Canal de comunicare directă. Linii și canale de comunicare Pentru ce sunt folosite canalele de comunicare?

Caracteristici

Utilizați următoarele caracteristici ale canalului

Imunitate la zgomot

Imunitate la zgomot A = 10 lg ⁡ P m i n s i g n a l P n o i s e (\displaystyle A=10\lg (P_(min ~ semnal) \over P_(zgomot))). Unde P m i n s i g n a l P n o i s e (\displaystyle (P_(min ~ semnal) \over P_(zgomot)))- raport minim semnal-zgomot;

Volumul canalului

Volumul canalului V (\displaystyle V) este determinată de formula: V k = Δ F k ⋅ T k ⋅ D k (\displaystyle V_(k)=\Delta F_(k)\cdot T_(k)\cdot D_(k)),

Unde T k (\displaystyle T_(k))- timpul în care canalul este ocupat de semnalul transmis;

Pentru transmiterea semnalului pe canal fără distorsiuni, volumul canalului V k (\displaystyle V_(k)) trebuie să fie mai mare sau egal cu volumul semnalului V s (\displaystyle V_(s)), acesta este . Cel mai simplu caz de potrivire a volumului semnalului în volumul canalului este realizarea inegalităților. Δ F k ⩾ Δ F s (\displaystyle \Delta F_(k)\geqslant ~\Delta F_(s)), T k ⩾ T s (\displaystyle T_(k)\geqslant ~T_(s))> și Δ D k ⩾ Δ D s (\displaystyle \Delta D_(k)\geqslant ~\Delta D_(s)). Cu toate acestea, V k ⩾ V s (\displaystyle V_(k)\geqslant ~V_(s)) poate fi realizat în alte cazuri, ceea ce face posibilă atingerea caracteristicilor cerute ale canalului prin modificarea altor parametri. De exemplu, pe măsură ce intervalul de frecvență scade, lățimea de bandă poate fi mărită.

Clasificare

Există multe tipuri de canale de comunicație, dintre care cele mai frecvent distinse sunt canalele de comunicație cu fir (aer, cablu, ghid de lumină etc.) și canalele de comunicații radio (troposferice, satelit etc.). Astfel de canale, la rândul lor, sunt de obicei calificate pe baza caracteristicilor semnalelor de intrare și de ieșire, precum și a modificării caracteristicilor semnalelor în funcție de astfel de fenomene care apar în canal, cum ar fi estomparea și atenuarea semnalelor.

În funcție de tipul de mediu de propagare, canalele de comunicare sunt împărțite în canale cu fir, acustice, optice, infraroșu și radio.

Canalele de comunicare sunt, de asemenea, clasificate în

continuu (la intrarea și ieșirea canalului - semnale continue),
discret sau digital (la intrarea și ieșirea canalului - semnale discrete),
continuu-discret (la intrarea canalului - semnale continue, iar la ieșire - semnale discrete),
discret-continuu (la intrarea canalului - semnale discrete, iar la ieșire - semnale continue).

Canalele pot fi liniare și neliniare, temporale și spațiu-timp. Este posibil să se clasifice canalele de comunicație după intervalul de frecvență.

Modele de canale de comunicare

Canalul de comunicare este descris de un model matematic, a cărui sarcină este de a determina modelele matematice ale ieșirii și intrării și S 1 (\displaystyle S_(1)), precum si stabilirea unei legaturi intre acestea, caracterizata de operator L (\displaystyle L), acesta este

S 2 = L (S 1) (\displaystyle S_(2)=L(S_(1))).

Modele de canal continuu

Modelele de canal continuu pot fi clasificate într-un model de canal cu zgomot Gaussian aditiv, un model de canal cu o fază de semnal incertă și zgomot aditiv și un model de canal cu interferență intersimbol și zgomot aditiv.

Model de canal ideal

Modelul de canal ideal este utilizat atunci când prezența interferențelor poate fi neglijată. Cu acest model, semnalul de ieșire S 2 (\displaystyle S_(2)) este determinist, adică

S 2 (t) = γ S 1 (t - τ) (\displaystyle S_(2)(t)=\gamma ~S_(1)(t-\tau))

unde γ este o constantă care determină câștigul, τ este o întârziere constantă.

Model de canal cu fază de semnal nedefinită și zgomot aditiv

Modelul de canal cu o fază de semnal incertă și zgomot aditiv diferă de modelul de canal ideal prin aceea că τ (\displaystyle \tau ) este o variabilă aleatorie. De exemplu, dacă semnalul de intrare este de bandă îngustă, atunci semnalul S 2 (t) (\displaystyle S_(2)(t)) la ieșirea unui canal cu o fază de semnal nedeterminată și zgomot aditiv este definit după cum urmează:

S 2 (t) = γ (c o s (θ) u (t) - s i n (θ) H (u (t)) + n (t) (\displaystyle S_(2)(t)=\gamma (cos(\) theta)u(t)-sin(\theta)H(u(t))+n(t)),

unde se ţine cont că semnalul de intrare S 1 (t) (\displaystyle S_(1)(t)) poate fi reprezentat ca:

S 1 (t) = c o s (θ) u (t) - s i n (θ) H (u (t)) (\displaystyle S_(1)(t)=cos(\theta)u(t)-sin(\ theta)H(u(t))),

Unde H() (\displaystyle H()) este transformata Hilbert, θ (\displaystyle \theta )- fază aleatorie, a cărei distribuție este de obicei considerată uniformă pe interval

Model de canal cu interferență intersimbol și zgomot aditiv

Modelul de canal cu interferență intersimbol și zgomot aditiv ia în considerare apariția împrăștierii semnalului în timp datorită neliniarității caracteristicii fază-frecvență a canalului și limitării lățimii de bandă a acestuia, adică, de exemplu, atunci când se transmit mesaje discrete prin canal, valoarea semnalului de ieșire va fi afectată de răspunsurile canalului nu numai caracterul transmis, ci și caracterele anterioare sau ulterioare. În canalele radio, apariția interferenței între simboluri este afectată de propagarea pe mai multe căi a undelor radio.

