Sa kanalima za prijenos informacija svih. Šema prijenosa informacija različitim tehničkim kanalima

Komunikacijski kanali (CS) služe za prenos signala i uobičajena su karika u svakom sistemu za prenos informacija.

Po fizičkoj prirodi komunikacijski kanali se dijele na mehanički, koristi se za prenos materijalnih medija, acoustic, optički I električni prenose, odnosno, zvučne, svjetlosne i električne signale.

Električni i optički komunikacijski kanali, ovisno o načinu prijenosa signala, mogu se podijeliti na žičane, koristeći fizičke provodnike za prijenos signala (električne žice, kablovi, svjetlovode), i bežične, koristeći elektromagnetne valove za prijenos signala (radio kanali, infracrveni kanali).

Prema formi prezentacije prenesene informacije komunikacijski kanali se dijele na analogni, preko koje se informacije prenose u kontinuiranom obliku, tj. kao kontinuirani niz vrijednosti neke fizičke veličine, i digitalno, prenos informacija predstavljenih u obliku digitalnih (diskretnih, impulsnih) signala različite fizičke prirode.

U zavisnosti od mogućih pravaca prenosa informacija, komunikacioni kanali se dele na simplex, omogućavanje prenosa informacija samo u jednom pravcu; poludupleks, pružanje alternativnog prijenosa informacija u smjeru naprijed i nazad; duplex, omogućavajući prijenos informacija istovremeno u smjeru naprijed i nazad.

Komunikacijski kanali su switched, koji se kreiraju iz zasebnih sekcija (segmenata) samo za vrijeme prijenosa informacija preko njih, a na kraju prijenosa takav kanal se likvidira (isključuje), i neisključeno(označeno) kreirano na dugo vrijeme i imati konstantne karakteristike dužina, propusnost, otpornost na buku.

Široko se koristi u automatizovani sistemi obrada informacija i električno upravljanje žičani kanali veze se razlikuju po propusnosti:

mala brzina brzina prijenosa informacija od 50 do 200 bps. To su telegrafski komunikacijski kanali, kako komutirani (pretplatnički telegraf) tako i nekomutirani;

srednja brzina, korištenje analognih (telefonskih) komunikacijskih kanala; brzina prenosa u njima je od 300 do 9600 bps, au novim standardima V.32 - V.34 Međunarodnog konsultativnog komiteta za telegrafiju i telefoniju (CCITT) i od 14400 do 56.000 bps;

velika brzina(širokopojasni), pružajući brzinu prijenosa informacija od preko 56.000 bps.

Za prijenos informacija na niske i srednje brzine CS fizički medij su obično žičane komunikacijske linije: grupe paralelnih ili upletenih žica tzv upredeni par. Sastoji se od izolovanih provodnika koji su upleteni zajedno u parove kako bi se smanjilo i elektromagnetsko preslušavanje i slabljenje signala tokom prenosa na visokim frekvencijama.

Za organizaciju brzih (širokopojasnih) koriste se CS razni kablovi:

Oklopljeni upredenim parovima bakrenih žica;

Neoklopljeno sa upredenim parovima bakrenih žica;

koaksijalni;

Optičko vlakno.

STP kablovi(zaštićene upredenim parovima bakrenih žica) imaju dobre tehničke karakteristike, ali su nezgodne za upotrebu i skupe.

UTP kablovi(neoklopljene sa upredenim paricama bakrenih žica) se dosta koriste u sistemima za prenos podataka, posebno u računarskim mrežama.

Postoji pet kategorija upredenih parica: prva i druga kategorija se koriste za prenos podataka male brzine; treći, četvrti i peti - pri brzinama prenosa do 16,25 i 155 Mbps, respektivno. Ovi kablovi su dobri tehničke specifikacije, relativno jeftin, jednostavan za korištenje, ne zahtijeva uzemljenje.

Koaksijalni kabl je bakarni vodič obložen dielektrikom i okružen nizom tankih bakrenih provodnika koji štite zaštitna školjka. Brzina prijenosa podataka koaksijalni kabl prilično visok (do 300 Mbps), ali nije dovoljno zgodan za korištenje i ima visoku cijenu.

Optički kabl(Sl. 8.2) sastoji se od staklenih ili plastičnih vlakana prečnika od nekoliko mikrometara (jezgra koja vodi svetlost) sa visokim indeksom prelamanja p s, okružen izolacijom sa niskim indeksom prelamanja n 0 i stavljen u zaštitnu polietilenski omotač. Na sl. 8.2, ali prikazana je raspodjela indeksa prelamanja po poprečnom presjeku optičkog kabla, a na sl. 8.2, b- šema prostiranja zraka. Izvor zračenja koje se širi kroz optički kabel je LED ili poluvodički laser, prijemnik zračenja je fotodioda, koja pretvara svjetlosne signale u električne signale. Prenošenje svetlosnog snopa kroz vlakno zasniva se na principu totalne unutrašnje refleksije snopa od zidova jezgre za vođenje svetlosti, čime se obezbeđuje minimalno slabljenje signala.

