Néhány szó a kommunikációról

A kommunikáció, általában élőlények közötti kapcsolattartás, és ennek a különböző szintjeire vonatkozóan Warren Weaver (1894-1978) amerikai matematikus tett egy ajánlást. [31]

A. szint: milyen pontosan vihetők át a jelek?

B. szint: az átvitt jelek mennyire pontosan hordozzák a kívánt jelentést?

C. szint: a vett jelentés milyen hatékonysággal váltja ki a kívánt hatást?

Az információelmélet alsó (A.) szintjét (1.37. ábra) W. Weaver a következőképpen magyarázta:

“A hírközlés műszaki elmélete pontosan olyan, mint egy nagyon illedelmes, diszkrét postáskis-asszony⁶², aki a táviratunkat a postán felveszi. Azaz nem szentel figyelmet a jelentésnek…, azonban felkészültnek kell lennie, hogy minden, asztalához érkező üzenetet kezelni tudjon.”⁶³

1.37. ábra. Shannon‒Weaver-féle hírközlési modell. Forrás: [29]

62 Illusztráció magyar színészekkel: https://indavideo.hu/video/Darvas_Ivan_-_Kiss_Manyi__Tavirat és az eredeti francia változat: http://www.dailymotion.com/video/xbfr8f_yves-montand-le-telegramme_creation

63 Ma már nem távírdán keresztül továbbítják a táviratot, hanem számítógépes hálózaton, de még van távirat szolgáltatás, miközben nincs távírda szolgálat. A szolgálat egy belső, műszaki rendszer, míg az ügyfélnek a szolgáltatást nyújtják, akár különféle szolgálat segítségével.

42 1.8.6. A jelek és fajtáik

Jelről és jelmintáról is sok szó esett, de a meghatározásáról és fajtáiról (1.38. ábra) még nem.

Egy régi irányítástechnikai szabvány (MSZ 18450/1-68) alapján lesz szó a jel fogalmáról, de hát maga a fogalom is régi. Idézet az szabványból:

Jelhordozó lehet minden mérhető fizikai (kémiai) állapothatározó (mennyiség).

Jel, valamely fizikai állapothatározó (mennyiség) minden olyan értéke vagy értékváltozása, amely egyértelműen hozzárendelt információ⁶⁴ szerzésére, továbbítására vagy tárolására alkalmas.

Nem túl rossz ez a definíció, mert nem állítja, hogy információáramlásról van szó, hanem jeltovábbításról. Az, hogy a jelből információt is ki tudunk nyerni az egy másik kérdés, és hogy milyen mennyiségű információt hordoz, ezt nevezik a technikában információtartalomnak.

1.38. ábra. A jelek felosztása (MSZ 18450/1-68 szerint). Forrás: [28]

64 Az információ korszerű fogalmának ismeretében ezt a szót célszerűbb az üzenettel, a hírrel vagy az adattal felcserélni. Ezt a cserét a későbbiekben [zárójel között ugyan, de] megtesszük.

43 Az értékkészlet szerint:

Folytonos a jel, ha – értelmezési tartományában – tetszés szerinti értéket felvehet.

Szakaszos (nem folytonos) a jel, ha értelmezési tartományában nem vehet fel tetszés szerinti értéket.

Az időbeli lefolyás⁶⁵ szerint:

Folyamatos a jel, ha értéke adott időtartomány bármelyik időpontjában változhat.

Szaggatott (nem folyamatos) a jel, ha értéke adott időtartomány nem minden időpontjában változhat.

Az információ [üzenet v. hír] megjelenési formája szerint:

Analóg a jel, ha az információt [üzenetet v. hírt] a jelhordozó értéke vagy értékváltozása közvetlenül képviseli.

Digitális a jel, ha az információ [üzenet v. hír] a jelhordozó számjegyet kifejező, diszkrét, jelképi értékeiben (kódjaiban) van jelen.

Az érték meghatározottsága szerint:

Determinisztikus a jel, ha értéke meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható.

Sztochasztikus a jel, ha szabálytalan lefolyású, és csak valószínűség-számítási módszerekkel írható le.

1.39. ábra. Négyszög-jel megközelítése szinuszos jelekkel.

A sztochasztikus jel nem is annyira a szabálytalan, nem ez az érdekes benne, hanem az hogy véletlenszerű. Ugyanakkor az is fölvetődik, hogy talán determinisztikus jel nincs is, hiszen minden jelre, még a számítógéppel előállítottra is rárakódik egy kis zaj, és az már sztochasztikussá teszi. Ilyenkor azt lehet mondani, hogy a determinisztikus jel az egy absztrakció. A zajoktól megszűrt, vagy képlettel előállított jel. Még ha nagyon pici a zaj, akkor is sztochasztikus a jel, csak a kijelző már nem mutatja a zajt, és ezért tűnik determinisztikusnak.

