Chương 1 NHAP MON LY THUYET TRUYEN TIN Muc tiéu - Nghiên cứu tổng quát hệ thống truyền tin. - Đánh giá được những vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin. - Nêu và giải thích được sơ đồ khối chức năng chức năng của hệ thống truyền tin và néu được chức năng của từng khối trong sơ đồ đó. - Giải thích được các khái niệm mã hoá và điều chế.
TIN TÚC - THÔNG TIN Vật liệu ban đầu được gia công trong một hệ thống thông tin liên lạc (hệ thống truyền tin) là tin tức. Tìn tức (news, nouvelles) là sự phản ảnh của sự vật khách quan đối với sự nhận biết của con người. Tìn tức có tính chất là sự “mới an me. Thong tin (information) 14 sự phản ánh mang tính hướng đích (sự quan tâm của người nhận) của sự vật khách quan đối với sự nhận biết của con người.
Hay nói cách khác, thông tin là sự cảm hiểu của con người về thế giới xung quanh thông qua sự tiếp xúc với nó. Ví dụ: Hai người nói chuyện với nhau, cái được trao đổi giữa họ chính là thông tin. Một người đang xem tivi hoặc nghe đài hoặc đọc báo, người đó đang nhận thông tin. Đàm thoại, tham dự diễn đàn, gửi/nhận thư điện tử.
chỉ là những ví dụ trong hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc. Thông tin xuất hiện dưới nhiều dạng: âm thanh, hình ảnh, ký hiệu,. Những dạng này chỉ là "vỏ bọc” vật chất chứa thông tin, “vỏ bọc” là phần “xác”, thông tin là phần “hồn”. Ngữ nghĩa của thông tin chỉ có thể hiểu được khi bên nhận hiểu được cách biểu diễn ngữ nghĩa của bên phát.
Một tin nếu được một ai đó quan tâm thì đó chính là thông tin đối với người đó. Như vậy, càng tiếp xúc với thế giới xung quanh, lượng thông tin mà con người thu nhận được càng nhiều, vì thế họ càng tăng thêm sự hiểu biết và nhận thức tốt hơn về những đối tượng trong đời sống xã hội, trong thiên nhiên,. giúp cho họ thực hiện hợp lý công việc cần làm để đạt tới mục đích một cách tốt nhất. Khi tiếp nhận được thông tin, con người có thể truyền, lưu trữ, nhân bản hoặc phải xử lý nó để tạo ra những thông tin mới có ích hơn, từ đó có những phản ứng nhất định.
Ví dụ: - Những đám mây đen đùn lên ở chân trời phía đông chứa đựng thông tin báo hiệu về trận mưa lớn sắp xây ra. - Những nốt nhạc trong bản xô-nát Ánh trăng của Beethoven làm cho người nghe cảm thấy được sự tươi mát, êm dịu của đêm trăng. - Người tài xế chăm chú quan sát người, xe cộ đi lại trên đường, độ tốt xấu của mặt đường, tính năng kỹ thuật cũng như vị trí chiếc xe để quyết định cần tăng tốc độ hay hãm phanh, cần bẻ lái sang trái hay phải,.để đảm bảo an toàn tối đa cho chuyến đi. Thông tin là một hiện tượng vật lý, nó thường tổn tại và được truyền đi dưới một dạng vật chất nào đó.
Về nguyên tắc, bất kỳ cấu trúc vật chất hoặc bất kỳ dòng năng lượng nào cũng có thể mang thông tin. Chúng được gọi là những vái mang tin (carrier). Vat mang tin đã chứa thông tin trong nó và là một đại diện của thông tin, sẽ được gợi 14 tin ñiệu (signal). Thông tin là một quá trình „gấu nhiên.
