Canali di comunicazione (CS) servono per la trasmissione del segnale e sono un collegamento comune in qualsiasi sistema di trasmissione di informazioni.
Per loro natura fisica, i canali di comunicazione si dividono in meccanico, utilizzato per la trasmissione di supporti tangibili, acustico, ottico e elettrico trasmettendo rispettivamente segnali sonori, luminosi ed elettrici.
I canali di comunicazione elettrici e ottici, a seconda del metodo di trasmissione del segnale, possono essere suddivisi in cablati, utilizzando conduttori fisici per la trasmissione del segnale (fili elettrici, cavi, fibre ottiche), e wireless, utilizzando onde elettromagnetiche per la trasmissione del segnale (canali radio, infrarossi canali).
Sotto forma di presentazione informazioni trasmesse i canali di comunicazione si dividono in analogico attraverso il quale le informazioni vengono trasmesse in forma continua, ad es. sotto forma di una serie continua di valori di una certa quantità fisica, e digitale, trasmettere informazioni presentate sotto forma di segnali digitali (discreti, impulsivi) di varia natura fisica.
A seconda delle possibili direzioni di trasmissione delle informazioni, i canali di comunicazione sono suddivisi in semplice, consentire la trasmissione delle informazioni in una sola direzione; mezzo duplex fornire trasmissione alternativa di informazioni in entrambe le direzioni avanti e indietro; duplex, consentendo la trasmissione di informazioni contemporaneamente nelle direzioni avanti e indietro.
I canali di comunicazione sono dial-up, che sono creati da sezioni separate (segmenti) solo per il tempo di trasmissione delle informazioni attraverso di esse, e alla fine della trasmissione, tale canale viene eliminato (scollegato), e non commutato(evidenziato) creato il a lungo e avendo caratteristiche costanti in lunghezza, larghezza di banda, immunità al rumore.
Ampiamente usato in sistemi automatizzati elaborazione delle informazioni e controllo elettrico canali cablati le connessioni differiscono per larghezza di banda:
bassa velocità, velocità di trasferimento delle informazioni in cui da 50 a 200 bit / s. Questi sono canali di comunicazione telegrafica, sia commutati (telegrafo dell'abbonato) che non commutati;
velocità media, utilizzando canali di comunicazione analogici (telefonici); la velocità di trasmissione in essi va da 300 a 9600 bit/s, e nei nuovi standard V.32 - V.34 dell'International Consultative Committee on Telegraphy and Telephony (CCITT) e da 14400 a 56000 bit/s;
ad alta velocità(banda larga), fornendo velocità di trasferimento delle informazioni superiori a 56.000 bit/s.
Per trasferire informazioni a stazioni di compressione a bassa e media velocità il mezzo fisico è solitamente linee di comunicazione cablate: gruppi di fili paralleli o intrecciati chiamati doppino.È costituito da conduttori isolati intrecciati a coppie per ridurre sia la diafonia elettromagnetica che l'attenuazione del segnale durante la trasmissione ad alte frequenze.
Per l'organizzazione di COP ad alta velocità (banda larga) vengono utilizzati vari cavi:
Schermato con doppini intrecciati di fili di rame;
Non schermato con fili di rame a doppino intrecciato;
Coassiale;
Fibra ottica.
Cavi STP(schermati con fili di rame a doppino intrecciato) hanno buone caratteristiche tecniche, ma sono scomodi da usare e costosi.
Cavi UTP(non schermati con doppini intrecciati di fili di rame) trovano largo impiego nei sistemi di trasmissione dati, in particolare nelle reti informatiche.
Esistono cinque categorie di doppini intrecciati: la prima e la seconda categoria sono utilizzate per la trasmissione di dati a bassa velocità; il terzo, il quarto e il quinto - a velocità di trasferimento fino a 16,25 e 155 Mbit / s, rispettivamente. Questi cavi sono buoni caratteristiche tecniche, relativamente poco costoso, facile da usare, non necessita di messa a terra.
Cavo coassialeè un conduttore di rame ricoperto da un dielettrico e circondato da un fascio di sottili conduttori di rame di una schermatura guscio protettivo... Velocità di trasferimento dati Cavo coassiale piuttosto alto (fino a 300 Mbps), ma non è abbastanza conveniente da usare e ha un costo elevato.
Cavo in fibra ottica(fig. 8.2) è costituito da fibre di vetro o plastica con un diametro di alcuni micrometri (filo guidaluce) con un alto indice di rifrazione n s, circondato da isolamento a bassa rifrazione n 0 e posto in protettivo guaina in polietilene... Nella fig. 8.2, un mostra la distribuzione dell'indice di rifrazione sulla sezione trasversale del cavo in fibra ottica, e la Fig. 8.2, B- schema di propagazione dei raggi. Un diodo emettitore di luce o un laser a semiconduttore è una sorgente di radiazioni propagate attraverso un cavo in fibra ottica, un ricevitore di radiazioni è un fotodiodo, che converte i segnali luminosi in segnali elettrici. La trasmissione di un raggio luminoso attraverso una fibra si basa sul principio della riflessione interna totale del raggio dalle pareti del nucleo guidaluce, grazie al quale viene assicurata la minima attenuazione del segnale.
