СИГНАЛЫ и ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ
Тема 14. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ и СВЯЗЬ
Кому неведомо всегдашнее несоответствие между тем, что человек ищет и что находит?
Никколо Макиавелли. Итальянский политик, XVI в.
Информация – это жемчужное зерно в том мусоре, которое успевают подсунуть Вам на экран, когда Вы ведете поиск в Интернете.
Евгений Прокопчук. Иркутский геофизик Уральской школы, казак, ХХ в.
Содержание
Введение.
1. Основные сведения. Территориальная сеть связи. Линия связи. Разновидности каналов связи. Передача информации по каналам связи. Системы телеобработки информации.
2. Каналы связи. Аппаратура линий связи. Характеристики линий связи. Пропускная способность канала. Типы кабелей. Способы передачи данных. Аналоговая модуляция. Дискретная (цифровая) модуляция. Способы цифрового кодирования данных. Логическое кодирование. Методы синхронизации. Методы обнаружения искажений информации. Импульсно – кодовая передача данных.
3. Импульсно-модулированные сигналы. Амплитудно-импульсная модуляция. Широтно-импульсная модуляция. Временная импульсная модуляция. Кодово-импульсная модуляция.
4. Модуляция символьных и кодовых данных. Амплитудно-манипулированные сигналы. Угловая манипуляция.
ВВЕДЕНИЕ
Телекоммуникационные системы и системы сетевой связи начали широко развиваться в процессе информационно-технологической революции и компьютеризации всех сфер хозяйственной деятельности человечества. Их основная задача – объединение компьютеров и других устройств в сетевые ассоциации для коллективного использования вычислительных, информационных и других ресурсов.
По территориальной принадлежности различают локальные сети (предприятий и организаций), региональные (районы и города) и глобальные. В глобальных сетях выделяют сети доступа (соединяющие близко расположенные друг к другу узлы) и магистральные сети (объединяющие узлы друг с другом).
Любая работоспособная сеть включает в себя определенную сеть каналов связи (первичная сеть) и коммуникационное оборудование. Характерные понятия сети:
Протокол - набор правил взаимодействия, определяющих способ кодирования информации и передачи служебных данных.
Интерфейс - устройство для приема-передачи информации и набор методов взаимодействия приемо-передающих устройств, в том числе между программными компонентами.
Маршрутизация - определение маршрута передачи сообщения в сложных сетях.
К основным задачам формирования и обработки сигналов на этапе сетевой приемо-передачи можно отнести:
Кодирование – изменение формы представления информации с целью ее передачи, хранения или обработки.
Физическое кодирование – представление данных в виде изменений во времени какой-либо физической величины – напряжения, амплитуды или фазы гармонических колебаний.
Мультиплексирование – использование одного канала связи для передачи данных нескольких абонентов.
14.1. Основные сведения [50, 51]
Территориальная сеть связи (ТКС) – это географически распределенная сеть передачи данных (СПД), обеспечивающая оперативный и надежный обмен информацией между абонентами сети. Общепринятое название обменной информации - сообщение. Главные показатели эффективности ТКС - верность и время доставки информации. Они зависят от пропускной способности каналов связи, числа и способов соединения каналов связи между абонентами, протоколов информационного обмена, и ряда других факторов.
В ТКС используются телефонные, телеграфные, телевизионные, спутниковые сети связи. В качестве линий связи применяются кабельные линии связи (от простейших телефонных до специальных коаксиальных и волоконно-оптических), радиорелейные линии связи, и радиолинии. Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Они имеют высокую пропускную способность передачи данных (сотни мегабит в секунду), и нечувствительны к внешним электромагнитным полям при отсутствии собственных электромагнитных излучений.
Линия связи состоит из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, и аппаратуры передачи данных. Синоним термина - канал связи. Основной тип сигналов – электрические и электромагнитные.
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на проводные (воздушные), кабельные (в том числе волоконно-оптические) и радиоканалы наземной и спутниковой связи.
Проводные линии связи представляют собой открытые провода без изоляции и экранов. Они имеют низкую помехозащищенность и используются, в основном, для передачи телефонных и телеграфных сигналов.