Tín hiệu mang tin tức cũng là tín hiệu ngẫu nhiên và mô hình toán học của nó cũng là các quá trình ngẫu nhiên. Vì vậy, lý thuyết truyền tin là lý thuyết ngẫu nhiên của tin rức, có nghĩa là nó xét đến tính bất ngờ của tin tức đối với nơi nhận tìn. Trước đây, người ta nghiên cứu định lượng hệ thống truyền tin bằng cách tính toán và thực nghiệm sự biến đổi năng lượng mang tin trong các hệ thống đó. Trên quan điểm năng lượng, lý thuyết mạch và tín hiệu đã giải quyết những vấn đề tổng quát về phân tích, tổng hợp mạch và tín hiệu, nhờ đó mà kỹ thuật truyền tin đã có những bước tiến bộ khá dài.
Nhưng đồng thời với sự phát triển mạnh mẽ của mình, trong ngành kỹ thuật truyền tin đã nảy sinh những vấn dé mà lý thuyết xây dựng trên quan điểm năng lượng không giải thích được trọn vẹn như: mối liên hệ cơ bản giữa các hệ thống truyền tin sử dụng những năng lượng khác nhau; vấn để bảo tồn tin tức trong các hệ thống truyền tin vũ trụ mà ở đó năng lượng tải tin rất nhỏ. Do đó, các lý thuyết xây dựng trên quan điểm năng lượng cần phải được bổ sung bằng những lý thuyết xây dựng trên quan điểm thông tin. LUGNG DO THONG TIN Chương sau sẽ trình bày về vấn để lượng do théng tin (measure of information - còn được dịch là lượng tin) một cách chỉ tiết hơn. Mục này chỉ nêu một khái niệm ban đầu về lượng tin nhằm vật thể hoá thông tin để có một phương tiện so sánh, định lượng các tin với nhau.
Từ đấy sẽ giúp chúng ta dễ nhận thức hơn những chỉ tiêu chất lượng đề ra trong khi xây dựng các phương pháp xử lý thông tín. Một tin đối với người nhận mang hai nội dung: độ bất ngờ của tin và ý nghĩa của tin. Để so sánh các tin với nhau, chúng ta có thể lấy một hoặc cả hai khía cạnh trên để làm thước đo. Khía cạnh ngữ nghĩa chỉ có ý nghĩa đối với con người.
Khía cạnh quan trọng nằm ở chỗ tin thật sự là một cái được chọn từ một tập các tin (tập các khả năng) có thể. Số tin trong tập tin càng nhiều thì sẽ mang lai một “lượng tin” càng lớn khi nhận được một tin (giả sử các tin là bình đẳng như nhau về khả năng xuất hiện). Để truyền tin đạt hiệu quả cao, chúng ta không thể đối đãi các tin như nhau nếu chúng xuất hiện ít nhiều khác nhau. Xét một tin x có xác suất xuất hiện là ø(x), thì chúng ta có thể xem tin này x.
i bee eg ¬ như là một tin trong một tập có ay tin với các tin có xác suất xuất hiện như PAX nhau. Néu p(x) cang nho thi oo càng lớn và vì vậy, “lượng tin" khi nhận p(X được tin này cũng sẽ càng lớn. Vậy “lượng tin” cha một tin tỷ lệ thuận với số khả năng của một tin và tỷ lệ nghịch với xác suất xuất hiện của tin đó. Mà xác suất xuất hiện của một tin tỷ lệ nghịch với độ bất ngờ khi nhận được tin đó.
Một tin có xác suất xuất hiện càng nhỏ thì độ bất ngờ càng lớn và vì thế, có lượng tin càng lớn. 9 Vấn để đặt ra là: hàm f dùng để biểu thị lượng tin phải thỏa mãn những điều kiện gì? - Phải phần ánh được tính chất thống kê của tin tức. Ví dụ có hai nguồn tin K và L với số tin tương ứng là k, l (giả thiết đều đẳng xác suất). Nếu k > Ì thì độ bất ngờ khi nhận một tin bất kỳ của nguồn K phải lớn hơn độ bất ngờ khi nhận một tin bất kỳ của nguén L, vay f (k) > f(1) - Phải hợp lý khi tính toán: Giả thiết hai nguồn độc lập K và L với số tin tương ứng là k, l.