Riso. 8.2. Propagazione del raggio in fibra ottica:
un- la distribuzione dell'indice di rifrazione sulla sezione del cavo in fibra ottica;
B - schema di propagazione dei raggi
Inoltre, i cavi in fibra ottica proteggono le informazioni trasmesse dai campi elettromagnetici esterni e ad alta velocità trasmissioni fino a 1000 Mbps. Le informazioni vengono codificate utilizzando la modulazione analogica, digitale oa impulsi di un raggio di luce. Il cavo in fibra ottica è piuttosto costoso e di solito viene utilizzato solo per la posa di canali di comunicazione trunk critici, ad esempio posati lungo il fondo oceano Atlantico il cavo collega l'Europa con l'America. Nelle reti di computer, il cavo in fibra ottica viene utilizzato nelle aree più critiche, in particolare in Internet. Oltre un grosso cavo in fibra ottica di dorsale, diverse centinaia di migliaia di telefoni, diverse migliaia di videotelefoni e circa mille canali televisivi comunicazione.
CS ad alta velocità sono organizzati sulla base di canali radio wireless.
Canale radiofonico -è un canale di comunicazione wireless posato via etere. Per formare un canale radio, vengono utilizzati un trasmettitore radio e un ricevitore radio. Le velocità di trasmissione dei dati sul canale radio sono praticamente limitate dalla larghezza di banda dell'apparecchiatura ricetrasmittente. La gamma di lunghezze d'onda radio è determinata dalla banda di frequenza dello spettro elettromagnetico utilizzata per la trasmissione dei dati. Tavolo 8.1 mostra le gamme delle onde radio e le corrispondenti bande di frequenza.
Per i sistemi di telecomunicazioni commerciali, i più comunemente usati gamme di frequenza 902 - 928 MHz e 2,40 - 2,48 GHz.
I canali di comunicazione wireless hanno una scarsa immunità al rumore, ma forniscono all'utente la massima mobilità e reattività.
Linee di comunicazione telefonica il più ramificato e diffuso. Eseguono la trasmissione di messaggi audio (tono) e fax. Sulla base della linea telefonica sono stati realizzati i sistemi informativi e di riferimento, E-mail e reti di computer... Sulla base linee telefoniche possono essere creati canali analogici e digitali di trasmissione delle informazioni.
V linee telefoniche analogiche microfono del telefono converte le vibrazioni sonore in analogico segnale elettrico, che viene trasmesso su linea abbonati nella centrale telefonica automatica. La larghezza di banda richiesta per la trasmissione della voce umana è di circa 3 kHz (intervallo 300 Hz -3,3 kHz). I segnali di chiamata vengono trasmessi sullo stesso canale della trasmissione vocale.
V canali digitali connessioni il segnale analogico viene campionato prima dell'ingresso - convertito in forma digitale: ogni 125 μs (la frequenza di campionamento è 8 kHz) valore corrente segnale analogico visualizzato in binario a 8 bit.
Tabella 8.1
Gamme di onde radio e bande di frequenza corrispondenti
Oggi le informazioni si diffondono così rapidamente che non sempre c'è abbastanza tempo per comprenderle. La maggior parte delle persone raramente pensa a come e con quali mezzi viene trasmessa, e ancora di più non immagina uno schema per la trasmissione delle informazioni.
Concetti basilari
Il trasferimento di informazioni è considerato il processo fisico di movimento dei dati (segni e simboli) nello spazio. Dal punto di vista della trasmissione dei dati, si tratta di un evento pianificato in anticipo, tecnicamente attrezzato per lo spostamento delle unità informative per tempo impostato dalla cosiddetta sorgente al destinatario mediante un canale informativo, ovvero un canale di trasmissione dati.
Un canale di trasmissione dati è un insieme di mezzi o un mezzo per la diffusione dei dati. In altre parole, questa è la parte dello schema di trasmissione delle informazioni che garantisce il movimento delle informazioni dalla fonte al destinatario, e in determinate condizioni, e viceversa.
Esistono molte classificazioni dei canali di trasmissione dei dati. Se evidenziamo i principali, possiamo elencare i seguenti: canali radio, ottici, acustici o wireless, cablati.
Canali tecnici di trasmissione delle informazioni
Direttamente a canali tecnici le trasmissioni di dati includono canali radio, canali in fibra ottica e cavo. Il cavo può essere coassiale o twistato. Il primo è un cavo elettrico con filo di rame dentro, e il secondo - coppie intrecciate fili di rame, isolati a coppie, in guaina dielettrica. Questi cavi sono abbastanza flessibili e facili da usare. La fibra ottica è costituita da filamenti in fibra ottica che trasmettono segnali luminosi attraverso la riflessione.
Le caratteristiche principali sono portata e immunità al rumore. Il throughput è generalmente inteso come la quantità di informazioni che possono essere trasmesse sul canale per certo tempo... E l'immunità al rumore è il parametro della resistenza del canale alle interferenze esterne (rumore).
Comprendere il trasferimento dei dati
Se non si specifica l'ambito, schema generale la trasmissione delle informazioni sembra semplice, include tre componenti: "sorgente", "ricevitore" e "canale di trasmissione".
Lo schema di Shannon
Claude Shannon, un matematico e ingegnere americano, era in prima linea nella teoria dell'informazione. Hanno proposto uno schema per la trasmissione di informazioni attraverso canali di comunicazione tecnica.
Questo schema non è difficile da capire. Soprattutto se immagini i suoi elementi sotto forma di oggetti e fenomeni familiari. Ad esempio, la fonte delle informazioni è la persona al telefono. Il portatile sarà un codificatore che converte il parlato o le onde sonore in segnali elettrici. Il canale di trasmissione dei dati in questo caso sono i nodi di comunicazione, in generale, l'intera rete telefonica, che porta da uno telefono ad un altro. Il portatile dell'abbonato funge da dispositivo di decodifica. Riconverte il segnale elettrico in suono, cioè in discorso.
