Nella fig. 1 sono adottate le seguenti designazioni: X, Y, Z, W– segnali, messaggi ; F– interferenze; PM- linea di comunicazione; AI, P.I– fonte e destinatario delle informazioni; P– convertitori (codifica, modulazione, decodifica, demodulazione).

Esistono diverse tipologie di canali, che possono essere classificati secondo vari criteri:

1.Per tipo di linee di comunicazione: cablato; cavo; fibra ottica;

linee elettriche; canali radio, ecc.

2. Per la natura dei segnali: continuo; discreto; discreto-continuo (i segnali all'ingresso del sistema sono discreti e all'uscita sono continui e viceversa).

3. In termini di immunità al rumore: canali senza interferenze; con interferenze.

I canali di comunicazione sono caratterizzati da:

1. Capacità del canale è definito come il prodotto del tempo di utilizzo del canale T a, larghezza dello spettro di frequenze trasmesso dal canale F a e gamma dinamica D a. , che caratterizza la capacità del canale di trasmettere diversi livelli di segnale

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

Condizione per abbinare il segnale al canale:

Vc£ Vk ; TC£ Grazie ; FC£ F k ; Vc£ Vk ; DC£ Non so.

2.Velocità di trasferimento delle informazioni – la quantità media di informazioni trasmesse per unità di tempo.

3.

4. Ridondanza – garantisce l'affidabilità delle informazioni trasmesse ( R= 0¸1).

Uno dei compiti della teoria dell'informazione è determinare la dipendenza della velocità di trasmissione delle informazioni e della capacità di un canale di comunicazione dai parametri del canale e dalle caratteristiche dei segnali e delle interferenze.

Il canale di comunicazione può essere figurativamente paragonato alle strade. Strade strette: capacità ridotta, ma economica. Le strade larghe offrono una buona capacità di traffico, ma sono costose. La larghezza di banda è determinata dal collo di bottiglia.

La velocità di trasferimento dei dati dipende in gran parte dal mezzo di trasmissione nei canali di comunicazione, che utilizzano diversi tipi di linee di comunicazione.

Cablato:

1. Cablato– doppino intrecciato (che sopprime parzialmente la radiazione elettromagnetica proveniente da altre fonti). Velocità di trasferimento fino a 1 Mbit/s. Utilizzato nelle reti telefoniche e per la trasmissione dei dati.

2. Cavo coassiale. Velocità di trasmissione 10–100 Mbit/s – utilizzata nelle reti locali, televisione via cavo, ecc.

3. Fibra ottica. Velocità di trasferimento 1 Gbit/s.

Negli ambienti 1–3, l'attenuazione in dB dipende linearmente dalla distanza, cioè la potenza diminuisce esponenzialmente. Pertanto è necessario installare rigeneratori (amplificatori) ad una certa distanza.

Linee radio:

1.Canale radiofonico. Velocità di trasferimento 100–400 Kbps. Utilizza frequenze radio fino a 1000 MHz. Fino a 30 MHz, a causa della riflessione della ionosfera, le onde elettromagnetiche possono propagarsi oltre la linea di vista. Ma questa gamma è molto rumorosa (ad esempio, le comunicazioni radioamatoriali). Da 30 a 1000 MHz – la ionosfera è trasparente ed è necessaria la visibilità diretta. Le antenne sono installate in altezza (a volte sono installati rigeneratori). Utilizzato in radio e televisione.

2.Linee a microonde. Velocità di trasferimento fino a 1 Gbit/s. Vengono utilizzate frequenze radio superiori a 1000 MHz. Ciò richiede visibilità diretta e antenne paraboliche altamente direzionali. La distanza tra i rigeneratori è di 10–200 km. Utilizzato per le comunicazioni telefoniche, televisive e per la trasmissione di dati.

3. Collegamento satellitare. Vengono utilizzate le frequenze delle microonde e il satellite funge da rigeneratore (per molte stazioni). Le caratteristiche sono le stesse delle linee a microonde.

2. Larghezza di banda di un canale di comunicazione discreto

Un canale discreto è un insieme di mezzi progettati per trasmettere segnali discreti.

Capacità del canale di comunicazione – la massima velocità di trasmissione delle informazioni teoricamente ottenibile, a condizione che l'errore non superi un determinato valore. Velocità di trasferimento delle informazioni – la quantità media di informazioni trasmesse per unità di tempo. Definiamo le espressioni per il calcolo della velocità di trasmissione delle informazioni e del throughput di un canale di comunicazione discreto.

Quando si trasmette ciascun simbolo, attraverso il canale di comunicazione passa una quantità media di informazioni, determinata dalla formula

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

Dove: Io (Y, X) – informazione reciproca, cioè la quantità di informazioni contenute in Y relativamente X;H(X)– entropia della sorgente del messaggio; O(X/Y)– entropia condizionale, che determina la perdita di informazione per simbolo associata alla presenza di interferenze e distorsioni.

Quando si invia un messaggio X T durata T, consiste in N simboli elementari, la quantità media di informazioni trasmesse, tenendo conto della simmetria della reciproca quantità di informazioni, è pari a:

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

La velocità di trasmissione delle informazioni dipende dalle proprietà statistiche della fonte, dal metodo di codifica e dalle proprietà del canale.

Larghezza di banda di un canale di comunicazione discreto

. (5)

Il valore massimo possibile, ad es. si cerca il massimo del funzionale sull'intero insieme delle funzioni di distribuzione di probabilità p (X).

Il throughput dipende dalle caratteristiche tecniche del canale (velocità dell'apparecchiatura, tipo di modulazione, livello di interferenza e distorsione, ecc.). Le unità di capacità del canale sono: , , , .

