Cu toate canalele de transmitere a informațiilor. Schema de transmitere a informatiilor prin diverse canale tehnice

Canale de comunicare (CC) servesc pentru transmiterea semnalului și reprezintă o legătură comună în orice sistem de transmitere a informațiilor.

După natura lor fizică, canalele de comunicare sunt împărțite în mecanic, utilizat pentru transferul de medii tangibile, acustic, opticȘi electric, transmitând semnale sonore, luminoase și, respectiv, electrice.

Canalele de comunicații electrice și optice, în funcție de metoda de transmitere a semnalelor, pot fi împărțite în fir, care folosesc conductori fizici pentru a transmite semnale (fire electrice, cabluri, ghidaje de lumină) și wireless, care folosesc unde electromagnetice pentru a transmite semnale (canale radio). , canale infraroșu).

Conform formularului de prezentare informatiile transmise canalele de comunicare se împart în analogic, prin care se transmit informații în formă continuă, adică. sub forma unei serii continue de valori ale oricărei mărimi fizice și digital, transmiterea de informații prezentate sub formă de semnale digitale (discrete, pulsate) de diferite naturi fizice.

În funcție de posibilele direcții de transfer de informații, canalele de comunicare sunt împărțite în simplex, permițând transmiterea informațiilor într-o singură direcție; semi-duplex, oferind transmisie alternativă de informații atât în ​​direcția înainte, cât și în sens invers; duplex, permițând transmiterea simultană a informațiilor în direcția înainte și înapoi.

Există canale de comunicare comutat, care sunt create din secțiuni (segmente) separate numai pe durata transmiterii de informații prin intermediul acestora, iar la finalizarea transmisiei un astfel de canal este eliminat (deconectat) și necomutate(selectat) creat pe perioadă lungă de timp si avand caracteristici constanteîn lungime, debit, imunitate la zgomot.

Folosit pe scară largă în sisteme automatizate prelucrarea informațiilor și controlul electric canale cu fir conexiunile variază în lățimea de bandă:

viteza mica, viteza de transmitere a informațiilor în care este de la 50 la 200 biți/s. Acestea sunt canale de comunicații telegrafice, atât comutate (telegraful abonatului) cât și necomutate;

viteza medie, utilizarea canalelor de comunicații analogice (telefonice); viteza de transmisie în acestea este de la 300 la 9600 bps, iar în noile standarde V.32 - V.34 ale Comitetului Consultativ Internațional de Telegrafie și Telefonie (ICITT) și de la 14400 la 56.000 bps;

de mare viteză(bandă largă), oferind viteze de transmisie a informațiilor de peste 56.000 bps.

Pentru a transfera informații către stații de compresoare de viteză mică și medie mediul fizic este de obicei linii de comunicație cablate: grupuri de fire paralele sau răsucite numite pereche răsucită Este alcătuit din conductori izolați răsuciți împreună în perechi pentru a reduce atât diafonia electromagnetică, cât și atenuarea semnalului în timpul transmisiei la frecvențe înalte.

Pentru a organiza CS de mare viteză (bandă largă) sunt utilizate diverse cabluri:

Ecranat cu perechi răsucite de fire de cupru;

Neecranat cu perechi răsucite de fire de cupru;

Coaxial;

Fibra optica.

Cabluri STP(ecranat cu perechi răsucite de fire de cupru) au caracteristici tehnice bune, dar sunt incomod de operat și sunt costisitoare.

Cabluri UTP(neecranat cu perechi răsucite de fire de cupru) sunt destul de utilizate pe scară largă în sistemele de transmisie a datelor, în special în rețelele de calculatoare.

Există cinci categorii de perechi răsucite: prima și a doua categorie sunt utilizate pentru transmisia de date la viteză redusă; al treilea, al patrulea și al cincilea - la viteze de transmisie de până la 16,25 și, respectiv, 155 Mbit/s. Aceste cabluri au bune caracteristici tehnice, relativ ieftin, ușor de utilizat și nu necesită împământare.

Cablu coaxial este un conductor de cupru acoperit cu un dielectric și înconjurat de o suită de conductori subțiri de cupru de ecranare izolare. Rata de transfer de date cablu coaxial destul de mare (până la 300 Mbit/s), dar nu este suficient de convenabil de utilizat și are un cost ridicat.

Cablu de fibra optica(Fig. 8.2) constă din fibre de sticlă sau plastic cu un diametru de câțiva micrometri (miez care conduce la lumină) cu un indice de refracție ridicat ps,înconjurat de izolație cu indice de refracție scăzut n 0 si pus in protectie teaca din polietilena. În fig. 8.2, A prezintă distribuția indicelui de refracție pe secțiunea transversală a cablului de fibră optică, iar în Fig. 8.2, b- diagrama de propagare a razei. Sursa de radiație propagată printr-un cablu de fibră optică este un LED sau un laser semiconductor, iar receptorul de radiație este o fotodiodă, care convertește semnalele luminoase în semnale electrice. Transmiterea unui fascicul de lumină printr-o fibră se bazează pe principiul reflexiei interne totale a fasciculului de pe pereții miezului de ghidare a luminii, ceea ce asigură o atenuare minimă a semnalului.