Rice. 8.2.Širenje zraka duž optičkog kabla:

ali- raspodjela indeksa prelamanja po poprečnom presjeku optičkog kabla;

b - obrazac širenja zraka

Osim toga, optički kablovi štite prenesene informacije od vanjskih elektromagnetnih polja i velika brzina prenosi do 1000 Mbps. Kodiranje informacija vrši se analognom, digitalnom ili impulsnom modulacijom svjetlosnog snopa. Kabel sa optičkim vlaknima je prilično skup i obično se koristi samo za polaganje važnih komunikacijskih kanala magistrale, na primjer, položenih duž dna Atlantik kablovska veza Evrope sa Amerikom. U računarskim mrežama, optički kabl se koristi u najkritičnijim oblastima, posebno na Internetu. Jedan debeli okosnički optički kabl može istovremeno organizovati nekoliko stotina hiljada telefona, nekoliko hiljada video telefona i oko hiljadu TV kanali veze.

Brzi CS organizovan na bazi bežičnih radio kanala.

Radio kanal - radi se o bežičnom komunikacijskom kanalu postavljenom preko zraka. Za formiranje radio kanala koriste se radio predajnik i radio prijemnik. Brzine prenosa podataka preko radio kanala su praktično ograničene propusnim opsegom opreme primopredajnika. Opseg radio talasa određen je frekvencijskim opsegom elektromagnetnog spektra koji se koristi za prenos podataka. U tabeli. 8.1 prikazuje opsege radio talasa i njihove odgovarajuće frekventne opsege.

Za komercijalne telekomunikacione sisteme, najčešće se koriste frekvencijski opsezi 902 - 928 MHz i 2,40 - 2,48 GHz.

Bežični komunikacioni kanali imaju slabu otpornost na buku, ali pružaju korisniku maksimalnu mobilnost i odziv.

Telefonske linije najobimniji i najrasprostranjeniji. Oni vrše prijenos zvučnih (tonskih) i faksimilnih poruka. Na bazi telefonske komunikacione linije, informacionih i referentnih sistema, sistema Email I kompjuterske mreže. Na bazi telefonske linije mogu se kreirati analogni i digitalni kanali za prenos informacija.

IN analogne telefonske linije telefonski mikrofon pretvara zvučne vibracije u analogne električni signal, koji se prenosi putem pretplatničke linije u ATS. Širina pojasa potrebna za prenos ljudskog glasa je približno 3 kHz (opseg 300 Hz - 3,3 kHz). Signalizacija poziva se prenosi istim kanalom kao i glasovni prijenos.

IN digitalni kanali veze analogni signal se uzorkuje prije ulaza - pretvara se u digitalni oblik: svakih 125 µs (frekvencija uzorkovanja je 8 kHz) trenutna vrijednost analogni signal prikazano u 8-bitnom binarnom kodu.

Tabela 8.1

Opsezi radio talasa i njihovi odgovarajući frekventni opsezi

Danas se informacije toliko brzo šire da nema uvijek dovoljno vremena da ih se shvati. Većina ljudi rijetko razmišlja o tome kako i na koji način se prenosi, a još više ne zamišlja shemu za prenošenje informacija.

Osnovni koncepti

Prijenos informacija se smatra fizičkim procesom kretanja podataka (znakova i simbola) u prostoru. Sa stanovišta prenosa podataka, radi se o unapred planiranom, tehnički opremljenom događaju za kretanje informacionih jedinica za podesiti vrijeme od takozvanog izvora do primaoca putem informacijskog kanala, odnosno kanala podataka.

Kanal za prenos podataka - skup sredstava ili medij za distribuciju podataka. Drugim riječima, to je onaj dio šeme prijenosa informacija koji osigurava kretanje informacija od izvora do primaoca, a pod određenim uvjetima i nazad.

Postoje mnoge klasifikacije kanala za prenos podataka. Ako izdvojimo glavne, možemo navesti sljedeće: radio kanale, optički, akustični ili bežični, žični.

Tehnički kanali prenosa informacija

Direktno do tehnički kanali prijenos podataka uključuje radio kanale, optičke kanale i kabel. Kabl može biti koaksijalni ili upredeni par. Prvi je električni kabel sa bakrene žice unutra, a drugi - upredeni parovi bakrene žice, izolirane u paru, smještene u dielektričnom omotaču. Ovi kablovi su prilično fleksibilni i jednostavni za upotrebu. Optičko vlakno se sastoji od vlakana optičkih vlakana koji prenose svjetlosne signale kroz refleksiju.

Glavne karakteristike su propusnost i otpornost na buku. Pod širinom pojasa se obično podrazumijeva količina informacija za koju se može prenijeti preko kanala određeno vrijeme. A otpornost na buku je parametar stabilnosti kanala na efekte vanjskih smetnji (šuma).

Razumijevanje prijenosa podataka

Ako ne navedete opseg, opšta šema Prijenos informacija izgleda jednostavno, uključuje tri komponente: "izvor", "prijemnik" i "kanal za prijenos".

Šenonova šema

Claude Shannon, američki matematičar i inženjer, stajao je na početku teorije informacija. Predložio je šemu za prenošenje informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala.

Lako je razumjeti ovaj dijagram. Pogotovo ako zamislite njegove elemente u obliku poznatih predmeta i pojava. Na primjer, izvor informacija je osoba koja razgovara telefonom. Slušalica će biti enkoder koji pretvara govor ili zvučne valove u električne signale. Kanal za prijenos podataka u ovom slučaju su komunikacioni čvorovi, općenito, cijela telefonska mreža koja vodi od jednog telefonski aparat drugome. Pretplatnička slušalica služi kao uređaj za dekodiranje. Ona pretvara električni signal nazad u zvuk, odnosno u govor.