In questo diagramma del processo di trasferimento delle informazioni, i dati sono rappresentati come un segnale elettrico continuo. Questa connessione è chiamata analogica.
Concetto di codifica
Per codifica si intende la trasformazione di un'informazione inviata da una sorgente in una forma idonea alla trasmissione attraverso il canale di comunicazione utilizzato. Più chiaro esempio la codifica è il codice Morse. In esso, le informazioni vengono convertite in una sequenza di punti e trattini, cioè brevi e segnali lunghi... La parte ricevente deve decodificare questa sequenza.
V moderne tecnologie viene utilizzata la comunicazione digitale. In esso, le informazioni vengono convertite (codificate) in dati binari, ovvero 0 e 1. Esiste persino un alfabeto binario. Questa relazione è chiamata discreta.
Interferenza nei canali di informazione
C'è anche rumore nello schema di trasmissione dei dati. Il concetto di "rumore" in in questo caso significa interferenza che distorce il segnale e, di conseguenza, la sua perdita. Le ragioni dell'interferenza possono essere diverse. Ad esempio, canali di informazione possono essere scarsamente protetti l'uno dall'altro. Per evitare interferenze, vari modi tecnici protezioni, filtri, schermature, ecc.
K. Shannon ha sviluppato e proposto di utilizzare la teoria della codifica per combattere il rumore. L'idea è che poiché il rumore si verifica quando le informazioni vengono perse, i dati trasmessi devono essere ridondanti, ma allo stesso tempo non tanto da ridurre la velocità di trasmissione.
Nei canali di comunicazione digitale, le informazioni sono suddivise in parti: pacchetti, per ciascuno dei quali viene calcolato un checksum. Questo importo viene inviato con ogni pacchetto. Il destinatario dell'informazione ricalcola tale importo e accetta il pacchetto solo se corrisponde a quello iniziale. In caso contrario, il pacco viene inviato di nuovo. E così via fino a quando i checksum inviati e ricevuti non corrispondono.
Un canale di trasmissione di informazioni è chiamato insieme mezzi tecnici, fornendo la trasmissione di segnali elettrici da un punto all'altro. Gli ingressi dei canali si collegano al trasmettitore e le uscite al ricevitore. In moderno sistemi digitali comunicazione Le funzioni principali del trasmettitore e del ricevitore sono svolte dal modem. Una delle caratteristiche principali del canale è la velocità di trasferimento delle informazioni. La velocità massima possibile di trasmissione di informazioni (dati) su un canale di comunicazione con restrizioni fisse è chiamata capacità del canale, indicata con C e ha la dimensione di bit / s. V caso generale la capacità del canale può essere determinata dalla formula: (8.22) dove I è la quantità di informazioni trasmesse durante il tempo T. Come misura della quantità di informazioni, prendiamo la misura di R. Hartley, definita come il logaritmo dei possibili stati dell'oggetto L. (8.23) Per trovare I, usiamo il teorema di Kotelnikov, che dimostra che un segnale che non contiene frequenze superiori a P nel suo spettro può essere rappresentato da valori indipendenti 2P al secondo, la cui combinazione determina completamente questo segnale. Questa procedura chiamato conversione da analogico a digitale, è stato discusso nel cap. 6. Consiste di due fasi: campionamento nel tempo, ovvero la presentazione del segnale sotto forma di n campioni prelevati nell'intervallo di tempo 1 = 1 / (2P) e quantizzazione per livello, ovvero la presentazione di l'ampiezza del segnale di uno dei m valori possibili... Determiniamo il numero di messaggi diversi che possono essere composti da n elementi che assumono uno qualsiasi di m diversi stati fissi. Da un insieme di n elementi, ciascuno dei quali può trovarsi in uno degli m stati fissi, possiamo comporre m a diverse combinazioni, cioè 1 = m ". Quindi: (8.24) Nel tempo T, il numero di campioni n = T / 1 = 2RG. Se il rumore non esistesse, il numero di m livelli discreti di segnale sarebbe infinito. Nel caso della presenza di rumore, quest'ultimo determina il grado di distinguibilità dei singoli livelli dell'ampiezza del segnale Poiché la potenza è una caratteristica mediata dell'ampiezza, il numero di livelli di segnale distinguibili in termini di potenza è pari a (P e + P w) / P w), e in ampiezza, rispettivamente: 
Quindi la capacità del canale: 
(8.25) Quindi, la capacità del canale è limitata da due valori: larghezza di banda del canale e rumore. La relazione (8.25) è nota come formula di Hartley-Shannon ed è considerata fondamentale nella teoria dell'informazione. La banda di frequenza e la potenza del segnale sono incluse nella formula in modo tale che per C = const, quando si restringe la banda, è necessario aumentare la potenza del segnale e viceversa. Le principali caratteristiche dei canali di comunicazione sono: ■ caratteristica ampiezza-frequenza (AFC); ■ larghezza di banda; ■ attenuazione; * larghezza di banda; ■ affidabilità della trasmissione dei dati; ■ immunità ai disturbi. Per determinare le caratteristiche del canale di comunicazione, viene applicata un'analisi della sua risposta a un determinato effetto di riferimento. I segnali sinusoidali sono più spesso usati come riferimento. 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 segnale trasmesso... La larghezza di banda è l'intervallo di frequenze per cui il rapporto tra l'ampiezza del segnale di uscita e il segnale di ingresso supera un certo limite specificato (per una potenza di 0,5). Questa banda di frequenza definisce l'intervallo di frequenza di un segnale sinusoidale in cui questo segnale viene trasmesso sulla linea di comunicazione senza distorsioni significative. La larghezza di banda influisce sulla velocità di trasmissione massima possibile delle informazioni sulla linea di comunicazione. L'attenuazione è definita come la diminuzione relativa dell'ampiezza o della potenza di un segnale quando un segnale di una certa frequenza viene trasmesso su una linea di comunicazione. L'attenuazione I viene solitamente misurata in decibel (dB) e si calcola con la formula: dove P out è la potenza del segnale all'uscita della linea; in - potenza del segnale all'ingresso della linea. Il throughput della linea (throughput) caratterizza la massima velocità di trasferimento dati possibile sulla linea di comunicazione e viene misurato in bit al secondo (bit / s), nonché