2.1 Canale di comunicazione discreto senza interferenze

Se non ci sono interferenze nel canale di comunicazione, i segnali di ingresso e di uscita del canale sono collegati da una relazione funzionale e inequivocabile.

In questo caso, l'entropia condizionale è uguale a zero e le entropie incondizionate della sorgente e del ricevitore sono uguali, cioè è la quantità media di informazioni in un simbolo ricevuto rispetto a quello trasmesso

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

Se X T– numero di caratteri per volta T, la velocità di trasmissione delle informazioni per un canale di comunicazione discreto senza interferenze è uguale a

(6)

Dove V = 1/ – velocità media di trasmissione di un simbolo.

Throughput per un canale di comunicazione discreto senza interferenze

(7)

Perché l'entropia massima corrisponde a simboli ugualmente probabili, quindi il rendimento per distribuzione uniforme e indipendenza statistica dei simboli trasmessi è pari a:

. (8)

Primo teorema di Shannon per un canale: Se il flusso di informazioni generato dalla fonte è sufficientemente vicino alla capacità del canale di comunicazione, ad es.

quindi puoi sempre trovare un metodo di codifica che garantisca la trasmissione di tutti i messaggi sorgente e la velocità di trasmissione delle informazioni sarà molto vicina alla capacità del canale.

Il teorema non risponde alla domanda su come eseguire la codifica.

Esempio 1. La fonte produce 3 messaggi con probabilità:

P 1 = 0,1; P 2 = 0,2 eP 3 = 0,7.

I messaggi sono indipendenti e vengono trasmessi in un codice binario uniforme ( M = 2 ) con una durata del simbolo di 1 ms. Determinare la velocità di trasmissione delle informazioni su un canale di comunicazione senza interferenze.

Soluzione: L'entropia della sorgente è uguale a

[bit/s].

Per trasmettere 3 messaggi con un codice uniforme sono necessarie due cifre e la durata della combinazione di codici è 2t.

Velocità media del segnale

V =1/2 T = 500 .

Velocità di trasferimento delle informazioni

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bit/s].

2.2 Canale di comunicazione discreto con interferenza

Considereremo canali di comunicazione discreti senza memoria.

Canale senza memoria è un canale in cui ciascun simbolo del segnale trasmesso è affetto da interferenze, indipendentemente da quali segnali sono stati trasmessi in precedenza. Cioè, l'interferenza non crea ulteriori connessioni correlative tra i simboli. Il nome “nessuna memoria” significa che durante la trasmissione successiva il canale sembra non ricordare i risultati delle trasmissioni precedenti.

Argomento 1.4: Nozioni di base sulle reti locali

Argomento 1.5: Tecnologie di base delle reti locali

Argomento 1.6: Componenti software e hardware di base di una LAN

Reti locali

1.2. Ambiente e modalità di trasmissione dei dati nelle reti di calcolatori

1.2.2. Linee di comunicazione e canali dati

Per costruire reti di computer vengono utilizzate linee di comunicazione che utilizzano diversi supporti fisici. Nelle comunicazioni vengono utilizzati i seguenti mezzi fisici: metalli (soprattutto rame), vetro ultra trasparente (quarzo) o plastica ed etere. Il mezzo di trasmissione fisica può essere un cavo a doppino intrecciato, un cavo coassiale, un cavo in fibra ottica e l'ambiente circostante.

Le linee di comunicazione o linee dati sono apparecchiature intermedie e mezzi fisici attraverso i quali vengono trasmessi i segnali di informazione (dati).

In una linea di comunicazione possono essere formati più canali di comunicazione (canali virtuali o logici), ad esempio mediante divisione dei canali in frequenza o nel tempo. Un canale di comunicazione è un mezzo di trasferimento dati unidirezionale. Se una linea di comunicazione viene utilizzata esclusivamente da un canale di comunicazione, in questo caso la linea di comunicazione viene chiamata canale di comunicazione.

Un canale di trasmissione dati è un mezzo di scambio dati bidirezionale, che comprende linee di comunicazione e apparecchiature di trasmissione (ricezione) dati. I canali di trasmissione dei dati collegano le fonti di informazione e i ricevitori di informazioni.

A seconda del mezzo fisico di trasmissione dei dati, le linee di comunicazione possono essere suddivise in:

• linee di comunicazione cablate senza trecce isolanti e schermanti;
• cavo, dove per trasmettere segnali vengono utilizzate linee di comunicazione come cavi a doppino intrecciato, cavi coassiali o cavi in ​​fibra ottica;
• wireless (canali radio delle comunicazioni terrestri e satellitari), che utilizzano onde elettromagnetiche che si propagano nell'aria per trasmettere segnali.

Linee di comunicazione cablate

Le linee di comunicazione cablate (aeree) vengono utilizzate per la trasmissione di segnali telefonici e telegrafici, nonché per la trasmissione di dati informatici. Queste linee di comunicazione vengono utilizzate come linee di comunicazione di linea.

I canali di trasmissione dati analogici e digitali possono essere organizzati tramite linee di comunicazione cablate. Le velocità di trasmissione sulle linee cablate Primitive Old Telephone System (POST) sono molto lente. Inoltre, gli svantaggi di queste linee includono l'immunità al rumore e la possibilità di una semplice connessione non autorizzata alla rete.

Linee di comunicazione via cavo

Le linee di comunicazione via cavo hanno una struttura piuttosto complessa. Un cavo è costituito da conduttori racchiusi in diversi strati di isolamento. Esistono tre tipi di cavi utilizzati nelle reti di computer.

doppino(doppino intrecciato) - un cavo di comunicazione, che è una coppia intrecciata di fili di rame (o più coppie di fili) racchiusi in una guaina schermata. Le coppie di fili sono intrecciate insieme per ridurre le interferenze. Il cavo a doppino intrecciato è abbastanza resistente al rumore. Esistono due tipi di questo cavo: doppino intrecciato non schermato UTP e doppino intrecciato schermato STP.

