Передача інформації - термін, який би безліч фізичних процесів переміщення інформації в просторі. У будь-якому з цих процесів задіяні такі компоненти, як джерело і приймач даних, фізичний носій інформації та канал (середа) її передачі.
Процес передачі інформації
Вихідними вместилищами даних є різні повідомлення, що передаються від їх джерел до приймачів. Між ними і розташовані канали передачі інформації. Спеціальні технічні пристрої-перетворювачі (кодери) формують на основі змісту повідомлень фізичні носії даних - сигнали. Останні піддаються цілому ряду перетворень, включаючи кодування, стиснення, модуляцію, а потім направляються в лінії зв`язку. Пройшовши через них, сигнали проходять зворотні перетворення, включаючи демодуляцию, розпакування і декодування, в результаті чого з них виділяються вихідні повідомлення, що сприймаються приймачами.
Інформаційні повідомлення
Повідомлення - це певний опис явища або об`єкта, виражене у вигляді сукупності даних, що має ознаки початку і кінця. Деякі повідомлення, наприклад, мова і музика, являють собою безперервні функції часу звукового тиску. При телеграфного зв`язку повідомлення - це текст телеграми у вигляді буквено-цифровий послідовності. Телевізійне повідомлення - це послідовність повідомлень-кадрів, які «бачить» об`єктив телекамери і фіксує їх з частотою проходження кадрів. Переважна частина переданих останнім часом через системи передачі інформації повідомлень представляють собою числові масиви, текстові, графічні, а також аудіо- та відеофайли.
Інформаційні сигнали
Передача інформації можлива, якщо у неї є фізичний носій, характеристики якого змінюються в залежності від вмісту переданого повідомлення таким чином, щоб вони з мінімальними спотвореннями подолали канал передачі і могли бути розпізнані приймачем. Ці зміни фізичного носія даних утворюють інформаційний сигнал.
Сьогодні передача і обробка інформації відбуваються за допомогою електричних сигналів в дротяних і радіоканалах зв`язку, а також завдяки оптичним сигналам в ВОЛЗ.
Аналогові і цифрові сигнали
Широко відомим прикладом аналогового сигналу, тобто безперервно змінюється в часі, є напруга, що знімається з мікрофона, яке несе мовна або музичне інформаційне повідомлення. Воно може бути посилено і передано по провідним каналам на звуковідтворюючі системи концертного залу, які донесуть мова і музику зі сцени до глядачів на гальорці.
Якщо відповідно до величини напруги на виході мікрофона безперервно в часі змінювати амплітуду або частоту високочастотних електричних коливань в радіопередавачі, то можна здійснити передачу в ефір аналогового сигналу. Телепередавач в системі аналогового телебачення формує аналоговий сигнал у вигляді напруги, пропорційного поточної яскравості елементів зображення, сприйманого об`єктивом телекамери.
Однак якщо аналогове напруга з виходу мікрофона пропустити через цифроаналоговий перетворювач (ЦАП), то на його виході вийде вже не безперервна функція часу, а послідовність відліків цього напруги, взятих через рівні проміжки часу з частотою дискретизації. Крім того, ЦАП виконує ще й квантування за рівнем вихідного напруги, замінюючи весь можливий діапазон його значень кінцевим набором величин, що визначаються числом двійкових розрядів свого вихідного коду. Виходить, що безперервна фізична величина (в даному випадку це напруга) перетворюється в послідовність цифрових кодів (оцифровується), і далі вже в цифровому вигляді може зберігатися, оброблятися і передаватися через мережі передачі інформації. Це істотно підвищує швидкість і стійкість подібних процесів.
Канали передачі інформації
Зазвичай під цим терміном розуміються комплекси технічних засобів, задіяних в передачі даних від джерела до приймача, а також середовище між ними. Структура такого каналу, що використовує типові засоби передачі інформації, представлена такою послідовністю перетворень:
ІІ - ПС - (КІ) - КК - М - ЛПІ - ДМ - ДК - ДІ - ПС
тут:
• ІІ - джерело інформації: людина або інше жива істота, книга, документ, зображення на неелектронного носії (полотно, папір) і т.д.
