Übermittlung von Informationen über technische Kommunikationskanäle Zusammenfassung. Vortrag zum Thema "Informationsübermittlung über technische Kanäle". Digitale Signalverarbeitung
Die Übertragung von Informationen erfolgt von der Quelle zum Empfänger (Empfänger) von Informationen. Quelle Information kann alles sein: jedes Objekt oder Phänomen lebender oder unbelebter Natur. Der Prozess der Informationsübertragung findet in einer materiellen Umgebung statt, die Quelle und Empfänger von Informationen trennt, was als bezeichnet wird Kanal Übertragung von Informationen. Informationen werden über einen Kanal in Form einer bestimmten Folge von Signalen, Symbolen, Zeichen übertragen, die aufgerufen werden Nachricht. Empfänger Information ist ein Objekt, das eine Nachricht empfängt, wodurch bestimmte Zustandsänderungen auftreten. All dies ist schematisch in der Figur gezeigt.
Übertragung von Informationen
Eine Person erhält Informationen von allem, was sie umgibt, durch die Sinne: Hören, Sehen, Riechen, Berühren, Schmecken. Eine Person erhält die größte Menge an Informationen durch Hören und Sehen. Tonbotschaften werden vom Ohr wahrgenommen - akustische Signale in einem kontinuierlichen Medium (meistens in der Luft). Vision nimmt Lichtsignale wahr, die das Bild von Objekten tragen.
Nicht jede Nachricht ist für eine Person informativ. Beispielsweise enthält eine Nachricht in einer unverständlichen Sprache, obwohl sie an eine Person übermittelt wird, keine Informationen für sie und kann keine angemessenen Änderungen ihres Zustands bewirken.
Ein Informationskanal kann entweder natürlicher Natur sein (atmosphärische Luft, durch die Schallwellen übertragen werden, Sonnenlicht, das von beobachteten Objekten reflektiert wird) oder künstlich geschaffen werden. Im letzteren Fall wir redenüber technische Kommunikationsmittel.
Technische Informationsübertragungssysteme
Das erste technische Mittel zur Übertragung von Informationen über große Entfernungen war der 1837 von dem Amerikaner Samuel Morse erfundene Telegraf. 1876 erfindet der Amerikaner A. Bell das Telefon. Basierend auf der Entdeckung elektromagnetischer Wellen durch den deutschen Physiker Heinrich Hertz (1886), A.S. Popov in Russland im Jahr 1895 und fast gleichzeitig mit ihm im Jahr 1896 G. Marconi in Italien, wurde das Radio erfunden. Fernsehen und Internet erschienen im zwanzigsten Jahrhundert.
Alle oben genannten Techniken Informationskommunikation basieren auf der Übertragung eines physikalischen (elektrischen oder elektromagnetischen) Signals über eine Distanz und gehorchen einigen allgemeinen Gesetzen. Das Studium dieser Gesetze ist Kommunikationstheorie die in den 1920er Jahren entstanden. Mathematischer Apparat der Kommunikationstheorie - Mathematische Theorie der Kommunikation, entwickelt vom amerikanischen Wissenschaftler Claude Shannon.
Claude Elwood Shannon (1916–2001), USA
Claude Shannon schlug ein Modell für den Prozess der Informationsübertragung über technische Kommunikationskanäle vor, dargestellt durch ein Diagramm.
Übertragungssystem für technische Informationen
Kodierung bedeutet hier jede Umwandlung von Informationen, die von einer Quelle kommen, in eine Form, die für ihre Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignet ist. Dekodierung - Rücktransformation der Signalfolge.
Die Funktionsweise eines solchen Schemas kann durch den bekannten Vorgang des Telefonierens erklärt werden. Die Informationsquelle ist sprechender Mann. Ein Encoder ist ein Hörermikrofon, das Schallwellen (Sprache) in elektrische Signale umwandelt. Der Kommunikationskanal ist das Telefonnetz (Drähte, Schalter von Telefonknoten, durch die das Signal läuft). Das Decodiergerät ist ein Hörer (Kopfhörer) der zuhörenden Person - des Empfängers von Informationen. Hier wird das eingehende elektrische Signal in Schall umgewandelt.
Modern ComputersystemeÜbertragung von Informationen - Computernetzwerke funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Es gibt einen Codierungsprozess, der binären Computercode in konvertiert physikalisches Signal des Typs, der über den Kommunikationskanal übertragen wird. Dekodierung ist die Rücktransformation des übertragenen Signals in Computercode. Zum Beispiel bei der Verwendung von Telefonleitungen in Computernetzwerke Die Funktionen des Codierens und Decodierens werden von einem als Modem bezeichneten Gerät ausgeführt.
