Fyysinen tiedonsiirto viestintälinjojen kautta. Tiedonsiirtokoodit Mitä tiedonsiirtokanavat ovat?

Tiedonsiirtokoodit Erityiskoodeja käytetään tiedon siirtämiseen viestintäkanavien kautta. Nämä koodit on standardoitu ja määritelty ISO:n (International Organisation for Standardization) suositusten mukaisesti. – Kansainvälinen standardointijärjestö (ISO) tai kansainvälinen puhelin- ja televiestintäkomitea (CITT). Yleisin tietoliikennekanavien lähetyskoodi on ASCII-koodi, joka on otettu käyttöön tiedonvaihtoon lähes kaikkialla maailmassa (kotimainen analogi on KOI-7). Lähiverkot käyttävät radio- ja satelliittiviestinnän lisäksi myös tietokaapelia. Tietokaapeli on joukko johtoja, joiden kautta signaalit siirretään tietokonelaitteesta toiseen. Nopeuden varmistamiseksi jokaisella signaalilla on oma johto. Signaalit lähetetään tietyssä järjestyksessä ja tietyissä yhdistelmissä keskenään.

Koodiyhdistelmän lähettämiseen käytetään niin monta riviä kuin tämän yhdistelmän bittien lukumäärä on. Jokainen bitti lähetetään erillisellä johdolla. Tämä on rinnakkaislähetystä tai lähetystä rinnakkaiskoodilla. Tällaista siirtoa suositaan paikallisia yhteenliittämisverkkoja järjestettäessä, sisäisille tietokoneille ja lyhyille etäisyyksille verkon tilaajien välillä. Rinnakkaiskoodilähetys tarjoaa korkean suorituskyvyn, mutta vaatii lisäkustannuksia fyysisen siirtovälineen luomiseen ja sillä on huono kohinansieto. Koodisanan lähettämiseksi kaksijohtimisella linjalla bittiryhmä lähetetään yhden johdon yli bitti bitiltä. Tämä on tietojen siirtoa sarjakoodilla. Se on hitaampi, koska se vaatii tietojen muuntamista rinnakkaiskoodiksi jatkokäsittelyä varten tietokoneessa, mutta se on taloudellisesti edullista viestien välittämisessä pitkiä matkoja.

Tietojen synkronoinnin tyypit Tietojen lähetys- tai vastaanottoprosessit tietokoneverkoissa voidaan sitoa tiettyihin aikaleimoihin, ts. yksi prosesseista voi käynnistyä vasta saatuaan täydelliset tiedot toiselta prosessilta. Tällaisia prosesseja kutsutaan synkronisiksi. Samaan aikaan on prosesseja, joissa tällaista sidontaa ei ole ja ne voidaan suorittaa riippumatta siirretyn tiedon täydellisyysasteesta. Tällaisia prosesseja kutsutaan asynkronisiksi. Tietojen synkronointi on erilaisten prosessien koordinointia ajan kuluessa. Tiedonsiirtojärjestelmät käyttävät kahta tiedonsiirtomenetelmää: synkronista ja asynkronista. Synkronisen lähetyksen aikana informaatio välitetään lohkoissa, jotka on kehystetty erityisillä ohjaussymboleilla. Lohko sisältää myös erityisiä synkronointisymboleita, jotka ohjaavat fyysisen siirtovälineen tilaa, sekä symboleja, jotka mahdollistavat virheiden havaitsemisen vaihdon aikana.

Tietolohkon lopussa synkronisen siirron aikana viestintäkanavalle annetaan erityisalgoritmin mukaan generoitu ohjausjakso. Samaa algoritmia käyttämällä generoidaan ohjaussekvenssi vastaanotettaessa tietoa viestintäkanavalta. Jos molemmat sekvenssit täsmäävät, virheitä ei ole. Tietolohko hyväksytty. Jos sekvenssit eivät täsmää, on virhe. Lähetystä toistetaan, kunnes testitulos on positiivinen. Jos toistuvat lähetystoiminnot eivät anna positiivista tulosta, hätätila kirjataan. Synkroninen siirto on nopeaa ja lähes virheetöntä. Sitä käytetään viestien vaihtamiseen tietokoneiden välillä. Synkroninen lähetys vaatii kalliita laitteita Synkronointibitit Lähetyksen loppumerkki Lähetetyt merkit Ohjaussekvenssi Tietokenttä

Asynkronisessa tiedonsiirrossa data välitetään tietoliikennekanavalle bittijonona, josta vastaanotettaessa on tarpeen valita tavuja myöhempää käsittelyä varten. Jokainen tavu on rajoitettu aloitus- ja lopetusbiteillä, joiden avulla ne voidaan erottaa lähetysvirrasta. Joskus alhaisen luotettavuuden tietoliikennelinjat käyttävät useita näistä bitteistä. Lisäaloitus- ja lopetusbitit vähentävät hieman tehollista tiedonsiirtonopeutta ja vastaavasti tietoliikennekanavan suorituskykyä. Samaan aikaan asynkroninen lähetys ei vaadi kalliita laitteita ja täyttää vaatimukset dialogin järjestämiselle tietokonevuorovaikutuksen aikana. Aloitusbitit Lopetusbitti Lähetetyt merkit Pariteettibitti Tietokenttä

