Informaciono-komunikacioni sistemi: Informacije, Signali i Kvalitet usluga (QoS)

Komplet fleškartica sa ključnim pojmovima, definicijama, formulama i klasifikacijama iz predmeta Informaciono-komunikacioni sistemi, obuhvatajući teoriju informacija, računarske telekomunikacije, prenosne medijume, PCM modulaciju i kvalitet servisa (QoS).

Podatak (Data)

sirova cinjenica, koja se može i ne mora iskoristiti.

Informacija

Korisno i bitno saznanje (inkrement znanja).

Signal

Fizički nosilac informacije koji opisuje posmatranu pojavu i omogućava njen prenos kroz komunikacioni medijum.

Mera količine informacija

Veličina definisana kao $I(a) = -\rho\times\text{log}(P[a])$, zasnovana na aksiomama da manje verovatni događaj nosi veću količinu informacija i da je informacija dva nezavisna događaja jednaka sumi informacija pojedinačnih događaja.

Bit (Binary Digit)

Osnovna jedinica za merenje količine informacija koja se dobija kada se u logaritamskoj definiciji koristi osnova 2; odgovara količini informacija dobijenoj ishodom eksperimenta sa bacanjem jednog novčića.

Hartli (Hartley)

Jedinica za količinu informacija koja se dobija primenom logaritma sa osnovom 10 u formuli za meru informacije.

Nat (Natural Unit - NAT)

Jedinica za količinu informacija koja se dobija primenom prirodnog logaritma (sa osnovom $e$) u definiciji mere informacije.

Telekomunikacije

Prenos informacija na daljinu posredstvom pomoćnih tehničkih sredstava.

Računarske telekomunikacije

Savremena disciplina nastala integracijom telekomunikacija i računarske tehnike, čije se funkcionisanje zasniva na digitalnoj obradi signala i podataka u računarskim sistemima.

Prenosni medijum

Fizička putanja između predajnika i prijemnika u komunikacionom sistemu duž koje se prenose i distribuiraju signali.

Protokol

Skup formalnih pravila i dogovora koji regulišu format, upravljanje i razmenu podataka između uređaja koji komuniciraju.

Odmeravanje (Sampling)

Prvi korak u digitalizaciji kontinualnog signala kojim se u diskretnim vremenskim trenucima sa periodom $T_0 = \frac{1}{2B}$ uzimaju uzorci amplitude, formirajući PAM signal.

Kvantovanje (Quantizing)

Drugi korak u digitalizaciji kojim se kontinualne vrednosti amplituda odmerenih odbiraka zaokružuju na najbliži definisani diskretni nivo, uzrokujući šum kvantizacije.

Kodovanje (Encoding)

Završni postupak u PCM enkoderu gde se svakom dodeljenom diskretnom nivou kvantizacije pridružuje jedinstvena binarna kodna reč definisane dužine bita.

Kvalitet servisa (QoS - Quality of Service)

Kvantitativni i kvalitativni pokazatelj performansi telekomunikacione mreže koji opisuje stepen zadovoljenja korisničkih zahteva tokom prenosa servisa.

Odnos signal-šum (SNR / S/N)

Odnos nivoa korisnog signala i nivoa šuma izražen u decibelima: $\text{S/N (dB)} = \text{nivo signala (dBm)} - \text{nivo šuma (dBm)}$. Zahtevane referentne vrednosti su $40\,\text{dB}$ za govor, $45\,\text{dB}$ za video i oko $15\,\text{dB}$ za podatke.

Ukupna ocena glasnosti (OLR - Overall Loudness Rating)

Mera ukupnog gubitka u prenosu govora definisana zbirom slabljenja predajnog sistema (SLR), telefonskog voda (CLR) i prijemnog sistema (RLR): $OLR = SLR + CLR + RLR$.

Amplitudska distorzija

Izobličenje koje nastaje usled nejednakog slabljenja ili pojačanja signala na različitim frekvencijama unutar radnog propusnog opsega.

