Государственный экзамен
(State examination)
Вопрос №3 «Каналы связи. Классификация каналов связи. Параметры каналов связи. Условие передачи сигнала по каналу связи».
(Пляскин )
Канал связи. 3
Классификация. 5
Характеристики (параметры) каналов связи. 10
Условие передачи сигналов по каналам связи. 13
Литература. 14
Канал связи
Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи ), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.
Канал связи включает следующие компоненты:
1) передающее устройство;
2) приемное устройство;
3) среду передачи различной физической природы (Рис.1) .
Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.
Рис.1. Канала связи (вариант №1)
Рис.2 Канал связи (вариант №2)
Т.е. это (канал) - техническое устройство (техника+среда).
Классификация
Классификаций будет приведено ровно три типа. Выбирайте на вкус и цвет:
Классификация №1:
Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.
По типу среды распространения каналы связи делятся на:
Проводные;
Акустические;
Оптические;
Инфракрасные;
Радиоканалы.
Каналы связи также классифицируют на:
· непрерывные (на входе и выходе канала – непрерывные сигналы),
· дискретные или цифровые (на входе и выходе канала – дискретные сигналы),
· непрерывно-дискретные (на входе канала–непрерывные сигналы, а на выходе–дискретные сигналы),
· дискретно-непрерывные (на входе канала–дискретные сигналы, а на выходе–непрерывные сигналы).
Каналы могут быть как линейными и нелинейными , временными и пространственно-временными .
Возможна классификация каналов связи по диапазону частот .
Системы передачи информации бывают одноканальные и многоканальные . Тип системы определяется каналом связи. Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.
Классификация №2 (более подробная) :
1. Классификация по диапазону используемых частот
Ø Километровые (ДВ) 1-10 км, 30-300 кГц;
Ø Гектометровые (СВ) 100-1000 м, 300-3000 кГц;
Ø Декаметровые (КВ) 10-100 м, 3-30 МГц;
Ø Метровые (МВ) 1-10 м, 30-300 МГц;
Ø Дециметровые (ДМВ) 10-100 см, 300-3000 МГц;
Ø Сантиметровые (СМВ) 1-10 см, 3-30 ГГц;
Ø Миллиметровые (ММВ) 1-10 мм, 30-300 ГГц;
Ø Децимилимитровые (ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.
2. По направленности линий связи
- направленные (используются различные проводники):
Ø коаксиальные,
Ø витые пары на основе медных проводников,
Ø волоконнооптические.
- ненаправленные (радиолинии);
Ø прямой видимости;
Ø тропосферные;
Ø ионосферные
Ø космические;
Ø радиорелейные (ретрансляция на дециметровых и более коротких радиоволнах).
3. По виду передаваемых сообщений:
Ø телеграфные;
Ø телефонные;
Ø передачи данных;
Ø факсимильные.
4. По виду сигналов:
Ø аналоговые;
Ø цифровые;
Ø импульсные.
5. По виду модуляции (манипуляции)
- В аналоговых системах связи :
Ø с однополосной модуляцией;
Ø с частотной модуляцией.
- В цифровых системах связи :
Ø с амплитудной манипуляцией;
Ø с частотной манипуляцией;
Ø с фазовой манипуляцией;
Ø с относительной фазовой манипуляцией;
Ø с тональной манипуляцией (единичные элементы манипулируют поднесущим колебанием (тоном), после чего осуществляется манипуляция на более высокой частоте).
6. По значению базы радиосигнала
Ø широкополосные (B>> 1);
Ø узкополосные (B»1).
7. По количеству одновременно передаваемых сообщений
Ø одноканальные;
Ø многоканальные (частотное, временное, кодовое разделение каналов);
8. По направлению обмена сообщений
Ø односторонние;
Ø
двусторонние.
9. По порядку обмена сообщения
Ø симплексная связь - двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием каждой радиостанции осуществляется поочередно;
Ø дуплексная связь - передача и прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная);
Ø полудуплексная связь - относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.
10. По способам защиты передаваемой информации
Ø открытая связь;
Ø закрытая связь (засекреченная).
11. По степени автоматизации обмена информацией
Ø неавтоматизированные - управление радиостанцией и обмен сообщениями выполняется оператором;
Ø автоматизированные - вручную осуществляется только ввод информации;
Ø автоматические - процесс обмена сообщениями выполняется между автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.
Классификация №3 (что-то может повторяться):
1. По назначению
Телефонные
Телеграфные
Телевизионные
Радиовещательные
2. По направлению передачи
Симплексные (передача только в одном направлении)
Полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях)
Дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях)
3. По характеру линии связи
Механические
Гидравлические
Акустические
Электрические (проводные)
Радио (беспроводные)
Оптические
4. По характеру сигналов на входе и выходе канала связи
Аналоговые (непрерывные)
Дискретные по времени
Дискретные по уровню сигнала
Цифровые (дискретные и по времени и по уровню)
5. По числу каналов на одну линию связи
Одноканальные
Многоканальные
И еще рисунок сюда:
Рис.3. Классификация линий связи.