Orez. 8.2. Propagarea fasciculului de-a lungul unui cablu de fibră optică:

A- repartizarea indicelui de refracție pe secțiunea transversală a cablului de fibră optică;

b - diagrama de propagare a razei

În plus, cablurile de fibră optică oferă protecție pentru informațiile transmise de câmpurile electromagnetice externe și de mare viteză transferă până la 1000 Mbit/s. Codificarea informațiilor se realizează folosind modularea analogică, digitală sau în impulsuri a fasciculului de lumină. Cablul de fibră optică este destul de scump și este, de obicei, utilizat numai pentru așezarea canalelor de comunicație critice, de exemplu, așezate de-a lungul fundului Oceanul Atlantic Cablul conectează Europa cu America. În rețelele de calculatoare, cablul de fibră optică este utilizat în cele mai critice zone, în special pe Internet. Un cablu gros de fibră optică poate organiza simultan câteva sute de mii de linii telefonice, câteva mii de linii de telefon video și aproximativ o mie canale de televiziune comunicatii.

Stații de compresoare de mare viteză sunt organizate pe baza canalelor radio fără fir.

canal radio - Acesta este un canal de comunicație fără fir pus în aer. Pentru a forma un canal radio, se folosesc un transmițător radio și un receptor radio. Ratele de transmisie a datelor pe un canal radio sunt practic limitate de lățimea de bandă a echipamentului transceiver. Gama undelor radio este determinată de banda de frecvență a spectrului electromagnetic utilizat pentru transmiterea datelor. În tabel 8.1 prezintă intervalele de unde radio și benzile lor de frecvență corespunzătoare.

Cel mai frecvent utilizat pentru sistemele de telecomunicații comerciale intervale de frecvență 902 - 928 MHz și 2,40 - 2,48 GHz.

Canalele de comunicație fără fir au imunitate slabă la zgomot, dar oferă utilizatorului mobilitate și viteză maximă de răspuns.

Linii telefonice cel mai ramificat şi răspândit. Ei transmit mesaje audio (ton) și fax. Sisteme informatice si de referinta, sisteme E-mailȘi retele de calculatoare. Pe bază linii telefonice pot fi create canale analogice și digitale pentru transmiterea informațiilor.

ÎN linii telefonice analogice microfon de telefon convertește vibrațiile sonore în analogice semnal electric, care este transmis prin linia de abonatîn centrala telefonică automată. Lățimea de bandă necesară pentru transmiterea vocii umane este de aproximativ 3 kHz (interval 300 Hz -3,3 kHz). Semnalele de apel sunt transmise pe același canal ca și transmisia vocală.

ÎN canale digitale comunicatii semnalul analogic este eșantionat înainte de intrare - convertit în formă digitală: la fiecare 125 μs (frecvența de eșantionare este de 8 kHz) valoarea curentă semnal analog afișat în cod binar de 8 biți.

Tabelul 8.1

Domenii de unde radio și benzi de frecvență corespunzătoare

Astăzi, informațiile se răspândesc atât de repede încât nu există întotdeauna suficient timp pentru a le înțelege. Majoritatea oamenilor se gândesc rareori la cum și prin ce mijloace se transmite, cu atât mai puțin își imaginează o schemă de transmitere a informațiilor.

Noțiuni de bază

Transferul de informații este considerat a fi procesul fizic de mutare a datelor (semne și simboluri) în spațiu. Din punct de vedere al transferului de date, acesta este un eveniment pre-planificat, echipat tehnic pentru mutarea unităților de informații peste potriveste ora de la așa-numita sursă la receptor printr-un canal de informații sau canal de transmisie de date.

Canalul de transmisie a datelor este un set de mijloace sau medii pentru distribuirea datelor. Cu alte cuvinte, aceasta este acea parte a circuitului de transmitere a informațiilor care asigură deplasarea informațiilor de la sursă la destinatar, și în anumite condiții, și înapoi.

Există multe clasificări ale canalelor de transmisie a datelor. Dacă le evidențiem pe cele principale, putem enumera următoarele: canale radio, optice, acustice sau wireless, cu fir.

Canale tehnice de transmitere a informațiilor

Direct către canale tehnice Transmisia de date include canale radio, canale de fibră optică și cablu. Cablul poate fi coaxial sau torsadat. Primele sunt un cablu electric cu sârmă de cupruînăuntru, iar al doilea - perechi răsucite fire de cupru, izolate in perechi, situate intr-o manta dielectrica. Aceste cabluri sunt destul de flexibile și ușor de utilizat. Fibra optică este formată din fire de fibră optică care transmit semnale luminoase prin reflexie.

Principalele caracteristici sunt debituluiși imunitate la zgomot. Lățimea de bandă este de obicei înțeleasă ca cantitatea de informații care poate fi transmisă pe un canal în anumit timp. Iar imunitatea la zgomot este parametrul rezistenței unui canal la interferența externă (zgomot).

Înțelegerea transferului de date

Dacă nu specificați domeniul de aplicare, schema generala transmisia de informații pare simplă, include trei componente: „sursă”, „receptor” și „canal de transmisie”.

Schema Shannon

Claude Shannon, un matematician și inginer american, a fost la originile teoriei informației. Aceștia au propus o schemă de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare.

Această diagramă nu este greu de înțeles. Mai ales dacă vă imaginați elementele sale sub formă de obiecte și fenomene familiare. De exemplu, sursa de informații este o persoană care vorbește la telefon. Telefonul va fi un codificator care convertește undele vocale sau sonore în semnale electrice. Canalul de transmisie a datelor în acest caz este nodurile de comunicație, în general, întreaga rețea de telefonie care duce de la unul singur aparat de telefon altcuiva. Dispozitivul de decodare este receptorul abonatului. El transformă semnalul electric înapoi în sunet, adică în vorbire.

În această diagramă a procesului de transfer de informații, datele sunt reprezentate ca un semnal electric continuu. Acest tip de comunicare se numește analogic.