U ovom dijagramu procesa prijenosa informacija podaci su predstavljeni kao kontinuirani električni signal. Takva veza se naziva analogna.

Koncept kodiranja

Kodiranjem se smatra transformacija informacije koju šalje izvor u oblik pogodan za prijenos preko korištenog komunikacijskog kanala. Većina jasan primjer kodiranje je Morzeov kod. U njemu se informacije pretvaraju u niz tačaka i crtica, odnosno kratkih i dugi signali. Strana koja prima ovu sekvencu mora dekodirati.

IN moderne tehnologije koristeći digitalne komunikacije. U njemu se informacije pretvaraju (kodiraju) u binarne podatke, odnosno 0 i 1. Postoji čak i binarna abeceda. Takva veza se naziva diskretna.

Smetnje u informacionim kanalima

Šum je takođe prisutan u šemi prenosa podataka. Koncept "buke" u ovaj slučaj znači smetnje, zbog kojih je signal izobličen i, kao rezultat, njegov gubitak. Razlozi za smetnje mogu biti različiti. Na primjer, informativni kanali mogu biti slabo zaštićeni jedno od drugog. Da bi se spriječile smetnje, razne tehničkim načinima zaštite, filteri, oklopi itd.

K. Shannon je razvio i predložio za upotrebu teoriju kodiranja za borbu protiv buke. Ideja je da ako se informacija izgubi pod uticajem buke, onda preneti podaci treba da budu redundantni, ali u isto vreme ne toliko da bi smanjili brzinu prenosa.

U digitalnim komunikacijskim kanalima informacije se dijele na dijelove - pakete, za svaki od kojih se izračunava kontrolni zbroj. Ova količina se prenosi zajedno sa svakim paketom. Primalac informacija ponovo izračunava ovu sumu i prihvata paket samo ako se poklapa sa originalnim. U suprotnom, paket se ponovo šalje. I tako sve dok se poslani i primljeni kontrolni sumi ne podudaraju.

