Передача информации необходима для ее. Информационные процессы — Гипермаркет знаний

Информационные процессы.

Хранение, обработка и передача информации

Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи

Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.

Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.

Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).

Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.

Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов

Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.

Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.

Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.

Носителем информации, или информационным носителем , может быть:

■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);

■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);

■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).

В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).

Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.

Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.

Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.

Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.

Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).

Рис. 10. Обработка информации

Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.

Обработка информации может осуществляться путем:

■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);

■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);

■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);

■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);

■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).

Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.

Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.

Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.

Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.

Рис. 11. Передача информации

Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.

В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.

Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.

Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.

Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.

По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).

Рис. 12. Передача сигналов

Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).

В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.

Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.

Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.

Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.

Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.

Каждый человек постоянно сталкивается с информацией, притом так часто, что смысл самого понятия объяснить может не каждый. Информация - это сведения, которые передаются от одного лица другому при помощи различных средств связи.

Существуют различные способы передачи данных, о которых речь пойдет далее.

Каким образом передается информация

В процессе развития человечества происходит постоянное совершенствование механизмов, при помощи которых передаются сведения. Способы хранения и передачи информации довольно разнообразны, поскольку существует несколько систем, в которых происходит обмен данных.

В системе передачи данных различают 3 направления: это передача от человека к человеку, от человека к компьютеру и от компьютера к компьютеру.

• Первоначально сведения получают при помощи органов чувств - зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Для передачи информации на ближнем расстоянии существует язык, который позволяет сообщить полученные сведения другому человеку. Кроме того, передать что-либо другому человеку можно, написав письмо либо в процессе спектакля, а также при разговоре по телефону. Несмотря на то, что в последнем примере используется средство связи, то есть промежуточное устройство, оно позволяет передать сведения в непосредственном контакте.
• Для передачи данных от человека к компьютеру необходимо введение ее в память устройства. Информация может иметь разный вид, о чем будет идти разговор далее.
• Передача от компьютера к компьютеру происходит посредством промежуточных устройств (флеш-карты, интернета, диска и т. д.).

Обработка информации

После получения необходимых сведений возникает необходимость их хранения и передачи. Способы передачи и обработки информации наглядно представляют этапы развития человечества.

• В начале своего развития обработка данных представляла собой перенесение их на бумагу при помощи чернил, пера, ручки т. д. Однако недостаток такого способа обработки заключался в ненадежности хранения. Если упоминать способы хранения и передачи информации, хранение на бумаге имеет определенный срок, который определяется сроком службы бумаги, а также условиями ее эксплуатации.
• Следующим этапом является механическая информационная технология, при которой используется печатная машинка, телефон, диктофон.
• Далее на смену механической системе обработки сведений пришла электрическая, ведь способы передачи информации постоянно совершенствуются. К таким средствам относят электрические пишущие машинки, портативные диктофоны, копировальные машинки.

Виды информации

Виды и способы передачи информации отличаются в зависимости от ее содержания. Это могут быть текстовые сведения, представляемые в устной и письменной форме, а также символьные, музыкальные и графические. К современным видам данных относят также видеоинформацию.

С каждой из этих форм хранения информации человек имеет дело каждый день.

Средства передачи информации

Средства передачи информации могут быть устными и письменными.

• К устным средствам относят выступления, собрания, презентации, доклады. При использовании этого метода можно рассчитывать на быструю реакцию оппонента. Использование дополнительных невербальных средств в процессе разговора способно усилить эффект от речи. К таким средствам относят мимику, жесты. Однако в то же время информация, получаемая в устном виде, не имеет долгосрочного действия.
• Письменные средства информации - это статьи, отчеты, письма, записки, распечатки и т. д. При этом не приходится рассчитывать на быструю реакцию публики. Однако преимуществом является то, что полученную информацию можно перечитать, усвоив тем самым информацию.

Способы представления информации

Как известно, информация может быть представлена в нескольких формах, что, однако, не меняет ее содержания. Например, дом можно представить как слово или графическое отображение.

Способы представления и передачи информации можно изобразить в виде следующего списка:

• Текстовая информация. Позволяет наиболее полно предоставить информацию, однако может содержать большой объем данных, что способствует плохому ее усвоению.
• Графическое изображение - это график, схема, диаграмма, гистограмма, кластер и т. д. Они позволяют кратко представить информацию, установить логические связи, причинно-следственные отношения. Кроме того, информация в графическом виде позволяет найти решения различных вопросов.
• Презентация является красочным наглядным примером способа представления информации. В ней могут сочетаться как текстовые данные, так и графическое их отображение, то есть различные виды представления информации.

Понятие о коммуникации

Коммуникацией называют систему взаимодействия между несколькими объектами. В обобщенном смысле это и есть передача информации от одного объекта другому. Коммуникации являются залогом успешной деятельности организации.

Способы передачи информации (коммуникации) выполняют следующие функции: организационную, интерактивную, экспрессивную, побудительную, перцептивную.

Организационная функция обеспечивает между сотрудниками систему отношений; интерактивная позволяет формировать настроение окружающих; экспрессивная окрашивает настроение окружающих; побудительная призывает к действию; перцептивная позволяет различным собеседникам понимать друг друга.

Современные способы передачи информации

К наиболее современным способам передачи информации относят следующие.

В интернете содержится огромное количество информации. Это позволяет черпать для себя массу знаний, не утруждаясь изучением книг и других бумажных источников. Однако, помимо этого, он содержит способы и средства передачи информации, аналогичные исторически более давним моделям. Это аналог традиционной почты - электронная почта, или e-mail. Удобство использования этого вида почты заключается в скорости передачи письма, исключении этапности доставки. На сегодняшний день практически каждый имеет электронный адрес, и связь со многими организациями поддерживается именно посредством этого способа передачи информации.

GSM-стандарт цифровой сотовой связи, который широко применяется повсеместно. При этом происходит кодирование устной речи и передача ее через преобразователь другому абоненту. Вся необходимая информация размещается в sim-карте, которая вставляется в мобильное устройство. На сегодняшний день наличие данного средства связи является необходимостью в качестве средства коммуникации.

WAP позволяет просматривать на экране мобильного телефона web-страницы с информацией в любом ее виде: текстовом, числовом, символьном, графическом. Изображение на экране может быть адаптировано под экран мобильного телефона либо иметь вид, аналогичный компьютерному изображению.

Способы передачи информации современного типа включают также GPRS, который позволяет осуществлять пакетную передачу данных на мобильное устройство. Благодаря этому средству связи возможно беспрерывное использование пакетными данными одновременно большим количеством человек одновременно. Среди свойств GPRS можно назвать высокую скорость передачи данных, оплату только за переданную информацию, большие возможности использования, параметры совместимости с другими сетями.

Интернет посредством использования модема позволяет получить высокую скорость передачи информации при низкой стоимости такого доступа. Большое количество интернет-провайдеров создает высокий уровень конкуренции между ними.

Спутниковая связь позволяет получить доступ в интернет посредством спутника. Преимуществом такого способа является низкая стоимость, высокая скорость передачи данных, однако среди недостатков есть ощутимый - это зависимость сигнала от погодных условий.

Возможности использования средств передачи информации

По мере появления новых средств передачи информации возникают возможности нетрадиционного использования различных устройств. Например, возможность видеоконференции и видеозвонка вызвала идею использовать оптические устройства в медицине. Таким образом происходит получение информации о патологическом органе при непосредственном наблюдении во время операции. При использовании такого способа получения информации нет необходимости делать большой разрез, проведение операции возможно при минимальном повреждении кожи.

