Контакты
Главная / Гаджеты

Сетевые технологии, каналы связи и их основные характеристики. Линии и каналы связи Технические каналы связи определение

Существует множество видов каналов связи, которые, в зависимости от типа среды распространения принято делить на проводные, акустические, инфракрасные и радиоканалы. В зависимости от видов сигналов каналы связи можно различают

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).

По времени существования выделяют коммутируемые и некоммутируемые каналы. Коммутируемые (временные), создаются только на время передачи информации. Некоммутируемые каналы (выделенные)- создаются на длительное время с определенными постоянными характеристиками. Каналы также можно классифицировать по скорости передачи информации, диапазону частот, изменению параметров во времени (с постоянными и переменными параметрами) и т.д.

В общем случае, канал связи- это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). В состав канала связи входят линии связи (физический уровень передачи), основные параметры которых можно разделить на две группы/12/: параметры распространения, характеризуют процесс распространения полезного сигнала, и параметры влияния, описывающие степень влияния на полезный сигнал других сигналов и помех. В каждой из этих групп можно выделить первичные и вторичные параметры. Первичные параметры характеризуют физическую природу линии, например погонную емкость или индуктивность электрического кабеля, степень неоднородности оптического волокна, а вторичные отражают некоторый обобщенный результат прохождения сигнала по линии связи. На вторичные параметры оказывают влияние как первичные параметры, так и помехи. Например, при передаче по проводной линии сигналов различных частот из-за наличия распределенного комплексного сопротивления линии коэффициент передачи для гармонических колебаний с различными частотами будет различным. Это приводит к искажениям формы сигнала.

Основными вторичными характеристиками линии связи являются: -амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

Полоса пропускания;

Затухание;

Помехоустойчивость;

Пропускная способность;

Достоверность передачи данных.

АЧХ показывает, как изменяется амплитуда сигнала на выходе линии связи по сравнение с амплитудой на входе для различных частот передаваемого сигнала (рис.9).

Рисунок 9- Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ дает полную картину о линии связи с точки зрения прохождения сигналов различных частот, однако получить ее достаточно трудно. Для этого нужно провести тестирование линии эталонными 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 очень большим. Поэтому на практике вместо амплитудно-частотной характеристики применяются другие, упрощенные характеристики- полоса пропускания и затухание.

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.

Фактически полоса пропускания определяет частотный диапазон сигнала, при котором он передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. На рис.10 показаны полосы пропускания для различных линий связи.

Рисунок 10- Полосы пропускания различных линий связи

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 вычисляется по следующей формуле:

где Рвых - мощность сигнала на выходе канала, Рвх - мощность сигнала на входе канала.

Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.3 дБ/метр. Чем меньше затухание, тем выше качество линии связи. Обычно затухание определяют для пассивных участков линии связи, состоящих из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов. Например, кабель с витыми парами категории 5 для внутренней проводки в зданиях, применяемый для локальных сетей, характеризуется затуханием не ниже -23.6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. У оптического кабеля затухание существенно более низкое, и обычно лежит в диапазоне от 0.2 до 3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Следует отметить, что практически всем оптическим волокнам свойственна сложная зависимость затухания от длины волны, с тремя так называемыми «окнами прозрачности»- 850, 1300 и 1550 нм. Наименьшие потери

обеспечиваются на длине волны 1550 нм, что позволяет достичь максимальной дальности при фиксированной мощности передатчика и фиксированной чувствительности приемника. Многомодовый кабель обладает двумя первыми окнами прозрачности, т. е. 850 и 1300 нм, а одномодовый кабель- двумя окнами прозрачности на длинах волн 1310 и 1550 нм.

Помехоустойчивость линии определяет ее способность выполнять свои

функции под действием помех со стороны внешней среды или проводников

самого кабеля. Помехоустойчивость можно оценить максимальной

интенсивностью помех, при которой нарушение функций еще не превышает

допустимых пределов. Помехоустойчивость зависит от типа используемой

физической среды, от экранирующих и подавляющих помехи средств самой

линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, наиболее-

волоконно-оптические, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Помехоустойчивость может быть повышена за счет использования для передачи сигнала помехоустойчивых кодов и специальных алгоритмов обработки.