Pentru a transmite diverse informații, trebuie creat inițial un mediu de distribuție a acesteia, care este un set de linii, sau canale de transmisie a datelor cu echipamente de emisie-recepție specializate. Liniile, sau canalele de comunicare, sunt veriga de legătură în orice sistem modern de transmisie a datelor, iar din punctul de vedere al organizației ele sunt împărțite în două tipuri principale - acestea sunt linii și canale.

O linie de comunicație este un set de cabluri sau fire, cu ajutorul cărora punctele de comunicare sunt combinate între ele, iar abonații sunt combinați cu cele mai apropiate noduri. În același timp, canalele de comunicare pot fi create într-o varietate de moduri, în funcție de caracteristicile unui anumit obiect și schemă.

Ce pot fi ele?

Ele pot fi canale fizice de sârmă, care se bazează pe utilizarea cablurilor specializate și pot fi și ondulate. Canalele de comunicare unde sunt formate pentru a organiza toate tipurile de comunicații radio într-un anumit mediu folosind antene, precum și o bandă de frecvență dedicată. În același timp, atât canalele de comunicare optice, cât și cele electrice sunt, de asemenea, împărțite în două tipuri principale - cu fir și fără fir. În acest sens, semnalul optic și electric poate fi transmis prin fire, aer și multe alte moduri.

În rețeaua telefonică, după ce un număr este format, canalul se formează atâta timp cât există o conexiune, de exemplu, între doi abonați și, de asemenea, atâta timp cât se menține o sesiune de voce. Canalele de comunicare prin cablu se formează prin utilizarea echipamentelor de compresie specializate, cu ajutorul cărora este posibilă transmiterea informațiilor prin linii de comunicație pentru o perioadă lungă sau scurtă de timp, care este furnizată dintr-un număr mare de surse diferite. Astfel de linii includ una sau mai multe perechi de cabluri în același timp și oferă posibilitatea transmiterii datelor pe o distanță suficient de mare. Indiferent de ce tipuri de canale de comunicație sunt luate în considerare, în comunicația radio acestea sunt un mediu de transmisie a datelor care este organizat pentru o anumită sau mai multe sesiuni de comunicare simultan. Dacă vorbim de mai multe sesiuni, atunci se poate aplica așa-numita distribuție de frecvență.

Care sunt tipurile?

La fel ca în comunicațiile moderne, există diferite tipuri de canale de comunicare:

Digital.
Analogic.
Analogic-digital.

Digital

Această opțiune este cu un ordin de mărime mai scumpă decât cea analogică. Cu ajutorul unor astfel de canale se realizează o calitate extrem de înaltă a transmisiei de date și, de asemenea, devine posibilă introducerea diferitelor mecanisme care realizează integritatea absolută a canalelor, un grad ridicat de securitate a informațiilor, precum și utilizarea unui număr de alte servicii. Pentru a asigura transmiterea informatiei analogice prin canale tehnice de comunicatie de tip digital, aceste informatii sunt initial convertite in digital.

La sfârșitul anilor 1980, a apărut o rețea digitală dedicată serviciilor integrate, cunoscută astăzi de mulți ca ISDN. Se presupune că o astfel de rețea în timp se va putea transforma într-o coloană digitală globală, care asigură o conexiune între computerele de birou și de acasă, oferindu-le o viteză de transmisie a datelor suficient de mare. Principalele canale de comunicare de acest tip pot fi:

Fax.
Telefon.
Dispozitive de transfer de date.
Echipament specializat pentru teleconferinta.
Și multe altele.

Ca o competiție pentru astfel de mijloace, tehnologiile moderne care sunt utilizate în mod activ astăzi în rețelele de televiziune prin cablu pot acționa.

Alte soiuri

În funcție de viteza de transmisie a canalelor de comunicație, acestea sunt împărțite în:

Viteza mica. În această categorie sunt incluse tot felul de linii telegrafice, care se caracterizează printr-o rată de transfer de date extrem de scăzută (aproape inexistentă după standardele actuale), care ajunge la maximum 200 bps.
Viteză medie. Există linii telefonice analogice care oferă rate de transfer de până la 56.000 bps.
De mare viteză sau, așa cum se mai numesc, bandă largă. Transmiterea datelor prin canale de comunicație de acest tip se realizează cu o viteză de peste 56.000 bps.

În funcție de posibilitățile de organizare a direcțiilor de transmisie a datelor, canalele de comunicare pot fi împărțite în următoarele tipuri:

Simplex. Organizarea canalelor de comunicare de acest tip oferă posibilitatea de a difuza date numai într-o anumită direcție.
Semi duplex. Folosind astfel de canale, datele pot fi transmise atât în direcția înainte, cât și în sens invers.
Duplex sau full duplex. Folosind astfel de canale de feedback, datele pot fi transmise simultan în direcțiile înainte și înapoi.