in unità derivate di Kbps, Mbps, Gbps. La capacità della linea è influenzata dalla codifica fisica e logica. Metodo di presentazione informazioni discrete sotto forma di segnali trasmessi alla linea di comunicazione è chiamata codifica di linea fisica. Lo spettro del segnale e, di conseguenza, la larghezza di banda della linea dipende dal metodo di codifica selezionato. Pertanto, per l'uno o l'altro metodo di codifica, la linea può avere una larghezza di banda diversa. Se il segnale cambia in modo tale da poter distinguere solo due dei suoi stati, qualsiasi cambiamento in esso corrisponderà alla più piccola unità di informazione - un po'. Se il segnale cambia in modo da poter distinguere più di due stati, allora qualsiasi cambiamento in esso trasporta diversi bit di informazione. Numero di modifiche parametro informativo vibrazione portante ( segnale periodico) al secondo è misurato in baud. La larghezza di banda della linea in bit al secondo non è generalmente la stessa del baud. Può essere superiore o inferiore al numero di baud e questo rapporto dipende dal metodo di codifica. Se il segnale ha più di due stati distinti, il throughput in bit/s sarà superiore alla velocità di trasmissione. Ad esempio, se i parametri di informazione sono la fase e l'ampiezza di una sinusoide e ci sono 4 stati della fase (O, 90, 180 e 270) e due valori dell'ampiezza, allora segnale informativo ha otto stati distinti. In questo caso il modem operante a 2400 baud (con frequenza di clock 2400 Hz), trasmette le informazioni a una velocità di 7200 bps, poiché con un cambio di segnale vengono trasmessi tre bit di informazioni. Quando si utilizza un segnale con due stati diversi, è possibile osservare l'immagine opposta. Ciò si verifica quando, per un riconoscimento affidabile dell'informazione da parte del ricevitore, ciascun bit della sequenza viene codificato con diverse variazioni del parametro informativo del segnale portante. Ad esempio, quando si codifica un valore a bit singolo con un impulso positivo e un valore a bit zero con un impulso di polarità negativa, il segnale cambia stato due volte quando viene trasmesso ciascun bit. Con questo metodo di codifica, il throughput della linea è la metà della velocità di trasmissione della linea. Il throughput è influenzato dalla codifica logica, che viene eseguita prima di quella fisica e implica la sostituzione dei bit dell'informazione originale con una nuova sequenza di bit, che trasporta le stesse informazioni, ma ha proprietà aggiuntive (codici di rilevamento, crittografia). In questo caso, la sequenza di bit distorta viene sostituita da una sequenza più lunga, quindi la larghezza di banda del canale viene ridotta. Nel caso generale, la relazione tra la larghezza di banda della linea e la sua larghezza di banda massima possibile è determinata dalla relazione (8.25). Da questa relazione segue che sebbene limite teorico non c'è aumento della capacità della linea (con una larghezza di banda fissa), in pratica c'è un tale limite. È possibile aumentare la capacità della linea aumentando la potenza del trasmettitore o diminuendo la potenza dell'interferenza. Tuttavia, un aumento della potenza del trasmettitore comporta un aumento delle sue dimensioni e dei suoi costi e una diminuzione del rumore richiede l'uso di cavi speciali con buona schermi protettivi e riduzione del rumore nelle apparecchiature di comunicazione. La capacità del canale è la velocità massima. Per raggiungere questa velocità di trasmissione, le informazioni devono essere codificate nel modo più efficiente. L'affermazione che tale codifica sia possibile è il risultato più importante della teoria dell'informazione creata da Shannon. Shannon ha dimostrato la fondamentale possibilità di una codifica così efficiente, senza però definire modalità specifiche della sua attuazione. (Si noti che in pratica, gli ingegneri parlano spesso di capacità del canale, ovvero la velocità di trasmissione reale, non potenziale.) L'efficienza dei sistemi di comunicazione è caratterizzata dal parametro, uguale alla velocità trasmissione di informazioni R per unità di larghezza di banda G, ovvero R / R. Per illustrare le possibilità esistenti per creare sistemi efficaci collegamenti in fig. 8.12 mostra i grafici della dipendenza dell'efficienza della trasmissione delle informazioni a tipi diversi M-ary discreta ampiezza, frequenza e modulazione di fase(oltre alla modulazione binaria si usa anche la modulazione a 4, 8, 16 e anche 32 posizioni del parametro modulato) dal rapporto tra l'energia di un bit e la densità spettrale di potenza del rumore (Eo/Mo). Per confronto, viene mostrato anche il confine di Shannon. Il confronto delle curve mostra, in particolare, che la trasmissione più efficiente risulta essere con fase modulazione discreta, tuttavia, con un rapporto segnale-rumore costante, il tipo più popolare di modulazione 4PSK è tre volte peggiore di quello potenzialmente realizzabile. La fedeltà di trasmissione dei dati caratterizza la probabilità di distorsione per ciascuno bit trasmesso dati. L'indicatore di affidabilità è la probabilità di ricezione errata di un simbolo di informazione - P. 1 ОШ 
Riso. 8.12. Efficienza dei sistemi di comunicazione digitale: 1 - frontiera Shannon; 2 - M-ario FMn; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Il valore di Posh per i canali di comunicazione senza fondi aggiuntivi la protezione dagli errori è solitamente 10 4 ... 10 6. Nelle linee di comunicazione in fibra ottica, P osh è 10"9. Ciò significa che quando P osh = 10 4, in media, su 10.000 bit, il valore di un bit viene distorto. Le distorsioni di bit si verificano sia per la presenza di rumore sulla linea e per distorsione Pertanto, al fine di aumentare l'affidabilità dei dati trasmessi, è necessario aumentare il livello di immunità ai disturbi delle linee, nonché utilizzare linee di comunicazione più a banda larga. , le linee di comunicazione possono essere: ■ filo (aria); ■ cavo (rame e fibra ottica); ■ canali radio terrestri e comunicazioni satellitari (canali wireless comunicazione). Le linee di comunicazione a filo sono fili posati tra i supporti senza schermatura o trecce isolanti. L'immunità ai disturbi e la velocità di trasferimento dati in queste linee sono basse. Di norma, i segnali telefonici e telegrafici vengono trasmessi su tali linee di comunicazione. 8.3.1.
