S kanalima za prijenos informacija sve. Shema prijenosa informacija raznim tehničkim kanalima

komunikacijski kanali (CS) služe za prijenos signala i uobičajena su karika u svakom sustavu za prijenos informacija.

Po fizičkoj prirodi komunikacijski kanali se dijele na mehanički, koristi se za prijenos materijalnih medija, akustični, optički i električni prenoseći, odnosno, zvučne, svjetlosne i električne signale.

Električni i optički komunikacijski kanali, ovisno o načinu prijenosa signala, mogu se podijeliti na žičane, koji koriste fizičke vodiče za prijenos signala (električne žice, kabeli, svjetlosne vodilice), i bežične, koristeći elektromagnetske valove za prijenos signala (radio kanali, infracrveni kanali).

Prema obliku prezentacije prenesene informacije komunikacijski kanali se dijele na analog, kroz koji se informacije prenose u kontinuiranom obliku, t.j. kao kontinuirani niz vrijednosti neke fizičke veličine, i digitalno, prijenos informacija predstavljenih u obliku digitalnih (diskretnih, impulsnih) signala različite fizičke prirode.

Ovisno o mogućim smjerovima prijenosa informacija, komunikacijski kanali se dijele na simplex, dopuštajući prijenos informacija samo u jednom smjeru; poludupleks, pružajući alternativni prijenos informacija u smjeru naprijed i natrag; dupleks, što omogućuje prijenos informacija istovremeno u smjeru naprijed i natrag.

Komunikacijski kanali su prebacio, koji se stvaraju iz zasebnih sekcija (segmenata) samo za vrijeme prijenosa informacija preko njih, a na kraju prijenosa se takav kanal likvidira (isključuje), i neisključeno(označeno) stvoreno na Dugo vrijeme i imajući stalne karakteristike duljina, širina pojasa, otpornost na buku.

Široko se koristi u automatizirani sustavi obrada informacija i električno upravljanje žičani kanali veze se razlikuju u propusnosti:

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

srednja brzina, korištenje analognih (telefonskih) komunikacijskih kanala; brzina prijenosa u njima je od 300 do 9600 bps, a u novim standardima V.32 - V.34 Međunarodnog savjetodavnog odbora 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 obično su žičane komunikacijske linije: skupine paralelnih ili upletenih žica tzv upleteni par. Sastoji se od izoliranih vodiča upletenih zajedno u paru kako bi se smanjilo i elektromagnetsko preslušavanje i slabljenje signala tijekom prijenosa na visokim frekvencijama.

Za organizaciju velike brzine (širokopojasni) koriste se CS razni kablovi:

Oklopljeno upletenim parovima bakrenih žica;

Neoklopljeno s upletenim parovima bakrenih žica;

koaksijalni;

Optičko vlakno.

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

UTP kablovi(neoklopljene upredenim paricama bakrenih žica) dosta se koriste u sustavima prijenosa podataka, posebice u računalnim mrežama.

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

Koaksijalni kabel je bakreni vodič obložen dielektrikom i okružen nizom tankih bakrenih vodiča koji štite zaštitna školjka. Brzina prijenosa podataka koaksijalni kabel prilično visoka (do 300 Mbps), ali nije dovoljno prikladna za korištenje i ima visoku cijenu.

Optički kabel(Sl. 8.2) sastoji se od staklenih ili plastičnih vlakana promjera nekoliko mikrometara (jezgra koja vodi svjetlo) s visokim indeksom loma p s, okružena izolacijom s niskim indeksom loma n 0 i stavljen u zaštitnu polietilenski omotač. Na sl. 8.2, a prikazana je raspodjela indeksa loma po presjeku optičkog kabela, a na sl. 8.2, b- shema širenja 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. Prijenos svjetlosnog snopa kroz vlakno temelji se na principu totalne unutarnje refleksije snopa od stijenki svjetlovodne jezgre, čime se osigurava minimalno slabljenje signala.