Kanal za prijenos informacija je skup tehnička sredstva, koji obezbjeđuje prijenos električnih signala s jedne tačke na drugu. Ulazi kanala su povezani na predajnik, a izlazi na prijemnik. U modernom digitalni sistemi komunikacije, glavne funkcije predajnika i prijemnika obavlja modem. Jedna od glavnih karakteristika kanala je brzina prenosa informacija. Maksimalna moguća brzina prijenosa informacija (podataka) preko komunikacionog kanala pod fiksnim ograničenjima naziva se kapacitet kanala, označen sa C i ima dimenziju bit/s. IN opšti slučaj Kapacitet kanala se može odrediti formulom: (8.22) gdje je I količina informacija koje se prenose tokom vremena T. Kao mjeru količine informacija uzimamo R. Hartleyjevu mjeru, definiranu kao logaritam mogućih stanja objekta b. (8.23) Za pronalaženje I koristimo teoremu Kotelnikova, koja dokazuje da signal koji u svom spektru ne sadrži frekvencije iznad P može biti predstavljen sa 2P nezavisnih vrijednosti u sekundi, čija ukupnost u potpunosti određuje ovaj signal. Ova procedura pozvao analogna u digitalna konverzija, razmatrano je u pogl. 6. Sastoji se od dvije faze - vremenskog uzorkovanja, tj. predstavljanja signala u obliku n uzoraka uzetih u vremenskom intervalu 1 = 1 / (2P), i kvantizacije nivoa, tj. predstavljanja amplitude signala jednim od t moguće vrijednosti. Odredimo broj različitih poruka koje mogu biti sastavljene od n elemenata koji zauzimaju bilo koje od m različitih fiksnih stanja. Iz ansambla od n elemenata, od kojih svaki može biti u jednom od m fiksnih stanja, može se sastaviti m a razne kombinacije, tj. 1 = m". Tada: (8.24) Za vrijeme T, broj uzoraka n = T / 1 = 2RG. Da nije bilo šuma, tada bi broj m diskretnih nivoa signala bio beskonačan. u slučaju šuma, potonji određuje stepene razlikovnosti pojedinačnih nivoa amplitude signala. Pošto je snaga prosječna amplituda, broj razlučivih nivoa signala u smislu snage je jednak (R e + R w) / R w), i u smislu amplitude, respektivno: Tada je kapacitet kanala: (8.25) Dakle, kapacitet kanala je ograničen sa dvije vrijednosti: širinom kanala i šumom. Relacija (8.25) je poznata kao Hartley-Shannonova formula i smatra se glavnom u teoriji informacija. Frekvencijski opseg i snaga signala uključeni su u formulu na način da je za C = const, pri sužavanju opsega potrebno povećati snagu signala i obrnuto. Glavne karakteristike komunikacionih kanala uključuju: ■ frekvencijski odziv (AFC); ■ propusni opseg; ■ slabljenje; * propusnost; ■ pouzdanost prenosa podataka; ■ otpornost na buku. Za određivanje karakteristika komunikacijskog kanala koristi se analiza njegovog odgovora na određeni referentni utjecaj. Najčešće se kao referenca koriste sinusoidni signali. različite frekvencije. Frekvencijski odziv pokazuje kako se amplituda sinusoida mijenja na izlazu komunikacijske linije u odnosu na amplituda na njenom ulazu za sve frekvencije prenijeti signal. Širina pojasa je opseg frekvencija za koji odnos amplitude izlaznog signala i ulaznog signala prelazi određenu određenu granicu (za snagu od 0,5). Ovaj propusni opseg definira frekvencijski raspon sinusoidnog signala na kojem se ovaj signal prenosi preko komunikacione linije bez značajnih izobličenja. Širina pojasa utiče na maksimalnu moguću brzinu prenosa informacija preko komunikacione linije. Slabljenje - definiše se kao relativno smanjenje amplitude ili snage signala kada se signal određene frekvencije prenosi preko komunikacione linije. Slabljenje I se obično mjeri u decibelima (dB) i izračunava se po formuli: gdje je P out snaga signala na linijskom izlazu; P in - snaga signala na linijskom ulazu. Propusnost linije karakteriše maksimalnu moguću brzinu prenosa podataka preko komunikacione linije i meri se u bitovima u sekundi (bps), kao i u izvedenim jedinicama Kbps, Mbps, Gbps. Na propusnost linije utiče fizičko i logičko kodiranje. Način prezentacije diskretne informacije u obliku signala koji se prenose na komunikacijsku liniju naziva se fizičko linearno kodiranje. Spektar signala i, shodno tome, propusni opseg linije zavise od odabrane metode kodiranja. Stoga, za jednu ili drugu metodu kodiranja, linija može imati različitu širinu pojasa. Ako se signal promijeni tako da se mogu razlikovati samo dva njegova stanja, tada će svaka promjena u njemu odgovarati najmanjoj jedinici informacije - bitu. Ako se signal promijeni tako da se može razlikovati više od dva stanja, onda svaka promjena u njemu nosi nekoliko bitova informacija. Broj izmjena parametar informacija vibracija nosioca ( periodični signal) u sekundi se mjeri u baudovima. Propusni opseg linije u bitovima u sekundi općenito nije isti kao broj bauda. Može biti veći ili manji od brzine prijenosa, a ovaj omjer ovisi o metodi kodiranja. Ako signal ima više od dva različita stanja, tada će propusnost u bps biti veća od broja bauda. Na primjer, ako su parametri informacija faza i amplituda sinusoida, a postoje 4 fazna stanja (0, 90, 180 i 270) i ​​dvije vrijednosti amplitude, tada informacioni signal ima osam različitih država. U ovom slučaju, modem koji radi na 2400 bauda (sa frekvencija sata 2400 Hz), prenosi informacije brzinom od 7200 bps, budući da se tri bita informacije prenose sa jednom promjenom signala. Kada se koristi signal sa dva različita stanja, može se uočiti suprotna slika. Ovo se događa kada je svaki bit u nizu kodiran sa nekoliko promjena u informacijskom parametru signala nosioca radi pouzdanog prepoznavanja informacija od strane prijemnika. Na primjer, kada se kodira pojedinačna vrijednost bita s impulsom pozitivnog polariteta i nulta vrijednost bita s impulsom negativnog polariteta, signal mijenja svoje stanje dva puta tokom prijenosa svakog bita. Sa ovom metodom kodiranja, propusnost linije je dva puta manja od broja baudova koji se prenose preko linije. Na propusnost utiče logičko kodiranje, koje se izvodi prije fizičkog kodiranja i uključuje zamjenu bitova originalne informacije novom sekvencom bita koja nosi iste informacije, ali ima dodatna svojstva (otkrivanje kodova, šifriranje). U ovom slučaju, iskrivljena sekvenca bitova se zamjenjuje dužom sekvencom, tako da je kapacitet kanala smanjen. U opštem slučaju, odnos između propusnog opsega linije i njenog maksimalnog mogućeg opsega je određen relacijom (8.25). Iz ove relacije proizilazi da iako teorijska granica nema povećanja kapaciteta linije (sa fiksnim propusnim opsegom), u praksi takvo ograničenje postoji. Moguće je povećati kapacitet linije povećanjem snage predajnika ili smanjenjem snage smetnji. Međutim, povećanje snage predajnika dovodi do povećanja njegovih dimenzija i cijene, a smanjenje buke zahtijeva korištenje specijalni kablovi sa dobrim zaštitni ekrani i smanjenje buke u komunikacijskoj opremi. Kapacitet kanala je maksimalna vrijednost brzine. Da bi se postigla ova brzina prijenosa, informacije moraju biti kodirane na najefikasniji način. Tvrdnja da je takvo kodiranje moguće najvažniji je rezultat Šenonove teorije informacija. Shannon je dokazao fundamentalnu mogućnost takvog efikasnog kodiranja, ne određujući, međutim, konkretne načine njegove implementacije. (Imajte na umu da u praksi inženjeri često govore o kapacitetu kanala, pod tim podrazumevajući stvarnu, a ne potencijalnu brzinu prenosa.) Efikasnost komunikacionih sistema karakteriše parametar, jednaka brzini prijenos informacija I po jedinici propusnog opsega G, tj. I / R. Da ilustruje postojeće mogućnosti za stvaranje efikasni sistemi veze na sl. 8.12 prikazuje grafikone zavisnosti efikasnosti prenosa informacija kada razne vrste M-ary diskretna amplituda, frekvencija i fazna modulacija(pored binarne modulacije koristi se i modulacija sa 4, 8, 16 pa čak i 32 pozicije moduliranog parametra) od odnosa energije jednog bita prema spektralnoj gustini snage šuma (Eo/Mo). Za poređenje je prikazana i Šenonova granica. Poređenje krivulja pokazuje, posebno, da je najefikasniji prijenos fazno pomaknut. diskretna modulacija, međutim, pri konstantnom omjeru signal-šum, najpopularniji tip 4PSK modulacije je tri puta gori od potencijalno ostvarivog. Pouzdanost prenosa podataka karakteriše verovatnoću izobličenja za svaki preneseni bit podaci. Pokazatelj pouzdanosti je vjerovatnoća pogrešnog prijema simbola informacije - R. 1 ILI Rice. 8.12. Efikasnost digitalnih komunikacionih sistema: 1 - Šenonova granica; 2 - M-ary FMn; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Vrijednost R osh za komunikacione kanale bez dodatna sredstva zaštita od greške je u pravilu 10 4 ... 10 6 . U optičkim komunikacionim linijama, R osh je 10 "9. To znači da je pri R osh = 10 4, u proseku, od 10.000 bita, vrednost jednog bita izobličena. Izobličenja bita se javljaju i zbog prisustva smetnji. na liniji, a zbog izobličenja talasnog oblika ograničenog propusnim opsegom linije. Stoga je za poboljšanje pouzdanosti prenošenih podataka potrebno povećati stepen otpornosti vodova na buku, kao i koristiti više širokopojasne komunikacije Neizostavni dio svakog kanala je komunikaciona linija - fizički medij koji obezbjeđuje protok signala od predajnika do prijemnika.U zavisnosti od medija za prenos podataka, komunikacione linije mogu biti: ■ žične (nadzemne) ■ kablovske (bakrene) i optička vlakna) ■ zemaljski i satelitske komunikacije (bežični kanali veze). Žičane komunikacijske linije su žice položene između nosača bez ikakvih zaštitnih ili izolacijskih pletenica. Otpornost na buku i brzina prijenosa podataka u ovim linijama je niska. U pravilu se telefonski i telegrafski signali prenose kroz takve komunikacijske linije. 8.3.1.