Fazna distorzija

Izobličenje signala prouzrokovano različitim kašnjenjem (vremenom propagacije) pojedinih frekvencijskih komponenti kroz prenosni medijum, što predstavlja glavni faktor ograničenja brzine prenosa podataka.

Termički šum

Beli šum uzrokovan toplotnim kretanjem elektrona u provodnicima i elektronskim sklopovima, koga karakteriše ravnomerna spektralna gustina snage nezavisna od učestanosti.

Intermodulacioni šum

Neželjeni signali koji nastaju usled nelinearnosti u prenosnom medijumu ili uređajima kada kroz njih prolaze signali sa dve ili više različitih frekvencija, generišući komponente na njihovim sumama i razlikama.

Impulsni šum

Kratkotrajne, nepravilne smetnje velikih amplituda koje najčešće nastaju atmosferskim pražnjenjima ili elektromagnetnim uticajima rada industrijskih električnih postrojenja.

Preslušavanje (Crosstalk)

Fenomen interferencije i neželjenog prelaza elektromagnetne energije između susednih paralelnih prenosnih kanala ili provodnika.

Verovatnoća otkaza ($P_{out}$)

Statistička mera pouzdanosti sistema koja predstavlja verovatnoću da odnos signal-šum na izlazu prijemnika ($\gamma$) padne ispod zadatog minimalnog praga ($\gamma_{th}$): $P_{out} = \int_0^{\gamma_{th}} f_\gamma(\gamma)\,d\gamma = F_\gamma(\gamma_{th})$.

Kapacitet kanala ($C$)

Teorijski maksimalna brzina prenosa podataka kroz kanal sa zadatom širinom propusnog opsega $B$ i odnosom signal-šum $\frac{S}{N}$, bez pojave grešaka, određena Šenonovom formulom: $C = B \log_2\left(1 + \frac{S}{N}\right)$.

Unapredna korekcija grešaka (FEC)

Tehnika zaštite prenosa u simpleks sistemima kod koje se poruci dodaju redundantni kontrolni biti koji prijemniku omogućavaju detekciju i korekciju nastalih grešaka bez zahteva za ponovnim prenosom.

Automatsko ponavljanje prenosa (ARQ)

Tehnika kontrole grešaka u dupleks komunikacionim sistemima gde prijemnik, nakon uočene netačnosti u primljenom paketu, šalje povratni zahtev predajniku da ponovi prenos.

Interaktivni širokopojasni servisi

Servisi kod kojih postoji dvosmerna razmena podataka između korisnika ili korisnika i provajdera, a obuhvataju konverzacione servise (u realnom vremenu), servise poruka i servise pretraživanja.

Distributivni širokopojasni servisi

Jednosmerni telekomunikacioni servisi usmereni od centralnog izvora ka krajnjim korisnicima, koji se dele na servise sa kontrolom prezentacije (npr. Video na zahtev) i servise bez kontrole prezentacije (difuzija TV i radio programa).

Signal

Fizički nosilac informacije (ili podatka) koji opisuje posmatranu pojavu.

Claude Elwood Shannon (1916–2001)

Američki elektroinženjer i matematičar, poznat kao „otac teorije informacija” i teorije projektovanja digitalnih elektronskih kola, koji je 1948. godine u radu „A Mathematical Theory of Communication” postavio temelje moderne teorije prenosa informacija.

Teorema o uzorkovanju (teorema odmeravanja)

Fundamentalan stav teorije informacija prema kome su sve tehničke komunikacije u svojoj suštini diskretne.

Količina informacija ($I(a)$)

Mera informacije događaja $a$ definisana logaritamskim izrazom $I(a) = -\log(P[a])$; polazi od aksioma da manje verovatni događaj nosi veću količinu informacija i da je informacija dva nezavisna događaja jednaka zbiru njihovih pojedinačnih informacija ($I(a, b) = I(a) + I(b)$).

