Mogą być różne kanały komunikacji. Technologie sieciowe, kanały komunikacji i ich główne cechy
Zapowiedź:
Aby skorzystać z podglądu prezentacji, utwórz dla siebie konto ( konto) Google i zaloguj się: https://accounts.google.com
Podpisy slajdów:
Środki i technologie wymiany informacji z wykorzystaniem sieć komputerowa(technologie sieciowe)
Kanały połączenia. Przekazywanie informacji.
Kanały komunikacyjne są nazywane środki techniczne umożliwiając przesyłanie danych na odległość. Kanały komunikacyjne będziemy nazywać środkami nawiązywania komunikacji w celu przesyłania informacji między zdalnymi komputerami.
Charakterystyka kanałów komunikacyjnych: Przepustowość - maksymalna prędkość transmisja informacji kanałem komunikacyjnym (Kbps) Odporność na zakłócenia - ustawia parametr poziomu zniekształceń przesyłane informacje
Kanały komunikacji: według metody kodowania: cyfrowe i analogowe; w zależności od sposobu komunikacji: dedykowany (połączenie stałe) i komutowany (połączenie tymczasowe); metodą transmisji sygnału: kablową, telefoniczną, radiową
Kanały komunikacji: Simplex (przesyłanie informacji tylko w jednym kierunku) Duplex (przesyłanie informacji w dwóch kierunkach)
Ingerencja: - Ingerencja własna; - Wzajemna ingerencja; - Zakłócenia zewnętrzne (z podziałem na zakłócenia przemysłowe, radiowe, atmosferyczne i kosmiczne).
Funkcja ochrony informacji podczas transmisji kanałami komunikacyjnymi obejmuje trzy elementy: Potwierdzenie; wykrywanie i powiadamianie o błędach; powrócić do pierwotnego stanu.
Serwer proxy to pośredni, tranzytowy serwer sieciowy używany jako pośrednik między przeglądarką a końcowym serwerem sieciowym. Protokół (protokół) - Pełen zestaw operacje, które jeden obiekt może wykonać na innym obiekcie, wraz z prawidłową kolejnością wywoływania tych operacji; zbiór reguł regulujących format i procedury wymiany informacji między dwoma niezależnymi procesami lub urządzeniami.
Internet Work Packet Exchange Protocol (IPX) Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) Protokół sieciowy Istnieją trzy główne typy protokołów, które działają w różnych sieciach i z różnymi system operacyjny: Novell IPX (Inter Packet Exchange), TCP/IP, NetBEUI (Network BIOS User Interface). Protokół kontroli transmisji / protokół internetowy, TCPMP Rodzina TCP / IP obejmuje: protokół Telnet; system adresowania domen DNS; protokół przeniesienia Pliki FTP; Protokół przesyłania hipertekstu HTTP.
Jak stwierdzono w poprzednim omówieniu, kanał komunikacyjny zapewnia połączenie między nadajnikiem a odbiornikiem. Kanał fizyczny może być linia dwuprzewodowa, który transmituje sygnał elektryczny, lub włókno szklane, które przenosi informację za pomocą modulowanej wiązki światła, lub podwodny kanał oceaniczny, w którym informacja jest przekazywana akustycznie, lub wolna przestrzeń, przez którą emitowany jest nośny sygnał informacyjny za pomocą antena. Inne nośniki, które można scharakteryzować jako kanały komunikacyjne, to nośniki do przechowywania danych, takie jak taśma magnetyczna, dyski magnetyczne i optyczne.
Jeden częsty problem podczas przesyłania sygnału przez dowolny kanał - szum addytywny. Ogólnie rzecz biorąc, szum addytywny jest często generowany w różnych elementach elektronicznych, takich jak rezystory i urządzenia półprzewodnikowe stosowane w systemach komunikacyjnych. Hałasy te są często określane jako szum termiczny. Poza systemem mogą wystąpić inne źródła szumów i zakłóceń (aliasing), takie jak przesłuchy innych użytkowników kanałów. Gdy takie szumy i przesłuchy zajmują ten sam zakres częstotliwości co sygnał pożądany, ich efekt można zminimalizować poprzez odpowiedni dobór przesyłanego sygnału i demodulatora w odbiorniku. Inne rodzaje zniekształceń sygnału, które można napotkać podczas transmisji sygnału w kanale, to tłumienie sygnału, zniekształcenia amplitudy i fazy sygnału oraz zniekształcenia sygnału spowodowane wielościeżkową propagacją fal.
Efekt szumu można zredukować poprzez zwiększenie mocy nadawanego sygnału. Jednak konstrukcja i inne względy praktyczne ograniczają poziom mocy przesyłanego sygnału. Kolejnym podstawowym ograniczeniem jest dostępna przepustowość kanału. Ograniczenie przepustowości jest zwykle spowodowane fizycznymi ograniczeniami środowiska i komponentami elektrycznymi zastosowanymi w nadajniku i odbiorniku. Te dwie okoliczności prowadzą do ograniczenia ilości danych, które można niezawodnie przesyłać dowolnym kanałem komunikacyjnym, o czym przekonamy się w dalszych rozdziałach książki. Poniżej opisujemy niektóre z istotnych cech poszczególnych kanałów komunikacji.
kanały przewodowe. Sieć telefoniczna szeroko wykorzystuje linie przewodowe do transmisji sygnał dźwiękowy, a także dane i sygnały wideo. Skręcone pary przewodów i kabel koncentryczny zasadniczo zapewniają kanał elektromagnetyczny, który umożliwia przejście przez stosunkowo umiarkowaną szerokość pasma. przewód telefoniczny, często używany do łączenia klienta stacja centralna, ma szerokość pasma kilkuset kiloherców. Z drugiej strony kabel koncentryczny ma powszechnie stosowaną szerokość pasma kilku megaherców. Rysunek 1.2.1 wyjaśnia zakres częstotliwości wykorzystywanych kanałów elektromagnetycznych, w tym falowodów i kabli optycznych.
Ryż. 1.2.1. Zakresy częstotliwości dla kanałów komunikacyjnych z systemami prowadzącymi
Sygnały przesyłane przez takie kanały są zniekształcone w amplitudzie i fazie, a ponadto nakłada się na nie dodatkowy szum. Przewodowe łącze skrętkowe jest również podatne na zakłócenia przesłuchowe z sąsiednich par. Ponieważ kanały przewodowe stanowią duży procent kanałów komunikacyjnych w kraju i na świecie, skierowano szeroko zakrojone badania w celu określenia ich właściwości transmisyjnych i zmniejszenia właściwości amplitudowych transmisji oraz zmniejszenia zniekształceń amplitudowych i fazowych w kanale. w rozdz. 9 opisujemy sposób syntezy optymalnie transmitowanych sygnałów i demodulatorów; w rozdz. 10 i 11 rozważymy syntezę korektorów kanałowych (korektorów), które kompensują zniekształcenia amplitudy i fazy w kanale.
Kanały światłowodowe. Fiberglass daje projektantowi systemów komunikacyjnych przepustowość o kilka rzędów wielkości większą niż w przypadku kanałów koncentrycznych. W ciągu ostatniej dekady opracowano kable optyczne, które mają stosunkowo niskie tłumienie sygnału i wysoce niezawodne urządzenia optyczne do generowania i wykrywania sygnału. Te postępy technologiczne doprowadziły do szybkiego wykorzystania takich kanałów zarówno w krajowych systemach telekomunikacyjnych, jak i transatlantyckich i światowych systemach komunikacyjnych. Dzięki dużej przepustowości dostępnej w kanałach światłowodowych firmy telekomunikacyjne mogą oferować abonentom szeroki zakres usług telekomunikacyjnych, w tym głos, dane, faks i wideo.