Cablat

Canalele de comunicație prin cablu includ o masă de fire de cupru paralele sau răsucite, linii de comunicație cu fibră optică și cabluri coaxiale specializate. Dacă luăm în considerare ce canale de comunicație folosesc cabluri, merită evidențiate câteva dintre principalele:

pereche răsucită. Oferă posibilitatea de a transfera informații la viteze de până la 1 Mbps.
cabluri coaxiale. Acest grup include cabluri în format TV, inclusiv atât subțiri, cât și groase. În acest caz, rata de transfer de date ajunge deja la 15 Mbps.
Cabluri de fibră optică. Cea mai modernă și productivă opțiune. Canalele de comunicație pentru transmiterea informațiilor de acest tip asigură o viteză de aproximativ 400 Mbit / s, care depășește semnificativ toate celelalte tehnologii.

pereche răsucită

Este format din conductori izolați care sunt răsuciți împreună în perechi pentru a reduce semnificativ interferența dintre perechi și conductori. Este de remarcat faptul că astăzi există șapte categorii de cabluri cu perechi răsucite:

Primul și al doilea sunt folosite pentru a oferi transfer de date la viteză redusă, iar primul este un fir telefonic standard, bine-cunoscut.
A treia, a patra și a cincea categorii sunt utilizate pentru a oferi rate de transmisie de până la 16, 25 și 155 Mbps, cu diferite categorii oferind frecvențe diferite.
Categorii a șasea și a șaptea sunt cele mai productive. Vorbim despre posibilitatea transmiterii datelor la viteze de până la 100 Gb/s, care este cea mai productivă caracteristică a canalelor de comunicație.

A treia categorie este de departe cea mai comună. Concentrându-ne pe diverse soluții promițătoare în ceea ce privește necesitatea dezvoltării în mod constant a lățimii de bandă a rețelei, cea mai optimă ar fi utilizarea rețelelor de comunicații (canale de comunicații) din categoria a cincea, care asigură viteza de transmisie a datelor prin linii telefonice standard.

Cablu coaxial

Un conductor de cupru specializat este închis în interiorul unei învelișuri de protecție cilindrice, care se înfășoară din vene destul de subțiri și este, de asemenea, complet izolat de conductor folosind un dielectric. Acesta diferă de un cablu de televiziune standard prin faptul că conține impedanța undei. Prin astfel de canale de comunicare informațională, datele pot fi transmise la viteze de până la 300 Mbps.

Acest format de cablu este împărțit în subțire, care are o grosime de 5 mm și gros - 10 mm. În rețelele LAN moderne, este adesea obișnuit să folosiți un cablu subțire, deoarece este extrem de ușor de așezat și instalat. Costul extrem de ridicat cu o pozare dificilă limitează destul de sever posibilitatea utilizării unor astfel de cabluri în rețelele moderne de transmitere a informațiilor.

Rețele de televiziune prin cablu

Astfel de rețele se bazează pe utilizarea unui cablu coaxial specializat, prin care un semnal analogic poate fi transmis pe o distanță de până la câteva zeci de kilometri. O rețea tipică de televiziune prin cablu este caracterizată printr-o structură arborescentă, în care nodul principal primește semnale de la un satelit specializat sau prin fibră optică. Până în prezent, sunt utilizate în mod activ astfel de rețele care folosesc cablu de fibră optică, cu ajutorul căruia este posibil să deservească suprafețe mari, precum și să difuzeze date mai voluminoase, menținând în același timp o calitate extrem de ridicată a semnalului în absența repetoarelor.

Cu o arhitectură simetrică, semnalele de retur și cele directe sunt difuzate folosind un singur cablu în diferite game de frecvență, și în același timp la viteze diferite. În consecință, semnalul invers este mai lent decât cel direct. În orice caz, folosind astfel de rețele, este posibil să se ofere rate de transfer de date de câteva sute de ori mai mari în comparație cu liniile telefonice standard, în legătură cu care acestea din urmă au încetat de mult să fie folosite.

În organizațiile care își instalează propriile rețele de cablu, schemele simetrice sunt cel mai des folosite, deoarece în acest caz atât transmisia de date înainte, cât și inversă se realizează la aceeași viteză, care este de aproximativ 10 Mbps.

Caracteristici de utilizare a firelor

Numărul de fire care pot fi folosite pentru a conecta computerele de acasă și diverse electronice crește în fiecare an. Conform statisticilor obținute în cursul cercetărilor specialiștilor profesioniști, într-un apartament de 150 de metri sunt așezați aproximativ 3 km de diverse cabluri.

În anii 90 ai secolului trecut, compania britanică UnitedUtilities a propus o soluție destul de interesantă la această problemă cu ajutorul dezvoltării proprii numită DigitalPowerLine, mai cunoscută astăzi pentru reducerea DPL. Compania a propus utilizarea rețelelor de alimentare standard ca mediu pentru transmisia de date de mare viteză, transmiterea de pachete de date sau voce prin rețele electrice obișnuite, a căror tensiune era de 120 sau 220 V.

Cea mai de succes în acest sens este o companie israeliană numită Main.net, care a fost prima care a lansat tehnologia PLC (Powerline Communications). Folosind această tehnologie, transmisia de voce sau de date a fost efectuată la viteze de până la 10 Mbps, în timp ce fluxul de informații a fost distribuit în mai multe de viteză redusă, care au fost transmise la frecvențe separate și, în cele din urmă, re-combinate într-un singur semnal.

Utilizarea tehnologiei PLC astăzi este relevantă numai în condiții de transmitere a datelor la viteză redusă și, prin urmare, este utilizată în automatizarea locuinței, diverse dispozitive de uz casnic și alte echipamente. Folosind această tehnologie, este posibil să accesezi Internetul cu o viteză de aproximativ 1 Mbps pentru acele aplicații care necesită o viteză mare de conectare.