Riža. 8.2.Širenje zraka duž optičkog kabela:

a- raspodjela indeksa loma po presjeku optičkog kabela;

b - uzorak širenja zraka

Osim toga, optički kabeli štite prenesene informacije od vanjskih elektromagnetskih polja i velika brzina prijenosa do 1000 Mbps. Kodiranje informacija provodi se analognom, digitalnom ili impulsnom modulacijom svjetlosnog snopa. Kabel s optičkim vlaknima je prilično skup i obično se koristi samo za polaganje važnih komunikacijskih kanala prtljažnika, na primjer, položenih uz dno Atlantik kabel povezuje Europu s Amerikom. U računalnim mrežama optički kabel koristi se u najkritičnijim područjima, posebice na Internetu. Jedan debeli okosnički optički kabel može istovremeno organizirati nekoliko stotina tisuća telefona, nekoliko tisuća videotelefona i oko tisuću TV kanali veze.

CS velike brzine organizirana na temelju bežičnih radijskih kanala.

Radio kanal - to je bežični komunikacijski kanal položen u zrak. Za formiranje radijskog kanala koriste se radio odašiljač i radio prijemnik. Brzine prijenosa podataka preko radio kanala praktički su ograničene propusnošću opreme primopredajnika. Raspon radio valova određen je frekvencijskim pojasom elektromagnetskog spektra koji se koristi za prijenos podataka. U tablici. 8.1 prikazuje raspone radio valova i njihove odgovarajuće frekvencijske pojaseve.

Za komercijalne telekomunikacijske sustave, najčešće korišteni frekvencijski pojasevi 902 - 928 MHz i 2,40 - 2,48 GHz.

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

Telefonske linije najopsežnije i najraširenije. Obavljaju prijenos zvučnih (tonskih) i faksimilnih poruka. Na temelju telefonske komunikacijske linije, informacijskih i referentnih sustava, sustava E-mail i računalne mreže. Na bazi telefonske linije mogu se stvoriti analogni i digitalni kanali za prijenos informacija.

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

NA digitalnih kanala 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.

Tablica 8.1

Radiovalni pojasevi i njihovi odgovarajući frekvencijski pojasevi

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 prijenos informacija.

Osnovni koncepti

Prijenos informacija smatra se fizičkim procesom kretanja podataka (znakova i simbola) u prostoru. Sa stajališta prijenosa podataka radi se o unaprijed planiranom, tehnički opremljenom događaju za kretanje informacijskih jedinica za Postavi vrijeme od takozvanog izvora do primatelja putem informacijskog kanala, odnosno podatkovnog kanala.

Kanal za prijenos podataka - skup sredstava ili medij za distribuciju podataka. Drugim riječima, to je onaj dio sheme prijenosa informacija koji osigurava kretanje informacija od izvora do primatelja, a pod određenim uvjetima i natrag.

Postoje mnoge klasifikacije kanala za prijenos podataka. Ako izdvojimo glavne, možemo navesti sljedeće: radijski kanali, optički, akustični ili bežični, žični.

Tehnički kanali prijenosa informacija

Izravno na tehnički kanali prijenos podataka uključuje radio kanale, optičke kanale i kabel. Kabel može biti koaksijalni ili upleteni par. Prvi je električni kabel sa bakrene žice unutra, a drugi - upredeni parovi bakrene žice, izolirane u parovima, smještene u dielektričnom omotaču. Ovi kabeli su prilično fleksibilni i jednostavni za korištenje. Optičko vlakno se sastoji od vlakana optičkih vlakana koji odašilju svjetlosne signale kroz refleksiju.

Glavne značajke su propusnost i otpornost na buku. Pod širinom pojasa obično se podrazumijeva količina informacija koja se može prenijeti putem kanala Određeno vrijeme. A otpornost na buku je parametar stabilnosti kanala na učinke vanjskih smetnji (šuma).

Razumijevanje prijenosa podataka

Ako ne navedete opseg, opća shema prijenos informacija izgleda jednostavno, uključuje tri komponente: "izvor", "prijemnik" i "prijenosni kanal".

Shanonova shema

Claude Shannon, američki matematičar i inženjer, stajao je na početku teorije informacija. Predložio je shemu za prijenos informacija tehničkim komunikacijskim kanalima.

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 komunikacijski čvorovi, općenito, cijela telefonska mreža koja vodi od jednog telefonski aparat drugome. Pretplatnička slušalica djeluje kao uređaj za dekodiranje. Ona pretvara električni signal natrag u zvuk, tj. u govor.

