Přenos informací. Kanály přenosu informací

Přenos informací je pojem spojující množství fyzických procesů pohybu informací ve vesmíru. V kterémkoli z těchto procesů jsou zahrnuty komponenty, jako je zdroj a přijímač dat, fyzické paměťové médium a kanál (médium) jeho přenosu.

Proces přenosu informací

Počátečními datovými kontejnery jsou různé zprávy přenášené z jejich zdrojů do přijímačů. Mezi nimi a kanály přenosu informací. Speciální technické zařízení - převodníky (kodéry) tvoří fyzické nosiče dat - signály založené na obsahu zpráv. Ty jsou podrobeny řadě transformací, včetně kódování, komprese, modulace a pak jsou odesílány do komunikačních linek. Po jejich procházení signály procházejí inverzními transformacemi, včetně demodulace, rozbalení a dekódování, v důsledku čehož se od nich odliší původní zprávy vnímané přijímači.

Informační zprávy

Zpráva je druh popisu jevu nebo objektu, vyjádřený ve formě souboru dat se znaménkem počátku a konce. Některé zprávy, jako je řeč a hudba, jsou nepřetržitými funkcemi času akustického tlaku. Při telegrafní komunikaci je zpráva telegramem ve formě alfanumerické sekvence. Televizní zpráva je posloupnost rámcových zpráv, která objektiv fotoaparátu "vidí" a zachycuje je s frekvencí snímků. Naprostá většina zpráv přenášených prostřednictvím systémů pro přenos informací v poslední době obsahuje číselná pole, textové, grafické a také zvukové a video soubory.

Informační signály

Přenos informací je možný, pokud má fyzické médium, jehož charakteristiky se mění v závislosti na obsahu přenášené zprávy, takže překonávají přenosový kanál s minimálním zkreslením a mohou být přijímačem rozpoznány. Tyto změny ve fyzickém nosiči dat tvoří informační signál.

Dnes je přenos a zpracování informací vyskytují se pomocí elektrických signálů v kabelových a rádiových komunikačních kanálech, stejně jako v důsledku optických signálů v optických linkách.

Analogové a digitální signály

Známý příklad analogového signálu, tj. průběžně měnící se v čase, je napětí převzato z mikrofonu, které nese řeč nebo hudební informační zprávu. Může být zesílena a přenášena prostřednictvím drátových kanálů do systémů reprodukce zvuku v koncertní síni, která nesou řeč a hudbu z jeviště k divákům v galerii.

Pokud se v závislosti na velikosti napětí na výstupu mikrofonu amplituda nebo frekvence vysokofrekvenčních elektrických kmitů v rádiovém vysílači plynule mění v čase, je možné přenášet analogový rádiový signál na vzduch. Televizní vysílač v analogovém televizním systému generuje analogový signál ve formě napětí úměrného aktuálnímu jasu obrazových prvků vnímáno objektivem kamery.

Nicméně pokud je analogové napětí z výstupu mikrofonu procházeno digitálním převodníkem (DAC), pak jeho výstup již nebude spojitou funkcí času, ale sekvencí vzorků tohoto napětí, odebíraných v pravidelných intervalech se vzorkovací frekvencí. DAC navíc provádí kvantizaci na úrovni počátečního napětí, nahrazující celý možný rozsah jeho hodnot konečnou sadou hodnot určenou počtem binárních číslic jeho výstupního kódu. Ukazuje se, že kontinuální fyzikální veličina (v tomto případě toto napětí) je převedena na sekvenci digitálních kódů (digitalizovaná) a pak již v digitální podobě může být uložena, zpracována a přenášena prostřednictvím sítí pro přenos informací. Tím se výrazně zvyšuje odolnost těchto procesů proti otáčkám a šumu.

Kanály přenosu informací

Obvykle se tento termín vztahuje na komplex technických prostředků, kterých se to týká přenos dat od zdroje k přijímači a média mezi nimi. Struktura takového kanálu pomocí typických prostředků přenosu informací je reprezentována následující sekvencí transformací:

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

Zde:

• AI je zdrojem informací: osoba nebo jiná živá bytost, kniha, dokument, obraz na jiném než elektronickém médiu (plátno, papír) atd.