Kanalkapazität und Informationsübertragungsrate
Entwickler von technischen Informationsübertragungssystemen müssen zwei miteinander verbundene Aufgaben lösen: Wie kann die höchste Geschwindigkeit der Informationsübertragung sichergestellt werden und wie kann der Informationsverlust während der Übertragung reduziert werden. Claude Shannon war der erste Wissenschaftler, der sich der Lösung dieser Probleme annahm und für die damalige Zeit eine neue Wissenschaft schuf - Informationstheorie.
K.Shannon bestimmte die Methode zur Messung der über Kommunikationskanäle übertragenen Informationsmenge. Sie stellten das Konzept vor Bandbreite Kanal,als maximal mögliche Informationsübertragungsrate. Diese Geschwindigkeit wird in Bit pro Sekunde (sowie Kilobit pro Sekunde, Megabit pro Sekunde) gemessen.
Der Durchsatz eines Kommunikationskanals hängt von seiner technischen Implementierung ab. Beispielsweise verwenden Computernetzwerke die folgenden Kommunikationsmittel:
Telefonleitungen,
Elektrokabelanschluss,
Glasfaserverkabelung,
Funkkommunikation.
Durchsatz von Telefonleitungen - Dutzende, Hunderte von Kbps; Der Durchsatz von Glasfaserleitungen und Funkkommunikationsleitungen wird in Dutzenden und Hunderten von Mbit / s gemessen.
Lärm, Lärmschutz
Der Begriff "Rauschen" bezieht sich auf andere Art Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlust führen. Solche Störungen treten hauptsächlich aus technischen Gründen auf: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, gegenseitige Unsicherheit verschiedener Informationsflüsse, die über dieselben Kanäle übertragen werden. Manchmal hören wir beim Telefonieren Geräusche, Knistern, die es schwierig machen, den Gesprächspartner zu verstehen, oder das Gespräch ganz anderer Personen wird unserem Gespräch überlagert.
Das Vorhandensein von Rauschen führt zum Verlust übertragener Informationen. In solchen Fällen ist Lärmschutz erforderlich.
Zunächst werden Kommunikationswege durch technische Maßnahmen vor Lärmeinwirkungen geschützt. Verwenden Sie beispielsweise abgeschirmtes Kabel anstelle von blankem Draht; die Verwendung verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen trennen usw.
Claude Shannon entwickelt Kodiertheorie, die Methoden für den Umgang mit Rauschen angibt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der Code, der über die Kommunikationsleitung übertragen werden muss, sein muss überflüssig. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung kompensiert werden. Wenn Sie beispielsweise beim Telefonieren schlecht zu verstehen sind, haben Sie durch zweimaliges Wiederholen jedes Wortes eine bessere Chance, dass der Gesprächspartner Sie richtig versteht.
Allerdings darf man die Redundanz nicht zu groß machen. Dies führt zu Verzögerungen und höheren Kommunikationskosten. Die Codierungstheorie ermöglicht es Ihnen, einen optimalen Code zu erhalten. In diesem Fall ist die Redundanz der übertragenen Informationen minimal und die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen maximal.
In modernen digitalen Kommunikationssystemen wird oft die folgende Technik verwendet, um den Informationsverlust während der Übertragung zu bekämpfen. Die gesamte Nachricht ist in Portionen unterteilt - Pakete. Für jedes Paket wird berechnet Prüfsumme(Summe der Binärziffern), die mit diesem Paket übertragen wird. Am Empfangsort wird die Prüfsumme des empfangenen Pakets neu berechnet und, falls sie nicht mit der ursprünglichen Summe übereinstimmt, die Übertragung dieses Pakets wiederholt. Dies wird bis zum Anfangs- und Endspiel fortgesetzt Prüfsummen wird nicht passen.
Betrachtet man die Informationsvermittlung in propädeutischen und grundständigen Informatikkursen, so sollte diese Thematik zunächst aus der Position einer Person als Informationsempfänger diskutiert werden. Die Fähigkeit, Informationen aus der Umwelt zu erhalten, ist die wichtigste Voraussetzung für die menschliche Existenz. Die menschlichen Sinnesorgane sind die Informationskanäle des menschlichen Körpers, die einen Menschen mit verbinden Außenumgebung. Auf dieser Grundlage werden Informationen in visuelle, auditive, olfaktorische, taktile und gustatorische unterteilt. Der Grund dafür, dass Geschmack, Geruch und Berührung Informationen zu einer Person tragen, ist wie folgt: Wir erinnern uns an die Gerüche vertrauter Gegenstände, den Geschmack vertrauter Speisen, wir erkennen vertraute Gegenstände durch Berührung. Und der Inhalt unseres Gedächtnisses sind gespeicherte Informationen.