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

Koncept kodiranja

Kodiranjem se smatra transformacija informacija koje šalje izvor u oblik prikladan za prijenos putem korištenog komunikacijskog kanala. Najviše jasan primjer kodiranje je Morseov kod. U njemu se informacije pretvaraju u niz točaka i crtica, odnosno kratkih i dugi signali. Strana koja prima ovu sekvencu mora dekodirati.

NA moderne tehnologije korištenjem digitalnih komunikacija. U njemu se informacije pretvaraju (kodiraju) u binarne podatke, odnosno 0 i 1. Postoji čak i binarna abeceda. Takva veza naziva se diskretna.

Smetnje u informacijskim kanalima

Šum je također prisutan u shemi prijenosa 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, informacijski kanali mogu biti slabo zaštićeni jedno od drugog. Za sprječavanje smetnji, razni tehničkim načinima zaštite, filteri, oklopi itd.

K. Shannon je razvio i predložio za korištenje teoriju kodiranja za borbu protiv buke. Ideja je da ako se informacije izgube pod utjecajem buke, onda bi preneseni podaci trebali biti suvišni, ali u isto vrijeme ne toliko da bi se smanjila brzina prijenosa.

U digitalnim komunikacijskim kanalima informacije se dijele na dijelove - pakete, za svaki od kojih se izračunava kontrolni zbroj. Ovaj iznos se prenosi zajedno sa svakim paketom. Primatelj informacija ponovno izračunava ovaj zbroj i prihvaća paket samo ako se podudara s izvornim. U suprotnom, paket se ponovno šalje. I tako sve dok se poslani i primljeni kontrolni zbroji ne podudaraju.