Cu o distanță mică între clădire și punctul transceiver intermediar, care este o substație de transformare, viteza de transmisie a datelor poate ajunge la 4,5 Mbps. Utilizarea acestei tehnologii se realizează în mod activ atunci când se formează o rețea locală într-o clădire rezidențială sau un birou mic, deoarece rata minimă de transfer oferă posibilitatea de a acoperi o distanță de până la 300 de metri. Cu ajutorul acestei tehnologii este posibilă implementarea diverselor servicii legate de monitorizarea de la distanță, protecția obiectelor, precum și gestionarea modurilor de obiecte și a resurselor acestora, care face parte din elementele unei locuințe inteligente.

Cablu de fibra optica

Acest cablu este alcătuit dintr-un miez de cuarț specializat, al cărui diametru este de doar 10 microni. Acest miez este înconjurat de o înveliș de protecție reflectorizant unic, cu un diametru exterior de aproximativ 200 de microni. Transmiterea datelor se realizează prin transformarea semnalelor electrice în semnale luminoase, folosind, de exemplu, un fel de LED. Codificarea datelor se realizează prin modificarea intensității fluxului luminos.

La transmiterea datelor, un fascicul care este reflectat de pereții fibrei, în care ajunge în cele din urmă la capătul de recepție, având în același timp o atenuare minimă. Folosind un astfel de cablu, se realizează un grad extrem de ridicat de protecție împotriva expunerii la orice câmp electromagnetic extern și se realizează o rată de transfer de date suficient de mare, care poate ajunge la 1000 Mbps.

Folosind un cablu de fibră optică, este posibilă organizarea simultană a câtorva sute de mii de canale telefonice, videotelefon și televiziune simultan. Dacă vorbim despre alte avantaje inerente unor astfel de cabluri, merită remarcat următoarele:

Complexitate extrem de mare a conexiunii neautorizate.
Cel mai înalt grad de protecție împotriva oricăror incendii.
Rată de transfer de date suficient de mare.

Totuși, dacă vorbim despre dezavantajele unor astfel de sisteme, merită subliniat faptul că acestea sunt destul de scumpe și necesită transformarea laserelor de lumină în electrice și invers. Utilizarea unor astfel de cabluri în majoritatea cazurilor se realizează în procesul de așezare a liniilor de comunicație trunchi, iar proprietățile unice ale cablului l-au făcut, de asemenea, destul de comun în rândul furnizorilor care asigură organizarea internetului.

Comutare

Printre altele, canalele de comunicare pot fi comutate sau necomutate. Primele sunt create doar pentru un anumit timp, în timp ce este necesar să se transfere date, în timp ce cele necomutate sunt alocate abonatului pentru o anumită perioadă de timp și nu depind de cât timp au fost transferate datele.

WiMAX

Astfel de linii, spre deosebire de tehnologiile tradiționale de acces radio, pot funcționa și pe semnalul reflectat, care nu se află în linia vizuală a unei anumite stații de bază. Opinia experților de astăzi este de acord fără echivoc că astfel de rețele mobile deschid perspective uriașe pentru utilizatori în comparație cu WiMAX fix, care este destinat clienților corporativi. În acest caz, informațiile pot fi difuzate pe o distanță suficient de mare (până la 50 km), în timp ce caracteristicile canalelor de comunicație de acest tip includ viteze de până la 70 Mbps.

Satelit

Sistemele prin satelit implică utilizarea de antene specializate cu microunde care sunt folosite pentru a recepționa semnale radio de la unele stații de la sol și apoi pentru a transmite semnalele primite înapoi către alte stații de la sol. Trebuie remarcat faptul că astfel de rețele presupun utilizarea a trei tipuri principale de sateliți localizați pe orbite medii sau joase, precum și geostaționare. În marea majoritate a cazurilor, se obișnuiește lansarea sateliților în grupuri, deoarece, răspândindu-se unul de celălalt, aceștia asigură acoperirea întregii suprafețe a planetei noastre.

Caracteristici

Utilizați următoarele caracteristici ale canalului

Imunitate la zgomot

Imunitate la zgomot. Unde este raportul minim semnal-zgomot;

Volumul canalului

Volumul canalului este determinat de formula: ,

unde este timpul în care canalul este ocupat de semnalul transmis;

Pentru a transmite un semnal pe un canal fără distorsiuni, volumul canalului trebuie să fie mai mare sau egal cu volumul semnalului, adică . Cel mai simplu caz de înscriere a volumului semnalului în volumul canalului este de a realiza îndeplinirea inegalităților, > și . Cu toate acestea, poate fi realizat în alte cazuri, ceea ce face posibilă atingerea caracteristicilor necesare ale canalului prin modificarea altor parametri. De exemplu, pe măsură ce intervalul de frecvență scade, lățimea de bandă poate fi mărită.

Clasificare

În funcție de tipul de mediu de propagare, canalele de comunicare sunt împărțite în canale cu fir, acustice, optice, infraroșu și radio.

Canalele de comunicare sunt, de asemenea, clasificate în

continuu (la intrarea și ieșirea canalului - semnale continue),
discret sau digital (la intrarea și ieșirea canalului - semnale discrete),
continuu-discret (la intrarea canalului - semnale continue, iar la ieșire - semnale discrete),
discret-continuu (la intrarea canalului - semnale discrete, iar la ieșire - semnale continue).