Conceptul de codificare

Codarea este considerată a fi transformarea informațiilor transmise de o sursă într-o formă adecvată pentru transmiterea prin canalul de comunicație utilizat. Cel mai exemplu clar codificarea este codul Morse. În ea, informațiile sunt convertite într-o secvență de puncte și liniuțe, adică scurte și semnale lungi. Partea de recepție trebuie să decodeze această secvență.

ÎN tehnologii moderne se utilizează comunicarea digitală. În ea, informațiile sunt convertite (codificate) în date binare, adică 0 și 1. Există chiar și un alfabet binar. O astfel de conexiune se numește discretă.

Interferență în canalele de informare

Există, de asemenea, zgomot în circuitele de transmisie a datelor. Conceptul de „zgomot” în în acest caz,înseamnă interferență din cauza căreia semnalul este distorsionat și, ca urmare, pierderea acestuia. Motivele interferenței pot fi diverse. De exemplu, canale de informare este posibil să nu fie bine protejați unul de celălalt. Pentru a preveni interferențele, diverse metode tehnice protectii, filtre, ecranare etc.

K. Shannon a dezvoltat și propus pentru utilizare o teorie a codării pentru combaterea zgomotului. Ideea este că, deoarece pierderea de informații are loc sub influența zgomotului, înseamnă că datele transmise ar trebui să fie redundante, dar în același timp nu atât de mult încât să reducă viteza de transmisie.

În canalele de comunicații digitale, informațiile sunt împărțite în părți - pachete, pentru fiecare dintre acestea fiind calculată o sumă de control. Această sumă este transferată împreună cu fiecare pachet. Receptorul de informații recalculează această sumă și acceptă pachetul numai dacă se potrivește cu cel inițial. În caz contrar, pachetul este trimis din nou. Și așa mai departe până când sumele de control trimise și primite se potrivesc.