Nadajnik lub modulator w systemie komunikacji światłowodowej jest źródłem światła, diodą elektroluminescencyjną (LED) lub laserem. Informacje są przesyłane poprzez zmianę (modulację) natężenia źródła światła za pomocą sygnału informacyjnego. Światło rozchodzi się przez włókno jako fala świetlna, która jest okresowo wzmacniana (w przypadku transmisja cyfrowa wykrywane i odzyskiwane przez wzmacniacze) wzdłuż ścieżki transmisji w celu skompensowania tłumienia sygnału.
W odbiorniku natężenie światła jest wykrywane przez fotodiodę, której wyjściem jest sygnał elektryczny zmieniający się proporcjonalnie do mocy światła na wejściu fotodiody. Źródłami szumów w kanałach światłowodowych są fotodiody i wzmacniacze elektroniczne.
Zakłada się, że tory światłowodowe zastąpią prawie wszystkie tory przewodowej linii komunikacyjnej sieć telefoniczna na przełomie wieków.
Kanały bezprzewodowe (radiowe). W systemach komunikacja bezprzewodowa(komunikacja radiowa) energia elektromagnetyczna jest przekazywana do ośrodka propagacji przez antenę, która służy jako promiennik. Fizyczne wymiary i budowa anteny zależą przede wszystkim od częstotliwości roboczej. Aby uzyskać efektywne promieniowanie energii elektromagnetycznej, wymiary anteny muszą być większe niż 1/10 długości fali. Dlatego transmisja stacji radiowej z AM na nośnej, powiedzmy, MHz, odpowiadającej długości fali 
m, wymaga anteny o średnicy co najmniej 30m. Inny ważne cechy i właściwości anten do transmisji bezprzewodowej opisano w rozdz. 5.
Rysunek 1.2.2 wyjaśnia różne pasma częstotliwości dla komunikacji radiowej. Sposoby rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w atmosferze iw środowisku wolna przestrzeń można podzielić na trzy kategorie, a mianowicie: propagacja fal powierzchniowych, propagacja fal na niebie, propagacja fal bezpośrednich. Bardzo w zasięgu niskie częstotliwości(VLF) i zakres dźwięku, w którym długości fal przekraczają 10 km, ziemia i jonosfera tworzą falowód do propagacji fal elektromagnetycznych. W tych zakresach częstotliwości sygnały komunikacyjne faktycznie rozchodzą się po całym świecie. Z tego powodu te zakresy częstotliwości są używane głównie na całym świecie do zadań nawigacyjnych od brzegu do statków.
Szerokość pasma kanału dostępna w tych pasmach jest stosunkowo mała (zwykle 1 do 10% częstotliwości środkowej), a zatem informacja przesyłana przez te kanały jest stosunkowo niewielka. niska prędkość transmisji i jest generalnie niedopuszczalny w przypadku transmisji cyfrowej.
Dominujący rodzaj hałasu o tych częstotliwościach jest spowodowany burzami na całym świecie, zwłaszcza w obszarach tropikalnych. Zakłócenia występują z powodu dużej liczby stacji w tych pasmach częstotliwości.
Propagacja fali przyziemnej, jak pokazano na ryc. 1.2.3, jest głównym trybem propagacji sygnałów w paśmie średniej częstotliwości (0,3 ... 3 MHz). Jest to zakres częstotliwości używany do nadawania AM i nadawania morskiego. W przypadku nadawania AM i propagacji fal naziemnych zasięg komunikacji, nawet przy użyciu potężnych stacji radiowych, jest ograniczony do 150 km. Szum atmosferyczny, sztuczny oraz termiczny z elektroniki odbiornika są głównymi przyczynami zniekształceń sygnałów transmitowanych w średnim zakresie częstotliwości.
Ryż. 1.2.2. Pasma częstotliwości dla kanałów komunikacji bezprzewodowej
Szczególnym przypadkiem propagacji fal na niebie jest propagacja jonosferyczna, pokazana na ryc. 1.2.4. Sprowadza się to do odbicia (odbicia lub załamania fali) transmitowanego sygnału z jonosfery, która składa się z kilku warstw naładowanych cząstek znajdujących się na wysokości 50...400 km od powierzchni ziemi. W ciągu dnia ogrzewanie dolnych warstw atmosfery przez słońce powoduje pojawienie się dolnej warstwy na wysokości poniżej 120 km. Te niższe warstwy, zwłaszcza warstwa D, powodują pochłanianie częstotliwości poniżej 2 MHz, ograniczając w ten sposób propagację fal na niebie w przypadku transmisji AM. Jednak w godzinach nocnych gęstość elektronowa cząstek w niższych warstwach jonosferycznych gwałtownie spada, a częściowa absorpcja występująca w ciągu dnia jest znacznie zmniejszona. W rezultacie silne sygnały nadawcze AM mogą przemieszczać się na duże odległości dzięki odbiciu od warstw jonosferycznych (które znajdują się na wysokości od 140 do 400 km nad powierzchnią ziemi) i od powierzchni ziemi.
Ryż. 1.2.3. Ilustracja propagacji fal powierzchniowych
Często występującym problemem w jonosferycznej propagacji fali elektromagnetycznej w zakresie częstotliwości HF jest wielościeżkowy. Wielodrożność występuje, ponieważ przesyłany sygnał dociera do odbiornika wieloma ścieżkami z różnymi opóźnieniami. Zwykle powoduje to interferencję między symbolami w cyfrowym systemie komunikacyjnym. Co więcej, składowe sygnału docierające różnymi drogami propagacji mogą być sumowane w taki sposób, że prowadzi to do zjawiska tzw zblakły. Tego doświadczyła większość ludzi, słuchając odległej stacji radiowej w nocy, kiedy fale powietrzne są dominującym sposobem propagacji. Addytywny szum RF jest połączeniem szumu atmosferycznego i szumu termicznego. Propagacja fali Skywave zatrzymuje się na częstotliwościach powyżej 30 MHz, które stanowią granicę pasma HF. Jednak propagacja jonosferyczno-troposferyczna jest możliwa przy częstotliwościach z zakresu od 30 do 60 MHz, dzięki rozpraszaniu sygnałów z dolnych warstw jonosfery. Możliwa jest również komunikacja na odległość kilkuset mil za pomocą troposcatter w zakresie od 40 do 300 MHz. Rozpraszanie troposferyczne jest spowodowane rozpraszaniem sygnału przez cząsteczki w atmosferze na wysokości około 10 km. Zazwyczaj rozproszenie jonosferyczne i troposferyczne powoduje duże straty sygnału i wymaga duża moc nadajnik i stosunkowo duże anteny.
