Обобщенная модель канала передачи информации

В самом общем виде модель канала передачи информации можно представить следующим образом (рис.1.1)

Рис. 1.1 Общие представление модели канала передачи информации

Такая модель содержит лишь основные элементы, присущие любой системе передачи информации, однако она не отражает тех действий, которые должны выполняться над информацией в процессе ее передачи.

Значительно более полной в этом смысле является классическая модель канала передачи (хранения, обработки, распределения) информации, подобная приведенной на рис. 1.2.

Рис. 1.2 Классическая модель канала передачи, хранения, обработки и распределения информации

Кратко охарактеризуем назначение и функции элементов этой модели.

Источник информации или сообщения - это физический объект, система или явление, формирующие передаваемое сообщение в виде двоичных символов. Само сообщение - это значение или изменение некоторой физической величины, отражающие состояние объекта (системы или явления).

Кодер первичного кода - преобразует двоичный код с выхода источника в первичный код, который более удобен для дальнейших преобразований последующими устройствами.

Кодер источника – обеспечивает сокращение объема (сжатие) информации с целью повышения скорости ее передачи или сокращения полосы частот, требуемых для передачи. Кодирование источника иногда называют экономным, безызбыточным или эффективным кодированием, а также сжатием данных. Под эффективностью в данном случае понимается степень сокращения объема данных, обеспечиваемая кодированием.

Криптографический кодер – выполняет криптографическое кодирование (шифрование) для обеспечения секретности передачи информации.

Кодер канала выполняет помехоустойчивое кодирование, которое представляет собой способ обработки передаваемых данных, обеспечивающий

уменьшение количества ошибок, возникающих в процессе передачи по каналу с помехами. Существует большое число различных методов помехоустойчивого кодирования информации, но все они основаны на следующем: при

помехоустойчивом кодировании в передаваемые сообщения вносится специальным образом организованная избыточность (в передаваемые кодовые последовательности добавляются избыточные символы), позволяющая на приемной стороне обнаруживать и исправлять возникающие ошибки. Таким образом, если при кодировании источника производится устранение естествен-

ной избыточности, имеющей место в сообщении, то при кодировании в канале избыточность в передаваемое сообщение сознательно вносится.

Модулятор – порождает множество непрерывных сигналов конечной

длительности и реализует отображение выходных последовательностей кодера в это множество сигналов.

Физический канал – это вся аппаратура и вся физическая среда через которую проходит сигнал на пути от выхода модулятора до входа демодулятора. Физический канал не обязательно представляет собой систему связи, работающую в режиме реального времени; он может быть системой хранения, обработки или распределения информации. Обычно выходной сигнал канала является суммой входного сигнала, умноженного на коэффициент передачи, и случайного шума.

Демодулятор – это устройство, которое на основе наблюдения принято-

го сигнала оценивает, какой из возможных символов был передан. Вероятность того, что эта оценка окажется правильной зависит от отношения мощности сигнала к мощности шума в используемой полосе частот, от искажения

сигнала, вызываемого фильтрацией и нелинейными эффектами, и от используемой схемы демодулятора. Кроме этого, демодулятор часто выполняет еще одну функцию, состоящую в передаче декодеру информации о степени надежности оценки каждого символа.

Декодер канала. Принятые последовательности в общем случае могут отличаться от переданных кодовых слов, то есть содержать ошибки. Количество таких ошибок зависит от уровня помех в канале связи, скорости передачи, выбранного для передачи сигнала и способа модуляции, а также от способа приема (демодуляции) колебания. Задача декодера канала - обнаружить и, по возможности, исправить эти ошибки. Процедура обнаружения и исправления ошибок в принятой последовательности называется декодированием канала. Результатом декодирования является оценка информационной последовательности. Выбор помехоустойчивого кода, способа кодирования, а также метода декодирования должен производиться так, чтобы на выходе декодера канала осталось как можно меньше неисправленных ошибок.

Криптографический декодер – выполняет декодирование зашифрованной информации по специальным алгоритмам.

Декодер источника. Поскольку информация источника в процессе передачи подвергалась кодированию с целью ее более компактного представления, необходимо восстановить ее к исходному (или почти исходному виду)

по принятой последовательности. Такая процедура называется декодированием источника и может быть обратно операции кодирования (неразрушающее кодирование/декодирование).

Нужно сказать, что в последнее время экономное кодирование занимает все более заметное место в системах передачи информации, поскольку, вместе с помехоустойчивым кодированием, это оказалось самым эффективным способом увеличения скорости и качества ее передачи. Необходимо отметить, что для построения эффективных кодеков для каналов с различной физической средой необходимо использовать более сложные модели каналов, чем модель рис. 1.2. Эти модели должны отражать специфику реальных каналов и в этом случае позволят синтезировать эффективные алгоритмы кодирования и конструкции систем. В моделях должны быть установлены связи кодеков с другими компонентами системы, например с модулятором/демодулятором, учтены состояние канала в различные промежутки времени и ограничения, накладываемые системой на процессы кодирования информации. Все это приводит к задачам поиска эффективных решений не только по кодированию информации, но и по решению системных, конструкторско-технологических, экономических, организационных и других разнообразных задач.