Tiedonsiirron laitteistototeutus Digitaalinen data välitetään johdinta pitkin muuttamalla virtajännitettä: ei ole jännitettä "0", on jännite "1". On kaksi tapaa siirtää tietoa fyysisen siirtovälineen kautta: digitaalinen ja analoginen. Digitaalisessa tai kapeakaistaisessa lähetyksessä data siirretään luonnollisessa muodossaan yhdellä taajuudella. Tämä menetelmä mahdollistaa vain digitaalisen tiedon siirron, varmistaa, että vain kaksi käyttäjää voi käyttää lähetysvälinettä kerrallaan, ja sallii normaalin toiminnan vain rajoitetun etäisyyden (enintään 1000 m) päähän. Samalla tämä menetelmä tarjoaa suuren tiedonsiirtonopeuden. Siksi ylivoimainen määrä lähiverkkoja käyttää tätä menetelmää.

Analoginen menetelmä digitaalisen datan siirtoon mahdollistaa laajakaistaisen siirron käyttämällä eri kantoaaltotaajuisia signaaleja yhdessä kanavassa. Analogisella lähetysmenetelmällä ohjataan kantoaaltotaajuussignaalin parametreja digitaalisen datan lähettämiseksi viestintäkanavan kautta. Kantoaaltotaajuussignaali on harmoninen värähtely, jota kuvaa yhtälö X=Xm sin(wt+f0), jossa Xm on värähtelyamplitudi; w – värähtelytaajuus; t – aika; f0 – alkuvaihe. Voit lähettää digitaalista dataa analogisen kanavan kautta ohjaamalla yhtä kantoaaltotaajuussignaalin parametreista: amplitudi, taajuus tai vaihe. Amplitudimodulaatio – "0" ei signaalia. Taajuusmodulaatio – sisältää signaalien "0" ja "1" lähettämisen eri taajuuksilla. Kun siirrytään "0":sta "1":een tai "1":stä "0":aan, taajuus muuttuu. Vaihemodulaatio - siirryttäessä tilasta toiseen värähtelyjen suunta muuttuu.

Laitteisto Tietojen siirtämisen varmistamiseksi tietokoneelta viestintäympäristöön on tarpeen koordinoida tietokoneen sisäisen rajapinnan signaalit viestintäkanavien kautta välitettävien signaalien parametrien kanssa. Tässä tapauksessa on suoritettava sekä fyysinen sovitus (signaalin muoto, amplitudi ja kesto) että koodisovitus. Teknisiä laitteita, jotka suorittavat tietokoneen liittämisen tietoliikennekanaviin, kutsutaan sovittimiksi tai verkkosovittimiksi. Yksi sovitin mahdollistaa pariliitoksen yhden viestintäkanavan tietokoneen kanssa. Yksikanavaisten sovittimien lisäksi käytetään myös monikanavaisia laitteita - tiedonsiirtomultipleksereita tai yksinkertaisesti multipleksereitä.

Tiedonsiirtomultiplekseri on laite, joka liittää tietokoneeseen useita viestintäkanavia. Kuten aiemmin mainittiin, digitaalisen tiedon siirtämiseksi viestintäkanavan kautta on välttämätöntä muuntaa bittivirta analogisiksi signaaleiksi, ja kun vastaanotetaan tietoa viestintäkanavasta tietokoneeseen, suorita päinvastainen toiminta - muuntaa analogiset signaalit signaalivirraksi. bittejä, joita tietokone voi käsitellä. Tällaiset muunnokset suorittaa erityinen laite - modeemi. Modeemi on laite, joka moduloi ja demoduloi informaatiosignaaleja siirrettäessä niitä tietokoneelta viestintäkanavalle ja vastaanotettaessa niitä viestintäkanavasta tietokoneeseen. Hub (HUB, Switch) on laite, joka kytkee useita viestintäkanavia yhdeksi yksityisen erottelun avulla. Toistin on laite, joka varmistaa signaalin muodon ja amplitudin säilymisen siirrettäessä se fyysisen välineen tarjoamaa tilaan suurempaan tilaan.

Tietojen välittämiseen viestintäkanavien kautta käytetään erityiskoodeja. Ne on standardoitu ja määritelty ISO:n (International Organization for Standardization) - Kansainvälisen standardointijärjestön (ISO) tai kansainvälisen puhelin- ja lennätinneuvottelukomitean (ICTT) suositusten mukaisesti.