Пропускная способность линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду. Это связано с тем, что данные в линиях связи передаются последовательно, то есть побитно. Теоретически максимально возможная пропускная способность вне зависимости от способа кодирования определяется теоремой Шеннона-Хартли:

отношение мощностей сигнала к мощности белого гауссовского шума. SNR - определяет число уровней сигнала, которые может различить приемник. Так, если SNR >3, то единичный сигнал может переносить два бита информации. Типичные скорости передачи для наиболее распространенных линий связи приведены в таблице 1.

Таблица 1- Скорость передачи данных по каналам связи

Достоверность передачи определяется степенью искажения сигнала, т.е. тем, насколько принятый сигнал соответствует переданному. В цифровых системах передачи информации достоверность передачи данных характеризует

Для ускорения разработки телемедицинских систем и оценки влияния параметров канала на качество передачи сигнала удобно использовать для моделирования среду MATLAB и Simulink, которая, предоставляя готовые к использованию модели каналов, позволяет интегрировать их в модель системы для оценки влияния различных искажений на качество передачи сигнала. Входящий в состав Simulink Communication Blockset предлагает модели таких каналов, как канал с аддитивным белым гауссовским шумом, двоичный симметричный канал, многолучевой рэлеевский канал с замиранием, райсовский канал с замиранием и др. Меняя параметры канала можно оценивать погрешность передачи для различных видов модуляции, типа помехоустойчивого кодирования и способов обработки сигнала.

Характеристика каналов связи затруднительна. Куда отнести возможность определённого чиновника получить информацию? Искусно манипулируя связями, делец покупает выгодно товар. Сарафанное (народное) радио быстро разносит дурные вести, часто сплетни. Ещё Высоцкий был обманут слухами о скором запрете… Используя свои каналы экстрасенсы исцеляют, доводят любопытную информацию массам. Иногда безбожно врут. Мозг сегодня управляет компьютерами, японцы учатся читать мысли, куда отнести новый канал?

Классификация

Сегодня вся информация распространяется посредством колебаний – единственный способ существования материи, воспринимаемый человеком, приборами. Тесла считал мироздание сотканным из вибраций. Сложно ошибиться, назвав каналы связи колебательными. Классификация тесно касается исследований гармонических процессов. Фурье показал – волна любой формы представима суммой элементарных колебаний.

По природе волн

Напрашивается первая классификация:

Мысли также могут быть периодичными. Установлением природы возникающих сигналов сегодня занимается наука. Приведённые выше примеры составляют малую толику достижений человеческой цивилизации. Проявив минимум умственного напряжения, читатели поймут: электромагнитные, механические волны распространяются повсеместно. Постепенно угасая. Электромагнитным обычно удаётся проникнуть дальше. Естественным ограничителем механических выступает окружающий планеты вакуум.

Электромагнитное излучение принято классифицировать согласно типу модуляции несущей:

  1. Амплитудная.
  2. Частотная.
  3. Фазовая.
  4. Однополосная.
  5. Кодово-импульсная.
  6. Манипуляция:
  • Частоты.
  • Фазы.
  • Амплитуды.

По форме волн

Человек изначально пытался использовать электричество. Задача передачи информации требовала менять форму сигналов:

  1. Аналоговые, изменяющиеся плавно.
  2. Импульсные, отличающиеся короткой длительностью.
  3. Дискретные искусственно разорваны. Цифровой сигнал отличается нормированием уровней символов 0, 1.

Требования минимизации стоимости, энергозатрат постоянно рождают методики улучшения качества. Сегодня высшим достижением человеческой мысли считают цифровой сигнал, ставший отдельной отраслью сегмента передачи информации. Сказанное позволяет классифицировать каналы:

  1. Шифрованный – открытый.
  2. Кодированный (например, псевдошумовым сигналом) – некодированный.
  3. Широкополосный – узкополосный.
  4. Дуплексный – односторонний.
  5. Мультиплексный – без сжатия.
  6. Скоростной – обычный.
  7. Восходящий – нисходящий.
  8. Широковещательный – индивидуальный.
  9. Прямой – обратный (возвратный).

Вдобавок сетевые протоколы образуют иерархию OSI, каждый уровень можно представить каналом. Возможны другие критерии разбиения.

По корректирующему действию

Каналы изменяют проходящую информацию. Иногда намеренно:

  1. Линейные. Исходный сигнал легко восстановить, зная характеристики канала.
  2. Нелинейные. Часть информации безвозвратно теряется.
  3. Стохастические. Помехи реальных каналов редко поддаются предсказанию, даже статистическими методами.

