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

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

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

linii de înaltă tensiune; canale radio etc.

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

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

Canalele de comunicare se caracterizează prin:

1. Capacitatea canalului definit ca produsul timpului de utilizare a canalului T la, lăţimea de bandă a frecvenţelor trecute de canal F lași interval dinamic D la... , care caracterizează capacitatea canalului de a transmite diferite niveluri de semnal

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

Condiție pentru potrivirea semnalului cu canalul:

V c£ V k ; Tc£ T k ; Fc£ F k ; V c£ V k ; DC£ D k.

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

3.

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

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

Canalul de comunicare poate fi comparat la figurat cu drumurile. Drumuri înguste - trafic redus, dar ieftine. Drumuri largi - trafic bun, dar scump. Lățimea de bandă este determinată de „gâtul de sticlă”.

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

Cablat:

1. Cablat- pereche răsucită (care suprimă parțial radiația electromagnetică din alte surse). Rate de transfer de până la 1 Mbps. Folosit în rețelele de telefonie și pentru transmisia de date.

2. Cablu coaxial. Rata de transfer 10-100 Mbps - folosit in retelele locale, cablu TV etc.

3... Fibra optica. Rata de transmisie este de 1 Gbps.

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

linii radio:

1.Canal radio. Viteza de transmisie este de 100-400 Kbps. Folosește frecvențe radio de până la 1000 MHz. Până la 30 MHz, datorită reflexiei din ionosferă, undele electromagnetice se pot propaga dincolo de linia vizuală. Dar această gamă este foarte zgomotoasă (de exemplu, radio amator). De la 30 la 1000 MHz - ionosfera este transparentă și este necesară linia de vedere. Antenele sunt instalate la înălțime (uneori sunt instalate regeneratoare). Folosit în radio și televiziune.

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

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

2. Lățimea de bandă a unui canal de comunicație discret

Un canal discret este o colecție de mijloace pentru transmiterea semnalelor discrete.

Lățimea de bandă a canalului de comunicație - cea mai mare rată teoretic realizabilă de transfer de informații, cu condiția ca eroarea să nu depășească o valoare dată. Rata de transfer de informații - cantitatea medie de informații transmise pe unitatea de timp. Să definim expresii pentru calcularea ratei de transfer de informații și a lățimii de bandă a canalului de comunicație discret.

Când fiecare simbol este transmis, în medie, cantitatea de informații trece prin canalul de comunicare, determinată de formulă

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

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

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

Eu (Y T, X T) = H (X T) - H (X T / Y T) = H (Y T) - H (Y T / X T) = n. (4)

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

Lățimea de bandă a canalului de comunicație discret

. (5)

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

Debitul depinde de caracteristicile tehnice ale canalului (viteza echipamentului, tipul de modulație, nivelul de interferență și distorsiune etc.). Unitățile de măsură ale capacității canalului sunt:,,,.

2.1 Canal de comunicație discret fără interferențe

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

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

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

Dacă X T- numărul de caractere pentru momentul respectiv T, atunci rata de transfer de informații pentru un canal de comunicație discret fără interferențe este

(6)

Unde V = 1/ - rata medie de biți a unui simbol.

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

(7)

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

. (8)

Teorema primului canal a lui Shannon: Dacă fluxul de informație generat de sursă este suficient de apropiat de lățimea de bandă a canalului de comunicație, i.e.

atunci poți găsi întotdeauna o astfel de metodă de codare care să asigure transmiterea tuturor mesajelor de la sursă, iar rata de transfer a informațiilor va fi foarte apropiată de capacitatea canalului.

Teorema nu răspunde la întrebarea cum se realizează codarea.

Exemplul 1. Sursa generează 3 mesaje cu probabilități:

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 șip 3 = 0,7.

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

Soluţie: Entropia sursei este

[bit/s].

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

Rata medie a semnalului

V =1/2 t = 500 .

Rata de transfer de informații

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bps].

2.2 Canal de comunicație discret cu interferențe

Vom lua în considerare canale de comunicare discrete fără memorie.

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

Subiectul 1.4: Bazele LAN

Subiectul 1.5: Tehnologii LAN de bază

Subiectul 1.6: Componentele software și hardware de bază ale unei rețele LAN

Rețele locale

1.2. Mijloace și metode de transmitere a datelor în rețele de calculatoare

1.2.2. Linii de comunicație și canale de transmisie a datelor

Pentru a construi rețele de calculatoare, se folosesc linii de comunicație care folosesc un mediu fizic diferit. Ca mediu fizic în comunicații se folosesc: metale (în principal cupru), sticlă super-transparentă (cuarț) sau plastic și eter. Mediul fizic de transmisie poate fi cablul cu perechi răsucite, cablul coaxial, cablul cu fibră optică și mediul înconjurător.

Liniile de comunicație sau liniile de transmisie a datelor sunt echipamente intermediare și medii fizice prin care sunt transmise semnale de informații (date).