Yleisin viestintäkanavien siirtokoodi on KOI-7-koodi, jota käytetään tiedonvaihtoon lähes kaikkialla maailmassa. KOI-7 antaa sinun koodata 128-merkkisiä taulukoita, mikä tarkoittaa, että se koodaa vain englanninkielistä ja numeerista tietoa. Kansallisten aakkosten merkkien koodaamiseen käytetään KOI-7-koodin muunnelmaa, nimeltään KOI-8. Tämä on kahdeksanbittinen kooditaulukko, joka koodaa 2 8 = 256 merkkiä englannin ja kansallisten aakkosten sekä numeerista tietoa. Venäjän kielelle käytetään taulukkoa KOI-8R, ukrainan kielelle - KOI-8U jne. Lisäksi viime vuosina tiedonsiirto ASCII-, Win-1251- ja Unicode-kooditaulukoissa on myös saanut laajaa kehitystä.

Sinun tulee kiinnittää huomiota toiseen tietokoneiden väliseen viestintätapaan, kun tietokoneet yhdistetään kompleksiksi käyttämällä liitäntäkaapelia ja kaksijohtimista tietoliikennelinjaa.

Huomautus. Liitäntäkaapeli on joukko johtoja, jotka välittävät signaaleja tietokonelaitteesta toiseen. Nopeuden varmistamiseksi jokaisella signaalilla on oma johto. Signaalit lähetetään tietyssä järjestyksessä ja tietyissä yhdistelmissä.

Koodiyhdistelmän lähettämiseen käytetään niin monta riviä kuin tämän yhdistelmän bittien lukumäärä on. Jokainen bitti lähetetään erillisellä johdolla. Onko kyseessä rinnakkaissiirto vai lähetys rinnakkaiskoodi. Tällaista siirtoa suositaan paikallisia yhteenliittämisverkkoja järjestettäessä, sisäisissä tietokoneyhteyksissä ja lyhyillä etäisyyksillä verkon tilaajien välillä. Rinnakkaiskoodilähetys tarjoaa korkean suorituskyvyn, mutta vaatii lisäkustannuksia fyysisen siirtovälineen luomiseen ja sillä on huono kohinansieto. Tietokoneverkoissa rinnakkaiskoodien siirtoa ei käytetä.

Koodisanan lähettämiseksi kaksijohtimisella linjalla bittiryhmä lähetetään yhden johdon yli bitti bitiltä. Tämä on tiedon siirtoa sarjanumero. Se on luonnollisesti hitaampi, koska se vaatii tietojen muuntamista rinnakkaiskoodiksi jatkokäsittelyä varten tietokoneessa, mutta se on taloudellisesti hyödyllisempää lähettää viestejä pitkiä matkoja

Tietoliikennejärjestelmät jota kutsutaan tiedonvaihdoksi useiden tietokoneiden välillä.

Tietokoneviestintäkanavat voidaan luokitella seuraavien kriteerien mukaan:

Tietojen koodausmenetelmän mukaan se voidaan jakaa digitaaliseen ja analogiseen;
Viestintätavan mukaan ne voidaan jakaa omistettuihin ja puhelinverkkoihin;
Tiedonsiirtomenetelmän mukaan ne jaetaan langallisiin, langattomiin ja optisiin.

Analoginen- analogisten kanavien kautta lähetettävät tiedot esitetään jatkuvassa muodossa, toisin sanoen minkä tahansa fyysisen suuren jatkuvan arvosarjan muodossa.

Digitaalinen- nämä ovat kanavia, joiden kautta lähetetty informaatio välitetään digitaalisten (diskreettien, pulssi-) signaalien muodossa, joilla on fyysinen tai luonteeltaan.

Vaihdettu- nämä ovat kanavia, jotka on luotu erillisistä osioista vain niiden kautta tapahtuvan tiedonsiirron ajaksi viestintäistunnon päättymisen jälkeen, tällainen kanava on rikki.

Omat kanavat- Nämä ovat kanavia, jotka on organisoitu pitkään ja joiden pituuden ja kapasiteetin ominaisuudet ovat vakiot.

Viestintäkanavien pääominaisuuksia ovat tiedonsiirtonopeus, luotettavuus, kustannukset ja kehitysvarat.

Tiedonsiirtonopeus mitataan bitteinä/s ja baudeina. Signaalitietoparametrin muutosten määrä sekunnissa mitataan baudeina.

Baud- tämä on nopeus, kun yksi signaali (esimerkiksi pulssi) lähetetään sekunnissa, riippumatta sen muutoksen suuruudesta. Mittayksikköbitti/s vastaa yhtä signaalin muutosta viestintäkanavassa ja yksinkertaisilla signaalin koodausmenetelmillä; kun mikä tahansa muutos on vain yksittäinen, voidaan olettaa, että: 1 baud = 1 bit/s; 1 Kbaud = 103 bps; 1 Mbaud = 106 bps jne.

