Обобщенная схема системы передачи информации

Обобщенная структурная схема системы передачи информации (СПИ) изображена на рис.. В ее состав входят источник сообщений и получатель сообщений, передающее и приемное устройства, линия связи.

Рисунок. Обобщенная схема передачи информации

Использование информации для решения каких-либо задач, сопряжено с необходимостью ее распространения, т.е. осуществления процессов передачи и приема. При этом приходится решать проблему согласования метода кодирования с характеристиками канала связи, а также обеспечить защиту передаваемой информации от возможных искажений.

Передача сообщения от источника к приемнику всегда связывается с некоторым процессом, происходящим в материальной среде – это условие является обязательным, поскольку сама информация материальным объектом или формой существования материи не является.

Система передачи информации — совокупность технических средств (передатчик, приемник, линия связи), обеспечивающих возможность передачи сообщений от источника к получателю.

Источник сообщений

Источник сообщений в общем случае образует совокупность источника информации ИИ (исследуемого или наблюдаемого объекта) и преобразователя сообщений (ПрС).

Источник информации должен представить ее в виде сообщения. При этом для представления информации он должен использовать некоторую систему кодирования.

Преобразователь сообщений может выполнять две функции:

- преобразование сообщения любой физической природы (изображение, звуковой сигнал и т. п.) в первичный электрический сигнал S(t).

- преобразование большого объема алфавита сообщений в малый объем алфавита первичного сигнала (кодирование). При отсутствии помех это дает выигрыш во времени передачи данных или в объеме ЗУ, то есть повышает эффективность системы (оптимальное, эффективное кодирование). Например, 32 буквы русского алфавита передаются посредством двух символов алфавита первичного сигнала — «О» и «1» или «-1» и «1». В этом случае первичный сигнал, однозначно соответствующий сообщению, представляет собой код (кодовую комбинацию) из символов первичного сигнала.

Так как преобразователь сообщений наряду с преобразованием сообщения в электрический сигнал осуществляет и его кодирование, то ПрС иногда называют кодером (кодирующим устройством) источника (КИ) .

В одних СПИ преобразователь сообщения выполняет обе функции (например, телеграфия) — преобразование и кодирование, в других (например, телефония) — только преобразование сообщения в электрический сигнал.

Задача источника сообщений – кодирование в узком смысле (алфавитное кодирование).

Проблемы – построение оптимального эффективного кода.

Передающее устройство

Определение Передающее устройство обеспечивает преобразование сообщения в сигнал, передаваемый по линии связи.

В общем случае передающее устройство состоит из кодирующего устройства (кодера канала) и модулятора.

КУ (КК) обеспечивает помехоустойчивое кодирование.

Сущность помехоустойчивого кодирования состоит в том, что в кодовую комбинацию первичного сигнала по определенному правилу вводятся дополнительные, избыточные символы, которые не несут информации о передаваемом сообщении. Однако использование при передаче этих дополнительных символов позволяет на приемной стороне обнаруживать и исправлять искаженные помехами символы первичного сигнала, что увеличивает достоверность передачи информации.

Модем

Модем содержит генератор высокой частоты, который вырабатывает первичный сигнал S(t).

Первичный электрический сигнал, как правило, непосредственно не передается по линии связи. В передатчике первичный сигнал S(t) преобразуется во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для передачи по линии связи. Такое преобразование осуществляется посредством модулятора (М), который изменяет один из параметров высокочастотного колебания, генерируемого генератором высокой частоты, в соответствии с изменением первичного сигнала S(t) .

Задача:

- помехоустойчивое кодирование

- на выходе получить сигнал модулированный кодовой комбинацией согласованный с характеристиками лини связи.

Проблемы

- выбор метода помехоустойчивого кодирования и вида модуляции.

- В общем случае при преобразовании выходные сигналы не полностью воспроизводят все особенности сообщения на входе, а лишь его существенные стороны.