Ryż. 1.2.4. Ilustracja propagacji fali kosmicznej
Częstotliwości powyżej 30 MHz przechodzą przez jonosferę ze stosunkowo niewielkimi stratami i umożliwiają komunikację satelitarną i pozaziemską. Dlatego przy częstotliwościach w zakresie UHF i wyższych główną metodą propagacji fal elektromagnetycznych jest propagacja w linii wzroku (LOS). W przypadku naziemnych systemów komunikacyjnych oznacza to, że nadawcze i antena odbiorcza musi znajdować się na linii wzroku ze stosunkowo niewielką (lub żadną) przeszkodą. Z tego powodu nadawanie stacji telewizyjnych w pasmach UHF i mikrofalowych w celu uzyskania szerokiego zasięgu odbywa się za pomocą anten na wysokich wieżach.
Ogólnie rzecz biorąc, obszar pokrycia propagacji PWV jest ograniczony przez krzywiznę powierzchni ziemi. Jeśli antena nadawcza jest zainstalowana na wysokości m nad ziemią, odległość do horyzontu radiowego, bez uwzględnienia przeszkód fizycznych, takich jak góry, wynosi około km. Przykładowo antena telewizyjna zainstalowana na wysokości 300 m zapewnia zasięg na obszarze około 67 km. Innym przykładem są mikrofalowe systemy przekaźników radiowych, szeroko stosowane do przesyłania sygnałów telefonicznych i wideo na częstotliwościach wyższych niż 1 MHz, z antenami montowanymi na wysokich słupach lub na dachach wysokich budynków.
Dominującym szumem ograniczającym jakość systemu łączności w pasmach HF i UHF jest szum termiczny generowany w obwodach wejściowych odbiornika oraz szum przestrzenny odbierany przez antenę. Przy częstotliwościach mikrofalowych powyżej 10 GHz warunki atmosferyczne odgrywają główną rolę w propagacji sygnału. Na przykład przy 10 GHz tłumienie waha się od około 0,003 dB/km przy lekkim deszczu do 0,3 dB/km przy ulewnym deszczu. Przy 100 GHz tłumienie waha się od około 0,1 dB/km przy lekkim deszczu do 6 dB/km przy ulewnym deszczu. Dlatego w tym zakresie częstotliwości ulewne deszcze powodują bardzo duże straty propagacyjne, co może doprowadzić do awarii systemu serwisowego (całkowitej przerwy w systemie łączności).
Przy częstotliwościach powyżej pasm EHF (ekstremalnie wysokich częstotliwości) mamy zakres promieniowania podczerwonego i widzialnego - obszar widma elektromagnetycznego, który można wykorzystać do zastosowania EPV komunikacja optyczna w wolnej przestrzeni. Do tej pory te pasma częstotliwości były wykorzystywane w eksperymentalnych systemach komunikacyjnych, takich jak komunikacja między satelitami.
Podwodne kanały akustyczne. W ciągu ostatnich 40 lat badania nad działalnością oceanów były stale rozszerzane. Wynika to z rosnącej potrzeby przesyłania danych zbieranych przez czujniki umieszczone pod wodą i na powierzchni oceanu. Stamtąd dane są przesyłane do centrum gromadzenia informacji.
Fale elektromagnetyczne nie przemieszczają się pod wodą na duże odległości, z wyjątkiem bardzo niskich częstotliwości. Jednak przesyłanie takich sygnałów o niskiej częstotliwości jest zbyt drogie ze względu na niezwykle duże i wydajne nadajniki. Można wyrazić tłumienie fal elektromagnetycznych w wodzie głębokość warstwy wierzchniej, czyli odległość, przy której sygnał jest tłumiony o współczynnik. W przypadku wody morskiej głębokość warstwy powierzchniowej wyrażana jest w hercach iw metrach. Na przykład dla częstotliwości 10 kHz głębokość warstwy powierzchniowej wynosi 2,5 m. Wręcz przeciwnie, sygnały akustyczne rozchodzą się na odległości rzędu dziesiątek, a nawet setek kilometrów.
Podwodny kanał akustyczny zachowuje się jak kanał wielościeżkowy ze względu na odbicia sygnału od powierzchni morza i dna. Ze względu na losowy ruch fali, produkty sygnałowe propagacji wielościeżkowej (wielościeżkowej) prowadzą do losowych opóźnień propagacji w czasie iw efekcie do zaniku sygnału. Ponadto istnieje tłumienie zależne od częstotliwości, które jest w przybliżeniu proporcjonalne do kwadratu częstotliwości sygnału. Prędkość głębokościowa wynosi nominalnie około 1500 m/s, ale rzeczywista wartość jest wyższa lub niższa od wartości nominalnej, w zależności od głębokości, na której rozchodzi się sygnał.
Hałas akustyczny oceanu jest powodowany przez krewetki, ryby i różne ssaki. Pobliskie porty dodają hałas przemysłowy do hałasu otoczenia. Pomimo tego niepokojącego środowiska, możliwe jest zaprojektowanie i wdrożenie wydajnego i bezpiecznego pod wodą Systemy akustycznełączności do przesyłania sygnałów cyfrowych na duże odległości.
Systemy przechowywania informacji. A systemy wyszukiwania informacji stanowią znaczną część codziennych systemów przetwarzania danych. To jest taśma magnetyczna, w tym cyfrowe ukośno-liniowe nagrywanie dźwięku i taśma wideo, dyski magnetyczne używane do przechowywania dużych ilości danych komputerowych, dyski optyczne używane do przechowywania danych komputerowych. Płyty kompaktowe są również przykładem systemów przechowywania informacji, które można uznać za kanały komunikacji. Przechowywanie danych na taśmie magnetycznej, dysku magnetycznym lub optycznym jest równoznaczne z transmisją sygnału drogą telefoniczną lub radiową. Proces odczytu i procesy sygnalizacyjne stosowane w systemach pamięci masowej do odzyskiwania przechowywanych informacji są równoważne funkcjom spełnianym przez odbiornik w systemie komunikacyjnym w celu odzyskania przesłanych informacji.
Szum addytywny ze styków elektronicznych i zakłócenia z sąsiednich ścieżek są zwykle obecne w nagranym sygnale odczytu informacji, tak jak ma to miejsce w telefonii przewodowej lub systemie komunikacji radiowej. Ilość danych, które można zapisać, jest ograniczona rozmiarem dysku lub taśmy oraz gęstością zapisu (liczba przechowywanych bitów na jednostkę powierzchni), jaką mogą osiągnąć układy elektroniczne i głowice odczytująco-zapisujące. Na przykład gęstość upakowania bitów na centymetr kwadratowy została zademonstrowana w eksperymentalnym systemie przechowywania na dysku magnetycznym. (Obecne komercyjne magnetyczne pamięci masowe osiągają znacznie mniejsze gęstości). Szybkość, z jaką dane można zapisywać na dysku lub taśmie, oraz szybkość, z jaką można odczytać informacje, są również ograniczone przez podsystemy mechaniczne i elektryczne, które składają się na pamięć masową. system.
Kodowanie i modulacja kanałów to podstawowe elementy dobrze zaprojektowanego cyfrowego magnetycznego lub optycznego systemu przechowywania. Podczas procesu odczytu sygnał jest demodulowany, a jego redundancja wprowadzona przez koder kanałowy służy do korygowania błędów odczytu.
Główną funkcją systemu informacyjnego jest przechowywanie informacji i ich przenoszenie w przestrzeni. Zestaw środków technicznych do przesyłania wiadomości od źródła do konsumenta nazywa się systemem komunikacyjnym.Środki te to nadajnik, linia komunikacyjna i odbiornik. Czasami koncepcja systemu komunikacji obejmuje źródło i odbiorcę komunikatów.