Jos tietoelementtiä voidaan esittää ei kahdella, vaan suurella määrällä minkä tahansa signaaliparametrin arvoja, 1 baudin arvo on enemmän kuin 1 bitti sekunnissa.

Luotettavuus- tietojen siirto ilman menetystä tai muutosta. Lähetin ja vastaanotin ovat tiedonsiirtolaitteita, jotka yhdistävät tiedon lähteen ja vastaanottimen viestintäkanavaan. Esimerkkejä tiedonsiirtolaitteista ovat modeemit, pääteadapterit, verkkokortit jne.

Pitkiä matkoja lähetettävän signaalin laadun parantamiseksi käytetään lisälaitteita: toistimet, kytkimet, keskittimet, reitittimet, multiplekserit.

Luokittelu perustuu seuraaviin periaatteisiin ottaen huomioon viestintäkanavan suorituskyvyn:

hitaita viestintäkanavia, joiden tiedonsiirtonopeus vaihtelee välillä 50-200 bit/s;
keskinopeilla viestintäkanavilla, siirtonopeus niissä on 300 - 9600 bps ja uusissa standardeissa jopa 56 000 bps;
nopeat (laajakaista) viestintäkanavat, jotka tarjoavat tiedonsiirtonopeudet yli 56 000 bps.

Kanavan nopeusominaisuudet riippuvat pitkälti käytetyistä kaapeleista.

kierretty pari- nämä ovat eristettyjä kuparilankoja, joiden tavallinen halkaisija on 1 mm, kierretty pareittain toistensa ympärille spiraalin muodossa. Tämän avulla voit vähentää useiden lähellä olevien kierrettyjen parien sähkömagneettista vuorovaikutusta.

Kierretyn parikaapelin yleisin sovellus on puhelinlinja. Pitkiä matkoja kulkevat kierretyt parit yhdistetään kaapeliksi, joka on päällystetty suojapinnoitteella. Jos tällaisten kaapeleiden sisällä olevat johdinparit eivät olisi kierretty, niiden läpi kulkevat signaalit menevät päällekkäin. Halkaisijaltaan useiden senttimetrien puhelinkaapeleita näkyy pylväissä.

Kierrettyjä parikaapeleita käytetään analogisten ja digitaalisten signaalien lähettämiseen. Kaistanleveys riippuu langan halkaisijasta ja pituudesta, mutta pitkillä etäisyyksillä se voi nousta useisiin megabitteihin sekunnissa.

Kierrettyjä pareja on kahdenlaisia:

Suojaamattomat kierretyt parikaapelit Niillä on melko korkea läpijuoksu, ne ovat helppokäyttöisiä, eivät vaadi maadoitusta ja ovat alhaisen hinnan vuoksi laajalti käytössä. Suojaamatonta kierrettyä parikaapelia ei käytetä paikallisverkossa, joka käsittelee arkaluonteisia tietoja, koska se voi lisätä kentän voimakkuutta.
Suojatut kierretyt parit niillä on hyvät tekniset ominaisuudet, mutta ne ovat kalliita, jäykkiä ja hankalia käyttää ja vaativat maadoituksen. Tämän tyyppistä kaapelia käytetään pääasiassa verkoissa, joissa on rajoitettu pääsy tietoihin.

Koaksiaalikaapeli- tiedonsiirtokeinot. Se on paremmin suojattu kuin kierretty pari, joten se voi lähettää dataa pitkiä matkoja suuremmilla nopeuksilla. Kahden tyyppisiä kaapeleita käytetään laajalti. Toista käytetään kuljettamaan vain digitaalista signaalia, ja toista kaapelia käytetään analogisen signaalin kuljettamiseen.

Koaksiaalikaapeli koostuu eristetystä, kiinteästä kuparilangasta, joka sijaitsee kaapelin keskellä. Lieriömäinen johdin, joka on yleensä valmistettu hienosta kupariverkosta, on venytetty eristeen päälle. Se on peitetty ulkoisella suojaeristekerroksella (muovikuori). Koaksiaalikaapelin muotoilu ja erityinen suojaus takaavat korkean suorituskyvyn ja erinomaisen melunsietokyvyn.

Tietoliikenteen koaksiaalikaapelit jaetaan kahteen ryhmään:

"paksut" koaksiaalit;
"ohuet" koaksiaalit.

Paksun koaksiaalikaapelin ulkohalkaisija on 12,5 mm ja melko paksu johdin (2,17 mm), mikä tarjoaa hyvät sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet.

Tiedonsiirtonopeus paksulla koaksiaalikaapelilla on jopa 50 Mbit/s, mutta sillä työskentelyn tiettyjen haittojen ja huomattavien kustannusten vuoksi sitä ei aina ole mahdollista käyttää tietoverkoissa.