Характеристики (параметры) каналов связи
1. Передаточная функция канала : представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ипоказывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала показана на рис.4. Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде) синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов должно быть большим.
-- отношение спектра выходного сигнала к входному
- полоса пропускания
Рис.4 Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала
2. Полоса пропускания : является производной характеристикой от АЧХ. Она представляет собой непрерывный диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.
3. Затухание : определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.
Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле: 
, где
Мощность сигнала на выходе канала,
Мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.
4. Скорость передачи : характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду - бит/с , а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с . Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.
5. Помехоустойчивость канала : характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех. Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы аппаратуры ) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи ). Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство. Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет кодирования и специальной обработки сигнала.
6. Динамический диапазон : логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
7. Помехозащищенность: это помехозащищенность, т.е. помехозащищенность.
Канал связи - это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).
Существуют различные типы каналов, которые можно классифицировать по различным признакам:
1. По типу линий связи : проводные; кабельные; оптико-волоконные; линии электропередачи; радиоканалы и т.д.
2. По характеру сигналов : непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).
3. По помехозащищенности : каналы без помех; с помехами.
Каналы связи характеризуются:
1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала Tк, ширины спектра частот, пропускаемых каналом Fк и динамического диапазона Dк., который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов Vк = Tк Fк Dк. (1) Условие согласования сигнала с каналом: Vc Vk; Tc Tk; Fc Fk; Vc Vk; Dc Dk.
2. Скорость передачи информации - среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.
3.Пропускная способность канала связи - наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.
4. Избыточность - обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 01).
Одной из задач теории информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех. Канал связи образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги - малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги - хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность определяется самым «узким» местом. Скорость передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи.
Проводные:
1. Проводные - витая пара. Скорость передачи до 1 Мбит/с.
2. Коаксиальный кабель . Скорость передачи 10-100 Мбит/с
3. Оптико-волоконная . Скорость передачи 1 Гбит/с.
Радиолинии :
Радиоканал . Скорость передачи 100-400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости.
Микроволновые линии . Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10-200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.
Спутниковая связь. Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором.
Теорема Шеннона для каналов без помех всегда можно создать систему эффективного кодирования дискретных сообщений, у которой среднее количество двоичных кодовых сигналов на один символ сообщения будет приближаться как угодно близко к энтропии источника сообщений.
Пусть источник сообщений имеет производительность H ¢(U) = u C ×H(U), а канал имеет пропускную способность C = u K ×log M. Тогда можно закодировать сообщения на выходе источника таким образом, чтобы получить среднее число кодовых символов приходящихся на элемент сообщения h = u K /u C = (H(U)/ log M)+e (2.2), где e - сколь угодно мало (прямая теорема). Получить меньшее значение h невозможно (обратная теорема). Обратная часть теоремы утверждающая, что невозможно получить значение h = u K / u C < H(U)/ log M (2.3), может быть доказана если учесть, что неравенство (2.3) эквивалентно неравенству u C × H(U) > u K × log M, H¢ (U) > C. Последнее неравенство не может быть выполнено т.к. рассматриваемое кодирование должно быть обратимым преобразованием (т.е. без потерь информации). Энтропия в секунду на входе канала или производительность кодера не может превышать пропускную способность канал. А энтропия принимаемых сигналов определяется из условия максимального значения H’(y)= log m.
Теорема Шеннона для дискретного канала с шумом называется так же основной теоремой кодирования Шеннона. Если производительность источника сообщений H¢ (U) меньше пропускной способности канала С т.е. H¢(U)< C, то существует такая система кодирования которая обеспечивает возможность передачи сообщений источника со сколь угодно малой вероятностью ошибки (или со сколь угодно малой ненадежностью).
Если H¢(U) > C, то можно закодировать сообщение таким образом, что ненадежность в единицу времени будет меньше чем H¢(U)-C+ e, где e ®0 (прямая теорема).
Не существует способа кодирования обеспечивающего ненадежность в единицу времени меньшую, чем H¢(U)-C (обратная теорема).
В такой формулировке эта теорема была дана самим Шенноном. В литературе часто вторая часть прямой теоремы и обратная теорема объединяются в виде обратной теоремы сформулированной так: если H¢(U) > C, то такого способа кодирования не существует.
2. Типы сигналов, их дискретизация и восстановление. Спектральная плотность сигналов. Частота Найквиста, теорема Котельникова. Частотное представление дискретных сигналов. Ортогональные преобразования дискретных сигналов. Задачи интерполяции и прореживания сигналов.
