Каналы связи по которым передается. Сетевые технологии, каналы связи и их основные характеристики
КАНАЛЫ СВЯЗИ
1. Классификация и характеристики канала связи
Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).
Для анализа информационных процессов в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную на рис. 1.
На рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи; ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).
Например, если вы критикуете других, вы можете вернуться, например, путем обвинений в дискриминации. Электронные сообщения предоставляют постоянные записи. Вот почему вы не можете сказать позже: «Я не сказал этого точно». Когда есть четкая запись вашего сообщения.
Вы можете открывать электронные файлы сообщений. И поэтому хитрый коллега из следующей таблицы или соседа, который посещает вас, может открыть один из ваших файлов, а затем двигаться дальше. Шум связи - это тревожный сигнал, который изменяет и повреждает сообщение в сообщении. В результате он также может быть искажен. Физиологический шум - физиологический барьер спикера Психологический шум - тип психического вмешательства. Его интересовала техника и последствия пропаганды. Он понимал это как основной инструмент государственного управления со стороны правительства.
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).
Его модель коммуникации основана на идее, что медиаконтент может напрямую влиять на общественное мнение в поведенческом смысле. Это модель передачи, состоящая из пяти элементов: источника информации, который создает сообщение; передатчик, который кодирует сообщение в сигналы; канал, к которому сигналы адаптированы для передачи; приемник, который декодирует сообщение из сигнала; пункт назначения, куда приходит сообщение.
Отель оставляет за собой право предварительного блокирования средств на кредитной карте до приезда гостя. Оломоуц: Унтержица Палакехо в Оломоуци. Теория устной речи понимается так называемой «теорией коммуникации». Из этой теории мы должны различать так называемую теорию информации, но из-за тесной взаимосвязи обеих теорий эта разница в основном не поддерживается. Теория информации - это, однако, более узкая концепция, чем теория коммуникации. Введя термин «теоретизирующая речь», тогда нужно подчеркнуть, что мы говорим об общении через язык.
3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.
Каналы связи характеризуются:
1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала T к, ширины спектра частот, пропускаемых каналом F к и динамического диапазона D к. , который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов
Однако, поскольку мы хотим объяснить основы теории, которые, как мы увидим, выходят далеко за рамки разговора, мы будем в основном использовать термин «теория коммуникации или информация». Шеннона и Уоррена Уивера, предполагает, что это математическая теория, которая, как мы видим, имеет очень важные отношения с лингвистикой. В этом исследовании мы сможем в максимально возможной степени объяснить теорию коммуникации и информации в лингвистических терминах и попытаться определить ее значение для лингвистики.
Поэтому мы ограничиваем математические термины минимумом. Винера, является «наукой отношений». Как пишет Мейер-Эпплер, первой целью любого научного исследования процессов является получение обязательных свидетельств самого процесса. Если это происходит без взаимодействия человеческого индивидуума, или если оно вызвано только для экспериментальных целей, мы ссылаемся на такие исследования, как измерение. Мы говорим об измерении, даже если процесс проистекает из человеческой личности, но он не зависит от свободной воли человека.
V к = T к F к D к. (1)
Условие согласования сигнала с каналом:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
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.
Процесс, сознательно вызванный для опосредования послания другого человека, содержит более тонкие качества, чем просто энергия: мы называем это информацией; он может передаваться через сенсорные органы по-разному. Во всех высших формах общения, которые не только имеют функцию апелляции или сообщения, но служат идеей значимого или сенсорного содержания, используются знаки, которые символизируют смысл того, что должно быть представлено или создают отношения между значениями.
Эти символы представляют собой запас, из которого собирается информация. Речевая связь, конечно, старше, чем записанная история. Только в век, который является возрастом общения, существует более систематическое научное исследование проблем коммуникации. Хартли «Передача информации». Эти работы послужили основой для Шеннона, который вместе с Норбертом Винером широко рассматривается как создатель теории коммуникации в ее нынешнем виде.
4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).
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.
Сам Шеннон подчеркивает, что он должен Винеру как философскую основу для своей работы, а Винер еще раз указывает, что Шеннон сыграл важную роль в самостоятельной разработке таких основных аспектов теории информации, как понятие энтропии. Что касается лингвистического подхода к теории информации, мы все еще находимся в процессе ознакомления с проблемами. Цель нашего исследования - ознакомить читателя с проблемами этой теории с лингвистической точки зрения. Однако, поскольку мы занимаем позицию по некоторым вопросам теории информации, мы хотим спровоцировать дискуссию и стимулировать наш интерес к независимым исследованиям по лингвистическим проблемам с точки зрения этой теории.
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 (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.
Термин «система связи и связи». Стивенс определяет общение как дискриминационную реакцию организма при подстрекательстве. Это широкое определение, которое включает не только письменный и разговорный язык, но также музыку, театр, балет, живопись и, фактически, все человеческое поведение. Системой связи мы понимаем эту систему.
Он состоит в основном из следующих пяти частей. Источник информации, которая составляет сообщение, которое будет передано получателю. Источник информации выбирает нужное сообщение из набора возможных сообщений. В выбранных сообщениях могут быть написаны или произнесены слова, музыка, фотографии.
2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.
3. Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.
В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители).