Mai multe canale de comunicație (canale virtuale sau logice) pot fi formate într-o singură linie de comunicație, de exemplu, prin diviziunea în frecvență sau în timp a canalelor. Un canal de comunicație este un mijloc de transmisie unidirecțională a datelor. Dacă o linie de comunicație este utilizată exclusiv de un canal de comunicație, atunci în acest caz linia de comunicație se numește canal de comunicație.

Un canal de transmisie de date este un mijloc de schimb de date bidirecțional, care include linii de comunicație și echipamente pentru transmiterea (recepția) datelor. Canalele de transmisie a datelor conectează sursele de informații și receptorii de informații.

În funcție de mediul fizic de transmisie a datelor, liniile de comunicație pot fi împărțite în:

• linii de comunicație cu fir fără împletituri izolatoare și ecranare;
• cablu, unde liniile de comunicație, cum ar fi cablurile cu perechi răsucite, cablurile coaxiale sau cablurile cu fibră optică sunt folosite pentru a transmite semnale;
• wireless (canale radio pentru comunicații terestre și prin satelit), care folosesc unde electromagnetice pentru a transmite semnale care se propagă prin aer.

Linii de comunicație prin cablu

Liniile de comunicație cu fir (aer) sunt utilizate pentru transmiterea semnalelor telefonice și telegrafice, precum și pentru transmiterea datelor computerizate. Aceste linii de comunicație sunt folosite ca linii de comunicație trunchi.

Canalele de transmisie de date analogice și digitale pot fi organizate prin linii de comunicație cu fir. Viteza de transmisie a liniilor cu fir POST (Primitive Old Telephone System) este foarte lentă. În plus, dezavantajele acestor linii includ imunitatea la zgomot și posibilitatea unei simple conexiuni neautorizate la rețea.

Linii de comunicație prin cablu

Liniile de comunicație prin cablu au o structură destul de complexă. Cablul este format din conductori închiși în mai multe straturi de izolație. Există trei tipuri de cabluri utilizate în rețelele de calculatoare.

Pereche răsucită(pereche răsucită) - cablu de comunicație, care este o pereche răsucită de fire de cupru (sau mai multe perechi de fire), închise într-o manta ecranată. Perechile de fire sunt răsucite împreună pentru a reduce captarea. Cablul pereche răsucită este suficient de imun la zgomot. Există două tipuri de acest cablu: pereche răsucită neecranată UTP și pereche răsucită ecranată STP.

Acest cablu se caracterizează prin ușurință de instalare. Acest cablu este cea mai ieftină și mai răspândită formă de comunicare, care este utilizată pe scară largă în cele mai comune rețele locale cu arhitectură Ethernet, construită într-o topologie în stea. Cablul se conectează la dispozitivele de rețea folosind un conector RJ45.

Cablul este folosit pentru a transfera date la 10 Mbps și 100 Mbps. Perechea răsucită este de obicei folosită pentru comunicare pe o distanță de cel mult câteva sute de metri. Dezavantajele unui cablu cu perechi răsucite includ posibilitatea unei simple conexiuni neautorizate la rețea.

Cablu coaxial Un cablu coaxial este un cablu cu un fir central de cupru înconjurat de un strat de material izolator pentru a separa conductorul central de scutul conductor exterior (împletitură de cupru sau strat de folie de aluminiu). Ecranul conductor exterior al cablului este acoperit cu izolație.

Există două tipuri de cablu coaxial: cablu coaxial de 5 mm subțire și cablu coaxial de 10 mm grosime. Cablurile coaxiale groase au o atenuare mai mică decât cablurile coaxiale subțiri. Costul unui cablu coaxial este mai mare decât cel al unui cablu torsadat, iar instalarea unei rețele este mai dificilă decât un cablu torsadat.

Cablul coaxial este utilizat, de exemplu, în rețelele locale cu arhitectură Ethernet, construite după topologia de tip „shared bus”.

Cablul coaxial este mai rezistent la interferențe decât perechea răsucită și își reduce propria radiație. Lățimea de bandă este de 50-100 Mbps. Lungimea admisă a liniei de comunicație este de câțiva kilometri. Conexiunile neautorizate la cablurile coaxiale sunt mai dificile decât cablurile cu perechi răsucite.

Canale de comunicație prin cablu fibră optică... Fibra optică este o fibră optică pe bază de siliciu sau plastic, învelită într-un material cu refracție scăzută, care este acoperită de o manta exterioară.

Fibra optică transportă semnale doar într-o singură direcție, astfel încât cablul este format din două fibre. La capătul de transmisie al cablului de fibră optică este necesară conversia semnalului electric în lumină, iar la capătul de recepție este necesară conversia inversă.