Kanal za prijenos informacija je skup tehnička sredstva, osigurava prijenos električnih signala s jedne točke na drugu. Ulazi kanala spojeni su na odašiljač, a izlazi na prijemnik. U modernom digitalni sustavi komunikacije, glavne funkcije odašiljača i prijemnika obavlja modem. Jedna od glavnih karakteristika kanala je brzina prijenosa informacija. Maksimalna moguća brzina prijenosa informacija (podataka) preko komunikacijskog kanala pod fiksnim ograničenjima naziva se kapacitet kanala, označen s C i ima dimenziju bit/s. NA opći slučaj Kapacitet kanala može se odrediti formulom: (8.22) gdje je I količina prenesene informacije tijekom vremena T. Kao mjeru količine informacija uzimamo mjeru R. Hartleya, definiranu kao logaritam mogućih stanja objekta b. (8.23) Da bismo pronašli I koristimo se Teoremom Kotelnikova, koji dokazuje da se signal koji u svom spektru ne sadrži frekvencije iznad P može predstaviti s 2P neovisnih vrijednosti u sekundi, čija ukupnost u potpunosti određuje ovaj signal. Ovaj postupak 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 razine, tj. predstavljanja amplitude signala jednim od t moguće vrijednosti. Odredimo broj različitih poruka koje se mogu sastaviti od n elemenata koji zauzimaju bilo koje od m različitih fiksnih stanja. Iz skupa 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) Tijekom vremena T, broj uzoraka n = T / 1 = 2RG. Da nema šuma, tada bi broj m diskretnih razina signala bio beskonačan. U u slučaju šuma, potonji određuje stupnjeve razlikovnosti pojedinih razina amplitude signala. Budući da je snaga prosječna amplituda, broj razlučivih razina signala u smislu snage jednak je (R e + R w) / R w), i u smislu amplitude, odnosno: Tada je kapacitet kanala: (8.25) Dakle, kapacitet kanala je ograničen s dvije vrijednosti: širinom kanala i šumom. Relacija (8.25) poznata je kao Hartley-Shannonova formula i smatra se glavnom u teoriji informacija. Frekvencijski pojas i snaga signala uključeni su u formulu na način da je za C = const pri sužavanju pojasa potrebno povećati snagu signala i obrnuto. Glavne karakteristike komunikacijskih kanala uključuju: ■ frekvencijski odziv (AFC); ■ širina pojasa; ■ slabljenje; * propusnost; ■ pouzdanost prijenosa 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 usporedbi s amplitudom na njenom ulazu za sve frekvencije odaslani signal. Širina pojasa je raspon frekvencija za koji omjer amplitude izlaznog signala i ulaznog signala prelazi određenu zadanu granicu (za snagu od 0,5). Ova širina pojasa definira frekvencijski raspon sinusoidnog signala na kojem se ovaj signal prenosi preko komunikacijske linije bez značajnih izobličenja. Širina pojasa utječe na najveću moguću brzinu prijenosa informacija preko komunikacijske linije. Prigušenje – definira se kao relativno smanjenje amplitude ili snage signala kada se komunikacijskom linijom prenosi signal određene frekvencije. Prigušenje I obično se 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 karakterizira maksimalnu moguću brzinu prijenosa podataka preko komunikacijske linije i mjeri se u bitovima u sekundi (bps), kao i u izvedenim jedinicama Kbps, Mbps, Gbps. Na propusnost linije utječu 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, sukladno tome, propusnost linije ovise o odabranoj metodi 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, tada svaka promjena u njemu nosi nekoliko bitova informacija. Broj izmjena informacijski parametar vibracija nosioca ( periodični signal) u sekundi se mjeri u baudovima. Propusnost linije u bitovima u sekundi općenito nije ista kao i broj bauda. Može biti veći ili niži od brzine prijenosa, a taj omjer ovisi o metodi kodiranja. Ako signal ima više od dva različita stanja, tada će propusnost u bps biti veća od broja baudova. 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 informacijski signal ima osam različitih država. U ovom slučaju, modem koji radi na 2400 bauda (s taktna frekvencija 2400 Hz), prenosi informacije brzinom od 7200 bps, budući da se tri bita informacije prenose s jednom promjenom signala. Kada se koristi signal s dva različita stanja, može se uočiti suprotna slika. To se događa kada je svaki bit u nizu kodiran s nekoliko promjena u informacijskom parametru signala nosača za pouzdano prepoznavanje informacija od strane prijemnika. Na primjer, kod kodiranja jedne vrijednosti bita s impulsom pozitivnog polariteta i nulte vrijednosti bita s impulsom negativnog polariteta, signal mijenja svoje stanje dvaput tijekom prijenosa svakog bita. S ovom metodom kodiranja, propusnost linije je dva puta manja od broja baudova koji se prenose preko linije. Na propusnost utječe logičko kodiranje, koje se izvodi prije fizičkog kodiranja i uključuje zamjenu bitova izvorne informacije s novim slijedom bitova koji nosi iste informacije, ali ima dodatna svojstva (otkrivanje kodova, šifriranje). U tom slučaju, izobličeni slijed bitova zamjenjuje se dužim nizom, pa se smanjuje kapacitet kanala. U općem slučaju, odnos između propusnosti linije i njezine najveće moguće širine pojasa određen je relacijom (8.25). Iz ove relacije proizlazi da iako teorijska granica nema povećanja kapaciteta linije (s fiksnom širinom pojasa), u praksi takvo ograničenje postoji. Kapacitet linije moguće je povećati povećanjem snage odašiljača ili smanjenjem snage smetnji. Međutim, povećanje snage odašiljača dovodi do povećanja njegovih dimenzija i cijene, a smanjenje buke zahtijeva korištenje specijalni kablovi s dobrim zaštitni zasloni i smanjenje buke u komunikacijskoj opremi. Kapacitet kanala je najveća vrijednost brzine. Da bi se postigla ova brzina prijenosa, informacije moraju biti kodirane na najučinkovitiji način. Tvrdnja da je takvo kodiranje moguće najvažniji je rezultat Shanonove teorije informacija. Shannon je dokazao temeljnu mogućnost takvog učinkovitog kodiranja, ali ne određujući konkretne načine njegove implementacije. (Imajte na umu da u praksi inženjeri često govore o kapacitetu kanala, što znači stvarnu, a ne potencijalnu brzinu prijenosa.) Učinkovitost komunikacijskih sustava karakterizira parametar, jednaka brzini prijenos informacija I po jedinici širine pojasa G, tj. I / R. Ilustrirati postojeće mogućnosti stvaranja učinkoviti sustavi veze na sl. 8.12 prikazuje grafikone ovisnosti učinkovitosti prijenosa informacija kada različite vrste M-ary diskretna amplituda, frekvencija i fazna modulacija(osim binarne modulacije koristi se i modulacija s 4, 8, 16 pa čak i 32 pozicije moduliranog parametra) od omjera energije jednog bita prema spektralnoj gustoći snage šuma (Eo/Mo). Za usporedbu je prikazana i Shanononova granica. Usporedba krivulja posebno pokazuje da je najučinkovitiji prijenos fazno pomaknut. diskretna modulacija, međutim, pri konstantnom omjeru signal-šum, najpopularniji tip 4PSK modulacije je tri puta lošiji od potencijalno ostvarivog. Pouzdanost prijenosa podataka karakterizira vjerojatnost izobličenja za svaki preneseni bit podaci. Pokazatelj pouzdanosti je vjerojatnost pogrešnog prijema simbola informacije - R. 1 ILI Riža. 8.12. Učinkovitost digitalnih komunikacijskih sustava: 1 - Shannon granica; 2 - M-ary FMn; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Vrijednost R osh za komunikacijske kanale bez dodatna sredstva zaštita od pogreške je u pravilu 10 4 ... 10 6 . U optičkim komunikacijskim linijama R osh je 10 "9. To znači da je pri R osh = 10 4, u prosjeku, od 10 000 bita, vrijednost jednog bita izobličena. Izobličenja bita se javljaju i zbog prisutnosti smetnji. na liniji, a zbog izobličenja valnog oblika ograničenog propusnošću linije. Stoga je za poboljšanje pouzdanosti prenesenih podataka potrebno povećati stupanj otpornosti vodova na buku, kao i koristiti više širokopojasne komunikacije linije.Neizostavan dio svakog kanala je komunikacijska linija - fizički medij koji osigurava protok signala od odašiljača do prijamnika Ovisno o mediju prijenosa podataka, komunikacijske linije mogu biti: ■ žične (nadzemne) ■ kabelske (bakrene) i optička vlakna) ■ zemaljski i satelitske komunikacije (bežični kanali veze). Žičani komunikacijski vodovi su žice položene između nosača bez ikakvih zaštitnih ili izolacijskih pletenica. Otpornost na buku i brzina prijenosa podataka u ovim linijama je niska. Takvim komunikacijskim linijama u pravilu se prenose telefonski i telegrafski signali. 8.3.1.