Questo cavo è caratterizzato dalla facilità di installazione. Questo cavo è il tipo di comunicazione più economico e comune, ampiamente utilizzato nelle più comuni reti locali con architettura Ethernet, costruite su una topologia a stella. Il cavo è collegato ai dispositivi di rete tramite un connettore RJ45.

Il cavo viene utilizzato per trasmettere dati a velocità di 10 Mbit/s e 100 Mbit/s. Il cavo a doppino intrecciato viene solitamente utilizzato per la comunicazione su una distanza non superiore a poche centinaia di metri. Gli svantaggi del cavo a doppino intrecciato includono la possibilità di una semplice connessione non autorizzata alla rete.

Cavo coassiale(cavo coassiale) è un cavo con un conduttore centrale in rame circondato da uno strato di materiale isolante per separare il conduttore centrale dallo schermo conduttivo esterno (treccia di rame o strato di foglio di alluminio). Lo schermo conduttivo esterno del cavo è ricoperto di isolamento.

Esistono due tipi di cavo coassiale: cavo coassiale sottile con un diametro di 5 mm e cavo coassiale spesso con un diametro di 10 mm. Un cavo coassiale spesso ha un'attenuazione minore di uno sottile. Il costo del cavo coassiale è superiore al costo del doppino intrecciato e l'installazione della rete è più difficile rispetto al doppino intrecciato.

Il cavo coassiale viene utilizzato, ad esempio, nelle reti locali con architettura Ethernet, realizzate utilizzando una topologia a “bus comune”.

Il cavo coassiale è più resistente al rumore rispetto al doppino intrecciato e riduce la propria radiazione. Larghezza di banda – 50-100 Mbit/s. La lunghezza consentita della linea di comunicazione è di diversi chilometri. La connessione non autorizzata al cavo coassiale è più difficile che al cavo a doppino intrecciato.

Canali di comunicazione via cavo in fibra ottica. La fibra ottica è una fibra ottica a base di silicio o plastica racchiusa in un materiale a basso indice di rifrazione racchiuso da una guaina esterna.

La fibra ottica trasmette i segnali in una sola direzione, quindi il cavo è costituito da due fibre. All'estremità trasmittente del cavo in fibra ottica è necessaria la conversione del segnale elettrico in luce, mentre all'estremità ricevente è necessaria la conversione inversa.

Il vantaggio principale di questo tipo di cavo è il livello estremamente elevato di immunità al rumore e assenza di radiazioni. La connessione non autorizzata è molto difficile. Velocità di trasferimento dati 3Gbit/s. I principali svantaggi del cavo in fibra ottica sono la complessità della sua installazione, la bassa resistenza meccanica e la sensibilità alle radiazioni ionizzanti.

Canali di trasmissione dati wireless (canali radio terrestri e satellitari).

I canali radio delle comunicazioni terrestri (relè radio e cellulari) e satellitari sono formati utilizzando un trasmettitore e un ricevitore di onde radio e appartengono alla tecnologia di trasmissione dati senza fili.

Canali di trasmissione dati tramite relè radio

I canali di comunicazione con relè radio sono costituiti da una sequenza di stazioni che sono ripetitori. La comunicazione avviene in linea di vista, la portata tra le stazioni vicine è fino a 50 km. Le linee di comunicazione con relè radio digitale (DRCL) vengono utilizzate come sistemi di comunicazione e trasmissione dati regionali e locali, nonché per la comunicazione tra stazioni base cellulari.

Collegamenti dati satellitari

I sistemi satellitari utilizzano antenne a frequenza a microonde per ricevere segnali radio dalle stazioni di terra e ritrasmetterli alle stazioni di terra. Le reti satellitari utilizzano tre tipi principali di satelliti, che si trovano in orbite geostazionarie, orbite medie o orbite basse. I satelliti vengono solitamente lanciati in gruppi. Distanziati tra loro, possono coprire quasi tutta la superficie della Terra. Il funzionamento di un canale di trasmissione dati satellitare è mostrato in figura.

Riso. 1.

È più opportuno utilizzare le comunicazioni satellitari per organizzare un canale di comunicazione tra stazioni situate a distanze molto grandi e per fornire il servizio agli abbonati nei punti più inaccessibili. La velocità di trasmissione è elevata: diverse decine di Mbit/s.

Canali dati cellulari

I canali radio cellulari sono costruiti sugli stessi principi delle reti telefoniche cellulari. La comunicazione cellulare è un sistema di telecomunicazioni senza fili costituito da una rete di stazioni ricetrasmittenti terrestri e uno switch cellulare (o centro di commutazione mobile).

Le stazioni base sono collegate a un centro di commutazione, che fornisce la comunicazione sia tra stazioni base che con altre reti telefoniche e con Internet globale. In termini di funzioni, il centro di commutazione è simile a una normale centrale telefonica cablata.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) è uno standard per le reti cellulari per la trasmissione di informazioni senza fili per gli abbonati fissi. Il sistema si basa sul principio cellulare; una stazione base consente di coprire un'area con un raggio di diversi chilometri (fino a 10 km) e di connettere diverse migliaia di abbonati. Le BS stesse sono collegate tra loro tramite canali di comunicazione terrestre ad alta velocità o canali radio. Velocità di trasferimento dati fino a 45 Mbit/s.