Типы сигналов, их дискретизация и восстановление
По видам (типам) сигналов выделяются следующие:
1. аналоговый
2. дискретный
3. цифровой
Аналоговый сигнал (analog signal) является непрерывной функцией непрерывного аргумента, т.е. определен для любого значения аргументов. Источниками аналоговых сигналов , как правило, являются физические процессы и явления, непрерывные в динамике своего развития во времени, в пространстве или по любой другой независимой переменной, при этом регистрируемый сигнал подобен (―аналогичен‖) порождающему его процессу. Пример математической записи сигнала: y(t) = 4.8 exp /2.8]. При этом как сама функция, так и ее аргументы, могут принимать любые значения в пределах некоторых интервалов y J , t J . Если интервалы значений сигнала или его независимых переменных не ограничиваются, то по умолчанию они принимаются равными от -Ґ до +Ґ . Множество возможных значений сигнала образует континуум - непрерывное пространство, в котором любая сигнальная точка может быть определена с точностью до бесконечности. Примеры сигналов, аналоговых по своей природе - изменение напряженности электрического, магнитного, электромагнитного поля во времени и в пространстве.
Дискретный сигнал (discrete signal) по своим значениям также является непрерывной функцией, но определенной только по дискретным значениям аргумента. По множеству своих значений он является конечным (счетным) и описывается дискретной последовательностью отсчетов (samples) y(nDt), где y Ј , Dt - интервал между отсчетами (интервал или шаг дискретизации, sample time), n = 0, 1, 2,...,N. Величина, обратная шагу дискретизации: f = 1/Dt, называется частотой дискретизации (sampling frequency). Если дискретный сигнал получен дискретизацией (sampling) аналогового сигнала, то он представляет собой последовательность отсчетов, значения которых в точности равны значениям исходного сигнала по координатам nDt.
Цифровой сигнал (digital signal) квантован по своим значениям и дискретен по аргументу. Он описывается квантованной решетчатой функцией yn = Qk, где Qk - функция квантования с числом уровней квантования k, при этом интервалы квантования могут быть как с равномерным распределением, так и с неравномерным, например - логарифмическим. Задается цифровой сигнал, как правило, в виде дискретного ряда (discrete series) числовых данных - числового массива по последовательным значениям аргумента при Dt = const, но в общем случае сигнал может задаваться и в виде таблицы для произвольных значений аргумента.
Дискретизация, восстановление (интерполяция) сигналов.
Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени (отсчеты ).
Под дискретизацией сигналов понимают преобразование функций непрерывных переменных в функции дискретных переменных, по которым исходные непрерывные функции могут быть восстановлены с заданной точностью. Роль дискретных отсчетов выполняют, как правило, квантованные значения функций в дискретной шкале координат. Под квантованием понимают преобразование непрерывной по значениям величины в величину с дискретной шкалой значений из конечного множества разрешенных, которые называют уровнями квантования. Если уровни квантования нумерованы, то результатом преобразования является число, которое может быть выражено в любой числовой системе. Округление с определенной разрядностью мгновенных значений непрерывной аналоговой величины с равномерным шагом по аргументу является простейшим случаем дискретизации и квантования сигналов при их преобразовании в цифровые сигналы.
Принципы дискретизации . Сущность дискретизации аналоговых сигналов заключается в том, что непрерывность во времени аналоговой функции s(t) заменяется последовательностью коротких импульсов, амплитудные значения которых определяются с помощью весовых функций, либо непосредственно выборками (отсчетами) мгновенных значений сигнала s(t) в моменты времени .Представление сигнала s(t) на интервале Т совокупностью дискретных значений записывается в виде:
(с1, с2, ... , cN) = А,
где А - оператор дискретизации. Запись операции восстановления сигнала s(t):
s"(t) = В[(с1, с2, ... , cN)].
Выбор операторов А и В определяется требуемой точностью восстановления сигнала. Наиболее простыми являются линейные операторы. В общем случае:
(5.1.1)
Где - система весовых функций.
Отсчеты в выражении (5.1.1) связаны с операцией интегрирования, что обеспечивает высокую помехоустойчивость дискретизации. Однако в силу сложности технической реализации "взвешенного" интегрирования, последнее используется достаточно редко, при высоких уровнях помех. Более широкое распространение получили методы, при которых сигнал s(t) заменяется совокупностью его мгновенных значений s() в моменты времени . Роль весовых функций в этом случае выполняют гребневые (решетчатые) функции. Отрезок времени Dt между соседними отсчетами называют шагом дискретизации. Дискретизация называется равномерной с частотой F=1/Dt, если значение Dt постоянно по всему диапазону преобразования сигнала. При неравномерной дискретизации значение Dt между выборками может изменяться по определенной программе или в зависимости от изменения каких-либо параметров сигнала.
