3.1 Общие соображения

Речь вначале пойдёт о понятии «канал связи», которое в этих двух областях человеческой деятельности используется для обозначения, по сути дела, очень схожих реалии.

Природа предоставила в распоряжение человека не так уж много физических процессов, которые являются потенциальными переносчиками сообщений в пространстве. Однако, человек хорошо ими распорядился и создал для себя арсенал технических средств, из которых в настоящее время на осно-ве использования нескольких различных процессов (упругих волн в различных средах, электрического тока, электромагнитных колебаний и т.п.) имеет возможность строить разнообразные каналы связи.

В технике связи так называют

совокупность технических устройств и естественных факторов, обеспечивающих передачу сообщений от отправителя к получателю – передачу, как правило, на расстояние (перенос информации из одной точки пространства в другую).

В теории информации, под каналом связи понимают модель того, что потом можно практически реализовать (на базе существующих технологий) в в сфере производства. Реализовать – в виде совокупности технических средств, обеспечивающих перенос информации в пространстве (связь) с требуемой эффективностью и надёжностью и – во времени (хранение информации). В последнем случае создаются устройства памяти (запоминающие устройства) и связанные с ними интерфейсы, обеспечивающие возможность организации и оперативного последующего использования всевозможных баз данных и других массивов информации, способных «разместиться» на этом носителе.

В общем случае, следовательно, можно говорить о канале переноса сообщений в пространстве и во времени. Нас сейчас интересует понятие канала связи, котороеиспользуют теория информации и технике связи для обозначения средств переноса сообщений в пространстве.

Ниже, в самом общем, упрощённом и почти в абстрактном виде, представлена блок схема системы связи и её окружения. Особо в ней выделена совокупность технических устройств, образующих канал связи (канал переноса сообщений).

Система связи и её окружение

Система связи

Реальная действительность. Социальные субъекты.

Подчеркнём, что это лишь – самая общая структурно-фукциональная блок-схема, которая показывает, из каких основных частей состоит система связи и какое у каждой из них (частей) функциональное предназначение. Из этой схемы видно, что источники информации и субъекты, использующие ин-формацию, не только не входят в состав канала, но находятся за пределами системы связи, вообще. Опираясь на эту простую схему, мы попытаемся конкретизировать понятие канала связи. Выразим его в знакомых нам терминах или введём этого новые менее масштабные понятия, которые характеризуют отдельные свойства канала.

Прежде всего – об отправителе сообщения. Это субъект или техническое устройство, которые формируют сообщение – хотят, обязаны или сконструированы для того, чтобы делать это; могут делать это потому, что имеют в своём распоряжении источники информации или связаны с ними определённым образом.

О получателе сообщения сказать можно то же самое, с той разницей, что здесь речь идёт не о формировании сообщения и вводе его в канал, а о способности извлечь сообщение, о заинтересованности субъекта получить (а для технических устройств – и о приспособленности использовать) информацию, которая содержится в переносимых каналом сообщениях.

Отправитель и получатель сообщений находятся в составе системы связи, но за пределами канала связи. Они только используют этот канал.

Линия связи – это существенная и относительно обособленная часть ка-нала связи. Это – та часть какала, в которой информация существует в форме сигнала. Природа линий связи, их вид и устройство, обуславливаются природой реального носителя сообщения – того физического процесса, на основе которого сигнал формируется. Происходит это в передатчике сигнала, где выбранный для использования потенциальный носитель рождается (генерируется) и где на него «пересаживается» сообщение. В линиях связи выбранный в качестве переносчика сообщений физический процесс распространяется., перенося в особенностях своей структуры структуру сообщений.

Наибольшее практическое распространение получили линии связи, в которых в качестве потенциального переносчика сообщения используется электрический ток или электромагнитные колебания. В обычных системах телефонной связи используются электрические линии связи - например, проводные линии передачи, по которым электрический сигнал подводят туда, куда надо. Сигналами в таких системах являются токи (об этом мы уже говорили во второй части курса), девственная структура которых искажена в микрофонах. Системы с использованием электромагнитных сигналов (сигналов на основе радиоволн) общеизвестны и продолжают множиться. Основными элементами, из которых формируются требующиеся в таких конкретных случаях линии связи (радиолинии), являются радиотехнические приёмники и передатчики, а также антенные устройства соответствующего диапазона частот и с нужными энергетическими характеристиками.