По среде распространения

Подраздел классификации касается электромагнитной энергии:

  1. Проводные.
  2. Беспроводные.

Принцип действия

Информационные данные проходят путь меж локациями, преодолевая среду. Траекторию принято называть каналом связи. Современная техника пользуется последним типом классификации, рассматривая методы:

  1. Проводные (витая пара, кабель, оптическое волокно, медный провод).
  2. Беспроводные (спутники, радио, тепловое излучение, свет).

Материалом проводных сред стала преимущественно медь ввиду наилучшего сочетания цена/сопротивление. Стекло, полимеры обещают стать достойной заменой: факт, отмеченный экспертами середины 80-х (ХХ века). В информатике рассматривают понятие канала намного шире, включая сюда устройства хранения, самописцы, накопители, плёнку.

Модуляция

Изначально форма сигналов была максимально простой, чаще дискретной (азбука Морзе, код Шиллинга, визуальные знаки семафоров). Исследователи быстро осознали неэффективность элементарных приёмов. Уже Попов догадался применять амплитудную модуляцию несущей. Частотная рождена Эдвином Армстронгом (30-е годы). Инженеры Дженерал Электрик убедительно показали отличную устойчивость приёма вещания в условиях вспышек молний.

Цифровая эра

Вторая мировая война принесла миру более изощрённые варианты, включая кодирование псевдошумовыми сигналами, частотную манипуляцию. Предпринятые меры позволили сильно снизить спектральную плотность сигнала. Засечь передачу стало невероятно сложно, расшифровать – практически невозможно. Достижения военных лет развивались следующие несколько десятилетий. Ныне господствуют цифровые технологии, завтрашние шаги капризной истории сложно предсказать.

Сети

Основные современные каналы касаются непосредственно сегмента сетей, то есть линий, объединяющих активно взаимодействующие электронные объекты: компьютеры, телефоны, модемы. Ранее создания ARPANET обменом информации заведовал человек. Бурный рост сетевых технологий сделал возможным создание глобальных конформаций: интернет, услуги сотовых операторов. Международное взаимодействие сделало возможным тотальная стандартизация протоколов. В частности, первоначально (RFC 733) интернет получил определение сети, пользующейся стеком TCP/IP. Сегодня понятие стало намного шире, подразумевая планетарную систему взаимосвязанных хостов, несущих программное обеспечение HTTP-серверов.

Персональные компьютеры

Отдельной строкой выступают шины персональных компьютеров. Эре зарождения многоядерных процессоров предшествовали такие сегодня малознакомые аббревиатуры, как PCI, ISA. Своему рождению Фидонет обязан карте расширения S-100. Неправильно – забывать исторические предпосылки. Пример – развал Фидонета, брошенного собственным разработчиком, обосновавшим ранее экономическую целесообразность применения телефонных линий. Ушёл создатель – развалилась система, лишённая опоры в виде уместности технологии, соответствия растущим требованиям, взвинченным конкурирующими методами интернета. Технический уровень юзеров являлся недостаточным, был бессилен продлить агонию умирающей концепции.

Отсутствие информационной поддержки

Западные телекоммуникационные средства образуют совокупность экономически обоснованных типов передачи информации. Не существует отечественных эквивалентов терминов, переданных англоязычным доменом паутины. По телекоммуникационным технологиям, параметрам приходится брать зарубежную справку. Отсутствие информационной поддержки назовём очередным слабым звеном, мешающим развитию индустрии.

Модели каналов

Физическую среду принято моделировать. Исследователи пытаются предсказать результат будущих действий, полагая минимизировать затраты, увеличить пользу. Часто толчком проведения работ становятся экстремальные ситуации, войны, революции. Первую работу, касающуюся реальных каналов передачи информации, снабжённых моделями шумов, помех выпустил (1948) Клод Шеннон. Учёный рассмотрел движения дискретных сигналов, предложил методики оптимизации.

Математики неустанно разрабатывают модели интерференции, рефракции, отражения, шумов, затухания, резонанса. Например, разработчики мобильной связи внедряют аддитивную помеху. Точные методики расчёта отсутствуют. Модель канала учитывает сферу применения, преследует различные цели. Бывают потребности, искомые величины следующие:

  1. Оценка полосы пропускания.
  2. Вычисление битрейта.
  3. Коэффициент использования канала.
  4. Спектральная плотность сигнала.
  5. Уровень дрожаний.
  6. Процент ошибочно переданных битов.
  7. Оценка отношения сигнал/шум.
  8. Задержка линии.

