Komunikačné linky a kanály na prenos dát. Kanály pripojenia. Klasifikácia komunikačných kanálov. Parametre komunikačného kanála. Podmienka prenosu signálu cez komunikačný kanál

Na prenos rôznych informácií je potrebné najskôr vytvoriť prostredie na ich distribúciu, ktorým je súbor liniek alebo kanálov na prenos dát so špecializovaným vysielacím a prijímacím zariadením. Linky alebo komunikačné kanály sú spojovacím článkom v akomkoľvek modernom systéme prenosu údajov a z hľadiska organizácie sa delia na dva hlavné typy - sú to linky a kanály.

Komunikačná linka je súbor káblov alebo drôtov, pomocou ktorých sú komunikačné body navzájom spojené a účastníci sú spojení s najbližšími uzlami. Komunikačné kanály môžu byť zároveň vytvárané rôznymi spôsobmi v závislosti od charakteristík konkrétneho objektu a schémy.

Aké môžu byť?

Môžu to byť fyzické káblové kanály, ktoré sa spoliehajú na použitie špecializovaných káblov, a môžu to byť aj vlny. Vlnové komunikačné kanály sú vytvorené tak, aby v určitom prostredí organizovali všetky druhy rádiovej komunikácie pomocou antén, ako aj vyhradeného frekvenčného pásma. Zároveň sú optické aj elektrické komunikačné kanály rozdelené do dvoch hlavných typov - káblové a bezdrôtové. V tomto ohľade môžu byť optické a elektrické signály prenášané cez drôty, éter a mnoho ďalších spôsobov.

V telefónnej sieti sa po vytočení čísla vytvorí kanál, pokiaľ existuje spojenie, napríklad medzi dvoma účastníkmi, ako aj počas hlasovej komunikácie. Káblové komunikačné kanály sa vytvárajú pomocou špecializovaných kompresných zariadení, pomocou ktorých je možné dlhodobo alebo krátkodobo prenášať informácie prostredníctvom komunikačných liniek, ktoré sú napájané z veľkého množstva rôznych zdrojov. Takéto vedenia obsahujú jeden alebo niekoľko párov káblov súčasne a poskytujú možnosť prenášať dáta na dostatočne dlhú vzdialenosť. Bez ohľadu na to, aké typy komunikačných kanálov sa berú do úvahy, v rádiovej komunikácii predstavujú médium na prenos údajov, ktoré je organizované pre určitú alebo niekoľko komunikačných relácií súčasne. Ak hovoríme len o niekoľkých reláciách, potom možno použiť takzvané frekvenčné rozdelenie.

Aké typy existujú?

Rovnako ako v modernej komunikácii existujú rôzne typy komunikačných kanálov:

• digitálny.
• Analógové.
• Analógovo-digitálny.

digitálny

Táto možnosť je oveľa drahšia v porovnaní s analógovými. Pomocou takýchto kanálov sa dosahuje mimoriadne vysoká kvalita prenosu údajov a je tiež možné zaviesť rôzne mechanizmy, pomocou ktorých sa dosiahne absolútna integrita kanálov, vysoký stupeň informačnej bezpečnosti, ako aj využitie z množstva ďalších služieb. Aby sa zabezpečil prenos analógových informácií prostredníctvom technických komunikačných kanálov digitálneho typu, tieto informácie sa najskôr prevedú na digitálne.

Koncom 80. rokov minulého storočia vznikla špecializovaná digitálna sieť s integrovanými službami, dnes pre mnohých známejšia ako ISDN. Predpokladá sa, že takáto sieť sa časom dokáže premeniť na globálnu digitálnu chrbticu, ktorá spája kancelárske a domáce počítače a poskytuje im dostatočne vysokú rýchlosť prenosu dát. Hlavnými komunikačnými kanálmi tohto typu môžu byť:

• Fax.
• Telefón.
• Zariadenia na prenos dát.
• Špecializované vybavenie pre telekonferencie.
• A veľa ďalších.

Moderné technológie, ktoré sa teraz aktívne využívajú v sieťach káblovej televízie, môžu pôsobiť ako konkurencia pre takéto prostriedky.

Iné odrody

V závislosti od rýchlosti prenosu komunikačných kanálov sa delia na:

• Pomalá rychlosť. Táto kategória zahŕňa všetky druhy telegrafných liniek, ktoré sa vyznačujú extrémne nízkou (v dnešných štandardoch takmer chýbajúcou) rýchlosťou prenosu dát, ktorá dosahuje maximálne 200 bit/s.
• Stredná rýchlosť. Existujú analógové telefónne linky, ktoré poskytujú prenosové rýchlosti až 56 000 bit/s.
• Vysokorýchlostné alebo, ako sa tiež nazýva, širokopásmové pripojenie. Prenos dát cez komunikačné kanály tohto typu sa uskutočňuje rýchlosťou viac ako 56 000 bit/s.

V závislosti od toho, aké možnosti sú poskytované na organizáciu smerov prenosu údajov, možno komunikačné kanály rozdeliť do nasledujúcich typov:

• Simplexné. Organizácia komunikačných kanálov tohto typu poskytuje možnosť vysielať údaje iba v určitom smere.
• Polovičný duplex. Pomocou takýchto kanálov je možné prenášať dáta v smere dopredu aj dozadu.
• Duplex alebo plný duplex. Pomocou takýchto spätnoväzbových kanálov môžu byť dáta súčasne vysielané v smere dopredu a dozadu.

Drôtové

Káblové komunikačné kanály zahŕňajú množstvo paralelných alebo skrútených medených drôtov, komunikačných liniek z optických vlákien, ako aj špecializovaných koaxiálnych káblov. Ak zvážime, ktoré komunikačné kanály používajú káble, stojí za to zdôrazniť niekoľko hlavných:

• Twist pair. Poskytuje možnosť prenosu informácií rýchlosťou až 1 Mbit/s.
• Koaxiálne káble. Táto skupina zahŕňa káble pre TV formát, vrátane tenkých aj hrubých. V tomto prípade už rýchlosť prenosu dát dosahuje 15 Mbps.
• Káble z optických vlákien. Najmodernejšia a najproduktívnejšia možnosť. Komunikačné kanály na prenos informácií tohto typu poskytujú rýchlosť okolo 400 Mbit/s, čo výrazne prevyšuje všetky ostatné technológie.