Canalele pot fi atât liniare, cât și neliniare, temporale și spațiu-timp. Este posibil să se clasifice canalele de comunicație după intervalul de frecvență.

Modele de canale de comunicare

Canalul de comunicare este descris de un model matematic, a cărui sarcină este de a determina modelele matematice ale ieșirii și intrării și, precum și de a stabili o conexiune între acestea, caracterizată de operator, i.e.

Modele de canal continuu

Model de canal ideal

Modelul de canal ideal este utilizat atunci când prezența interferenței poate fi neglijată. Când se utilizează acest model, semnalul de ieșire este determinist, adică

unde γ este o constantă care determină câștigul, τ este o întârziere constantă.

Model de canal cu fază de semnal nedefinită și zgomot aditiv

Modelul de canal cu o fază de semnal incertă și zgomot aditiv diferă de modelul de canal ideal prin faptul că este o variabilă aleatorie. De exemplu, dacă semnalul de intrare este de bandă îngustă, atunci semnalul de la ieșirea canalului cu o fază incertă a semnalului și zgomot aditiv este definit după cum urmează:

unde se ține cont de faptul că semnalul de intrare poate fi reprezentat ca:

unde este transformata Hilbert , este o fază aleatorie, a cărei distribuție este de obicei considerată uniformă pe intervalul .

Model de canal cu interferență intersimbol și zgomot aditiv

Modelul de canal cu interferență intersimbol și zgomot aditiv ia în considerare apariția împrăștierii semnalului în timp datorită neliniarității caracteristicii fază-frecvență a canalului și lățimii de bandă limitate a canalului, adică. de exemplu, atunci când se transmit mesaje discrete printr-un canal, valoarea semnalului de ieșire va fi afectată de răspunsurile canalului nu numai la caracterul transmis, ci și la caracterele anterioare sau ulterioare. În canalele radio, apariția interferenței între simboluri este afectată de propagarea pe mai multe căi a undelor radio.

Modele de canale de comunicare discrete

Pentru a defini un model de canal discret, este necesar să se determine setul de simboluri de cod de intrare și de ieșire, precum și setul de probabilități condiționate ale simbolurilor de ieșire pentru intrarea dată.

Modele de canale de comunicare discret-continue

Există și modele de canale de comunicare discret-continue

Vezi si

Note

Literatură

Zyuko A. G., Klovsky D. D., Korzhik V. I., Nazarov M. V., Teoria comunicaţiilor electrice / Ed. D. D. Klovsky. - Manual pentru universități. - M .: Radio și comunicare, 1999. - 432 p. -

Pe fig. 1 a adoptat următoarele denumiri: X, Y, Z, W- semnale, mesaje ; f- piedică; LS- linie de comunicare; AI, PI– sursa și destinatarul informațiilor; P– convertoare (codare, modulare, decodare, demodulare).

Există diferite tipuri de canale care pot fi clasificate în funcție de diferite criterii:

1.După tipul de linii de comunicare: cu fir; cablu; fibra optica;

linii de înaltă tensiune; canale radio etc.

2. După natura semnalelor: continuu; discret; discret-continuu (semnalele la intrarea sistemului sunt discrete, iar la ieșire sunt continue și invers).

3. Pentru imunitate la zgomot: canale fără interferență; cu interferenţe.

Canalele de comunicare se caracterizează prin:

1. Capacitatea canalului definit ca produsul timpului de utilizare a canalului T la, lăţimea spectrului de frecvenţe transmise de canal F lași interval dinamic D la. , care caracterizează capacitatea canalului de a transmite diferite niveluri de semnale

V la = T la F la D la. (1)

Condiția pentru potrivirea semnalului cu canalul:

Vc £ Vk ; T c £ T k ; F c £ Fk ; Vc £ Vk ; DC £ D k .

2.Rata de transfer de informații - cantitatea medie de informații transmise pe unitatea de timp.

4. Redundanță - asigură fiabilitatea informațiilor transmise ( R= 0¸1).

Una dintre sarcinile teoriei informațiilor este de a determina dependența ratei de transfer de informații și a lățimii de bandă a canalului de comunicație de parametrii canalului și de caracteristicile semnalelor și interferențelor.

Un canal de comunicare poate fi comparat la figurat cu drumurile. Drumuri înguste - capacitate redusă, dar ieftine. Drumuri largi - capacitate de trafic bună, dar scumpe. Debitul este determinat de blocaj.

Rata de transfer de date depinde în mare măsură de mediul de transmisie în canalele de comunicație, care sunt diferite tipuri de linii de comunicație.

Cablat:

1. Cablat– pereche răsucită (care suprimă parțial radiația electromagnetică din alte surse). Viteza de transmisie de pana la 1 Mbps. Folosit în rețelele de telefonie și pentru transmisia de date.

2. Cablu coaxial. Rata de transfer 10-100 Mbps - utilizat în rețele locale, TV prin cablu etc.

3. Fibra optica. Rata de transfer 1 Gbps.

În mediile 1-3, atenuarea în dB este liniară cu distanța, adică puterea scade exponențial. Prin urmare, după o anumită distanță, este necesar să instalați regeneratoare (amplificatoare).

Linkuri radio:

1.Canal radio. Rata de transfer 100–400 Kbps. Folosește frecvențe radio de până la 1000 MHz. Până la 30 MHz datorită reflexiei din ionosferă, este posibilă propagarea undelor electromagnetice dincolo de linia vizuală. Dar această gamă este foarte zgomotoasă (de exemplu, de radioamatori). De la 30 la 1000 MHz - ionosfera este transparentă și este necesară linia de vedere. Antenele sunt instalate la înălțime (uneori sunt instalate regeneratoare). Folosit în radio și televiziune.