Сотовые вышки делят канал меж фиксированным набором абонентов. Зачастую сигнал подвергается сильной интерференции. Сложный канал представляют суммой взаимодействий типа «точка-точка». Принято выделять группы подходящих моделей, описывающих соединение, предназначать каждой области стандартный набор методик «для сдачи отчётности».

Цифровые

Дискретные каналы проще моделировать. Сообщение представляется цифровым сигналом выбранного слоя протокола (иерархии OSI). Часто физический канал заменяют упрощёнными представлениями:

  • Кадр.
  • Пакет.
  • Датаграмма.

Поведение более сложных структур проще отследить, подсчитывая производительность, скорость, вероятность ошибок. Примеры:

  • Симметричный цифровой канал – простейший пример передачи битов, учитывающий влияние шумов.
  • Ошибка пакета битов (модель Гильберта – Эллиота). Описывает случай обязательного наличия неправильно принятых первого, последнего символов при длине отрезка выборки выше некоторого значения m, именуемого защитной полосой. «Неудачные» участки обычно разделены сравнительно длинными (превышают m) областями уверенного приёма.
  • Стёртый бит. Модель введена Петером Элиасом (Массачусетский технологический институт, 1955), описывает случай системы, где периодически сигнал пропадает. Вводится определённая вероятность «стирания». Кажущаяся простота обманчива, широкий круг реальных проблем решается рядом допущений указанным путём.
  • Стёртый пакет. Временами пропадает кусок кода.
  • Произвольно меняющийся канал имитирует реальные непредсказуемые условия. Эксперты противопоставляют методику симметричной цифровой, предложенной Шенноном.

Аналоговые

Сами модели могут быть:

  1. Линейными – нелинейными.
  2. Непрерывными – дискретными.
  3. Постоянной – динамической вероятности.
  4. Узкополосные – широкополосные.
  5. Инвариантные – переменные во времени.
  6. Действительные (реальные) – комплексные.

  1. Шумовая модель:
    • Аддитивная (белый Гауссовский шум) – линейная непрерывная постоянная.
    • Фазовое дрожание.
  2. Интерференционная система: перекрёстные, межсимвольные помехи.
  3. Искажения – нелинейные каналы.
  4. Имитация амплитудно-частотной характеристики.
  5. Групповая (фазовая) задержка.
  6. Моделирование условий физического канала.
  7. Расчёт распространения радиоволн.
    • Затухание мощности, вызванное ростом дальности.
    • Замирания: Рэлеевские, Райсовские, частотно-избирательные, теневые.
    • Доплеровский сдвиг, дополненный замираниями.
    • Трассировка лучей.
    • Моделирование сотовой связи.

Сотовые

Касаются подвижных абонентов: постоянно меняются скорость, ускорение, координаты. Моделирование беспроводных децентрализованных самоорганизующихся систем требует учёта специфических условий: шаблона трафика, особенностей регламента связи, поведения подписчиков.

  • Широковещательный вариант часто называют типом «точка-многоточие». Единственный передатчик посылает несколько сообщений. Удалённость узлов неодинакова. Представима большая часть беспроводных каналов, исключая радиолюбительскую, двухстороннюю связь. Отлично вписывается нисходящая ветвь трафика сотовых сетей, в особенности при отсутствии помех соседней вышки.
  • Множественный доступ предусматривает параллельную отправку сообщений несколькими передатчиками. Число приёмников варьируется. Существующая схема доступа к ресурсам дополняется методами контроля среды, включая схемы мультиплексирования. Приемлемо описывает восходящую ветвь трафика мобильных сетей.
  • Релейный канал дополняет передатчик взаимосвязанной системой репитеров. Модель отлично описывает стандарт LTE.
  • Интерференционный канал предусматривает наличие взаимных помех двух базовых станций. Помимо перекрёстных образуются канальные. Концепция прямо намекает на сотовые ячейки мобильных операторов. Ситуация усугубляется отсутствием ортогональных методик кодирования.
  • Индивидуальная передача описывает поведение мобильного телефона, получившего выделенный ресурс вышки.
  • Широковещательная схема использовалась пейджерами. Система Хамелеон выступает неплохим примером.
  • Групповое вещание описывает случай передачи сообщения фиксированной группе абонентов. Тесно касается стандарта LTE.