Twist pair

Ide o izolované vodiče, ktoré sú skrútené do párov, aby sa výrazne znížilo rušenie medzi pármi a vodičmi. Treba poznamenať, že dnes existuje sedem kategórií krútených párov:

• Prvý a druhý sa používajú na poskytovanie nízkorýchlostného prenosu dát a prvý je štandardný, dobre známy telefónny kábel.
• Tretia, štvrtá a piata kategória sa používa na podporu prenosových rýchlostí do 16, 25 a 155 Mbps, pričom rôzne kategórie poskytujú rôzne frekvencie.
• Šiesta a siedma kategória sú najproduktívnejšie. Hovoríme o schopnosti prenášať dáta rýchlosťou až 100 Gbit/s, čo je najproduktívnejšia charakteristika komunikačných kanálov.

Tretia kategória je dnes najbežnejšia. Pri zameraní sa na rôzne perspektívne riešenia s ohľadom na potrebu neustáleho rozvoja šírky pásma siete by bolo najoptimálnejšie využívať komunikačné siete (komunikačné kanály) piatej kategórie, ktoré poskytujú rýchlosť prenosu dát štandardnými telefónnymi linkami.

Koaxiálny kábel

Špecializovaný medený vodič je uzavretý vo vnútri valcového tieniaceho ochranného plášťa, ktorý je skrútený z pomerne tenkých žíl a je tiež úplne izolovaný od vodiča pomocou dielektrika. Tento kábel sa líši od štandardného televízneho kábla tým, že má charakteristickú impedanciu. Prostredníctvom takýchto informačných komunikačných kanálov možno dáta prenášať rýchlosťou až 300 Mbit/s.

Tento formát kábla je rozdelený na tenký, ktorý má hrúbku 5 mm, a hrubý, ktorý má hrúbku 10 mm. V moderných sieťach LAN je často zvykom používať tenký kábel, pretože jeho inštalácia a inštalácia je mimoriadne jednoduchá. Extrémne vysoké náklady so zložitou inštaláciou výrazne obmedzujú použitie takýchto káblov v moderných sieťach na prenos informácií.

Siete káblovej televízie

Takéto siete sú založené na použití špecializovaného koaxiálneho kábla, cez ktorý je možné prenášať analógový signál na vzdialenosť niekoľkých desiatok kilometrov. Typická sieť káblovej televízie má stromovú štruktúru, v ktorej hlavný uzol prijíma signály z vyhradeného satelitu alebo cez optické spojenie. Dnes sa aktívne používajú také siete, v ktorých sa používa optický kábel, pomocou ktorého je možné obsluhovať veľké oblasti, ako aj vysielať objemnejšie údaje pri zachovaní mimoriadne vysokej kvality signálov v neprítomnosti. opakovačov.

So symetrickou architektúrou sa spätné a dopredné signály prenášajú pomocou jedného kábla v rôznych frekvenčných pásmach a pri rôznych rýchlostiach. V súlade s tým je spätný signál pomalší ako dopredný signál. V každom prípade je pomocou takýchto sietí možné poskytnúť rýchlosť prenosu dát niekoľko stokrát vyššiu ako štandardné telefónne linky, a preto sa tieto už dávno nepoužívajú.

V organizáciách, ktoré inštalujú svoje vlastné káblové siete, sa najčastejšie používajú symetrické schémy, pretože v tomto prípade sa prenos údajov dopredu aj dozadu uskutočňuje rovnakou rýchlosťou, ktorá je približne 10 Mbps.

Vlastnosti použitia drôtov

Počet drôtov, ktoré je možné použiť na pripojenie domácich počítačov a rôznej elektroniky, sa každým rokom zvyšuje. Podľa štatistík získaných v priebehu výskumu profesionálnych špecialistov je v 150-metrovom byte položených približne 3 km rôznych káblov.

V 90. rokoch minulého storočia britská spoločnosť UnitedUtilities navrhla pomerne zaujímavé riešenie tohto problému pomocou vlastného vývoja s názvom DigitalPowerLine, dnes známejšieho pod skratkou DPL. Spoločnosť navrhla použiť štandardné energetické siete ako médium na poskytovanie vysokorýchlostného prenosu dát, prenos paketov informácií alebo hlasu cez bežné elektrické siete, ktorých napätie bolo 120 alebo 220 V.

Najúspešnejšia je z tohto pohľadu izraelská spoločnosť Main.net, ktorá ako prvá vydala technológiu PLC (Powerline Communications). Pomocou tejto technológie prebiehal prenos hlasu alebo dát rýchlosťou až 10 Mbit/s, pričom informačný tok bol rozdelený na niekoľko nízkorýchlostných, ktoré boli prenášané na samostatných frekvenciách a v konečnom dôsledku opäť spojené do jediný signál.

Využitie technológie PLC je dnes relevantné iba v podmienkach prenosu dát pri nízkej rýchlosti, a preto sa používa v domácej automatizácii, rôznych domácich zariadeniach a iných zariadeniach. Pomocou tejto technológie je možné pristupovať na internet rýchlosťou cca 1 Mbps pre tie aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú rýchlosť pripojenia.

Pri malej vzdialenosti medzi budovou a medziľahlým bodom transceiveru, ktorým je trafostanica, môže rýchlosť prenosu dát dosiahnuť 4,5 Mbit / s. Použitie tejto technológie sa aktívne vykonáva pri vytváraní lokálnej siete v obytnej budove alebo malej kancelárii, pretože minimálna prenosová rýchlosť umožňuje pokryť vzdialenosť až 300 metrov. Pomocou tejto technológie je možné realizovať rôzne služby týkajúce sa vzdialeného monitorovania, zabezpečenia objektov, ako aj správy režimov objektov a ich zdrojov, ktoré sú zahrnuté v prvkoch inteligentného domu.

Optický kábel

Tento kábel sa skladá zo špecializovaného kremenného jadra, ktoré má priemer iba 10 mikrónov. Toto jadro je obklopené jedinečným reflexným ochranným plášťom s vonkajším priemerom asi 200 mikrónov. Prenos údajov sa uskutočňuje transformáciou elektrických signálov na svetelné signály, napríklad pomocou nejakého druhu LED. Kódovanie údajov sa vykonáva zmenou intenzity svetelného toku.