Schemat blokowy najprostszego systemu komunikacji przedstawiono na rysunku 2. Tutaj punktem wyjścia jest źródło wiadomości. Źródło może generować komunikaty ciągłe lub dyskretne. Źródłem komunikatów i odbiorcą w niektórych systemach komunikacyjnych może być osoba, w innych różnego rodzaju urządzenia (maszyna, komputer itp.). Transmisja wiadomości na odległość odbywa się za pomocą nośnika materialnego (papier, taśma magnetyczna itp.) lub procesu fizycznego (fale dźwiękowe lub elektromagnetyczne, prąd itp.).
Źródłem informacji lub wiadomości jest obiekt fizyczny, system lub zjawisko, które tworzy przekazywaną wiadomość.
Wiadomość to wartość lub zmiana pewnej wielkości fizycznej, która odzwierciedla stan obiektu (systemu lub zjawiska). Z reguły wiadomości pierwotne - mowa, muzyka, obrazy, pomiary parametrów środowiska itp. są funkcjami czasu - F (T) lub inne argumenty - F (x, y, z) charakter nieelektryczny (ciśnienie akustyczne, temperatura, rozkład jasności na określonej płaszczyźnie itp.).
Ryc.2. Schemat blokowy systemu komunikacyjnego.
Każdy
I
- przekaz źródłowy to dowolny ciąg elementów alfabetycznych 
(
,
,
...,
) długość
M
, gdzie indeks górny elementów to kolejny numer, a indeks dolny oznacza tylko miejsce litery w wiadomości, ale nie jej rodzaj.
Na M
= 1
wiadomość to jedna litera, czyli taka wiadomość jest elementarne przesłanie
. Ogólnie kiedy M
> 1
ta sama litera może pojawić się w wiadomości 
wielokrotnie. Wspólną właściwością wiadomości elementarnej jest jej niepodzielność na mniejsze wiadomości.
Skończony zbiór komunikatów X C podany na nim rozkład prawdopodobieństwa P ( X ) jest nazywany dyskretnym zespołem wiadomości i jest oznaczony przez ( X , P ( X )}.
Urządzenie, które przekształca wiadomość w sygnał, nazywa się nadajnikiem, a urządzenie, które przekształca odebrany sygnał w wiadomość, nazywa się nadajnikiem. urządzenie odbiorcze.
Za pomocą konwertera w nadajniku wiadomość A, który może mieć dowolny charakter fizyczny (obraz, wibracja dźwiękowa itp.), jest przetwarzany na pierwotny sygnał elektryczny B(T). Na przykład w telefonii operacja ta sprowadza się do przekształcenia ciśnienia akustycznego w proporcjonalnie zmieniający się prąd elektryczny mikrofonu. W telegrafii najpierw wykonuje się kodowanie, w wyniku którego ciąg elementów komunikatu (liter) jest zastępowany ciągiem symboli kodu (0, 1 lub kropka, kreska), który następnie jest przekształcany w ciąg impulsów elektrycznych prądu stałego za pomocą aparatu telegraficznego.
W nadajniku sygnał główny B(T) (zwykle o niskiej częstotliwości) jest konwertowany na sygnał wtórny (o wysokiej częstotliwości). u(T) odpowiedni do transmisji na używanym kanale. Odbywa się to poprzez modulację.
Transformacja komunikatu w sygnał musi być odwracalna. W takim przypadku sygnał wyjściowy może w zasadzie przywrócić pierwotny sygnał wejściowy, czyli uzyskać wszystkie informacje zawarte w przesłanej wiadomości. W W przeciwnym razie niektóre informacje zostaną utracone podczas transmisji, nawet jeśli sygnał dotrze do urządzenia odbiorczego bez zniekształceń.
Fizyczny proces, który wyświetla (przenosi) przesyłaną wiadomość, nazywa się sygnałem.
Sygnał jest materialno-energetyczną formą reprezentacji informacji. Innymi słowy, sygnał jest nośnikiem informacji, którego jeden lub więcej parametrów, zmieniając się, wyświetla komunikat.
Łańcuch komunikat-informacja-sygnał jest przykładem przetwarzania wymaganego tam, gdzie znajduje się źródło informacji. Po stronie konsumenta informacji przetwarzanie odbywa się w odwrotnej kolejności: „sygnał - wiadomość - informacja”.
Każde przekształcenie wiadomości w określony sygnał poprzez ustanowienie między nimi korespondencji jeden do jednego nazywa się w szerokim znaczeniu kodowaniem.
Kodowanie może obejmować ciągłą konwersję i próbkowanie wiadomości (konwersja analogowo-cyfrowa), modulację (kluczowanie w cyfrowych systemach komunikacyjnych) oraz samo kodowanie w wąskim znaczeniu tego słowa. Odwrotna operacja nazywana jest dekodowaniem.
Linia komunikacyjna to medium służące do przesyłania sygnałów z nadajnika do odbiornika.
W systemach komunikacji elektrycznej jest to kabel lub falowód; w systemach komunikacji radiowej jest to obszar przestrzeni, w którym fale elektromagnetyczne rozchodzą się od nadajnika do odbiornika. Podczas transmisji sygnał może zostać zniekształcony i mogą wystąpić zakłócenia. N(T).
Odbiornik przetwarza odebrany przebieg z(T)=u(T)+N(T), która jest sumą przychodzącego zniekształconego sygnału u(T) i zakłócenia N(T) i przywraca z niego wiadomość 
, co odzwierciedla przesyłaną wiadomość z pewnym błędem
A. Innymi słowy, odbiornik musi, na podstawie analizy oscylacji z(T) ustalić, która z możliwych wiadomości została przesłana. Dlatego urządzenie odbiorcze jest jednym z najbardziej krytycznych i złożonych elementów systemu komunikacji.
Kanał komunikacyjny to zestaw środków zapewniających transmisję sygnału z pewnego punktu A systemu do punktu B(Rys. 3).
zwrotnica A I W mogą być wybrane dowolnie, o ile sygnał przechodzi między nimi. Część systemu komunikacji do punktu A, jest źródłem sygnału dla tego kanału.
Ryż. 3. Kanał komunikacji.
Kanał jako źródło zakłóceń ma pewien wpływ na przesyłany sygnał. Zadaniem odbiornika jest wydobycie transmitowanej wiadomości z zaszumionego sygnału i przesłanie jej do konsumenta.
Kanały komunikacyjne są klasyfikowane według różnych kryteriów, w tym opisu matematycznego (kanały ciągłe i dyskretne, czas ciągły i dyskretny).
Jeżeli sygnały wchodzące na wejście kanału i odbierane z jego wyjścia są dyskretne pod względem stanów, to kanał nazywamy dyskretnym. Jeśli te sygnały są ciągłe, kanał nazywa się ciągłym. Istnieją również kanały dyskretno-ciągłe i ciągłe-dyskretne, których wejście odbiera sygnały dyskretne, a sygnały ciągłe są pobierane z wyjścia lub odwrotnie. Z tego, co zostało powiedziane, widać, że kanał może być dyskretny lub ciągły, niezależnie od charakteru przesyłanych komunikatów. Ponadto w tym samym systemie komunikacyjnym można wyróżnić zarówno kanały dyskretne, jak i ciągłe. Wszystko zależy od sposobu doboru punktów. A I W Wejście i wyjście kanału.