Кабели представляют собой несколько проводников, заключенных в экранирующую и изолирующую оплетки. В компьютерных сетях применяются три типа кабелей: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные и волоконно-оптические кабели.
Радиоканалы имеют передатчики и приемники радиоволн, и отличаются друг от друга частотным диапазоном, который определяет дальность радиосвязи. Для компьютерной связи используется диапазоны УКВ и СВЧ, но для организации каналов в этих диапазонах необходима прямая видимость между передатчиком и приемником, или ретрансляция.
Разновидности каналов связи. Выделяют три основных разновидности каналов связи:
· симплексный - при связи приемника с передатчиком по одному каналу, с однонаправленной передачей информации (например, в телевизионной и радиовещательной сетях);
· полудуплексный - когда два узла связи соединены одним каналом, по которому информация передается попеременно то в одном направлении, то в противоположном (в информационно-справочных и запросно-ответных системах);
· дуплексный - позволяет передавать данные одновременно в двух направлениях за счет использования четырехпроводной линии связи (два провода для передачи, два других – для приема данных), или двух полос частот.
Для повышения достоверности передачи данных основной канал может снабжаться дополнительным (обратным) каналом небольшой пропускной способности (на 1-2 порядка меньше основного), который используется для передачи служебной информации. По этому каналу передаются, например, сигналы подтверждения приема блоков данных и запросы на повторную передачу блоков при обнаружении ошибок.
Различают также выделенные (некоммутируемые) и коммутируемые на время передачи информации каналы связи. При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокое качество связи. Для коммутируемых каналов связи, создаваемых только на время передачи фиксированного объема информации, характерна небольшая стоимость, однако при этом имеют место потери времени на установление связи между абонентами (блокировки по приоритету и очередности).
Передача информации по каналам связи. В сетях ТКС информация передается в аналоговой форме. Это единственно возможный способ передачи информации по каналам связи. При передаче цифровых данных выполняется цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование (ЦАП и АЦП) модемами на выходных и входных узлах связи. Для безошибочной передачи цифровых данных работа принимающего модема должна быть синхронизирована с работой передающего. Для этого используются два вида передачи данных: асинхронная и синхронная.
Асинхронная передача реализуется по символьно - ориентированной схеме. Каждая передаваемая последовательность состоит из стартового бита, за которым следуют информационные символы, и завершается стоповым битом. Асинхронный режим передачи используется для низкоскоростных устройств и устройств, у которых отсутствует буфер.
Синхронная передача применяется для высокоскоростной передачи данных. При символьно - ориентированной синхронной передаче блоку передаваемых символов предшествует один или несколько синхронизирующих символов. При побитно - ориентированной синхронной передаче в передаваемый блок данных перед сообщением включается флаг - специальная битовая последовательность.
В зависимости от вида передачи данных используются соответственно синхронные и асинхронные модемы. Синхронная передача может проводиться только синхронными модемами, асинхронная может выполняться и с помощью синхронных модемов.
Применяется и гибридная схема передачи – изохронная. Каждый символ в ней сопровождается стартовым и стоповым битами, а работа передающего и приемного модемов синхронизируется с помощью интервалов между передаваемыми символами.
Пересылка данных в ТКС осуществляется последовательной передачей битов сообщения от источника к пункту назначения. Физически информационные биты передаются в виде модулированных или импульсно-кодовых электрических сигналов, которые зачастую называют цифровыми. Модулированные сигналы менее чувствительны к искажениям, обусловленным затуханием в передающей среде. Импульсно-кодовые сигналы могут иметь одно или конечный набор значений в пределах определенного тактового интервала. Как правило, для импульсно-кодовой передачи используется двухуровневый сигнал.
Системы телеобработки информации являются специализированными системами телекоммуникаций. Основная цель систем телеобработки данных (СТД) – обеспечить прием данных непосредственно с мест их получения и выдачу результатов обработки к местам использования. При этом нет необходимости в промежуточных носителях данных, повышается оперативность взаимодействия с ЭВМ, повышается скорость и эффективность работы системы, для которой производится обработка данных. Телеобработка позволяет использовать мощные ЭВМ с большими базами данных. С помощью линий связи к таким ЭВМ может подключаться значительное число пользователей, что обеспечивает высокий уровень загрузки и использования ЭВМ.