Prijenos informacija. Kanali prijenosa informacija

Prijenos informacija je pojam koji objedinjuje mnoštvo fizičkih procesa kretanja informacija u prostoru. U bilo kojem od ovih procesa, uključene su komponente kao što su izvor i primatelj podataka, fizički medij za pohranu i kanal (medij) njegovog prijenosa.

Proces prijenosa informacija

Početni spremnici podataka su različite poruke koje se prenose od svojih izvora do prijemnika. Između njih i kanala prijenosa informacija. Posebni tehnički uređaji-pretvarači (koderi) iz fizičkih nosača podataka - signali temeljeni na sadržaju poruka. Potonji su podvrgnuti različitim transformacijama, uključujući kodiranje, kompresiju, modulaciju, a zatim poslane komunikacijskim linijama. Nakon prolaska kroz njih, signali prolaze inverzne transformacije, uključujući demodulaciju, raspakiranje i dekodiranje, zbog čega se razlikuju izvorne poruke koje primi prijemnici.

Informativne poruke

Poruka je vrsta opisa fenomena ili objekta, izražena u obliku skupa podataka sa znakovima početka i kraja. Neke poruke, kao što su govor i glazba, su kontinuirane funkcije vremena zvučnog tlaka. Kod telegrafske komunikacije poruka je tekst brzojava u obliku alfanumeričkog niza. Televizijska poruka je niz poruka okvira koje objektiv fotoaparata "vidi" i bilježi ih brzinom slike. Velika većina poruka koje se nedavno prenose sustavima za prijenos informacija su numerički nizovi, tekst, grafika i audio i video datoteke.

Informacijski signali

Prijenos informacija moguć je ako ima fizički medij, čije se karakteristike mijenjaju ovisno o sadržaju prenesene poruke, tako da prevladaju prijenosni kanal s minimalnim izobličenjem i da ga primatelj može prepoznati. Te promjene u fizičkom nosaču podataka čine informacijski signal.

Danas je prijenos i obrada informacija pojavljuju se uz pomoć električnih signala u žičnim i radio komunikacijskim kanalima, kao i zbog optičkih signala u svjetlovodnim linijama.

Analogni i digitalni signali

Općenito poznat primjer analognog signala, tj. stalno mijenjajući se u vremenu, napon je uzet iz mikrofona, koji nosi govornu ili glazbenu informativnu poruku. Može se pojačavati i prenositi žičnim kanalima do sustava za reprodukciju zvuka u koncertnoj dvorani, koji nose govor i glazbu od pozornice do publike u galeriji.

Ako se, u skladu s veličinom napona na izlazu mikrofona, amplituda ili frekvencija visokofrekventnih električnih oscilacija u radijskom odašiljaču neprestano mijenjaju u vremenu, moguće je prenijeti analogni radio signal preko zraka. Televizijski odašiljač u analognom televizijskom sustavu generira analogni signal u obliku napona proporcionalnog trenutnoj svjetlini elemenata slike koje opaža objektiv kamere.

Međutim, ako se analogni napon iz mikrofona šalje kroz digitalno-analogni pretvarač (DAC), tada njegov izlaz više neće biti kontinuirana funkcija vremena, već slijed uzoraka tog napona, uzet u pravilnim intervalima s frekvencijom uzorkovanja. Osim toga, DAC također izvodi kvantizaciju na razini početnog napona, zamjenjujući cijeli mogući raspon njegovih vrijednosti s konačnim skupom vrijednosti određenih brojem binarnih znamenki njegovog izlaznog koda. Pokazuje se da se kontinuirana fizikalna veličina (u ovom slučaju ovaj napon) pretvara u niz digitalnih kodova (digitaliziranih), a zatim se već u digitalnom obliku može pohraniti, obraditi i prenijeti preko mreža prijenosa informacija. To značajno povećava brzinu i otpornost na buku takvih procesa.

Kanali prijenosa informacija

Obično se ovaj pojam odnosi na kompleks tehničkih sredstava koja su uključena prijenos podataka od izvora do prijemnika i medija između njih. Struktura takvog kanala, koristeći tipična sredstva prijenosa informacija, predstavljena je sljedećim slijedom transformacija:

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

ovdje:

• AI je izvor informacija: osoba ili drugo živo biće, knjiga, dokument, slika na neelektronskom mediju (platno, papir) itd.