Схема передачи информации. Канал передачи информации. Скорость передачи информации.

Существуют три вида информационных процессов: хранение, передача, обработка.

Хранение информации:

· Носители информации.

· Виды памяти.

· Хранилища информации.

· Основные свойства хранилищ информации.

С хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Память человека можно назвать оперативной памятью. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.

Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку): дерево, папирус, бумага и т.д. Хранилище информации - это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними. Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.

Обработка информации:

· Общая схема процесса обработки информации.

· Постановка задачи обработки.

· Исполнитель обработки.

· Алгоритм обработки.

· Типовые задачи обработки информации.

Схема обработки информации:

Исходная информация – исполнитель обработки – итоговая информация.

В процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных, требуется получить некоторые результаты. Сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. Объект или субъект, осуществляющий обработку, называют исполнителем обработки.

Для успешного выполнения обработки информации исполнителю (человеку или устройству) должен быть известен алгоритм обработки, т.е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата.

Различают два типа обработки информации. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, анализ ситуации и др.). Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой).

Важным видом обработки информации является кодирование – преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, радио, компьютеры). Другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного порядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных).

Ещё один вид обработки информации – поиск в некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации.

Передача информации:

· Источник и приемник информации.

· Информационные каналы.

· Роль органов чувств в процессе восприятия информации человеком.

· Структура технических систем связи.

· Что такое кодирование и декодирование.

· Понятие шума; приемы защиты от шума.

· Скорость передачи информации и пропускная способность канала.

Схема передачи информации:

Источник информации – информационный канал – приемник информации.

Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.

Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи.

При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др. информационный процесс передача канал

Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер.

1. Классификация и характеристики канала связи
Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).
Для анализа информационных процессов в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную на рис. 1.

ИИ

ЛС

П

ПИ

П

На рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи;ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).
Существуют различные типы каналов, которые можно классифицировать по различным признакам:
1. По типу линий связи: проводные; кабельные; оптико-волоконные;
линии электропередачи; радиоканалы и т.д.
2. По характеру сигналов: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).
3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.
Каналы связи характеризуются:
1. Емкость канала определяется как произведениевремени использования канала T к, ширины спектра частот, пропускаемых каналом F к и динамического диапазона D к . , который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов

V к = T к F к D к. (1)
Условие согласования сигнала с каналом:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.
3.
4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).
Одной из задач теории информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех.
Канал связи образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги – малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги – хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность определяется самым «узким» местом.
Скорость передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи.
Проводные:
1. Проводные – витая пара (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.
2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.
3. Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.
В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители).
Радиолинии:
1. Радиоканал. Скорость передачи 100–400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.
2. Микроволновые линии. Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10–200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.
3. Спутниковая связь . Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий.
2. Пропускная способность дискретного канала связи
Дискретный канал представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов .
Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени. Определим выражения для расчета скорости передачи информации и пропускной способности дискретного канала связи.
При передаче каждого символа в среднем по каналу связи проходит количество информации, определяемое по формуле
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X) , (2)
где: I (Y, X) – взаимная информация, т.е.количество информации, содержащееся в Y относительно X ; H(X) – энтропия источника сообщений; H (X/Y) – условная энтропия, определяющая потерю информации на один символ, связанную с наличием помех и искажений.
При передаче сообщения X T длительности T, состоящего из n элементарных символов, среднее количество передаваемой информации с учетом симметрии взаимного количества информации равно:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Скорость передачи информации зависит от статистических свойств источника, метода кодирования и свойств канала.
Пропускная способность дискретного канала связи
. (5)
Максимально-возможное значение, т.е. максимум функционала ищется на всем множестве функций распределения вероятности p(x) .
Пропускная способность зависит от технических характеристик канала (быстродействия аппаратуры, вида модуляции, уровня помех и искажений и т.д.). Единицами измерения пропускной способности канала являются: , , , .
2.1 Дискретный канал связи без помех
Если помехи в канале связи отсутствуют, то входные и выходные сигналы канала связаны однозначной, функциональной зависимостью.
При этом условная энтропия равна нулю, а безусловные энтропии источника и приемника равны, т.е. среднее количество информации в принятом символе относительно переданного равно
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H (X/Y) = 0.
Если Х Т – количество символов за время T , то скорость передачи информации для дискретного канала связи без помех равна
(6)
где V = 1/ – средняя скорость передачи одного символа.
Пропускная способность для дискретного канала связи без помех
(7)
Т.к. максимальная энтропия соответствует для равновероятных символов, то пропускная способность для равномерного распределения и статистической независимости передаваемых символов равна:
. (8)
Первая теорема Шеннона для канала:Если поток информации, вырабатываемый источником, достаточно близок к пропускной способности канала связи, т.е.
, где - сколь угодно малая величина,
то всегда можно найти такой способ кодирования, который обеспечит передачу всех сообщений источника, причем скорость передачи информации будет весьма близкой к пропускной способности канала.
Теорема не отвечает на вопрос, каким образом осуществлять кодирование.
Пример 1. Источник вырабатывает 3 сообщения с вероятностями:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 и p 3 = 0,7.
Сообщения независимы и передаются равномерным двоичным кодом (m = 2 ) с длительностью символов, равной 1 мс. Определить скорость передачи информации по каналу связи без помех.
Решение: Энтропия источника равна

[бит/с].
Для передачи 3 сообщений равномерным кодом необходимо два разряда, при этом длительность кодовой комбинации равна 2t.
Средняя скорость передачи сигнала
V =1/2 t = 500 .
Скорость передачи информации
C = vH = 500×1,16 = 580 [бит/с].
2.2 Дискретный канал связи с помехами
Мы будем рассматривать дискретные каналы связи без памяти.
Каналом без памяти называется канал, в котором на каждый передаваемый символ сигнала, помехи воздействуют, не зависимо от того, какие сигналы передавались ранее. То есть помехи не создают дополнительные коррелятивные связи между символами. Название «без памяти» означает, что при очередной передаче канал как бы не помнит результатов предыдущих передач.
При наличии помехи среднее количество информации в принятом символе сообщении – Y , относительно переданного – X равно:
.
Для символа сообщения X T длительности T, состоящегоиз n элементарных символов среднее количество информации в принятом символе сообщении – Y T относительно переданного – X T равно:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n = 2320 бит/с
Пропускная способность непрерывного канала с помехами определяется по формуле

=2322 бит/с.
Докажем, что информационная емкость непрерывного канала без памяти с аддитивным гауссовым шумом при ограничении на пиковую мощность не больше информационной емкости такого же канала при той же величине ограничения на среднюю мощность.
Математическое ожидание для симметричного равномерного распределения

Средний квадрат для симметричного равномерного распределения

Дисперсия для симметричного равномерного распределения

При этом, для равномерно-распределенного процесса .
Дифференциальная энтропия сигнала с равномерным распределением
.
Разность дифференциальных энтропий нормального и равномерно распределенного процесса не зависит от величины дисперсии
= 0,3 бит/отсч.
Таким образом, пропускная способность и емкость канала связи для процесса с нормальным распределением выше, чем для равномерного.
Определим емкость (объем) канала связи
V k = T k C k = 10×60×2322 = 1,3932 Мбит.
Определим количество информации, которое может быть передано за 10 минут работы канала
10× 60× 2322=1,3932 Мбит.
Задачи

1. В канал связи передаются сообщения, составленные из алфавита x 1, x 2 и x 3 с вероятностями p(x 1)=0,2;p(x 2) =0,3 и p(x 3)=0,5 .
Канальная матрица имеет вид:
при этом .
Вычислить:
1. Энтропию источника информации H(X) и приемника H(Y) .
2. Общую и условную энтропию H (Y/X).
3. Потери информации в канале при передаче к символов (к = 100 ).
4. Количество принятой информации при передаче к символов.
5. Скорость передачи информации, если время передачи одного символа t = 0,01 мс .
2. По каналу связи передаются символы алфавита x 1 , x 2 , x 3 и x 4 с вероятностями . Определить количество информации принятой при передаче 300 символов, если влияние помех описывается канальной матрицей:
.
3. Определить потери информации в канале связи при передаче равновероятных символов алфавита, если канальная матрица имеет вид, при этом вероятности появления символов алфавита равны: .
Определить пропускную способность канала связи, если время передачи одного символа t = 0,01 сек.
Определить количество принятой информации при передаче 500 символов, если вероятности появления символов на входе приемника Y равны: , а влияние помех при передаче описывается канальной матрицей:
.