Il trasferimento delle informazioni avviene dalla fonte al destinatario (destinatario) delle informazioni. Fonte l'informazione può essere qualsiasi cosa: qualsiasi oggetto o fenomeno di natura animata o inanimata. Il processo di trasferimento delle informazioni avviene in un certo ambiente materiale che separa la fonte e il destinatario delle informazioni, che è chiamato canale trasmissione di informazioni. Le informazioni vengono trasmesse attraverso il canale sotto forma di una sequenza di segnali, simboli, segni, che vengono chiamati Messaggio. Destinatario l'informazione è un oggetto che riceve un messaggio, a seguito del quale si verificano determinati cambiamenti nel suo stato. Tutto quanto sopra è mostrato schematicamente nella figura.
Trasferimento di informazioni
Una persona riceve informazioni da tutto ciò che lo circonda attraverso i sensi: udito, vista, olfatto, tatto, gusto. Una persona riceve la maggior quantità di informazioni attraverso l'udito e la vista. Percepito a orecchio messaggi audio- segnali acustici in un mezzo continuo (il più delle volte nell'aria). La vista percepisce segnali luminosi che trasferiscono l'immagine degli oggetti.
Non tutti i messaggi sono informativi per una persona. Ad esempio, sebbene un messaggio in una lingua incomprensibile venga trasmesso a una persona, non contiene informazioni per lui e non può causare cambiamenti adeguati nel suo stato.
Il canale di informazione può essere naturale (aria atmosferica, attraverso la quale vengono trasportate le onde sonore, luce solare riflessa dagli oggetti osservati), o essere creato artificialmente. V quest'ultimo caso viene sui mezzi tecnici di comunicazione.
Sistemi di trasmissione di informazioni tecniche
Il primo mezzo tecnico per trasmettere informazioni a distanza fu il telegrafo, inventato nel 1837 dall'americano Samuel Morse. Nel 1876, l'americano A. Bell inventa il telefono. Basato sulla scoperta del fisico tedesco Heinrich Hertz onde elettromagnetiche(1886), A.S. Popov in Russia nel 1895 e quasi contemporaneamente a lui nel 1896 da G. Marconi in Italia, fu inventata la radio. La televisione e Internet sono apparsi nel XX secolo.
Tutti i metodi tecnici di comunicazione delle informazioni elencati si basano sulla trasmissione di un segnale fisico (elettrico o elettromagnetico) a distanza e sono soggetti ad alcune leggi generali... Lo studio di queste leggi è impegnato in teoria della comunicazione, sorto negli anni '20. L'apparato matematico della teoria della comunicazione - teoria della comunicazione matematica, è stato sviluppato dallo scienziato americano Claude Shannon.
Claude Elwood Shannon (1916-2001), USA
Claude Shannon ha proposto un modello del processo di trasferimento delle informazioni attraverso i canali di comunicazione tecnica, presentato dal diagramma.
Sistema di trasmissione delle informazioni tecniche
Per codifica si intende qui qualsiasi trasformazione di informazione proveniente da una sorgente in una forma adatta alla sua trasmissione su un canale di comunicazione. decodifica - trasformazione inversa della sequenza del segnale.
Il funzionamento di un tale schema può essere spiegato usando il processo familiare di parlare al telefono. La fonte delle informazioni è uomo che parla... L'encoder è un microfono a cornetta telefonica, con l'aiuto del quale le onde sonore (discorso) vengono convertite in segnali elettrici. Il canale di comunicazione è la rete telefonica (fili, centralini telefonici attraverso i quali passa il segnale). Il dispositivo di decodifica è un ricevitore telefonico (auricolare) della persona che ascolta - il ricevitore di informazioni. Qui, il segnale elettrico in ingresso si trasforma in suono.
Moderno sistemi informatici trasmissione di informazioni - le reti di computer funzionano secondo lo stesso principio. Esiste un processo di codifica che converte il codice binario del computer in segnale fisico del tipo che viene trasmesso sul canale di comunicazione. La decodifica è trasformazione inversa il segnale trasmesso in un codice informatico. Ad esempio, quando si utilizzano le linee telefoniche nelle reti di computer, le funzioni di codifica-decodifica vengono eseguite da un dispositivo chiamato modem.