Canali dati radio WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) sono simili al Wi-Fi. WiMAX, a differenza delle tradizionali tecnologie di accesso radio, funziona anche su un segnale riflesso, al di fuori della linea di vista della stazione base. Gli esperti ritengono che le reti WiMAX mobili aprano prospettive molto più interessanti per gli utenti rispetto al WiMAX fisso destinato ai clienti aziendali. Le informazioni possono essere trasmesse su distanze fino a 50 km a velocità fino a 70 Mbit/s.

Canali dati radio MMDS(Sistema di Distribuzione Multicanale Multipunto). Questi sistemi sono in grado di servire un’area entro un raggio di 50-60 km, mentre non è necessaria la visibilità diretta del trasmettitore dell’operatore. La velocità media di trasferimento dati garantita è di 500 Kbps - 1 Mbps, ma possono essere forniti fino a 56 Mbps per canale.

Canali radio di trasmissione dati per reti locali. Lo standard di comunicazione wireless per le reti locali è la tecnologia Wi-Fi. Il Wi-Fi fornisce la connessione in due modalità: punto a punto (per collegare due PC) e connessione infrastruttura (per connettere più PC a un punto di accesso). La velocità di scambio dati arriva fino a 11 Mbit/s con connessione punto-punto e fino a 54 Mbit/s con connessione infrastrutturale.

Canali dati radio Bluetoothè una tecnologia per la trasmissione di dati su brevi distanze (non più di 10 m) e può essere utilizzata per creare reti domestiche. La velocità di trasferimento dati non supera 1 Mbit/s.

introduzione

Canale di comunicazione, canale di trasmissione, dispositivi tecnici e percorso di comunicazione in cui i segnali contenenti informazioni si propagano dal trasmettitore al ricevitore. Nei punti di comunicazione intermedi (amplificatori) e terminali sono posti dispositivi tecnici (amplificatori di segnale elettrico, dispositivi di codifica e decodifica del segnale, ecc.). Come percorsi di trasmissione vengono utilizzate diverse linee: cablate (antenne e cavo), radio e relè radio, onde radio, ecc. Il trasmettitore converte i messaggi in segnali, che vengono poi forniti all'ingresso del canale di comunicazione: in base al segnale ricevuto all'uscita del canale di comunicazione, il ricevitore riproduce il messaggio trasmesso. Il trasmettitore, il canale di comunicazione e il ricevitore formano un sistema di comunicazione o sistema di trasmissione di informazioni. Secondo lo scopo del sistema, che comprende i canali di comunicazione, ci sono: canali telefonici, trasmissione audio, televisione, fototelegrafo (fax), telegrafo, telemetrico, telecomando, trasmissione di informazioni digitali; In base alla natura dei segnali la cui trasmissione è fornita dai canali di comunicazione, si distingue tra canali continui e discreti, sia in valore che in tempo. In generale, un canale di comunicazione ha un gran numero di ingressi e uscite e può fornire una trasmissione del segnale bidirezionale.

codifica del canale del segnale di comunicazione

Collegamento

Il canale di comunicazione è un sistema di mezzi tecnici e mezzo di distribuzione del segnale per trasmettere messaggi (non solo dati) dalla fonte al destinatario (e viceversa). Un canale di comunicazione, inteso in senso stretto (percorso di comunicazione), rappresenta solo il mezzo fisico di propagazione del segnale, ad esempio una linea di comunicazione fisica.

Il canale di comunicazione è progettato per trasmettere segnali tra dispositivi remoti. I segnali trasportano informazioni destinate alla presentazione all'utente (persona) o all'utilizzo da parte di programmi applicativi per computer. Il canale di comunicazione include i seguenti componenti:

· dispositivo trasmittente;

· dispositivo ricevente;

· mezzo trasmissivo di varia natura fisica (Fig. 1).

Il segnale generato dal trasmettitore e portatore di informazioni, dopo aver attraversato il mezzo trasmissivo, arriva all'ingresso del dispositivo ricevente. Successivamente, le informazioni vengono separate dal segnale e trasmesse al consumatore. La natura fisica del segnale viene scelta in modo che possa propagarsi attraverso il mezzo di trasmissione con attenuazione e distorsione minime. Il canale è necessario come portatore di informazioni; esso stesso non trasporta informazioni.

Fig. 1.

Fig.2

Classificazione dei canali di comunicazione

Classificazione n. 1: Esistono molti tipi di canali di comunicazione, tra i quali i più comuni sono i canali di comunicazione cablati (antenna, cavo, fibra, ecc.) e i canali di comunicazione radio (troposferici, satellitari, ecc.). Tali canali, a loro volta, sono solitamente qualificati in base alle caratteristiche dei segnali di ingresso e di uscita, nonché ai cambiamenti nelle caratteristiche dei segnali in base a fenomeni che si verificano nel canale come sbiadimento e attenuazione dei segnali.

In base alla tipologia del mezzo distributivo, i canali di comunicazione si dividono in:

· cablato;

· acustico;

· ottico;

· infrarossi;

· canali radiofonici.

I canali di comunicazione sono inoltre classificati in:

· continuo (all'ingresso e all'uscita del canale - segnali continui),

· discreto o digitale (all'ingresso e all'uscita del canale - segnali discreti),

· discreto-continuo (all'ingresso del canale ci sono segnali continui e all'uscita ci sono segnali discreti),

· discreto-continuo (all'ingresso del canale ci sono segnali discreti e all'uscita ci sono segnali continui). I canali possono essere lineari e non lineari, temporali e spaziotemporali.