A jelek feldolgozása során különféle szűrőket is használunk. A determinisztikus jelek különböző frekvenciájú összetevőkből is előállíthatók (1.39. ábra), például egy négyszögletes,

65 Itt mindjárt egy megjegyzést is lehet tenni, mert nemcsak időbeli, hanem térbeli jelek is vannak, például egy fényképen.

44 periodikus jel megközelíthető nagyon durván egyetlen szinusz jellel, aztán két szinuszos jel összegeként, s ez már kevésbé tér el a négyszög impulzustól. Háromnál már egész jó a közelítés, és ha végtelen sok szinusz jelből állítanánk össze, akkor pontosan kiadná a négyszög impulzus-sorozatot.

Egy ún. aluláteresztő szűrő jelképe látható az 1.40. ábrán:

1.40. ábra. Aluláteresztő (LP: Low Pass) szűrő jelképi jelölése. Forrás: [28]

Ha van egy billenő áramkörünk (astabil multivibrátor), amely négyszögimpulzus-sorozatot állít elő, és azt bevezetjük egy LP-szűrő áramkörbe, akkor elő tudunk állítani ebből akár egyetlen egy szinusz jelet is, persze másképp is elő lehet állítani. Az 1.40. ábrán a két felső hullám áthúzása azt jelenti, hogy a felső meg középső frekvenciasávot levágja, és csak alul, azaz a kis frekvenciást engedi át. Tehát nagy frekvenciás zavarokat például ilyen szűrővel lehet kiszűrni.

Egy rövididejű hang felnagyított részlete időtartományban látszik az 1.41. ábra felső grafikonján egy elektronikus erősítő kimenetén. A vízszintes tengelyen a másodperc tört részei vannak. És hogy milyen frekvencia-összetevői vannak, azt mutatja a frekvenciaspektrum, vagyis, hogy milyen frekvencián, milyen a viszonylagos teljesítménye⁶⁶ (1.41. ábra alsó grafikonja).

A legalját, tehát a 20-30 Hz alattit azt nem halljuk, meg a 20 kHz felettit sem. Ahogy egyre idősebb az ember a nagyobb frekvenciájú jelösszetevőket már nem hallja. A normál emberi beszéd frekvenciatartománya: 300 Hz és 3400 Hz között van.

1.41. ábra. Hangjel idő- és frekvenciatartományban. Forrás: [28]

A jeleket módosíthatjuk a jelanalízis, illetve a felhasználás céljából. Ha időtartományban csonkítjuk, akkor e funkciót ablaknak nevezik, de ha frekvenciatartományban elkezdjük levágni az összetevőit, mondjuk fölülről, akkor azt a funkciót szűrőnek nevezik. Az 1.42.

ábrán lehet látni, hogy miként ül rá a zaj két periodikus jelre, de az is látszik, hogyan változnak a jelek az ablak (Hanning window) és a szűrő (Chebyshew filter) hatására.

66 A hangintenzitás vonatkoztatási értéke: I0 =10^-12 W/m², és a képlete:

45 1.42. ábra Jelgenerátor és jel-analizátor szimulációja. Forrás: [28]

Egyetlen kommunikációs rendszerben is különféle jelek fordulnak elő. Például az 1.43. ábrán lehet látni egy bináris kommunikációs rendszer modelljét. Van egy diszkrét üzenetforrás, mondjuk valaki betűket, számokat stb. ír, ebből lesz egy szimbólumsorozat, amely bekerül a forráskódolóba, és ha az bináris forráskódoló, akkor annak kimenete egyesek és nullák sorozata lesz. Aztán a csatornakódoló még hozzátesz hibakorlátozó védőbiteket, majd ezt „ráültetik” egy vivőjelre, amelynek van valamilyen vivőfrekvenciája⁶⁷. Ezt nevezik modulációs terméknek.

1.43. ábra. Bináris kommunikációs rendszer elvi modellje. Forrás:[28]

A modulált jelet a villamos hírközlési csatorna továbbítja, de ott fölszed zajokat is, aztán a vevőoldalon következik egy demodulátor, amelyik leválasztja a vivőről a bináris jelsorozatot, de ebben vannak még védőbitek, s azt a csatornadekódoló választja le, és így lesz egy tömör

67 Pl. a rádióknál erre hangolunk, illetve az automatikus frekvencia-szabályzó (AFC) is erre áll rá és ezen tartja a rezgőkörünket.

46 bináris adatfolyam. És ezután a forrásdekódoló előállítja ‒ a különböző egyes és nulla elemekből álló kódszavakból, ha csak nem történt valami durva hiba ‒, az eredeti diszkrét üzenetet, amelyet megkap az üzenetnyelő.