Пропускная способность непрерывного канала связи
(14)
Для дискретного канала связи максимальное значение скорости передачи соответствует равновероятным символам алфавита. Для непрерывного канала связи, когда заданной является средняя мощность сигнала, максимальная скорость обеспечивается при использовании нормальных центрированных случайных сигнала.
Если сигнал центрированный (m x = 0 ) т.е. без постоянной составляющей при этом мощность покоя равна нулю (P 0 = 0 ). Условие центрированности обеспечивает максимум дисперсии при заданной средней мощности сигнала
Если сигнал имеет нормальное распределение, то априорная дифференциальная энтропия каждого отсчета максимальна.
Поэтому при расчете пропускной способности непрерывного канала считаем, что по каналу передается непрерывный сигнал с ограниченной средней мощностью – P c и аддитивная помеха (y = x+f ) также с ограниченной средней мощностью – P n типа белого (гауссова) шума.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11

Цели урока:

• Закрепить понятие информации.
• Сформировать понятие о способах передачи информации на разных этапах развития человечества.
• Рассказать о языке передачи информации.
• Выяснить, с помощью каких технических средств можно передавать информацию.
• Сформировать понятие “помехи” и выяснить способы их преодоления.

Ход урока.

На доске написано число, тема урока: “Передача информации”, определение:

Информатика – это наука о способах передачи, хранения и переработки информации.

Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С давних времён люди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями. Первоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение.

1. Скажите что может быть общего между поэтом А.С. Пушкиным и информатикой?

Оказывается великий поэт, выразитель своей эпохи, оставил свидетельство о том, как в древности люди передавали информацию. Вспомните:

Ветер по-морю гуляет и кораблик подгоняет,

Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.

Кораблик доставлял моряков в разные страны, они вели торг своими товарами, узнавали новости из разных стран и рассказывали о своей стране. На суше все важные новости доставлял гонец – человек, передающий устные сообщения. Развитие письменности породило - Почту.

2. Какими известными вам способами передвигалась почта с древних времён?

Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность, сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население

Например, в Петербурге в начале XIX века была развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днём поднимался разноцветный флаг с той или иной геометрической фигурой, а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошёл пожар, а также степень его сложности.

1. В каких произведениях пожарная каланча как средство визуального
наблюдения? (Кошкин дом.)
2. В каких фильмах вы встречали передачу сведений об опасности через
зажигание костров на башнях ? (Мулан.)
3. В каких фильмах использовалась передача информации через стражников на
башнях? (Золушка.)

Рассмотрим ситуацию:

“Встретились двое глухих. Один держит в руке удочку.

Другой спрашивает:

Ты что, на рыбалку собрался?

Да нет, я на рыбалку.

А я думал, ты на рыбалку…”

Что помешало обмену информацией? Информация была передана, но до адресата не дошла из-за отсутствия физической возможности её воспринять. Ведь при любом обмене информацией должны существовать её источник и её приёмник.

Когда ты читаешь книгу, эта книга является для тебя источником информации, а ты – приёмник этой информации. Убери книгу – и информация в ней станет для тебя недоступной, поскольку исчез её источник. Закрой глаза или выйди в другую комнату – тогда для книги не будет приёмника информации.

Первый вывод: Если есть передача информации, то обязательно есть её источник и её приёмник(получатель).

Вот несколько ситуаций, в которых можно обнаружить передачу информации. Определи, кто или что является источником, а кто или что - приёмником.

1. Пешеход переходит дорогу по регулируемому перекрёстку.
2. Школьник учит уроки по учебнику.
3. Мальчик играет на компьютере.
4. Ты набираешь телефонный номер, чтобы позвонить.
5. Ты пишешь поздравительную открытку.
6. Ты пишешь адрес и почтовый индекс на конверте.

Обратите внимание на то, что в одних ситуациях информация передаётся только в одну сторону, а в других происходит взаимный обмен информацией.

3. В каких из предыдущих ситуаций происходит обмен информацией и кто в какой момент становится то источником, то приёмником?

А может ли быть так, что:

1. Источник информации один, а приёмников – несколько? Привидите примеры.

2. Источников информации несколько, а приёмник один? Привидите примеры.

3. Привидите примеры с взаимным обменом информации.

При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Если я начну разговаривать с вами на английском языке, тогда несмотря на то, что вы изучаете английский язык с первого класса, вы не сможете понять меня, а поймёте только отдельные слова из моей речи.

А вот учащиеся лицеев с углублённым изучением английского языка, смогли бы понять мою речь, то есть восприятие информации от уровня подготовленности принимающего объекта.

Одну и ту же информацию можно передать разными сигналами и даже совсем разными способами. Для передачи информации не так уж существенно, каким образом передавать, а главное – заранее договориться о том, как понимать те или иные сигналы. И если мы об этом договорились, то уже получается код или шифр. Так, например, если горит красный сигнал – это значит нельзя переходить улицу. Загорелся зелёный – иди и не бойся.

А какие коды ты знаешь?

Просто есть коды, к которым мы давно привыкли, которые хорошо изучили и легко понимаем. А другие для нас в новинку, а то и вовсе непонятны.

Например: В русском языке – СОБАКА; в польском – Рies; ванглийском – Dog; во французском – Chien; в немецком – Нund.

Для оценки твоих знаний в школе тоже используются коды:

Отличные знания – “5”; хорошие – “4”; удовлетворительные – “3”;плохие – “2”, а если ничего не знаешь, то можно и единицу получить. Скажем, получил ты “5” и радостный идёшь домой. А немецкий мальчик идёт с пятёркой и горько плачет, потому что в той стране, тот же самый код “5” означает плохие знания – как у нас “1”. Получается, что одни и те же цифры 1, 2, 3, 4, 5 – в разных странах имеют для оценки знаний разный смысл.

Второй вывод: Сигнал сам по себе ещё не несёт информацию. Только когда с помощью сигналов передаётся некоторый код, мы можем говорить о передаче информации.

Для общения друг с другом мы используем код – русский язык. При разговоре этот код передаётся звуками, при письме он передаётся условными знаками – буквами.

Водитель, передавая рассеянному пешеходу информацию о том, что он едет по дороге, может мигнуть светом фар или дать гудок.

Когда ты звонишь по телефону, ты тоже передаёшь на телефонную станцию код – набираешь номер телефона.