Canalul de transmitere a informațiilor se numește set mijloace tehnice, asigurând transmiterea semnalelor electrice dintr-un punct în altul. Intrările canalului sunt conectate la transmițător, iar ieșirile sunt conectate la receptor. În modern sisteme digitale comunicare, principalele funcții ale emițătorului și receptorului sunt îndeplinite de modem. Una dintre principalele caracteristici ale unui canal este viteza de transmitere a informațiilor. Viteza maximă posibilă de transmitere a informațiilor (datelor) pe un canal de comunicație sub restricții fixe se numește capacitate de canal, notată cu C și are dimensiunea bit/s. ÎN caz general Capacitatea canalului poate fi determinată prin formula: (8.22) unde I este cantitatea de informație transmisă în timpul T. Ca măsură a cantității de informații, luăm măsura lui R. Hartley, definită ca logaritmul stărilor posibile ale unui obiect b. (8.23) Pentru a găsi I, vom folosi teorema lui Kotelnikov, care demonstrează că un semnal care nu conține frecvențe peste P în spectrul său poate fi reprezentat prin valori independente de 2P pe secundă, a căror totalitate determină complet acest semnal. Această procedură, numit conversie analog-digitală, a fost discutat în Cap. 6. Constă din două etape - eșantionarea în timp, adică reprezentarea semnalului sub formă de n eșantioane prelevate pe un interval de timp 1 = 1/(2P) și cuantificarea nivelului, adică reprezentarea amplitudinii semnalului cu una dintre t valori posibile. Să determinăm numărul de mesaje diferite care pot fi compuse din n elemente care au oricare dintre m stări fixe diferite. Dintr-un ansamblu de n elemente, fiecare dintre ele putând fi într-una din m stări fixe, se poate compune a diverse combinatii, adică 1= m". Atunci: (8.24) În timpul T numărul de probe n= Г/1=2РГ. Dacă zgomotul nu ar exista, atunci numărul m de niveluri de semnal discret ar fi infinit. În cazul prezența zgomotului, acesta din urmă determină gradele de distincție ale nivelurilor individuale de amplitudine a semnalului.Deoarece puterea este o caracteristică de amplitudine medie, numărul de niveluri de semnal distinse după putere este egal cu (P e + P w)/P w), și după amplitudine , respectiv: Apoi capacitatea canalului: (8.25) Deci, capacitatea canalului este limitată de două mărimi: lățimea de bandă a canalului și zgomotul. Relația (8.25) este cunoscută ca formula Hartley-Shannon și este considerată fundamentală în teoria informației. Banda de frecvență și puterea semnalului sunt incluse în formulă în așa fel încât pentru C = const, când banda este îngustată, este necesară creșterea puterii semnalului și invers. Principalele caracteristici ale canalelor de comunicare includ: ■ răspuns amplitudine-frecvenţă (AFC); ■ lăţimea de bandă; ■ atenuare; * debit; ■ fiabilitatea transmiterii datelor; ■ imunitate la zgomot. Pentru a determina caracteristicile unui canal de comunicare, se utilizează o analiză a răspunsului acestuia la o anumită influență de referință. Cel mai adesea, semnalele sinusoidale sunt folosite ca referință. frecvente diferite. Răspunsul în frecvență arată cum se modifică amplitudinea sinusoidei la ieșirea liniei de comunicație în comparație cu amplitudinea la intrare pentru toate frecvențele semnal transmis. Lățimea de bandă este intervalul de frecvențe pentru care raportul dintre amplitudinea semnalului de ieșire și semnalul de intrare depășește o anumită limită specificată (pentru o putere de 0,5). Această bandă de frecvență definește intervalul de frecvențe ale unui semnal sinusoidal la care acest semnal este transmis pe o linie de comunicație fără distorsiuni semnificative. Lățimea de bandă afectează viteza maximă posibilă de transmitere a informațiilor pe o linie de comunicație. Atenuarea este definită ca scăderea relativă a amplitudinii sau puterii unui semnal atunci când un semnal de o anumită frecvență este transmis pe o linie de comunicație. Atenuarea I se măsoară de obicei în decibeli (dB) și se calculează prin formula: unde P out este puterea semnalului la ieșirea de linie; P input - puterea semnalului la intrarea de linie. Debitul de linie caracterizează viteza maximă posibilă de transmisie a datelor pe o linie de comunicație și este măsurată în biți pe secundă (bit/s), precum și în unitățile derivate Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s. Capacitatea liniei este afectată de codarea fizică și logică. Metoda de prezentare informatii discrete sub formă de semnale transmise liniei de comunicație se numește codare fizică a liniilor. Spectrul de semnal și, în consecință, capacitatea liniei depind de metoda de codificare aleasă. Astfel, pentru una sau alta metodă de codificare, o linie poate avea o capacitate diferită. Dacă semnalul se schimbă în așa fel încât doar două dintre stările sale pot fi distinse, atunci orice modificare a acestuia va corespunde celei mai mici unități de informație - un pic. Dacă semnalul se modifică astfel încât să poată fi distinse mai mult de două stări, atunci orice modificare a acestuia poartă mai mulți biți de informații. Numărul de modificări parametru de informare vibrația purtătorului ( semnal periodic) pe secundă se măsoară în baud. Capacitatea liniei în biți pe secundă nu este, în general, aceeași cu rata de transmisie. Acesta poate fi fie mai mare, fie mai mic decât numărul de baud, iar acest raport depinde de metoda de codificare. Dacă un semnal are mai mult de două stări distincte, atunci debitul în biți/sec va fi mai mare decât rata de transmisie. De exemplu, dacă parametrii de informație sunt faza și amplitudinea unei sinusoide și există 4 stări de fază (O, 90, 180 și 270) și două valori de amplitudine, atunci semnal informativ are opt stări distincte. În acest caz, un modem care funcționează la 2400 baud (cu frecvența ceasului 2400 Hz), transmite informații cu o viteză de 7200 bps, deoarece cu o schimbare a semnalului se transmit trei biți de informații. Când se utilizează un semnal cu două stări diferite, poate apărea opusul. Acest lucru are loc atunci când, pentru ca receptorul să recunoască în mod fiabil informația, fiecare bit dintr-o secvență este codificat folosind mai multe modificări ale parametrului de informații al semnalului purtător. De exemplu, când se codifică o valoare de un singur bit cu un impuls de polaritate pozitivă și o valoare de bit zero cu un impuls de polaritate negativă, semnalul își schimbă starea de două ori în timpul transmiterii fiecărui bit. Cu această metodă de codare, capacitatea liniei este de două ori mai mică decât numărul de baud transmis de-a lungul liniei. Lățimea de bandă este influențată de codarea logică, care se realizează înainte de codificarea fizică și presupune înlocuirea biților informațiilor originale cu o nouă secvență de biți care poartă aceeași informație, dar are proprietăți suplimentare (coduri de detectare, criptare). În acest caz, secvența coruptă de biți este înlocuită cu o secvență mai lungă, astfel încât capacitatea canalului este redusă. În cazul general, relația dintre lățimea de bandă a unei linii și debitul maxim posibil este determinată de relația (8.25). Din această relaţie rezultă că deşi limita teoretica Nu există o creștere a capacității de linie (cu o lățime de bandă fixă), în practică există o astfel de limită. Puteți crește capacitatea liniei prin creșterea puterii transmițătorului sau prin reducerea puterii de interferență. Cu toate acestea, o creștere a puterii transmițătorului duce la o creștere a dimensiunii și a costului acestuia, iar o scădere a zgomotului necesită utilizarea cabluri speciale cu bine ecrane de protecțieși reducerea zgomotului în echipamentele de comunicații. Capacitatea canalului reprezintă valoarea maximă a vitezei. Pentru a atinge această rată de transfer, informațiile trebuie să fie codificate în cel mai eficient mod posibil. Afirmația că o astfel de codificare este posibilă este cel mai important rezultat al teoriei informațiilor create de Shannon. Shannon a dovedit posibilitatea fundamentală a unei astfel de codări eficiente, fără însă a defini modalități specifice de implementare a acesteia. (Rețineți că, în practică, inginerii vorbesc adesea despre capacitatea canalului, adică viteza de transmisie reală și nu potențială.) Eficiența sistemelor de comunicație este caracterizată de parametrul egal cu viteza transmiterea informațiilor I pe unitatea de lățime de bandă G, adică I/R. Pentru a ilustra posibilitățile existente de creare sisteme eficiente conexiunile din fig. 8.12 prezintă grafice ale dependenţei eficienţei transmiterii informaţiei la tipuri variate M-ary amplitudine discretă, frecvență și modularea fazei(pe lângă modulația binară, se mai folosește și modularea cu 4, 8, 16 și chiar 32 de poziții ale parametrului modulat) din raportul dintre energia unui bit și densitatea spectrală a puterii zgomotului (Eo/Mo). Pentru comparație, este prezentată și limita Shannon. O comparație a curbelor arată, în special, că cea mai eficientă transmisie este cu fază modulație discretă Cu toate acestea, cu un raport semnal-zgomot constant, cel mai popular tip de modulație 4PSK este de trei ori mai rău decât ceea ce este potențial realizabil. Fiabilitatea transmisiei datelor caracterizează probabilitatea de distorsiune pentru fiecare bit transmis date. Indicatorul de fiabilitate este probabilitatea recepționării eronate a unui simbol informațional - R. 1 OSH Orez. 8.12. Eficienta sistemelor de comunicatii digitale: 1 - limita Shannon; 2 - M-ary PSK; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Value Rosh pentru canalele de comunicare fără fonduri suplimentare protecția împotriva erorilor este de obicei 10 4 ... 10 6 . În liniile de comunicație cu fibră optică, Posh este 10" 9. Aceasta înseamnă că atunci când Posh = 10 4, în medie, din 10.000 de biți, valoarea unui bit este distorsionată. Distorsiunea biților apare atât datorită prezenței interferenței pe linie. și datorită formei de distorsiune a semnalului, limitată de lățimea de bandă a liniei.De aceea, pentru a crește fiabilitatea datelor transmise, este necesară creșterea gradului de imunitate la zgomot a liniilor, precum și utilizarea mai multor linii de comunicație în bandă largă. componentă indispensabilă a oricărui canal este linia de comunicație - mediul fizic care asigură fluxul de semnale de la dispozitivul emițător la dispozitivul receptor.În În funcție de mediul de transmisie a datelor, liniile de comunicație pot fi: ■ cablate (aeriene); ■ cablu ( cupru şi fibră optică); ■ canale radio terestre şi comunicații prin satelit (canale wireless comunicatii). Liniile de comunicație cu fir sunt fire așezate între suporturi fără nicio împletitură de ecranare sau izolatoare. Imunitatea la zgomot și viteza de transmisie a datelor în aceste linii este scăzută. Semnalele telefonice și telegrafice sunt de obicei transmise prin astfel de linii de comunicație. 8.3.1.