Передатчик, который обрабатывает сообщение в сигнале, чтобы он мог передавать. Что касается языка, то это слова, которые несут последовательность мыслей. На письменном языке это буквы или другие символы, в телеграфии это последовательность точек, строк и пауз.
Канал, то есть среда, используемая для передачи сообщения. Приемник или приемник, который обычно выполняет обратную операцию, а не передатчик, реконструирует сигнал из сигнала, например, расшифровывает сообщение. Назначение, то есть лицо или предмет, к которому обращается сообщение.
Радиолинии:
1. 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. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.
Вот конкретные примеры: если телефон является каналом связи, провод - это сигнал, электрический ток в этом проводе, передатчик - передающий телефон. В телеграфе передатчик шифрует записанные слова в прерывистом потоке разной длины. На разговорном языке мозг является источником информации, а передатчик является голосовым механизмом, генерирующим изменяемое звуковое давление, которое передается по воздуху в качестве канала связи. Приемник изменяет переданный сигнал обратно на сообщение и передает это сообщение дальше адресату.
В случае разговорного языка приемник - это ухо и связанный с ним нерв реципиента. Другие агенты также могут участвовать в процессе передачи, который каким-то образом перехватывает передачу. Это может быть, например, искажение звука, искажение формы и т.д. такие изменения в передаваемом сигнале называются шумами. Мы отметим важность шума.
2. 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.
3. Спутниковая связь. Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий.
Основные понятия коммуникации или теории информации, которые необходимо объяснить, - это понятие информации, энтропии, избыточности и принципа передачи информации. Слово «информация» используется в этой теории в особом смысле, которое не следует путать с термином «значение». Информация не распространяется на семантический контент сообщения. Для целей коммуникации важность коммуникации не имеет значения. Фактически, два сообщения, одно бессмысленное и одно без смысла, могут быть полностью эквивалентны с точки зрения информации.
Слово «информация» не относится к теории коммуникации о том, что мы говорим о том, что мы можем сказать. Это означает, что информация является мерилом нашей свободы в выборе сообщения. Понятие информации относится не к отдельным сообщениям, а скорее к ситуации в целом; в этой ситуации при выборе сообщения у нас есть определенная свобода выбора, которую мы считаем стандартом или единицей информации.
2. Пропускная способность дискретного канала связи
Дискретный канал представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов .
Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени. Определим выражения для расчета скорости передачи информации и пропускной способности дискретного канала связи.
Объем информации определяется в простейших случаях путем измерения количества возможных вариантов выбора по логарифму. Так как удобнее использовать логарифм на основе 2, чем обычный логарифм Бриггса до базы 10, информация для двух выборов пропорциональна логарифму 2. В случае, если цифры выражаются двоичной системой, то есть только две цифры, а именно 0 и 1, а также десять цифры от 0 до 9, используются в десятичной системе цифр на основе нуля, и блок может символически представлять любой из двух вариантов выбора, поэтому естественно связывать «двоичную цифру» или «бит» с ситуацией с двумя вариантами выбора.
При передаче каждого символа в среднем по каналу связи проходит количество информации, определяемое по формуле
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)
где: I (Y, X) – взаимная информация, т.е. количество информации, содержащееся в Y относительно X; H(X) – энтропия источника сообщений; H (X/Y) – условная энтропия, определяющая потерю информации на один символ, связанную с наличием помех и искажений.
Например, если у нас есть 16 альтернативных сообщений, среди которых мы можем выбрать, то ситуация характеризуется 4-мя битами информации. Нынешняя интерпретация была посвящена простым ситуациям. Более естественным и более важным является ситуация, когда источник информации выбирает из группы элементарных символов, и последовательность, которую мы выбираем, затем формирует сообщение. Однако здесь роль вероятности находится на переднем крае, потому что эти варианты, по крайней мере, в терминах системы связи, определяются вероятностями, которые не являются независимыми, но на каждом этапе процесса зависят от предыдущих результатов выборов.
При передаче сообщения X T длительности T, состоящего из n элементарных символов, среднее количество передаваемой информации с учетом симметрии взаимного количества информации равно:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Скорость передачи информации зависит от статистических свойств источника, метода кодирования и свойств канала.
Концепция энтропии, введенная в физике почти сто лет назад Клаузиусом и тесно связанная с именами Больцмана и Гиббса, которая дала ему глубокий смысл в его классической работе по статистической механике, стала основной концепцией физики. В физике энтропия представляет собой степень смешения или случайности частиц, составляющих физическую систему; это фактически неупорядоченное состояние системы.
Эта информация измеряется энтропией, естественно, когда мы понимаем, что информация связана с теорией коммуникации, связанной с количеством свободы или свободы выбора, которые мы имеем при построении сообщения. Таким образом, для источника связи, а также для термодинамического набора компонентов можно сказать: «Эта ситуация очень организована, не характеризуется высокой степенью случайности или выбора, поэтому информации недостаточно».
Пропускная способность дискретного канала связи
. (5)
Максимально-возможное значение, т.е. максимум функционала ищется на всем множестве функций распределения вероятности p(x).
Пропускная способность зависит от технических характеристик канала (быстродействия аппаратуры, вида модуляции, уровня помех и искажений и т.д.). Единицами измерения пропускной способности канала являются: , , , .
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.