• PS - pretvarač informativnih poruka do signala obavještavanja, koji obavlja prvu fazu prijenosa podataka. Mikrofoni, televizijske i video kamere, skeneri, faks uređaji, PC tipkovnice, itd. Mogu djelovati kao računala.

• KI - koder informacija u informacijskom signalu koji smanjuje količinu (kompresiju) informacija kako bi povećao brzinu prijenosa ili smanjio frekvencijski pojas potreban za prijenos. Ova veza nije obavezna, kao što je prikazano u zagradama.

• QC - koder za povećavanje otpornosti informacijskog signala na buku.

• M je modulator signala za promjenu karakteristika signala srednje nositelja ovisno o veličini informacijskog signala. Tipičan primjer je amplitudna modulacija nosivog signala visoke noseće frekvencije, ovisno o veličini niskonaponskog signala.

• LPI je linija prijenosa informacija koja predstavlja skup fizičkog medija (na primjer, elektromagnetsko polje) i tehničkih sredstava za promjenu stanja kako bi se odašiljač prenio na prijemnik.

• DM - demodulator za odvajanje informacijskog signala od nosivog signala. Prisutan samo u prisutnosti M.

• DK-kanalni dekoder za otkrivanje i / ili ispravljanje pogrešaka u informacijskom signalu koji se dogodio na LPI. Prisutan samo u prisutnosti QC-a.

• DI - dekoder informacija. Prisutan samo u prisutnosti CI.

• PI - primatelj informacija (računalo, pisač, zaslon itd.).

Ako je prijenos informacija dvosmjerni (duplex kanal), onda na obje strane LPI-a postoje blok modemi (MOD-DEMO), koji kombiniraju M i DM veze, kao i kodne blokove (CODER-Docoder), kombinirajući kodere (KI i CC). i dekoderi (DI i DC).

Značajke prijenosnih kanala

Glavne značajke kanala uključuju propusnost i otpornost na buku.

U kanalu je informacijski signal izložen buci i smetnjama. One mogu biti uzrokovane prirodnim uzrocima (na primjer, atmosferskim za radijske kanale) ili ih mogu posebno stvoriti neprijatelji.

Prijenos interferencijskih kanala poboljšan je korištenjem različitih vrsta analognih i digitalnih filtara za odvajanje informacijskih signala od buke, kao i posebnih metoda za prijenos poruka koje minimaliziraju utjecaj buke. Jedna od tih metoda je dodavanje dodatnih znakova koji ne nose korisne sadržaje, ali pomažu u kontroli ispravnosti poruke, kao iu ispravljanju pogrešaka u njoj.

Širina pojasa kanala jednaka je maksimalnom broju binarnih simbola (kbps) koji im se prenose u odsutnosti interferencije u jednoj sekundi. Za različite kanale varira od nekoliko kbps do stotina Mbit / s i određena je njihovim fizičkim svojstvima.

Teorija prijenosa informacija

Claude Shannon autor je posebne teorije kodiranja prenesenih podataka, koja je otkrila metode za rješavanje problema buke. Jedna od glavnih ideja te teorije je potreba za redundancijom digitalnog koda koji se prenosi duž prijenosnih linija informacija. To omogućuje gubitak nekog dijela koda u procesu prijenosa kako bi se povratio gubitak. Takvi kodovi (digitalni informacijski signali) nazivaju se šumovima. Međutim, redundancija koda ne može biti prevelika. To dovodi do činjenice da prijenos informacija dolazi s kašnjenjima, kao i porastom troškova komunikacijskih sustava.

Digitalna obrada signala

Druga važna komponenta teorije prijenosa informacija je sustav metoda digitalne obrade signala u prijenosnim kanalima. Te metode uključuju algoritme za digitalizaciju izvornih analognih informacijskih signala s određenom učestalošću uzorkovanja utvrđenu na temelju Shannonovog teorema, kao i metode za generiranje šumno otpornih nosivih signala na njihovoj osnovi za prijenos preko komunikacijskih linija i digitalno filtriranje primljenih signala kako bi ih se odvojilo od interferencije.