Сигналы и системы передачи информации

Процесс передачи информации непосредственно связан с системой передачи информации, основой которой является сигнал. С точки зрения функционального назначения сигнал следует рассматривать как средство для передачи информации в пространстве и во времени, как некоторый материальный носитель информации.

Различают сигналы статические и динамические. Статические сигналы, в основном, предназначены для передачи информации во времени, т. е. для хранения информации с последующим ее использованием. Динамические сигналы служат, в основном, для передачи информации в пространстве. Это, например, акустические и электромагнитные волны.

Любой сигнал неразрывно связан с определенной материальной системой, называемой системой связи или системой передачи информации. Обычно под системой передачи информации понимают систему, типа указанной на рис.5.6. Она состоит из источника информации, передатчика, канала связи, приемника и потребителя информации.

Рис. 5.6. Система передачи информации

Источник информации вырабатывает информацию в форме сообщений. Будем считать, что с источником информации связано определенное множество сообщений. Генерация некоторого сообщения заключается в случайном выборе одного сообщения из множества возможных. Какое это конкретно будет сообщение, заранее не известно, по крайней мере, тому, для кого оно предназначается. Известно лишь, что сообщение принадлежит определенному множеству.

Множества возможных сообщений бывают различных типов. Это, например, конечные множества символов (в системах телеграфии и передачи данных), конечные наборы детерминированных функций времени, бесконечные множества, элементами которых являются значения некоторой физической величины или реализации физического процесса, и т. п. Сообщение, принадлежащее конечному или счетному множеству возможных сообщений, называется дискретным, а сообщение, выбираемое из несчетного множества, – непрерывным.

Передатчик преобразует сообщение в сигнал. В передатчике каждое из возможных сообщений на входе преобразуется в одно из возможных значений сигнала на выходе по строго установленному правилу. В телефонии, например, соответствие между возможными сообщениями и значениями сигнала устанавливает микрофон, который обеспечивает примерно линейную зависимость между акустическим давлением в зоне мембраны и электрическим током или напряжением в линии связи. В телеграфии каждому символу на входе передатчика ставится в соответствие определенный набор элементарных сигналов на его выходе. Правила, по которым осуществляется преобразование сообщения в сигнал, называются по-разному (модуляция, манипуляция, кодирование) в зависимости от типов сообщений и сигналов.

В качестве канала связи могут быть использованы двухпроводная электрическая линия связи (телефония, телеграфия, передачи данных), упругая воздушная или другая физическая среда (акустический канал) и др.

Собственно физическая среда, по которой передаются сигналы, называется линией связи; одна и та же линия связи может служить одновременно для реализации нескольких каналов (многоканальная связь).

В любом канале связи, кроме сигнала, генерируемого передатчиком рассматриваемой системы связи, действуют другие сигналы и родственные сигналу по своей физической природе случайные процессы. Эти посторонние сигналы и процессы накладываются на полезный сигнал и искажают его. Поэтому принимаемый сигнал на выходе канала связи отличается от входного передаваемого сигнала. На рис.5.6 это отражено выделением источника помех в виде отдельного блока.

Приемник осуществляет восстановление переданного источником информации сообщения по принятому сигналу. Естественно, что данная операция возможна, если известно правило преобразования сообщения в сигнал. На основании этого вырабатывается правило обратного преобразования сигнала в сообщение (демодуляция, декодирование), позволяющее в конечном счете выбрать на приемной стороне сообщение из известного множества возможных сообщений, в идеальном случае полностью совпадающего с переданным сообщением. Однако так бывает не всегда; вследствие искажений принятого сигнала возможна ошибка при восстановлении сообщения.

Потребитель информации в системах связи – это либо непосредственно человек, либо технические средства, связанные с человеком.