Предаване на информация. Канали за обмен на информация

Трансферът на информация е термин, който обединява множество физически процеси на движение на информацията в пространството. Във всеки от тези процеси са включени компоненти като източник и приемник на данни, физическа среда за съхранение и канал (среда) на предаването му.

Процес на предаване на информация

Първоначалните контейнери за данни са различните съобщения, предавани от техните източници към приемниците. Между тях и каналите за предаване на информация. Специални технически устройства-преобразуватели (кодери) образуват физически носители на данни - сигнали въз основа на съдържанието на съобщенията. Последните се подлагат на различни трансформации, включително кодиране, компресиране, модулация и след това се изпращат към комуникационните линии. След като преминават през тях, сигналите претърпяват обратни трансформации, включително демодулация, разопаковане и декодиране, в резултат на което оригиналните съобщения, възприемани от приемниците, се различават от тях.

Информационни съобщения

Посланието е вид описание на явление или обект, изразено като набор от данни, с признаци за начало и край. Някои съобщения, като реч и музика, са непрекъснати функции на времето за звуково налягане. При телеграфна комуникация съобщението е текстът на телеграмата под формата на буквено-цифрова последователност. Телевизионно съобщение е поредица от съобщения в рамката, които обективът на камерата „вижда“ и ги улавя с честота на кадрите. По-голямата част от съобщенията, предавани чрез системите за обмен на информация наскоро, са цифрови масиви, текстови, графични и аудио и видео файлове.

Информационни сигнали

Преносът на информация е възможен, ако има физически носител, чиито характеристики се променят в зависимост от съдържанието на предаваното съобщение, така че да преодолеят предавателния канал с минимално изкривяване и могат да бъдат разпознати от приемника. Тези промени във физическия носител на данни образуват информационен сигнал.

Днес е предаването и обработка на информация възникват с помощта на електрически сигнали в кабелни и радиокомуникационни канали, както и поради оптични сигнали в оптични линии.

Аналогови и цифрови сигнали

Широко известен пример за аналогов сигнал, т.е. непрекъснато вариращо във времето, е напрежението, взето от микрофона, което носи речево или музикално информационно съобщение. Той може да бъде усилван и предаван по телени канали към системите за звуково възпроизвеждане на концертната зала, които носят речта и музиката от сцената до публиката в галерията.

Ако, в съответствие с величината на напрежението на изхода на микрофона, амплитудата или честотата на високочестотните електрически колебания в радиопредавателя непрекъснато се променят във времето, е възможно да се предаде аналоговия радиосигнал по въздуха. Телевизионният предавател в аналоговата телевизионна система генерира аналогов сигнал под формата на напрежение, пропорционално на текущата яркост на елементите на изображението, възприемани от обектива на камерата.

Обаче, ако аналоговото напрежение от изхода на микрофона преминава през цифрово-аналогов преобразувател (ЦАП), тогава неговият изход няма да бъде непрекъсната функция на времето, а поредица от образци на това напрежение, взети на равни интервали с честотата на вземане на проби. В допълнение, ЦАП също извършва квантуване на нивото на първоначалното напрежение, като замества целия възможен диапазон от стойности с краен набор от стойности, определен от броя на двоичните цифри на неговия изходен код. Оказва се, че непрекъснатата физическа величина (в този случай това напрежение) се превръща в поредица от цифрови кодове (цифровизирани), а след това вече в цифрова форма може да се съхранява, обработва и предава чрез информационни предавателни мрежи. Това значително увеличава скоростта и шумовата устойчивост на такива процеси.

Канали за обмен на информация

Обикновено този термин се отнася до комплекса от технически средства, в които се използва прехвърляне на данни от източника до приемника и средата между тях. Структурата на такъв канал, използвайки типични средства за предаване на информация, е представена от следната последователност от трансформации:

AI - PS - (KI) - KK - M - LPI - ДМ - ДК - ДИ - ПС

тук:

• AI е източник на информация: лице или друго живо същество, книга, документ, изображение на неелектронна среда (платно, хартия) и др.

• PS - преобразувател на информационни съобщения към информационен сигнал, изпълняващ първия етап на пренос на данни. Микрофони, телевизионни и видео камери, скенери, факс машини, PC клавиатури и т.н. могат да действат като персонални компютри.

• KI - информационен енкодер в информационния сигнал за намаляване на количеството (компресията) на информацията, за да се увеличи скоростта на предаване или да се намали честотната лента, необходима за предаване. Тази връзка е по избор, както е показано в скоби.

• QC - канален кодер за повишаване на шумовата устойчивост на информационния сигнал.

• М е модулатор на сигнали за промяна на характеристиките на междинните сигнали в зависимост от големината на информационния сигнал. Типичен пример е амплитудната модулация на носещ сигнал на висока носеща честота, в зависимост от величината на нискочестотния сигнал.

• LPI е линия за предаване на информация, представляваща комбинация от физическа среда (например, електромагнитно поле) и технически средства за промяна на нейното състояние, за да предаде сигнал на носител към приемник.

• DM - демодулатор за разделяне на информационния сигнал от носещия сигнал. Присъствайте само в присъствието на М.

• DK-канален декодер за откриване и / или коригиране на грешки в информационния сигнал, възникнал в LPI. Присъствайте само в присъствието на QC.

• DI - информационен декодер. Присъствайте само в присъствието на CI.

• PI - приемник на информация (компютър, принтер, дисплей и др.).

Ако предаването на информация е двупосочно (дуплексен канал), тогава от двете страни на LPI има блокови модеми (MOD-DEMO), съчетаващи M и DM връзки, както и кодови блокове (CODER-Docoder), комбиниращи кодерите (KI и CC). и декодери (DI и DC).

Характеристики на предавателните канали

Основните отличителни черти на каналите включват пропускателна способност и устойчивост на шум.

В канала информационният сигнал е изложен на шум и смущения. Те могат да бъдат причинени от естествени причини (например атмосферни за радиоканалите) или да бъдат специално създадени от врага.

Предаването на смущаващи канали се подобрява чрез използване на различни видове аналогови и цифрови филтри за разделяне на информационни сигнали от шума, както и специални методи за предаване на съобщения, които минимизират ефекта от шума. Един от тези методи е да добавите допълнителни символи, които не носят полезно съдържание, но помагат да се контролира коректността на съобщението, както и да се коригират грешки в него.

Ширината на честотната лента на канала е равна на максималния брой двоични символи (kbps), предавани им при липса на интерференция за една секунда. За различни канали, тя варира от няколко kbps до стотици Mbit / s и се определя от техните физически свойства.

Теория на предаването на информация

Клод Шанън е автор на специална кодираща теория на предадените данни, която открива методи за справяне с шума. Една от основните идеи на тази теория е необходимостта от излишък на цифровия код, предаван по предавателните линии на информацията. Това позволява загубата на част от кода в процеса на прехвърлянето му за възстановяване на загубата. Такива кодове (цифрови информационни сигнали) се наричат ​​noiseproof. Въпреки това, излишъкът на код не може да бъде прекалено висок. Това води до факта, че прехвърлянето на информация идва със закъснения, както и с повишаването на цената на комуникационните системи.

Цифрова обработка на сигнала

Друг важен компонент на теорията на предаването на информация е системата от методи за цифрова обработка на сигнали в предавателни канали. Тези методи включват алгоритми за дигитализиране на оригиналните аналогови информационни сигнали с определена честота на дискретизация, определена на базата на теоремата на Шанън, както и методи за генериране на шумозащитни носещи сигнали на тяхна база за предаване по комуникационни линии и цифрово филтриране на приетите сигнали, за да ги отделят от смущения.