Восстановление сигналов
Восстановление непрерывного
сигнала
по выборкам может проводиться как на основе ортогональных, так и неортогональных базисных функций. Воспроизводящая функция s"(t) соответственно представляется аппроксимирующим полиномом: 
Где система базисных функций. Ортогональные базисные функции обеспечивают сходимость ряда к s(t) при n Ю Ґ . Оптимальными являются методы дискретизации, обеспечивающие минимальный числовой ряд при заданной погрешности воспроизведения сигнала. При неортогональных базисных функциях используются, в основном, степенные алгебраические полиномы вида:
Если значения аппроксимирующего полинома совпадают со значениями выборок в моменты их отсчета, то такой полином называют интерполирующим. В качестве интерполирующих полиномов обычно используются многочлены Лагранжа. Для реализации интерполирующих полиномов необходима задержка сигнала на интервал дискретизации, что в системах реального времени требует определенных технических решений. В качестве экстраполирующих полиномов используют, как правило, многочлены Тейлора.
Естественным требованием к выбору частоты дискретизации является внесение минимальных искажений в динамику изменения сигнальных функций. Логично полагать, что искажения информации будут тем меньше, чем выше частота дискретизации F. С другой стороны также очевидно, что чем больше значение F, тем большим количеством цифровых данных будут отображаться сигналы, и тем большее время будет затрачиваться на их обработку. В оптимальном варианте значение частоты дискретизации сигнала F должно быть необходимым и достаточным для обработки информационного сигнала с заданной точностью, т.е. обеспечивающим допустимую погрешность восстановления аналоговой формы сигнала (среднеквадратическую в целом по интервалу сигнала, либо по максимальным отклонениям от истинной формы в характерных информационных точках сигналов).
Квантование сигнала .
Дискретизация аналоговых сигналов с преобразованием в цифровую форму связана с квантованием сигналов. Сущность квантования состоит в замене несчетного множества возможных значений функции, в общем случае случайных, конечным множеством цифровых отсчетов, и выполняется округлением мгновенных значений входной функции s(ti) в моменты времени ti до ближайших значений si(ti) = niDs, где Ds- шаг квантования шкалы цифровых отсчетов. Квантование с постоянным шагом Ds называется равномерным. Математически операция квантования может быть выражена формулой:
где скобки [..] означают целую часть значения в скобках.
При квантовании сигналов в большом динамическом диапазоне значений шаг квантования может быть и неравномерным, например, логарифмическим, т.е. пропорциональным логарифму значений входного сигнала. Установленный диапазон шкалы квантования от smin до smax и шаг квантования Ds определяют число делений шкалы Ns = (smax-smin)/Ds и соответственно цифровую разрядность квантования. В результате дискретизации и квантования непрерывная функция s(t) заменяется числовой последовательностью {s(kDt)}. Погрешность округления ei = s(kDt)-si(kDt) заключена в пределах -Ds/2 При достаточно малом шаге квантования любое значение в его пределах можно считать равновероятным, при этом значения e распределены по равномерному закону: p(e) = 1/Ds, -Ds/2 Ј e Ј Ds/2. Соответственно, дисперсия и среднее квадратическое значение шума квантования: e2 = Ds2/12, » 0.3 Ds. .1) При задании уровня шума квантования с использованием выражения (5.5.1) нетрудно определить допустимое значение шага квантования. Входной сигнал содержит, как правило, аддитивную смесь собственно сигнала s(t) и помехи q(t) с дисперсией соответственно sq2. Если помехи не коррелированны с сигналом, то после квантования суммарная дисперсия шумов: На практике шаг квантования выбирают обычно таким, чтобы не происходило заметного изменения отношения сигнал/шум, т.е. e2< Основной функцией
информационной системы является хранение
информации и ее перенос в пространстве.
Совокупность
технических средств для передачи
сообщений от источника к потребителю
называется системой связи.
Этими средствами являются передающее
устройство, линия связи и приемное
устройство. Иногда в понятие система
связи включаются источник и потребитель
сообщений. Структурная схема
простейшей системы связи представлена
на рисунке 2. Здесь исходным пунктом
является источник сообщения. Источник
может вырабатывать непрерывное или
дискретное сообщения. Источником
сообщений и получателем в одних системах
связи может быть человек, в других -
различного рода устройства (автомат,
вычислительная машина и т. п.). Передача
сообщений на расстояние осуществляется
с помощью какого-либо материального
носителя (бумага, магнитная лента и
т.п.) или физического процесса (звуковых
или электромагнитных волн, тока и.т.п.). Источник
информации или сообщения - это физический
объект, система или явление, формирующие
передаваемое сообщение.
Сообщение - это
значение или изменение некоторой
физической величины, отражающие состояние
объекта (системы или явления). Как
правило, первичные сообщения - речь,
музыка, изображения, измерения параметров
окружающей среды и т.д., представляют
собой функции времени - f
(t)
или других аргументов - f
(x,
y, z)
неэлектрической природы (акустическое
давление, температура, распределение
яркости на некоторой плоскости и т.п.). Рис.2. Структурная
схема системы связи. Каждое
i
- ое сообщение источника есть произвольная
последовательность элементов алфавита
При m
= 1
сообщением
является одна буква, то есть такое
сообщение есть элементарное
сообщение
.
