На этом шаге мы рассмотрим передачу информации по каналу связи с помехами.
Ранее источник информации был определен как объект или субъект, порождающий информацию и представляющий ее в виде сообщения, т.е. последовательности сигналов. При этом человек в информационном взаимодействии с окружающей средой ограничен возможностями собственных органов чувств. Однако спектр процессов, на основе которых производится передача информации, может быть расширен за счет использования средств связи.
Средства связи – совокупность устройств, обеспечивающих преобразование первичного сообщения от источника информации в сигналы заданной физической природы, их передачу, прием и представление в форме удобной потребителю.
Средств связи существует множество: почта, телефон, радио, телевидение, компьютерные сети и пр. Однако при всем разнообразии их конкретной реализации можно выделить общие элементы, представленные на рисунке 1.
Источник информации (ИИ) выдает ее в виде первичного сообщения, представленного последовательностью первичных сигналов. Для дальнейшей передачи эти сигналы преобразуются в сигналы такой физической природы, которые могут распространяться в заданном материальном носителе – формируется вторичное сообщение. Примерами преобразователей являются: мегафон или телефонный аппарат, преобразующие голосовые сигналы в электрические; радиопередатчик, преобразующие голосовые сигналы в радиоволны; телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов; модем, переводящий высокочастотные компьютерные сигналы в аналоговые низкочастотные и обратно, и пр. В общем случае при преобразовании выходные сигналы не полностью воспроизводят все особенности первичного сообщения, а лишь его существенные стороны, т.е. при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человечески ухом, лежат в интервале 16 – 20000 Гц (т.е. телефонные линии "обрезают" высокие частоты, что приводит к искажениям звука); в черно-белом телевидении при преобразовании теряется цвет изображения. Именно в связи с возможными потерями встает задача выработки таких способов представления и последующего преобразования первичного сообщения, которые обеспечивали бы возможно более полную сохранность исходной информации и, одновременно, согласование со скоростью передачи информации по данной линии связи.
При необходимости перед преобразованием или в процессе его может осуществляться кодирование первичного сообщения кодером (К). Кодирование (точнее, первичное кодирование) может осуществляться непосредственно источником информации, например, человеком при работе на передатчике с использованием азбуки Морзе. Возможно совмещение кодера с преобразователем, например, при работе человека за клавиатурой телеграфного аппарата или компьютера он вводит знаки естественного языка, а уже устройством они переводятся в коды, которые затем передаются.
Непосредственная передача осуществляется передатчиком вторичного сообщения. Он инициирует некоторый нестационарный процесс, обеспечивающий распространение сигналов в канале связи.
Канал связи – это материальная среда, а также физический или иной процесс, посредством которого осуществляется передача сообщения, т.е. распространение сигналов в пространстве с течением времени.
Каналы связи в зависимости от характера сигналов, передаваемых по ним подразделяются на дискретные и аналоговые. Примером дискретного канала является компьютерная сеть; аналогового – телефонная линия и радиоканал.
Ниже приведены примеры некоторых каналов связи.
| Канал связи | Среда | Носитель сообщения | Процесс, используемый для передачи сообщения |
|---|---|---|---|
| Почта, курьеры | Среда обитания человека | Бумага | Механическое перемещение носителя |
| Телефон, компьютерные сети | Проводник | Электрический ток | Перемещение электрических зарядов |
| Радио, телевидение | Электромагнитное поле | Электромагнитные волны | Распространение электромагнитных волн |
| Зрение | Электромагнитное поле | Световые волны | Распространение световых волн |
| Слух | Воздух | Звуковые волны | Распространение звуковых волн |
| Обоняние, вкус | Воздух, пища | Химические вещества | Химические реакции |
| Осязание | Поверхность кожи | Объект, воздействующий на органы осязания | Теплопередача, давление |
Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы и, следовательно, связанная с ними информация. Такие воздействия называются шумами (помехами). Источники помех могут быть внешними, например, так называемые "наводки" от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений, приводящие к появлению нарушений в радиосвязи; одновременное действие нескольких близко расположенных однотипных источников (одновременный разговор нескольких человек). К помехам могут приводить и внутренние особенности данного канала, например, физические неоднородности носителя; паразитные явления в шинах; процессы затухания сигнала в линии связи из-за большой удаленности. Если уровень помех оказывается соизмерим с интенсивностью несущего сигнала, то передача информации по данному каналу оказывается вообще невозможной. Однако и при относительно низких уровнях шумов они могут вызывать искажения передаваемых сигналов и, следовательно, частичную потерю связанной с ними информации. Существуют и применяются методы защиты от помех, например, экранирование электрических линий связей; улучшение избирательности приемного устройства и т.д. Другим способом защиты от помех является использование специальных методов кодирования информации, о чем речь пойдет ниже.
После прохождения вторичного сообщения по каналу связи оно попадает в приемное устройство, где одновременно преобразуется в форму, необходимую для дальнейшей интерпретации. Если перед передачей применялось кодирование, после приема вторичное сообщение направляется в декодер (ДК) и лишь затем – к получателю (потребителю) информации. При этом декодер может быть совмещен с преобразователем (например, телеграфный аппарат или компьютер) или с приемником информации (радист, принимающий сигналы азбуки Морзе и интерпретирующий их).
Понятие линия связи охватывает все элементы представленной на рисунке 1 схемы от источника до приемника информации, то есть:
линия связи – это совокупность средств связи и канала связи, посредством которых осуществляется передача информации от источника к приемнику.
Характеристиками любой линии связи являются скорость, с которой возможна передача сообщения в ней, а также степень искажения сообщения в процессе передачи. Из этих параметров вычленим те, что относятся непосредственно к каналу связи, т.е. характеризуют среду и процесс передачи. При этом мы затронем только вопросы передачи по дискретному каналу связи.
На следующем шаге мы рассмотрим характеристики дискретного канала связи.