Cho việc nhận một cặp k, và 1; bất kỳ đồng thời là một tin của nguồn hỗn hợp KIL. Số cập k, và l¡ mà nguồn này có thể có bằng tích kl. Độ bất ngờ khi nhận được một cặp như vậy phải bằng tổng lượng tin khi nhận được kị hay I Vì vậy chúng ta phải có: fk) =f(k) +f) - Khi nguôn chỉ có một ký hiệu, lượng tin chứa trong ký hiệu duy nhất đó phải bằng không (ƒ (1) = 0). Hay trói cách khác, một tin không cho chúng ta lượng tỉn nào khi chúng ta biết trước nó hay nó có xác suất bằng 1.
Những điều kiện trên đưa đến việc chọn hàm logarit để làm lượng đo tin là hợp lý vì hàm này thoả mãn được cả ba điều kiện trên. Định nghĩa: Lượng do thông tin của một tin được do bằng logarit của độ bất ngờ của tin hay nghịch đảo xác suất xuất hiện của tin đó. I(x) = log P(x) = ~ tog p(x) (ty Xét trường hợp nguồn A có m ky hiéu A= { a, a,., an} VOi cdc xác suất xuất hiện từng ký hiệu tuong tng 1a p(a,), i = 1,2,. Mot tin do nguồn A hinh thành là một dãy n ký hiệu x = ai a;.
Lượng tin chứa trong một tin x như vậy sẽ là : 1 „ I(x) = log —— pa = — )ở log p(a,) ( 1-2) Trong trường hợp m ký hiệu của nguồn A đẳng xác suất với nhau thì lượng tin chứa trong một ký hiệu là: 10 I(a,) = log =logm Lượng tin của tin x lúc đó sẽ bằng n lần lượng tin của một ký hiệu (vì đẳng xác suất). I(x) =nlogm (1-3 Đơn vị của lượng tin: Đơn vị lượng tín tuỳ theo cách chọn cơ số của logarit. Hiện nay người ta thường dùng các đơn vị đo sau đây: - Bit hay đơn vị nhị phân khi cơ số logarit là 2 - Nat hay don vị tự nhiên khi cơ số logarit là e - Hartley hay đơn vị thập phân khi cơ số logorit là 10 Khi m ký hiệu của nguồn có những xác suất khác nhau và không độc lập thống kê với nhau thì lượng tin riêng từng ký hiệu phụ thuộc vào xác suất xuất hiện p(a,) của nó và lượng tin của một tin (đấy n ký hiệu của nguồn) không những phụ thuộc vào xác suất xuất hiện của từng ký hiệu mà còn phụ thuộc vào xác suất có điều kiện. Khái niệm này sẽ được để cập đến một cách cặn kế hơn trong chương 2.
HỆ THỐNG TRUYỂN TIN 1. Khái niệm và phân loại Trong cuộc sống, con người luôn có nhu cầu giao lưu trao đổi thông tin với nhan, có nghĩa là có nhu cầu truyền tin (communication). Các dạng trao đổi thông tin có thể như: đàm thoại giữa người với người, đọc sách báo, nghe radio, gửi và nhận thư, nói chuyện qua điện thoại, xem truyền hình, tham dự diễn đàn, truy cập thông tin trên internet. Nếu không có giao lưu trao đổi thì sẽ không thành tin tức hoặc thông tin.
Ví dụ: Anh A muốn thông báo cho chị B một thông tin là tại một địa điểm nào đó đang có mưa thì sự truyền tìn có thể xay ra như sau: il Hội thoại Điện thoại Nguồn tin Phat tin)Ƒ—*|cTKênh ruyẻ: tin bom!