W tym samouczku rozważymy dyskretny kanał komunikacji .
Jeżeli można pominąć szkodliwy wpływ zakłóceń w kanale, wówczas model w postaci wyidealizowanego kanału, tzw kanał bez zakłóceń. W idealnym kanale każdy komunikat na wejściu jednoznacznie odpowiada określonemu stosunkowi na wyjściu i odwrotnie. Gdy wymagania dotyczące niezawodności są wysokie i zaniedbuje się niejednoznaczność komunikacji między komunikatami X I y jest niedopuszczalny, stosuje się bardziej złożony model - hałaśliwy kanał.
Najprostszą klasą modeli kanałów są dyskretne kanały bez pamięci; są one zdefiniowane w następujący sposób. Dane wejściowe to ciąg liter (elementów) ze skończonego alfabetu, niech
,
wynikiem jest sekwencja liter tego samego lub innego alfabetu, powiedzmy 
. Wreszcie, każda litera sekwencji wyjściowej zależy statystycznie tylko od litery na odpowiedniej pozycji w sekwencji wejściowej i jest określona przez dane prawdopodobieństwo warunkowe 
zdefiniowany dla wszystkich liter 
wprowadź alfabet i wszystkie litery 
przy wyjściu. Przykładem jest binarny kanał symetryczny (rys. 4), który jest dyskretnym kanałem bezpamięciowym z sekwencjami binarnymi na wejściu i wyjściu, w którym każdy znak sekwencji na wejściu z pewnym prawdopodobieństwem 1-q jest odtwarzany poprawnie na wyjściu kanału i zmienia się z prawdopodobieństwem szum q na przeciwległym symbolu. W ogólnym przypadku w dyskretnym kanale bez pamięci prawdopodobieństwa przejścia wyczerpują wszystkie znane informacje o tym, jak sygnał wejściowy, oddziałujący z szumem, tworzy sygnał wyjściowy.
Ryż. 4. Binarny kanał symetryczny.
Znacznie szersza klasa kanałów – kanały z pamięcią, tworzą kanały, w których sygnałami wejściowymi są ciągi liter ze skończonych alfabetów, ale w których każda litera na wyjściu może statystycznie zależeć nie tylko od odpowiadającej jej litery ciągu wejściowego.
| " |
Połączyć to zespół środków przeznaczonych do transmisji sygnałów (wiadomości).
Istnieć Różne rodzaje kanały, które można sklasyfikować według różnych kryteriów:
1. Według rodzaju linii komunikacyjnych: przewodowy; kabel; światłowodowy; linie energetyczne; kanały radiowe itp.
2. Z natury sygnałów: ciągły; oddzielny; dyskretno-ciągłe (sygnały na wejściu układu są dyskretne, a na wyjściu ciągłe i odwrotnie).
3. Dzięki odporności na zakłócenia: kanały bez zakłóceń; z zakłóceniami.
Kanały komunikacji charakteryzują się:
1. Pojemność kanału definiuje się jako iloczyn czasu użytkowania kanału Tk, szerokości widma częstotliwości transmitowanego przez kanał Fk oraz zakresu dynamicznego Dk., który charakteryzuje zdolność kanału do transmisji różnych poziomów sygnałów Vk = Tk Fk Dk. (1) Warunek dopasowania sygnału do kanału: Vc Vk; Tc Tk; Fc Fk; Vc Vk; Dc Dk.
2. Szybkość przesyłania informacji- średnia ilość informacji przesyłanych w jednostce czasu.
3.Przepustowość kanału komunikacyjnego- najwyższa teoretycznie osiągalna szybkość przesyłania informacji, pod warunkiem, że błąd nie przekracza określonej wartości.
4. Nadmierność- zapewnia rzetelność przekazywanych informacji (R = 01).
Jednym z zadań teorii informacji jest określenie zależności szybkości przesyłania informacji i przepustowość łącza kanału komunikacyjnego na temat parametrów kanału i charakterystyki sygnałów oraz zakłóceń. Kanał komunikacyjny można w przenośni porównać do dróg. Wąskie drogi - mała przepustowość, ale tanio. Szerokie drogi - dobra przepustowość, ale droga. Przepustowość jest określana przez wąskie gardło. Szybkość przesyłania danych w dużej mierze zależy od medium transmisyjnego w kanałach komunikacyjnych, którymi są różnego rodzaju łącza komunikacyjne.
Przewodowy:
1. Przewodowy - zakręcona para. Szybkość transmisji do 1 Mbps.
2. Kabel koncentryczny . Szybkość transferu 10-100 Mb/s
3. Światłowód. Szybkość transferu 1 Gb/s.
łącza radiowe:
kanał radiowy. Szybkość transferu 100-400 Kb/s. Wykorzystuje częstotliwości radiowe do 1000 MHz. Do 30 MHz dzięki odbiciu od jonosfery możliwa jest propagacja fal elektromagnetycznych poza linią wzroku.
linie mikrofalowe. Szybkość transferu do 1 Gb/s. Używaj częstotliwości radiowych powyżej 1000 MHz. Wymaga to linii wzroku i wysoce kierunkowych anten parabolicznych. Odległość między regeneratorami wynosi 10-200 km. Używany do połączenie telefoniczne, telewizji i transmisji danych.
Połączenie satelitarne. Wykorzystywane są częstotliwości mikrofalowe, a satelita służy jako regenerator.
Twierdzenie Shannona dla kanałów bez interferencji zawsze możliwe jest stworzenie systemu wydajnego kodowania komunikatów dyskretnych, w którym średnia liczba sygnałów kodu binarnego przypadająca na jeden znak komunikatu będzie jak najbardziej zbliżona do entropii źródła komunikatu.
Niech źródło komunikatu ma pojemność H ¢(U) = u C × H(U), a kanał ma pojemność C = u K × log M. element komunikatu h = u K /u C = (H(U)/ log M)+e (2.2), gdzie e jest dowolnie małe (twierdzenie bezpośrednie). Nie można uzyskać mniejszej wartości h (twierdzenie odwrotne). Odwrotna część twierdzenia stwierdzająca, że nie można uzyskać wartości h = u K / u C< H(U)/ log M (2.3), может быть доказана если учесть, что неравенство (2.3) эквивалентно неравенству u C × H(U) >u K × log M, H¢ (U) > C. Ostatnia nierówność nie może być spełniona, ponieważ kodowanie, o którym mowa, musi być transformacją odwracalną (tj. bezstratną). Entropia na sekundę na wejściu kanału lub przepustowość kodera nie może przekraczać szerokości pasma kanału. A entropia odbieranych sygnałów jest określana z warunku maksymalnej wartości H'(y)= log m.
Twierdzenie Shannona dla dyskretnego kanału z szumem zwane także fundamentalnym twierdzeniem Shannona o kodowaniu. Jeśli wydajność źródła wiadomości H¢ (U) jest mniejsza niż pojemność kanału C, tj. H¢(U)< C, то существует такая система кодирования которая обеспечивает возможность передачи сообщений источника со сколь угодно малой вероятностью ошибки (или со сколь угодно малой ненадежностью).
Jeżeli H¢(U) > C, to wiadomość można zakodować w taki sposób, że zawodność w jednostce czasu jest mniejsza niż H¢(U)-C+ e, gdzie e ®0(twierdzenie bezpośrednie).
