takiego kanału, przy użyciu typowych środków przekazywania informacji, jest reprezentowana przez następującą sekwencję przekształceń:

AI - PS - (KI) - KK - M - LPI - DM - DK - DI - PS

Tutaj:

• Sztuczna inteligencja jest źródłem informacji: osoba lub inna żywa istota, książka, dokument, obraz na nośniku nieelektronicznym (płótno, papier) itp.

• PS - konwerter komunikatów informacyjnych informujących o sygnale, wykonujący pierwszy etap przesyłania danych. Mikrofony, kamery telewizyjne i wideo, skanery, faksy, klawiatury komputerowe itp. Mogą działać jako komputery osobiste.

• KI - koder informacyjny w sygnale informacyjnym w celu zmniejszenia ilości (kompresji) informacji w celu zwiększenia szybkości transmisji lub zmniejszenia pasma częstotliwości wymaganego do transmisji. To łącze jest opcjonalne, jak pokazano w nawiasach.

• QC - koder kanałowy w celu zwiększenia odporności na zakłócenia sygnału informacyjnego.

• M jest modulatorem sygnału zmieniającym charakterystykę pośrednich sygnałów nośnych w zależności od wielkości sygnału informacyjnego. Typowym przykładem jest modulacja amplitudy sygnału nośnego o wysokiej częstotliwości nośnej, w zależności od wielkości sygnału niskiej częstotliwości.

• LPI jest informacyjną linią przesyłową reprezentującą połączenie fizycznego medium (na przykład pola elektromagnetycznego) i środki techniczne do zmiany jego stanu w celu przesłania sygnału nośnego do odbiornika.

• DM - demodulator do oddzielania sygnału informacyjnego od sygnału nośnej. Obecny tylko w obecności M.

• DK - dekoder kanału do wykrywania i / lub korygowania błędów w sygnale informacyjnym, który wystąpił w LPI. Obecny tylko w obecności QC.

• DI - dekoder informacji. Obecny tylko w obecności CI.

• PI - odbiornik informacji (komputer, drukarka, wyświetlacz itp.).

Jeżeli transmisja informacji jest dwukierunkowa (kanał dupleksowy), to po obu stronach interfejsu LPI znajdują się modemy blokowe (MOD-DEMO), łączące łącza M i DM, a także bloki kodu (CODER-Docoder), łączące kodery (KI i CC) i dekodery (DI i DC).

Charakterystyka kanałów transmisyjnych

Główne cechy wyróżniające kanały obejmują przepustowość i odporność na zakłócenia.

W kanale sygnał informacyjny jest narażony na hałas i zakłócenia. Mogą być spowodowane przyczynami naturalnymi (na przykład atmosferycznymi dla kanałów radiowych) lub zostać specjalnie stworzone przez wroga.

Transmisja kanału interferencyjnego jest wzmacniana za pomocą różnych rodzajów filtrów analogowych i cyfrowych w celu oddzielenia sygnałów informacyjnych od szumu, a także specjalnych metod przesyłania komunikatów, które minimalizują efekt szumu. Jedną z tych metod jest dodanie dodatkowych znaków, które nie zawierają przydatnych treści, ale pomagają kontrolować poprawność komunikatu, a także poprawiają błędy w nim zawarte.

Przepustowość kanału jest równa maksymalnej liczbie symboli binarnych (kbps) przesyłanych do nich w przypadku braku zakłóceń w ciągu jednej sekundy. Dla różnych kanałów waha się od kilku kbps do setek Mbit / s i zależy od ich właściwości fizycznych.

Teoria przekazywania informacji

Claude Shannon jest autorem specjalnej teorii kodowania przesyłanych danych, która odkryła metody radzenia sobie z hałasem. Jednym z głównych pomysłów tej teorii jest potrzeba nadmiarowości kodu cyfrowego przesyłanego wzdłuż linii przesyłowych informacji. Pozwala to na utratę części kodu w procesie transferu w celu odzyskania straty. Takie kody (cyfrowe sygnały informacyjne) nazywane są szumami. Redundancji kodu nie można jednak w nadmiernym stopniu przenosić. Prowadzi to do faktu, że przekazywanie informacji wiąże się z opóźnieniami, a także ze wzrostem kosztów systemów łączności.

Cyfrowe przetwarzanie sygnału

Kolejnym ważnym składnikiem teorii transferu informacji jest system metod cyfrowego przetwarzania sygnałów w kanałach transmisyjnych. Metody te obejmują algorytmy digitalizacji oryginalnych analogowych sygnałów informacyjnych o pewnej częstotliwości próbkowania określonej na podstawie twierdzenia Shannona, a także metody generowania odpornych na szum sygnałów nośnych na ich podstawie do transmisji za pośrednictwem linii komunikacyjnych i cyfrowego filtrowania odbieranych sygnałów w celu oddzielenia ich od zakłóceń.