Возвращаясь к схеме системы связи в целом, обратим внимание на то, что на входе канала имеется сообщение, а переносчиком сообщения может быть только сигнал. И ещё. Только в «диких», естественных условиях, этот сигнал распространяется «во все стороны».

В создаваемых человеком системах связи в состав канала внедряются специальные технические устройства, которые доставляют сигнал в определённое место: в ту точку пространства, где он нужен и куда в естественных условиях этот сигнал мог бы и не попасть (конкретная радиотрасса), либо специально сконструированная и проложенная где надо, техническая линия связи (проводная, волноводная или стекловолоконная). В совокупности эти устройства и образуют линию связи. Линия связи, следовательно, – это либо просто часть естественного пространства нашего мира, либо специально созданные технические устройства.

В знакомых Вам цифровых устройствах обработки информации в качестве носителя сообщений (об этом мы говорили во второй части курса) является регулярная последовательность очень коротких импульсов тока, для канализации которых в компьютерных сетях и внутри самих компьютеров применяются коаксиальные проводные линии.

Столь подробно о линии связи, о её реальности и вещественности здесь говорилось ещё и в порядке обоснования и объяснения присутствия на схеме источника помех.

Передатчик в составе канала связи – это устройство преобразования сообщения, устройство отображения структуры сообщения на структуру неких объектов (материальной системы или физического процесса – потенциального переносчика сообщения), которые (после такого на них воздействия) приобретают адекватные сообщению искажения структуры и, вследствие этого, становятся сигналами.

В приемнике происходит обратный процесс: например, путем сопоставления принятого сигнала с неискаженным потенциальным переносчиком сообщения, выявляется структура нанесённых в передатчике искажений. Тем самым выявляется структура сообщения, которое в итоге восстанавливается в своей первоначальной форме и предъявляется получателю.

Основное требование, которое, в связи со всем здесь сказанным должно предъявляться к каналу переноса сообщений, это – как можно более точное воспроизведение на выходе канала того, что поступило на его вход. Только в этом случае (когда принятое получателем сообщение в определённой степени тождественно сообщению, которое было передано) вся затея со связью имеет смысл.

На этом мы прервём первое, беглое и самое общее знакомство с понятиями, которые описывают свойства каналов связи и перейдём к процессам и отображающим их понятиям, которые позволят нам знать, понимать и подробно описывать ( в том числе и – математически), что же в этом канале происходит.

Чтобы говорить об этом более подробно необходимо:

- более чётко представлять себе, что такое канал;

- в какой форме в нём существует сообщение;

- что там с этим сообщением происходит;

- как это сообщение в канале может быть искажено, деформировано, и при какой степени искажений при переносе переданное сообщение ещё можно правильно истолковать.

Это – достаточно сложные вопросы, именно, на них и призвана ответить статистическая теория связи, чтобы снабдить инженеров четкими рекомендациями по построению каналов и образующих их устройств и элементов, которые наилучшим образом подходили бы в каждом конкретном случае. Чтобы подготовить себя к восприятию таких рекомендаций нужно предварительно усвоить множество частных и не всегда простых понятий, в которых описываются свойства каналов и передаваемых по ним сообщений. Часть из них мы уже знаем. Ниже, не торопясь пока вовнутрь (в технические подробности, касающиеся устройств в заштрихованной части схемы), мы попытаемся последовательно познакомиться с рядом новых понятий.

Первое, что следует сделать на этом пути, – освежить (см. МАТЕМА-ТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ) в своей памяти некоторые, очень нужные нам здесь, понятия теории вероятностей и методы обращения с ними. Второе – применить их здесь в наших интересах.

Речь идёт о понятиях:

• исходные ансамбли;

• объединения двух и более ансамблей;

• условная вероятность.

Начнём с описания разнообразия поведения объединения двух исходных ансамблей {x_i} и {y_j}, .

Что ж, описывать разнообразие мы умеем. Для этого существует понятие энтропии ансамбля. Значит, и наше множество (множества ожидаемых парных сочетаний) должно характеризоваться определённым значением энтропии Н(ij). Это и есть энтропия объедения (нового ансамбля {x_i y_j}, элементами которого являются всевозможные пары x_i y_j , и её мы начнём вычислять по привычной формуле:

Н(ij) = – log.