Den Schülern sollte vermittelt werden, dass die Informationsfunktion der Sinne in der Tierwelt eine andere ist als die des Menschen. Der Geruchssinn erfüllt für Tiere eine wichtige Informationsfunktion. Der erhöhte Geruchssinn von Diensthunden wird von Strafverfolgungsbehörden genutzt, um nach Verbrechern zu suchen, Drogen aufzuspüren usw. Die visuelle und akustische Wahrnehmung von Tieren unterscheidet sich von der des Menschen. Zum Beispiel sind Fledermäuse dafür bekannt, Ultraschall zu hören, und Katzen sind dafür bekannt, im Dunkeln zu sehen (aus menschlicher Sicht).
Im Rahmen dieses Themas sollen die Studierenden führen können konkrete Beispiele den Prozess der Informationsübertragung, um für diese Beispiele die Quelle, den Empfänger von Informationen, die verwendeten Informationsübertragungskanäle zu bestimmen.
Beim Studium der Informatik im Gymnasium sollten die Schüler in die Grundbestimmungen der technischen Kommunikationstheorie eingeführt werden: die Konzepte der Codierung, Decodierung, Informationsübertragungsrate, Kanalkapazität, Rauschen, Lärmschutz. Diese Fragestellungen können im Rahmen des Themas „Technische Mittel von Rechnernetzen“ betrachtet werden.
Informationsübertragung ist ein Begriff, der viele physikalische Prozesse der Informationsbewegung im Raum zusammenfasst. Jeder dieser Prozesse umfasst Komponenten wie die Quelle und den Empfänger von Daten, den physischen Träger von Informationen und den Kanal (Medium) ihrer Übertragung.
Informationsübertragungsprozess
Die anfänglichen Datenbehälter sind verschiedene Nachrichten, die von ihren Quellen zu den Empfängern übertragen werden. Dazwischen befinden sich Kanäle zum Übertragen von Informationen. Spezielle technische Wandlergeräte (Encoder) bilden aus dem Inhalt von Nachrichten physikalische Datenträger – Signale – ab. Letztere werden einer Reihe von Transformationen unterzogen, darunter Codierung, Komprimierung, Modulation, und dann an die Kommunikationsleitungen gesendet. Nach dem Durchgang werden die Signale inversen Transformationen unterzogen, einschließlich Demodulation, Dekomprimierung und Dekodierung, wodurch die ursprünglichen Nachrichten aus ihnen extrahiert und von den Empfängern wahrgenommen werden.
Informationsmeldungen
Eine Nachricht ist eine Art Beschreibung eines Phänomens oder Objekts, ausgedrückt als eine Reihe von Daten, die Zeichen für einen Anfang und ein Ende haben. Einige Nachrichten, wie Sprache und Musik, sind kontinuierliche Funktionen der Schalldruckzeit. Bei telegrafische Kommunikation die Nachricht ist der Text des Telegramms in Form einer alphanumerischen Folge. Eine Fernsehnachricht ist eine Folge von Nachrichten-Einzelbildern, die das Kameraobjektiv „sieht“ und mit einer bestimmten Bildfrequenz einfängt. Die überwiegende Mehrheit der Nachrichten, die in letzter Zeit durch Informationsübertragungssysteme übertragen werden, sind Zahlenfelder, Text, Graphiken sowie Audio- und Videodateien.
Informationssignale
Die Übertragung von Informationen ist möglich, wenn sie einen physikalischen Träger haben, dessen Eigenschaften sich je nach Inhalt der übertragenen Nachricht so ändern, dass sie den Übertragungskanal möglichst verzerrungsfrei überwinden und vom Empfänger erkannt werden können. Diese Änderungen des physikalischen Speichermediums bilden ein Informationssignal.
Heutzutage werden Informationen mithilfe elektrischer Signale in drahtgebundenen und Funkkommunikationskanälen sowie dank optischer Signale in FOCL übertragen und verarbeitet.
Analoge und digitale Signale
Ein bekanntes Beispiel für ein analoges Signal, d.h. sich ständig mit der Zeit ändert, ist die Spannung, die dem Mikrofon entnommen wird, das eine Sprach- oder Musikinformationsnachricht trägt. Es kann verstärkt und an die Beschallungsanlage des Konzertsaals angeschlossen werden, die Sprache und Musik von der Bühne zum Publikum auf der Empore überträgt.