2.linii de microunde. Rate de transfer de până la 1 Gbps. Utilizați frecvențe radio de peste 1000 MHz. Acest lucru necesită linie de vedere și antene parabolice foarte direcționale. Distanța dintre regeneratoare este de 10-200 km. Folosit pentru telefon, televiziune și transmisie de date.

3. Conexiune prin satelit. Sunt folosite frecvențele de microunde, iar satelitul servește ca regenerator (și pentru multe stații). Caracteristicile sunt aceleași ca și pentru liniile de microunde.

2. Lățimea de bandă a unui canal de comunicație discret

Un canal discret este un set de mijloace concepute pentru a transmite semnale discrete.

Capacitatea canalului de comunicare - cea mai mare rată teoretică de transfer de informații realizabilă, cu condiția ca eroarea să nu depășească o valoare dată. Rata de transfer de informații - cantitatea medie de informații transmise pe unitatea de timp. Să definim expresii pentru calcularea ratei de transfer de informații și a debitului unui canal de comunicație discret.

În timpul transmiterii fiecărui simbol, în medie, cantitatea de informații trece prin canalul de comunicare, care este determinat de formula

I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) - H (X/Y) = H(Y) - H (Y/X) , (2)

Unde: I (Y, X) - informații reciproce, adică cantitatea de informații conținute în Y relativ X ;H(X) este entropia sursei mesajului; H (X/Y)– entropia condiționată, care determină pierderea de informații pe simbol asociată prezenței zgomotului și distorsiunii.

La trimiterea unui mesaj X T durată T, constând din n simboluri elementare, cantitatea medie de informații transmise, ținând cont de simetria cantității reciproce de informații, este:

eu (Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)

Rata de transfer de informații depinde de proprietățile statistice ale sursei, metoda de codare și proprietățile canalului.

Lățimea de bandă a unui canal de comunicație discret

. (5)

Valoarea maximă posibilă, de ex. se caută maximul funcționalului pe întregul set de funcții de distribuție a probabilității p (X) .

Lățimea de bandă depinde de caracteristicile tehnice ale canalului (viteza echipamentului, tipul de modulație, nivelul de interferență și distorsiune etc.). Unitățile de capacitate ale canalului sunt: , , , .

2.1 Canal de comunicație discret fără interferențe

Dacă nu există interferențe în canalul de comunicație, atunci semnalele de intrare și de ieșire ale canalului sunt conectate printr-o dependență funcțională fără ambiguitate.

În acest caz, entropia condiționată este egală cu zero, iar entropiile necondiționate ale sursei și ale receptorului sunt egale, i.e. cantitatea medie de informaţie din simbolul primit în raport cu cel transmis este

I (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.

Dacă X T- numărul de caractere pe dată T, atunci rata de transfer de informații pentru un canal de comunicație discret fără interferențe este egală cu

(6)

Unde V = 1/ este rata medie de transmisie a unui simbol.

Lățime de bandă pentru un canal de comunicație discret, fără interferențe

(7)

Deoarece entropia maximă corespunde simbolurilor echiprobabile, atunci lățimea de bandă pentru distribuția uniformă și independența statistică a simbolurilor transmise este egală cu:

. (8)

Prima teoremă a lui Shannon pentru un canal: Dacă fluxul de informație generat de sursă este suficient de apropiat de lățimea de bandă a canalului de comunicație, i.e.

, unde este o valoare arbitrar mică,

atunci este întotdeauna posibil să găsiți o astfel de metodă de codare care să asigure transmiterea tuturor mesajelor sursă, iar rata de transfer de informații va fi foarte apropiată de capacitatea canalului.

Teorema nu răspunde la întrebarea cum se codifică.

Exemplul 1 Sursa generează 3 mesaje cu probabilități:

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 și p 3 = 0,7.

Mesajele sunt independente și sunt transmise într-un cod binar uniform ( m = 2 ) cu durata simbolului de 1 ms. Determinați viteza de transfer de informații pe un canal de comunicație fără interferențe.

Soluţie: Entropia sursei este

[bps].

Pentru a transmite 3 mesaje cu un cod uniform sunt necesari doi biți, în timp ce durata combinației de coduri este de 2t.

Rata medie a semnalului

V =1/2 t = 500 .

Rata de transfer de informații

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bps].

2.2 Canal de comunicare discret cu zgomot

Vom lua în considerare canale de comunicare discrete fără memorie.

Canal fără memorie Un canal se numește canal în care fiecare simbol de semnal transmis este afectat de interferență, indiferent de semnalele transmise anterior. Adică, interferența nu creează legături corelative suplimentare între simboluri. Numele „fără memorie” înseamnă că în timpul următoarei transmisii, canalul nu pare să-și amintească rezultatele transmisiilor anterioare.

Examen de stat

(examen de stat)

Întrebarea numărul 3 „Canale de comunicare. Clasificarea canalelor de comunicare. Parametrii canalelor de comunicație. Condiție pentru transmiterea semnalului printr-un canal de comunicație.

(Plyaskin)

Legătură. 3

Clasificare. 5

Caracteristicile (parametrii) canalelor de comunicare. 10

Condiția pentru transmiterea semnalului pe canalele de comunicație. 13

Literatură. 14

Legătură

Legătură- un sistem de mijloace tehnice și un mediu de propagare a semnalului pentru transmiterea mesajelor (nu doar a datelor) de la o sursă la un destinatar (și invers). Un canal de comunicare înțeles în sens restrâns ( calea de comunicare) reprezintă doar mediul fizic de propagare, cum ar fi o linie de comunicație fizică.