В общем случае при m
> 1
одна и
та же буква может появиться в сообщении
Конечное
множество сообщений
X
c
заданным на нем распределением
вероятностей
p
(
x
)
называется дискретным ансамблем
сообщений и обозначается {
X
,
p
(
x
)}.
Устройство,
преобразующее сообщение в сигнал,
называют передающим устройством, а
устройство, преобразующее принятый
сигнал в сообщение, - приемным
устройством.
С помощью
преобразователя в передающем устройстве
сообщение а
,
которое может иметь любую физическую
природу (изображение, звуковое колебание
и т.п.), преобразуется в первичный
электрический сигнал b
(t
).
В телефонии, например, эта операция
сводится к превращению звукового
давления в пропорционально изменяющийся
электрический ток микрофона. В телеграфии
сначала производится кодирование, в
результате которого последовательность
элементов сообщения (букв) заменяется
последовательностью кодовых символов
(0, 1 или точка, тире), которая затем с
помощью телеграфного аппарата
преобразуется в последовательность
электрических импульсов постоянного
тока. В передатчике
первичный сигнал b
(t
)
(обычно низкочастотный) превращается
во вторичный (высокочастотный) сигнал
u
(t
),
пригодный для передачи по используемому
каналу. Это осуществляется посредством
модуляции. Преобразование
сообщения в сигнал должно быть обратимым.
В этом случае по выходному сигналу
можно, в принципе, восстановить входной
первичный сигнал, т. е. получить всю
информацию, содержащуюся в переданном
сообщении. В противном случае часть
информации будет потеряна при передаче,
даже если сигнал доходит до приемного
устройства без искажений. Физический
процесс, отображающий (несущий)
передаваемое сообщение, называется
сигналом.
Сигнал – это
материально-энергетическая форма
представления информации. Другими
словами, сигнал – это переносчик
информации, один или несколько параметров
которого, изменяясь, отображают сообщение.
Цепь “информация
– сообщение – сигнал” – это пример
процесса обработки, необходимой там,
где находится источник информации. На
стороне потребителя информации
осуществляется обработка в обратном
порядке: “сигнал – сообщение –
информация”. Любое
преобразование сообщения в определенный
сигнал путем установления между ними
однозначного соответствия называют в
широком смысле кодированием.
Кодирование может
включать в себя процессы преобразования
и дискретизации непрерывных сообщений
(аналого-цифровое преобразование),
модуляцию (манипуляцию в цифровых
системах связи) и непосредственно
кодирование в узком смысле слова.
Обратная операция называется
декодированием. Линией связи
называется среда, используемая для
передачи сигналов от передатчика
приемнику.
В системах
электрической связи - это кабель или
волновод, в системах радиосвязи -
область пространства, в котором
распространяются электромагнитные
волны от передатчика к приемнику. При
передаче сигнал может искажаться и на
него могут накладываться помехи n
(t
). Приемное устройство
обрабатывает принятое колебание
z
(t
)=u
(t
)+n
(t
),
представляющее собой сумму пришедшего
искаженного сигнала u
(t
)
и помехи n
(t
),
и восстанавливает по нему сообщение
Каналом связи
называется совокупность средств,
обеспечивающих передачу сигнала от
некоторой точки А системы до точки В
(рис. 3). Точки А
и В
могут быть выбраны произвольно, лишь
бы между ними проходил сигнал. Часть
системы связи, расположенная до точки
А
,
является источником сигнала для этого
канала. Рис. 3. Канал связи. Канал как источник
помех, оказывает на передаваемый сигнал
некоторое влияние. Задачами приемника
является выделение из зашумленного
сигнала переданного сообщения и отправка
его потребителю. Классифицируют
каналы связи по различным признакам, в
том числе по математическому описанию
(непрерывные и дискретные каналы,
непрерывного и дискретного времени). Если сигналы,
поступающие на вход канала и принимаемые
с его выхода, являются дискретными по
состояниям, то канал называется
дискретным. Если же эти сигналы являются
непрерывными, то канал называется
непрерывным. Встречаются также
дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные
каналы, на вход которых поступают
дискретные сигналы, а с выхода снимаются
непрерывные, или наоборот. Из сказанного
видно, что канал может быть дискретным
или непрерывным независимо от характера
передаваемых сообщений. Более того, в
одной и той же системе связи можно
выделить как дискретный, так и непрерывный
каналы. Все зависит от того, каким образом
выбраны точки А
и В
входа и выхода канала. В данном пособии
будем рассматривать дискретный
канал связи
. Если вредным
действием помех в канале можно пренебречь,
то для анализа используется модель в
виде идеализированного канала, называемого
каналом без
помех
. В
идеальном канале каждому сообщению на
входе однозначно соответствует
определенное соотношение на выходе и
наоборот. Когда требования к достоверности
велики и пренебрежение неоднозначностью
связи между сообщениями x
и y
недопустимо,
используется более сложная модель –
канал с помехами. Простейший класс
моделей каналов образуют дискретные
каналы без памяти; они определяются
следующим образом. Входом является
последовательность букв (элементов) из
конечного алфавита, пусть
Рис. 4. Двоичный
симметричный канал. Намного более
широкий класс каналов – каналов с
памятью, образуют каналы, в которых
сигналами на входе являются
последовательности букв из конечных
алфавитов, но в которых каждая буква на
выходе может статистически зависеть
не только от соответствующей буквы
входной последовательности. Сетевые технологии, каналы связи и их основные характеристики.