Nie ma metody kodowania, która zapewniałaby zawodność w jednostce czasu mniejszą niż H¢(U)-C(twierdzenie odwrotne).
W tym sformułowaniu twierdzenie to zostało podane przez samego Shannona. W literaturze druga część twierdzenia bezpośredniego i twierdzenia odwrotnego są często łączone w postaci twierdzenia odwrotnego sformułowanego następująco: jeżeli H¢(U) > C, to taka metoda kodowania nie istnieje.
2. Rodzaje sygnałów, ich próbkowanie i odtwarzanie. Gęstość widmowa sygnałów. Częstotliwość Nyquista, twierdzenie Kotelnikowa. Reprezentacja częstotliwościowa sygnałów dyskretnych. Transformacje ortogonalne sygnałów dyskretnych. Problemy interpolacji i rozrzedzania sygnałów.
Rodzaje sygnałów, ich próbkowanie i odtwarzanie
Przez typy (rodzaje) sygnałów wyróżniają się następujące:
1. analogowy
2. dyskretny
3. cyfrowy
sygnał analogowy (sygnał analogowy) jest funkcją ciągłą argumentu ciągłego, tj. zdefiniowane dla dowolnej wartości argumentu. Źródła sygnałów analogowych z reguły są procesami i zjawiskami fizycznymi, które są ciągłe w dynamice swojego rozwoju w czasie, w przestrzeni lub w jakiejkolwiek innej zmiennej niezależnej, podczas gdy zarejestrowany sygnał jest podobny („analogowy”) do procesu, który go generuje. Przykład zapisu matematycznego sygnału: y(t) = 4,8 exp /2,8]. W takim przypadku zarówno sama funkcja, jak i jej argumenty mogą przyjmować dowolne wartości w określonych przedziałach y J , t J . Jeśli przedziały wartości sygnału lub jego zmiennych niezależnych nie są ograniczone, to domyślnie przyjmuje się, że są równe od -Ґ do +Ґ . Zbiór możliwych wartości sygnału tworzy kontinuum – ciągłą przestrzeń, w której można wyznaczyć dowolny punkt sygnału aż do nieskończoności. Przykładami sygnałów o charakterze analogowym są zmiany natężenia sygnałów elektrycznych, magnetycznych, pole elektromagnetyczne w czasie i przestrzeni.
sygnał dyskretny (sygnał dyskretny) w swoich wartościach jest również funkcją ciągłą, ale zdefiniowaną tylko w dyskretnych wartościach argumentu. Zgodnie ze zbiorem swoich wartości jest skończona (przeliczalna) i opisana dyskretnym ciągiem próbek (próbek) y(nDt), gdzie y J , Dt jest odstępem między próbkami (interwał lub krok próbkowania, czas próbkowania) , n = 0, 1, 2, ...,N. Odwrotność kroku próbkowania: f = 1/Dt, nazywana jest częstotliwością próbkowania. Jeśli sygnał dyskretny uzyskany przez próbkowanie (próbkowanie) sygnału analogowego, to jest to sekwencja próbek, których wartości są dokładnie równe wartościom oryginalnego sygnału we współrzędnych nDt.
sygnał cyfrowy (sygnał cyfrowy) jest skwantowany w swoich wartościach i dyskretny w swoim argumencie. Opisuje to skwantowana funkcja kraty yn = Qk, gdzie Qk jest funkcją kwantyzacji z liczbą poziomów kwantyzacji k, podczas gdy przedziały kwantyzacji mogą być zarówno równomiernie rozłożone, jak i niejednorodne, na przykład logarytmiczne. Podawany jest sygnał cyfrowy, zwykle w postaci dyskretnej serii danych numerycznych - tablica numeryczna przez kolejne wartości argumentu z Dt = const, ale w ogólnym przypadku sygnał można podać również w postaci tabeli dla dowolnych wartości argumentu.
Dyskretyzacja, odtwarzanie (interpolacja) sygnałów.
Proces dyskretyzacji to proces uzyskiwania wartości wartości konwertowanego sygnału w określonych odstępach czasu ( odczyty).
Dyskretyzacja sygnału jest rozumiana jako przekształcenie funkcji zmiennych ciągłych w funkcje zmiennych dyskretnych, z których z określoną dokładnością można odtworzyć pierwotne funkcje ciągłe. Rolę dyskretnych odczytów pełnią z reguły skwantyzowane wartości funkcji w dyskretnej skali współrzędnych. Kwantyzacja rozumiana jest jako przekształcenie wielkości ciągłej w wartościach na wielkość o dyskretnej skali wartości ze skończonego zbioru dozwolonych, które nazywane są poziomami kwantyzacji. Jeżeli poziomy kwantyzacji są ponumerowane, to wynikiem konwersji jest liczba, którą można wyrazić w dowolnym systemie liczbowym. Zaokrąglanie z pewną głębią bitową chwilowych wartości ciągłej wartości analogowej z jednolitym krokiem w argumencie jest najprostszym przypadkiem próbkowania i kwantyzacji sygnałów podczas ich konwersji na sygnały cyfrowe.
Zasady dyskretyzacji. Istota próbkowania sygnałów analogowych polega na zastąpieniu ciągłości w czasie funkcji analogowej s(t) ciągiem krótkich impulsów, których wartości amplitudy wyznaczane są za pomocą funkcji wagowych lub bezpośrednio przez próbki (próbki) chwilowe wartości sygnału s(t) w czasach sygnał s(t) w przedziale T przez zbiór wartości dyskretnych jest zapisywany jako:
(c1, c2, ... , cN) = A,
gdzie A jest operatorem dyskretyzacji. Rejestracja operacji odzyskiwania sygnału s(t):
s"(t) = B[(c1, c2, ... , cN)].
O wyborze operatorów A i B decyduje wymagana dokładność rekonstrukcji sygnału. Najprostsze to operatory liniowe. Ogólnie:
(5.1.1)
Gdzie jest układ funkcji wagowych.
Odczyty w wyrażeniu (5.1.1) są związane z operacją całkowania, co zapewnia wysoką odporność na zakłócenia próbkowania. Jednak ze względu na złożoność technicznej implementacji integracji „ważonej” ta ostatnia jest stosowana dość rzadko, kiedy wysokie poziomy ingerencja. Szerzej stosowane są metody, w których sygnał s(t) zastępowany jest czasem zbiorem jego wartości chwilowych s(). Rolę funkcji wagowych pełnią w tym przypadku funkcje grzbietowe (sieciowe). Odstęp czasowy Dt między sąsiednimi próbkami nazywany jest krokiem próbkowania. Dyskretyzację nazywamy jednostajną z częstotliwością F=1/Dt, jeżeli wartość Dt jest stała w całym zakresie przetwarzania sygnału. Przy nierównomiernym próbkowaniu wartość Dt między próbkami może zmieniać się zgodnie z pewnym programem lub w zależności od zmian parametrów sygnału.