Ohut koaksiaalikaapeli on ulkohalkaisijaltaan 5-6 mm, se on halvempi ja kätevämpi käyttää, mutta siinä oleva ohut johdin (0,9 mm) aiheuttaa huonompia sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia. Tiedonsiirtonopeus "ohuen" koaksiaalin yli ei ylitä 10 Mbit/s.

Koaksiaalikaapeleita käytettiin laajalti puhelinjärjestelmissä, mutta kaukoyhteyksissä ne korvataan valokuitukaapeleilla. Koaksiaalikaapeleita käytetään kuitenkin laajalti kaapelitelevisiossa.

Kuituoptiset kaapelit Sen rakenne muistuttaa kierrettyä paria. Kuituoptisen kaapelin perusta on lasiydin, jonka läpi valo etenee, jota ympäröi kiinteä sydän ja joka on sijoitettu suojakuoreen, jonka halkaisija on 125 mikronia.

Yksi kaapeli voi sisältää yhdestä useaan sataan tällaista sydäntä. Ydin on peitetty lasikerroksella, jonka taitekerroin on pienempi kuin ydin. Se on suunniteltu estämään luotettavammin valoa karkaamasta ytimen ulkopuolelle.

Ulompi kerros on lasia suojaava muovikuori. Kuitukaapelin läpi etenevän valonsäteen lähde on sähköisten signaalien muuntaja optisiksi signaaleiksi, esimerkiksi LED tai puolijohdelaser.

Tiedot koodataan muuttamalla valonsäteen voimakkuutta. Fyysinen perusta valonsäteen siirtämiselle kuitua pitkin on säteen kokonaisheijastuksen periaate kuidun seinistä, mikä varmistaa minimaalisen signaalin vaimennuksen, parhaan suojan ulkoisilta sähkömagneettisilta kentiltä ja suuren siirtonopeuden. Valokuitukaapeli, jossa on suuri määrä kuituja, voi kuljettaa valtavan määrän viestejä. Kaapelin toisessa päässä vastaanottava laite muuntaa valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi.

Tiedonsiirtonopeus valokaapelin kautta saavuttaa 1000 Mbit/s, mutta se on erittäin kallista ja sitä käytetään vain kriittisten runkoviestintäkanavien rakentamiseen. Tämä kaapeli yhdistää useimpien maailman maiden pääkaupungit ja suuret kaupungit sekä maanosat.

Tietoverkoissa ja Internetissä valokuitukaapelia käytetään niiden kriittisimmillä alueilla. Kuituoptisten kanavien mahdollisuudet ovat todella rajattomat: yksi paksu runkokuitukaapeli voi järjestää samanaikaisesti useita satojatuhansia puhelinkanavia, useita tuhansia videopuhelinkanavia ja noin tuhat televisiokanavaa.

Tällä hetkellä langattomat viestintätyypit ovat yleistymässä: radiokanavat, infrapuna ja millimetriaallot.

Radiokanava on langaton viestintäkanava ilmassa. Radiotiedonsiirtojärjestelmä sisältää radiolähettimen ja radiovastaanottimen, jotka on viritetty samalle radioaaltoalueelle, joka määräytyy tiedonsiirtoon käytetyn sähkömagneettisen spektrin taajuuskaistan mukaan.

Tällaista tiedonsiirtojärjestelmää kutsutaan yksinkertaisesti radiokanavaksi. Tiedonsiirtonopeudet radiokanavalla ovat käytännössä rajattomat (neitä rajoittaa lähetin-vastaanotinlaitteiston kaistanleveys). Nopea radioyhteys tarjoaa käyttäjille kanavia, joiden siirtonopeus on vähintään 2 Mbit/s. Lähitulevaisuudessa on odotettavissa radiokanavia nopeuksilla 20-50 Mbit/s.

Infrapuna- ja millimetriaaltosäteilyä ilman kaapelia käytetään laajalti viestintään lyhyillä etäisyyksillä. Televisioiden ja videonauhureiden kaukosäätimet käyttävät infrapunasäteilyä. Ne ovat suhteellisen suuntautuvia, halpoja ja helppoja asentaa, mutta niillä on yksi tärkeä haittapuoli: infrapunasäteily ei kulje kiinteiden esineiden läpi. Toisaalta se, että infrapuna-aallot eivät kulje seinien läpi, on myös positiivista. Tämähän lisää infrapunajärjestelmän turvallisuutta salakuuntelulta verrattuna radiojärjestelmään.

Tästä syystä infrapunaviestintäjärjestelmän käyttö ei vaadi viranomaislupaa, toisin kuin radioviestinnässä (ISM-taajuuksia lukuun ottamatta). Infrapunaviestintää käytetään pöytätietokoneissa (esimerkiksi kannettavien tietokoneiden ja tulostimien yhdistämiseen), mutta niillä ei silti ole merkittävää roolia tietoliikenteessä.