Pri prenose dát lúč, ktorý sa odráža od stien vlákna, v ktorom v dôsledku toho vstupuje do prijímacieho konca, pričom má minimálny útlm. Pomocou takéhoto kábla sa dosiahne extrémne vysoký stupeň ochrany pred účinkami akýchkoľvek vonkajších elektromagnetických polí a dostatočne vysoká rýchlosť prenosu dát, ktorá môže dosiahnuť 1000 Mbit / s.

Pomocou optického kábla je možné súčasne organizovať prácu niekoľkých stoviek tisíc telefónnych, videotelefónnych a televíznych kanálov naraz. Ak hovoríme o ďalších výhodách takýchto káblov, stojí za zmienku nasledovné:

• Extrémne vysoká zložitosť neoprávneného pripojenia.
• Najvyšší stupeň ochrany pred akýmkoľvek druhom požiaru.
• Dostatočne vysoká rýchlosť prenosu dát.

Ak však hovoríme o nevýhodách takýchto systémov, je potrebné zdôrazniť, že sú dosť drahé a vyžadujú transformáciu svetelných laserov na elektrické a naopak. Použitie takýchto káblov sa vo väčšine prípadov uskutočňuje v procese kladenia chrbticových komunikačných liniek a vďaka jedinečným vlastnostiam kábla je pomerne bežný aj medzi poskytovateľmi, ktorí zabezpečujú organizáciu internetu.

Komutácia

Okrem iného môžu byť komunikačné kanály prepínané alebo neprepínané. Prvé sa vytvárajú len na určitý čas, pričom je potrebné prenášať dáta, zatiaľ čo nekomutované sú pridelené účastníkovi na konkrétny čas a nezávisia od toho, ako dlho sa prenos dát uskutočnil. .

WiMAX

Takéto linky, na rozdiel od tradičných technológií rádiového prístupu, môžu pracovať aj na odrazenom signáli, ktorý nie je v zornom poli konkrétnej základňovej stanice. Názor odborníkov sa dnes jednoznačne zhoduje, že takéto mobilné siete otvárajú používateľom obrovské perspektívy v porovnaní s pevným WiMAX, ktorý je určený pre firemných zákazníkov. V tomto prípade môžu byť informácie vysielané na dostatočne veľkú vzdialenosť (až 50 km), pričom charakteristiky komunikačných kanálov tohto typu zahŕňajú rýchlosť až 70 Mbit / s.

satelit

Satelitné systémy umožňujú použitie špecializovaných antén s mikrovlnným frekvenčným rozsahom, ktoré sa používajú na príjem rádiových signálov z akýchkoľvek pozemných staníc a potom prenášajú prijaté signály späť do iných pozemných staníc. Treba poznamenať, že takéto siete umožňujú použitie troch hlavných typov satelitov umiestnených na stredných alebo nízkych dráhach, ako aj na geostacionárnych dráhach. V drvivej väčšine prípadov je zvykom vypúšťať satelity v skupinách, pretože sa navzájom šíria a pokrývajú celý povrch našej planéty.

K prenosu informácií dochádza od zdroja k príjemcovi (príjemcovi) informácie. Zdroj informácia môže byť čokoľvek: akýkoľvek predmet alebo jav živej alebo neživej povahy. Proces prenosu informácií prebieha v určitom hmotnom prostredí, ktoré oddeľuje zdroj a príjemcu informácie, čo je tzv kanál prenos informácií. Informácie sa prenášajú kanálom vo forme sekvencie signálov, symbolov, znakov, ktoré sa nazývajú správu. Príjemca informácia je objekt, ktorý prijíma správu, v dôsledku čoho dochádza k určitým zmenám v jeho stave. Všetko vyššie uvedené je schematicky znázornené na obrázku.

Prenos informácií

Človek prijíma informácie zo všetkého, čo ho obklopuje prostredníctvom zmyslov: sluch, zrak, čuch, hmat, chuť. Najväčšie množstvo informácií dostáva človek sluchom a zrakom. Zvukové správy sú vnímané sluchom – akustické signály v súvislom médiu (najčastejšie vo vzduchu). Zrak vníma svetelné signály, ktoré prenášajú obraz predmetov.

Nie každá správa je pre človeka informatívna. Napríklad, hoci sa človeku prenesie správa v nezrozumiteľnom jazyku, neobsahuje preňho informáciu a nemôže spôsobiť adekvátne zmeny v jeho stave.

Informačný kanál môže byť buď prirodzený (atmosférický vzduch, ktorým sa prenášajú zvukové vlny, slnečné svetlo odrážané od pozorovaných objektov), ​​alebo môže byť vytvorený umelo. V druhom prípade hovoríme o technických komunikačných prostriedkoch.

Technické informačné systémy na prenos

Prvým technickým prostriedkom na prenos informácií na diaľku bol telegraf, ktorý v roku 1837 vynašiel Američan Samuel Morse. V roku 1876 vynašiel Američan A. Bell telefón. Na základe objavu elektromagnetických vĺn nemeckým fyzikom Heinrichom Hertzom (1886), A.S. Popov v Rusku v roku 1895 a takmer súčasne s ním v roku 1896 G. Marconi v Taliansku vynašiel rádio. Televízia a internet sa objavili v 20. storočí.

Všetky uvedené technické spôsoby informačnej komunikácie sú založené na prenose fyzického (elektrického alebo elektromagnetického) signálu na diaľku a podliehajú niektorým všeobecným zákonom. Štúdium týchto zákonov sa zaoberá teória komunikácie, ktorý vznikol v 20. rokoch 20. storočia. Matematický aparát teórie komunikácie - matematická teória komunikácie, vyvinul americký vedec Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916-2001), USA

Claude Shannon navrhol model procesu prenosu informácií prostredníctvom technických komunikačných kanálov, ktorý predstavuje diagram.

Systém prenosu technických informácií

Kódovanie tu znamená akúkoľvek transformáciu informácie pochádzajúcej zo zdroja do formy vhodnej na jej prenos cez komunikačný kanál. Dekódovanie - spätná transformácia signálnej sekvencie.