Larghezza di banda del canale e velocità di trasferimento delle informazioni
Per gli sviluppatori sistemi tecnici trasmissione di informazioni deve risolvere due compiti interconnessi: come garantire massima velocità trasmissione di informazioni e come ridurre la perdita di informazioni durante la trasmissione. Claude Shannon è stato il primo scienziato ad affrontare questi problemi e creare una nuova scienza per quel tempo - teoria dell'informazione.
K. Shannon ha definito un metodo per misurare la quantità di informazioni trasmesse attraverso i canali di comunicazione. Ha introdotto il concetto Canale di banda,come la massima velocità possibile di trasferimento delle informazioni. Questa velocità viene misurata in bit al secondo (oltre a kilobit al secondo, megabit al secondo).
La larghezza di banda di un canale di comunicazione dipende dalla sua implementazione tecnica. Ad esempio, nelle reti informatiche vengono utilizzati i seguenti mezzi di comunicazione:
linee telefoniche,
Comunicazione via cavo elettrico,
Comunicazione via cavo in fibra ottica,
Comunicazione radiofonica.
Il throughput delle linee telefoniche è di decine, centinaia di Kbit/s; il throughput delle linee in fibra ottica e delle linee di comunicazione radio è misurato in decine e centinaia di Mbit/s.
Rumore, protezione dal rumore
Il termine “rumore” si riferisce a vari tipi di interferenza che distorcono il segnale trasmesso e portano alla perdita di informazioni. Tale interferenza è principalmente dovuta a ragioni tecniche: scarsa qualità linee di comunicazione, insicurezza reciproca dei vari flussi di informazioni trasmessi sugli stessi canali. A volte, parlando al telefono, sentiamo rumore, crepitio, interferire con la comprensione dell'interlocutore o la conversazione di persone completamente diverse si sovrappone alla nostra conversazione.
La presenza di rumore porta alla perdita delle informazioni trasmesse. In tali casi, è necessaria la protezione dal rumore.
Innanzitutto, vengono utilizzati metodi tecnici per proteggere i canali di comunicazione dagli effetti del rumore. Ad esempio, utilizzando cavo schermato anziché filo nudo; l'uso di filtri di vario genere che separano il segnale utile dal rumore, ecc.
Claude Shannon è stato progettato teoria dei codici fornire metodi per affrontare il rumore. Una delle idee importanti di questa teoria è che il codice trasmesso sulla linea di comunicazione dovrebbe essere ridondante... A causa di ciò, la perdita di parte delle informazioni durante la trasmissione può essere compensata. Ad esempio, se hai difficoltà a sentire mentre parli al telefono, ripetendo ogni parola due volte, hai maggiori possibilità che l'altra persona ti capisca correttamente.
Tuttavia, non è possibile rendere la ridondanza troppo grande. Ciò comporterà ritardi e maggiori costi di comunicazione. La teoria dei codici ti consente di ottenere un codice ottimale. In questo caso, la ridondanza delle informazioni trasmesse sarà la minima possibile e l'affidabilità delle informazioni ricevute sarà massima.
V sistemi moderni comunicazione digitale Per combattere la perdita di informazioni durante la trasmissione, viene spesso utilizzata la seguente tecnica. L'intero messaggio è diviso in blocchi - pacchi... Per ogni pacchetto, calcola controllare la somma(somma cifre binarie) inviato insieme a questo pacchetto. Il checksum viene ricalcolato al punto di ricezione pacchetto accettato e se non corrisponde all'importo originale, il trasferimento questo pacchetto si ripete. Questo continuerà fino a quando i checksum iniziale e finale non coincidono.
Considerata la trasmissione delle informazioni in ambito propedeutico e corsi base informatica, prima di tutto, questo argomento dovrebbe essere discusso dal punto di vista di una persona come destinatario di informazioni. La capacità di ricevere informazioni dal mondo esterno - condizione essenziale esistenza umana. I sensi umani sono i canali di informazione del corpo umano che collegano una persona con ambiente esterno... Su questa base le informazioni vengono suddivise in visive, sonore, olfattive, tattili, gustative. La logica del fatto che gusto, olfatto e tatto trasmettono informazioni a una persona è la seguente: ricordiamo gli odori di oggetti familiari, il sapore del cibo familiare, riconosciamo gli oggetti familiari al tatto. E i contenuti della nostra memoria sono informazioni memorizzate.
Si dovrebbe dire agli studenti che nel mondo animale il ruolo informativo degli organi di senso è diverso da quello di un umano. Un importante funzione di informazione per gli animali esegue il senso dell'olfatto. Viene utilizzato l'acuto senso dell'olfatto dei cani guida forze dell'ordine per la ricerca di criminali, il rilevamento di droghe, ecc. La percezione visiva e sonora degli animali è diversa da quella umana. Ad esempio, è noto che i pipistrelli sentono gli ultrasuoni, mentre i gatti vedono al buio (dal punto di vista umano).
Nell'ambito di questo argomento, gli studenti dovrebbero essere in grado di condurre esempi specifici processo di trasmissione delle informazioni, per determinare per questi esempi la fonte, il destinatario delle informazioni, i canali utilizzati per la trasmissione delle informazioni.
Quando studiano informatica al liceo, gli studenti dovrebbero essere introdotti alle disposizioni di base della teoria della comunicazione tecnica: i concetti di codifica, decodifica, velocità di trasferimento delle informazioni, larghezza di banda del canale, rumore, protezione dal rumore. Queste domande possono essere considerate nell'ambito dell'argomento "Mezzi tecnici delle reti di computer".
esame di stato
(Esame di Stato)
Domanda n. 3 “Canali di comunicazione. Classificazione dei canali di comunicazione. Parametri del canale di comunicazione. Condizione per la trasmissione del segnale su un canale di comunicazione”.