Одна и та же кодовая запись может обозначать совершенно разные вещи в зависимости от того, какой смысл мы связываем с этим кодом. Например, набор цифр 120595 может обозначать:

Почтовый индекс;

Расстояние между городами в метрах;

Номер телефона;

Запиши несколько вариантов того, что могла бы означать запись 14-10?

Итак, в любом процессе передачи или обмена информацией существует её источник и получатель, а сама информация передаётся по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и других.

В обычной жизни для человека любой звук и свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена – звуковой знак тревоги; звонок телефона – сигнал, чтобы взять трубку телефона; красный свет светофора – сигнал, запрещающий переход дороги. Если мы заметили какое-то изменение в окружающей обстановке, то можно сказать, что произошло событие. Школьный звонок вдруг зазвенел после длительного молчания – произошло событие – закончился урок. У чайника на плите вдруг из носика пошёл пар – произошло событие – вода в чайнике закипела.

Привести ещё примеры событий из вашей жизни.

Итак, в передаче информации участвует “Канал связи”. Разберёмся с ним.

Рассмотрим наш урок с точки зрения передачи информации.

Я – источник, говорю с вами на русском языке, кодируя речь понятными для вас словами. Канал связи – воздушная среда, которая передаёт колебания, производимые мною. Вы – получатели информации. Ваше ухо воспринимает колебания воздуха, расшифровывает информацию и вы понимаете, о чём идёт речь на уроке. Представим себе, что вы отвлеклись, и тогда часть сказанного мною не дошла до вас, и вы уходите с урока так и не поняв, о чём говорилось на уроке. Знакомая ситуация, не правда ли? Именно поэтому вас постоянно просят учителя не отвлекаться и не отвлекать других, так как трудно усвоить материал, о котором ты не прослушал объяснения учителя.

Давайте немного отдохнём. Поиграем в игру: “Глухой телефон”. Ведущий передаёт слово первому игроку на ушко, чтобы никто не слышал. Тот, в свою очередь, передаёт следующему и так далее. Затем ведущий спрашивает услышанное слово у последнего игрока, затем у предыдущего и далее по цепочке. Выясняется, что первоначальная информация неимоверно исказилась. Причиной может быть и плохо услышанная информация, и специально неправильно переданное слово. На этом примере мы разбираемся, что не любая информация доходит до получателя в первоначальном виде.

Оказывается, чтобы попасть к своему адресату, информация проходит ещё более сложный путь. При разговоре люди кодируют свою речь понятными для окружающих словами. По воздуху колебания достигают уха собеседника, поступают в головной мозг, декодируются, и только тогда происходит процесс передачи информации. Вот так это происходит.

Полная схема передачи информации.

Если в качестве источника информации выступает техническое устройство (телефон, компьютер и что-то другое), то от него информация попадает на кодирующее устройство, которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и так далее.

По каналу связи информация попадает на декодирующее устройство получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю.

Привести примеры кодирующих и декодирующих устройств.

Запишите, как происходит по этой схеме передача информации в компьютере от клавиатуры к экрану монитора.

Третий вывод: В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться ..

Это происходит из-за различных помех на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчётах. Вспомним опять сказку о царе Салтане, да и другие литературные произведения, когда героям всегда кто-нибудь мешает. Существует огромное количество способов кодирования, которыми пользуются органы разведки, а ещё больше людей работают над декодированием информации в органах национальной безопасности. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука – криптография.

Человечество всегда стремилось к передаче информации без помех, создавая всё новые и надёжные средства связи.

В XVIII веке возник семафорный телеграф. Это световая связь.

Очень богатым на открытия в области связи был XIX век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество открытий. Сначала П.Л. Шеллинг в России в 1832 году изобрёл электрический телеграф. В 1837 году американец С. Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код – азбуку, которая теперь носит его имя. В 1876 году американец А. Белл изобрёл телефон.

В 1895 году русский изобретатель А.С. Попов открыл эпоху радиосвязи. Самым замечательным изобретением XX века можно считать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи. Среди самых последних новинок – оптоволоконная связь, но с ней мы познакомимся на выставке “Информатика и связь”. Самые современные средства связи будут представлены на ней, и вы увидите пока не реализованные проекты, которые составят гордость нашей науки и промышленности.

Домашнее задание: во время просмотра телевизионных передач, записать примеры средств связи; зафиксировать помехи, если они наблюдались, их частоту и причину.

Физиологические возможности человека не позволяют ему передавать большие объемы информации па значительные расстояния без технических средств. Поэтому используются специальные преобразователи сообщений в электрический сигнал и обратно. Например, преобразование звуковых колебаний в электрические осуществляется с помощью микрофона. Обратное преобразование сигнала в звуковые колебания производится электродинамическим громкоговорителем. Преобразование оптического изображения в электрический сигнал осуществляется на основе фотоэффекта. Для решения проблемы передачи информации человечество создало и использует технические средства - телекоммуникации.

Термин «телекоммуникация» состоит из слов теле (от греч. tele - далеко) и коммуникация (от лат. commnication - связь) и означает связь на расстоянии. К телекоммуникациям относятся электросвязь, подвижная, спутниковая и волоконно-оптическая связь, телевидение, Интернет (англ. - Internet ), системы глобального позиционирования, локальные компьютерные сети, электронный банкинг, банкоматы, интернет-магазины, социальные сети, поисковые системы и многое другое. Электросвязь, осуществляемую с помощью радиосигналов, называют радиосвязью.

Фактически телекоммуникации - это передача или прием знаков, сигналов, сообщений, изображений и звуков или информации другого вида с помощью радио, визуальных или других электромагнитных систем.

Человечество живет в постоянно изменяющемся и пополняющемся информационном мире. То, что человек видит, слышит, помнит, знает, - все это различные формы информации. Как образно отметил К. Шеннон, «информация - послание, которое уменьшает неопределенность» (есть и такое похожее определение «информация есть устраненная неопределенность»). Но любое использование информации возможно лишь при условии ее передачи на расстояние.

Термином «информация» (от лат. infounatio - разъяснение, изложение, ознакомление) с древних времен люди обозначали процесс разъяснения, изложения, толкования различных сведений. Позднее так называли и сами сведения, и их передачу пользователю в любом конкретном виде. В общем случае под информацией понимают сведения о каких-либо событиях, фактах или предметах.

Техника связи тесно связана с теорией информации и передачей ее на расстояние. В настоящее время понятия «информация» и «сообщение» в повседневной жизни люди употребляют очень часто. Вместе с тем эти понятия сложны, хотя и близки по смыслу, поэтому дать их точные определения через более простые термины достаточно трудно.

Совокупность знаков (символов , от греч. symbol - знак - англ, character, символами могут быть цифры, буквы и элементы алфавита, отдельные слова и фразы человеческой речи, жесты и рисунки, формы электрических или световых колебаний и т.д.), отображающая (несущая ) информацию , называется сообщением. Сообщение - совокупность символов конечного алфавита, являющаяся формой выражения информации. Иногда сообщение трактуют как информацию, выраженную в определенной форме и подлежащую передаче. В информатике сообщение - это форма представления информации, имеющая признаки начала и конца, предназначенная для передачи через среду связи. Чтобы передать информацию, надо передать содержащее эту информацию сообщение.

Различают оптические (телеграмма, фотография, телевидение) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения фиксируются и хранятся на определенных носителях, раньше на бумаге, а теперь и на электронных носителях.