È possibile classificare i canali di comunicazione in base alla gamma di frequenza. I sistemi di trasmissione delle informazioni possono essere monocanale o multicanale. Il tipo di sistema è determinato dal canale di comunicazione. Se un sistema di comunicazione è costruito sullo stesso tipo di canali di comunicazione, il suo nome è determinato dal nome tipico dei canali. Altrimenti, viene utilizzato il dettaglio delle caratteristiche di classificazione.

Classificazione n. 2 (più dettagliata): Classificazione in base alla gamma di frequenze utilizzate

· Chilometro (DV) 1-10 km, 30-300 kHz;

· Ettometrico (HW) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

· Decametro (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

· Metro (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

· UHF (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

· Centimetro (SMV) 1-10 cm, 3-30 GHz;

· Onde millimetriche (MMW) 1-10 mm, 30-300 GHz;

· Decimilimetro (DMW) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

La direzione delle linee di comunicazione è direzionale (vengono utilizzati vari conduttori): coassiali, doppini intrecciati basati su conduttori in rame, fibra ottica.

omnidirezionale (ponti radio); linea di vista; troposferico; spazio ionosferico; relè radio (ritrasmissione su onde decimetriche e onde radio più corte).

Per tipologia di messaggi trasmessi: telegrafo; telefono; trasmissione dati; fax.

Per tipologia di segnali: analogici; digitale; pulsato.

Per tipo di modulazione (manipolazione) Nei sistemi di comunicazione analogici: con modulazione di ampiezza; con modulazione a banda singola; con modulazione di frequenza. Nei sistemi di comunicazione digitale: con spostamento di ampiezza; con manipolazione a spostamento di frequenza; con codifica a spostamento di fase; con relativa sfasamento; con manipolazione tonale (i singoli elementi vengono manipolati sotto un'onda portante (tono), dopodiché la manipolazione viene eseguita ad una frequenza più alta).

Secondo il valore base del segnale radio, banda larga (B>> 1); banda stretta (B»1).

In termini di numero di messaggi trasmessi simultaneamente, a canale singolo; multicanale (frequenza, tempo, divisione del codice dei canali);

La direzione dello scambio di messaggi è unilaterale; bilaterale.

Secondo l'ordine di scambio dei messaggi, la comunicazione simplex è una comunicazione radio bidirezionale, in cui la trasmissione e la ricezione di ciascuna stazione radio vengono effettuate alternativamente; comunicazione duplex: la trasmissione e la ricezione vengono eseguite simultaneamente (la più efficiente); comunicazione half-duplex - si riferisce alla comunicazione simplex, che prevede il passaggio automatico dalla trasmissione alla ricezione e la possibilità di chiedere nuovamente al corrispondente.

In termini di metodi di protezione delle informazioni trasmesse, comunicazione aperta; comunicazione chiusa (classificata).

A seconda del grado di automazione dello scambio di informazioni, il controllo non automatizzato della stazione radio e lo scambio di messaggi vengono eseguiti dall'operatore; automatizzato: solo le informazioni vengono inserite manualmente; automatico: il processo di messaggistica viene effettuato tra un dispositivo automatico e un computer senza la partecipazione dell'operatore.

Classifica n.3 (qualcosa si può ripetere):

Per scopo - telefono - telegrafo - televisione - radiodiffusione.

Per direzione di trasmissione - simplex (trasmissione in una sola direzione) - half-duplex (trasmissione alternativamente in entrambe le direzioni) - duplex (trasmissione simultanea in entrambe le direzioni).

Dalla natura delle linee di comunicazione: meccaniche - idrauliche - acustiche - elettriche (cablate) - radio (senza fili) - ottiche.

In base alla natura dei segnali all'ingresso e all'uscita del canale di comunicazione - analogico (continuo) - discreto nel tempo - discreto nel livello del segnale - digitale (discreto sia nel tempo che nel livello).

In base al numero di canali per linea di comunicazione - monocanale - multicanale.

Le caratteristiche principali del canale di comunicazione (Fig. 5.2) sono la velocità di trasmissione e l'affidabilità della trasmissione dei dati. Capacità del canaleè stimato dal numero massimo di bit di dati trasmessi sul canale per unità di tempo e viene misurato in bit/s (s -1). L'affidabilità della trasmissione dei dati è caratterizzata dalla probabilità di distorsione dei bit, che per i canali di comunicazione senza ulteriori mezzi di protezione dagli errori è, di regola, 10 -4 – 10 -6. La causa principale della distorsione è l'effetto delle interferenze sulla linea di comunicazione e, in parte, la presenza di rumore nell'ADF. L'interferenza è di natura pulsata e tende a raggrupparsi: la formazione di esplosioni di interferenza che distorcono immediatamente un gruppo di bit adiacenti nei dati trasmessi.

Linee di comunicazione. Per la trasmissione dei dati vengono utilizzate linee di comunicazione di vario tipo: cablate (aeree), via cavo, relè radio, fibra ottica e canali radio di comunicazioni terrestri e satellitari. Le linee via cavo sono costituite da coppie intrecciate di fili o cavi coassiali. Le principali caratteristiche delle linee di comunicazione sono la banda di frequenza, il costo specifico e l'immunità al rumore. Banda di frequenza definisce l'intervallo di frequenza in cui F n e F c – limiti inferiore e superiore delle frequenze effettivamente trasmesse lungo la linea. La banda di frequenza dipende dal tipo di linea e dalla sua lunghezza. Le linee di comunicazione cablate hanno una banda di frequenza di circa 10 kHz, cavo - 10 2 kHz, coassiale - 10 2 MHz, relè radio - 10 3 MHz e fibra ottica - 10 2 MHz. Per la trasmissione dei dati vengono utilizzate le comunicazioni radio a onde corte con una gamma di frequenze da 3 a 30 MHz. Il costo unitario di una linea è determinato dal costo di creazione di una linea lunga 1 km. Per trasmettere dati su brevi distanze vengono utilizzate principalmente linee cablate a bassa frequenza e per lunghe distanze vengono utilizzate linee ad alta frequenza: cavi coassiali, fibre ottiche e linee a microonde. Le comunicazioni radio vengono utilizzate per organizzare le comunicazioni sia locali che a lunga distanza. L'immunità ai disturbi di una linea dipende dalla potenza dei disturbi creati sulla linea dall'ambiente esterno o derivanti dai disturbi della linea stessa. Le linee radio sono le meno resistenti al rumore; le linee via cavo hanno una buona immunità al rumore e le linee in fibra ottica, che non sono suscettibili alle radiazioni elettromagnetiche, hanno un’eccellente immunità al rumore.