Ц
ели:
Обучать основам сетевых технологий.
Развивать познавательный интерес.
Воспитывать информационную культуру.
П
роверка домашнего задания.
Х
од урока:
Сетевая технология
- это согласованный набор стандартных протоколов и программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Основными характеристиками каналов связи являются
пропускная способность
и
помехоустойчивость
. Пропускная способность отражает способность канала передавать заданное количество сообщений за единицу времени. Данный параметр зависит от физических свойств канала связи. Другими словами,
пропускная способность
- это объем данных, передаваемых модемом в единицу времени, без учета дополнительной служебной информации, например стартового и стопового битов, начальных конечных записей Стоков и т. д. Классификация компьютерных каналов связи:
по способу кодирования:
цифровые
и
аналоговые
;
по способу коммуникации:
выделенные
(постоянное соединение) и
коммутируемые
(временное соединение);
по способу передачи сигнала:
кабельные
(витая пара, коаксиальный кабель, оптико-волоконные, оптические (световоды), радиорелейные, беспроводные, спутниковые;
телефонные
,
радио
(радиорелейные, спутниковые).
Витая пара
состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы.
Коаксиальный кабель
по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищённостью. Оптоволоконный кабель
- идеальная передающая среда, он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения.
Линии связи: Беспроводное сетевое оборудование
предназначено для передачи по радиоканалам информации между компьютерами, сетевыми и другими специализированными устройствами.
Спутниковые линии связи
работают в 9 - 11 диапазонах частот и, в перспективе, в оптических диапазонах. В этих системах сигнал с земной станции посылается на спутник, содержащий приемопередающую аппаратуру, там усиливается, обрабатывается и посылается обратно на Землю, обеспечивая связь на большие расстояния и перекрывая большие площади.
собственные
помехи канала связи;
взаимные
, создаваемые влиянием каналов друг на друга;
внешние
- от посторонних электромагнитных полей.
Прокси-сервер
- промежуточный, транзитный веб-сервер, используемый как посредник между браузером и конечным веб-сервером. Основная причина использования прокси-сервера - экономия объема передачи информации и увеличение скорости доступа за счет кэширования. Например, если большинство сотрудников компании часто пользуются одним и тем же веб-сервером, содержащим актуальный курс валют, то эта информация сохранится в прокси, и, таким образом, страницы будут запрошены с оригинального сервера всего 1 раз. При использовании прокси компании нужен всего один публичный IP-адрес.
Протокол (protocol)
- совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя независимыми процессами или устройствами. Протокол сетевой (network protocol)
- совокупность правил и соглашений, использующихся при передаче данных.
протокол Telnet, который позволяет удаленным терминалам подключаться к удаленным узлам (компьютерам);
система доменной адресации DNS, дающая возможность пользователям адресоваться к узлам сети по символьному доменному имени вместо цифрового IP-адреса;
протокол передачи файлов FTP, который определяет механизм хранения и передачи файлов;
протокол передачи гипертекста HTTP.
Вопросы и задания
Что называется сетевыми технологиями?
Что такое каналы связи?
Назовите основные характеристики каналов связи.
Приведите классификацию каналов связи.
Что такое прокси-сервер?
Что такое протоколы?
Какую функцию выполняет протокол TCP/IP?
Домашнее задание
: конспект.
Контрольная Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи. Вопрос №3 «Каналы связи. Классификация каналов связи. Параметры каналов связи. Условие передачи сигнала по каналу связи».
Канал связи
система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи
), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.
Канал связи включает следующие компоненты:
Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.
Рис.1. Канала связи (вариант №1)
Рис.2 Канал связи (вариант №2)
Т.е. это (канал) техническое устройство (техника+среда).
Классификаций будет приведено ровно три типа. Выбирайте на вкус и цвет:
Классификация №1:
Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют
каналы проводной
связи (воздушные, кабельные, световодные
и др.) и
каналы радиосвязи
(тропосферные, спутниковые
и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.
По типу среды распространения каналы связи делятся на:
Каналы связи также классифицируют на:
Каналы могут быть как
линейными
и
нелинейными
,
временными
и
пространственно-временными
.