Fungovanie takejto schémy možno vysvetliť pomocou známeho procesu telefonovania. Zdrojom informácií je hovoriaca osoba. Kodérom je mikrofón telefónneho slúchadla, pomocou ktorého sa zvukové vlny (reč) premieňajú na elektrické signály. Komunikačným kanálom je telefónna sieť (drôty, telefónne ústredne, cez ktoré prechádza signál). Dekódovacím zariadením je telefónne slúchadlo (slúchadlo) počúvajúcej osoby - prijímač informácií. Tu sa prichádzajúci elektrický signál mení na zvuk.

Na rovnakom princípe fungujú aj moderné počítačové systémy na prenos informácií – počítačové siete. Existuje proces kódovania, ktorý konvertuje binárny počítačový kód na fyzický signál typu, ktorý sa prenáša cez komunikačný kanál. Dekódovanie spočíva v premene prenášaného signálu späť na počítačový kód. Napríklad pri používaní telefónnych liniek v počítačových sieťach funkcie kódovania a dekódovania vykonáva zariadenie nazývané modem.

Šírka pásma kanála a rýchlosť prenosu informácií

Vývojári systémov prenosu technických informácií musia vyriešiť dva vzájomne súvisiace problémy: ako zabezpečiť najvyššiu rýchlosť prenosu informácií a ako znížiť straty informácií pri prenose. Claude Shannon bol prvým vedcom, ktorý riešil tieto problémy a vytvoril na tú dobu novú vedu – informačnej teórie.

K. Shannon definoval metódu merania množstva informácií prenášaných komunikačnými kanálmi. Predstavil koncept šírka pásma kanála,ako maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií. Táto rýchlosť sa meria v bitoch za sekundu (rovnako ako v kilobitoch za sekundu, megabitoch za sekundu).

Šírka pásma komunikačného kanála závisí od jeho technickej implementácie. Napríklad v počítačových sieťach sa používajú tieto komunikačné prostriedky:

Telefónne linky,

Elektrická káblová komunikácia,

Komunikácia cez optický kábel,

Rádiová komunikácia.

Priepustnosť telefónnych liniek je desiatky, stovky Kbit/s; priepustnosť optických liniek a rádiových komunikačných liniek sa meria v desiatkach a stovkách Mbit/s.

Hluk, ochrana pred hlukom

Pojem „šum“ označuje rôzne druhy rušenia, ktoré skresľuje prenášaný signál a vedie k strate informácií. K takémuto rušeniu dochádza predovšetkým z technických dôvodov: nízka kvalita komunikačných liniek, vzájomná neistota rôznych tokov informácií prenášaných rovnakými kanálmi. Niekedy, keď hovoríme po telefóne, počujeme hluk, praskanie, zasahovanie do porozumenia partnera alebo rozhovor úplne iných ľudí je prekrývaný s naším rozhovorom.

Prítomnosť šumu vedie k strate prenášaných informácií. V takýchto prípadoch je potrebná ochrana proti hluku.

V prvom rade sa používajú technické metódy na ochranu komunikačných kanálov pred účinkami hluku. Napríklad použitie tieneného kábla namiesto holého drôtu; použitie rôznych druhov filtrov, ktoré oddeľujú užitočný signál od šumu atď.

Bol navrhnutý Claude Shannon teória kódovania poskytovanie metód riešenia hluku. Jednou z dôležitých myšlienok tejto teórie je, že kód prenášaný cez komunikačnú linku by mal byť nadbytočný... Vďaka tomu môže byť kompenzovaná strata niektorej časti informácie počas prenosu. Ak vás napríklad počas telefonovania zle počujete, potom tým, že každé slovo dvakrát zopakujete, máte väčšiu šancu, že vám ten druhý správne porozumie.

Redundanciu však nemôžete urobiť príliš veľkou. To povedie k oneskoreniam a vyšším nákladom na komunikáciu. Teória kódovania vám umožňuje získať kód, ktorý je optimálny. V tomto prípade bude redundancia prenášaných informácií minimálna a spoľahlivosť prijatých informácií bude maximálna.

V moderných digitálnych komunikačných systémoch sa na boj proti strate informácií počas prenosu často používa nasledujúca technika. Celá správa je rozdelená na časti - balíkov... Pre každý paket sa počíta kontrolná suma(súčet binárnych číslic), ktorý sa odosiela s týmto paketom. V mieste príjmu sa prepočíta kontrolný súčet prijatého paketu a ak sa nezhoduje s počiatočným súčtom, prenos tohto paketu sa zopakuje. Toto bude pokračovať, kým sa nezhodujú počiatočné a konečné kontrolné súčty.

Vzhľadom na prenos informácií v propedeutických a základných kurzoch informatiky treba túto tému diskutovať predovšetkým z pozície človeka ako príjemcu informácií. Schopnosť prijímať informácie z okolitého sveta je najdôležitejšou podmienkou existencie človeka. Ľudské zmysly sú informačné kanály ľudského tela, ktoré spájajú človeka s vonkajším prostredím. Na tomto základe sa informácie delia na vizuálne, zvukové, čuchové, hmatové, chuťové. Zdôvodnenie toho, že chuť, čuch a dotyk prenášajú k človeku informácie, je nasledovné: pamätáme si vône známych predmetov, chuť známeho jedla, známe predmety rozpoznávame hmatom. A obsahom našej pamäte sú uložené informácie.

Žiakom treba povedať, že vo svete zvierat je informačná úloha zmyslových orgánov odlišná od ľudskej. Dôležitú informačnú funkciu pre zvieratá plní čuch. Zvýšený čuch služobných psov využívajú orgány činné v trestnom konaní na pátranie po zločincoch, odhaľovanie drog a pod. Zrakové a zvukové vnímanie zvierat sa líši od vnímania ľudí. Napríklad je známe, že netopiere počujú ultrazvuk, zatiaľ čo mačky vidia v tme (z ľudského pohľadu).

V rámci tejto témy by študenti mali byť schopní uviesť konkrétne príklady procesu prenosu informácií, určiť pre tieto príklady zdroj, príjemcu informácie, kanály používané na prenos informácií.

Pri štúdiu informatiky na strednej škole by sa študenti mali oboznámiť so základnými ustanoveniami teórie technickej komunikácie: pojmami kódovanie, dekódovanie, rýchlosť prenosu informácií, šírka pásma kanála, hluk, ochrana pred hlukom. Tieto otázky možno zvážiť v rámci témy „Technické prostriedky počítačových sietí“.

