Теория передачи сигналов

Дата публикации или обновления 27.06.2024

Теория передачи сигналов является составной частью науки о передаче информации (сообщений) на расстояния с помощью технических средств.

Наука о передаче информации по электрическим каналам связи называется теорией связи.

Для передачи по электрическим каналам связи сообщения независимо от их физической природы преобразуются в электрические сигналы. Таким образом, сигналы в канале связи представляют собой сообщения в преобразованном (электрическом) виде.

Основным предметом теории передачи сигналов является изучение законов передачи сообщений по каналам связи с помощью электрических сигналов. Из этого следует, что в определениях теории связи и теории передачи сигналов нет принципиального различия и в настоящее время эти понятия часто употребляются как синонимы, выражающие смысл одного и того же предмета.

В самом общем смысле информацией называется совокупность сведений о каком-либо событии или предмете. Информацию содержит, например, письменный текст, речь, музыка, то или иное изображение и т. п., которые могут быть названы источниками информации.

Получателем информации и ее отправителем может быть человек, а также различного рода аппаратура и приборы, осуществляющие передачу, регистрацию и использование информации. Телекоммуникационное оборудование компании Eltex цены на которое весьма демократичны, обеспечит надежную и бесперебойную передачу информации.

Обмен информацией между отправителем и получателем производится путем последовательной передачи отдельных, частных сообщений, которые представляют собой определенные отрезки или части более общего, целого сообщения. Так, устная речь как источник информации представляет собой последовательность фраз, которые в свою очередь состоят из слов. Определенная фраза или даже слово могут рассматриваться как отдельные, частные сообщения. Аналогично частными сообщениями являются музыкальные фразы или даже отдельные тона ее. То же можно сказать об отдельных участках изображения, представляющих собой частные, отдельные сообщения. Каждое из частных сообщений может рассматриваться как одно из состояний источника информации.

Эти понятия будут полезны при определении информационной емкости того или иного источника информации. Так, число различных состоянии или как сказано выше реализаций, какое может воспроизвести источник информации, может быть использовано для оценки и определения количества содержащейся в нем информации.

Для характеристики источника информации с точки зрения формы воспроизводимых им сообщений мы будем наряду с частным определением сообщения как отдельной реализации сообщения пользоваться также понятием сообщения в целом, относя это понятие ко всему источнику информации. Так, можно говорить вообще о сообщении в виде изображения, в виде звука (устная речь или музыка) и т. п. Очевидно, что понятия «сообщение в целом» и «источник информации» могут использоваться в равном смысле.

Выше уже было дано определение теории связи как науки о передаче информации с помощью технических средств. Комплекс технических средств, используемых для передачи данного вида сообщений, называется каналом связи. Как следует из последнего определения, канал связи не включает в себя источник и приемник информации. Однако следует иметь в виду, что структура и построение самих каналов связи определяются видом передаваемой информации. Так, каналы связи для передачи изображений и для передачи звуковых сообщений (речи, музыки) технически являются разными каналами. Известно, например, что в системе телевидения имеются отдельные, самостоятельные каналы передачи изображений и звукового сопровождения.

Под связью в узко специальном ее определении понимается обмен информацией между отправителем и получателем.

Как отмечено выше, сообщения сами по себе имеют различную физическую природу (изображения, звуковые колебания, письменный или печатный тексты и т. п.). Передача сообщений по каналам связи осуществляется с помощью сигналов. Принципиально могут существовать каналы связи с различными видами сигналов. Современная теория связи занимается главным образом вопросами передачи информации по электрическим каналам связи, т. е. с помощью электрических сигналов, и поэтому определяется конкретно как теория передачи сигналов.

По условию полного сохранения информации между сообщениями и сигналами должно существовать однозначное соответствие. Другими словами, сигнал должен быть отображением сообщения. Итак, сигнал представляет собой то же сообщение, но имеющее теперь другую физическую природу. На этом основании сигнал можно определить как преобразованное сообщение.

Помимо полезных сигналов в канале связи могут присутствовать помехи. В электрических каналах связи — это посторонние электрические процессы, создаваемые самыми различными источниками.

