1. Основы передачи информации

Известно, что любой сигнал, будь то свет костра, телеграмма, написанный текст и т.д., несет какое-либо сведение или сообщение. Одним словом - информацию. Таким образом, сигнал есть средство передачи информации.

Любой переданный сигнал переносится либо энергией, либо веществом. Это либо акустическая волна (звук), либо электромагнитные излучения (свет, радиоволна), либо лист бумаги (написанный текст), либо каменная скрижаль с выбитыми на ней магическими знаками. Но ни переданная энергия, ни посланное вещество, как уже говорилось, сами по себе никакого значения не имеют, они служат лишь носителями информации. Истрепанная книжка, если в ней нет вырванных страниц, несет ровно столько же информации, сколько такая же новая. Каменная скрижаль весом в три тонны содержит столько же информации, сколько ее хороший фотоснимок в археологическом журнале. Следовательно, мощность сигнала, так же как и вес носителя, никак не могут служить мерой ценности информации, переносимой сигналом.

1.1. Системы передачи информации

Любая система передачи информации (система связи) может быть представлена следующей структурной схемой (рис. 2)

. Источник информации вырабатывает сообщение (звуковые колебания, текст документа в виде отраженной световой энергии, изображение предмета и т.д.). В источнике сигнала (преобразователе) эти сообщения преобразуются в сигналы (электрические, звуковые, световые и т.д.), имеющие форму, удобную для передачи по каналу связи. Назначение канала связи - перенос сигнала из одной точки пространства в другую без искажений.

В приемнике с сигналом производятся преобразования, обратные тем, которые осуществлялись в источнике сигнала, а также те, которые необходимы для устранения искажений, наведенных помехами и средствами канала.

Рассмотренную систему называют системой связи. Часть системы связи, состоящую из источника сигнала, среды и приемника сигнала, служащую лишь для передачи (переноса) информации, называют каналом передачи информации.

К основным информационным характеристикам канала передачи относятся:

- местоположение начала и конца канала;

- форма передаваемой информации (дискретная, непрерывная) в звеньях канала;

— структура канала передачи (датчик, кодер, модулятор, линия, демодулятор, декодер, устройства фиксации и др.);

— вид канала (телефонный, телеграфный, телевизионный и др.);

- скорость передачи и объем передаваемой информации;

- способы преобразования информации в звеньях канала передачи (методы модуляции,

кодирования и т.д.);

- пропускная способность канала;

- емкость канала.

Кроме того, классификация каналов передачи возможна по следующим признакам:

- по виду сигналов и способу передачи: телефонные, телеграфные, передачи данных, телеметрические, радиосигналы, телевизионные, специальные;

- по исполнению: проводные, кабельные, световодные, радио и др;

- по принципу действия: электромагнитные, оптические, акустические.

Рассмотрим параметры канала передачи. Они определяются физической структурой канала, его типом и режимом использования.

Ширина полосы пропускания (частотный спектр) канала F меняется от 3100 Гц для линии телефонного типа до 8 МГц для телевидения и до сотен мегагерц для оптических линий связи.

Превышение сигнала над помехой в канале (динамический диапазон) D, определяемое соотношением мощностей сигнала и помехи в канале, - способность канала передавать различные уровни сигнала. Этот параметр связан с расчетным уровнем помех, возможностями модуляции. D ограничивает дальность передачи, возможность выявления сигнала на фоне помех. Дальность определяется по формуле

где рк и Рп - средние мощности сигнала и помехи в канале на входе в приемник.

Длительность передачи по каналу Т - интервал времени, на который канал предоставлен для передачи конкретного сигнала (сообщения).

Объем канала (емкость) V определяется произведением рассмотренных параметров

V = F D Т

Передаваемый сигнал также можно характеризовать совокупностью параметров:

- шириной спектра сигнала fс;

- превышением сигнала над помехой Dc;

- длительностью существования Тс.

Объем сигнала также можно представить как

Vс = Fс Dс Тс

Канал должен обеспечить неискаженную передачу сигнала, т.е. должно быть выполнено согласование канала с параметрами сигнала,

V ? Vc

Каждый канал имеет определенное значение количества информации, которое может быть передано по нему.

Предельное значение количества информации, которое может быть передано по каналу связи, обладающему полосой пропускания fk, определяется формулой Шеннона:

где Рс - средняя мощность сигнала,

Рш - мощность шумов с равномерным частотным спектром.

Приведенная формула показывает, что максимальное количество информации, которое может быть передано по каналу связи, определяется полосой пропускания канала и отношением сигнал /помеха. Путем повышения мощности сигнала (при прочих равных условиях) можно увеличить количество передаваемой информации.