Сигнал. Сообщение как совокупность сигналов. Схема передачи сигналов. Помехи в каналах передачи.

Передача информации осуществляется по каналам связи в виде сигналов, вырабатываемых органами кибернетической системы. Связь в кибернетике – это процессы восприятия информации, ее хранения, передачи и воспроизведения. Сигнал – физический процесс, отображающий информацию и служащий для ее передачи по каналу связи, или материальный носитель информации. Сообщение – в теории информации – всякий носитель информации, т.е. сигнал или совокупность сигналов. Канал – в теории информации – это любое устройство для передачи информации. Тогда канал связи – совокупность устройств, имеющих один вход и один выход, обеспечивающих передачу сигналов на расстоянии. Иначе каналом связи называется среда, по которой осуществляется передача сигналов. Например, при устном разговоре сигналом является речь, а каналом связи – воздух. При радиопередаче сигналом является звук, каналом связи – электромагнитное поле и также воздух. Физическим носителем сигнала могут быть всевозможные виды энергии и вещества.

Таким образом, сигналы могут быть самые разнообразные по природе и форме: световые, звуковые, электрические, магнитные, химические, температурные и т.п.; в живых организмах – в форме нервных импульсов или биохимических реакций и т.д. Соответственно различаются и среды, в которых происходит передача сигналов. Однако, несмотря на разнообразие возможных конкретных форм сигналов и сред, в которых они передаются, законы передачи, приема и переработки информации, носителями которой они являются, едины. Эти законы и изучаются теорией информации.

Информационное значение сигнала не зависит от его энергии. Сигнал не передает энергию, а лишь направляет ее поток в нужное русло. Внешние и внутренние помехи обозначаются как шум. В зависимости от значения передаваемые сигналы делятся на два вида: осведомительные и исполнительные. Осведомительные сигналы сообщают информацию, описывают события. Исполнительные сигналы содержат в себе команду к действию. Различают сигналы непрерывные и дискретные. Примером дискретных сигналов является азбука Морзе. Непрерывный сигнал – изменение напряжения в сети, соответствующее изменению температуры.

Всякое сообщение состоит из комбинации сигналов определенной физической природы. Система сигналов называется информационным кодом или просто кодом. Код – система условных знаков, служащих для передачи и хранения информации. Коды составляются из группы элементов, обладающих какими-либо физическими параметрами (алфавит кода), которые могут принимать несколько различных значений (буквы алфавита кода).

Чтобы передать сообщение о каком-либо событии, его нужно описать, используя тот или иной алфавит, т.е. закодировать. Кодирование (декодирование) – операция отождествления символов или групп символов одного кода с символами или группами символов другого кода. Оно необходимо для того, чтобы приспособить форму сообщения к данному (удобному) каналу связи или запоминающему устройству. Для передачи информации в хозяйственной и научной жизни кодирование производит человек. Существует и природные способы кодирования, например, кодирование наследственной информации в зародышевой клетке. Применение кодирования позволяет использовать небольшой алфавит для передачи любого количества информации. Использование двоичного кода позволяет представлять информацию в виде комбинации двух символов: 0 и 1.

В кибернетике неважно, какая энергия затрачена для передачи сигнала, гораздо важнее, какое количество информации будет передано или можно передать по тому или иному каналу связи. Теория информации изучает условия оптимального кодирования, т.е. выбора кода, при котором обеспечивается минимальная избыточность сообщения и для передачи сообщения заданного характера требуется наименьшее количество знаков.

Избыточность сообщения определяется наличием в сообщении знаков, не несущих полезной информации. Сравним тексты, составленные разговорным языком и телеграфным стилем. При том же количестве информации текст во втором случае получается в 2-3 раза короче. Это и есть избыточность сообщений.

Второе положение оптимального кодирования – требование наименьшего количества знаков. Характерный пример – азбука Морзе. Часто встречающиеся буквы передаются коротким сочетанием знаков кода, более редко встречающиеся – длинными.

Общую схему передачи информации можно представить в виде схемы:

Рис.2.

Любая схема передачи сигналов должна удовлетворять требованиям изоморфизма – такого соответствия физически различных явлений, при котором сохраняется содержание передаваемого события, т.е. передача должна осуществляться с минимально возможными искажениями.

По одному каналу связи информация передается от одного источника к одному потребителю. Однако одна и та же промежуточная среда может быть использована для одновременной и независимой передачи информации между несколькими источниками и потребителями. Такая передача называется многоканальной. Разделение непрерывных сигналов можно осуществлять как по частоте, так и по времени.

Среднее количество информации, передаваемое по каналу за единицу времени, называется скоростью передачи информаци и. Она зависит от физической скорости передачи по каналу сигналов и от среднего количества информации, содержащегося в каждом символе. Максимальная скорость передачи, т.е. максимальное количество информации, которое может быть передано по каналу связи в единицу времени, называется пропускной способностью канала связи.

При передаче информации по каналам связи может происходить искажение формы сигнала, в простейшем случае – затухание (убывание по амплитуде) вследствие потери мощности. На передаваемый сигнал могут влиять посторонние сигналы, называемые помехами или шумами. Иногда эти помехи вызываются свойствами самой системы передачи сигналов. В таком случае их называют «собственным шумом» канала связи. Помехи и искажения нарушают достоверность передачи закодированного сообщения, поэтому любой канал связи характеризуется коэффициентом качества или «помехоустойчивостью», который равен отношению интенсивности передаваемого (полезного) сигнала А_п к интенсивности шума А_ш:

К = А_п/ А_ш . (7)

Чем больше это отношение, тем лучше качество канала связи.

Для борьбы с помехами в каналах связи применяются различные меры, цель которых – устранение или ослабление источника помех.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: