Видео-теория: Каналы связи

Сегодня тема «Каналы связи». Мы узнаем о том, что такое канал связи, из чего он состоит. Что такое сигнал и при чем тут анализ данных, и да, мы будем снова говорить об анализе данных, он для нас имеет ключевую роль, чтобы получать данные нам их нужно как-то анализировать.

И что же такое сигнал?

Сигнал — это некоторый физический носитель информации, для её передачи
в реальном времени. Передача информации осуществляется изменением его параметров.

Вообще сигналом может быть всё что угодно, настукивания, человеческая речь, оскал животного. Например, волки воют и тем самым сигнализируют другим волкам о своем местоположении, или о приближающейся опасности.

С другими людьми мы вступаем в диалог, то есть мы передаем какую-то информацию с помощью сигнала (нашей речи)

Нажатие на кнопку это тоже некоторый сигнал

Сигналы можно разделить на категории

По одной категории можно выделить: визуальные сигналы. К ним можно отнести, светофоры, маяки, костры, смайлики, все то, что можно зрительно различить и понять, что это обозначает.

Например, у нас есть змея, можно ли глядя на нее сказать ядовитая она или нет?

Анализируя ее внешний вид, можно сказать, что она имеет яркие окрас. Яркий окрас в природе (в большинстве случаев) обозначает то, что животное или растение ядовитое. Но есть некоторые животные, которые притворяются ядовитыми это процесс называется мимикрия, такие животные сами по себе слабые и не смогут себя защитить от опасности поэтому у них природой заложен яркий окрас, чтобы другие животные думали, что они ядовитые или опасные.

Но вернемся к змее. Да, действительно это Колючая кустарниковая гадюка и она является ядовитой.

К этим видам сигналов можно также отнести светофор, все мы с детства знаем, что красный сигнал светофора означает «Стой», зеленый «Идти можно», та же самая система у автомобильных светофоров.

В древности, с помощью сигнальных костров, люди передавали свое местоположение или в определенных местах горящий костер мог означать, приближение опасности.

По другой категоризации сигналы можно разделить на акустические, электрические, оптические и т. д.

На примере птиц, каждый вид птиц поет свои уникальные «песни», они поют с разной частотой и амплитудой, ведь поэтому мы можем на слух отличить пение ворона от пения соловья.

А вообще, как мы это все различаем, как мы слышим звуки и понимаем откуда они исходят или кто конкретно говорит?

Когда возникает звук, например, мы задели струну на гитаре, далее звуковая волна, за счет колебаний в воздухе (изменение давления), доходит до «приемника», то есть нашего уха. Дальше в нашем внутреннем ухе начинает колебаться барабанная перепонка, что вызывает движение маленьких косточек (молоточек и наковальня). После волоски начинают шевелиться и отправлять электрические импульсы в мозг. Да, процесс сложный и кажется долгим, но на деле это происходит практически мгновенно!

Также существуют электрические сигналы — это ток, который течёт по проводам и передаёт нам некоторые сигналы

Сигналы бывают оптические, допустим, мы можем с помощью лазера передать очень быстро на землю информацию, например, со спутника на орбите к радару стоящему на земле. И не так давно такой эксперимент провели, где передали видео со спутника на землю с очень высокой скоростью, как мы знаем свет имеет очень большую скорость и световые сигналы мы воспринимаем очень быстро, в отличие от звука.

Также бывают радиоволновые сигналы, в основе этого лежит естественно радиоканал. Что такое радио я думаю вы и без меня знает. Радио — это чистая беспроводная связь.

Сигнал — это некоторое волновое колебание, в его основе лежит радиоволна, которая распространяется колебаниями. Сам сигнал по своей природе представлен в виде изменения во времени частоты и амплитуды.

Например, с высокой амплитудой звуки нам кажется более громкими, чем с низкой амплитудой.

При этом частота влияет на тембр звука, то есть можно провести аналогию с птицами, например, чем меньше частота, тем звук грубее, к примеру, басистое пение ворона, а с высокой частотой звук кажется более спокойным или «писклявым», как пение соловья.

А как мы можем изменять сигнал? И для чего это нужно?

Чтобы эффективно передавать какие-то данные нам необходимо проводить некоторые операции с характеристиками этого сигнала (амплитуда и частота). Такой процесс называется модуляция — изменение параметров несущего сигнала с целью более эффективной передачи.

Например, мы хотим передать сигнал, чтобы его передать нам нужно его закодировать, то есть привести к удобному виду для передачи (например, азбукой Морзе). Дальше передаем его, например, настукиванием или пищанием. В процессе передачи, так или иначе сигнал искажается под воздействием окружающий среды и ее шумов. Потом этот сигнал достигает приёмника, естественно он попадает к нему уже искаженным. Задача приемника перевести сигнал обратно в код с помощью некоторых методов, например скользящее среднее, где воздействующие на сигнал шумы постепенно исчезают. Когда код получен, его декодируют и получают исходное сообщение. Так устроен канал связи.

А что же это такое?

Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи данных (информации) от отправителя (источника, передатчика) к получателю (приёмнику).

На более конкретном примере разберем. Допустим, вы со своим другом пришли на концерт, там очень шумно, вокруг все разговаривают, музыка громко играет. В один момент друг вам что-то говорит, но из-за шума вы ничего не можете разобрать, что он вам сказал. В этом случае можно переспросить и все-таки услышать информацию.

Но что, если приемник и передатчик расположены так далеко, что просто «переспросить» не получится, как например, спутник и радар?

А поэтому нам важна тема анализ данных, а в частности анализ канала связи, его методы позволяют нам эффективнее передавать и получать данные, так что помехи не будут так сильно мешать в получении информации.

Этапы анализа канала связи:

• формирование (передатчик)
• сжатие (передатчик)
• защита от ошибок (передатчик)
• защита от чужих глаз (передатчик)
• настройка передачи (передатчик и приёмник против среды)
• особенности помех и сбоев (среда)
• получение и разбор структуры (приёмник)
• извлечение полезной информации (приёмник)

А как же нам узнать пришли правильные данные или с ошибкой?

Один из простых методов проверки данных на корректность это добавление к данным контрольного бита, по которому можно будет это определить, например, проверка четности.

 

С помощью проверки чётности мы не можем узнать точно, где располагается ошибка, он выявляет только ее наличие!

Дальше вступают другие методы, например кодирование и декодирование с помощью кода Хемминга.