Сообщение представляют в виде телеграммы, сведений, передаваемых по телефону, радио, телевидению и т.д., совокупности электронных данных, хранящихся на магнитных носителях, флеш-памяти (от англ, flash - вспышка; перепрограммируемая постоянная энергонезависимая память), используемых в компьютерах. Этот вид информации называют электронным. Электронный вид информации привел к Интернету.

Internet (сокращ. от англ. Interconnected networks - Всемирная система объединенных компьютерных сетей) - глобальная мировая информационно-телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов. Эту технологию организации обмена информацией между различными техническими системами и сетями связи называют WWW-технологией (WWW - World Wide Web - Всемирная паутина). Сеть (рис. 1.1) объединяет миллионы компьютеров и позволяет обмениваться информацией миллиардам людей.

В телевизионных (телевидение - от грсч. tele - далеко и лат. video - вижу: далеко видеть) системах при передаче движущихся изображений сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения.

Начало пониманию информации как всеобщего свойства материи было положено Н. Винером в его монографии «Кибернетика, или управления и связь в животном и машине» (1948). Современная информационная наука находит применение в самых разных областях. Поэтому до сих пор еще нет всеобщего для всех наук классического определения понятия «информация». Применяемое в связи современное понятие «информация» ввели в начале XX в. Р. Хартли и К. Шеннон. Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах, предназначенных для передачи, приема, обработки, преобразования, хранения или непосредственного использования.

Зависимость информации от времени существования ее носителя - важнейшее информационное свойство материи, которое и является памятью. Важно то, что в отличие от материального и энергетического ресурсов информационный не уменьшается при потреблении, а существенно пополняется и накапливается со временем (ученые считают, что объем человеческих знаний удваивается каждые 10 лет, а объем информации - каждые 1-2 года; для сравнения можно отметить, что производительность и быстродействие компьютеров увеличиваются вдвое менее чем через 1,5 года). Более то-

Рис. 1.1.

каждая линия расположена между двумя узлами, соединяя /P-адреса; длина линии показывает временную задержку (пинг) между узлами (источник: www.opte.org/maps) го, с помощью специальных технических и вычислительных средств информационный ресурс сравнительно просто обрабатывается, преобразуется и передается на значительные расстояния. Появилась новая наука о преобразовании информации - информатика.

Часто наряду с информацией, особенно при описании действия цифровых устройств п вычислительных систем, употребляют такое понятие, как данные. Используемые данные являются уже информацией.

Особенностью информации является возможность ее многократного применения. В частности, при извлечении информации из памяти компьютера информация, записанная в памяти, не исчезает, а начинает свое самостоятельное существование и может быть использована различным образом. Как правило, с течением времени память ухудшается в результате роста энтропии (от греч. entropia - круговорот, превращение) системы памяти, и записанная информация может постепенно стираться. Другая принципиальная особенность информации состоит в том, что обычно ее получают в одном месте, а используют в другом, и поэтому требуется ее передать на какое-то расстояние.

Коммуникации могут быть разделены следующим образом.

Зрительная связь - средство, доступное для всех. Зрительные сигналы передаются флагами, огнями, пиротехникой, прямыми сигналами и другими заранее подготовленными визуальными средствами, например такими, как маневры самолета.

Звуковое вещание предполагает передачу звуковых программ, предназначенных для непосредственного приема населением.

Видеотелефонная связь рассчитана на одновременную передачу изображения и речевых сообщений.

Телевидение применяется для передачи голосовой и видеоинформации и требует дорогостоящего оборудования и широкодиапазонных линий связи.

Передача данных, как правило, обеспечивает связь человека с компьютером, а также между компьютерами.

Телеграфия - метод передачи письменных сообщений по проводам. Это относительно медленный метод, приблизительно 10-15 слов/мин, но он используется тогда, когда другие типы радиопередачи подавлены.

Телетайп - быстрый метод (40-100 слов/мин) передачи сообщения но проводным или многоканальным радиолиниям или по радиотелетайпу. Обычно используется в общей сети связи, доступной через центр связи.

Фототелеграф {факс) - относительно медленный метод передачи неподвижных изображений: текстов, таблиц, чертежей, фотографий и т.д. Обычно используется для прямой связи, чтобы ответить определенному требованию.

Связь - электронная техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или устройствами и системами.

Телекоммуникационные системы и сети - пространственно-распределенные системы массового обслуживания в виде совокупности технических устройств, алгоритмов и программного обеспечения, обеспечивающие получение и обмен информацией в любое время суток и в любой точке земного шара при помощи электрических и электромагнитных колебаний по кабельным, волоконно-оптическим и радиотехническим каналам в различных диапазонах волн. Эти системы позволяют передавать, накапливать и распределять информационные данные, тексты, изображения, аудио- и мультимедийную информацию, стереофонические программы, обеспечивать доставку электронной почты, предоставлять услуги Интернета.

Современные телекоммуникации (в том числе системы связи) используют множество различных технологий, количество которых стремительно увеличивается. Однако наибольшее развитие получили:

• системы связи по электрическим кабелям (КСС);
• волоконно-оптические линии связи (ВОЛС);
• системы связи с искусственными спутниками Земли (ИСЗ);
• узкополосные и широкополосные наземные системы электросвязи;
• оптические системы связи открытого распространения.

В этом перечне системы связи разделяются на группу кабельных (КСС и ВОЛС) и группу беспроводных систем.

На рис. 1.2 показана условная диаграмма областей применения различных телекоммуникационных систем, относящихся к цифровым технологиям. Выделены две большие основные области применения: системы связи с ИСЗ и ВОЛС.

Системы связи по электрическим кабелям получили наибольшее распространение в распределительных сетях (например, в системах кабельного телевидения) и системах дальней связи, однако высокая стоимость исходных материалов (цветных и драгоценных металлов) наряду с относительно небольшой полосой пропускания делают проблематичной конкурентоспособность подобных устройств в будущем. Общими недостатками кабельных структур являются долгое время строительства, связанное с земляными или подводными работами, подверженность воздействию природных катаклизмов, актов вандализма и терроризма и все возрастающая стоимость прокладочных работ.

В волоконно-оптических линиях связи удается реализовать все преимущества света как носителя информации. Такие линии обладают высокой пропускной способностью (под пропускной способностью системы связи

Рис. 1.2.

понимают предельно достижимое количество передаваемой информации (или наибольшую скорость передачи информации - число бит в секунду), которое можно передать через сети; это называют и емкостью С), невосприимчивы к электромагнитным помехам, не подвергаются коррозии в агрессивных средах, имеют малую массу, передача по ним недоступна для подслушивания и перехвата.

К характерным особенностям систем связи через ИСЗ относятся возможности передавать относительно небольшие объемы информации на очень большие расстояния и перекрывать значительные площади.

Наземные беспроводные системы играют значительную роль, успешно конкурируя с ВОЛС и спутниковыми сетями, особенно для связи на небольшие расстояния. К таким системам относятся оптические системы связи открытого распространения, а также узкополосные и широкополосные системы связи.

Оптические системы связи открытого распространения , получающие развитие в последние годы, подразделяются на инфракрасные и лазерные. Эти системы позволяют передавать значительные объемы информации на малые расстояния (сотни и тысячи метров). Небольшая дальность объясняется потерями в атмосфере из-за тумана, дождя, снега, смога, града и различными естественными и искусственными препятствиями. Лучшие системы позволяют передавать цифровые потоки со скоростью более 200 Мбит/с на расстояние до 4-5 км при любых погодных условиях, концентрируя сигнал в чрезвычайно плотный луч и применяя автоматический поиск и юстировку (настройку) системы, которая удерживает луч света в апертуре (площади поверхности) приемной антенны.

