Раздел 3 радиоканалы передачи данных
3.1 Основные положения теории передачи данных
Под передачей данных понимается передача цифровых сигналов. Источниками данных могут быть вычислительные устройства (процессоры), алфавитно-цифровые печатающие устройства, устройства считывания с кредитных карточек и визуального отображения, устройства преобразования аналоговой информации и др.
Цифровой сигнал (рис. 3.1) представляет собой комбинацию прямоугольных импульсов, имеющих два фиксированных уровня напряжения или тока. Причем один уровень напряжения соответствует условно значению «1», а другой – «0».
Рис. 3.1 Временная диаграмма цифрового сигнала
Цифровой сигнал является результатом преобразования дискретного электрического сигнала сообщения. Таким сигналом сообщения может быть сигнал, получаемый при нажатии клавиши на клавиатуре компьютера или мобильного телефона; сигнал соответствующий уровню тока на выходе умножителя ФЭУ факсимильного аппарата; сигнал соответствующий мгновенному значению амплитуды при преобразовании аналогового сигнала в цифровой и др.
Для преобразования сигнала сообщения в цифровой сигнал применяется двоичное кодирование. В этом случае цифровой сигнал называется кодом или кодовым словом сообщения.
Каждый импульс (или его отсутствие) кода располагается на специально-выделенном для него моменту времени, который называется временной позицией. На рис. 3.1 кодовое слово состоит из восьми символов или восьми единичных элементов, расположенных на восьми временных позициях. Если количество символов в кодовом слове разное, то код называется неравномерным (например, азбука Морзе). Наиболее распространенными кодами для передачи данных являются равномерные коды.
В одном единичном элементе кодового слова содержится 1 бит информации. Бит является разрядом двоичного кода. Именно различные сочетания «1» и «0» лежат в основе хранения информации и задания различных команд в вычислительной технике.
Цифровой сигнал подлежит передаче по линии связи.
Количество информации, то есть количество нулей и единиц цифрового сигнала, переданных за единицу времени, называется скоростью передачи информации и выражается в бит/с. Например:
1 кбит/с = 1000 бит в секунду;
1 Мбит/с = 1 000 000 бит в секунду.
Для передачи данных с большей скоростью необходимо уменьшать длительность импульса. Например, при длительности импульса в цифровом сигнале 10 мкс, скорость передачи информации составит 1с/10 мкс = 100 кбит/с, т.е. за одну секунду может быть передано 100 000 символов, а при длительности импульса в 1 мкс, скорость передачи уже составит 1000 кбит/с или 1 Мбит/с.
Но, чем короче импульс (и меньше период следования), тем шире его спектр (рис.1.18). Одним из условий неискаженной передачи импульсной последовательности по каналу связи является соотношение ∆F ≥ 1/τ или
∆F ≥ 2/τ (для 95% энергии импульса), т.е. полоса пропускания канала связи ∆F должна быть не меньше ширины спектра сигнала.
Следовательно, для передачи данных с большей скоростью, требуется более широкая полоса канала связи.
Пропускная способность канала связи характеризует максимально возможную скорость передачи данных. Пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах, таких как килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д.
Теоретически возможная скорость передачи данных в реальном (двоичном) канале определяется формулой Шеннона [8]:
С =ΔF·log2(1+ ρ), (3.1)
где ∆F - ширина полосы пропускания канала связи;
ρ - отношение мощности сигнала к мощности шума.
Если не учитывать влияние шума, то пропускная способность канала связи равна значению ширины полосы пропускания, т.е. С = ΔF.
Пропускная способность проводных линий связи составляет [8]:
- коаксиальный кабель длиной до 500 м, не более 10 Мбит/с;
- экранированный кабель «витая пара» (скрученные медные проводники) длиной до 100 м, не более 500 Мбит/с;
- кабель на основе стекловолокна (волоконно-оптическая линия связи) длиной десятки километров, до 2 Гбит/с.