Odzyskiwanie sygnału
Odzyskiwanie ciągłe sygnał na próbkach można przeprowadzić zarówno na podstawie ortogonalnych, jak i nieortogonalnych funkcji bazowych. Funkcja odtwarzająca s "(t) jest odpowiednio reprezentowana przez aproksymujący wielomian: 
Gdzie jest układ funkcji bazowych. Ortogonalne funkcje bazowe zapewniają zbieżność szeregu do s(t) dla n Yu Ґ . Optymalne metody próbkowania to takie, które zapewniają minimalne szeregi liczbowe dla danego błędu odtwarzania sygnału. W przypadku nieortogonalnych funkcji bazowych stosuje się głównie wielomiany algebraiczne potęgowe postaci:
Jeżeli wartości przybliżonego wielomianu pokrywają się z wartościami próbek w momentach ich liczenia, wówczas taki wielomian nazywany jest wielomianem interpolującym. Wielomiany Lagrange'a są zwykle używane jako wielomiany interpolujące. Aby zaimplementować interpolujące wielomiany, wymagane jest opóźnienie sygnału na interwał próbkowania, co w systemach czasu rzeczywistego wymaga pewnych rozwiązań technicznych. Wielomiany Taylora są zwykle używane jako wielomiany ekstrapolujące.
Naturalnym wymogiem doboru częstotliwości próbkowania jest wprowadzenie jak najmniejszych zniekształceń w dynamice zmian funkcji sygnału. Logiczne jest założenie, że zniekształcenie informacji będzie tym mniejsze, im wyższa częstotliwość próbkowania F. Z drugiej strony oczywiste jest również, że im większa wartość F, tym duża ilość będą wyświetlane sygnały danych cyfrowych, a ich przetwarzanie zajmie więcej czasu. W wariancie optymalnym wartość częstotliwości próbkowania sygnału F powinna być konieczna i wystarczająca do przetworzenia sygnału informacyjnego z zadaną dokładnością, tj. zapewnienie akceptowalnego błędu w rekonstrukcji postaci sygnału analogowego (średnia kwadratowa jako całość w przedziale sygnału lub zgodnie z maksymalnymi odchyleniami od postaci prawdziwej w charakterystycznych punktach informacyjnych sygnałów).
Kwantyzacja sygnału.
Próbkowanie sygnałów analogowych z konwersją do postaci cyfrowej wiąże się z kwantyzacją sygnału. Istota kwantyzacji polega na zastąpieniu nieprzeliczalnego zbioru możliwych wartości funkcji, na ogół losowych, skończonym zbiorem próbek cyfrowych i odbywa się poprzez zaokrąglenie chwilowych wartości funkcji wejściowej s(ti) w czasie ti do najbliższych wartości si(ti) = niDs, gdzie Ds to skokowa kwantyzacja skali odczytów cyfrowych. Kwantyzacja ze stałym krokiem Ds nazywana jest jednorodną. Matematycznie operację kwantyzacji można wyrazić wzorem:
gdzie nawiasy kwadratowe [..] oznaczają część całkowitą wartości w nawiasach.
Podczas kwantyzacji sygnałów w dużym zakres dynamiczny wartości, krok kwantyzacji może być również niejednorodny, na przykład logarytmiczny, tj. proporcjonalna do logarytmu wartości sygnał wejściowy. Ustawiony zakres skali kwantyzacji od smin do smax oraz krok kwantyzacji Ds określają liczbę działek skali Ns = (smax-smin)/Ds i odpowiednio głębię bitową kwantyzacji cyfrowej. W wyniku dyskretyzacji i kwantyzacji funkcja ciągła s(t) zostaje zastąpiona ciągiem numerycznym (s(kDt)). Błąd zaokrąglenia ei = s(kDt)-si(kDt) mieści się w zakresie -Ds/2 Przy wystarczająco małym kroku kwantyzacji każdą wartość w jej obrębie można uznać za równie prawdopodobną, podczas gdy wartości e rozkładają się zgodnie z jednolitym prawem: p(e) = 1/Ds, -Ds/2 J e J Ds/2. Odpowiednio, wariancja i wartość RMS szumu kwantyzacji wynoszą: e2 = DS2/12, » 0,3 DS. .1) Określając poziom szumu kwantyzacji za pomocą wyrażenia (5.5.1), łatwo jest określić dopuszczalną wartość kroku kwantyzacji. Sygnał wejściowy zawiera z reguły addytywną mieszaninę sygnału rzeczywistego s(t) i szumu q(t) odpowiednio z dyspersją sq2. Jeśli szum nie jest skorelowany z sygnałem, to po kwantyzacji całkowita wariancja szumu wynosi: W praktyce krok kwantyzacji jest zwykle wybierany w taki sposób, że nie ma zauważalnej zmiany stosunku sygnału do szumu, tj. e2< Sieci lokalne Do budowy sieci komputerowych wykorzystywane są łącza komunikacyjne wykorzystujące inny nośnik fizyczny. Jako fizyczne medium w komunikacji wykorzystuje się metale (głównie miedź), ultraprzeźroczyste szkło (kwarc) lub tworzywa sztuczne i eter. Fizycznym medium transmisyjnym może być skrętka, kabel koncentryczny, kabel światłowodowy i otaczający obszar. Linie komunikacyjne lub linie transmisji danych są urządzeniami pośredniczącymi i fizycznym medium, za pośrednictwem którego przesyłane są sygnały informacyjne (dane). W jednej linii komunikacyjnej można utworzyć kilka kanałów komunikacyjnych (kanały wirtualne lub logiczne), na przykład przez podział częstotliwości lub czasu kanałów. Kanał komunikacyjny jest środkiem jednokierunkowej transmisji danych. Jeżeli linia komunikacyjna jest wykorzystywana wyłącznie przez kanał komunikacyjny, to w takim przypadku linia komunikacyjna jest nazywana kanałem komunikacyjnym. Kanał transmisji danych to środek dwukierunkowej wymiany danych, na który składają się linie komunikacyjne oraz sprzęt do transmisji (odbioru) danych. Kanały transmisji danych łączą źródła i odbiorniki informacji. W zależności od fizycznego nośnika transmisji danych linie komunikacyjne można podzielić na: Przewodowe (napowietrzne) linie komunikacyjne służą do przesyłania sygnałów telefonicznych i telegraficznych, a także do przesyłania danych komputerowych. Te linie komunikacyjne są używane jako linie komunikacyjne magistrali. Przewodowe linie komunikacyjne mogą służyć do organizacji analogowych i cyfrowych kanałów transmisji danych. Szybkość transmisji w przewodowych liniach prymitywnego starego systemu telefonicznego (POST) jest bardzo niska. Ponadto wady tych linii obejmują odporność na zakłócenia i możliwość prostego nieautoryzowanego podłączenia do sieci. Linie komunikacji kablowej mają dość złożoną strukturę. Kabel składa się z przewodników zamkniętych w kilku warstwach izolacji. W sieciach komputerowych stosowane są trzy rodzaje kabli. zakręcona para(skrętka) - kabel komunikacyjny, który jest skręconą parą drutów miedzianych (lub kilkoma parami drutów) zamkniętą w ekranowanej osłonie. Pary przewodów są skręcone ze sobą w celu zmniejszenia zakłóceń. Skrętka jest dość odporna na hałas. Istnieją dwa rodzaje tego kabla: skrętka nieekranowana UTP i skrętka ekranowana STP. Cechą charakterystyczną tego kabla jest łatwość instalacji. Kabel ten jest najtańszym i najczęściej spotykanym rodzajem komunikacji, który znajduje szerokie zastosowanie w najpopularniejszych sieciach lokalnych o architekturze Ethernet, zbudowanych