Prijenos informacija događa se od izvora do primatelja (primatelja) informacije. izvor informacija može biti bilo što: bilo koji predmet ili pojava žive ili nežive prirode. Proces prijenosa informacija odvija se u nekom materijalnom okruženju koje razdvaja izvor i primatelja informacije, što se tzv kanal prijenos informacija. Informacija se prenosi kanalom u obliku određenog niza signala, simbola, znakova koji se nazivaju poruka. Primatelj informacija je objekt koji prima poruku, uslijed čega dolazi do određenih promjena u njegovom stanju. Sve navedeno je shematski prikazano na slici.

Prijenos informacija

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

Nije svaka poruka informativna za osobu. Na primjer, poruka na nerazumljivom jeziku, iako je prenesena osobi, ne sadrži informacije za nju 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 promatranih objekata) ili biti umjetno stvoren. NA posljednji slučaj pričamo o tehničkim sredstvima komunikacije.

Sustavi za prijenos 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 temelju otkrića njemačkog fizičara Heinricha Hertza Elektromagnetski valovi(1886.), A.S. Popov u Rusiji 1895. i gotovo istodobno s njim 1896. G. Marconi u Italiji izumljen je radio. Televizija i internet pojavili su se u dvadesetom stoljeću.

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

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SAD

Claude Shannon predložio je model za proces prijenosa informacija tehničkim komunikacijskim kanalima, prikazan dijagramom.

Sustav za prijenos tehničkih informacija

Kodiranje ovdje znači svaku transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik prikladan za prijenos putem komunikacijskog kanala. Dekodiranje - inverzna transformacija signalnog niza.