Canalul de comunicație este conceput pentru a transmite semnale între dispozitive la distanță. Semnalele transportă informații destinate prezentării utilizatorului (uman) sau utilizării de către programele de aplicații pentru computer.

Canalul de comunicare include următoarele componente:

1) dispozitiv de transmisie;

2) dispozitiv de recepție;

3) mediu de transmisie de natură fizică variată (Fig.1) .

Semnalul purtător de informații format de emițător, după trecerea prin mediul de transmisie, este alimentat la intrarea dispozitivului receptor. Mai mult, informația este extrasă din semnal și transmisă consumatorului. Natura fizică a semnalului este aleasă astfel încât să se poată propaga prin mediul de transmisie cu atenuare și distorsiune minimă. Semnalul este necesar ca purtător de informații, nu transportă informații în sine.

Fig.1. Canal de comunicare (opțiunea nr. 1)

Fig.2 Canal de comunicație (opțiunea nr. 2)

Acestea. acesta (canal) este un dispozitiv tehnic (tehnologie + mediu).

Clasificare

Vor exista exact trei tipuri de clasificări. Alege-ți gustul și culoarea:

Clasificare #1:

Există multe tipuri de canale de comunicare, printre care cele mai comune sunt canale cu fir conexiuni ( aer, cablu, ghid de lumină etc.) și canale radio (troposferic, satelit si etc.). Astfel de canale, la rândul lor, sunt de obicei calificate pe baza caracteristicilor semnalelor de intrare și de ieșire, precum și a modificării caracteristicilor semnalelor în funcție de astfel de fenomene care apar în canal, cum ar fi estomparea și atenuarea semnalelor.

În funcție de tipul de mediu de distribuție, canalele de comunicare sunt împărțite în:

Cablat;

Acustic;

Optic;

infraroşu;

Canale radio.

Canalele de comunicare sunt, de asemenea, clasificate în:

continuu (la intrarea și ieșirea canalului - semnale continue),

Discret sau digital (la intrarea și ieșirea canalului - semnale discrete),

continuu-discret (semnale continue la intrarea canalului și semnale discrete la ieșire),

Discret-continuu (la intrarea canalului - semnale discrete, iar la ieșire - semnale continue).

Canalele pot fi liniarȘi neliniară, temporarȘi spatio-temporal.

Posibil clasificare canale de comunicatie după intervalul de frecvență .

Sistemele de transmitere a informaţiei sunt cu un singur canalȘi multicanal. Tipul de sistem este determinat de canalul de comunicare. Dacă sistemul de comunicații este construit pe același tip de canale de comunicație, atunci numele său este determinat de numele tipic al canalelor. În caz contrar, se utilizează specificația caracteristicilor de clasificare.

Clasificare nr. 2 (mai detaliat):

1. Clasificare în funcție de intervalul de frecvență utilizat

Ø Kilometru (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hectometric (CB) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Decametru (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Contor (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

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

Ø Centimetru (SMW) 1-10 cm, 3-30 GHz;

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

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

2. Conform direcţiei liniilor de comunicaţie

- regizat ( se folosesc conductori diferiți):

Ø coaxial,

Ø perechi răsucite pe bază de conductori de cupru,

Ø fibră optică.

- nedirecțional (legături radio);

Ø linia de vedere;

Ø troposferic;

Ø ionosferice

Ø spatiu;

Ø releu radio (retransmisie pe decimetru si unde radio mai scurte).

3. Tipuri de mesaje trimise:

Ø telegraf;

Ø telefon;

Ø transfer de date;

Ø facsimil.

4. Tip de semnale:

Ø analog;

Ø digital;

Ø impuls.

5. După tipul de modulare (manipulare)

- În sistemele de comunicații analogice:

Ø cu modulare de amplitudine;

Ø cu modulație în bandă laterală unică;

Ø cu modulaţie de frecvenţă.

- În sistemele de comunicații digitale:

Ø cu manipulare a amplitudinii;

Ø cu tastare cu deplasare de frecventa;

Ø cu tastare de fază;

Ø cu decalaj relativ de fază;

Ø cu tone keying (elementele individuale manipulează oscilația subpurtătoarei (tonul), după care manipularea se efectuează la o frecvență mai mare).

6. După valoarea bazei semnalului radio

Ø bandă largă (B>> 1);

Ø bandă îngustă (B „1).

7. După numărul de mesaje transmise simultan

Ø monocanal;

Ø multicanal (frecventa, timp, cod de impartire a canalelor);

8. Prin direcția mesajului

Ø unilateral;

Ø bilateral.
9. În ordinea schimbului de mesaje

Ø comunicare simplex- comunicarea radio bidirecțională, în care transmisia și recepția fiecărui post de radio se realizează pe rând;

Ø comunicare duplex- transmisia si receptia se realizeaza simultan (cea mai eficienta);

Ø semi-duplex- se referă la simplex, care prevede trecerea automată de la transmisie la recepție și posibilitatea de a cere din nou corespondentul.

10. Prin modalități de protecție a informațiilor transmise

Ø comunicare deschisa;

Ø comunicare inchisa (secreta).

11. După gradul de automatizare a schimbului de informaţii

Ø neautomatizat - controlul radio si mesageria se realizeaza de catre operator;

Ø automatizat - doar informatiile sunt introduse manual;

Ø automat - procesul de mesagerie se realizează între un dispozitiv automat și un computer fără participarea unui operator.