Principalul avantaj al acestui tip de cablu este nivelul extrem de ridicat de imunitate la zgomot și absența radiațiilor. Conectarea neautorizată este foarte dificilă. Rata de transfer de date 3Gb/s. Principalele dezavantaje ale unui cablu cu fibră optică sunt complexitatea instalării acestuia, rezistența mecanică scăzută și sensibilitatea la radiațiile ionizante.

Canale de transmisie de date fără fir (canale radio terestre și prin satelit).

Canalele radio pentru comunicații terestre (releu radio și celulare) și prin satelit sunt formate folosind un transmițător și un receptor de unde radio și sunt denumite tehnologie de transmisie de date fără fir.

Canale de transmisie de date prin releu radio

Canalele de comunicație prin releu radio constau dintr-o secvență de stații care sunt repetitoare. Comunicarea se realizează în cadrul liniei de vedere, distanța dintre stațiile învecinate este de până la 50 km. Liniile digitale de comunicație prin releu radio (TsRRS) sunt utilizate ca sisteme de comunicații și transmisii de date regionale și locale, precum și pentru comunicarea între stațiile de bază ale comunicațiilor celulare.

Canale de transmisie de date prin satelit

Sistemele prin satelit utilizează antene cu frecvență de microunde pentru a primi semnale radio de la stațiile de la sol și pentru a transmite acele semnale înapoi la stațiile de la sol. Există trei tipuri principale de sateliți în rețelele de satelit, care sunt pe orbite geostaționare, medii sau joase. Sateliții sunt de obicei lansati în grupuri. Distanțate, acestea pot acoperi aproape întreaga suprafață a Pământului. Funcționarea canalului de transmisie de date prin satelit este prezentată în figură

Orez. unu.

Este mai convenabil să folosiți comunicațiile prin satelit pentru a organiza un canal de comunicație între stații situate la distanțe foarte mari și posibilitatea de a deservi abonații în cele mai inaccesibile puncte. Debitul este mare - câteva zeci de Mbps.

Legături de date celulare

Canalele radio celulare sunt construite pe aceleași principii ca și rețelele de telefonie celulară. Comunicația celulară este un sistem de telecomunicații fără fir care constă dintr-o rețea de stații de emisie-recepție la sol și un comutator celular (sau centru de comutare mobil).

Stațiile de bază sunt conectate la centrul de comutare, care asigură comunicarea, atât între stațiile de bază, cât și cu alte rețele de telefonie și cu internetul global. În ceea ce privește funcțiile sale, centrul de comutare este similar cu un PBX convențional de comunicație prin cablu.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) este un standard celular pentru transmiterea fără fir a informațiilor pentru abonații fix. Sistemul este construit pe o bază celulară, o stație de bază vă permite să acoperiți o zonă cu o rază de câțiva kilometri (până la 10 km) și să conectați câteva mii de abonați. BS-urile în sine sunt conectate între ele prin canale de comunicații terestre de mare viteză sau canale radio. Rate de transfer de date de până la 45 Mbps.

Canale de transmisie de date radio WiMAX(Interoperabilitatea la nivel mondial pentru acces la microunde) sunt similare cu Wi-Fi. WiMAX, spre deosebire de tehnologiile tradiționale de acces radio, funcționează și pe semnalul reflectat, în afara liniei de vedere a stației de bază. Experții cred că WiMAX mobil oferă perspective mult mai interesante pentru utilizatori decât WiMAX fix pentru clienții corporativi. Informațiile pot fi transmise pe distanțe de până la 50 km cu o viteză de până la 70 Mbit/s.

Transmisia de date radio MMDS(Sistem de distribuție multicanal multipunct). Aceste sisteme sunt capabile să deservească o zonă pe o rază de 50-60 km, în timp ce linia vizuală a emițătorului operatorului este opțională. Rata medie de transfer de date garantată este de 500 Kbps - 1 Mbps, dar pot fi furnizate până la 56 Mbps per canal.

Canale de transmisie de date radio pentru rețele locale... Standardul wireless pentru rețelele locale este tehnologia Wi-Fi. Wi-Fi oferă o conexiune în două moduri: punct la punct (pentru conectarea a două PC-uri) și conexiune la infrastructură (pentru conectarea mai multor PC-uri la un singur punct de acces). Rate de schimb de date de până la 11 Mbps pentru conexiunile punct la punct și până la 54 Mbps pentru conexiunile de infrastructură.

Canale de transmisie de date radio Bluetooth este o tehnologie de transmitere a datelor pe distanțe scurte (nu mai mult de 10 m) și poate fi folosită pentru a crea rețele de acasă. Rata de transfer de date nu depășește 1 Mbps.