Bit (Binary Digit)

Jedinica mere količine informacija kada se kao osnova logaritma koristi broj $2$; odgovara količini informacija dobijenoj ishodom eksperimenta sa jednim novčićem (dva jednako verovatna ishoda).

Nat (Natural Unit)

Jedinica za količinu informacija koja se dobija kada se u definiciji logaritamske mere koristi prirodni logaritam sa osnovom $e$.

Hartley

Jedinica mere količine informacija dobijena kada se u definicionom obrascu koristi logaritam sa dekadnom osnovom ($10$).

Poruka

Komponenta sistema prenosa koja predstavlja sadržaj komunikacije, a može sadržati tekst, brojeve, slike, zvuk, video ili njihovu kombinaciju.

Predajnik (pošiljalac)

Uređaj koji šalje poruku prilagođavajući je medijumu (npr. računar, telefonski aparat, video kamera).

Prijemnik (primalac)

Uređaj koji prima signal iz prenosnog medijuma i rekonstruiše poruku u izvorni oblik (npr. računar, telefonski aparat, TV aparat).

Prenosni medijum

Fizička putanja duž koje se signal sa porukom prenosi od predajnika do prijemnika; deli se na medijume sa vođenim (žičanim) i nevođenim (bežičnim) elektromagnetnim talasima.

Protokol

Skup pravila koja regulišu razmenu podataka i predstavljaju sporazum ili dogovor između uređaja koji učestvuju u komunikaciji.

Telekomunikacije

Prenos informacija na daljinu posredstvom pomoćnih sredstava.

Računarske telekomunikacije (Computer Communication)

Oblast nastala povezivanjem telekomunikacija i računarske tehnike, koja obuhvata savremene sisteme prenosa i digitalne mreže čije je funkcionisanje bazirano na obradi signala i podataka u računarima.

Računarska mreža

Skup opreme i softvera koji omogućavaju prenos poruka saglasno zahtevima korisnika, pri čemu ispunjava kriterijume preciznosti isporuke, tačnosti i pravovremenosti.

Odmeravanje (Sampling)

Prvi korak u digitalizaciji kontinualnog analognog signala gde se u diskretnim trenucima vremena uzimaju uzorci amplitude, stvarajući impulsno modulisani signal (PAM).

Kvantovanje (Quantizing)

Drugi korak digitalizacije u kome se kontinualne vrednosti amplituda uzoraka zaokružuju na najbliže predefinisane diskretne nivoe, pri čemu nastaje nepovratna greška kvantovanja.

Kodovanje (Encoding)

Treći korak digitalizacije analognog signala gde se svaki kvantovani nivo amplitude predstavlja odgovarajućom binarnom rečju definisane dužine bita.

Impulsna kodna modulacija (PCM)

Postupak konverzije kontinualnog analognog signala u digitalni niz koji se sastoji iz tri uzastopna koraka: odmeravanja, kvantovanja i kodovanja.

Kvalitet usluga (QoS – Quality of Service)

Ukupnost karakteristika i performansi telekomunikacione mreže i servisa kojima se meri i zadovoljava nivo kvaliteta koji očekuje krajnji korisnik.

Odnos signal-šum (SNR / S/N)

Odnos nivoa signala i nivoa šuma definisan formulom $\text{S/N (dB)} = \text{nivo signala (dBm)} - \text{nivo šuma (dBm)}$; tipične minimalne vrednosti za zadovoljavajući rad su: govor $40\,\text{dB}$, video $45\,\text{dB}$, a podaci oko $15\,\text{dB}$.

OLR (Overall Loudness Rating)

Ukupna ocena glasnoće u prenosu govora koja predstavlja zbir gubitaka u predajnom delu, prenosnom kanalu i prijemnom delu: $\text{OLR} = \text{SLR} + \text{CLR} + \text{RLR}$.

Amplitudska distorzija

Faktor degradacije QoS-a koji nastaje usled frekvencijski zavisnog slabljenja $A(f)$, gde se komponente signala na različitim frekvencijama nejednako pojačavaju ili guše u odnosu na referentnu frekvenciju ($800\,\text{Hz}$ po CCITT preporuci).