Введение

Канал связи, канал передачи, технические устройства и тракт связи, в котором сигналы, содержащие информацию, распространяются от передатчика к приёмнику. Технические устройства (усилители электрических сигналов, устройства кодирования и декодирования сигналов и др.) размещают в промежуточных (усилительных) и оконечных пунктах связи. В качестве тракта передачи пользуются разнообразными линиями - проводными (воздушными и кабельными), радио и радиорелейными, радиоволновыми и т.д. Передатчик преобразует сообщения в сигналы, подаваемые затем на вход канала связи: по принятому сигналу на выходе канала связи приёмник воспроизводит переданное сообщение. Передатчик, канал связи и приёмник образуют систему связи, или систему передачи информации. По назначению системы, в состав которой входят каналы связи, различают: каналы телефонные, звукового вещания, телевизионные, фототелеграфные (факсимильные), телеграфные, телеметрические, телекомандные, передачи цифровой информации; по характеру сигналов, передачу которых обеспечивают каналы связи, различают каналы непрерывные и дискретные как по значениям, так и по времени. В общем случае канал связи имеет большое число входов и выходов, может обеспечивать двустороннюю передачу сигналов.

связь сигнал канал кодирование

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:

· передающее устройство;

· приемное устройство;

· 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. Канал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.

Рис.1.

Рис.2

Классификация каналов связи

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): Классификация по диапазону используемых частот

· Километровые (ДВ) 1-10 км, 30-300 кГц;

· Гектометровые (СВ) 100-1000 м, 300-3000 кГц;

· Декаметровые (КВ) 10-100 м, 3-30 МГц;

· Метровые (МВ) 1-10 м, 30-300 МГц;

· Дециметровые (ДМВ) 10-100 см, 300-3000 МГц;

· Сантиметровые (СМВ) 1-10 см, 3-30 ГГц;

· Миллиметровые (ММВ) 1-10 мм, 30-300 ГГц;

· Децимилимитровые (ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.

По направленности линий связи направленные (используются различные проводники): коаксиальные, витые пары на основе медных проводников, волоконнооптические.

ненаправленные (радиолинии); прямой видимости; тропосферные; ионосферные космические; радиорелейные (ретрансляция на дециметровых и более коротких радиоволнах).

По виду передаваемых сообщений: телеграфные; телефонные; передачи данных; факсимильные.

По виду сигналов: аналоговые; цифровые; импульсные.

По виду модуляции (манипуляции) В аналоговых системах связи: с амплитудной модуляцией; с однополосной модуляцией; с частотной модуляцией. В цифровых системах связи: с амплитудной манипуляцией; с частотной манипуляцией; с фазовой манипуляцией; с относительной фазовой манипуляцией; с тональной манипуляцией (единичные элементы манипулируют под несущим колебанием (тоном), после чего осуществляется манипуляция на более высокой частоте).

По значению базы радиосигнала широкополосные (B>> 1); узкополосные (B»1).

По количеству одновременно передаваемых сообщений одноканальные; многоканальные (частотное, временное, кодовое разделение каналов);

По направлению обмена сообщений односторонние; двусторонние.

По порядку обмена сообщения симплексная связь -- двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием каждой радиостанции осуществляется поочередно; дуплексная связь -- передача и прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная); полудуплексная связь -- относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.

По способам защиты передаваемой информации открытая связь; закрытая связь (засекреченная).

По степени автоматизации обмена информацией неавтоматизированные -- управление радиостанцией и обмен сообщениями выполняется оператором; автоматизированные -- вручную осуществляется только ввод информации; автоматические -- процесс обмена сообщениями выполняется между автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.

Классификация №3 (что-то может повторяться):

По назначению - телефонные - телеграфные - телевизионные - радиовещательные.

По направлению передачи - симплексные (передача только в одном направлении) - полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях) - дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях).

По характеру линии связи - механические - гидравлические - акустические - электрические (проводные) - радио (беспроводные) - оптические.

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).

По числу каналов на одну линию связи - одноканальные - многоканальные.