Introducere

Un canal de comunicație, un canal de transmisie, dispozitive tehnice și o cale de comunicație în care semnalele care conțin informații se propagă de la un transmițător la un receptor. Dispozitivele tehnice (amplificatoare de semnale electrice, dispozitive de codare și decodare a semnalelor etc.) sunt amplasate în punctele intermediare (amplificatoare) și terminale de comunicație. O varietate de linii sunt utilizate ca cale de transmisie - fir (aer și cablu), releu radio și radio, unde radio etc. Emițătorul convertește mesajele în semnale care sunt apoi transmise la intrarea canalului de comunicație: în funcție de semnalul primit la ieșirea canalului de comunicație, receptorul reproduce mesajul transmis. Un transmițător, un canal de comunicație și un receptor formează un sistem de comunicație sau un sistem de transmisie a informațiilor. După scopul sistemului, care include canale de comunicație, sunt: ​​canale telefonice, difuzare sonoră, televiziune, fototelegraf (fax), telegraf, telemetrie, telecomandă, transmisie digitală de informații; prin natura semnalelor, a căror transmitere este asigurată de canalele de comunicaţie, ele disting între canale continue şi discrete atât ca valoare cât şi în timp. În general, canalul de comunicație are un număr mare de intrări și ieșiri și poate oferi transmisie de semnal în două sensuri.

codificarea canalului de semnal de comunicare

Legătură

Un canal de comunicație este un sistem de mijloace tehnice și un mediu de propagare a semnalului pentru transmiterea mesajelor (nu numai a datelor) de la o sursă la un receptor (și invers). Un canal de comunicație, înțeles în sens restrâns (cale de comunicație), reprezintă doar mediul fizic de propagare a semnalului, de exemplu, o linie de comunicație fizică.

Canalul de comunicație este conceput pentru a transmite semnale între dispozitive la distanță. Semnalele transportă informații destinate prezentării unui utilizator (persoană) sau pentru utilizare de către aplicațiile computerizate. Canalul de comunicare include următoarele componente:

· Dispozitiv de transmisie;

· Dispozitiv receptor;

· Mediu de transmisie de natură fizică variată (Fig. 1).

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

Fig. 1.

Fig. 2

Clasificarea canalelor de comunicare

Clasificarea Nr. 1: Există multe tipuri de canale de comunicație, dintre care cele mai frecvente sunt canalele de comunicație prin fir (aer, cablu, fibră optică etc.) și canalele de comunicații radio (troposferice, satelit etc.). Astfel de canale, la rândul lor, sunt de obicei calificate pe baza caracteristicilor semnalelor de intrare și de ieșire, precum și pe modificarea caracteristicilor semnalelor, în funcție de astfel de fenomene care apar în canal, cum ar fi estomparea și atenuarea semnalelor.

După tipul de mediu de distribuție, canalele de comunicare sunt împărțite în:

· Cablat;

· Acustic;

· Optic;

· Infrarosu;

· Canale radio.

Canalele de comunicare sunt, de asemenea, clasificate în:

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

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

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

· Discret-continuu (semnale discrete la intrarea canalului și semnale continue la ieșire). Canalele pot fi atât liniare, cât și neliniare, temporale și spațiu-timp.

Este posibil să se clasifice canalele de comunicație după intervalul de frecvență. Sistemele de transmisie a informațiilor sunt monocanal și multicanal. Tipul de sistem este determinat de canalul de comunicare. Dacă un sistem de comunicații este construit pe același tip de canale de comunicație, atunci numele său este determinat de numele tipic al canalelor. În caz contrar, se utilizează specificația caracteristicilor de clasificare.

Clasificare nr. 2 (mai detaliată): Clasificare după intervalul de frecvență utilizat

· Kilometru (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

· Hectometric (SV) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Decametru (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Contor (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

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

Centimetru (CMB) 1-10 cm, 3-30 GHz;

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

· Decimitru (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

Linii de comunicație direcționale direcționale (se folosesc conductori diferiți): coaxiale, perechi răsucite pe bază de conductori de cupru, fibră optică.

nedirecțional (legături radio); linia de vedere; troposferic; spațiu ionosferic; releu radio (retransmisie pe decimetru și unde radio mai scurte).

După tipul mesajelor transmise: telegraf; telefon; transmisie de date; facsimil.

După tipul de semnale: analog; digital; impuls.

După tipul de modulare (manipulare) În sistemele de comunicații analogice: cu modulație de amplitudine; cu modulație în bandă laterală unică; cu modulație de frecvență. În sistemele de comunicații digitale: cu amplitudine shift keying; cu tastare de deplasare a frecvenței; cu schimbare de fază; cu schimbare de fază relativă; cu tone-shift keying (elementele individuale sunt manipulate sub unda purtătoare (ton), după care manipularea este efectuată la o frecvență mai mare).

După valoarea bazei semnalului radio, bandă largă (B >> 1); bandă îngustă (B „1).

După numărul de mesaje transmise simultan, monocanal; multicanal (frecvență, timp, cod diviziunea canalelor);

În direcția schimbului de mesaje, unidirecțional; bilateral.

Conform ordinii schimbului de mesaje, comunicarea simplex este o comunicație radio bidirecțională, în care transmisia și recepția fiecărei stații radio se realizează pe rând; comunicare duplex - transmisia și recepția se realizează simultan (cele mai eficiente); comunicare semi-duplex - se referă la simplex, care asigură o tranziție automată de la transmisie la recepție și posibilitatea de a re-întreba corespondentul.