Wird entsprechend der Höhe der Spannung am Ausgang des Mikrofons die Amplitude oder Frequenz hochfrequenter elektrischer Schwingungen im Funksender zeitlich kontinuierlich verändert, so kann ein analoges Funksignal über die Luft übertragen werden. TV-Sender im System Analoges Fernsehen erzeugt ein analoges Signal in Form einer Spannung proportional zur aktuellen Helligkeit der vom Kameraobjektiv wahrgenommenen Bildelemente.
Wenn jedoch die analoge Spannung vom Mikrofonausgang durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC) geleitet wird, ist sein Ausgang keine kontinuierliche Funktion der Zeit mehr, sondern eine Folge von Messwerten dieser Spannung, die in regelmäßigen Abständen mit genommen werden eine Abtastfrequenz. Darüber hinaus führt der DAC auch eine Quantisierung gemäß dem Pegel der Anfangsspannung durch und ersetzt den gesamten möglichen Bereich seiner Werte durch einen endlichen Satz von Werten, der durch die Anzahl der Binärziffern seines Ausgangscodes bestimmt wird. Es stellt sich heraus, dass eine kontinuierliche physikalische Größe (in diesem Fall die Spannung) in eine Folge digitaler Codes (digitalisiert) und dann in umgewandelt wird digitale Form können gespeichert, verarbeitet und über Informationsnetze übertragen werden. Dies erhöht die Geschwindigkeit und Störfestigkeit solcher Prozesse erheblich.
Informationsübertragungskanäle
Normalerweise bezieht sich dieser Begriff auf die komplexen technischen Mittel, die an der Übertragung von Daten von der Quelle zum Empfänger beteiligt sind, sowie auf die Umgebung zwischen ihnen. Die Struktur eines solchen Kanals mit typischen Mitteln der Informationsübertragung wird durch die folgende Abfolge von Transformationen dargestellt:
II - PS - (KI) - KK - M - LPI - DM - DC - DI - PS
KI ist eine Informationsquelle: eine Person oder ein anderes Lebewesen, ein Buch, ein Dokument, ein Bild auf einem nicht elektronischen Medium (Leinwand, Papier) usw.
PS ist ein Konverter einer Informationsnachricht in ein Informationssignal, der die erste Stufe der Datenübertragung durchführt. Als PS können Mikrofone, Fernseh- und Videokameras, Scanner, Faxgeräte, PC-Tastaturen usw. fungieren.
CI ist ein Informationscodierer in einem Informationssignal, um die Lautstärke (Komprimierung) von Informationen zu reduzieren, um die Übertragungsrate zu erhöhen oder das für die Übertragung erforderliche Frequenzband zu reduzieren. Dieser Link ist optional, wie in Klammern angegeben.
KK - Kanalkodierer zur Erhöhung der Störfestigkeit des Informsignals.
M ist ein Signalmodulator zum Ändern der Eigenschaften von Zwischenträgersignalen in Abhängigkeit vom Wert des Informationssignals. Ein typisches Beispiel ist die Amplitudenmodulation eines Trägersignals hoher Trägerfrequenz in Abhängigkeit vom Wert eines niederfrequenten Informationssignals.
LPI - eine Informationsübertragungsleitung, die eine Kombination aus der physikalischen Umgebung (z. B. einem elektromagnetischen Feld) und technischen Mitteln zur Änderung ihres Zustands darstellt, um ein Trägersignal an den Empfänger zu übertragen.
DM ist ein Demodulator zum Trennen des Informationssignals vom Trägersignal. Nur anwesend in Anwesenheit von M.
DC - Kanaldecoder zum Erkennen und/oder Korrigieren von Fehlern im Informationssignal, die auf dem LPI aufgetreten sind. Nur in Gegenwart von CC vorhanden.
DI - Informationsdecoder. Nur in Gegenwart von CI vorhanden.
PI - Informationsempfänger (Computer, Drucker, Display usw.).
Wenn die Informationsübertragung bidirektional (Duplexkanal) erfolgt, dann gibt es auf beiden Seiten des LPI Modemeinheiten (MODulator-DEModulator), die M- und DM-Verbindungen kombinieren, sowie Codec-Einheiten (COder-DEcoder), die Encoder kombinieren (KI und KK) und Decoder (DI und DC).
Eigenschaften von Übertragungskanälen
Zur Hauptsache Unterscheidungsmerkmale Kanäle umfassen Bandbreite und Störfestigkeit.