Langattomat viestintäkanavat niillä on huono melunsieto, mutta ne tarjoavat käyttäjälle maksimaalisen liikkuvuuden ja viestinnän tehokkuuden. Tietoverkoissa langattomia tiedonsiirtokanavia käytetään useimmiten siellä, missä perinteisten kaapelitekniikoiden käyttö on vaikeaa tai yksinkertaisesti mahdotonta.

Mutta lähitulevaisuudessa tilanne voi muuttua - uutta langatonta Bluetooth-tekniikkaa kehitetään aktiivisesti. Bluetooth on tekniikka tiedon siirtämiseen radiokanavien kautta lyhyillä etäisyyksillä, mikä mahdollistaa viestinnän langattomien puhelimien, tietokoneiden ja eri oheislaitteiden välillä myös silloin, kun näköetäisyysvaatimusta rikotaan.

Bluetooth nähtiin alun perin vain vaihtoehtona eri kannettavien laitteiden välisille infrapunayhteyksille. Mutta nyt asiantuntijat ennustavat kahta suuntaa Bluetoothin laajalle käytölle.

Ensimmäinen on kotiverkot, jotka sisältävät erilaisia elektronisia laitteita, erityisesti tietokoneita, televisioita jne. Toinen, paljon tärkeämpi suunta on pienyritysten toimistojen lähiverkot, joissa Bluetooth-standardi sijoittuu korvaamaan perinteisiä langallisia teknologioita. Bluetoothin haittana on suhteellisen alhainen tiedonsiirtonopeus - se ei ylitä 720 Kbps, joten tämä tekniikka ei pysty lähettämään videosignaalia.

Kuvassa 1 hyväksytään seuraavat nimitykset: X, Y, Z, W– signaalit, viestit ; f– häiriöt; PM- viestintälinja; AI, PI– tiedon lähde ja vastaanottaja; P– muuntimet (koodaus, modulointi, dekoodaus, demodulointi).

On olemassa erityyppisiä kanavia, jotka voidaan luokitella eri kriteerien mukaan:

1.Viestintälinjojen tyypin mukaan: langallinen; kaapeli; valokuitu;

sähkölinjat; radiokanavat jne.

2. Signaalien luonteen mukaan: jatkuva; diskreetti; diskreetti-jatkuva (signaalit järjestelmän tulossa ovat diskreettejä ja lähdössä jatkuvia ja päinvastoin).

3. Mitä tulee melunsietokykyyn: kanavat ilman häiriöitä; häiriön kanssa.

Viestintäkanaville on tunnusomaista:

1. Kanavan kapasiteetti määritellään kanavan käyttöajan tulona T to, kanavan lähettämän taajuusspektrin leveys F to ja dynaaminen alue D to. , joka kuvaa kanavan kykyä lähettää eri signaalitasoja

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

Edellytys signaalin sovittamiseksi kanavaan:

Vc£ Vk ; Tc£ Tk ; Fc£ Fk ; Vc£ Vk ; DC£ Dk.

2.Tiedonsiirtonopeus – keskimääräinen siirretyn tiedon määrä aikayksikköä kohti.

4. Redundanssi - varmistaa siirrettyjen tietojen luotettavuuden ( R= 0¸1).

Yksi informaatioteorian tehtävistä on määrittää tiedonsiirtonopeuden ja viestintäkanavan kapasiteetin riippuvuus kanavan parametreista sekä signaalien ja häiriöiden ominaisuuksista.

Viestintäkanavaa voidaan kuvaannollisesti verrata teihin. Kapeat tiet – pieni kapasiteetti, mutta halpa. Leveät tiet tarjoavat hyvän liikennekapasiteetin, mutta ovat kalliita. Kaistanleveys määräytyy pullonkaulan mukaan.

Tiedonsiirtonopeus riippuu suurelta osin tiedonsiirtovälineestä erityyppisiä viestintälinjoja käyttävillä viestintäkanavilla.

Langallinen:

1. Langallinen– kierretty pari (joka osittain vaimentaa muista lähteistä tulevaa sähkömagneettista säteilyä). Siirtonopeus jopa 1 Mbit/s. Käytetään puhelinverkoissa ja tiedonsiirrossa.

2. Koaksiaalikaapeli. Siirtonopeus 10–100 Mbit/s – käytetään paikallisverkoissa, kaapelitelevisiossa jne.

3. Valokuitu. Siirtonopeus 1 Gbit/s.

Ympäristöissä 1-3 vaimennus dB riippuu lineaarisesti etäisyydestä, ts. teho laskee eksponentiaalisesti. Siksi on tarpeen asentaa regeneraattorit (vahvistimet) tietylle etäisyydelle.

Radiolinjat:

1.Radiokanava. Siirtonopeus 100-400 Kbps. Käyttää radiotaajuuksia 1000 MHz asti. Jopa 30 MHz, ionosfääristä tulevan heijastuksen vuoksi, sähkömagneettiset aallot voivat levitä näkölinjan ulkopuolelle. Mutta tämä alue on erittäin meluisa (esimerkiksi radioamatööriviestintä). 30 - 1000 MHz – ionosfääri on läpinäkyvä ja suora näkyvyys on välttämätön. Antennit asennetaan korkealle (joskus regeneraattorit asennetaan). Käytetään radiossa ja televisiossa.