Prin protecția informațiilor transmise, comunicare deschisă; comunicare privată (clasificată).

După gradul de automatizare a schimbului de informații, acestea nu sunt automatizate - controlul postului radio și schimbul de mesaje se realizează de către operator; automatizat - doar informațiile sunt introduse manual; automat - procesul de schimb de mesaje se realizează între un dispozitiv automat și un computer fără participarea unui operator.

Clasificarea numărul 3 (ceva se poate repeta):

La programare - telefon - telegraf - televiziune - radiodifuziune.

Pe sensul de transmisie - simplex (transmisie într-un singur sens) - semi-duplex (transmisie alternativ în ambele sensuri) - duplex (transmisie în ambele sensuri simultan).

După natura liniei de comunicație - mecanic - hidraulic - acustic - electric (cu fir) - radio (fără fir) - optic.

După natura semnalelor la intrarea și ieșirea canalului de comunicație - analog (continuu) - discret în timp - discret la nivel de semnal - digital (discret atât în ​​timp, cât și în nivel).

După numărul de canale pe o linie de comunicație - un singur canal - multicanal.

Principalele caracteristici ale canalului de comunicație (Fig. 5.2) sunt debitul și fiabilitatea transmisiei datelor. Lățime de bandă de canal este estimat prin numărul limită de biți de date transmiși pe canal pe unitatea de timp și este măsurat în bit/s (s -1). Fiabilitatea transmisiei datelor este caracterizată de probabilitatea distorsiunii biților, care pentru canalele de comunicație fără mijloace suplimentare de protecție împotriva erorilor este, de regulă, 10 -4 - 10 -6. Principala cauză a distorsiunii este efectul interferenței asupra liniei de comunicație și, parțial, prezența zgomotului în ADF. Interferența este de natură pulsată și are tendința de grupare - formarea de explozii de interferență care distorsionează imediat un grup de biți adiacenți în datele transmise.

Linii de comunicare. Pentru transmisia datelor se folosesc linii de comunicații de diferite tipuri: fir (aer), cablu, releu radio, fibră optică și canale radio de comunicații terestre și prin satelit. Liniile de cablu constau din perechi răsucite de fire sau cabluri coaxiale. Principalele caracteristici ale liniilor de comunicație sunt banda de frecvență, costul unitar și imunitatea la zgomot. Banda de frecventa definește domeniul de frecvență în care f n și f c - limitele inferioare si superioare ale frecventelor transmise efectiv pe linie. Lățimea de bandă depinde de tipul de linie și lungimea acesteia. Liniile de comunicație cu fir au o bandă de frecvență de aproximativ 10 kHz, cablu - 10 2 kHz, coaxial - 10 2 MHz, releu radio - 10 3 MHz și fibră optică - 10 2 MHz. Pentru transmisia de date, se utilizează comunicația radio cu undă scurtă cu un interval de frecvență de la 3 la 30 MHz. Costul specific al liniei este determinat de costul creării unei linii cu o lungime de 1 km. Pentru transmisia de date pe distanțe scurte se folosesc în principal linii fir de joasă frecvență, pentru distanțe lungi - linii de înaltă frecvență: cabluri coaxiale, fibră optică și linii de relee radio. Comunicarea radio este folosită pentru a organiza atât comunicații locale, cât și la distanță lungă. Imunitatea liniei depinde de intensitatea interferenței create în linie de mediul extern sau care rezultă din zgomotul din linie în sine. Cele mai puțin rezistente la zgomot sunt liniile radio, liniile de cablu au imunitate bună la zgomot și liniile de fibră optică, care nu sunt susceptibile la radiațiile electromagnetice, sunt excelente.

Orez. 5.4. Secvență de semnale binare

Lățime de bandă de canal. Capacitatea canalului depinde de lățimea de bandă a conexiunii și de raportul semnal-zgomot. Lățimea de bandă maximă a unui canal configurat pe baza unei linii cu o lățime de bandă Fși raportul semnal-zgomot R Cu / R w, este (biți pe secundă)

Valoare (1+ R Cu / R w) determină numărul de niveluri de semnal care pot fi percepute de receptor. Deci dacă atitudinea R Cu / R w> 3, atunci un singur semnal poate transporta patru valori, adică biți de informații.