Im Kanal ist das Informationssignal Rauschen und Interferenzen ausgesetzt. Sie können durch natürliche Ursachen verursacht werden (z. B. atmosphärisch für Funkkanäle) oder speziell vom Feind erzeugt werden.
Die Störfestigkeit von Übertragungskanälen wird durch den Einsatz verschiedener analoger und digitaler Filter zur Trennung von Informationssignalen und Störsignalen sowie durch spezielle Nachrichtenübertragungsverfahren zur Minimierung des Störeinflusses erhöht. Eine dieser Methoden ist das Hinzufügen zusätzlicher Zeichen, die keinen nützlichen Inhalt haben, aber helfen, die Korrektheit der Nachricht zu kontrollieren und Fehler darin zu korrigieren.
Die Bandbreite des Kanals ist gleich der maximalen Anzahl von binären Symbolen (kbps), die von ihm ohne Interferenz in einer Sekunde übertragen werden. Für verschiedene Kanäle variiert sie von wenigen kbps bis zu Hunderten von Mbps und wird durch ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt.
Theorie der Informationsübertragung
Claude Shannon ist der Autor einer speziellen Theorie zur Codierung übertragener Daten, der Methoden zur Bekämpfung von Rauschen entdeckte. Eine der Hauptideen dieser Theorie ist die Notwendigkeit einer Redundanz des über Informationsübertragungsleitungen übertragenen digitalen Codes. Auf diese Weise können Sie den Verlust wiederherstellen, wenn ein Teil des Codes während seiner Übertragung verloren geht. Solche Codes (digitale Informationssignale) werden als rauschunempfindlich bezeichnet. Coderedundanz sollte jedoch nicht zu weit getrieben werden. Dies führt dazu, dass die Übertragung von Informationen verzögert wird, sowie zu einem Anstieg der Kosten von Kommunikationssystemen.
Digitale Signalverarbeitung
Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Theorie der Informationsübertragung ist ein Methodensystem zur digitalen Signalverarbeitung in Übertragungskanälen. Diese Verfahren umfassen Algorithmen zum Digitalisieren ursprünglicher analoger Informationssignale mit einer bestimmten Abtastrate, die auf der Grundlage des Shannon-Theorems bestimmt wird, sowie Verfahren zum Erzeugen von rauschgeschützten Trägersignalen auf ihrer Grundlage zum Übertragen über Kommunikationsleitungen und zum digitalen Filtern von empfangenen Signalen in der Reihenfolge um sie von Störungen zu trennen.
Der Prozess der Informationsübertragung lässt sich anhand eines Modells in Form eines Diagramms wie in Abbildung 3 dargestellt darstellen.
Reis. 3. Verallgemeinertes Modell des Informationsübertragungssystems
Berücksichtigen Sie die Hauptelemente, aus denen dieses Modell besteht, sowie die Transformation von Informationen, die darin auftritt.
1. Informationsquelle oder Nachricht (AI) ist ein materielles Objekt oder Subjekt von Informationen, das Informationen in Form von Nachrichten oder Signalen verschiedener physikalischer Art sammeln, speichern, umwandeln und ausgeben kann. Dies kann eine Computertastatur, eine Person, ein analoger Ausgang einer Videokamera usw. sein.
Wir werden zwei Arten von Informationsquellen betrachten: Wenn die Informationsquelle in einem endlichen Zeitintervall eine endliche Menge von Nachrichten erzeugt, ist sie es diskret , und ansonsten - kontinuierlich . In der nächsten Lektion werden wir die Quellen ausführlicher besprechen.
Informationen in Form der ursprünglichen Nachricht vom Ausgang der Informationsquelle werden dem Eingang des Codierers zugeführt, der den Quellencodierer (CI) und den Kanalcodierer (CC) umfasst.
2. Kodierer.
2.1.Quellcoder sorgt für die Umwandlung der Nachricht in das primäre Signal - eine Reihe elementarer Symbole .
Beachten Sie, dass der Code eine universelle Möglichkeit ist, Informationen während ihrer Speicherung, Übertragung und Verarbeitung in Form eines Systems von Eins-zu-Eins-Korrespondenzen zwischen Nachrichtenelementen und Signalen anzuzeigen, mit deren Hilfe diese Elemente festgelegt werden können. Codierung lässt sich immer auf die eindeutige Umwandlung von Zeichen eines Alphabets in Zeichen eines anderen reduzieren. Gleichzeitig ist der Code eine Regel, ein Gesetz, ein Algorithmus, nach dem diese Transformation durchgeführt wird.