Štátna skúška

(štátna skúška)

Otázka č. 3 „Komunikačné kanály. Klasifikácia komunikačných kanálov. Parametre komunikačného kanála. Podmienka pre prenos signálu cez komunikačný kanál ".

(Plyaskin)

Odkaz. 3

Klasifikácia. 5

Charakteristika (parametre) komunikačných kanálov. desať

Podmienka pre prenos signálu cez komunikačné kanály. 13

Literatúra. štrnásť

Odkaz

Odkaz- sústava technických prostriedkov a média na šírenie signálu na prenos správ (nielen dát) od zdroja k prijímaču (a naopak). Komunikačný kanál, chápaný v užšom zmysle ( komunikačná cesta), predstavuje iba fyzické médium šírenia signálu, napríklad fyzické komunikačné vedenie.

Komunikačný kanál je určený na prenos signálov medzi vzdialenými zariadeniami. Signály nesú informácie určené na prezentáciu používateľovi (osobe) alebo na použitie počítačovými aplikáciami.

Komunikačný kanál obsahuje nasledujúce komponenty:

1) vysielacie zariadenie;

2) prijímacie zariadenie;

3) prenosové médium rôzneho fyzikálneho charakteru (obr. 1).

Signál nesúci informáciu generovaný vysielačom po prechode cez prenosové médium vstupuje na vstup prijímacieho zariadenia. Ďalej sa informácie extrahujú zo signálu a prenesú sa k spotrebiteľovi. Fyzikálna povaha signálu je zvolená tak, aby sa mohol šíriť prenosovým médiom s minimálnym útlmom a skreslením. Signál je nevyhnutný ako nosič informácie, sám informáciu nenesie.

Obr. Komunikačný kanál (možnosť číslo 1)

Obr. 2 Komunikačný kanál (možnosť č. 2)

Tie. tento (kanál) je technické zariadenie (technológia + prostredie).

Klasifikácia

Budú presne tri typy klasifikácií. Vyberte si chuť a farbu:

Klasifikácia č. 1:

Existuje mnoho typov komunikačných kanálov, medzi ktorými sa najčastejšie rozlišujú káblové kanály komunikácia ( anténa, kábel, svetlovod atď.) a rádiové komunikačné kanály (troposférický, satelitný atď.). Takéto kanály sa zvyčajne kvalifikujú na základe charakteristík vstupných a výstupných signálov, ako aj na základe zmeny charakteristík signálov v závislosti od javov vyskytujúcich sa v kanáli, ako je slabnutie a zoslabovanie signálov.

Podľa typu distribučného média sa komunikačné kanály delia na:

Drôtové;

Akustické;

Optické;

infračervené;

Rozhlasové kanály.

Komunikačné kanály sa tiež delia na:

Nepretržitý (na vstupe a výstupe kanála - spojité signály),

Diskrétne alebo digitálne (na vstupe a výstupe kanálu - diskrétne signály),

· Nepretržitý-diskrétny (nepretržité signály na vstupe kanála a diskrétne signály na výstupe),

· Diskrétne spojité (diskrétne signály na vstupe kanála a spojité signály na výstupe).

Kanály môžu byť podobné lineárne a nelineárne, dočasné a časopriestorový.

možné klasifikácia komunikačné kanály podľa frekvenčného rozsahu .

Systémy prenosu informácií sú jednokanálový a viackanálový... Typ systému je určený komunikačným kanálom. Ak je komunikačný systém postavený na rovnakom type komunikačných kanálov, jeho názov je určený typickým názvom kanálov. V opačnom prípade sa použije špecifikácia klasifikačných znakov.

Klasifikácia č. 2 (podrobnejšia):

1. Klasifikácia podľa frekvenčného rozsahu

Ø Kilometer (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hektometrický (SV) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Dekameter (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Meter (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø decimeter (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø Centimeter (CMB) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Milimeter (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;

Ø Decimitre (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

2. Smerom komunikačných liniek

- riadený ( používajú sa rôzne vodiče):

Ø koaxiálne,

Ø krútené páry na báze medených vodičov,

Ø optických vlákien.

- nesmerové (rádiové spojenia);

Ø viditeľnosť;

Ø troposférický;

Ø ionosférický

Ø priestor;

Ø rádiové relé (retransmisia na decimetrových a kratších rádiových vlnách).

3. Podľa typu prenášaných správ:

Ø telegraf;

Ø telefón;

Ø prenos dát;

Ø faksimile.

4. Podľa typu signálov:

Ø analógový;

Ø digitálny;

Ø impulz.

5. Podľa typu modulácie (manipulácia)

- V analógových komunikačných systémoch:

Ø s amplitúdovou moduláciou;

Ø s moduláciou v jednom postrannom pásme;

Ø s frekvenčnou moduláciou.

- V digitálnych komunikačných systémoch:

Ø s kľúčovaním s amplitúdovým posunom;

Ø s kľúčovaním s frekvenčným posunom;

Ø s kľúčovaním fázového posunu;

Ø s relatívnym kľúčovaním fázového posunu;

Ø s kľúčovaním s posunom tónu (jednotlivé prvky ovládajú kmitanie pomocnej nosnej vlny (tón), po ktorom sa kľúčovanie vykonáva pri vyššej frekvencii.

6. Podľa hodnoty základne rádiového signálu

Ø širokopásmové pripojenie (B >> 1);

Ø úzkopásmové (B "1).

7. Podľa počtu súčasne prenášaných správ

Ø jednokanálový;

Ø viackanálový (frekvencia, čas, kódové rozdelenie kanálov);

8. V smere posielania správ

Ø jednostranné;

Ø bilaterálne.
9. Na základe príkazu na výmenu správ

Ø simplexná komunikácia- obojsmerná rádiová komunikácia, pri ktorej sa vysielanie a príjem každej rádiovej stanice vykonáva postupne;

Ø duplexná komunikácia- vysielanie a príjem sa vykonávajú súčasne (najúčinnejšie);

Ø poloduplexná komunikácia- odkazuje na simplex, ktorý zabezpečuje automatický prechod z vysielania na príjem a možnosť opätovného spýtania sa korešpondenta.