Riso. 5.4. Sequenza di segnali binari

Capacità del canale. La capacità del canale dipende dalla banda di frequenza della linea di comunicazione e dal rapporto tra potenza del segnale e potenza del rumore. Capacità massima di un canale configurato in base a un collegamento con una banda di frequenza F e rapporto segnale-rumore R Con / R w, è (bit al secondo)

Valore (1+ R Con / R w) determina il numero di livelli di segnale che possono essere percepiti dal ricevitore. Quindi, se la relazione R Con / R w >3, allora un singolo segnale può trasportare quattro valori, cioè bit di informazione.

Quando si trasmettono dati, vengono ampiamente utilizzati segnali binari che assumono i valori 0 e 1. Il diagramma temporale della sequenza di tali segnali trasmessi su una linea di comunicazione è mostrato in Fig. 5.4, ​​dove in alto sono indicati i valori portati dal segnale. La durata minima dell'orologio con cui i segnali possono essere trasmessi su un canale con una banda di frequenza F, è uguale a . Se la probabilità di distorsione dei simboli 0 e 1 dovuta all'interferenza è la stessa e uguale a R, quindi il numero di simboli binari che possono essere trasmessi con precisione sul canale al secondo,

Questa espressione determina la capacità del canale binario. Il valore tra parentesi quadre determina la proporzione di simboli binari che vengono trasmessi sul canale con una frequenza di 2 F senza distorsioni. Se non sono presenti interferenze, probabilità di corruzione dei simboli e velocità effettiva; se la probabilità di errore R=0,5, quindi il throughput CON=0. Se un messaggio di lunghezza viene trasmesso su un canale N simbolo binario, la probabilità che si verifichi in esso è esattamente l errori , numero medio di errori e deviazione standard.

Il tipo più comune di flebo è il telefono con una larghezza di banda di 3,1 kHz e una gamma di frequenza da F H =0,3 kHz fino a F H = 3,4 kHz. Il canale telefonico commutato fornisce una velocità di trasmissione dati C=1200 bps, mentre quello non commutato fino a 9600 bps.

L'efficienza dell'utilizzo di un canale di comunicazione per la trasmissione dei dati è solitamente caratterizzata da un rendimento specifico, ovvero un rendimento per 1 Hz della banda di frequenza del canale. Per i canali telefonici commutati, il throughput specifico non supera 0,4 bit/(sHz), mentre per quelli non commutati, di regola, lo è. 3–5 bit/(sHz).

Sono standardizzate le seguenti velocità di trasmissione dati sui canali di comunicazione: 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 12000, 24000, 48000 e 96000 bps. I canali con una larghezza di banda fino a 300 bps sono chiamati a bassa velocità, da 600 a 4800 bps sono chiamati a velocità media e quelli con una larghezza di banda maggiore sono chiamati ad alta velocità.

Metodi di trasferimento dei dati. Per trasmettere dati su canali con caratteristiche diverse, vengono utilizzati metodi diversi che promettono il massimo utilizzo delle proprietà dei canali per aumentare la velocità e l'affidabilità della trasmissione dei dati con un costo moderato delle apparecchiature.

I dati vengono inizialmente forniti da una serie di impulsi quadrati (Figura 5.4). Per trasmetterli senza distorsioni è necessaria una banda di frequenza da zero a infinito. I canali reali hanno una banda di frequenza finita alla quale devono essere adattati i segnali trasmessi. Il coordinamento è assicurato, in primo luogo, mediante modulazione - trasferimento del segnale su una determinata banda di frequenza e, in secondo luogo, mediante codifica - conversione dei dati in una forma che consente di rilevare e correggere gli errori derivanti dall'interferenza nel canale di comunicazione.

Quando si utilizzano fili e cavi ad alta frequenza, la cui banda di frequenza inizia approssimativamente da zero, i segnali possono essere trasmessi nella loro forma naturale - senza modulazione (nella banda di frequenza primaria). I canali che funzionano senza modulazione sono chiamati telegrafo e forniscono la trasmissione dei dati a una velocità solitamente di 50-200 bps.

Riso. 5.5. Canale con modulazione

Quando un canale ha una banda di frequenza fortemente limitata, come un canale radio, la trasmissione del segnale deve essere effettuata in questa banda e il segnale viene trasferito ad una determinata banda mediante modulazione secondo lo schema mostrato in Fig. 5.5. In questo caso, viene stabilita una connessione tra l'apparecchiatura terminale dati binari e il canale. modem– modulatore e demodulatore. Modulatore sposta lo spettro del segnale primario in prossimità della frequenza portante F 0 .Demodulatore esegue una trasformazione inversa sul segnale, formando un segnale binario pulsato dal segnale modulato.