Der Code ist vollständiger Satz alle möglichen Kombinationen von Symbolen des nach diesem Gesetz konstruierten sekundären Alphabets. Zugehörige Zeichenkombinationen angegebenen Code, werden genannt Codewörter . Es können jeweils alle oder ein Teil der zu einem gegebenen Code gehörenden Codeschichten verwendet werden. Darüber hinaus gibt es "mächtige Codes", die alle Kombinationen fast unmöglich darzustellen sind. Unter dem Wort "Code" verstehen wir daher in erster Linie das Gesetz, nach dem die Transformation durchgeführt wird, wodurch wir Codewörter erhalten, deren gesamter Satz zu diesem Code gehört und nicht zu einigen andere nach einem anderen Gesetz konstruiert.
Symbole des sekundären Alphabets sind unabhängig von der Grundlage des Codes nur Nachrichtenträger. In diesem Fall ist die Nachricht der Buchstabe des primären Alphabets, unabhängig von dem spezifischen physischen oder semantischen Inhalt, den er widerspiegelt.
Somit besteht der Zweck des Quellenkodierers darin, die Informationen in der kompaktesten Form darzustellen. Dies ist notwendig, um die Ressourcen des Kommunikationskanals oder der Speichervorrichtung effizient zu nutzen. Auf die Fragen der Quellencodierung wird in Thema Nr. 3 näher eingegangen.
2.2.Kanal-Encoder. Beim Übertragen von Informationen über einen verrauschten Kommunikationskanal können Fehler in den empfangenen Daten auftreten. Wenn solche Fehler von geringer Größenordnung sind oder selten genug auftreten, können die Informationen vom Verbraucher verwendet werden. Bei einer großen Anzahl von Fehlern können die erhaltenen Informationen nicht verwendet werden.
Kanalcodierung, oder fehlerkorrigierende Codierung, ist ein Verfahren zur Verarbeitung übermittelter Daten, das zur Verfügung stellt verringern Anzahl der Fehler die während der Übertragung über einen verrauschten Kanal entstehen.
Am Ausgang des Kanalcodierers wird dadurch eine Folge von Codesymbolen gebildet, genannt Codefolge . Auf die Problematik der Kanalkodierung wird im Themenfeld Nr. 5, sowie in der Vorlesung „Theorie der elektrischen Kommunikation“ näher eingegangen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die fehlerkorrigierende Codierung als auch die Datenkomprimierung keine obligatorischen Operationen bei der Übertragung von Informationen sind. Diese Prozeduren (und ihre entsprechenden Blöcke im Blockdiagramm) sind möglicherweise nicht vorhanden. Dies kann jedoch zu sehr erheblichen Verlusten der Störfestigkeit des Systems, einer erheblichen Verringerung der Übertragungsrate und einer Verringerung der Qualität der Informationsübertragung führen. Daher müssen und müssen praktisch alle modernen Systeme (möglicherweise mit Ausnahme der einfachsten) sowohl eine effiziente als auch eine fehlerkorrigierende Datencodierung enthalten.
3. Modulator. Sollen Nachrichten übermittelt werden, werden den Symbolen des sekundären Alphabets bestimmte physikalische Qualitätsmerkmale zugeordnet. Der Prozess der Beeinflussung einer verschlüsselten Nachricht, um daraus ein Signal zu machen, wird als bezeichnet Modulation . Modulatorfunktionen - Nachrichtenverhandlung Quelle oder vom Encoder generierte Codesequenzen, co Eigenschaften der Kommunikationsleitung und Ermöglichen der gleichzeitigen Übertragung einer großen Anzahl von Nachrichten über einen gemeinsamen Kommunikationskanal.
Daher muss der Modulator Nachrichten umwandeln Quelle oder ihre entsprechenden Codesequenzen in Signale, (Signale mit Nachrichten zu überlagern), deren Eigenschaften ihnen die Möglichkeit einer effizienten Übertragung über bestehende Kommunikationskanäle bieten würden. Dabei müssen die Signale mehrerer beispielsweise in einem gemeinsamen Funkkanal arbeitender Informationsübertragungssysteme so beschaffen sein, dass eine unabhängige Nachrichtenübermittlung aller Quellen an alle Informationsempfänger gewährleistet ist. Im Kurs „Theory of Electrical Communication“ werden verschiedene Modulationsverfahren eingehend untersucht.
Es kann gesagt werden, dass der Termin Encoder Und Modulator ist die Koordination der Informationsquelle mit der Kommunikationsleitung.
4. Kommunikationsleitung ist das Medium, in dem sich Signale mit Informationen ausbreiten. Kommunikationskanal und Kommunikationsleitung nicht verwechseln. Verknüpfung - eine Reihe technischer Mittel zur Übermittlung von Informationen von einer Quelle an einen Empfänger.