(Plyaskin)
Collegamento. 3
Classificazione. 5
Caratteristiche (parametri) dei canali di comunicazione. 10
Condizione per la trasmissione del segnale sui canali di comunicazione. tredici
Letteratura. 14
Collegamento
Collegamento- un sistema di mezzi tecnici e un mezzo di propagazione del segnale per trasmettere messaggi (non solo dati) da una sorgente a un destinatario (e viceversa). Il canale di comunicazione, inteso in senso stretto ( percorso di comunicazione), rappresenta solo ambiente fisico propagazione del segnale, per esempio linea fisica comunicazione.
Il canale di comunicazione è progettato per trasmettere segnali tra dispositivi remoti... I segnali trasportano informazioni destinate alla presentazione all'utente (persona) o all'uso programmi applicativi COMPUTER.
Il canale di comunicazione include i seguenti componenti:
1) dispositivo trasmittente;
2) dispositivo ricevente;
3) mezzo trasmissivo di varia natura fisica (Fig. 1).
Il segnale di trasporto di informazioni generato dal trasmettitore, dopo aver attraversato il mezzo di trasmissione, entra nell'ingresso del dispositivo ricevente. Inoltre, le informazioni vengono estratte dal segnale e trasmesse al consumatore. La natura fisica del segnale è scelta in modo che possa propagarsi attraverso il mezzo di trasmissione con attenuazione e distorsione minime. Il segnale è necessario come vettore di informazioni, esso stesso non trasporta informazioni.
Fig. 1. Canale di comunicazione (opzione numero 1)
Fig. 2 Canale di comunicazione (opzione n. 2)
Quelli. questo (canale) - dispositivo tecnico(tecnica + ambiente).
Classificazione
Ci saranno esattamente tre tipi di classificazioni. Scegli il gusto e il colore:
Classificazione n. 1:
Esistono molti tipi di canali di comunicazione, tra i quali i più comunemente distinti canali cablati comunicazione ( antenna, cavo, guida di luce ecc.) e canali di comunicazione radio (troposferico, satellitare e così via.). Tali canali, a loro volta, vengono solitamente qualificati in base alle caratteristiche dei segnali di ingresso e di uscita, nonché al cambiamento delle caratteristiche dei segnali, a seconda di fenomeni che si verificano nel canale come il fading e l'attenuazione dei segnali.
In base al tipo di mezzo di distribuzione, i canali di comunicazione sono suddivisi in:
Cablata;
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),
· Continuo-discreto (segnali continui all'ingresso del canale e segnali discreti all'uscita),
· Discreto-continuo (segnali discreti all'ingresso del canale e segnali continui all'uscita).
I canali possono essere come lineare e non lineare, temporaneo e spazio-temporale.
Possibile classificazione canali di comunicazione per gamma di frequenza .
I sistemi di trasmissione delle informazioni sono canale singolo e 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. In caso contrario, viene utilizzata la specifica delle caratteristiche di classificazione.
Classificazione n. 2 (più dettagliata):
1. Classificazione per gamma di frequenza
Ø Chilometro (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;
Ø Ettometrico (SV) 100-1000 m, 300-3000 kHz;
Ø Decametro (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;
Ø Metro (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;
Ø Decimetro (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;
Ø Centimetro (CMB) 1-10 cm, 3-30 GHz;
Ø Millimetro (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;
Ø Decimetro (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.
2. Per direzione delle linee di comunicazione
- dirette ( vengono utilizzati conduttori diversi):
Ø coassiale,
Ø doppini intrecciati basati su conduttori di rame,
Ø fibra ottica.
- non direzionale (collegamenti radio);
Ø linea di vista;
Ø troposferico;
Ø ionosferico
Ø spazio;
Ø relè radio (ritrasmissione su onde radio decimetriche e più corte).
3. A vista messaggi trasmessi:
Ø telegrafo;
Ø telefono;
Ø trasmissione dati;
Ø fax.
4. Per tipo di segnali:
Ø analogico;
Ø digitale;
Ø impulso.
5. Dal tipo di modulazione (manipolazione)
- V sistemi analogici connessioni:
Ø con modulazione d'ampiezza;
Ø con modulazione a banda laterale singola;
Ø con modulazione di frequenza.
- Nei sistemi di comunicazione digitale:
Ø con ampiezza shift keying;
Ø con codifica di spostamento di frequenza;
Ø con codifica a sfasamento;
Ø con relativa codifica di sfasamento;
Ø con tone shift keying (i singoli elementi manipolano l'oscillazione della sottoportante (tone), dopodiché la keying viene eseguita ad una frequenza più alta).
6. Dal valore della base del segnale radio
Ø banda larga (B >> 1);
Ø banda stretta (B "1).
7. Per il numero di messaggi trasmessi simultaneamente
Ø monocanale;
Ø multicanale (frequenza, tempo, divisione del codice canali);
8. Nella direzione della messaggistica
Ø unilaterale;
Ø
bilaterale.
9. Per ordine di scambio di messaggi
Ø comunicazione simplex- comunicazione radio bidirezionale, in cui la trasmissione e la ricezione di ciascuna stazione radio avviene a turno;
Ø comunicazione duplex - la trasmissione e la ricezione avvengono contemporaneamente (la più efficiente);
Ø comunicazione half-duplex- si riferisce a un simplesso, che prevede transizione automatica dalla trasmissione alla ricezione e la possibilità di chiedere nuovamente al corrispondente.
10. Mediante modalità di protezione delle informazioni trasmesse
Ø comunicazione chiusa (classificata).