Prijenos informacija odvija se od izvora do primaoca (primaoca) informacije. izvor informacija može biti bilo koja: bilo koji predmet ili pojava žive ili nežive prirode. Proces prenosa informacija odvija se u nekom materijalnom okruženju koje razdvaja izvor i primaoca informacije, što se naziva kanal prijenos informacija. Informacija se prenosi kanalom u obliku određenog niza signala, simbola, znakova, koji se nazivaju poruka. Primalac informacija je objekat koji prima poruku, usled čega dolazi do određenih promena u njegovom stanju. Sve navedeno je šematski prikazano na slici.

Transfer informacija

Osoba prima informacije iz svega što ga okružuje, putem čula: sluha, vida, mirisa, dodira, ukusa. Najveću količinu informacija osoba prima putem sluha i vida. Uhom se percipira audio poruke- akustični signali u kontinuiranom mediju (najčešće - u zraku). Vid percipira svjetlosne signale koji nose sliku objekata.

Nije svaka poruka informativna za osobu. Na primjer, poruka na nerazumljivom jeziku, iako je prenesena osobi, ne sadrži informacije za njega i ne može uzrokovati adekvatne promjene u njegovom stanju.

Informacijski kanal može biti prirodne prirode (atmosferski zrak kroz koji se prenose zvučni valovi, sunčeva svjetlost reflektirana od posmatranih objekata) ili biti umjetno stvoren. IN poslednji slučaj mi pričamo o tehničkim sredstvima komunikacije.

Sistemi za prenos tehničkih informacija

Prvo tehničko sredstvo za prijenos informacija na daljinu bio je telegraf koji je 1837. izumio Amerikanac Samuel Morse. Godine 1876. Amerikanac A. Bell izume telefon. Na osnovu otkrića njemačkog fizičara Heinricha Hertza elektromagnetnih talasa(1886), A.S. Popov u Rusiji 1895. i gotovo istovremeno s njim 1896. G. Markoni u Italiji izumljen je radio. Televizija i internet pojavili su se u dvadesetom veku.

Sve navedene tehničke metode informatičke komunikacije temelje se na prijenosu fizičkog (električnog ili elektromagnetnog) signala na daljinu i podliježu određenim opšti zakoni. Proučavanje ovih zakona je teorija komunikacije koji se pojavio 1920-ih. Matematički aparat teorije komunikacije - matematička teorija komunikacije, koji je razvio američki naučnik Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SAD

Claude Shannon je predložio model za proces prenošenja informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala, predstavljen dijagramom.

Sistem za prenos tehničkih informacija

Kodiranje ovdje znači bilo kakvu transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos preko komunikacijskog kanala. Dekodiranje - inverzna transformacija signalnog niza.

Rad takve šeme može se objasniti poznatim procesom telefonskog razgovora. Izvor informacija je čovjek koji priča. Enkoder je mikrofon slušalice koji pretvara zvučne valove (govor) u električne signale. Komunikacijski kanal je telefonska mreža (žice, prekidači telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Uređaj za dekodiranje je slušalica (slušalice) osobe koja sluša – prijemnika informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Moderna kompjuterski sistemi prenos informacija – kompjuterske mreže rade na istom principu. Postoji proces kodiranja koji pretvara binarni kompjuterski kod u fizički signal tipa koji se prenosi komunikacijskim kanalom. Dekodiranje je inverzna transformacija prenosi signal u kompjuterski kod. Na primjer, kada se koriste telefonske linije u kompjuterskim mrežama, funkcije kodiranja i dekodiranja obavlja uređaj koji se naziva modem.