10. Spôsobmi ochrany prenášaných informácií

Ø otvorená komunikácia;

Ø uzavretá komunikácia (utajovaná).

11. Podľa stupňa automatizácie výmeny informácií

Ø neautomatizované - ovládanie rádiostanice a výmenu správ vykonáva operátor;

Ø automatizované - manuálne sa zadávajú iba informácie;

Ø automatický - proces výmeny správ sa vykonáva medzi automatickým zariadením a počítačom bez účasti operátora.

Klasifikačné číslo 3 (niečo sa môže opakovať):

1. Podľa dohody

Telefón

telegraf

televízia

Vysielanie

2. Smerom prevodu

Simplex (prenos iba v jednom smere)

polovičný duplex (alternatívny prenos v oboch smeroch)

Duplex (simultánny prenos v oboch smeroch)

3. Podľa povahy komunikačnej linky

Mechanický

Hydraulické

Akustické

Elektrický (káblový)

Rádio (bezdrôtové)

Optické

4. Podľa povahy signálov na vstupe a výstupe komunikačného kanála

Analógové (kontinuálne)

Diskrétne v čase

Diskrétne podľa úrovne signálu

Digitálne (diskrétne, v čase a na úrovni)

5. Podľa počtu kanálov na komunikačnú linku

Jeden kanál

Viackanálový

A tu je ďalšia kresba:

Obr. Klasifikácia komunikačných liniek.

Charakteristika (parametre) komunikačných kanálov

1. Funkcia prenosu kanálov: sa uvádza vo formulári amplitúdovo-frekvenčná charakteristika (AFC) a ukazuje, ako je zoslabená amplitúda sínusoidy na výstupe komunikačného kanála v porovnaní s amplitúdou na jej vstupe pre všetky možné frekvencie prenášaného signálu. Normalizovaná frekvenčná odozva kanálu je znázornená na obr. Poznanie frekvenčnej odozvy skutočného kanála vám umožňuje určiť tvar výstupného signálu pre takmer akýkoľvek vstupný signál. Na to je potrebné nájsť spektrum vstupného signálu, transformovať amplitúdu jeho jednotlivých harmonických v súlade s amplitúdovo-frekvenčnou charakteristikou a potom nájsť tvar výstupného signálu pridaním transformovaných harmonických. Pre experimentálne overenie amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky je potrebné otestovať kanál s referenčnými (amplitúdovo rovnakými) sínusoidami v celom frekvenčnom rozsahu od nuly po určitú maximálnu hodnotu, ktorá sa môže vyskytnúť vo vstupných signáloch. Okrem toho je potrebné zmeniť frekvenciu vstupných sínusoidov malým krokom, čo znamená, že počet experimentov by mal byť veľký.

- pomer spektra výstupného signálu k vstupu
- šírka pásma

Obr. 4 Normalizovaná frekvenčná odozva kanálu

2. Šírka pásma: je odvodením charakteristiky od frekvenčnej odozvy. Ide o súvislý rozsah frekvencií, pre ktorý pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupnému signálu presahuje určitú vopred stanovenú hranicu, to znamená, že šírka pásma určuje rozsah frekvencií signálu, pri ktorých sa tento signál prenáša cez komunikačný kanál bez výrazné skreslenie. Typicky sa šírka pásma meria pri 0,7-násobku maximálnej frekvenčnej odozvy. Šírka pásma má najväčší vplyv na maximálnu možnú rýchlosť prenosu dát cez komunikačný kanál.

3. Útlm: je definovaný ako relatívny pokles amplitúdy alebo výkonu signálu, keď sa signál určitej frekvencie prenáša cez kanál. Často je počas kanálovej prevádzky základná frekvencia prenášaného signálu známa vopred, to znamená frekvencia, ktorej harmonická má najvyššiu amplitúdu a výkon. Preto stačí poznať útlm na tejto frekvencii, aby sme približne odhadli skreslenie signálov prenášaných cez kanál. Presnejšie odhady sú možné, ak poznáme útlm na niekoľkých frekvenciách zodpovedajúcich niekoľkým základným harmonickým prenášaného signálu.

Útlm sa zvyčajne meria v decibeloch (dB) a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca: , kde

Výkon signálu na výstupe kanála,

Sila signálu na vstupe kanála.

Útlm je vždy vypočítaný pre konkrétnu frekvenciu a súvisí s dĺžkou kanála. V praxi sa vždy používa pojem „lineárny útlm“, t.j. útlm signálu na jednotku dĺžky kanála, napríklad útlm 0,1 dB / meter.

4. Prenosová rýchlosť: charakterizuje počet bitov prenesených cez kanál za jednotku času. Meria sa v bitoch za sekundu - bit / s, ako aj odvodené jednotky: Kbps, Mbps, Gbps... Prenosová rýchlosť závisí od šírky pásma kanála, úrovne šumu, typu kódovania a modulácie.

5. Kanálová imunita: charakterizuje jeho schopnosť zabezpečiť prenos signálu v prítomnosti rušenia. Je zvykom rozdeliť rušenie na interné(predstavuje tepelný hluk zariadenia) a externé(sú rôznorodé a závisí od prenosového média). Odolnosť kanála závisí od hardvéru a algoritmických riešení na spracovanie prijatého signálu, ktoré sú zabudované v transceiveri. Imunita prenos signálov cez kanál môže byť zvýšená na úkor kódovanie a špeciálne spracovanie signál.

6. Dynamický rozsah : logaritmus pomeru maximálneho výkonu signálov prenášaných kanálom k minimu.

7. Interferenčná imunita: ide o hlukovú imunitu, t.j. odolnosť proti hluku.

Dnes sa informácie šíria tak rýchlo, že nie vždy je dostatok času na ich pochopenie. Väčšina ľudí len zriedka premýšľa o tom, ako a akými prostriedkami sa prenáša, a ešte viac si nepredstavuje schému prenosu informácií.

Základné pojmy

Za prenos informácií sa považuje fyzický proces pohybu údajov (znakov a symbolov) v priestore. Z hľadiska prenosu dát ide o vopred naplánovanú, technicky vybavenú akciu na pohyb informačných jednotiek v stanovenom čase od tzv. zdroja k prijímaču informačným kanálom, resp. kanálom prenosu dát.

