Prenos informacij. Kanali prenosa informacij

Prenos informacij je izraz, ki združuje množico fizičnih procesov gibanja informacij v prostoru. V vsakem od teh procesov so vključene komponente, kot sta vir in sprejemnik podatkov, fizični pomnilniški medij in kanal (medij) njegovega prenosa.

Postopek prenosa informacij

Začetni podatkovni vsebniki so različna sporočila, ki se prenašajo iz svojih virov na sprejemnike. Med njimi in kanali prenosa informacij. Posebne tehnične naprave - pretvorniki (kodirniki) tvorijo fizične podatkovne nosilce - signale, ki temeljijo na vsebini sporočil. Slednji so podvrženi različnim transformacijam, vključno s kodiranjem, stiskanjem, modulacijo in nato poslanimi komunikacijskim linijam. Po prehodu skozi njih signali doživljajo inverzne transformacije, vključno z demodulacijo, razpakiranjem in dekodiranjem, zaradi česar se iz njih razlikujejo izvirna sporočila, ki jih zaznavajo sprejemniki.

Informacijska sporočila

Sporočilo je nekakšen opis pojava ali predmeta, izraženo v obliki niza podatkov z znaki začetka in konca. Nekatera sporočila, kot sta govor in glasba, so stalne funkcije časa zvočnega tlaka. Pri telegrafski komunikaciji je sporočilo besedilo telegrama v obliki alfanumeričnega zaporedja. Televizijsko sporočilo je zaporedje sporočil v okvirju, ki jih objektiv fotoaparata »vidi« in jih posname s hitrostjo sličic. Velika večina sporočil, ki se v zadnjem času prenašajo prek sistemov za prenos informacij, so številčne matrike, besedilo, grafika in tudi avdio in video datoteke.

Informacijski signali

Prenos informacij je mogoč, če ima fizični medij, katerega značilnosti se spreminjajo glede na vsebino poslanega sporočila, tako da premagajo prenosni kanal z minimalnim popačenjem in ga lahko prepozna. Te spremembe v fizičnem nosilcu podatkov tvorijo informacijski signal.

Danes je prenos in obdelavo informacij pojavijo se s pomočjo električnih signalov v žičnih in radijskih komunikacijskih kanalih ter optičnih signalov v optičnih vodih.

Analogni in digitalni signali

Splošno znan primer analognega signala, t.j. stalno spreminjajoče se v času, je napetost, vzeta iz mikrofona, ki nosi govorno ali glasbeno informativno sporočilo. Lahko se ojača in prenaša po žičnih kanalih v zvočno reprodukcijske sisteme koncertne dvorane, ki nosijo govor in glasbo od odra do občinstva v galeriji.

Če se v skladu z magnitudo napetosti na izhodu mikrofona amplituda ali frekvenca visokofrekvenčnih električnih nihanj v radijskem oddajniku stalno spreminja, je možno oddati analogni radijski signal. Televizijski oddajnik v analognem televizijskem sistemu generira analogni signal v obliki napetosti, ki je sorazmerna s trenutno svetlostjo slikovnih elementov, ki jih zaznava objektiv kamere.

Če pa se analogna napetost iz izhoda za mikrofon prenaša prek digitalno-analognega pretvornika (DAC), potem njegov izhod ne bo več neprekinjeno delovanje časa, temveč zaporedje vzorcev te napetosti, ki se vzamejo v rednih intervalih s frekvenco vzorčenja. Poleg tega DAC izvede tudi kvantizacijo na ravni začetne napetosti, pri čemer celotno možno območje vrednosti nadomesti s končnim nizom vrednosti, ki jih določa število binarnih številk njegove izhodne kode. Izkazalo se je, da se kontinuirana fizikalna količina (v tem primeru ta napetost) pretvori v zaporedje digitalnih kod (digitaliziranih), nato pa se lahko že v digitalni obliki shrani, obdela in prenese preko informacijskih prenosnih omrežij. To znatno poveča hitrost in odpornost proti hrupu takih procesov.

Kanali prenosa informacij

Običajno se ta izraz nanaša na kompleks tehničnih sredstev, ki so vključena v prenos podatkov od vira do sprejemnika in medija med njimi. Struktura takšnega kanala s tipičnimi sredstvi prenosa informacij je predstavljena z naslednjim zaporedjem transformacij:

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

Tukaj:

• AI je vir informacij: oseba ali drugo živo bitje, knjiga, dokument, slika na neelektronskem mediju (platno, papir) itd.