Kapacitet kanala i brzina prijenosa informacija

Developers tehnički sistemi prenosa informacija moraju se riješiti dva međusobno povezana zadatka: kako osigurati najveća brzina prijenos informacija i kako smanjiti gubitak informacija tokom prijenosa. Claude Shannon je bio prvi naučnik koji je preuzeo rješenje ovih problema i stvorio novu nauku za to vrijeme - teorija informacija.

K.Shannon je odredio metodu mjerenja količine informacija koje se prenose komunikacijskim kanalima. Oni su predstavili koncept propusnost kanala,kao maksimalna moguća brzina prenosa informacija. Ova brzina se mjeri u bitovima u sekundi (kao i kilobitima u sekundi, megabitima u sekundi).

Propusnost komunikacijskog kanala zavisi od njegove tehničke implementacije. Na primjer, računarske mreže koriste sljedeća sredstva komunikacije:

telefonske linije,

Električni kablovski priključak,

optički kablovi,

Radio komunikacija.

Propusnost telefonskih linija - desetine, stotine Kbps; propusnost optičkih linija i radio komunikacijskih linija mjeri se u desetinama i stotinama Mbps.

Buka, zaštita od buke

Izraz "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje izobličuju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje prvenstveno nastaju iz tehničkih razloga: loše kvalitete komunikacijske linije, nesigurnost jedne od drugih različitih tokova informacija koje se prenose istim kanalima. Ponekad, dok razgovaramo telefonom, čujemo buku, pucketanje, koji otežavaju razumijevanje sagovornika, ili se razgovor potpuno različitih ljudi nadoveže na naš razgovor.

Prisustvo šuma dovodi do gubitka prenošenih informacija. U takvim slučajevima neophodna je zaštita od buke.

Prije svega, koriste se tehničke metode za zaštitu komunikacijskih kanala od utjecaja buke. Na primjer, korištenje oklopljenog kabela umjesto gole žice; korištenje raznih vrsta filtera koji odvajaju koristan signal od šuma itd.

Claude Shannon je razvio teorija kodiranja, koji daje metode za rješavanje buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacijske linije mora biti suvišan. Zbog toga se gubitak dijela informacija tokom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako vas je teško čuti dok razgovarate telefonom, onda ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sagovornik ispravno razumjeti.

Međutim, ne možete učiniti redundanciju prevelikom. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Teorija kodiranja vam omogućava da dobijete kod koji će biti optimalan. U ovom slučaju, redundantnost prenesenih informacija bit će minimalna moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

IN savremeni sistemi digitalne komunikacije Za borbu protiv gubitka informacija tokom prijenosa, često se koristi sljedeća tehnika. Cela poruka je podeljena na delove - paketi. Za svaki paket se obračunava ček suma(suma binarne cifre) koji se šalje sa ovim paketom. Kontrolna suma se ponovo izračunava na strani koja prima. primljen paket i, ako ne odgovara originalnom iznosu, transfer ovaj paket ponavlja. Ovo će se nastaviti sve dok se početni i konačni kontrolni zbroj ne poklope.

S obzirom na prijenos informacija u propedevtičkim i osnovni kursevi Informatiku, prije svega, ovu temu treba razmatrati sa pozicije čovjeka kao primaoca informacije. Sposobnost primanja informacija iz okolnog svijeta - bitno stanje ljudsko postojanje. Ljudski čulni organi su informativni kanali ljudskog tijela, koji povezuje osobu sa spoljašnje okruženje. Na osnovu toga informacije se dijele na vizualne, slušne, olfaktorne, taktilne i okusne. Obrazloženje činjenice da ukus, miris i dodir prenose informaciju osobi je sljedeće: pamtimo mirise poznatih predmeta, okus poznate hrane, poznate predmete prepoznajemo dodirom. A sadržaj naše memorije su pohranjene informacije.

Učenicima treba reći da je u životinjskom svijetu informaciona uloga osjetila drugačija od ljudske. bitan informacijska funkcija vrši čulo mirisa za životinje. Koristi se pojačan njuh službenih pasa sprovođenje zakona za traženje kriminalaca, otkrivanje droge itd. Vizuelna i zvučna percepcija životinja razlikuje se od percepcije ljudi. Na primjer, poznato je da slepi miševi čuju ultrazvuk, a poznato je da mačke vide u mraku (iz ljudske perspektive).

U okviru ove teme studenti bi trebali biti sposobni da vode konkretnim primjerima proces prenosa informacija, da se za ove primere odredi izvor, primalac informacija, korišćeni kanali za prenos informacija.

Prilikom izučavanja informatike u srednjoj školi učenike treba upoznati sa osnovnim odredbama tehničke teorije komunikacija: pojmovima kodiranja, dekodiranja, brzine prenosa informacija, kapaciteta kanala, buke, zaštite od buke. Ova pitanja se mogu razmatrati u okviru teme „Tehnička sredstva računarskih mreža“.

Državni ispit

(državni ispit)

Pitanje broj 3 „Kanali komunikacije. Klasifikacija komunikacijskih kanala. Parametri komunikacijskih kanala. Uslov za prijenos signala preko komunikacijskog kanala.