Riso. 5.6. Metodi di modulazione

I metodi di modulazione sono suddivisi in analogico E discreto. Le modulazioni analogiche comprendono la modulazione di ampiezza, frequenza e fase (Fig. 5.6). A ampiezza(figura 5.6, B) l'ampiezza della frequenza portante è modulata dal segnale primario (Fig. 5.6, UN). A modulazione di frequenza(figura 5.6, V) i valori 0 e 1 di un segnale binario vengono trasmessi da segnali con frequenze diverse – F 0 e F 1 . A modulazione di fase(figura 5.6, G) i valori del segnale 0 e 1 corrispondono ai segnali di frequenza F 0 con fase diversa. I metodi di modulazione discreta vengono utilizzati per convertire i segnali analogici, come il parlato, in segnali digitali. Per questi scopi, sono ampiamente utilizzate la modulazione dell'ampiezza dell'impulso, del codice dell'impulso e del tempo dell'impulso.

La codifica dei dati trasmessi viene effettuata principalmente per aumentare l'immunità al rumore dei dati. Pertanto, i codici dei simboli primari possono essere presentati in una forma a prova di rumore, utilizzando i codici Hamming, che garantiscono il rilevamento e la correzione degli errori nei dati trasmessi. Recentemente, la funzione di aumentare l'affidabilità dei dati trasmessi è affidata alle apparecchiature terminali dati ed è assicurata introducendo la ridondanza delle informazioni nei messaggi trasmessi.

Apparecchiature per la trasmissione dei dati. Lo scopo principale dell'ADF è convertire i segnali provenienti dalle apparecchiature terminali per trasmetterli nella banda di frequenza del canale di comunicazione e la conversione inversa dei segnali provenienti dal canale. Quando si lavora con un canale telegrafico, i segnali attraverso i quali vengono trasmessi senza modulazione (nella banda di frequenza primaria), queste funzioni sono implementate da un dispositivo per la conversione dei segnali telegrafici e quando si lavora con un canale telefonico e ad alta frequenza, da un modem . Gli elementi principali del modulatore e del demodulatore sono mostrati in Fig. 5.7. Nel caso in esame, i dati vengono trasmessi al canale in modo sincrono con una frequenza corrispondente alla velocità del canale, ad esempio con una frequenza di 1200 Hz. Segnali di sincronizzazione S I T sono formati nel modulatore da un generatore di clock T.G. Per ogni segnale di sincronizzazione S T viene introdotto un segnale binario nel blocco di modulazione BM T, che rappresenta un po' di dati. La frequenza portante è generata da un generatore LFO. Il segnale modulato viene inviato a un filtro passa-banda PF, che limita la banda di frequenza del segnale in base ai limiti inferiore e superiore della larghezza di banda del canale. Quindi un segnale con una determinata banda di frequenza viene trasmesso attraverso il canale al demodulatore, passa attraverso un filtro passa banda che seleziona una determinata banda di frequenza ed entra nell'unità di demodulazione.

Le principali caratteristiche del canale di comunicazione sono le seguenti:

• durata del canale, per Tk- tempo durante il quale il canale di comunicazione svolge le sue funzioni;
• larghezza di banda A/k è la banda di frequenza delle oscillazioni trasmesse dal canale di comunicazione senza attenuazione significativa;
• gamma dinamica DK, che può essere rappresentato come

dipende dalla sensibilità del ricevitore R tsh e carichi ammessi Rtah apparecchiature per canali di comunicazione;

capacità del canale di comunicazione V K- prodotto delle quantità sopra indicate:

Se il volume del segnale (5.8) supera la capacità del canale di comunicazione, tale segnale non può essere trasmesso senza distorsioni (senza perdita di informazioni).

La condizione generale per l'adattamento del segnale al canale di trasmissione delle informazioni è determinata dalla relazione

Questa relazione esprime una condizione necessaria, ma non sufficiente per abbinare il segnale al canale. È sufficiente la condizione per l’accordo su tutti i parametri:

Se, quando è soddisfatta la condizione (5.19), alcune delle condizioni (5.20) non sono soddisfatte, è possibile ottenere l'adattamento trasformando il segnale mantenendone il volume. Ad esempio, se non c'è corrispondenza di frequenza tra il segnale e il canale, ad es. Afs" D/k, la coordinazione viene ottenuta registrando il segnale su un registratore a una velocità di nastro e riproducendolo durante la trasmissione a una velocità inferiore a P una volta. Di conseguenza, la durata del segnale Ts aumenta di P l'ampiezza del suo spettro diminuisce continuamente, mentre il volume del segnale non cambia;

quantità di informazione 1(X, Y)- indica la quantità di informazioni trasmesse contenute nel segnale sorgente Sì, sullo stato dell'oggetto X ed è determinato dalla quantità di incertezza rimossa come risultato della ricezione del segnale, vale a dire differenza a priori(prima di ricevere il segnale) e a posteriori(dopo aver ricevuto il segnale) entropie:

Ciò implica le seguenti proprietà della quantità di informazioni:

• la quantità di informazione è misurata nelle stesse unità dell'entropia; il più delle volte a pezzi;
• la quantità di informazioni è sempre non negativa: I(X,Y)> 0;
• nessuna trasformazione del segnale aumenterà le informazioni in esso contenute;
• quantità di informazioni Io(X, Y) su qualsiasi fonte X, contenuta nel segnale Y non è altro che l'entropia di questa sorgente: 1(X Y) H(X)
• la quantità di informazioni su se stessi contenute in una fonte X, uguale alla sua entropia: I(X, Y) = H(X).