Принципиально, всегда передача информации по каналу связи сопровождается воздействием помех. Помеха, накладываясь на полезный сигнал, искажает его, тем самым подвергая разрушению передаваемую информацию. Из этого следует, что, строго говоря, принимаемая информация никогда не будет тождественна переданной. Степень соответствия принимаемой информации переданной будем называть верностью (переданной информации). Так как помехи имеют природу случайных электрических процессов, то верность обычно оценивается вероятностью правильного воспро-изведения передаваемых сообщений.

Передача информации с возможно большей верностью является одной из основных проблем теории и техники связи. Говоря о роли помех, можно заметить, что теория связи родилась и развивается как наука о передаче информации в условиях воздействия помех.

Различные каналы связи в различной степени подвержены влиянию помех. Способность капала связи противостоять вредному влиянию помех называется помехоустойчивостью канала связи. Аналитически помехоустойчивость канала связи оценивается вероятностью правильного или неправильного приема сигналов. Проблема повышения верности решается путем разработки помехоустойчивых каналов связи.

Современная теория связи определяет максимально возможную (потенциальную) помехоустойчивость каналов связи относительно того или иного вида помех. В соответствии с этим основным направлением в решении проблемы повышения верности передачи информации является разработка способов передачи и приема сигналов на фоне помех, обеспечивающих помехоустойчивость каналов связи, близкую к максимальной.

Другой проблемой теории и техники связи является проблема передачи информации с возможно большей скоростью. Скорость передачи информации по каналу связи измеряется количеством информации, передаваемой в единицу времени. Максимальная скорость передачи информации, которую может обеспечить канал связи с данными характеристиками, называется его пропускной способностью. Следовательно, решение проблемы повышения скорости передачи информации должно идти по пути разработки с учетом влияния помех способов преобразования сообщений в сигналы и обратного преобразования последних в сообщения, позволяющих возможно полно реализовать пропускную способность канала связи.

Помехоустойчивость и скорость передачи информации определяют совместно эффективность системы связи.

Обычно определяющим требованием к системам связи является обеспечение заданной верности. При такой формулировке задачи требование к системе связи сводится к обеспечению максимальной скорости передачи информации с заданной верностью.

В заключение перечислим основные вопросы, определяющие содержание теории связи (теории передачи сигналов).

Общая теория связи формулирует основные законы передачи информации по каналам связи и устанавливает общие соотношения между структурой сообщения и параметрами сигнала в канале связи; определяет способы передачи информации по каналам связи и оценивает их эффективность; устанавливает предельные значения скорости и верности передачи информации по каналам связи.

Следовательно, теория связи (теория передачи сигналов) является теоретической основой техники связи.

Передача сообщений по каналу связи представляет собой в целом случайный процесс. Выше отмечалось наличие помех в канале и случайный характер их воздействия на передачу информации. Вследствие влияния помех принимаемая информация будет иметь случайные отклонения от переданной. Но не только случайным характером помех объясняется случайность процесса передачи информации. В самой основе обмена информацией между отправителем и получателем ее лежит принцип неопределенности. Указанная неопределенность состоит в том, что для получателя передаваемая информация имеет в основном случайный характер. Для получателя передаваемые сообщения содержат информацию лишь в том случае, если они являются для него непредвиденными. Сообщения, которые являются априорно известными, не содержат информации.

Из сказанного следует, что математической основой теории связи является теория вероятностей и теория случайных процессов. Теория связи своим успешным развитием в значительной степени обязана бурному развитию в последние десятилетня этих разделов математики. Чтобы подчеркнуть определяющую роль методов теории вероятностей и случайных процессов, теория связи часто называется статистической теорией связи.

Развитие теории связи связано с именами таких выдающихся советских и зарубежных ученых, как В. А. Котельников, В. И. Сифоров, А. А. Харкевнч, К. Шеннон, Д. Мидлтон и др., работы которых являются основополагающими в теории связи.

В создание и развитие математических основ теории связи большой вклад внесли советские ученые А. Н. Колмогоров и А. Я. Хинчин.

С использованием: Теплов Н.Л. Теория передачи сигналов по электрическим каналам связи. Восениздат. Москва. 1976 г.

В начало



Как вылечить псориаз, витилиго, нейродермит, экзему, остановить выпадение волос