Transferul de informații are loc de la sursa la destinatarul (destinatarul) informațiilor. Sursă informația poate fi orice: orice obiect sau fenomen al naturii vii sau neînsuflețite. Procesul de transmitere a informației are loc într-un anumit mediu material care separă sursa și destinatarul informației, care se numește canal transfer de informatii. Informația este transmisă prin canal sub forma unei anumite secvențe de semnale, simboluri, semne, care sunt numite mesaj. Destinatar informația este un obiect care primește un mesaj, având ca rezultat anumite modificări ale stării sale. Toate cele de mai sus sunt descrise schematic în figură.

Transferul de informații

O persoană primește informații din tot ceea ce o înconjoară prin simțuri: auz, văz, miros, atingere, gust. O persoană primește cea mai mare cantitate de informații prin auz și vedere. Perceptibil la ureche mesaje audio- semnale acustice într-un mediu continuu (cel mai adesea în aer). Viziunea percepe semnale luminoase care transmit imagini ale obiectelor.

Nu orice mesaj este informativ pentru o persoană. De exemplu, un mesaj într-o limbă necunoscută, deși transmis unei persoane, nu conține informații pentru aceasta și nu poate provoca schimbări adecvate în starea sa.

Un canal de informare poate fi fie de natură naturală (aerul atmosferic prin care sunt transmise undele sonore, lumina soarelui reflectată de obiectele observate), fie poate fi creat artificial. ÎN acest din urmă caz despre care vorbim despre mijloacele tehnice de comunicare.

Sisteme de transmitere a informațiilor tehnice

Primul mijloc tehnic de transmitere a informațiilor la distanță a fost telegraful, inventat în 1837 de americanul Samuel Morse. În 1876, americanul A. Bell inventează telefonul. Bazat pe descoperirea fizicianului german Heinrich Hertz undele electromagnetice(1886), A.S. Popov în Rusia în 1895 și aproape simultan cu el în 1896 de G. Marconi în Italia, a fost inventat radioul. Televiziunea și internetul au apărut în secolul al XX-lea.

Toate metodele tehnice enumerate de comunicare a informațiilor se bazează pe transmiterea unui semnal fizic (electric sau electromagnetic) la distanță și sunt supuse anumitor legi generale. Se efectuează studiul acestor legi teoria comunicării, care a apărut în anii 1920. Aparatul matematic al teoriei comunicării - teoria matematică a comunicării, dezvoltat de omul de știință american Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SUA

Claude Shannon a propus un model al procesului de transmitere a informaţiei prin canalele tehnice de comunicare, reprezentat printr-o diagramă.

Sistem de transmitere a informațiilor tehnice

Codarea se referă aici la orice transformare a informațiilor care provin dintr-o sursă într-o formă adecvată pentru transmiterea acesteia printr-un canal de comunicare. Decodare - conversie inversă a secvenței semnalului.

Funcționarea unei astfel de scheme poate fi explicată folosind procesul familiar de a vorbi la telefon. Sursa de informare este om vorbitor. Dispozitivul de codificare este un microfon al receptorului telefonic, cu ajutorul căruia undele sonore (vorbirea) sunt convertite în semnale electrice. Canalul de comunicație este rețeaua telefonică (fire, comutatoare ale nodurilor telefonice prin care trece semnalul). Dispozitivul de decodare este receptorul (căștile) persoanei care ascultă - receptorul informațiilor. Aici semnalul electric de intrare este convertit în sunet.

Modern sisteme informatice transferul de informații – rețelele de calculatoare funcționează pe același principiu. Există un proces de codificare care convertește codul binar al computerului în semnal fizic tipul transmis prin canalul de comunicare. Decodarea este conversie inversă semnal transmis în codul computerului. De exemplu, atunci când se utilizează linii telefonice în rețelele de calculatoare, funcțiile de codificare-decodare sunt efectuate de un dispozitiv numit modem.