Например, полоса пропускания частот при телефонной связи от 300 до 3400 Гц, в то время, как частоты человеческого голоса лежат в интервале 16–20000 Гц (т.е. телефонные линии «обрезают» высокие частоты голоса, что приводит к его искажениям); в черно-белом телевидении при преобразовании терялся цвет изображения.

Именно в связи с этим встает задача выработки такого способа кодирования сообщения, который обеспечивал бы возможно более полное представление исходной информации и, в то же время, был согласован со скоростью передачи информации по данной линии связи.

Линия связи

Определение Линия связи — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Такой средой могут быть кабель, волновод или область пространства, в которых распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

Задача Обеспечить распространение сигналов в пространстве и (или) во времени.

Проблемы В процессе передачи сигнала по линии связи он искажается помехой и на входе приемника отличается по форме от переданного.

Помехи. Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы и, следовательно, связанное с ними сообщение. Такие воздействия называются шумами (помехами).

Источники помех могут быть внешними, например,

- так называемые «наводки» от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений, приводящие к появлению помех в радиосвязи;

- одновременное действие нескольких близкорасположенных однотипных источников (одновременный разговор нескольких человек).

К помехам могут приводить и внутренние особенности данного канала, например,

- физические неоднородности носителя;

- 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 приводить к искажениям передаваемого сигнала. Существуют и применяются методы защиты от помех, например, экранирование электрических линий связей; улучшение избирательности приемного устройства и т.д.

Совокупность средств, предназначенных для передачи сообщений, называют каналом связи. Для передачи информации от группы источников, сосредоточенных в одном пункте, к группе получателей, расположенных в другом пункте, часто целесообразно использовать только одну линию связи, организовав на ней требуемое число каналов. Такие системы называют многоканальными.

Приемное устройство

Определение Приемное устройство обрабатывает принимаемый сигнал и восстанавливает по нему переданное сообщение.

Состоит из линейного каскада и решающей схемы (ДМ+ДКУ).

Принимаемый полезный высокочастотный сигнал фильтруется и усиливается линейными каскадами (ЛК) приемного устройства и поступает на демодулятор (ДМ), в котором высокочастотный сигнал преобразуется в низкочастотный первичный сигнал.

В декодирующем устройстве (ДКУ) :

1. низкочастотный сигнал преобразуется в кодовую комбинацию символов первичного сигнала.

2. осуществляются обнаружение и исправление искаженных символов первичного сигнала. Эта операция осуществляется в случае использования на передающей стороне помехоустойчивого кодирования.

В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции решающая схема по пришедшему искаженному вторичному сигналу определяет наиболее вероятный переданный первичный сигнал и восстанавливает его. В этих системах решающей схемой является демодулятор, а декодирующее устройство в структурной схеме приемника отсутствует.

В системах передачи дискретных сообщений решающая схема состоит из двух частей — демодулятора и декодирующего устройства. В некоторых СПИ роль решающей схемы полностью или частично выполняет человек.

Задача - получить кодовую комбинацию символов первичного сигнала, соответствующую переданному сообщению.

Проблемы В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать ряд предположений (гипотез) о том, какое сообщение передавалось. Задачей приемного устройства является решение о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником. Для принятия такого решения принятый сигнал подвергается анализу с учетом всех сведений об источнике (вероятность передачи того или иного сообщения), о применяемом помехоустойчивом коде и виде модуляции, а также о свойствах помех. В результате такого анализа принимается решение о том, какое сообщение передано. Та часть приемного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение, называется решающей схемой.

Получатель сообщений

Определение Получатель сообщений состоит из Детектора сигнала и получателя информации.

Детектор сигнала (ДС) преобразует кодовую комбинацию символов первичного сигнала в соответствующее сообщение, которое поступает на вход получателя информации (ПИ), которому была адресована исходная информация.

Задача принять и распознать сообщение

Проблемы

Меру соответствия принятого сообщения переданному называют верностью передач, обеспечение которой — важнейшая цель СПИ.

Режим передачи

Если передача информации между передатчиком и приемником осуществляется одновременно в обе стороны, то такой режим называется дуплексным. При полудуплексном режиме в каждый момент времени информация передается только в одну сторону.