• ПС - перетворювач інформповідомлення в інформсігнал, що виконує першу стадію передачі даних. Як ПС можуть виступати мікрофони, теле- і відеокамери, сканери, факси, клавіатури ПК і т. Д.
• КІ - кодер інформації в інформсігнале для скорочення обсягу (стиснення) інформації з метою підвищити швидкість її передачі або скоротити смугу частот, необхідну для передачі. Дане ланка необов`язково, що показано дужками.
• КК - канальний кодер для підвищення перешкодозахищеності інформсігнала.
• М - сигнальний модулятор для зміни характеристик проміжних сигналів-носіїв в залежності від величини інформсігнала. Типовий приклад - амплітудна модуляція сигналу-носія високої несучої частоти в залежності від величини низькочастотного інформсігнала.
• ЛПІ - лінія передачі інформації, що становить сукупність фізичної середовища (наприклад, електромагнітне поле) і технічних засобів для зміни її стану з метою передачі сигналу-носія до приймача.
• ДМ - демодулятор для відділення інформсігнала від сигналу-носія. Присутній тільки при наявності М.
• ДК - канальний декодер для виявлення і / або виправлення помилок в інформсігнале, що виникли на ЛПІ. Присутній тільки при наявності КК.
• ДІ - декодер інформації. Присутній тільки при наявності КІ.
• ПІ - приймач інформації (комп`ютер, принтер, дисплей і т. Д.).
Якщо передача інформації двостороння (канал дуплексний), то по обидва боки ЛПІ є блоки-модеми (МОдулятор-ДЕМодулятор), які об`єднують в собі ланки М і ДМ, а також блоки-кодеки (кодер-декодер), які об`єднують кодери (КІ і КК) і декодери (ДІ і ДК).
Характеристики каналів передачі
До основних відмінних рис каналів належать пропускна здатність і перешкодозахищеність.
У каналі інформсігнал піддається дії шумів і перешкод. Вони можуть бути викликані природними причинами (наприклад, атмосферними для радіоканалів) або бути спеціально створеними противником.
Перешкодозахищеність каналів передачі підвищують шляхом використання різного роду аналогових і цифрових фільтрів для відділення інформсігналов від шуму, а також спецметоди передачі повідомлень, які мінімізують вплив шумів. Одним з таких методів є додавання зайвих символів, що не несуть корисного змісту, але допомагають контролювати правильність повідомлення, а також виправляти в ньому помилки.
Пропускна здатність каналу дорівнює максимальній кількості двійкових символів (кбіт), переданих їм за відсутності перешкод за одну секунду. Для різних каналів вона варіюється від кількох кбіт / с до сотень Мбіт / с і визначається їх фізичними властивостями.
Теорія передачі інформації
Клод Шеннон є автором спеціальної теорії кодування переданих даних, який відкрив методи боротьби з шумами. Одна з основних ідей цієї теорії полягає в необхідності надмірності переданого по лініях передачі інформації цифрового коду. Це дозволяє при втраті якоїсь частини коду в процесі його передачі відновити втрату. Такі коди (цифрові інформсігнали) називаються перешкодостійкими. Однак надмірність коду можна доводити до занадто великій мірі. Це веде до того, що передача інформації йде з затримками, а також до подорожчання систем зв`язку.
Цифрова обробка сигналів
Іншою важливою складовою теорії передачі інформації є система методів цифрової обробки сигналів в каналах передачі. Ці методи включають алгоритми оцифровування вихідних аналогових інформсігналов з певною частотою дискретизації, яка визначається на основі теореми Шеннона, а також способи формування на їх основі перешкодозахисних сигналів-носіїв для передачі по лініях зв`язку і цифрової фільтрації прийнятих сигналів з метою відокремлення їх від перешкод.