La transmiterea datelor, semnalele binare sunt utilizate pe scară largă, luând valori 0 și 1. Diagrama de timp a secvenței unor astfel de semnale transmise pe linia de comunicație este prezentată în Fig. 5.4, ​​unde valorile purtate de semnal sunt indicate mai sus. Timpul minim de ciclu cu care semnalele pot fi transmise pe un canal cu o bandă de frecvență F, este egal cu. Dacă probabilitatea de denaturare a simbolurilor 0 și 1 din cauza interferenței este aceeași și egală R, apoi numărul de caractere binare care pot fi transmise cu precizie pe canal pe secundă,

Această expresie definește lățimea de bandă a canalului binar. Valoarea dintre paranteze drepte definește fracția de simboluri binare care sunt transmise pe canal cu o frecvență de 2 F fără distorsiuni. Dacă nu există interferențe, probabilitatea distorsiunii caracterelor și a lățimii de bandă; dacă probabilitatea de distorsiune R= 0,5, apoi debitul CU= 0. Dacă un mesaj cu lungimea de n caractere binare, atunci probabilitatea de apariție în el este exactă l greșeli , numărul mediu de erori și abaterea standard.

Cel mai comun tip de picurare este telefonul cu o lățime de bandă de 3,1 kHz și o gamă de frecvență de la f H = 0,3 kHz la f H = 3,4 kHz. Canalul telefonic comutat oferă o rată de transfer de date С = 1200 biți / s, iar cel necomutat - până la 9600 biți / s.

Este obișnuit să se caracterizeze eficiența utilizării unui canal de comunicație pentru transmisia de date după lățimea de bandă specifică, adică lățimea de bandă pe 1 Hz a lățimii de bandă a canalului. Pentru canalele telefonice comutate, lățimea de bandă specifică nu depășește 0,4 biți / (sHz), iar pentru liniile telefonice necomutate este, de regulă. 3-5 biți / (sHz).

Următoarele rate de comunicare sunt standardizate: 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 12000, 24000, 48000 și 96000 biți/s. Canalele cu o lățime de bandă de până la 300 bps se numesc viteză mică, de la 600 la 4800 bps - viteză medie, iar cu lățimi de bandă mai mari - viteză mare.

Metode de transfer de date. Pentru a transmite date pe canale cu caracteristici diferite, se folosesc diferite metode care promit utilizarea maximă a proprietăților canalelor pentru a crește viteza și fiabilitatea transmisiei datelor la un cost moderat al echipamentului.

Datele sunt furnizate inițial de o serie de impulsuri cu undă pătrată (Figura 5.4). Pentru a le transmite fără distorsiuni, este necesară o lățime de bandă de la zero la infinit. Canalele reale au o bandă de frecvență finită cu care semnalele transmise trebuie să fie corelate. Potrivirea este asigurată, în primul rând, prin modulare - transferul unui semnal într-o bandă de frecvență dată și, în al doilea rând, prin codificare - conversia datelor într-o formă care vă permite să detectați și să corectați erorile rezultate din interferența în canalul de comunicație.

Când se utilizează linii de sârmă și cablu de înaltă frecvență, a căror bandă de frecvență începe de la aproximativ zero, semnalele pot fi transmise în forma lor naturală - fără modulare (în banda de frecvență primară). Canalele care funcționează fără modulare se numesc canale telegrafice și asigură transmisie de date la o rată de obicei de 50-200 biți/s.

Orez. 5.5. Canal modulat

Când un canal are o bandă de frecvență puternic limitată, cum ar fi un canal radio, transmisia semnalului trebuie efectuată în această bandă, iar semnalul este transferat într-o bandă dată prin modulație conform schemei prezentate în Fig. 5.5. În acest caz, între echipamentul terminal de date binare și canal, a modem- modulator si demodulator. Modulator mută spectrul semnalului primar în vecinătatea frecvenței purtătoare f 0 .Demodulator efectuează o transformare inversă asupra semnalului, formând un semnal binar de impuls din semnalul modulat.

Orez. 5.6. Metode de modulare

Metodele de modulare sunt clasificate în analogicși discret... Analogii includ modulația de amplitudine, frecvență și fază (Fig. 5.6). La amplitudine(fig. 5.6, b) amplitudinea frecvenței purtătoare este modulată de semnalul primar (Fig.5.6, A). La modulația de frecvență(fig. 5.6, v) valorile 0 și 1 ale semnalului binar sunt transmise prin semnale cu frecvențe diferite - f 0 și f unu . La modularea fazei(fig. 5.6, G) valorile semnalului 0 și 1 corespund semnalelor de frecvență f 0 cu o fază diferită. Metode de modulație discretă sunt utilizate pentru a converti semnalele analogice, cum ar fi vorbirea, în digital. În aceste scopuri, cele mai utilizate sunt modularea puls-amplitudine, puls-cod și impuls-timp.

Codarea datelor transmise se realizează în principal pentru a crește imunitatea datelor la zgomot. Deci, codurile primare de simboluri pot fi prezentate într-o formă imună la zgomot - folosind coduri Hamming, care asigură detectarea și corectarea erorilor în datele transmise. Recent, funcția de creștere a fiabilității datelor transmise este atribuită echipamentului terminal de date și este asigurată prin introducerea redundanței informaționale în mesajele transmise.