2.Mikroaaltouunin linjat. Siirtonopeus jopa 1 Gbit/s. Käytetään yli 1000 MHz:n radiotaajuuksia. Tämä vaatii suoraa näkyvyyttä ja erittäin suuntautuvia parabolisia antenneja. Regeneraattorien välinen etäisyys on 10-200 km. Käytetään puhelinviestintään, televisioon ja tiedonsiirtoon.

3. Satelliittiyhteys. Mikroaaltotaajuuksia käytetään, ja satelliitti toimii regeneraattorina (monille asemille). Ominaisuudet ovat samat kuin mikroaaltouunilinjoilla.

2. Erillisen viestintäkanavan kaistanleveys

Diskreetti kanava on joukko välineitä, jotka on suunniteltu lähettämään erillisiä signaaleja.

Viestintäkanavan kapasiteetti – suurin teoreettisesti saavutettavissa oleva tiedonsiirtonopeus edellyttäen, että virhe ei ylitä annettua arvoa. Tiedonsiirtonopeus – keskimääräinen siirretyn tiedon määrä aikayksikköä kohti. Määritellään lausekkeet tiedonsiirtonopeuden ja diskreetin tietoliikennekanavan suorituskyvyn laskemiseksi.

Kun kutakin symbolia lähetetään, tiedonsiirtokanavan läpi kulkee keskimääräinen määrä tietoa, joka määräytyy kaavan mukaan

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

Missä: minä (Y, X) – keskinäistä tietoa, eli sen sisältämän tiedon määrää Y suhteellisesti X;H(X)– viestilähteen entropia; H(X/Y)– ehdollinen entropia, joka määrittää häiriön ja vääristymän esiintymiseen liittyvän tiedon menetyksen symbolia kohti.

Viestiä lähetettäessä X T kesto T, joka koostuu n perussymbolit, keskimääräinen lähetetyn tiedon määrä, ottaen huomioon keskinäisen informaatiomäärän symmetria, on yhtä suuri:

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

Tiedonsiirron nopeus riippuu lähteen tilastollisista ominaisuuksista, koodausmenetelmästä ja kanavan ominaisuuksista.

Erillisen viestintäkanavan kaistanleveys

. (5)

Suurin mahdollinen arvo, ts. funktionaalin maksimi haetaan koko todennäköisyysjakaumafunktioiden joukosta p (x).

Suorituskyky riippuu kanavan teknisistä ominaisuuksista (laitteiston nopeus, modulaation tyyppi, häiriö- ja särötaso jne.). Kanavan kapasiteetin yksiköt ovat: , , , .

2.1 Erillinen viestintäkanava ilman häiriöitä

Jos viestintäkanavassa ei ole häiriöitä, kanavan tulo- ja lähtösignaalit on yhdistetty yksiselitteisellä, toiminnallisella suhteella.

Tässä tapauksessa ehdollinen entropia on nolla ja lähteen ja vastaanottimen ehdottomat entropiat ovat yhtä suuret, ts. vastaanotetun symbolin informaation keskimääräinen määrä suhteessa lähetettyyn symboliin on

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

Jos X T– merkkien määrä kerralla T, silloin tiedonsiirtonopeus erilliselle viestintäkanavalle ilman häiriöitä on yhtä suuri kuin

(6)

Missä V = 1/ – yhden symbolin keskimääräinen lähetysnopeus.

Suorituskyky erilliselle viestintäkanavalle ilman häiriöitä

(7)

Koska maksimientropia vastaa yhtä todennäköisiä symboleja, jolloin tasaisen jakautumisen ja lähetettyjen symbolien tilastollisen riippumattomuuden suorituskyky on yhtä suuri:

. (8)

Shannonin ensimmäinen lause kanavalle: Jos lähteen tuottama informaatiovirta on riittävän lähellä viestintäkanavan kapasiteettia, ts.

silloin voit aina löytää koodausmenetelmän, joka varmistaa kaikkien lähdeviestien lähettämisen ja tiedonsiirtonopeus on hyvin lähellä kanavan kapasiteettia.

Lause ei vastaa kysymykseen, kuinka koodaus suoritetaan.

Esimerkki 1. Lähde tuottaa 3 viestiä todennäköisyyksien kanssa:

s 1 = 0,1; s 2 = 0,2 jas 3 = 0,7.

Viestit ovat riippumattomia ja ne lähetetään yhtenäisessä binäärikoodissa ( m = 2 ), jonka symbolin kesto on 1 ms. Määritä tiedonsiirron nopeus viestintäkanavalla ilman häiriöitä.

Ratkaisu: Lähteen entropia on yhtä suuri kuin

[bit/s].