Fazna distorzija

Izobličenje izazvano različitim vremenom prostiranja (kašnjenjem) spektralnih komponenti signala na različitim učestanostima; predstavlja glavni ograničavajući faktor za maksimalnu brzinu prenosa podataka (data rate).

Termički šum (beli šum)

Šum prouzrokovan slučajnim termalnim kretanjem elektrona u provodnicima i elektronskim sklopovima; prisutan je u svakom medijumu i opremi, zavisi od temperature i odlikuje se konstantnom spektralnom gustinom snage nezavisnom od učestanosti.

Intermodulacioni šum

Smetnja koja nastaje usled nelinearnosti u medijumu ili opremi kada signali na različitim frekvencijama dele isti kanal, generišući komponente na zbirovima, razlikama i celobrojnim umnošcima osnovnih frekvencija.

Impulsni šum

Neregularni elektromagnetni impulsi ili šumovi kratkog trajanja, ali veoma velikih amplituda, tipično uzrokovani atmosferskim električnim pražnjenjima ili radom industrijskih uređaja.

Šum usled preslušavanja (Crosstalk)

Fenomen interferencije kod koga se elektromagnetna energija iz jednog prenosnog kanala prenosi na susedni paralelni kanal usled njihovog konkurentnog prostiranja.

Verovatnoća otkaza ($P_{\text{out}}$)

Statistička veličina koja predstavlja verovatnoću da odnos signal-šum na izlazu prijemnika ($\gamma$) padne ispod unapred zadatog praga ($\gamma_{\text{th}}$), data izrazom $P_{\text{out}} = P(\gamma < \gamma_{\text{th}}) = \int_0^{\gamma_{\text{th}}} f_{\gamma}(\gamma)\,d\gamma = F_{\gamma}(\gamma_{\text{th}})$.

Verovatnoća greške (BER)

Srednja verovatnoća netačnog prijema bita dobijena usrednjavanjem uslovne verovatnoće greške $P_{\text{ec}}(\gamma)$ preko statističke raspodele SNR-a: $P_e = \int_0^{\infty} P_{\text{ec}}(\gamma) f_{\gamma}(\gamma)\,d\gamma$.

Kapacitet kanala ($C$)

Maksimalni mogući protok signala kroz dati kanal u jedinici vremena bez izobličenja koja bi onemogućila prepoznavanje na prijemu; prema Shannon-ovom obrascu iznosi $C = B \log_2\left(1 + \frac{S}{N}\right)$ i meri se u bitima po sekundi ($\text{b/s}$).

Širokopojasni telekomunikacioni servisi

Usluge prenosa i usmeravanja signala u mrežama velikih brzina (preko $4\,\text{Mb/s}$), koje ITU (I.211) deli na interaktivne i distributivne servise.

Konverzacioni servisi

Klasa interaktivnih servisa koji obezbeđuju dvosmernu komunikaciju u realnom vremenu između dva ili više korisnika (npr. video telefonija, video konferencija).

Servisi poruka

Interaktivni servisi koji omogućavaju asinhronu razmenu informacija korišćenjem principa „uskladišti i prosledi” (store and forward), kao što su elektronska pošta i servisi za prenos poruka.

Servisi pretraživanja

Interaktivni servisi koji nude pretraživanje javno dostupnih podataka uskladištenih u informacionim centrima, pri čemu se podaci korisniku šalju isključivo na njegov zahtev.

Distributivni servisi sa kontrolom prezentacije

Servisi prenosa od centra ka korisnicima zasnovani na ciklično ponavljajućim entitetima informacija, gde korisnik može upravljati izborom i redosledom sadržaja (npr. teletekst, video na zahtev – VoD).

Distributivni servisi bez kontrole prezentacije

Servisi difuznog prenosa sa kontinualnim tokom informacija od izvora ka korisnicima, gde korisnik ne može uticati na tok ili raspored emitovanog sadržaja (npr. televizijska i radio difuzija).