(Plyaskin)

Veza. 3

Klasifikacija. pet

Karakteristike (parametri) komunikacijskih kanala. 10

Uvjet za prijenos signala preko komunikacijskih kanala. 13

Književnost. četrnaest

Veza

Veza- sistem tehničkih sredstava i okruženje za širenje signala za prenošenje poruka (ne samo podataka) od izvora do primaoca (i obrnuto). Komunikacijski kanal shvaćen u užem smislu ( put komunikacije), predstavlja samo fizičko okruženješirenje signala, npr. fizička linija veze.

Komunikacijski kanal je dizajniran za prijenos signala između udaljene uređaje. Signali nose informacije namijenjene za predstavljanje korisniku (čovjeku) ili za korištenje aplikativni programi COMPUTER.

Komunikacijski kanal uključuje sljedeće komponente:

1) prenosni uređaj;

2) prijemni uređaj;

3) prenosni medij različite fizičke prirode (Sl.1).

Signal za prijenos informacija formiran od predajnika, nakon prolaska kroz prijenosni medij, dovodi se na ulaz prijemnog uređaja. Nadalje, informacija se izdvaja iz signala i prenosi do potrošača. Fizička priroda signala je odabrana tako da se može širiti kroz prijenosni medij uz minimalno slabljenje i izobličenje. Signal je potreban kao nosilac informacija, on sam ne nosi informaciju.

Fig.1. Komunikacijski kanal (opcija br. 1)

Slika 2 Komunikacioni kanal (opcija br. 2)

One. ovaj (kanal) - tehnički uređaj(tehnologija + okolina).

Klasifikacija

Biće tačno tri vrste klasifikacija. Odaberite svoj ukus i boju:

Klasifikacija #1:

Postoji mnogo vrsta komunikacijskih kanala, među kojima su najčešći žičani kanali komunikacije ( zrak, kabel, svjetlovod itd.) i radio kanale (troposferski, satelitski i sl.). Takvi kanali se, pak, obično kvalifikuju na osnovu karakteristika ulaznih i izlaznih signala, kao i na osnovu promene karakteristika signala u zavisnosti od pojava koje se dešavaju u kanalu kao što su zatamnjenje i slabljenje signala.

Prema vrsti medija za distribuciju, kanali komunikacije se dijele na:

Wired;

Acoustic;

Optical;

infracrveni;

Radio kanali.

Komunikacijski kanali se također dijele na:

kontinuirano (na ulazu i izlazu kanala - kontinuirani signali),

Diskretni ili digitalni (na ulazu i izlazu kanala - diskretni signali),

kontinuirano-diskretni (kontinuirani signali na ulazu kanala, a diskretni signali na izlazu),

Diskretno-kontinuirani (na ulazu kanala - diskretni signali, a na izlazu - kontinuirani signali).

Kanali mogu biti linearno I nelinearne, privremeni I prostorno-vremenski.

Moguće klasifikacija komunikacionih kanala po frekvencijskom opsegu .

Sistemi za prenos informacija su jednokanalni I višekanalni. Tip sistema je određen komunikacijskim kanalom. Ako je komunikacioni sistem izgrađen na istom tipu komunikacionih kanala, tada se njegovo ime određuje tipičnim imenom kanala. Inače se koristi specifikacija klasifikacijskih karakteristika.

Klasifikacija br. 2 (detaljnije):

1. Klasifikacija prema korištenom frekvencijskom opsegu

Ø Kilometar (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

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

Ø Dekametar (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Metar (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

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

Ø Centimetar (SMW) 1-10 cm, 3-30 GHz;

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

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

2. Prema smjeru komunikacijskih linija

- režirano ( koriste se različiti provodnici):

Ø koaksijalni,

Ø upredene parice na bazi bakarnih provodnika,

Ø optičko vlakno.

- neusmjereni (radio veze);

Ø vidno polje;

Ø troposferski;

Ø jonosferski

Ø prostor;

Ø radio relej (retransmisija na decimetarskim i kraćim radio talasima).

3. Po tipu prenesene poruke:

Ø telegraf;

Ø telefon;

Ø prijenos podataka;

Ø faksimil.

4. Vrsta signala:

Ø analogni;

Ø digitalni;

Ø impuls.

5. Po vrsti modulacije (manipulacija)

- IN analogni sistemi veze:

Ø sa amplitudna modulacija;

Ø sa jednopojasnom modulacijom;

Ø sa frekvencijskom modulacijom.

- U digitalnim komunikacionim sistemima:

Ø sa manipulacija amplitudom;

Ø sa frekvencijski pomak;

Ø sa fazno ključanje;

Ø sa relativnim faznim pomakom;

Ø sa ton keyingom (pojedinačni elementi manipulišu oscilacijom podnosača (tonom), nakon čega se manipulacija vrši na višoj frekvenciji).

6. Po vrijednosti baze radio signala

Ø širokopojasni (B>> 1);

Ø uskopojasni (B "1).

7. Po broju istovremeno poslanih poruka

Ø jednokanalni;

Ø višekanalni (frekvencija, vrijeme, kodna podjela kanali);

8. Po smjeru poruke

Ø jednostrano;

Ø bilateralni.
9. Redoslijed razmjene poruka

Ø simpleks komunikacija- dvosmjerna radio komunikacija, u kojoj se prenos i prijem svake radio stanice vrši redom;

Ø dupleks komunikacija - prenos i prijem se obavljaju istovremeno (najefikasniji);

Ø poludupleks- odnosi se na simpleks, koji predviđa automatski prelaz od prenosa do prijema i mogućnost ispitivanja dopisnika.

