Системы телекоммуникаций Системы и каналы передачи данных

Электронные коммуникации приобретают в современном мире все большее зна­чение. Сегодня, в условиях ежегодного многократного увеличения информацион­ных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое взаимодействие предпринимательских фирм, банковских структур, государственных предприятий, других организаций и их сотрудников без современных средств телекоммуника­ции и связи. Без наличия таких средств никакая огромная армия канцелярских работников и курьеров не может обеспечить оперативность доставки необходи­мой информации в нужный момент в нужное место. А ведь часто даже минутная задержка в получении важной информации может вылиться в весьма ощутимые финансовые потери и имиджевые крахи.

Системы передачи данных и их характеристики

В системах административного управления информация передается как путем переноски (перевозки) информационных документов курьером (или по почте), так и с использованием систем автоматизированной передачи информации по кана­лам связи.

Ручная переноска и механическая перевозка документов являются весьма распро­страненными способами передачи информации в учреждениях. Этот способ, при минимальных капитальных затратах, полностью обеспечивает достоверность пе­редачи информации, предварительно зафиксированной на документах и проконт­ролированной непосредственно в пунктах ее регистрации. Оперативность (ско­рость) передачи низкая и может удовлетворить лишь очень непритязательного пользователя. Для оперативной передачи информации используют системы авто­матизированной передачи информации.

Совокупность средств, служащих для передачи информации, будем называть сис­темой передачи информации (СП).

На рис. 29 представлена обобщенная блок – схема автоматизированной системы передачи информации.

Рис.29

Источник и потребитель информации непосредственно в СП не входят — они являются абонентами системы передачи. Абонентами могут быть компьютеры, мар­шрутизаторы ЛВС, системы хранения информации, телефонные аппараты, пейд­жеры, различного рода датчики и исполнительные устройства, а также люди. В составе структуры СП можно выделить:

• канал передачи (канал связи — КС);

• передатчик информации;

• приемник информации.

Передатчик служит для преобразования поступающего от абонента сообщения в сигнал, передаваемый по каналу связи; приемник — для обратного преобразования сигнала в сообщение, поступающее абоненту.

В идеальном случае при передаче должно быть однозначное соответствие между передаваемым и получаемым сообщениями. Однако под действием помех, возникающих в канале связи, в приемнике и передатчике, это соответствие может быть искажено, и тогда говорят о недостоверной передаче информации.

Основными качественными показателями системы передачи информации являются:

• пропускная способность,

• достоверность,

• надежность работы.

Пропускная способность системы (канала) передачи информации — наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для определения максимально возможной скорости надо знать три основных па­раметра канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.

1. Параметры канала:

• F_K — полоса пропускания канала связи, или, иначе, полоса частот, которую ка­нал может пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;

• Н_к — динамический диапазон, равный отношению максимально допустимо­го уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированного для этого типа каналов;

• Т_к — время, в течение которого канал используется для передачи данных.

2. Параметры сигнала:

F_c — ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;

Н_с- динамический диапазон, представляющий собой отношение средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;

Т_с - длительность сигнала, то есть время его существования. Произведение трех названных параметров определяет, соответственно: Объем канала связи:

Один из создателей теории информации К. Шеннон показал, что количество ин­формации на синтаксическом уровне (по Шеннону), которое несет сигнал, про­порционально объему этого сигнала; с другой стороны, выполнение неравенства V_к >= V_c является необходимым условием возможности неискаженной передачи данного сигнала по данному каналу, то есть в этом случае принципиально возмож­на такая передача.

Для непосредственной реализации этой возможности необходимо выполнение достаточных условий «неискаженной передачи»:

F_K>=F_C, H_K>=H_C, Tk >=Г_С.

Согласование сигнала с каналом связи и уплотнение каналов при передаче по ним сигналов от разных источников как раз и заключается в таком преобразовании параметров сигналов, чтобы необходимое условие возможности передачи превра­тить в достаточное.

Существует еще одно доказанное Шенноном соотношение, вытекающее из выше­приведенных, оно позволяет рассчитать непосредственно максимально возможную скорость передачи данных по каналу:

где С— максимально возможная скорость и битах и секунду, F-' ширина полосы пропускания канала связи и герцах, Pc - мощность сигнала, Pш - мощность шума. Из этого соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить ско­рость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или уменьшив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено ве­личиной допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные передатчики имеют большие габариты и стоимость). Умень­шения мощности помех можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не дешево). Но и это еще не все трудности — глав­ное, что скорость зависит от логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности передатчика в два раза при типичном соотно­шении Рс/Рш =100 даст увеличение максимально возможной скорости только на 15 %.

Скорость передачи информации измеряется в битах в секунду и в бодах. Количе­ство изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бо­дах. Бод — это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Бит в секунду соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирова­ния сигнала, когда любое изменение может быть только единичным, можно при­нять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод = 10³ бит/с; 1 Мбод = 10⁶ бит/с и т. д.

В случае если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим коли­чеством значений какого-либо параметра сигнала, то есть изменение сигнала мо­жет быть не единичным, 1 бод > 1 бит/с.

Например, если измеряемыми (информационными) параметрами сигнала явля­ются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь 2³ = 8 различи­мых состояний. Тогда скорость передачи данных СП с тактовой частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 х 3 = 28 800 бит/с

Достоверность передачи информации — передача информации без ее искажения.

Надежность работы — полное и правильное выполнение системой всех своих функций.

Передатчик и приемник или, иначе, — аппаратура передачи данных (АПД), непо­средственно связывают терминальные устройства — оконечные устройства (источ­ник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на физиче­ском уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в фи­зическую среду (линию связи).

В составе СП большой протяженности может использоваться и дополнительная аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для форми­рования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В качестве этой аппаратуры могут выступать повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функ­циональной нагрузки не несет — она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.