Возможна
классификация
каналов связи
по диапазону частот
.
Системы передачи информации бывают
одноканальные
и
многоканальные
. Тип системы определяется каналом связи. Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.
Классификация №2 (более подробная)
:
7. По количеству одновременно передаваемых сообщений
10. По способам защиты передаваемой информации
11. По степени автоматизации обмена информацией
Классификация №3 (что-то может повторяться):
1.
По назначению
Телефонные
Телеграфные
Телевизионные
-
радиовещательные
2.
По направлению передачи
-
симплексные (передача только в одном направлении)
-
полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях)
-
дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях)
3.
По характеру линии связи
Механические
Гидравлические
Акустические
-
электрические (проводные)
-
радио (беспроводные)
Оптические
4.
По характеру сигналов на входе и выходе канала связи
-
аналоговые (непрерывные)
-
дискретные по времени
-
дискретные по уровню сигнала
-
цифровые (дискретные и по времени и по уровню)
5.
По числу каналов на одну линию связи
Одноканальные
Многоканальные
И еще рисунок сюда:
Рис.3. Классификация линий связи.
- отношение спектра выходного сигнала к входному
Рис.4 Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала
Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:
,
где
мощность сигнала на выходе канала,
мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.
Канал, по сути, это фильтр. Чтобы сигнал прошел через него без искажений, объем этого канала должен быть больше сигнала или равен ему (см. рис).
Математически условие можно записать так: , где
; (1)
В приведенных формулах
полоса пропускания канала, или полоса частот, которую канал может пропустить при нормированном затухании сигнала;
динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированных для этого типов каналов;
время, в течение которого канал используется для передачи данных;
ширину спектра частот сигнала, т. е. интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;
динамический диапазон, равный отношению средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;
длительность сигнала, или время его существования.
Другая форма записи условия (развернутая):
P
.
S
.: Параметр «Объем канала» в некоторых источниках так же указывается, как один из параметров канала связи, но не везде. Математическая формула приведена выше в (1).
1.
http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/BGD_CHS/METOD/ANDREEV/WEBUMK/frame/1.htm
;
2.
http://supervideoman.narod.ru/index.htm
.
(
,
,
...,
)
длиной
m
, где верхний индекс у элементов есть
номер последовательности, а нижний
индекс означает только место буквы в
сообщении, но не ее вид.
несколько раз. Общим свойством
элементарного сообщения является его
неделимость на более мелкие сообщения.
,
которое с некоторой погрешностью
отражает переданное сообщение
a
.
Другими словами, приемник должен на
основе анализа колебания z
(t
)
определить, какое из возможных сообщений
передавалось. Поэтому приемное устройство
является одним из наиболее ответственных
и сложных элементов системы связи.
,
выходом – последовательность букв того
же самого или другого алфавита, скажем
.
Наконец, каждая буква выходной
последовательности зависит статистически
только от буквы, стоящей на соответствующей
позиции во входной последовательности,
и определяется заданной условной
вероятностью
,
определенной для всех букв
алфавита на входе и всех букв
на выходе. Примером может служить
двоичный симметричный канал (рис.4),
который представляет собой дискретный
канал без памяти с двоичными
последовательностями на входе и выходе,
в котором каждый символ последовательности
на входе с некоторой вероятностью 1-q
воспроизводится на выходе канала
правильно и с вероятностью q
изменяется шумом на противоположный
символ. В общем случае, в дискретном
канале без памяти переходные вероятности
исчерпывают собой все известные сведения
о том, как сигнал на входе, взаимодействуя
с шумом, образует сигнал на выходе.
"
Сегодня Интернет – это объединение большого количества сетей. Каждая сеть состоит из десятков и сотен серверов. Серверы соединены между собой напрямую различными линиями связи: кабельными, наземной радиосвязью, спутниковой радиосвязью. К каждому серверу подключается большое количество компьютеров и локальных компьютерных сетей, которые являются клиентами сети. Клиенты могут соединяться с сервером не только по прямым линиям, но и по обычным телефонным каналам.
Каналами связи
называют технические средства, позволяющие осуществлять передачу данных на расстоянии. В рассматриваемом нами контексте каналами связи будем называть
средства установления связи для передачи информации между удаленными компьютерами
. В качестве технических средств передачи информации могут использоваться обычные каналы связи (телефонные, телеграфные, спутниковые и т. д.). Сейчас более прогрессивными средствами считаются каналы связи, построенные специально для передачи цифровой информации. К таковым относятся, например, оптоволоконные сети.
Помехоустойчивость
задает параметр уровня искажения передаваемой информации. Для того чтобы избежать изменения или потери информации при ее передаче, используют специальные методы, позволяющие сократить влияние шумов.
Радиорелейные линии связи (РРЛ)
предназначены для передачи сигналов в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Передача ведется через систему ретрансляторов, расположенных на расстоянии прямой видимости.