Kanál na prenos údajov je súbor prostriedkov alebo médium na šírenie údajov. Inými slovami, ide o časť schémy prenosu informácií, ktorá zabezpečuje pohyb informácií od zdroja k príjemcovi a za určitých podmienok a naopak.

Existuje mnoho klasifikácií kanálov prenosu údajov. Ak zvýrazníme tie hlavné, môžeme uviesť nasledovné: rádiové kanály, optické, akustické alebo bezdrôtové, káblové.

Technické kanály prenosu informácií

Priamo ku kanálom na prenos technických údajov sú rádiové kanály, kanály z optických vlákien a kábel. Kábel môže byť koaxiálny alebo krútený pár. Prvé sú elektrický kábel s medeným drôtom vo vnútri a druhé sú skrútené páry medených drôtov, izolované v pároch, v dielektrickom plášti. Tieto káble sú dosť flexibilné a ľahko sa používajú. Optické vlákno pozostáva z vlákien z optických vlákien, ktoré prenášajú svetelné signály prostredníctvom odrazu.

Hlavnými charakteristikami sú priepustnosť a odolnosť voči šumu. Priepustnosťou sa zvyčajne rozumie množstvo informácií, ktoré je možné preniesť cez kanál za určitý čas. A odolnosť voči šumu je parametrom odolnosti kanála voči vonkajšiemu rušeniu (šum).

Pochopenie prenosu údajov

Ak nešpecifikujete oblasť použitia, všeobecná schéma prenosu informácií vyzerá jednoducho, obsahuje tri komponenty: „zdroj“, „sink“ a „prenosový kanál“.

Shannonova schéma

Claude Shannon, americký matematik a inžinier, stál v popredí teórie informácie. Navrhli schému prenosu informácií prostredníctvom technických komunikačných kanálov.

Túto schému nie je ťažké pochopiť. Najmä ak si jeho prvky predstavíte v podobe známych predmetov a javov. Napríklad zdrojom informácií je osoba na telefóne. Slúchadlo bude kodér, ktorý prevádza reč alebo zvukové vlny na elektrické signály. Kanálom prenosu dát sú v tomto prípade komunikačné uzly, vo všeobecnosti celá telefónna sieť vedúca od jedného telefónneho prístroja k druhému. Slúchadlo účastníka funguje ako dekódovacie zariadenie. Premieňa elektrický signál späť na zvuk, teda na reč.

V tomto diagrame procesu prenosu informácií sú dáta reprezentované ako spojitý elektrický signál. Toto pripojenie sa nazýva analógové.

Koncept kódovania

Za kódovanie sa považuje transformácia informácie odosielanej zdrojom do formy vhodnej na prenos cez použitý komunikačný kanál. Najjasnejším príkladom kódovania je Morseova abeceda. V ňom sa informácie premieňajú na postupnosť bodiek a čiarok, teda krátkych a dlhých signálov. Prijímajúca strana musí túto sekvenciu dekódovať.

Moderné technológie využívajú digitálnu komunikáciu. V ňom sa informácie konvertujú (kódujú) na binárne dáta, teda 0 a 1. Existuje dokonca aj binárna abeceda. Tento vzťah sa nazýva diskrétny.

Zasahovanie do informačných kanálov

V schéme prenosu údajov je tiež šum. Pojem „šum“ v tomto prípade znamená rušenie, v dôsledku ktorého dochádza k skresleniu signálu a v dôsledku toho k jeho strate. Dôvody rušenia môžu byť rôzne. Napríklad informačné kanály môžu byť navzájom nedostatočne chránené. Na zamedzenie rušenia sa používajú rôzne spôsoby technickej ochrany, filtre, tienenie atď.

K. Shannon vyvinul a navrhol použiť teóriu kódovania na boj proti hluku. Myšlienka je taká, že ak dôjde k strate informácií pod vplyvom šumu, potom musia byť prenášané dáta nadbytočné, no zároveň nie natoľko, aby znižovali prenosovú rýchlosť.

V digitálnych komunikačných kanáloch sú informácie rozdelené na časti - pakety, z ktorých sa pre každý vypočítava kontrolný súčet. Táto suma sa posiela s každým paketom. Príjemca informácií prepočíta toto množstvo a akceptuje paket, iba ak sa zhoduje s pôvodným. V opačnom prípade je balík odoslaný znova. A tak ďalej, kým sa odoslané a prijaté kontrolné súčty nezhodujú.

Komunikačné kanály (CS) slúžia na prenos signálov a sú bežným článkom v akomkoľvek systéme prenosu informácií.

Podľa fyzickej povahy sa komunikačné kanály delia na mechanický, používané na prenos hmotných médií, akustické, optický a elektrické prenos zvuku, svetla a elektrických signálov.

Elektrické a optické komunikačné kanály, v závislosti od spôsobu prenosu signálu, možno rozdeliť na káblové, využívajúce fyzické vodiče na prenos signálu (elektrické vodiče, káble, optické vlákna), a bezdrôtové, využívajúce na prenos signálu elektromagnetické vlny (rádiové kanály, infračervené kanály).

Podľa formy prezentácie prenášaných informácií sa komunikačné kanály delia na analógový prostredníctvom ktorého sa informácie prenášajú v nepretržitej forme, t.j. vo forme súvislého radu hodnôt nejakej fyzikálnej veličiny a digitálny, prenos informácií prezentovaných vo forme digitálnych (diskrétnych, impulzných) signálov rôzneho fyzikálneho charakteru.

V závislosti od možných smerov prenosu informácií sa komunikačné kanály delia na simplex, umožnenie prenosu informácií iba jedným smerom; polovičný duplex poskytovanie alternatívneho prenosu informácií v smere dopredu aj dozadu; duplex, umožňujúci prenos informácií súčasne v smere dopredu a dozadu.

Komunikačné kanály sú vytočiť, ktoré sú vytvorené zo samostatných úsekov (segmentov) len na čas prenosu informácií cez ne a na konci prenosu je takýto kanál vyradený (odpojený) a nekomutované(zvýraznené), vytvorené na dlhú dobu a majúce konštantné charakteristiky v dĺžke, šírke pásma, odolnosti voči šumu.