К основным характеристикам канала связи относятся следующие:

  • время действия кана,за Т к - время, в течение которого канал связи выполняет свои функции;
  • полоса пропускания А/ к - полоса частот колебаний, пропускаемых каналом связи без значительного ослабления;
  • динамический диапазон D K , который можно представить как

зависит от чувствительности приемника Р тш и допустимых нагрузок Ртах аппаратуры канала связи;

емкость канала связи V K - произведение вышеупомянутых величин:

Если объем сигнала (5.8) превышает емкость канала связи, то такой сигнал не может быть передан без искажений (без потери информации).

Общее условие согласования сигнала с каналом передачи информации определяется соотношением

Это соотношение выражает необходимое, но не достаточное условие согласования сигнала с каналом. Достаточным является условие согласования по всем паоаметоам:

Если при выполнении условия (5.19) не обеспечивается часть условий (5.20), то можно добиться согласования трансформацией сигнала при сохранении его объема. Например, если отсутствует согласование сигнала с каналом по частоте, т.е. Afs » Д/ к, то согласование достигается записью сигнала на магнитофон при одной скорости движения ленты, а воспроизведением его при передаче - с меньшей скоростью в п раз. В результате этого длительность сигнала T s увеличивается в п раз и в и раз уменьшается ширина его спектра, при этом объем сигнала не изменяется;

количество информации 1{Х, Y) - означает количество переданной информации, содержащейся в сигнале источника Y, о состоянии объекта X и определяется количеством снятой в результате приема сигнала неопределенности, т.е. разностью априорной (до принятия сигнала) и апостериорной (после принятия сигнала) энтропий:

Отсюда вытекают следующие свойства количества информации:

  • количество информации измеряется в тех же единицах, что и энтропия; чаше всего в битах;
  • количество информации всегда неотрицательно: I(X,Y)> 0;
  • никакое преобразование сигнала не увеличит содержащейся в нем информации;
  • количество информации I(X, Y) о каком-либо источнике X, содержащейся в сигнале У, не больше энтропии этого источника: 1{Х Y) Н(Х)
  • количество информации о самом себе, содержащейся в источнике X, равно его энтропии: I(X, Y) = Н(Х).

В частном случае, когда т возможных состояний источника равновероятны и независимы друг от друга, каждое состояние источника несет информацию I(X, X) = log„ т, а последовательность, состоящая из п состояний (например, телеграмма длиной в п знаков, составленная из т равновероятных символов), несет информацию I(X, X) = =/jlog a т = loga т". В данном случае количество информации, содержащейся в источнике информации, определяется логарифмом числа возможных последовательностей состояний источника (числа возможных равновероятных событий), из которых осуществляется выбор при получении информации.

Количество информации при неполной достоверности дискретных сообщений равно разности безусловной энтропии Н(Х), характеризующей начальную неопределенность сообщения, и условной энтропии, характеризующей остаточную неопределенность сообщения:

где 1(Х, У) - количество информации, содержащейся во всей совокупности принятых сообщений X, относительно всей совокупности переданных сообщений У;

где р(у) - априорная вероятность;

где р(У/,х ,) - условная вероятность, характеризующая неопределенность в сообщении х, относительно переданного сообщения у,.

Вероятность совместного появления событий у , и х„ равную р(у„ х,) , можно записать как

Вероятность равна априорной вероятности появления сообщения y h умноженной на условную (апостериорную) вероятность появления сообщения у, при условии, что принято сообщение х,.

Приведем пример передачи сообщения о состоянии выхода источника напряжения, принимающего с равной вероятностью значения напряжения 1...10 В. В этом случае сообщение несет большую информацию. Нетрудно заметить, что чем меньше вероятность события, тем большее количество информации содержится в сообщении об этом событии. Например, сообщение о том, что в июле будут заморозки, содержит много информации, так как такое событие редко и его вероятность очень мала.

Количество информации имеет выражение

Несмотря на совпадение формул, количества информации и энтропии, количество информации определяется после получения сообщения.

Единицы измерения количества информации и энтропии зависят от выбора основания логарифма: при использовании десятичных логарифмов - дит, натуральных - нит, двоичных - бит.

К основным характеристикам сигнала связи относятся также следующие:

скорость переданы информации - среднее количество информации, передаваемое по каналу связи в единицу времени. В общем случае скорость передачи зависит от длительности передаваемого сообщения Т. При достаточно длинных сообщениях скорость передачи остается постоянной. Скорость передачи информации имеет выражение

где /(Z, Y) - количество информации, передаваемое за время Т работы канала;

пропускная способность канала (С) - максимальная теоретически допустимая для данного канала скорость передачи информации:

Скорость ввода информации в канал не должна превышать пропускную способность канала, иначе информация будет утеряна. Аналитически скорость ввода информации выражается как

где 1{Х) - среднее количество информации на входе канала;

Т - длительность сообщения.