Каналы связи делятся на
симплексные
и
дуплексные
. В одном случае информация передается только в одном направлении, что является менее эффективным средством. В другом случае информация передается в двух направлениях, причем одновременно могут передаваться несколько сообщений.
В качестве физического процесса, осуществляющего передачу данных на расстоянии, используют
сигналы
. На этот процесс могут влиять различные явления, создающие
помехи
(например, это может быть напряжение постороннего происхождения, появляющееся в каналах связи и ограничивающее дальность передачи полезных сигналов).
В зависимости от источника возникновения и от характера их воздействия помехи делятся на:
Практика показала, что избавление от шумов (помех) невозможно из-за естественных (неустранимых) причин их возникновения. Тогда была предложена идея поиска возможности защиты в самом передаваемом тексте (К.Э. Шеннон). Наилучшим способом стало использование избыточного кода. Функция защиты информации при передаче по каналам связи включает три компонента:
подтверждение
,
обнаружение ошибок
и
уведомление
о них, возврат в исходное состояние. Информация кодируется соответствующим образом, вместе с основным содержанием передается информация о размере передаваемой информации. При получении информации сверяется информация о длине сообщения с исходным состоянием, при несовпадении значений в пункт передачи информации передается сигнал о необходимости повторной пересылки.
Различают три основных типа протоколов, работающих в разных сетях и с разными операционными системами: Novell IPX (Inter Packet Exchange), TCP/IP, NetBEUI (Network BIOS User Interface).
Протокол управления передачей/межсетевой протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) - набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой. TCP гарантирует, что каждый посланный байт дойдет до получателя без потерь. IP присваивает локальные IP-адреса физическим сетевым адресам, обеспечивая тем самым адресное пространство с которым работают маршрутизаторы.
В семейство TCP/IP входят:
Канал связи
Классификация
По виду передаваемых сообщений:
8.
По направлению обмена сообщений
9. По порядку обмена сообщения
Характеристики (параметры) каналов связи
полоса пропускания
Условие передачи сигналов по каналам связи.
Литература
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
3708.
Астрология. Наука о звездах
194 KB
Земля – одно из бесчисленных небесных тел. Чтобы лучше изучить Землю, надо знать и то, что происходит на небе. Поэтому уже в древние времена появилась практическая необходимость в науке о небесных явлениях. Ведь жизнь людей на Земле во...
3709.
Антропонимы как средство сатиры и юмора в рассказах А.П. Чехова
149.5 KB
В своей работе я анализирую антропонимическую систему в рассказах раннего творчества А.П. Чехова (1880 – 1883 гг.) и антропонимическую систему в рассказах более позднего периода (1886 – 1900 гг.). Ранние рассказы: «Письмо к ученому соседу»...
3710.
Кредитные отношения между коммерческим банком и Нимировским спиртзаводом
1.66 MB
Банковская система - одна из важнейших и неотъемлемых структур рыночной экономики. Поэтому сегодня, в условиях перехода Украины к рыночным отношениям, резко возрастает к ней внимание и интерес. Это обусловлено тем, что в Украине совершается...
3711.
Особенности банковского аудита
163 KB
Сущность, необходимость и виды аудита. Профессия аудитора известна с глубокой древности. Еще примерно в 200 г. до н.э. квесторы (должностные лица, ведавшие финансовыми и судебными делами Римской империи) осуществляли контроль за государственными...
3712.
Бактериологическое (биологическое) оружие
135.5 KB
Бактериологическое оружие (биологическое) является средством массового поражения людей, животных и уничтожения сельскохозяйственных культур. Основу его поражающего действия составляют бактериальные средства, к которым относятся болезнетворн...
3713.
Current asset management in the enterprise
172.91 KB
Current asset management in the enterprise The crisis of 2008 still affects business-to-business companies. Many of them have problems with current assets in general and with accounts receivable in particular. In a given paper a field research is co...
3714.
Флористическое разнообразие мезмайской котловины (Северо-Западный Кавказ)
258.41 KB
Флористическое разнообразие мезмайской котловины (Северо-Западный Кавказ) Введение Северо-Западный Кавказ - один из богатейших во флористическом отношении регионов Российской Федерации, насчитывающий около 2500 видов дикорастущих аборигенных растени...
3715.
Теоретические основы специальной (коррекционной) педагогики как науки
207 KB
Теоретические основы специальной (коррекционной) педагогики как науки Тема 1. Введение. Специальная (коррекционная) педагогика как наука Тема 2. Связь специальной (коррекционной) педагогики с другими науками Тема 3. Понимание отклонений в разви...
3716.
Позакласна робота зі світової літератури
37.27 KB
Позакласна робота зі світової літератури План Значення й принципи організації позакласної роботи з літератури. Форми позакласної роботи: систематичні й епізодичні. Посібники для вчителя з проблеми організації позакласної роботи із...