• PS - převod informačních zpráv na informování signálu, provádění první fáze přenosu dat. Mikrofony, televizní a videokamery, skenery, faxy, klávesnice PC atd. Mohou fungovat jako počítače.

• KI - informační kodér v informačním signálu ke snížení množství (komprese) informací pro zvýšení rychlosti přenosu nebo snížení frekvenčního pásma požadovaného pro přenos. Tento odkaz je volitelný, jak je uvedeno v závorce.

• Kodér kanálu QC pro zvýšení odolnosti informačního signálu proti šumu.

• M je modulátor signálu pro změnu charakteristik mezilehlých nosných signálů v závislosti na velikosti informačního signálu. Typickým příkladem je amplitudová modulace nosného signálu s vysokou nosnou frekvencí v závislosti na velikosti nízkofrekvenčního signálu.

• LPI je linka přenosu informací, která představuje kombinaci fyzického média (například elektromagnetického pole) a technické prostředky pro změnu jeho stavu za účelem přenosu nosného signálu do přijímače.

• DM - demodulátor pro oddělení informačního signálu od nosného signálu. Prezentujte se pouze za přítomnosti M.

• dekodér kanálu DK pro detekci a / nebo opravu chyb v informačním signálu, ke kterému došlo na LPI. Prezentujte se pouze za přítomnosti QC.

• DI - informační dekodér. Prezentujte se pouze za přítomnosti CI.

• PI - přijímač informací (počítač, tiskárna, displej atd.).

Pokud je přenos informací obousměrný (duplexní kanál), pak na obou stranách LPI jsou blokové modemy (MOD-DEMO), které kombinují M a DM propojení, stejně jako bloky kódů (CODER-Docoder), kombinující kodéry (KI a CC) a dekodéry (DI a DC).

Charakteristika přenosových kanálů

Mezi hlavní charakteristiky kanálů patří odolnost proti šířce pásma a šum.

V kanálu je informační signál vystaven hluku a interferenci. Mohou být způsobeny přírodními příčinami (například atmosférickými pro rozhlasové kanály) nebo mohou být speciálně vytvořeny nepřítelem.

Přenášení rušivých kanálů je vylepšeno použitím různých druhů analogových a digitálních filtrů k oddělení informačních signálů od šumu, jakož i speciálních metod pro přenos zpráv, které minimalizují vliv šumu. Jednou z těchto metod je přidání dalších znaků, které nemají užitečný obsah, ale pomáhají kontrolovat správnost zprávy, stejně jako správné chyby v ní.

Šířka pásma kanálu se rovná maximálnímu počtu binárních symbolů (kb / s), které se vysílají bez přítomnosti rušení za jednu sekundu. U různých kanálů se pohybuje od několika kb / s do stovek Mbit / s a ​​je určeno jejich fyzikálními vlastnostmi.

Teorie přenosu informací

Claude Shannon je autorem speciální teorie kódování přenášených dat, která objevila metody pro řešení hluku. Jedním z hlavních myšlenek této teorie je potřeba redundance digitálního kódu přenášeného podél přenosových linek informací. To umožňuje ztrátu některé části kódu v procesu jeho přenosu, aby se ztráta vrátila. Tyto kódy (digitální informační signály) se nazývají protihlukové. Redundance kódu však nemůže být přenesena do nadměrné míry. To vede k tomu, že přenos informací přichází s prodlevami, stejně jako ke zvýšení nákladů na komunikační systémy.

Digitální zpracování signálu

Dalším důležitým prvkem teorie přenosu informací je systém metod pro digitální zpracování signálů v přenosových kanálech. Tyto metody zahrnují digitalizační algoritmy pro původní analogové informační signály s určitou vzorkovací frekvencí určenou na základě Shannonovy věty a také způsoby generování nosných signálů odolných proti hluku na jejich základě pro přenos přes komunikační linky a digitální filtrování přijatých signálů, aby se oddělily od rušení.