Komunikačné kanály s elektrickým drôtom široko používané v automatizovaných systémoch spracovania informácií a riadenia sa líšia svojou priepustnosťou:

pomalá rychlosť, rýchlosť prenosu informácií od 50 do 200 bit/s. Ide o telegrafné komunikačné kanály, prepínané (telegraf predplatiteľa) aj neprepájané;

stredná rýchlosť, používanie analógových (telefónnych) komunikačných kanálov; prenosová rýchlosť v nich je od 300 do 9600 bit / s av nových štandardoch V.32 - V.34 Medzinárodného poradného výboru pre telegrafiu a telefóniu (CCITT) a od 14400 do 56000 bit / s;

vysoká rýchlosť(širokopásmový), poskytujúci rýchlosť prenosu informácií presahujúcu 56 000 bit/s.

Na prenos informácií do nízkorýchlostné a strednorýchlostné kompresorové stanice fyzickým médiom sú zvyčajne drôtové komunikačné linky: skupiny buď paralelných alebo skrútených drôtov, tzv krútená dvojlinka. Pozostáva z izolovaných vodičov stočených do párov na zníženie elektromagnetického presluchu a útlmu signálu počas prenosu na vysokých frekvenciách.

Na organizáciu vysokorýchlostného (širokopásmového) KS sa používajú rôzne káble:

Tienené krútenými pármi medených drôtov;

Netienené medenými drôtmi s krútenými pármi;

koaxiálny;

Optických vlákien.

STP káble(tienené medenými drôtmi s krútenými pármi) majú dobré technické vlastnosti, ale ich použitie je nepohodlné a drahé.

UTP káble(netienené krútenými pármi medených drôtov) sa široko používajú v systémoch prenosu údajov, najmä v počítačových sieťach.

Existuje päť kategórií krútených párov: prvá a druhá kategória sa používajú na prenos dát pri nízkej rýchlosti; tretí, štvrtý a piaty - pri prenosových rýchlostiach do 16,25 a 155 Mbit / s. Tieto káble majú dobré technické vlastnosti, sú relatívne lacné, ľahko sa používajú a nevyžadujú uzemnenie.

Koaxiálny kábel je medený vodič, pokrytý dielektrikom a obklopený skrútenými tenkými medenými vodičmi s tieniacim ochranným plášťom. Rýchlosť prenosu dát cez koaxiálny kábel je pomerne vysoká (až 300 Mbps), ale nie je dostatočne pohodlná na používanie a má vysoké náklady.

Optický kábel(obr. 8.2) pozostáva zo sklenených alebo plastových vlákien s priemerom niekoľkých mikrometrov (svetlovodivé vlákno) s vysokým indexom lomu n s, obklopený nízkorefrakčnou izoláciou n 0 a umiestnené v ochrannom polyetylénovom plášti. Na obr. 8.2, a znázorňuje rozloženie indexu lomu na priereze kábla z optických vlákien a Obr. 8.2, b- schéma šírenia lúčov. Svetelná dióda alebo polovodičový laser je zdrojom žiarenia šíriaceho sa optickým káblom, prijímačom žiarenia je fotodióda, ktorá premieňa svetelné signály na elektrické. Prenos svetelného lúča vláknom je založený na princípe úplného vnútorného odrazu lúča od stien svetlovodného jadra, čím je zabezpečený minimálny útlm signálu.

Ryža. 8.2.Šírenie lúča z optických vlákien:

a- rozloženie indexu lomu na priereze kábla z optických vlákien;

b - schéma šírenia lúčov

Optické káble navyše poskytujú ochranu prenášaných informácií pred vonkajšími elektromagnetickými poľami a vysoké prenosové rýchlosti až do 1000 Mbps. Informácie sú kódované pomocou analógovej, digitálnej alebo pulznej modulácie svetelného lúča. Kábel z optických vlákien je pomerne drahý a zvyčajne sa používa iba na kladenie kritických diaľkových komunikačných kanálov, napríklad kábel položený pozdĺž dna Atlantického oceánu spája Európu s Amerikou. V počítačových sieťach sa optický kábel používa v najkritickejších oblastiach, najmä na internete. Jeden hrubý chrbtový optický kábel dokáže súčasne organizovať niekoľko stoviek tisíc telefónnych, niekoľko tisíc videotelefónnych a asi tisíc televíznych komunikačných kanálov.

Vysokorýchlostné CS sú organizované na základe bezdrôtových rádiových kanálov.

Rádiový kanál - je to bezdrôtový komunikačný kanál umiestnený vzduchom. Na vytvorenie rádiového kanála sa používa rádiový vysielač a rádiový prijímač. Rýchlosti prenosu dát cez rádiový kanál sú prakticky obmedzené šírkou pásma zariadenia transceivera. Rozsah rádiových vlnových dĺžok je určený frekvenčným pásmom elektromagnetického spektra používaného na prenos dát. Tabuľka 8.1 ukazuje rozsahy rádiových vĺn a zodpovedajúce frekvenčné pásma.

Pre komerčné telekomunikačné systémy sú najčastejšie používané frekvenčné pásma 902-928 MHz a 2,40 - 2,48 GHz.

Bezdrôtové komunikačné kanály majú slabú odolnosť voči šumu, ale poskytujú používateľovi maximálnu mobilitu a odozvu.

Telefónne komunikačné linky najviac rozvetvené a rozšírené. Vykonávajú prenos zvukových (tónových) a faxových správ. Na báze telefónnej linky boli vybudované informačné systémy, e-mailové systémy a počítačové siete. Na základe telefónnych liniek je možné vytvoriť analógové a digitálne kanály prenosu informácií.

V analógové telefónne linky telefónny mikrofón premieňa zvukové vibrácie na analógový elektrický signál, ktorý sa prenáša účastníckou linkou do pobočkovej ústredne. Šírka pásma potrebná na prenos ľudského hlasu je približne 3 kHz (rozsah 300 Hz - 3,3 kHz). Volacie signály sa prenášajú rovnakým kanálom ako hlasový prenos.

V digitálne komunikačné kanály analógový signál je pred vstupom vzorkovaný - konvertovaný do digitálnej formy: každých 125 μs (vzorkovacia frekvencia je 8 kHz) sa aktuálna hodnota analógového signálu zobrazí v 8-bitovom binárnom kóde.

Tabuľka 8.1

Rozsahy rádiových vĺn a zodpovedajúce frekvenčné pásma