Kolmen yhtenäisen koodin viestin lähettämiseen tarvitaan kaksi numeroa ja koodiyhdistelmän kesto on 2t.

Keskimääräinen signaalin nopeus

V =1/2 t = 500 .

Tiedonsiirtonopeus

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bit/s].

2.2 Erillinen viestintäkanava häiriöineen

Tarkastelemme erillisiä viestintäkanavia ilman muistia.

Kanava ilman muistia on kanava, jossa jokaiseen lähetettyyn signaalisymboliin vaikuttaa häiriö, riippumatta siitä, mitä signaaleja lähetettiin aiemmin. Eli häiriö ei luo ylimääräisiä korrelatiivisia yhteyksiä symbolien välille. Nimi ”ei muistia” tarkoittaa, että seuraavan lähetyksen aikana kanava ei näytä muistavan aikaisempien lähetysten tuloksia.

Viestintäkanava on joukko teknisiä välineitä ja fyysistä ympäristöä, joka pystyy välittämään lähetettyjä signaaleja, mikä varmistaa viestien siirtymisen tietolähteestä vastaanottajalle.

Kanavat jaetaan yleensä jatkuviin ja diskreetteihin.

Yleisimmässä tapauksessa jokainen diskreetti kanava sisältää jatkuvan komponenttina. Jos häiritsevien tekijöiden vaikutus viestien välitykseen kanavalla voidaan jättää huomiotta, niin tällaista idealisoitua kanavaa kutsutaan ns. kanava ilman häiriöitä . Tällaisessa kanavassa jokainen viesti sisääntulossa vastasi yksilöllisesti tiettyä viestiä lähdössä ja päinvastoin. Jos häiriön vaikutusta kanavassa ei voida jättää huomiotta, niin analysoidessasi tällaisen kanavan kautta välitettävien viestien ominaisuuksia, käytä mallit, jotka kuvaavat kanavan toimintaa häiriön läsnä ollessa.

Alla kanavan malli Termi "kanavan" viittaa matemaattiseen kuvaukseen kanavasta, jonka avulla voidaan laskea tai arvioida sen ominaisuuksia, joiden perusteella tutkitaan menetelmiä viestintäjärjestelmien rakentamiseksi ilman kokeellisia tutkimuksia.

Kanava, jossa todennäköisyys tunnistaa ensimmäinen signaali toisella ja toinen ensimmäisellä on ns. symmetrinen .

Kanava, jonka signaalien aakkoset sisääntulossa eroavat signaalien aakkosista sen lähdössä, kutsutaan ns. tyhjennä kanava.

Lähetyksen luotettavuutta lisäävä kanava, jolla viesti lähetetään lähteestä vastaanottajalle, täydennettynä paluukanavalla, on ns. palautetta sisältävä kanava.

Viestintäkanava katsotaan annetuksi, jos tiedetään sen sisääntulon sanoman tiedot sekä rajoitukset, joita kanavien fyysiset ominaisuudet asettavat tuloviesteille.

Viestintäkanavien karakterisoimiseksi käytetään kahta siirtonopeuden käsitettä:

1 – tekninen siirtonopeus, jolle on tunnusomaista viestintäkanavalla lähetettyjen perussignaalien määrä aikayksikköä kohti, se riippuu tietoliikennelinjojen ominaisuuksista ja kanavalaitteiston nopeudesta:

2 – tiedon nopeus, joka määräytyy viestintäkanavalla aikayksikköä kohti lähetetyn tiedon keskimääräisenä määränä:

Kanavan kapasiteetti on tiedonsiirron enimmäisnopeus tällä kanavalla, joka saavutetaan edistyneimmillä lähetys- ja vastaanottomenetelmillä.

Luento nro 8

Viestintäkanavan ja signaalin fyysisten ominaisuuksien koordinointi

Jokaisella erityisellä viestintäkanavalla on fyysiset parametrit, jotka määrittävät mahdollisuuden lähettää tiettyjä signaaleja tämän kanavan kautta. Tietystä tyypistä ja tarkoituksesta riippumatta jokainen kanava voidaan luonnehtia kolmella pääparametrilla:

TK – kanavan käyttöaika [s];

F K – kanavan kaistanleveys [Hz];

Н К – signaalin sallittu ylitys häiriön yli kanavalla.

Näiden ominaisuuksien perusteella käytetään integraalista ominaisuutta - kanavan äänenvoimakkuus.

Harkitse seuraavia tapauksia:

Arvioidaksesi mahdollisuutta lähettää tietty signaali tietyllä kanavalla, sinun on korreloitava kanavan ominaisuudet signaalin vastaaviin ominaisuuksiin:

T C – signaalin kesto [s];

F C – signaalin taajuuskaista (spektrin leveys) [Hz];

H C – signaalin yli kohinataso.

Sitten voimme esitellä konseptin signaalin voimakkuus :