Nel caso speciale quando T i possibili stati della sorgente sono ugualmente probabili e indipendenti l'uno dall'altro, ogni stato della sorgente trasporta informazioni Io(X, X) = tronco d'albero" T, e la sequenza composta da P stati (ad esempio, un telegramma di lunghezza P segni costituiti da T simboli ugualmente probabili), trasporta informazioni Io(X, X) ==/jloga t = loga T". In questo caso, la quantità di informazioni contenuta nella fonte di informazione è determinata dal logaritmo del numero di possibili sequenze di stati della fonte (il numero di possibili eventi ugualmente probabili) da cui viene effettuata una scelta quando si ricevono informazioni.

La quantità di informazioni con affidabilità incompleta dei messaggi discreti è uguale alla differenza nell'entropia incondizionata H(X), che caratterizza l’incertezza iniziale del messaggio, e l’entropia condizionale, che caratterizza l’incertezza residua del messaggio:

Dove1(X,U) - la quantità di informazioni contenute nell'intero set di messaggi ricevutiX,riguardante l'intero insieme dei messaggi trasmessi;

DoveRU) -probabilità a priori;

Dovepisside,) - probabilità condizionale che caratterizza l'incertezza nel messaggioX,riguardo al messaggio trasmessosì,.

Probabilità di concomitanza di eventi A, e x„ uguali p(y„x), può essere scritto come

La probabilità è uguale alla probabilità a priori che il messaggio venga visualizzato sì h moltiplicato per la probabilità condizionale (posteriore) che il messaggio appaia sì, a condizione che venga ricevuto il messaggio x.

Facciamo un esempio di trasmissione di un messaggio sullo stato dell'uscita di una sorgente di tensione che riceve con uguale probabilità valori di tensione di 1...10 V. In questo caso, il messaggio trasporta molte informazioni. È facile vedere che minore è la probabilità di un evento, maggiore è la quantità di informazioni contenute nel messaggio su questo evento. Ad esempio, un messaggio che ci sarà il gelo a luglio contiene molte informazioni, poiché un evento del genere è raro e la sua probabilità è molto bassa.

La quantità di informazioni ha l'espressione

Nonostante la coincidenza delle formule, della quantità di informazioni e dell'entropia, la quantità di informazioni viene determinata dopo aver ricevuto il messaggio.

Le unità per misurare la quantità di informazioni e l'entropia dipendono dalla scelta della base del logaritmo: quando si utilizzano logaritmi decimali - questo, naturale - pignolo, binario - morso.

Tra le principali caratteristiche del segnale di comunicazione rientrano inoltre le seguenti:

velocità delle informazioni trasmesse- la quantità media di informazioni trasmesse su un canale di comunicazione per unità di tempo. In generale, la velocità di trasmissione dipende dalla durata del messaggio trasmesso T. Per messaggi sufficientemente lunghi la velocità di trasmissione rimane costante. La velocità di trasferimento delle informazioni ha l'espressione

dove /(Z, Sì)- quantità di informazioni trasmesse nel tempo T lavoro sul canale;

capacità del canale(C) - la velocità di trasferimento delle informazioni massima teoricamente consentita per un dato canale:

La velocità delle informazioni immesse nel canale non deve superare la capacità del canale, altrimenti le informazioni andranno perse. Analiticamente, la velocità di input delle informazioni è espressa come

Dove 1(X)- quantità media di informazioni all'ingresso del canale;

T - durata del messaggio.

Uno dei problemi principali nella teoria della trasmissione delle informazioni è determinare la dipendenza della velocità e della capacità di trasmissione delle informazioni dai parametri del canale e dalle caratteristiche dei segnali e delle interferenze che operano in esso;

• risposta in ampiezza-frequenza(AFC). Per determinare le caratteristiche di un canale di comunicazione viene utilizzata l'analisi della sua risposta ad una certa influenza di riferimento. Molto spesso, come standard vengono utilizzati segnali sinusoidali di frequenze diverse. La risposta in frequenza mostra come cambia l'ampiezza della sinusoide all'uscita della linea di comunicazione rispetto all'ampiezza al suo ingresso per tutte le frequenze del segnale trasmesso;
• larghezza di banda - l'intervallo di frequenze per il quale il rapporto tra l'ampiezza del segnale di uscita e quello di ingresso supera un certo limite specificato (per una potenza di 0,5). Questa banda di frequenza definisce la gamma di frequenze di un segnale sinusoidale in cui questo segnale viene trasmesso su una linea di comunicazione senza distorsioni significative. La larghezza di banda influisce sulla velocità massima possibile di trasmissione delle informazioni su una linea di comunicazione;
• attenuazione del canale di comunicazione (l) - definito come una diminuzione relativa dell'ampiezza o della potenza di un segnale durante la trasmissione di un segnale di una determinata frequenza su una linea di comunicazione. Attenuazione l solitamente misurato in decibel (dB) e calcolato utilizzando la formula

dove Р„х - potenza del segnale all'uscita della linea;

R dentro -potenza del segnale all'ingresso di linea;

affidabilità della trasmissione dei dati - caratterizza la probabilità di distorsione per ciascun bit di dati trasmesso. L'indicatore di affidabilità è la probabilità di ricezione errata di un simbolo informativo - P osh. Il valore di Posh per i canali di comunicazione senza ulteriori mezzi di protezione dagli errori è, di regola, 10 -4 ...10 -6. Nelle linee di comunicazione in fibra ottica, Posh è 10 -9. Ciò significa che quando P osh = 10 -4, in media su 10.000 bit, il valore di un bit è distorto. La distorsione dei bit avviene sia per la presenza di rumore sulla linea, sia per la distorsione della forma d'onda del segnale limitata dalla larghezza di banda della linea. Per aumentare l'affidabilità dei dati trasmessi, è necessario aumentare il grado di immunità al rumore delle linee e anche utilizzare linee di comunicazione a banda larga.