К характерной особенности развития современных систем связи можно отнести переход на все более высокочастотные участки радиодиапазона от 5 до 100 ГГц. При этом обеспечивается передача больших объемов информации на расстоянии прямой видимости. Излучение на частотах нижних участков диапазона проходит через атмосферу лучше и, к примеру, в диапазоне 2 ГГц может перекрыть расстояние вплоть до 100 км, а радиосистема с той же мощностью передатчика в диапазоне 38 ГГц обеспечит протяженность не более чем 5-7 км. Одно из названий наземных систем связи, работающих в диапазонах 5-100 ГГц, - микроволновая связь. К ним относятся радиорелейные линии и сети связи прямой видимости, системы распределения информации и некоторые сотовые структуры. Современная аппаратура для радиорелейных линий и сетей связи прямой видимости выпускается на диапазоны 2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 17, 23, 27, 38 ГГц и выше.

Последние десятилетия в сфере сверхширокополосных систем связи наблюдается процесс замещения электронных систем на фотонные. Связано это с иной физической природой фотона. Отсутствие заряда и массы наделяет его уникальными свойствами. Фотонные системы связи не подвержены внешним электромагнитным полям, обладают гораздо большей дальностью передачи и шириной полосы пропускания. Эти и другие преимущества, уже реализованные на базе фотоники в сфере телекоммуникаций, дают право говорить о возникновении нового направления - радиофотоники, появившейся из слияния радиоэлектроники, интегральной и волновой оптики, сверхвысокочастотной (СВЧ) оптоэлектроники и ряда других отраслей.

Технологии телекоммуникаций - это принципы организации современных аналоговых и цифровых систем и сетей связи, включая компьютерные сети и Интернет. Если для построения локальных и корпоративных сетей могут быть использованы только проводные каналы связи, в том числе и высокоскоростные волоконно-оптические линии связи, или беспроводные, например использующие технологии радио Ethernet (от англ, ether - эфир: пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей), то создание глобальных сетей уже невозможно без широкой интеграции как проводных, так и беспроводных каналов, включая спутниковые каналы и сети связи.

Хранение информации - фиксация параметров носителя информации. Для передачи или хранения нужной информации используют различные знаки - символы, позволяющие представить ее в некоторой форме.

Первой серьезной работой по теории передачи информации считают статью американского связиста Ральфа Хартли «Передача информации» (1928). Р. Хартли сделал открытие, состоящее в том, что информация допускает количественную оценку. Он предложил количество информации, передаваемое по каналу связи относительно двух равновероятных исходов и снимающее неопределенность, оценивать путем принятия одного из них за единицу информации, потом получившую название бит. Однако логарифмическая формула Хартли позволяла определять количество информации только для случая, когда появление символов равновероятно и они статистически независимы. Но эти условия выполняются чрезвычайно редко.

Немаловажное значение для теории передачи дискретной информации (по телеграфным линиям) имела работа Гарри Найквиста «Некоторые факторы, воздействующие на скорость телеграфирования» (1924). Но наиболее значимым шагом в становлении теории передачи информации явились уже упоминавшиеся ранее фундаментальные работы Клода Шеннона, развившие идеи Хартли. К. Шеннон впервые стал исследовать статистическую структуру передаваемых сообщений и действующих в канале связи шумов и, кроме того, анализировал не только конечные, но и непрерывные множества передаваемых сообщений. Шеннон рассматривал информацию как сообщение об исходе случайных событий, о реализации случайных сигналов. Поэтому количество информации ставилось им в зависимость от вероятности наступления этих событий: если сообщение несет сведения о часто встречающихся событиях, вероятность появления которых стремится к единице, то такое сообщение малоинформативно. К. Шеннон ввел понятие «энтропия источника сообщений» как метрику измерения объема информации. Теория информации Шеннона позволяла ставить и решать задачи об оптимальном кодировании (и модуляции) передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности (емкости) каналов связи, подсказывала пути борьбы с помехами на линиях связи и т.д. Введение Шенноном способа измерения количества информации привело к формированию самостоятельного научного направления в электросвязи - теории информации.

Параллельно на основе работ В. А. Котельникова развивалось другое научное направление - теория потенциальной помехоустойчивости. В. А. Котельниковым в 1946 и 1956 гг. были опубликованы работы по оптимальным методам приема информации и потенциальной помехоустойчивости. Теория потенциальной помехоустойчивости определяет предельные возможности приема сигналов при наличии шумов. Использование результатов работ В. А. Котельникова дало возможность судить о том, насколько конкретная система передачи информации близка к идеальной по своей структуре и способности выделять сигнал из смеси его с помехами и шумами. Главная задача теории помехоустойчивости - отыскание таких способов передачи и приема информации, при которых обеспечивается наивысшая достоверность принятого сообщения.

Сигнал (от лат. signum - знак) - физический процесс, несущий информацию о состоянии какого-либо объекта наблюдения. Сигнал - материальный носитель информации, обладающий переменными параметрами. Но существу значения параметров несущего сигнала отражают передаваемое сообщение. Сигнал переносит информацию в пространстве и во времени, и это представляет собой материально-энергетическую форму информации.

По своей природе сигналы бывают электрическими, электромагнитными, оптическими, акустическими и др. В системах связи в основном используют электрические и оптические сигналы. Физической величиной, характеризующей электрический сигнал, является напряжение, несколько реже - сила тока (иногда мощность). Для сигнала возможен и ряд других определяющих физических величин, например зависимость давления воздуха в точке от времени можно характеризовать как звуковой сигнал, зависимость яркости от положения точки на плоскости можно рассматривать как черно-белое изображение.

В системах оптической обработки информации сигналом может являться зависимость интенсивности света от пространственных координат изображения. При временном подходе аналитическим описанием конкретного сигнала может быть некоторая функция времени u(t). Определив каким- либо образом эту функцию, можно определить и сигнал. Однако на практике полное описание сигнала не всегда требуется. Часто достаточно более общего описания в виде нескольких параметров сигнала, характеризующих его основные свойства. В книге далее везде подразумевается (если иное не оговорено специально), что электрический сигнал u(t) представляет собой зависимость напряжения от времени.

Сигналы, отражающие информацию, могут воздействовать на преобразователи и усилители сигналов. Преобразователи сигналов делятся на два класса. На преобразователи одного класса воздействует физический процесс одной природы (например, звуковой сигнал), а на выходе получается сигнал другой природы (в частности, электрический сигнал на выходе микрофона, телекамеры и пр.). В преобразователях (и усилителях) другого класса осуществляется преобразование (и усиление) электрических сигналов без изменений их физической природы.

Передаваемые (часто используется характеристика «полезные») сигналы формируют путем изменения тех или иных параметров физического носителя в соответствии с передаваемым сообщением. Этот процесс изменения параметров носителя сообщений в радиотехнике и связи называют модуляцией.

Следует ввести параметры передаваемого сигнала, которые являются основными с точки зрения его передачи. Такими параметрами являются длительность сигнала Т с, его ширина спектра F c и динамический диапазон D c .

Практически каждый электрический сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому длительность сигнала Г с является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого данный сигнал существует.

Для оценки условий прохождения сигнала по каналу связи необходимо знать важнейшую характеристику - ширину спектра. Ширина спектра передаваемого сигнала F c дает представление о скорости изменения этого сигнала внутри интервала его существования. Спектр передаваемого сигнала в принципе может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная (до 90%) энергия.