w topologii gwiazdy. Kabel łączy się z urządzeniami sieciowymi za pomocą złącza RJ45. Kabel służy do transmisji danych z szybkością 10 Mbps i 100 Mbps. Skrętka jest zwykle używana do komunikacji na odległość nie większą niż kilkaset metrów. Wady kabla typu skrętka obejmują możliwość prostego nieautoryzowanego podłączenia do sieci. Kabel koncentryczny(kabel koncentryczny) to kabel z centralnym drutem miedzianym, który jest otoczony warstwą materiału izolacyjnego w celu oddzielenia centralnego przewodnika od zewnętrznego ekranu przewodzącego (warstwy oplotu miedzianego lub folii aluminiowej). Zewnętrzny ekran przewodzący kabla jest pokryty izolacją. Istnieją dwa rodzaje kabli koncentrycznych: cienki kabel koncentryczny o średnicy 5 mm i gruby kabel koncentryczny o średnicy 10 mm. Gruby kabel koncentryczny ma mniejsze tłumienie niż cienki. Koszt kabla koncentrycznego jest wyższy niż koszt skrętki, a instalacja sieci jest trudniejsza niż skrętka. Kabel koncentryczny stosowany jest np. w sieciach lokalnych o architekturze Ethernet, zbudowanych w topologii „wspólnej magistrali”. Kabel koncentryczny jest bardziej odporny na zakłócenia niż skrętka i zmniejsza własne promieniowanie. Przepustowość - 50-100 Mb / s. Dopuszczalna długość linii komunikacyjnej to kilka kilometrów. Nieautoryzowane podłączenie do kabla koncentrycznego jest trudniejsze niż do skrętki. Kanały komunikacji światłowodowej kablowej. Kabel światłowodowy to włókno światłowodowe na bazie krzemu lub tworzywa sztucznego, zamknięte w materiale o niskim współczynniku załamania światła, które jest zamknięte zewnętrzną powłoką. Światłowód przesyła sygnały tylko w jednym kierunku, więc kabel składa się z dwóch włókien. Po stronie nadawczej kabla światłowodowego wymagana jest konwersja sygnału elektrycznego na światło, a po stronie odbiorczej konwersja odwrotna. Główną zaletą tego typu kabla jest niezwykle wysoka odporność na zakłócenia i brak promieniowania. Nieautoryzowane połączenie jest bardzo trudne. Szybkość przesyłania danych 3 Gb/s. Główne wady kabla światłowodowego to złożoność jego instalacji, niska wytrzymałość mechaniczna i wrażliwość na promieniowanie jonizujące. Kanały radiowe komunikacji naziemnej (radioprzekaźnikowe i komórkowe) oraz satelitarnej tworzone są za pomocą nadajnika i odbiornika fal radiowych i należą do technologii bezprzewodowej transmisji danych. Kanały transmisji danych drogą radiową Kanały komunikacji radiowej składają się z sekwencji stacji, które są przemiennikami. Komunikacja odbywa się w zasięgu wzroku, zasięg pomiędzy sąsiednimi stacjami wynosi do 50 km. Cyfrowe radiowe linie przekaźnikowe (CRRS) są wykorzystywane jako regionalne i lokalne systemy łączności i transmisji danych, a także do komunikacji między komórkowymi stacjami bazowymi. Satelitarne kanały danych Systemy satelitarne wykorzystują anteny mikrofalowe do odbierania sygnałów radiowych ze stacji naziemnych i przekazywania tych sygnałów z powrotem do stacji naziemnych. Sieci satelitarne wykorzystują trzy główne typy satelitów, które znajdują się na orbitach geostacjonarnych, średnich lub niskich orbitach. Satelity są z reguły uruchamiane w grupach. Odseparowane od siebie mogą zapewnić pokrycie niemal całej powierzchni Ziemi. Działanie satelitarnego kanału transmisji danych pokazano na rysunku Bardziej celowe jest wykorzystanie łączności satelitarnej do zorganizowania kanału komunikacyjnego między stacjami znajdującymi się w bardzo dużych odległościach oraz możliwości obsługi abonentów w najbardziej niedostępnych punktach. Przepustowość jest wysoka - kilkadziesiąt Mb/s. Komórkowe łącza danych Komórkowe kanały radiowe są zbudowane na tych samych zasadach, co sieci telefonii komórkowej. Komunikacja komórkowa to bezprzewodowy system telekomunikacyjny składający się z sieci naziemnych stacji nadawczo-odbiorczych i przełącznika komórkowego (lub mobilnego centrum przełączającego). Stacje bazowe podłączone są do centrali, która zapewnia komunikację zarówno pomiędzy stacjami bazowymi, jak iz innymi sieciami telefonicznymi oraz z globalnym Internetem. Pod względem funkcji centrala jest podobna do konwencjonalnej przewodowej centrali PBX. LMDS (Local Multipoint Distribution System) to standard komórkowych bezprzewodowych sieci transmisji danych dla abonentów stacjonarnych. System działa na zasadzie komórkowej, jedna stacja bazowa pozwala na pokrycie obszaru o promieniu kilku kilometrów (do 10 km) i podłączenie kilku tysięcy abonentów. Same BS są łączone ze sobą za pomocą szybkich naziemnych kanałów komunikacyjnych lub kanałów radiowych. Szybkość transmisji danych do 45 Mb/s. Kanały radiowe transmisji danych WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) są podobne do Wi-Fi. WiMAX w przeciwieństwie do tradycyjnych technologii dostępu radiowego działa również na sygnale odbitym, poza zasięgiem wzroku stacji bazowej. Eksperci uważają, że mobilne sieci WiMAX oferują użytkownikom znacznie ciekawsze perspektywy niż stacjonarne sieci WiMAX przeznaczone dla klientów korporacyjnych. Informacje mogą być przesyłane na odległość do 50 km z prędkością do 70 Mb/s. Kanały radiowe danych MMDS(Wielokanałowy System Dystrybucji Wielopunktowej). Systemy te są w stanie obsłużyć obszar w promieniu 50-60 km, przy czym bezpośrednia widoczność nadajnika operatora nie jest obowiązkowa. Średnia gwarantowana prędkość transmisji danych to 500 Kbps - 1 Mbps, ale możliwe jest zapewnienie do 56 Mbps na kanał. Kanały radiowej transmisji danych dla sieci lokalnych. Standardem komunikacji bezprzewodowej w sieciach lokalnych jest technologia Wi-Fi. Wi-Fi zapewnia połączenie w dwóch trybach: punkt-punkt (do połączenia dwóch komputerów) oraz połączenie infrastrukturalne (do połączenia kilku komputerów do jednego punktu dostępowego). Szybkość wymiany danych do 11 Mbps przy połączeniu punkt-punkt i do 54 Mbps przy połączeniu infrastrukturalnym. Kanały radiowe danych Bluetooth to technologia transmisji danych na krótkie odległości (nie więcej niż 10 m) i może być wykorzystana do tworzenia sieci domowych. Szybkość transmisji danych nie przekracza 1 Mbps.Temat 1.4: Podstawy sieci lokalnych
Temat 1.5: Podstawowe technologie LAN
Temat 1.6: Podstawowe komponenty programowe i sprzętowe sieci LAN
1.2. Środowisko i metody transmisji danych w sieciach komputerowych
1.2.2. Linie komunikacyjne i kanały danych
Przewodowe linie komunikacyjne
Linie komunikacji kablowej
Bezprzewodowe (naziemne i satelitarne kanały radiowe) kanały transmisji danych
Ryż. 1.
