Przetwarzanie i Przesyłanie informacji

1. Przesyłanie informacji:

Radio:
Rozwój radiokomunikacji zawdzięczamy Guglielm\'owi Marconiemu

Guglielmo Marconi (1874-1937)

Pochodził z Włoch, mieszkał niedaleko Bolonii. W wieku dwudziestu lat Marconi dzięki profesorowi Righi zetknął się z pracami Hertza i zainteresował się elektrycznością.

Marconi pracując na strychu swojego domu udoskonalił aparaturę Hertza uzyskując iskrę wtórną-najpierw w odległości 10 a później 30 metrów, udało mu się to również wtedy, gdy oddalił odbiornik od nadajnika o 3 kilometry. Po wykonaniu tych doświadczeń Marconi zwrócił się do rządu włoskiego z prośbą o wsparcie finansowe, jednak jego prace nie zostały docenione. Inni uczeni nie wierzyli w możliwość przesłania sygnału na większe odległości, ponieważ krzywizna Ziemi nie pozwoliłaby falom radiowym przebyć tak dużej drogi. Po odrzuconych prośbach Marconi zwrócił się o potrzebną pomoc do Rządu Wielkiej Brytanii, otrzymał ją i tutaj rozpoczął prace.
Do 1899 roku Marconiemu udało się uzyskać łączność na odległość około 50 km, tak więc połączenie radiowe Wielkiej Brytanii z Francją poprzez kanał La Manche przestało być problemem, natomiast w grudniu 1901 roku, fale radiowe zostały przesłane ponad Atlantykiem pokonując dystans 3000 km. Ze St. John na Nowej Funlandii (Kanada) Marconi wypuścił latawiec z umieszczoną na nim anteną odbiorczą i pomyślnie odebrał literę \"S\" nadaną alfabetem Morse\'a w Poldhu w Kornwalii (Anglia). Jak się później okazało przesłanie tego sygnału było możliwe dzięki istnieniu jonosfery (górnego rejonu atmosfery, od którego fale odbijają się i wracają na Ziemię) o której istnieniu Marconi wówczas nie wiedział.
Po uzyskaniu takich wyników nastąpił szybki rozwój urządzeń radiokomunikacyjnych. Urządzenia zostały tak udoskonalone, iż możliwe stało się transmitowanie mowy z jednego miejsca Ziemi i usłyszenia jej winnym.
Najczęściej przy przesyłaniu informacji (np. w radiofonii) wykorzystywany jest sygnał analogowy. Każda stacja radiowa posiada generator, który wytwarza fale elektromagnetyczną o określonej częstotliwości przydzielony danej stacji. Nazwana jest ona falą nośną, na którą zostają nałożone informacje w postaci sygnału analogowego (np. dźwięku w postaci zmiennego przebiegu napięcia). Proces ten nazywany jest modulacją.

Telewizja:
Dźwięk został już przekazany, elektronicy XX wieku zaczęli dążyć do możliwości przekazania obrazu. Wiedziano już, że w tym celu należy wykorzystać fale elektromagnetyczne. W miarę rozwoju techniki marzenia te zostały zrealizowane.
W 1925 roku John Logie Baird przeprowadził pierwszą transmisję ruchomego obrazu. Pierwszą osobą, która pojawiła się na ekranie był przypadkowo napotkany przez Bairda 15-letni chłopiec - William Taynton.
Pierwszy pokaz telewizyjny odbył się w Anglii w roku 1926, a 10 lat później nadawano już pierwsze audycje telewizyjne.
Pierwszą stację telewizyjną uruchomili Amerykanie w 1929 roku i była to stacja oparta na systemie mechaniczno-optycznym. W 1935 roku ruszyła w Berlinie telewizyjna stacja pracująca w systemie elektronicznym.
Tak wygląda uproszczony schemat przekazu telewizyjnego:

Obraz, w układzie analizującym, jest zamieniamy na sygnał elektryczny. Następnie jest wzmocniony i w urządzeniu modulującym, nałożony na falę nośną. W takiej postaci jest wysłany do anteny nadawczej. Sygnał odbierany jest w antenie odbiorczej. W odbiorniku TV następuje jego oddzielenie od fali nośnej, czyli demodulacja. Wzmocniony sygnał, w lampie kineskopowej steruje wiązką elektronów. Powoduje to świecenie ekranu lampy w różnych miejscach ze zmienną intensywnością, co z kolei tworzy obraz na ekranie.