10. Načinima zaštite prenesenih informacija

Ø otvorenu vezu;

Ø zatvorena komunikacija (tajna).

11. Prema stepenu automatizacije razmjene informacija

Ø neautomatizovano - radio upravljanje i razmenu poruka vrši operater;

Ø automatizirano - samo se informacije unose ručno;

Ø automatski - proces slanja poruka se odvija između automatski uređaj i računari bez učešća operatera.

Klasifikacija br. 3 (može se nešto ponoviti):

1. Po dogovoru

Telefon

Telegraph

TV

Emitovanje

2. Po smjeru prijenosa

Simpleks (prijenos samo u jednom smjeru)

Poludupleks (prijenos naizmjenično u oba smjera)

Dupleks (emituje istovremeno u oba smjera)

3. Po prirodi linije komunikacije

Mehanički

hidraulični

Acoustic

Električni (ožičeni)

radio (bežični)

Optički

4. Po prirodi signala na ulazu i izlazu komunikacijskog kanala

analogni (kontinuirano)

Diskretno u vremenu

Diskretno po nivou signala

Digitalno (diskretno i vremenski i po nivou)

5. Po broju kanala po komunikacijskoj liniji

jedan kanal

Višekanalni

I još jedan crtež ovdje:

Fig.3. Klasifikacija komunikacijskih linija.

Karakteristike (parametri) komunikacijskih kanala

1. Funkcija prijenosa kanala: predstavljen u formi amplitudno-frekvencijska karakteristika (AFC) i pokazuje kako amplituda sinusoida na izlazu komunikacionog kanala opada u poređenju sa amplitudom na njegovom ulazu za sve moguće frekvencije emitovanog signala. Normalizovani frekvencijski odziv kanala prikazan je na Sl.4. Poznavanje frekvencijskog odziva stvarnog kanala omogućava vam da odredite oblik izlaznog signala za gotovo svaki ulazni signal. Da biste to učinili, potrebno je pronaći spektar ulaznog signala, pretvoriti amplitudu njegovih sastavnih harmonika u skladu s amplitudno-frekvencijskom karakteristikom, a zatim pronaći oblik izlaznog signala dodavanjem pretvorenih harmonika. Za eksperimentalna verifikacija frekvencijski odziv, potrebno je testirati kanal sa referentnim (jednakim po amplitudi) sinusoidama u cijelom frekventnom opsegu od nule do neke maksimalne vrijednosti koja se može javiti u ulaznim signalima. Štoviše, trebate promijeniti frekvenciju ulaznih sinusoida s malim korakom, što znači da bi broj eksperimenata trebao biti velik.

-- omjer spektra izlaznog signala i ulaznog
- propusni opseg

Slika 4 Normalizovani frekventni odziv kanala

2. Bandwidth: je derivativna karakteristika frekvencijskog odziva. To je kontinuirani raspon frekvencija za koji odnos amplitude izlaznog signala i ulaznog prelazi određenu unaprijed određenu granicu, odnosno širina pojasa određuje frekvencijski raspon signala na kojem se ovaj signal prenosi preko komunikacijskog kanala bez značajno izobličenje. Obično se širina pojasa mjeri na 0,7 maksimalnog frekventnog odziva. Širina pojasa u najvećoj meri utiče na maksimalnu moguću brzinu prenosa informacija preko komunikacionog kanala.

3. slabljenje: definira se kao relativno smanjenje amplitude ili snage signala kada se signal određene frekvencije prenosi preko kanala. Često je tokom rada kanala unaprijed poznata osnovna frekvencija emitovanog signala, odnosno frekvencija čiji harmonik ima najveću amplitudu i snagu. Stoga je dovoljno znati slabljenje na ovoj frekvenciji da bi se približno procijenilo izobličenje signala koji se prenose preko kanala. Preciznije procjene su moguće ako je poznato slabljenje na nekoliko frekvencija koje odgovaraju nekoliko osnovnih harmonika prenesenog signala.

Slabljenje se obično mjeri u decibelima (dB) i izračunava se pomoću sljedeće formule: , gdje

Jačina signala na izlazu kanala,

Jačina signala na ulazu kanala.

Prigušenje se uvijek izračunava za određenu frekvenciju i povezano je sa dužinom kanala. U praksi se uvijek koristi koncept "specifičnog prigušenja", tj. slabljenje signala po jedinici dužine kanala, na primjer, slabljenje od 0,1 dB/metar.

4. Brzina prenosa: karakteriše broj bitova koji se prenose preko kanala u jedinici vremena. Mjeri se u bitovima u sekundi - bps, kao i izvedene jedinice: Kbps, Mbps, Gbps. Brzina prenosa zavisi od propusnog opsega kanala, nivoa šuma, tipa kodiranja i modulacije.

5. Otpornost kanala na buku: karakteriše njegovu sposobnost da obezbedi prenos signala u uslovima smetnji. Interferencije se dijele na interni(predstavlja termička buka opreme) I vanjski(raznovrsne su i zavisi od prenosnog medija). Otpornost kanala na buku zavisi od hardverskih i algoritamskih rešenja za obradu primljenog signala, koja su ugrađena u primopredajnik. Otpornost na buku signaliziranje putem kanala može se povećati na trošak kodiranje i posebna obrada signal.

6. Dynamic Range : log omjer maksimalna snaga signale koje kanal prenosi na minimum.

7. Otpornost na buku: ovo je otpornost na buku, tj. otpornost na buku.