Capacitatea canalului și viteza de transmitere a informațiilor

Pentru dezvoltatori sisteme tehnice transmiterea informaţiei trebuie să rezolve două probleme interdependente: cum se asigură cea mai mare viteză transmiterea informațiilor și modul de reducere a pierderii de informații în timpul transmiterii. Claude Shannon a fost primul om de știință care a abordat aceste probleme și a creat o nouă știință pentru acea vreme - teoria informaţiei.

K. Shannon a determinat o metodă de măsurare a cantității de informații transmise pe canalele de comunicare. Ei au introdus conceptul capacitatea canalului,ca viteza maxima posibila de transfer de informatii. Această viteză este măsurată în biți pe secundă (de asemenea, kilobiți pe secundă, megabiți pe secundă).

Capacitatea unui canal de comunicare depinde de implementarea sa tehnică. De exemplu, rețelele de calculatoare folosesc următoarele mijloace de comunicare:

linii telefonice,

Conexiune cablu electric,

Comunicație prin cablu cu fibră optică,

Comunicare radio.

Capacitatea liniilor telefonice este de zeci, sute de Kbps; Capacitatea liniilor de fibră optică și a liniilor de comunicații radio este măsurată în zeci și sute de Mbit/s.

Zgomot, protecție împotriva zgomotului

Termenul „zgomot” se referă la diferite tipuri de interferențe care distorsionează semnalul transmis și duc la pierderea de informații. O astfel de interferență are loc în principal din motive tehnice: calitate slabă linii de comunicație, nesiguranță unele față de altele a diferitelor fluxuri de informații transmise pe aceleași canale. Uneori, când vorbim la telefon, auzim zgomote, zgomote trosnite care îngreunează înțelegerea interlocutorului, sau conversația noastră este suprapusă de conversația unor persoane complet diferite.

Prezența zgomotului duce la pierderea informațiilor transmise. În astfel de cazuri, este necesară protecția împotriva zgomotului.

În primul rând, metodele tehnice sunt folosite pentru a proteja canalele de comunicare de zgomot. De exemplu, folosind cablu ecranat în loc de sârmă goală; utilizarea diferitelor tipuri de filtre care separă semnalul util de zgomot etc.

a fost dezvoltat de Claude Shannon teoria codificarii, oferind metode de combatere a zgomotului. Una dintre ideile importante ale acestei teorii este că codul transmis prin linia de comunicare trebuie să fie redundant. Datorită acestui fapt, pierderea unei anumite părți a informațiilor în timpul transmisiei poate fi compensată. De exemplu, dacă sunteți greu de auz când vorbiți la telefon, atunci repetă fiecare cuvânt de două ori, aveți șanse mai mari ca cealaltă persoană să vă înțeleagă corect.

Cu toate acestea, redundanța nu ar trebui să fie prea mare. Acest lucru va duce la întârzieri și la costuri mai mari de comunicare. Teoria codării vă permite să obțineți un cod optim. În acest caz, redundanța informațiilor transmise va fi minimă posibilă, iar fiabilitatea informațiilor primite va fi maximă.

ÎN sisteme moderne comunicatii digitale Pentru a combate pierderea de informații în timpul transmisiei, se folosește adesea următoarea tehnică. Întregul mesaj este împărțit în porțiuni - pachete. Pentru fiecare pachet se calculează verifica suma(sumă cifre binare), care este transmis împreună cu acest pachet. La locația de primire, suma de control este recalculată pachetul primitși, dacă nu se potrivește cu suma inițială, transferul a acestui pachet se repetă. Acest lucru se va întâmpla până când sumele de control sursă și destinație se potrivesc.

Având în vedere transferul de informaţii în propedeutică şi cursuri de bază informatica, in primul rand, acest subiect ar trebui discutat din pozitia unei persoane ca destinatar al informatiilor. Capacitatea de a primi informații din lumea înconjurătoare - cea mai importantă condiție existenţei umane. Organele de simț umane sunt canale de informare ale corpului uman care conectează o persoană cu Mediul extern. Pe baza acestui criteriu, informațiile sunt împărțite în vizuale, auditive, olfactive, tactile și gustative. Motivul pentru faptul că gustul, mirosul și atingerea oferă informații unei persoane este următorul: ne amintim mirosurile obiectelor familiare, gustul alimentelor familiare și recunoaștem obiectele familiare prin atingere. Iar conținutul memoriei noastre este informații stocate.

Elevilor ar trebui să li se spună că în lumea animală rolul informațional al simțurilor diferă de cel al oamenilor. Important funcția de informare pentru animale realizează simțul mirosului. Se folosește simțul mirosului crescut al câinilor de serviciu agențiile de aplicare a legii pentru căutarea criminalilor, depistarea drogurilor etc. Percepția vizuală și sonoră a animalelor diferă de cea a oamenilor. De exemplu, se știe că liliecii aud ultrasunetele, iar pisicile văd în întuneric (din punct de vedere uman).

În cadrul acestui subiect, elevii ar trebui să poată oferi exemple concrete procesul de transfer de informații, determinați pentru aceste exemple sursa, receptorul informațiilor, canalele de transfer de informații utilizate.

Când studiază informatica în liceu, elevii ar trebui să fie introduși în principiile de bază ale teoriei tehnice a comunicării: conceptele de codificare, decodare, viteza de transmitere a informațiilor, capacitatea canalului, zgomot, protecție împotriva zgomotului. Aceste aspecte pot fi luate în considerare în cadrul temei „Mijloace tehnice ale rețelelor de calculatoare”.