• PS - pretvornik informativnih sporočil za informiranje, ki izvaja prvo fazo prenosa podatkov. Mikrofoni, televizijske in video kamere, skenerji, faksi, računalniške tipkovnice itd. Lahko delujejo kot osebni računalniki.

• KI - kodirnik informacij v informacijskem signalu za zmanjšanje količine (stiskanja) informacij, da bi povečali hitrost prenosa ali zmanjšali frekvenčni pas, ki je potreben za prenos. Ta povezava ni obvezna, kot je prikazano v oklepajih.

• QC - kanalni koder za povečanje odpornosti informacij na signal.

• M je modulator signala za spreminjanje karakteristik vmesnih nosilnih signalov glede na velikost informacijskega signala. Tipičen primer je amplitudna modulacija nosilnega signala visoke nosilne frekvence, odvisno od velikosti nizkofrekvenčnega signala.

• LPI je prenosna linija informacij, ki predstavlja kombinacijo fizičnega medija (npr. Elektromagnetnega polja) in tehničnih sredstev za spreminjanje njegovega stanja za prenos nosilnega signala v sprejemnik.

• DM - demodulator za ločevanje informacijskega signala od nosilnega signala. Prisotni samo v prisotnosti M.

• DK-kanalni dekoder za zaznavanje in / ali popravljanje napak v informacijskem signalu, ki je nastal na LPI. Prisotni samo v prisotnosti QC.

• DI - dekoder informacij. Prisotno samo v prisotnosti CI.

• PI - sprejemnik informacij (računalnik, tiskalnik, zaslon itd.).

Če je prenos informacij dvosmerni (duplex kanal), potem na obeh straneh LPI obstajajo blok modemi (MOD-DEMO), ki združujejo povezave M in DM, kot tudi kodne bloke (CODER-Docoder), ki združujejo koder (KI in CC). in dekoderji (DI in DC).

Značilnosti prenosnih kanalov

Glavne značilnosti kanalov vključujejo pasovno širino in imunost proti hrupu.

V kanalu je informacijski signal izpostavljen hrupu in motnjam. Lahko jih povzročijo naravni vzroki (npr. Atmosferski za radijske kanale) ali pa jih sovražnik posebej ustvarja.

Prenos interferenčnih kanalov je izboljšan z uporabo različnih vrst analognih in digitalnih filtrov za ločevanje informacijskih signalov od hrupa, kot tudi posebnih metod za prenos sporočil, ki zmanjšajo učinek hrupa. Ena od teh metod je dodajanje dodatnih znakov, ki ne nosijo uporabne vsebine, ampak pomagajo nadzorovati pravilnost sporočila in popravljati napake v njem.

Pasovna širina kanala je enaka največjemu številu binarnih simbolov (kbps), ki se jim posredujejo v odsotnosti motenj v eni sekundi. Za različne kanale se giblje od nekaj kbps do več sto Mbit / s in je določena z njihovimi fizičnimi lastnostmi.

Teorija prenosa informacij

Claude Shannon je avtor posebne teorije kodiranja posredovanih podatkov, ki je odkril metode za ravnanje s hrupom. Ena glavnih zamisli te teorije je potreba po redundanci digitalne kode, ki se prenaša po prenosnih informacijah. To omogoča izgubo določenega dela kode v postopku prenosa, da se izterja izguba. Takšne kode (digitalni informacijski signali) se imenujejo šumenje. Toda redundance kode ni mogoče pretirano povečati. To vodi v dejstvo, da prenos informacij prihaja z zamudami, pa tudi k zvišanju stroškov komunikacijskih sistemov.

Digitalna obdelava signalov

Druga pomembna komponenta teorije prenosa informacij je sistem metod za digitalno obdelavo signalov v prenosnih kanalih. Te metode vključujejo algoritme za digitalizacijo izvirnih analognih informacijskih signalov z določeno frekvenco vzorčenja, določeno na podlagi Shannonovega izreka, in metode za generiranje hrupno odpornih nosilnih signalov na njihovi podlagi za prenos preko komunikacijskih linij in digitalno filtriranje sprejetih signalov, da bi jih ločili od motenj.