Je nach Ausbreitungsmedium gibt es Funkkanäle, kabelgebunden, faseroptisch, akustisch etc. Kanäle. Es gibt viele Modelle, die Kommunikationskanäle mehr oder weniger detailliert beschreiben, aber in Allgemeiner Fall das den Kommunikationskanal passierende Signal wird gedämpft, erhält eine gewisse Zeitverzögerung (oder Phasenverschiebung) und wird verrauscht.
Um den Durchsatz von Kommunikationsleitungen zu erhöhen, können Nachrichten von mehreren Quellen gleichzeitig über sie übertragen werden. Dieser Ansatz heißt Siegel. In diesem Fall werden Nachrichten von jeder Quelle über ihren eigenen Kommunikationskanal übertragen, obwohl sie eine gemeinsame Kommunikationsleitung haben.
Mathematische Modelle von Kommunikationskanälen werden in der Vorlesung "Theorie der elektrischen Kommunikation" betrachtet. Die informativen Eigenschaften von Kommunikationskanälen werden im Rahmen unserer Disziplin bei der Bearbeitung von Thema Nr. 4 ausführlich betrachtet.
5. Demodulator . Die empfangene (wiedergegebene) Nachricht unterscheidet sich aufgrund des Vorhandenseins von Interferenzen im Allgemeinen von der gesendeten. Die empfangene Nachricht wird als Schätzung bezeichnet (was eine Schätzung der Nachricht bedeutet).
Um die Auswertung der Nachricht nachvollziehen zu können, muss zunächst der Empfänger des Systems entsprechend der akzeptierten Schaukel und unter Berücksichtigung von Informationen über die bei der Übermittlung verwendeten Daten die Form eines Signals Und Modulationsverfahren Codesequenzschätzung erhalten, genannt akzeptierte Reihenfolge. Dieses Verfahren wird aufgerufen Demodulation, Detektion oder Signalempfang. Dabei sollte die Demodulation so durchgeführt werden, dass die empfangene Folge möglichst wenig von der gesendeten Codefolge abweicht. Die Fragestellungen zum optimalen Empfang von Signalen in funktechnischen Systemen sind Gegenstand des Studiengangs TES.
6. Decoder.
6.1. Kanal-Decoder. Die empfangenen Sequenzen können im Allgemeinen von den gesendeten Codewörtern abweichen, dh sie können Fehler enthalten. Die Anzahl solcher Fehler hängt von der Stärke der Interferenz im Kommunikationskanal, der Übertragungsrate, dem für die Übertragung ausgewählten Signal und dem Modulationsverfahren sowie dem Empfangsverfahren (Demodulation) ab. Kanal-Decoder-Aufgabe- erkennen und ggf. korrigieren diese Fehler. Die Prozedur zum Erkennen und Korrigieren von Fehlern in der empfangenen Sequenz wird aufgerufen Kanaldecodierung . Das Ergebnis der Dekodierung ist die Auswertung der Informationsfolge. Die Wahl des fehlerkorrigierenden Codes, des Codierverfahrens und des Decodierverfahrens sollte so getroffen werden, dass die Ausgabe des Kanaldecodierers so wenig unkorrigierte Fehler wie möglich aufweist.
Den Problemen der fehlerkorrigierenden Codierung/Decodierung in Informationsübertragungs- (und -speicherungs-)systemen wird derzeit besondere Aufmerksamkeit geschenkt, da diese Technik die Qualität ihrer Übertragung erheblich verbessern kann. In vielen Fällen, in denen die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen sehr hoch sind (in Computernetzwerken zur Datenübertragung, in Fernwirksystemen etc.), ist eine Übertragung ohne fehlerkorrigierende Codierung in der Regel nicht möglich.
6.2. Source-Decoder. Da die Quellinformationen während der Übertragung verschlüsselt wurden, um eine kompaktere (oder bequemere) Darstellung zu erhalten ( Datenkompression, wirtschaftliche Codierung, Quellcodierung), muss es gemäß der akzeptierten Reihenfolge in seiner ursprünglichen (oder fast ursprünglichen) Form wiederhergestellt werden. Der Wiederherstellungsprozess wird aufgerufen Quellendekodierung und kann entweder einfach die Umkehrung der Codierungsoperation sein (zerstörungsfreie Codierung/Decodierung) oder einen ungefähren Wert der ursprünglichen Informationen wiederherstellen. Die Wiederherstellungsoperation umfasst gegebenenfalls auch die Wiederherstellung einer kontinuierlichen Funktion aus einem Satz diskreter Schätzwerte.