Clasificarea nr. 3 (se poate repeta ceva):

1. Prin programare

Telefon

Telegraf

televizor

Difuzare

2. După direcția de transmisie

Simplex (transmisie într-un singur sens)

Half-duplex (transmisie alternativ în ambele sensuri)

Duplex (transmite simultan în ambele sensuri)

3. După natura liniei de comunicare

Mecanic

hidraulic

Acustic

Electrice (cablate)

Radio (fară fir)

Optic

4. După natura semnalelor la intrarea și la ieșirea canalului de comunicație

Analogic (continuu)

Discret în timp

Discret după nivelul semnalului

Digital (discret atât în timp, cât și în nivel)

5. După numărul de canale pe linie de comunicație

un singur canal

Multicanal

Și încă un desen aici:

Fig.3. Clasificarea liniilor de comunicare.

Caracteristicile (parametrii) canalelor de comunicare

1. Funcția de transfer de canal: prezentat sub formă caracteristică amplitudine-frecvență (AFC)și arată cum amplitudinea sinusoidei la ieșirea canalului de comunicație scade în comparație cu amplitudinea la intrarea sa pentru toate frecvențele posibile ale semnalului transmis. Răspunsul normalizat în frecvență al canalului este prezentat în Fig.4. Cunoașterea răspunsului în frecvență al unui canal real vă permite să determinați forma semnalului de ieșire pentru aproape orice semnal de intrare. Pentru a face acest lucru, este necesar să găsiți spectrul semnalului de intrare, să convertiți amplitudinea armonicilor sale constitutive în conformitate cu caracteristica amplitudine-frecvență și apoi să găsiți forma semnalului de ieșire prin adăugarea armonicilor convertite. Pentru verificarea experimentală a caracteristicii amplitudine-frecvență, este necesar să se testeze canalul cu sinusoide de referință (egale în amplitudine) pe întregul interval de frecvență de la zero până la o valoare maximă care poate apărea în semnalele de intrare. Mai mult, trebuie să modificați frecvența sinusoidelor de intrare cu un pas mic, ceea ce înseamnă că numărul de experimente ar trebui să fie mare.

-- raportul dintre spectrul semnalului de ieșire și intrare
- latimea de banda

Fig.4 Răspunsul în frecvență normalizat al canalului

2. Lățimea de bandă: este o caracteristică derivată a răspunsului în frecvență. Este o gamă continuă de frecvențe pentru care raportul dintre amplitudinea semnalului de ieșire și intrarea depășește o anumită limită predeterminată, adică lățimea de bandă determină gama de frecvență a semnalului la care acest semnal este transmis pe canalul de comunicație fără distorsiuni semnificative. De obicei, lățimea de bandă este măsurată la 0,7 din răspunsul în frecvență maximă. Lățimea de bandă afectează în cea mai mare măsură viteza maximă posibilă de transfer de informații pe canalul de comunicație.

3. atenuare: este definită ca scăderea relativă a amplitudinii sau puterii unui semnal atunci când un semnal de o anumită frecvență este transmis pe un canal. Adesea, în timpul funcționării canalului, se cunoaște în prealabil frecvența fundamentală a semnalului transmis, adică frecvența a cărei armonică are cea mai mare amplitudine și putere. Prin urmare, este suficient să se cunoască atenuarea la această frecvență pentru a estima aproximativ distorsiunea semnalelor transmise pe canal. Estimări mai precise sunt posibile dacă se cunoaște atenuarea la mai multe frecvențe corespunzătoare mai multor armonici fundamentale ale semnalului transmis.

Atenuarea este de obicei măsurată în decibeli (dB) și este calculată folosind următoarea formulă: , Unde

Puterea semnalului la ieșirea canalului,

Puterea semnalului la intrarea canalului.

Atenuarea este întotdeauna calculată pentru o anumită frecvență și este legată de lungimea canalului. În practică, se folosește întotdeauna conceptul de „atenuare specifică”, adică. atenuarea semnalului pe unitatea de lungime a canalului, de exemplu, atenuare de 0,1 dB/metru.

4. Viteza de transmisie: caracterizează numărul de biți transmiși pe canal pe unitatea de timp. Se măsoară în biți pe secundă - bps, precum și unități derivate: Kbps, Mbps, Gbps. Rata de transmisie depinde de lățimea de bandă a canalului, nivelul de zgomot, tipul de codare și modulație.

5. Imunitate la zgomot canal: caracterizează capacitatea sa de a furniza transmisie de semnal în condiții de interferență. Interferența este împărțită în intern(reprezintă zgomotul termic al echipamentelor) Și extern(sunt variate și depind de mediul de transmisie). Imunitatea la zgomot a canalului depinde de soluțiile hardware și algoritmice pentru procesarea semnalului primit, care sunt încorporate în transceiver. Imunitate la zgomot semnalizare printr-un canal poate fi crescutăîn detrimentul codificare şi prelucrare specială semnal.

6. Interval dinamic : logaritmul raportului dintre puterea maximă a semnalului transmis de canal la minim.

7. Imunitate la zgomot: aceasta este imunitatea la zgomot, adică imunitate la zgomot.

Actualizăm iPhone-ul fără probleme La ce ios este actualizat iPhone-ul 4

Cum să ștergeți memoria cache pe un computer sau laptop Unde să ștergeți memoria cache pe un computer

Cum să faci un monitor personal pe care doar tu îl poți vedea Cum să faci ca ecranul să rămână aprins

Cum să resetați parola de blocare a iPhone-ului dacă este uitată