Echipamente de transmisie a datelor. Scopul principal al ADF este convertirea semnalelor provenite de la echipamentul terminal pentru transmiterea lor în banda de frecvență a canalului de comunicație și conversia inversă a semnalelor provenite de la canal. Când se lucrează cu un canal telegrafic, semnalele prin care sunt transmise fără modulare (în banda de frecvență primară), aceste funcții sunt implementate de un dispozitiv de conversie a semnalului telegrafic, iar când se lucrează cu un canal telefonic și de înaltă frecvență, de către un modem. Elementele principale ale modulatorului și demodulatorului sunt prezentate în Fig. 5.7. În cazul în cauză, transmisia de date către canal se realizează sincron cu o frecvență corespunzătoare vitezei de funcționare a canalului, de exemplu, cu o frecvență de 1200 Hz. Semnale de sincronizare S T sunt generate în modulator de un generator de ceas TG... Pentru fiecare semnal de sincronizare S T, un semnal binar este introdus în blocul de modulație al BM T, care este un pic de date. Frecvența purtătoare este generată de generator LFO... Semnalul modulat ajunge la un filtru trece-bandă PF, limitând lățimea de bandă a semnalului în conformitate cu limitele inferioare și superioare ale lățimii de bandă a canalului. Apoi semnalul cu banda de frecvență dată este transmis prin canal către demodulator, trece printr-un filtru trece-bandă care selectează banda de frecvență dată și intră în unitatea de demodulare.

Principalele caracteristici ale canalului de comunicare includ următoarele:

• durata kan, pentru T k- timpul în care canalul de comunicare își îndeplinește funcțiile;
• lățimea de bandăА / к - banda de frecvențe de vibrație transmisă de canalul de comunicație fără atenuare semnificativă;
• interval dinamic D K, care poate fi gândit ca

depinde de sensibilitatea receptorului R tshși sarcinile admisibile Rtakh echipamente pentru canale de comunicații;

capacitatea canalului de comunicație V K- produsul cantităților de mai sus:

Dacă volumul semnalului (5.8) depășește capacitatea canalului de comunicație, atunci un astfel de semnal nu poate fi transmis fără distorsiuni (fără pierderea de informații).

Condiția generală pentru potrivirea unui semnal cu un canal de transmisie a informațiilor este determinată de raport

Acest raport exprimă condiția necesară, dar nu suficientă pentru potrivirea semnalului cu canalul. Condiția acordului asupra tuturor parametrilor este suficientă:

Dacă, atunci când condiția (5.19) este îndeplinită, o parte din condițiile (5.20) nu este asigurată, atunci este posibil să se realizeze potrivirea prin transformarea semnalului, păstrând în același timp volumul acestuia. De exemplu, dacă nu există o potrivire de frecvență a semnalului cu canalul, de ex. Afs " D / c, apoi potrivirea se realizează prin înregistrarea semnalului pe un magnetofon la o viteză a casetei și redarea acestuia în timpul transmisiei la o viteză mai mică în P o singura data. Ca urmare, durata semnalului T s creste in P lățimea spectrului său scade o dată și în și ori, în timp ce volumul semnalului nu se modifică;

cantitatea de informații 1 (X, Y)- înseamnă cantitatea de informații transmise conținută în semnalul sursă Y, despre starea obiectului Xși este determinată de cantitatea de ambiguitate eliminată ca urmare a recepționării semnalului, adică diferență a priori(inainte de a primi semnalul) si a posteriori(după primirea semnalului) entropie:

Aceasta implică următoarele proprietăți ale cantității de informații:

• cantitatea de informație este măsurată în aceleași unități ca entropia; cel mai adesea în biți;
• cantitatea de informații este întotdeauna nenegativă: I (X, Y)> 0;
• nicio transformare a semnalului nu va crește informația pe care o conține;
• cantitatea de informații I (X, Y) despre orice sursă X, conținută în semnalul Y nu este mai mare decât entropia acestei surse: 1 (X Y) H (X)
• cantitatea de informații despre sine conținută în sursă X, este egal cu entropia sa: I (X, Y) = H (X).

În cazul particular când T stările posibile ale sursei sunt la fel de probabile și independente unele de altele, fiecare stare a sursei poartă informații I (X, X) = Buturuga " T, iar succesiunea constând din P state (de exemplu, o telegramă de lungime P semne compuse din T simboluri echiprobabile), poartă informații I (X, X) == / jlog a t = loga T”.În acest caz, cantitatea de informații conținute în sursa de informații este determinată de logaritmul numărului de secvențe posibile de stări ale sursei (numărul de evenimente posibile echiprobabile), din care se face alegerea la primirea informațiilor.

Cantitatea de informații cu fiabilitatea incompletă a mesajelor discrete este egală cu diferența de entropie necondiționată H (X), care caracterizează incertitudinea inițială a mesajului și entropia condiționată care caracterizează incertitudinea reziduală a mesajului:

Unde1 (X,Y) - cantitatea de informații conținută în întregul set de mesaje primiteX,privind întregul set de mesaje transmise Y;

UndeRU) -probabilitate anterioară;

Undep (Y /, x,) - probabilitate condiționată care caracterizează incertitudinea din mesajX,referitor la mesajul transmisy ,.