Практически все электрические сигналы, отображающие реальные сообщения, содержат бесконечный спектр частот. Для неискаженной передачи таких сигналов потребовался бы канал с бесконечной полосой пропускания. В то же время потеря на приеме хотя бы одной составляющей спектра приводит к искажению сигнала. Поэтому ставится задача передавать сигнал в ограниченной полосе пропускания канала таким образом, чтобы искажения сигнала удовлетворяли требованиям и качеству информации. Таким образом, исходя из технико-экономических соображений требований передачи, можно сказать, что полоса частот - ограниченный участок частот. Ширина полосы частот AF определяется разностью между верхней F n и нижней F tI частотами в спектре сообщения.

В теории связи реальную ширину спектра передаваемого сигнала часто сознательно сужают (при этом сужают ширину спектра исходя из допустимых искажений сигнала). Это связано с тем, что радиоаппаратура и линии связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот.

При радиотелефонной связи элементы речи (звуки, слоги, слова и т.д.) произносятся фактически слитно и не имеют четких границ. Сигналы телефонирования представляют собой последовательности речевых импульсов, отделенных друг от друга паузами. Импульсы соответствуют звукам речи, произносимым слитно, и весьма разнообразны по форме и амплитуде (амплитуда сигнала представляет собой модуль наибольшего его отклонения от нуля).

Длительности отдельных речевых импульсов также отличаются друг от друга, но обычно они близки к 100-150 мс. Паузы между импульсами изменяются в значительно большем диапазоне: от нескольких миллисекунд (межслоговые паузы) до нескольких минут и даже десятков минут - паузы при выслушивании ответа собеседника. Частотный спектр речевого сигнала очень широк (рис. 1.3), однако экспериментально установлено, что для передачи речи с достаточно высоким качеством (узнаваемостью голоса абонента, воспроизведением тембра, удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слогов (90%) и фраз (99%)) можно ограничиться полосой частот 300-3400 Гц. Кстати, для унификации многоканальных систем связи за основной, или стандартный, канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.

Рис. 1.3.

Источниками звука при передаче программ вещания являются музыкальные инструменты или голос человека. Спектр звукового сигнала занимает полосу частот 20-20 000 Гц. Частота импульсов основного тона лежит в пределах от 50-80 (бас) до 200-250 Гц (женский и детский голоса).

В системах радиовещания для высококачественной передачи музыки требуется полоса частот 30-20 000 Гц. Это связано с тем, что звуковых колебаний с более высокими частотами человек практически не слышит. Причем передача такого широкого спектра частот без взаимных помех большого числа радиостанций в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых волн технически весьма затруднительна. Поэтому при радиовещании на этих волнах ограничиваются передачей спектральных составляющих в полосе частот 50-4500 Гц. На метровых и дециметровых волнах (в частности, звуковое сопровождение телевизионного изображения) передача осуществляется в более широком спектре (30-10 000 Гц), в результате чего достигается более высокое качество передачи музыки. Точно так же необходимая ширина спектра телевизионного сигнала определяется требуемой четкостью передаваемого изображения. Для достаточно высокого качества полоса частот AF должна составлять 50-10 000 Гц, для безукоризненного воспроизводства программ вещания (каналы высшего класса) - 30-15 000 Гц.

В телевидении для качественного воспроизведения изображения необходимо разложить его на большое число элементов и передать информацию о яркости каждого элемента. Кроме того, для слитного восприятия глазом движущегося изображения частота смены кадров на экране должна быть достаточно высокой.

Телеграфные сигналы и передача данных. Сообщения и сигналы телеграфии и передачи данных относятся к дискретным. Устройства преобразования телеграфных сообщений и данных представляют каждый знак сообщения (букву, цифру) в виде определенной комбинации импульсов и пауз одинаковой длительности. Импульс соответствует наличию тока на выходе устройства преобразования, пауза - отсутствию тока.

Телеграфный сигнал представляется колебанием с дискретной модуляцией. Сигналы телеграфии и передачи данных обычно имеют вид последовательностей прямоугольных импульсов. Чем меньше длительность импульсов, отображающих сообщения, тем больше их будет передано в единицу времени.

Ширина спектра телеграфного сигнала зависит от скорости его передачи (и от длительности самих импульсных посылок Т = т и, с) и обычно принимается равной F- 1,5а, где v - скорость телеграфирования , или скорость модуляции (часто - скорость передачи импульсных посылок, или техническая скорость) в бодах {baud). Один бод (введен в телеграфию Ж. Бодо) - скорость, при которой за 1 с передается одна посылка. Итак, при длительности импульса т и = 1 с скорость передачи v = 1 бод. В телеграфии используют импульсы длительностью т н = 0,02 с, что соответствует стандартной скорости телеграфирования 50 бод, т.е. v =1/т н. Тогда при телетайпной передаче сообщений и скорости передачи v = 50 бод ширина спектра телеграфного сигнала F~ 75 Гц. Если длительность посылки т и выражена в секундах, то техническая скорость (скорость модуляции) есть величина, обратная длительности посылки, - v = 1 /Т= 1/т и [бод]. Ограничение скорости модуляции (скорости телеграфирования) обусловлено техническими характеристиками реальной системы передачи информации.

По скорости передачи телеграфного сигнала системы передачи делят следующим образом:

• низкоскоростные (НС) - до 200 бод;
• среднескоростные (СС) - 600-1200 бод;
• высокоскоростные (ВС) - 2400-96 000 бод.

Частота следования двоичных (binary ) посылок (т.е. «1» и «0») называется тактовой частотой F r Численно F r соответствует скорости передачи информации в бодах.

При передаче двоичных сигналов достаточно зафиксировать либо наличие или отсутствие импульса (при однополярном сигнале), либо знак импульса (при двуполярном сигнале). Импульсы в приемнике можно уверенно зафиксировать, если для их передачи используется ширина полосы, численно равная скорости передачи в бодах. Для стандартной скорости телеграфирования 50 бод ширина спектра телеграфного сигнала составит 50 Гц. При скорости 2400 бод ширина спектра сигнала равна 2400 Гц.

При передаче сообщения комбинацией символов «1» и «0», т.е. двоичным кодом, элементарную посылку (двоичный символ, двоичную цифру «1» или «0») называют битом (от англ, binary digit - «bit» - двоичная единица). Итак, бит - один двоичный разряд - символ, принимающий лишь одно из двух значений: «1» или «0» (следует иметь в виду, что слово «бит» в теории информации имеет два различных значения: одно используется в качестве синонима двоичного символа, а второе обозначает единицу количества информации, необходимого для различения двух равновероятных сообщений (например «орел» - «решка» и т.д.)). Так, представление символов в виде комбинации 101 есть 3-битовое число. При этом количество передаваемой за секунду информации (символьная скорость) измеряется в битах в секунду (бит/с = bps).

Для избежания неясности (см. далее) заметим, что при синхронной передаче цифровых данных обозначение «бит/с» аналогично обозначению «бод», т.е. скорость 1 бит/с = 1 бод, поэтому при совпадении технической скорости системы с требуемой символьной скоростью передачи информации скорость можно определять как в битах в секунду, так и в бодах.