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

Moderna računalni sustavi prijenos informacija – računalne mreže djeluju na istom principu. Postoji proces kodiranja koji pretvara binarni računalni kod u fizički signal tipa koji se prenosi komunikacijskim kanalom. Dekodiranje je inverzna transformacija prenosi signal u računalni kod. Na primjer, kada se koriste telefonske linije u računalnim mrežama, funkcije kodiranja i dekodiranja obavlja uređaj koji se naziva modem.

Kapacitet kanala i brzina prijenosa informacija

Programeri tehnički sustavi prijenos informacija moraju se riješiti dva međusobno povezana zadatka: kako osigurati najveća brzina prijenos informacija i kako smanjiti gubitak informacija tijekom prijenosa. Claude Shannon bio je prvi znanstvenik koji je preuzeo rješenje ovih problema i stvorio novu znanost 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 najveća moguća brzina prijenosa informacija. Ova brzina se mjeri u bitovima u sekundi (kao i kilobitima u sekundi, megabitima u sekundi).

Propusnost komunikacijskog kanala ovisi o njegovoj tehničkoj implementaciji. Na primjer, računalne mreže koriste sljedeća sredstva komunikacije:

telefonske linije,

Priključak električnog kabela,

optički kablovi,

Radio komunikacija.

Propusnost telefonskih linija - desetine, stotine Kbps; propusnost optičkih linija i radiokomunikacijskih linija mjeri se u desecima i stotinama Mbps.

Buka, zaštita od buke

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

Prisutnost šuma dovodi do gubitka prenesenih informacija. U takvim slučajevima potrebna je zaštita od buke.

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

Claude Shannon se 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 blagoglagoljiv. Zbog toga se gubitak dijela informacija tijekom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako vas je teško čuti dok razgovarate telefonom, onda ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sugovornik ispravno razumjeti.

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

NA moderni sustavi digitalna komunikacija Za borbu protiv gubitka informacija tijekom prijenosa često se koristi sljedeća tehnika. Cijela je poruka podijeljena na dijelove - paketi. Za svaki paket se obračunava ček zbroj(iznos binarne znamenke) koji se šalje s ovim paketom. Kontrolni zbroj se ponovno izračunava na strani primatelja. primljen paket i, ako ne odgovara izvornom iznosu, prijenos ovaj paket ponavlja. To će se nastaviti sve dok se početni i konačni kontrolni zbroj ne poklope.

S obzirom na prijenos informacija u propedeutičkim i osnovni tečajevi O informatici, prije svega, o ovoj temi treba govoriti iz pozicije osobe kao primatelja informacije. Sposobnost primanja informacija iz okolnog svijeta - bitno stanje ljudsko postojanje. Ljudski osjetilni organi su informacijski kanali ljudskog tijela, koji povezuje osobu s vanjsko okruženje. Na temelju toga informacije se dijele na vizualne, slušne, olfaktorne, taktilne i okusne. Obrazloženje činjenice da okus, miris i dodir nose informaciju osobi je sljedeće: pamtimo mirise poznatih predmeta, okus poznate hrane, poznate predmete prepoznajemo dodirom. A sadržaj našeg pamćenja je pohranjena informacija.

Učenicima treba reći da je u životinjskom svijetu informacijska uloga osjetila drugačija od ljudske. važno informacijska funkcija obavlja njuh za životinje. Koristi se pojačan njuh službenih pasa provedba zakona za potragu za kriminalcima, otkrivanje droge itd. Vizualna i zvučna percepcija životinja razlikuje se od percepcije ljudi. Na primjer, poznato je da šišmiši čuju ultrazvuk, a mačke vide u mraku (iz ljudske perspektive).

U okviru ove teme učenici bi trebali biti sposobni voditi konkretnim primjerima proces prijenosa informacija, kako bi se za ove primjere odredili izvor, primatelj informacija, korišteni kanali za prijenos informacija.

Prilikom studiranja informatike u srednjoj školi učenike treba upoznati s osnovnim odredbama tehničke teorije komunikacije: pojmovima kodiranja, dekodiranja, brzine prijenosa informacija, kapaciteta kanala, buke, zaštite od buke. Ova se pitanja mogu razmatrati u okviru teme “Tehnička sredstva računalnih mreža”.