11. Dal grado di automazione dello scambio di informazioni
Ø non automatizzato - il controllo della stazione radio e lo scambio di messaggi sono eseguiti dall'operatore;
Ø automatizzato - solo le informazioni vengono inserite manualmente;
Ø automatico: il processo di messaggistica viene eseguito tra dispositivo automatico e un computer senza la partecipazione dell'operatore.
Classificazione numero 3 (qualcosa si può ripetere):
1. Su appuntamento
Telefono
Telegrafo
Televisione
Trasmissione
2. Per direzione di trasferimento
Simplex (trasmissione solo in una direzione)
Half duplex (trasmissione alternata in entrambe le direzioni)
Duplex (trasmissione simultanea in entrambe le direzioni)
3. Per la natura della linea di comunicazione
Meccanico
Idraulico
Acustico
Elettrico (cablato)
Radio (senza fili)
Ottico
4. Dalla natura dei segnali all'ingresso e all'uscita del canale di comunicazione
Analogico (continuo)
Discreto nel tempo
Discreto per livello di segnale
Digitale (discreto e nel tempo e nel livello)
5. Per numero di canali per linea di comunicazione
Canale singolo
Multicanale
E un altro disegno qui:
figura 3. Classificazione delle linee di comunicazione.
Caratteristiche (parametri) dei canali di comunicazione
1. Funzione di trasferimento del canale: si presenta nella forma caratteristica ampiezza-frequenza (AFC) e mostra come l'ampiezza della sinusoide all'uscita del canale di comunicazione sia attenuata rispetto all'ampiezza al suo ingresso per tutte le possibili frequenze del segnale trasmesso. La risposta in frequenza normalizzata del canale è mostrata in Fig. 4. Conoscere la risposta in frequenza di un canale reale consente di determinare la forma del segnale di uscita per quasi tutti i segnali di ingresso. Per fare ciò, è necessario trovare lo spettro del segnale di ingresso, trasformare l'ampiezza delle sue armoniche costituenti secondo la caratteristica ampiezza-frequenza e quindi trovare la forma del segnale di uscita aggiungendo le armoniche trasformate. Per verifica sperimentale risposta in frequenza, è necessario testare il canale con sinusoidi di riferimento (uguali in ampiezza) su tutta la gamma di frequenza da zero a un certo valore massimo che può verificarsi nei segnali di ingresso. Inoltre, è necessario modificare la frequenza delle sinusoidi di ingresso con un piccolo passo, il che significa che il numero di esperimenti dovrebbe essere grande.
- il rapporto tra lo spettro del segnale di uscita e quello di ingresso
- larghezza di banda
Fig. 4 Risposta in frequenza normalizzata del canale
2. Larghezza di banda: è una derivata della caratteristica dalla risposta in frequenza. È un intervallo continuo di frequenze per cui il rapporto tra l'ampiezza del segnale di uscita e il segnale di ingresso supera un certo limite predeterminato, ovvero la larghezza di banda determina l'intervallo di frequenze del segnale a cui questo segnale viene trasmesso attraverso il canale di comunicazione senza distorsione significativa. Tipicamente, la larghezza di banda viene misurata a 0,7 volte la risposta in frequenza massima. La larghezza di banda ha il maggiore impatto sulla velocità di trasferimento dati massima possibile sul canale di comunicazione.
3. Attenuazione: è definita come la diminuzione relativa dell'ampiezza o della potenza di un segnale quando un segnale di una certa frequenza viene trasmesso su un canale. Spesso, durante il funzionamento del canale, si conosce in anticipo la frequenza fondamentale del segnale trasmesso, ovvero la frequenza la cui armonica ha ampiezza e potenza maggiori. Pertanto, è sufficiente conoscere l'attenuazione a questa frequenza per stimare approssimativamente la distorsione dei segnali trasmessi sul canale. Stime più accurate sono possibili se si conosce l'attenuazione a più frequenze corrispondenti a più armoniche fondamentali del segnale trasmesso.
L'attenuazione viene solitamente misurata in decibel (dB) e viene calcolata utilizzando la seguente formula: 
, dove
Potenza del segnale all'uscita del canale,
Potenza del segnale all'ingresso del canale.
L'attenuazione è sempre calcolata per una frequenza specifica ed è correlata alla lunghezza del canale. In pratica si usa sempre il concetto di "attenuazione lineare", cioè attenuazione del segnale per unità di lunghezza del canale, ad esempio, attenuazione 0,1 dB/metro.
4. Velocità di trasmissione: caratterizza il numero di bit trasmessi sul canale per unità di tempo. Si misura in bit al secondo - bit / s, così come le unità derivate: Kbps, Mbps, Gbps... La velocità di trasmissione dipende dalla larghezza di banda del canale, dal livello di rumore, dal tipo di codifica e dalla modulazione.
5. Immunità di canale: caratterizza la sua capacità di fornire la trasmissione del segnale in presenza di interferenze. È consuetudine dividere l'interferenza in interno(rappresenta rumore termico dell'apparecchio) e esterno(sono diversi e dipendono dal mezzo di trasmissione). L'immunità del canale dipende dall'hardware e dalle soluzioni algoritmiche per l'elaborazione del segnale ricevuto, che sono incorporate nel ricetrasmettitore. Immunità trasmissione di segnali attraverso il canale può essere aumentato alle spese di codifica e trattamento speciale segnale.
6. Gamma dinamica : logaritmo del rapporto massima potenza segnali trasmessi dal canale al minimo.
7. Immunità alle interferenze: è l'immunità al rumore, ad es. immunità al rumore.