Первое опубликованное представление (1670) двоичной системы счисления (система счисления - правило записи чисел с помощью заданного набора цифр) принадлежит испанскому священнику Хуану Карамюэлю Лобко- вицу. Всеобщее же внимание к этой системе привлекла статья Г. Лейбница (1703), в которой пояснялись двоичные операции сложения, вычитания, умножения и деления. В двоичной системе (основание R = 2) целое число представляют как сумму степеней числа 2 с соответствующими коэффициентами 0 или 1. Работа большинства компьютеров основана именно на этой системе чисел. С помощью двоичной системы кодирования можно зафиксировать любые данные. Это легко понять, если вспомнить принцип кодирования и передачи информации с помощью азбуки (кода) Морзе.

Восемь бит называется байтом (от англ, byte - часть). При использовании двоичного представления кодовая комбинация может выражать целое число, равное уровню непрерывного сигнала в момент его дискретного отсчета. Байт служит в качестве единицы представления информации: букв, слогов и специальных символов (занимающих обычно все 8 бит) или десятичных цифр (по две цифры в 1 байте). С помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов. Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от О до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111.

Обычно спектр модулированного сигнала шире спектра сигнала, отражающего передаваемое сообщение, и зависит от вида модуляции. Поэтому в теории сигналов и связи используют такой параметр, как база сигнала :

В теории информации вводят более общую характеристику - объем сигнала :

Чем выше частота сигналов, тем большего объема и с более высокой скоростью можно передавать сообщения. Объем сигнала дает представление о возможностях данного множества сигналов как переносчиков сообщений. Однако чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «заложить» в него и тем труднее передать такой сигнал с требуемым качеством.

Динамический диапазон D c - отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала (мгновенная мощность сигнала равна квадрату его напряжения, T.e.p(t)= u)) к наименьшей мгновенной мощности. Обычно его удобнее выражать в децибелах. При сравнении мощностей Р 2 и Р,

Примечание. В последнее время специалисты по системам связи находят весьма удобным измерять уровень мощности непрерывных сигналов по отношению к некоторому заданному значению абсолютной мощности. В этом случае говорят об уровне абсолютной мощности в ваттах, используя в то же время преимущества логарифмического масштаба. Обычно используется опорный уровень в 1 мВт. Например, если Р { представляет собой опорный уровень мощности в 1 мВт, то абсолютная мощность

Единица измерения дБм в последней формуле читается как «децибел относительно одного милливатта». Значит, если для непрерывного сигнала известно, что его мощность равна 3 дБм, то абсолютная мощность этого сигнала в два раза превышает 1 мВт, или равна 2 мВт. Аналогично сигнал уровня-10 дБм имеет абсолютную мощность 0,1 мВт.

При сравнении напряжений (иногда токов) U 2 и f/,

Динамический диапазон речи теледиктора составляет 25-35 дБ, художественного чтения - до 50 дБ, музыкальных и хоровых ансамблей - до 55 дБ; симфонического оркестра - 65-90 дБ. Во избежание перегрузок передающего канала в вещании динамический диапазон часто сокращают до 35-45 дБ.

При проектировании и создании систем передачи информации обычно оказывается, что спектр передаваемого сигнала сосредоточен не на тех частотах, которые эффективно пропускает имеющийся канал связи. Часто необходимо в одном канале передавать несколько независимых сигналов одновременно.

Для передачи информации на большие расстояния используют электромагнитные волны. При этом передачу можно осуществлять по медным проводам, оптоволоконному кабелю или непосредственно, но схеме передатчик-приемник. В последнем случае используются антенны. Для того чтобы антенна эффективно излучала электромагнитную энергию, ее размеры должны быть сравнимы с длиной передаваемой волны. Однако электрические сигналы, отражающие передаваемые сообщения, как правило, маломощны и низкочастотны. А из курса физики известно, что электрические сигналы с низкими частотами не могут эффективно излучаться в свободное пространство. Передавать их непосредственно можно только по проводным или кабельным линиям (телефонная, телеграфная связь и т.д.).

Передачу электромагнитного колебания на какое-либо расстояние выполняют с помощью антенн, размер которых зависит от длины волны X. Для мобильных телефонов размер антенны обычно равен (реально существенно меньше) Х/А, а длина волны X = с/f, где с = 3 10 8 м/с - скорость света в свободном пространстве; / - циклическая частота, Гц (герц - частота, при которой происходит одно колебание в секунду). Для частоты, определяемой в килогерцах, мегагерцах, гигагерцах, соответственно получают следующие соотношения: / [кГц] = 300/А. [км]; / [МГц] = 300/А, [м]; / [ГГц] = -ЗОЛ [см].

Рассмотрим почти гипотетическую передачу низкочастотного сигнала (например, со средней частотой /= 1500 Гц), поступающего в антенну. Какая антенна будет нужна для мобильного телефона при его размерах / = А./4? Получаем, что для сигнала с заданной частотой 1500 Гц длина антенны / = = Х/А = c/(Af) = 3-10 8 /(4 -1500) м = 50 000 м = 50 км. Итак, для передачи сигнала с частотой 1500 Гц без несущей частоты требуется антенна размером 50 км. При этом если низкочастотный сигнал передается с помощью несущей частоты, например 1500 МГц, размер антенны составит порядка 5 см.

Человек воспринимает акустические колебания в диапазоне 20-12 000 Гц, и для передачи звука требуется именно этот диапазон частот. Динамический диапазон частот (отношение максимальной частоты к минимальной) в этом случае равен 600, а для высококачественного воспроизведения звука он в два раза шире. При решении проблемы передачи низкочастотного сигнала используют преобразование частот и различные методы модуляции, что позволяет сделать компактную антенну. Перечисленные причины приводят к необходимости такой трансформации исходного сигнала, чтобы требования, предъявляемые к занимаемой им полосе частот, были выполнены, а сам сигнал можно было с достаточной верностью восстановить в приемнике. Чтобы уменьшить воздействие помех, следует представить сигнал в помехоустойчивой форме, подвергнув его дополнительным преобразованиям. Такими преобразованиями являются модуляция и кодирование.

Суть процесса модуляции (от англ, modulation, лат. modulatio - размеренность) сигнала заключается в следующем. Для передачи информации формируют электрические сигналы (переносчики сообщений), которыми обычно являются хорошо излучающиеся и распространяющиеся (с достаточно низким коэффициентом затухания) в свободном пространстве мощные высокочастотные гармонические электромагнитные колебания - несущие колебания {частоты), или просто несущие {earner). Очень важно помнить, что несущие колебания не содержат информации, а являются только ее переносчиками. Передаваемая по каналам связи информация путем модуляции «закладывается» в один или ряд параметров несущего колебания. Они изменяются по законам передаваемого сообщения. Исходный сигнал называют модулирующим, а результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами - модулированным сигналом {modulated signal). Обратный процесс - выделение модулирующего сигнала из модулированного колебания - называется демодуляцией или детектированием {detection) радиосигнала.

При кодировании сообщения происходит процесс преобразования его элементов в соответствующие числа {кодовые символы). Каждому элементу сообщения присваивается определенная совокупность символов, которая называется кодовой комбинацией. Совокупность кодовых комбинаций, отображающих дискретные сообщения, образует код. Правило кодирования может быть выражено кодовой таблицей, в которой приводятся алфавит кодируемых сообщений и соответствующие им кодовые комбинации. Множество возможных кодовых символов называется кодовым алфавитом, а их количество т - основанием кода.

При основании кода т правила кодирования К элементов сообщения сводятся к правилам записи К различных чисел в т-ичной системе счисления. Число разрядов п, образующих кодовую комбинацию, называют разрядностью кода или длиной кодовой комбинации. В зависимости от системы счисления, используемой при кодировании, различают двоичные и п-ичные (недвоичные) коды.