Examen de stat

(examen de stat)

Întrebarea nr. 3 „Canale de comunicare. Clasificarea canalelor de comunicare. Parametrii canalului de comunicație. Condiție pentru transmiterea unui semnal printr-un canal de comunicație.”

(Plyaskin)

Legătură. 3

Clasificare. 5

Caracteristicile (parametrii) canalelor de comunicare. 10

Condiție pentru transmiterea semnalelor prin canale de comunicație. 13

Literatură. 14

Legătură

Legătură- un sistem de mijloace tehnice și mediu de propagare a semnalului pentru transmiterea mesajelor (nu numai a datelor) de la sursă la destinatar (și invers). Canal de comunicare, înțeles în sens restrâns ( calea de comunicare), reprezintă numai mediu fizic propagarea semnalului, de exemplu linie fizică comunicatii.

Canalul de comunicație este conceput pentru a transmite semnale între dispozitive la distanță. Semnalele poartă informații destinate a fi prezentate utilizatorului (persoanei) sau pentru a fi utilizate programe de aplicație CALCULATOR.

Canalul de comunicare include următoarele componente:

1) dispozitiv de transmisie;

2) dispozitiv de recepție;

3) mediu de transmisie de natură fizică variată (Fig. 1).

Semnalul generat de emițător și purtătoare de informații, după trecerea prin mediul de transmisie, ajunge la intrarea dispozitivului receptor. Apoi, informația este separată de 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. Semnalul este necesar ca purtător de informații; el însuși nu transportă informații.

Fig.1. Canal de comunicare (opțiunea nr. 1)

Fig.2 Canal de comunicație (opțiunea nr. 2)

Acestea. acest (canal) - dispozitiv tehnic(tehnologie + mediu).

Clasificare

Vor exista exact trei tipuri de clasificări. Alege dupa gust si culoare:

Clasificare nr. 1:

Există multe tipuri de canale de comunicare, dintre care cele mai comune sunt canale prin cablu comunicatii ( antenă, cablu, fibră etc.) și canale de comunicații radio (troposferic, satelit si etc.). Astfel de canale, la rândul lor, sunt de obicei calificate pe baza caracteristicilor semnalelor de intrare și de ieșire, precum și a modificărilor caracteristicilor semnalelor în funcție de fenomene care apar în canal, cum ar fi estomparea și atenuarea semnalelor.

În funcție de tipul de mediu de distribuție, canalele de comunicare sunt împărțite în:

Cablat;

Acustic;

Optic;

Infraroşu;

Canale radio.

Canalele de comunicare sunt, de asemenea, clasificate în:

· continuu (la intrarea si iesirea canalului – semnale continue),

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

continuu-discret (la intrarea canalului sunt semnale continue, iar la ieșire sunt semnale discrete),

· discret-continuu (semnale discrete la intrarea canalului și semnale continue la ieșire).

Canalele pot fi ca liniarȘi neliniară, temporarȘi spaţiotemporal.

Posibil clasificare canale de comunicatie după intervalul de frecvență .

Sistemele de transmitere a informaţiei sunt cu un singur canalȘi 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 detalierea caracteristicilor de clasificare.

Clasificare nr. 2 (mai detaliat):

1. Clasificare în funcție de gama de frecvențe utilizate

Ø Kilometru (DV) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hectometric (HW) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Decametru (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Contor (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø UHF (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø Unda centimetrica (SMV) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Unda milimetrica (MMW) 1-10 mm, 30-300 GHz;

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

2. Conform direcţiei liniilor de comunicaţie

- regizat ( se folosesc conductori diferiți):

Ø coaxial,

Ø perechi răsucite pe bază de conductori de cupru,

Ø fibră optică.

- omnidirecțional (legături radio);

Ø linia de vedere;

Ø troposferic;

Ø ionosferice

Ø spatiu;

Ø releu radio (retransmisie pe decimetru si unde radio mai scurte).

3. După aparență mesajele transmise:

Ø telegraf;

Ø telefon;

Ø transmiterea datelor;

Ø facsimil.

4. După tipul de semnale:

Ø analog;

Ø digital;

Ø puls.

5. După tipul de modulare (manipulare)

- ÎN sisteme analogice comunicatii:

Ø cu modulație de amplitudine;

Ø cu modulaţie unică bandă;

Ø cu modulaţie de frecvenţă.

- În sistemele de comunicații digitale:

Ø cu manipularea amplitudinii;

Ø cu tastare cu deplasare de frecvență;

Ø cu manipularea fazelor;

Ø cu decalaj relativ de fază;

Ø cu keying tonal (elementele individuale manipulează o oscilație subpurtătoare (ton), după care manipularea se efectuează la o frecvență mai mare).

6. În funcție de valoarea de bază a semnalului radio

Ø bandă largă (B>> 1);

Ø bandă îngustă (B»1).

7. După numărul de mesaje transmise simultan

Ø monocanal;

Ø multicanal (frecvență, timp, împărțirea codurilor canale);

8. Prin direcția schimbului de mesaje

Ø unilateral;

Ø bilateral.
9. După ordinea schimbului de mesaje

Ø comunicare simplex- comunicare radio bidirecțională, în care transmisia și recepția fiecărei posturi de radio se realizează alternativ;

Ø comunicare duplex - transmisia si receptia se realizeaza simultan (cele mai eficiente);

Ø comunicare semi-duplex- se referă la sistemul simplex, care prevede tranziție automată de la transmitere la receptie si posibilitatea de a intreba din nou corespondentul.

10. Metode de protejare a informațiilor transmise

Ø comunicare deschisa;

Ø comunicare inchisa (secreta).