Državni ispit

(državni ispit)

Pitanje broj 3 “Komunikacijski kanali. Klasifikacija komunikacijskih kanala. Parametri komunikacijskih kanala. Uvjet za prijenos signala preko komunikacijskog kanala.

(Pljaskin)

Veza. 3

Klasifikacija. 5

Karakteristike (parametri) komunikacijskih kanala. deset

Uvjet za prijenos signala preko komunikacijskih kanala. trinaest

Književnost. četrnaest

Veza

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

Komunikacijski kanal je dizajniran za prijenos signala između udaljenih uređaja. Signali nose informacije namijenjene za predstavljanje korisniku (čovjeku) ili za korištenje aplikativni programi RAČUNALO.

Komunikacijski kanal uključuje sljedeće komponente:

1) uređaj za prijenos;

2) prijemni uređaj;

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

Signal koji nosi informaciju formira odašiljač, nakon prolaska kroz prijenosni medij, dovodi se na ulaz prijemnog uređaja. Nadalje, informacije se izvlače iz signala i prenose do potrošača. Fizička priroda signala odabrana je tako da se može širiti kroz prijenosni medij uz minimalno slabljenje i izobličenje. Signal je potreban kao nositelj informacija, on sam ne nosi informaciju.

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

Slika 2 Komunikacijski kanal (opcija br. 2)

Oni. ovaj (kanal) - tehnički uređaj(tehnologija + okoliš).

Klasifikacija

Bit će točno tri vrste klasifikacija. Odaberite svoj ukus i boju:

Klasifikacija #1:

Postoji mnogo vrsta komunikacijskih kanala, među kojima su najčešći žičani kanali veze ( zrak, kabel, svjetlovod itd.) i radijski kanali (troposferski, satelitski i tako dalje.). Takvi se kanali, pak, obično kvalificiraju na temelju karakteristika ulaznih i izlaznih signala, kao i promjene karakteristika signala ovisno o pojavama koje se javljaju u kanalu kao što su zatamnjenje i slabljenje signala.

Prema vrsti distribucijskog medija komunikacijski kanali se dijele na:

Žičani;

Akustični;

Optički;

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 i diskretni signali na izlazu),

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

Kanali mogu biti linearni i nelinearne, privremeni i prostorno-vremenski.

moguće klasifikacija komunikacijski kanali po frekvencijskom rasponu .

Sustavi za prijenos informacija su jednokanalni i višekanalni. Vrsta sustava određena je komunikacijskim kanalom. Ako je komunikacijski sustav izgrađen na istoj vrsti komunikacijskih kanala, tada je njegov naziv određen tipičnim nazivom kanala. Inače se koristi specifikacija klasifikacijskih značajki.

Klasifikacija br. 2 (detaljnije):

1. Klasifikacija prema korištenom rasponu frekvencija

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 mjerač (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

- usmjereno ( koriste se različiti vodiči):

Ø koaksijalni,

Ø upletene parice na bazi bakrenih vodiča,

Ø optička vlakna.

- neusmjereni (radio veze);

Ø vidna linija;

Ø troposferski;

Ø ionosferski

Ø prostor;

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

3. Po vrsti prenesene poruke:

Ø brzojav;

Ø telefon;

Ø prijenos podataka;

Ø faksimil.

4. Vrsta signala:

Ø analogni;

Ø digitalni;

Ø impuls.

5. Po vrsti modulacije (manipulacija)

- NA analogni sustavi veze:

Ø sa amplitudna modulacija;

Ø s jednopojasnom modulacijom;

Ø s frekvencijskom modulacijom.

- U digitalnim komunikacijskim sustavima:

Ø sa manipulacija amplitudom;

Ø sa frekvencijski pomak;

Ø sa fazno ključanje;

Ø s relativnim faznim pomakom;

Ø s tonskim tipkanjem (pojedinačni elementi manipuliraju oscilacijom podnosača (tonom), nakon čega se manipulacija provodi na višoj frekvenciji).

6. Po vrijednosti baze radio signala

Ø širokopojasni (B>> 1);

Ø uski pojas (B "1).

