Конспект лекцій
1. Основи теорії інформації та передачі сигналів
Науково-технічний прогрес супроводжується інтенсивним зростанням обсягів інформації, необхідної для управління промисловістю, аграрним сектором, транспортом та ін. галузями економіки.
З усього різноманіття сучасних технічних систем можна виділити особливу групу так званих інформаційних систем, призначених для передачі, перетворення і зберігання інформації. До цієї групи можна віднести: зв'язкові, телемеханічні, навігаційні, телевізійні системи, електронно-обчислювальну та інформаційно-вимірювальну техніку, автоматизовані системи управління і контролю.
Теорією інформації називається розділ кібернетики, в якому математичними методами вивчаються способи вимірювання кількості інформації, що міститься в будь-яких повідомленнях, і способи її передачі.
Під інформацією розуміють сукупність відомостей про будь-які події, процеси, об'єкти управління і т.п., що розглядаються в аспекті їх передачі в просторі і в часі. У більш загальному сенсі інформація - це зміст зв'язку між матеріальними об'єктами, що виявляється у зміні станів цих об'єктів .
Інформація виступає як властивість об'єктів породжувати різноманіття станів, які за допомогою відображення передаються від одного об'єкта до іншого .
При всіх відмінностях у трактуванні поняття інформації безперечно те, що виявляється інформація завжди в матеріально-енергетичній формі у вигляді сигналів.
Можливо і взаємопов'язане визначення сигналу як матеріального носія інформації. Матеріальну основу сигналу становить будь-який фізичний об'єкт або процес, званий носієм (або переносником) інформації (повідомлення).
В якості носіїв інформації використовуються коливання різної природи, найчастіше гармонійні, включаючи окремий випадок - постійний стан (f=0).
У технічних інформаційних системах найбільш широке розповсюдження отримали носії у вигляді електричної напруги або струму.
Рис. 1.1 - Структурна схема системи передачі інформації
У передавальному пристрої (рис. 1.1) який-небудь параметр сигналу (носія інформації) змінюється за законом зміни повідомлення. Цей процес називається модуляцією. Вихідний сигнал передавального пристрою передається через канал зв'язку, де сигнал спотворюється перешкодами. Завдання демодулятора в приймальному пристрої - відновити з максимальною достовірністю передане повідомлення.
Під каналом зв'язку розуміють будь-який спосіб передачі сигналів в часі або просторі:
можлива передача інформації в просторі з максимальною швидкістю (швидкістю світла) - телебачення, електричні, оптичні та ін. канали зв'язку;
можлива передача інформації тільки в часі - запис і відтворення інформації на магнітні або оптичні диски та ін. носії;
можлива передача інформації в часі і в просторі - запис інформації на твердий носій і відтворення її в іншому місці.
Якщо носієм інформації (сигналом) у системі є постійний струм, то він має один інформаційний параметр - рівень (наприклад: телефонний канал для передачі аналогових і цифрових сигналів).
При використанні електричних сигналів у вигляді гармонійних коливань - інформативними можуть стати такі параметри, як амплітуда, частота або фаза.
Електричні сигнали прийнято поділяти на: детерміновані і випадкові.
детермінованих називають сигнали, параметри яких точно визначені в будь-які моменти часу (навіть для моментів часу в майбутньому). Випадкові сигнали відрізняються тим, що значення їх деяких параметрів передбачити неможливо. Випадкові сигнали поділяються на корисні (інформаційні) - несучі цікаву для нас інформацію; і на перешкоди, які заважають спостереженню цікавлять нас корисних сигналів.
Корисні сигнали є принципово випадковими коливаннями, тому джерело повідомлень видає кожне повідомлення з деякою ймовірністю і передбачити точно зміни значень інформативного параметра неможливо.
Наприклад: записавши на самописець зміни температури, що передаються по каналу зв'язку, ми отримаємо одну з реалізацій випадкового сигналу. Спостерігаючи на осцилографі переданий сигнал мови або музики, ми також отримуємо реалізації випадкового сигналу.
З погляду теорії інформації детермінований сигнал, тобто сигнал, у якого відомі всі параметри, немає сенсу передавати.
Проте детерміновані сигнали необхідно вивчати, то...