Es muss gesagt werden, dass die wirtschaftliche Codierung in letzter Zeit einen immer wichtigeren Platz in Informationsübertragungssystemen eingenommen hat, da sich dies zusammen mit der fehlerkorrigierenden Codierung als der effektivste Weg erwiesen hat, um die Geschwindigkeit und Qualität ihrer Übertragung zu erhöhen.
7.Empfänger von Informationen - ein materielles Objekt oder Subjekt, das Informationen in allen Formen ihrer Manifestation zum Zwecke ihrer weiteren Verarbeitung und Nutzung wahrnimmt.
Die Empfänger von Informationen können sowohl Personen als auch technische Mittel sein, die Informationen sammeln, speichern, umwandeln, übertragen oder empfangen.
Folie 2
Technische Informationsübertragungssysteme
Aus der Geschichte: Das erste technische Übertragungssystem war der Telegraf (1837); dann wurde das Telefon erfunden (1876 vom Amerikaner Alexander Bell); die Erfindung des Radios (1895 russischer Ingenieur Alexander Stepanovich Popov. 1896 italienischer Ingenieur G. Marconi), des Fernsehens und des Internets erschienen im 20. Jahrhundert
Folie 3
Informationsübertragungsmodell von K. Shannon
Alle aufgeführten Methoden Informationskommunikationsübertragungen basieren auf der Übertragung eines physikalischen (elektrischen oder elektromagnetischen) Signals über eine Distanz und unterliegen bestimmten allgemeinen Gesetzen. Die in den 1920er Jahren entstandene Kommunikationstheorie beschäftigt sich mit der Erforschung dieser Gesetze. Der mathematische Apparat der Kommunikationstheorie - die mathematische Kommunikationstheorie - wurde vom Wissenschaftler Claude Shannon entwickelt.
Folie 4
Modell der Informationsübermittlung über technische Kommunikationskanäle
LÄRM KOMMUNIKATIONSKANAL LÄRMSCHUTZ ENCODER INFORMATIONEN EMPFÄNGER DECODER INFORMATIONEN QUELLE
Folie 5
Ein Beispiel für die Funktionsweise des Informationsübertragungsmodells über technische Kanäle
ENCODER MIKROFON KOMMUNIKATIONSKANAL DECODER EMPFÄNGER
Folie 6
Informationskodierung
dies ist jede Umwandlung von Informationen, die von einer Quelle kommen, in eine Form, die für ihre Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignet ist. Formen des verschlüsselten Signals, das über technische Kommunikationskanäle übertragen wird: elektrischer Strom Radio Signal
Folie 7
Moderne Computersysteme zur Übertragung von Informationen sind Computernetzwerke.
In Computernetzwerken ist Codierung der Prozess der Umwandlung von binärem Computercode in ein physikalisches Signal des Typs, der über einen Kommunikationskanal übertragen wird, Decodierung ist der umgekehrte Prozess der Umwandlung des übertragenen Signals in Computercode.
Folie 8
Gelöste Aufgaben der Entwickler technischer Informationsübertragungssysteme:
wie man die höchste Geschwindigkeit der Informationsübertragung sicherstellt; wie man den Informationsverlust während der Übertragung reduziert. K. Shannon hat als erster die Lösung dieser Probleme aufgegriffen und eine Wissenschafts-Informations-Theorie geschaffen.
Folie 10
hängt von der technischen Umsetzung ab. In Computernetzwerken werden folgende Kommunikationsmittel verwendet: Telefonleitungen (10÷100 Kbit/s); Elektrische Kabelkommunikation; Kommunikation über Glasfaserkabel (10÷100 Mbit/s); Funkkommunikation (10÷100 Mbit/s).
Folie 11
Informationsübertragungsrate
hängt nicht nur von der Bandbreite des Kommunikationskanals ab, sondern auch von der Bittiefe der Informationskodierung. Die Länge des Nachrichtencodes sollte so kurz wie möglich gehalten werden.
Folie 12
Lärm
Der Begriff „Rauschen“ bezieht sich auf verschiedene Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlust führen. Technische Störungsursachen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen; gegenseitige Unsicherheit verschiedener Informationsflüsse, die über dieselben Kanäle übertragen werden. Das Vorhandensein von Rauschen führt zu Informationsverlust
Folie 13
Lärmschutz
Shannon hat eine spezielle Codierungstheorie entwickelt, die Methoden zum Umgang mit Rauschen angibt. Eine der wichtigsten Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code redundant sein muss. Coderedundanz ist die mehrfache Wiederholung übertragener Daten.