Одним из основных вопросов теории передачи информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности от параметров канала и характеристик сигналов и помех, действующих в нем;

  • амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Для определения характеристик канала связи применяется анализ его реакции на некоторое эталонное воздействие. Чаще всего в качестве эталона используются синусоидальные сигналы разных частот. АЧХ показывает, как изменяется амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех частот передаваемого сигнала;
  • полоса пропускания - диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заданный предел (для мощности 0,5). Эта полоса частот определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений. Ширина полосы пропускания влияет на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи;
  • затухание канала связи (L ) - определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии связи сигнала определенной частоты. Затухание L обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по формуле

где Р„ых - мощность сигнала на выходе линии;

Р вх - мощность сигнала на входе линии;

достоверность передачи данных - характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Показателем достоверности является вероятность ошибочного приема информационного символа - Р ош. Величина Р ош для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет, как правило, 10 -4 ...10 -6 . В волоконно-оптических линиях связи Р ош составляет 10 -9 . Это значит, что при Р ош = 10 -4 в среднем из 10 000 битов искажается значение одного бита. Искажения битов происходят как из-за наличия помех на линии, так и из-за искажений формы сигнала, ограниченной полосой пропускания линии. Для повышения достоверности передаваемых данных необходимо повышать степень помехозащищенности линий, а также использовать широкополосные линии связи.

Канал связи - это 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, представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

От источника сообщения (говорящего человека) сообщение (речь) поступает на вход передающего устройства (микрофон). Передающее устройство преобразует сообщение в сигналы, которые поступают на вход канала связи. На выходе канала связи приемное устройство (телефонный капсюль) по принятому сигналу воспроизводит переданное сообщение, последнее воспринимается приемником сообщения (слушающим человеком). Передатчик, канал связи, и приёмник формируют систему передачи информации или систему связи.

По назначению системы связи разграничивают каналы телесигнализации, телеизмерения, телеуправления (телекомандные), телеграфные, телефонные, звукового вещания, факсимильные, телевизионного вещания и т.д.

Каналы связи могут иметь много форм, включая каналы отвечающие требованиям хранения данных, которые могут передавать сообщения, как только возникнет ситуация.

Примеры каналов связи включают:

  • · Соединение между инициирующим и оконечным узлами цепи
  • · Буфер, на который сообщения могут быть положены и получены
  • · Выделенный канал, обеспечиваемый передающей средой либо физическим разделением, таким как многопарный кабель, либо электрическим разделением, таким как частотное уплотнение каналов связи или мультиплексирование с временным разделением каналов
  • · Путь для перемещения электрического или электромагнитного сигнала обычно отличается от других параллельных путей
  • · Часть записывающей среды, такой как дорожка или группа дорожек, что позволяет производить чтение или запись станции или устройства звуковоспроизведения
  • · В коммуникационных системах, часть, что соединяет источник данных и приемник данных
  • · Специфическая радиочастота, пара или диапазон частот, обычно обозначаемый буквой, номером или кодовым словом и зачастую выделенная международным соглашением
  • · Пространство в Internet Relay Chat (IRC) сети, в которой участники могут связываться один с другим

Все эти коммуникационные каналы разделяют то свойство, что они переносят информацию, которая переносится через канал сигналом.

Примером канала связи может служить специфическая радиочастота, пара частот или диапазон частот, обычно обозначаемый буквой, номером или кодовым словом и зачастую выделенная международным соглашением. Морское УКВ радио использует некие 88 каналов в УКВ диапазоне для двунаправленной частотно-модулированной голосовой связи. Канал 16, для примера, означает частоту 156,800 МГц.

Телевизионные каналы расположены на частоте, определяющей физической величиной которого являются мегагерцы (МГц). Каждый канал имеет ширину 6 Мгц. Кроме этих физических каналов телевидение также имеет виртуальные каналы. Wi-Fi (беспроводная сеть) представялет собой канал связи, состоящий из нелицензированных каналов 1-13 в диапазоне от 2412 МГц до 2484 МГц с шагом в 5 МГц.