Radar
Jest to urządzenie, które działa dzięki wykorzystaniu fal radiowych o małej długości, a zarazem dużej częstotliwości. Za jego pomocą można wykrywać położenie, oraz ustalać ruch obiektów.
Fale wysyłane przez antenę kierunkową, zostają odbite od napotkanego obiektu, a następnie odebrane przez antenę odbiorczą i przetworzone na obraz. Aby zmierzyć odległość danego obiektu dokonuje się pomiaru czasu przelotu wysyłanego sygnału do obiektu i z powrotem. Prędkość rozchodzenia się fal radiowych jest znana (jest to prędkość światła, wynosząca około 300000 km/s), więc obliczenie odległości jest proste.
W ciągu kilku zaledwie lat powstało wiele systemów radarowych nadających się do praktycznego wykorzystania. Radary wykorzystywane są między innymi w samolotach, służą do ostrzegania pilotów przed przeszkodami terenowymi, śledzą też ruchy innych samolotów. W portach radary są używane do prowadzenia statków, a meteorolodzy za ich pomocą śledzą przemieszczanie się huraganów. Radar służy również jako narzędzie do badań Księżyca.

2. Przesyłanie informacji za pomocą sygnału cyfrowego:

Telefony komórkowe:
Urządzenia w których wykorzystuje się sygnały cyfrowe to telefony komórkowe. Sygnał wysyłany jest za pomocą fali elektromagnetycznej o częstotliwościach mikrofalowych. Aparat użytkownika kontaktuje się ze stacją bazową, tzw. BTS-em. Dane przesyłane z telefonu do telefonu są w postaci zaszyfrowanej. Gdy mówimy do mikrofonu, nasz głos w telefonie jest próbkowany (pobierany) z wysoką częstotliwością, a następnie poddawany procesowi przetworzenia na postać cyfrową. Następnie jest \"nakładany\" na częstotliwość nośną i wysyłany poprzez BTS-y do telefonu odbiorcy. W jego aparacie następuje odtworzenie informacji, czyli przetworzenie jej na dźwięk.

Telewizja cyfrowa
Przesyłanie informacji za pomocą sygnału cyfrowego wykorzystywane jest również w telewizji cyfrowej, jego transmisja odbywa się za pomocą fali elektromagnetycznej. System cyfrowy umożliwiła znacznie pełniejsze wykorzystanie pasma częstotliwości, przypisanych dotąd do pojedynczego kanału telewizji analogowej.
Sygnał telewizyjny składa się z ciągu obrazów, który przy bezpośredniej konwersji na sygnał cyfrowy wymagałby wielu milionów bitów danych na sekundę, dlatego wykorzystuje się analizę komputerową, umożliwiającą przewidywanie zmian w treści obrazów, przechowywanie w pamięci tylko tej części informacji, która uległa zmianie, oraz pominięcie pozostałej. Po stronie odbiorczej podstawowe informacje są dekodowane, a pominięte wcześniej szczegóły odtwarzane. Jakość obrazu utworzonego w ten sposób jest bardzo wysoka.

3. Przetwarzanie informacji z postaci analogowej na cyfrową:

Informacje przesyłane są w postaci sygnałów analogowych oraz cyfrowych. Sygnał analogowy, czyli zmieniający się w sposób ciągły, przy przesyłaniu na większe odległości staje się zniekształcony i osłabiony. Aby przesyłanie informacji, było bardziej efektywne należy sygnały analogowe zamieniać na sygnały cyfrowe. Można tego dokonać przy pomocy przetworników analogowo-cyfrowych. Przetwornik taki mierzy wartość analogowego sygnału na wejściu, inaczej mówiąc, pobiera próbkę sygnału wejściowego i zamienia ją na liczbę. Pomiary dokonywane są ze stałą częstotliwością (tzw. Częstotliwością próbkowania). Wynik pomiaru pojawia się na wyjściu w kodzie dwójkowym. Im częściej będą pobierane próbki, tym dokładniej odwzorowany zostanie sygnał analogowy. Częstotliwość próbkowana powinna być dwa razy większa od najwyższej częstotliwości sygnału analogowego, wtedy przetwarzanie nie będzie powodować znaczących strat informacji.

Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy przez przetwornik A/C


Pierwsze urządzenie elektroniczne do automatycznego przetwarzania informacji przedstawionych cyfrowo skonstruował w 1944 roku Amerykanin H. Alken (protoplasty współczesnego komputera). Maszynę nazwano Mark I. Dwa lata później dwaj inni Amerykanie J. Mauchly i J.P.Eckert zbudowali maszynę cyfrową ENIAC, zawierającą 18 tysięcy lamp elektronowych i pracującą ponad 1000 razy szybciej niż Mark I.
Od 1959 roku w miejsce lamp elektronowych zaczęto używać tranzystorów, a w 1965 układów scalonych.