7. Po broju istovremeno odaslanih poruka

Ø jednokanalni;

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

8. Prema smjeru poruke

Ø jednostrano;

Ø bilateralni.
9. Redoslijed razmjene poruka

Ø simpleks komunikacija- dvosmjerna radijska komunikacija, u kojoj se prijenos i prijem svake radijske postaje obavlja redom;

Ø dupleks komunikacija - prijenos i prijem se provode istovremeno (najučinkovitije);

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

10. Načinima zaštite prenesenih informacija

Ø otvorena veza;

Ø zatvorena komunikacija (tajna).

11. Prema stupnju automatizacije razmjene informacija

Ø neautomatizirano - radio upravljanje i slanje poruka obavlja operater;

Ø automatizirano - samo se podaci unose ručno;

Ø automatski - proces slanja poruka se provodi između automatski uređaj i računala bez sudjelovanja operatera.

Klasifikacija br. 3 (može se nešto ponoviti):

1. Po dogovoru

Telefon

Telegraf

televizor

Emitiranje

2. Po smjeru prijenosa

Simpleks (prijenos samo u jednom smjeru)

Poludupleks (prijenos naizmjenično u oba smjera)

Dupleks (istovremeno prijenos u oba smjera)

3. Po prirodi komunikacijske linije

Mehanički

hidraulički

Akustični

Električni (ožičeni)

Radio (bežični)

Optički

4. Po prirodi signala na ulazu i izlazu komunikacijskog kanala

analogni (kontinuirano)

Diskretno u vremenu

Diskretno prema razini signala

Digitalno (diskretno i vremenski i po razini)

5. Po broju kanala po komunikacijskoj liniji

jedan kanal

Višekanalni

I još jedan crtež ovdje:

sl.3. Klasifikacija komunikacijskih linija.

Karakteristike (parametri) komunikacijskih kanala

1. Funkcija prijenosa kanala: predstavljen u obliku amplitudno-frekvencijska karakteristika (AFC) i pokazuje kako amplituda sinusoida na izlazu komunikacijskog kanala opada u usporedbi s amplitudom na njegovom ulazu za sve moguće frekvencije odaslanog signala. Normalizirani frekvencijski odziv kanala prikazan je na Sl.4. Poznavanje frekvencijskog odziva stvarnog kanala omogućuje 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 provjera frekvencijski odziv, potrebno je testirati kanal s referentnim (jednakim po amplitudi) sinusoidama u cijelom frekvencijskom rasponu od nule do neke maksimalne vrijednosti koja se može pojaviti u ulaznim signalima. Štoviše, trebate promijeniti frekvenciju ulaznih sinusoida s malim korakom, što znači da bi broj pokusa trebao biti velik.

-- omjer spektra izlaznog signala i ulaznog
- širina pojasa

Slika 4. Normalizirani frekvencijski odziv kanala

2. Širina pojasa: je izvedena karakteristika frekvencijskog odziva. Predstavlja kontinuirani raspon frekvencija za koji omjer 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 frekvencijskog odziva. Širina pojasa u najvećoj mjeri utječe na najveću moguću brzinu prijenosa informacija preko komunikacijskog kanala.

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

Prigušenje 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 s duljinom kanala. U praksi se uvijek koristi koncept "specifičnog prigušenja", t.j. slabljenje signala po jedinici duljine kanala, na primjer, slabljenje od 0,1 dB/metar.

4. Brzina prijenosa: karakterizira broj bitova koji se prenose kanalom u jedinici vremena. Mjeri se u bitovima u sekundi - bps, kao i izvedene jedinice: Kbps, Mbps, Gbps. Brzina prijenosa ovisi o propusnosti kanala, razini šuma, vrsti kodiranja i modulaciji.

5. Otpornost kanala na buku: karakterizira njegovu sposobnost pružanja prijenosa signala u uvjetima smetnji. Interferencija se dijeli na domaći(predstavlja toplinska buka opreme) i vanjski(raznovrsne su i ovisi o prijenosnom mediju). Otpornost kanala na buku ovisi o hardverskim i algoritamskim rješenjima 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. Dinamički raspon : log omjer maksimalna snaga signale koje kanal prenosi na minimum.

7. Otpornost na buku: ovo je otpornost na buku, t.j. otpornost na buku.