Probabilitatea de apariție concomitentă a evenimentelor la, și x „egal p (y „x,) poate fi scris ca

Probabilitatea este egală cu probabilitatea anterioară a mesajului y hînmulțit cu probabilitatea condiționată (posterior) a apariției mesajului y, cu condiția ca mesajul x să fie primit.

Să dăm un exemplu de transmitere a unui mesaj despre starea ieșirii unei surse de tensiune care acceptă valori de tensiune de 1 ... 10 V cu probabilitate egală. În acest caz, mesajul poartă o mulțime de informații. Este ușor de observat că cu cât probabilitatea unui eveniment este mai mică, cu atât mai multe informații sunt conținute în mesajul despre acest eveniment. De exemplu, mesajul că vor fi înghețuri în iulie conține o mulțime de informații, deoarece un astfel de eveniment este rar și probabilitatea sa este foarte mică.

Cantitatea de informații are expresia

În ciuda coincidenței formulelor, cantității de informații și entropiei, cantitatea de informații este determinată după primirea mesajului.

Unitățile de măsurare a cantității de informații și a entropiei depind de alegerea bazei logaritmului: atunci când se utilizează logaritmi zecimal - dit, naturala - nit, binar - pic.

Principalele caracteristici ale semnalului de comunicare includ, de asemenea, următoarele:

viteza de transmitere a informațiilor- cantitatea medie de informaţie transmisă pe canalul de comunicare pe unitatea de timp. În general, viteza de transmisie depinde de durata mesajului transmis. T. Pentru mesaje suficient de lungi, viteza de transmisie rămâne constantă. Rata de transfer de informații are expresia

unde / (Z, Y)- cantitatea de informatii transmise in timp T munca canalului;

capacitatea canalului(C) - rata maximă de transfer de informații teoretic permisă pentru un canal dat:

Viteza de introducere a informațiilor în canal nu trebuie să depășească lățimea de bandă a canalului, altfel informațiile se vor pierde. Analitic, viteza de intrare a informațiilor este exprimată ca

Unde 1 (X)- cantitatea medie de informaţie la intrarea canalului;

T - durata mesajului.

Una dintre problemele principale în teoria transmisiei informației este de a determina dependența ratei de transmitere a informațiilor și a lățimii de bandă de parametrii canalului și de caracteristicile semnalelor și interferențelor care acționează în acesta;

• răspuns în frecvență(Răspuns în frecvență). Pentru a determina caracteristicile canalului de comunicare, se aplică o analiză a răspunsului acestuia la un anumit efect de referință. Cel mai adesea, semnalele sinusoidale de diferite frecvențe sunt folosite ca referință. AFC arată cum se modifică amplitudinea sinusoidei la ieșirea liniei de comunicație în comparație cu amplitudinea la intrarea sa pentru toate frecvențele semnalului transmis;
• lățime de bandă - intervalul de frecvențe pentru care raportul dintre amplitudinea semnalului de ieșire și semnalul de intrare depășește o anumită limită predeterminată (pentru o putere de 0,5). Această bandă de frecvență definește domeniul de frecvență al unui semnal sinusoidal la care acest semnal este transmis pe linia de comunicație fără distorsiuni semnificative. Lățimea de bandă afectează rata maximă posibilă de transmitere a informațiilor pe linia de comunicație;
• atenuarea legăturii (L) - este definită ca scăderea relativă a amplitudinii sau puterii semnalului atunci când pe linia de comunicație este transmis un semnal de o anumită frecvență. Atenuare L de obicei măsurată în decibeli (dB) și se calculează folosind formula

unde P „ykh este puterea semnalului la ieșirea de linie;

P în -puterea semnalului la intrarea de linie;

fiabilitatea transmiterii datelor - caracterizează probabilitatea de distorsiune pentru fiecare bit de date transmis. Indicatorul fiabilității este probabilitatea recepționării eronate a unui simbol informațional - P osh. Valoarea lui Posh pentru canalele de comunicare fără mijloace suplimentare de protecție împotriva erorilor este, de regulă, 10 -4 ... 10 -6. În liniile de comunicație cu fibră optică, P osh este 10 -9. Aceasta înseamnă că atunci când P osh = 10 -4, în medie, din 10.000 de biți, valoarea unui bit este distorsionată. Distorsiunea biților apare atât din cauza prezenței zgomotului pe linie, cât și din cauza distorsiunii formei de undă limitată de lățimea de bandă a liniei. Pentru a crește fiabilitatea datelor transmise, este necesară creșterea nivelului de imunitate la zgomot a liniilor, precum și utilizarea liniilor de comunicație în bandă largă.