11. După gradul de automatizare a schimbului de informaţii

Ø neautomatizat - controlul postului radio si schimbul de mesaje se realizeaza de catre operator;

Ø automatizat - doar informatiile sunt introduse manual;

Ø automat - procesul de mesagerie se desfasoara intre dispozitiv automatși computere fără participarea operatorului.

Clasificarea nr. 3 (se poate repeta ceva):

1. După scop

Telefon

Telegraf

Televiziune

Difuzare

2. Prin sensul de transmisie

Simplex (transmisie într-un singur sens)

Half-duplex (transmisie alternativ în ambele sensuri)

Duplex (transmisie simultană în ambele sensuri)

3. După natura liniei de comunicaţie

Mecanic

Hidraulic

Acustic

Electrice (cablate)

Radio (fară fir)

Optic

4. După natura semnalelor la intrarea și la ieșirea canalului de comunicație

Analogic (continuu)

Discret în timp

Discret după nivelul semnalului

Digital (discret atât în ​​timp, cât și în nivel)

5. După numărul de canale pe linie de comunicație

Un singur canal

Multicanal

Și încă un desen aici:

Fig.3. Clasificarea liniilor de comunicare.

Caracteristicile (parametrii) canalelor de comunicare

1. Funcția de transfer de canal: prezentat sub formă răspuns amplitudine-frecvență (AFC)și arată modul în care amplitudinea sinusoidei la ieșirea canalului de comunicație se atenuează în comparație cu amplitudinea la intrarea sa pentru toate frecvențele posibile ale semnalului transmis. Răspunsul normalizat amplitudine-frecvență al canalului este prezentat în Fig. 4. Cunoașterea răspunsului amplitudine-frecvență al unui canal real vă permite să determinați forma semnalului de ieșire pentru aproape orice semnal de intrare. Pentru a face acest lucru, este necesar să găsiți spectrul semnalului de intrare, să convertiți amplitudinea armonicilor sale constitutive în conformitate cu caracteristica amplitudine-frecvență și apoi să găsiți forma semnalului de ieșire prin adăugarea armonicilor convertite. Pentru verificare experimentală caracteristici amplitudine-frecvență, este necesar să se testeze canalul cu sinusoide de referință (egale în amplitudine) pe întregul interval de frecvență de la zero până la o valoare maximă care poate fi găsită în semnalele de intrare. În plus, frecvența sinusoidelor de intrare trebuie modificată în pași mici, ceea ce înseamnă că numărul de experimente ar trebui să fie mare.

-- raportul dintre spectrul semnalului de ieșire și de intrare
- latimea de banda

Fig.4 Răspunsul normalizat amplitudine-frecvență al canalului

2. Lățimea de bandă: este o caracteristică derivată din răspunsul în frecvență. Reprezintă o gamă continuă de frecvențe pentru care raportul dintre amplitudinea semnalului de ieșire și intrarea depășește o limită predeterminată, adică lățimea de bandă determină gama de frecvențe ale semnalului la care acest semnal este transmis printr-un canal de comunicație fără distorsiuni semnificative. . De obicei, lățimea de bandă este măsurată la 0,7 din valoarea maximă a răspunsului la frecvență. Lățimea de bandă are cea mai mare influență asupra vitezei maxime posibile de transmitere a informațiilor pe un canal de comunicație.

3. Atenuare: este definită ca scăderea relativă a amplitudinii sau puterii unui semnal atunci când un semnal cu o anumită frecvență este transmis pe un canal. Adesea, la operarea unui canal, se cunoaște dinainte frecvența fundamentală a semnalului transmis, adică frecvența a cărei armonică are cea mai mare amplitudine și putere. Prin urmare, este suficient să cunoaștem atenuarea la această frecvență pentru a estima aproximativ distorsiunea semnalelor transmise pe canal. Estimări mai precise sunt posibile cu cunoașterea atenuării la mai multe frecvențe corespunzătoare mai multor armonici fundamentale ale semnalului transmis.

Atenuarea este de obicei măsurată în decibeli (dB) și este calculată folosind următoarea formulă: , Unde

Puterea semnalului la ieșirea canalului,

Puterea semnalului la intrarea canalului.

Atenuarea este întotdeauna calculată pentru o anumită frecvență și este legată de lungimea canalului. În practică, conceptul de „atenuare liniară” este întotdeauna folosit, adică. atenuarea semnalului pe unitatea de lungime a canalului, de exemplu, atenuare 0,1 dB/metru.

4. Viteza de transmisie: caracterizează numărul de biți transmiși pe canal pe unitatea de timp. Se măsoară în biți pe secundă - biți/s, precum și unități derivate: Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s. Viteza de transmisie depinde de lățimea de bandă a canalului, nivelul de zgomot, tipul de codare și modulație.

5. Imunitate la zgomot canal: îşi caracterizează capacitatea de a asigura transmisia semnalului în condiţii de interferenţă. Interferența este de obicei împărțită în intern(reprezintă zgomotul termic al echipamentelor) Și extern(sunt diverse și depinde de mediul de transmisie). Imunitatea la zgomot a canalului depinde de soluțiile hardware și algoritmice pentru procesarea semnalului primit, care sunt încorporate în dispozitivul transceiver. Imunitate la zgomot transmiterea semnalelor prin canal poate fi crescută din cauza codificare şi prelucrare specială semnal.

6. Interval dinamic : logaritmul raportului putere maxima semnalele transmise de canal la minim.

7. Imunitate la zgomot: Aceasta este imunitatea la zgomot, adică imunitate la zgomot.