Теоретические основы передачи данных.

Ограничения на пропускную способность передачи данных.

Любой сигнал имеет ограничение в связи с распределенной пропускной способностью по закону Пуассона.

g(t) = 0.5*c + ∑ a_n sin(2pnft)+∑ b_ncos(2pnft)

f – частота

a_n,b_n – амплитуды n-ой гармоники

t – время передачи сигнала

g(t) – определенное ограничение на пропускную способность.

Коэффициенты гармоники могут быть получены через амплитуду сигнала. При этом скорость передачи информации зависит от способа кодирования и скорости изменения кодирования. Скорость передачи ограниченна максимальной частотой.

Частота равна 3 МГц.

Максимальная скорость вычисляется по теореме Найквиста.

V_max=2H log₂V

H – пропускная способность канала

V – количество уровней в сигнале

Но теорема Найквиста не учитывает шум в канале.

Шум измеряется как отношение мощности полезного сигнала к мощности шума:

S/N(%) – в дицебеллах

При этом количество уровней не учитывается

Для измерения V_max используется теорема Шенана:

V_max=H log₂(1+S/N) – теоретические значения на практике не достигаются.

Телефонные сети.

- служат для организации связи между объектами находящимися на значительном расстоянии. Назначение этих сетей это передача голоса, но с развитием телекоммуникационных систем телефонные сети стали применяться для передачи цифровой информации.

Структура телефонной сети.

Телефонная сеть разработал в 1876г Александр Белл.

Каждый абонент соединялся по неизолированному кабелю по принципу точка к точке.

В 1978г. для связи абонентов были придуманы различные методы коммуникации и начали применять первые цифровые телефонные сети.

Задачей цифровых телефонных сетей является снижение количества линий от одного абонента до другого.

В настоящее время цифровому телефону приходит на смену API телефония(голосовые сигналы по верх цифровых сигналов)

Преимущества цифровой передачи данных:

• Возможность передачи сигнала без нарушения формы сигнала;

• При трансляции цифрового сигнала ошибка не накапливается;

• Цифровая передача данных имеет более высокую надежность;

• Цифровая передача данных дешевле и проще в эксплуатации;

Недостатки цифровой связи:

• Изменение диапазона передаваемой информации (GSM)

• Решение данного недостатка – это использование канала большой пропускной способности.

• Запаздывание связано с установкой соединения занимает время – человеческий фактор.

Современная телефонная сеть состоит из компонентов:

1. локальная петля;

2. магистраль (оптоволокно, микроволны);

3. станции коммутации.

В качестве магистральных каналов используют каналы на базе технологий ATM. В качестве станций коммутаций используют hab и sweetch.

Локальная петля.

При передаче сигнала возникают искажения на участке аналоговой сети. Искажения трех видов:

- затухание;

- искажение форм;

- шум.

Затухание.

Возникает из-за потери энергии сигнала при его распространении в другой среде. Затухание зависит от типа проводника, от частоты передаваемого согнала. Для уменьшения затухания в сеть может быть установлены усилители, но усилители не позволяют полностью восстанавливать исходную форму сигнала, поэтому на все каналы накладывается ограничение на расстояние передачи данных.

Искажение форм.

Происходит из-за разницы в скорости распределения сигналов разной частоты. Следствие этого, что гармоники одного сигнала могут быть покрыты гармониками предыдущего сигнала, что вызовет искажение. Для передачи данных могут быть использованы между сигналами паузы.

Шум.

Возникает вследствие действия посторонних источников энергии, кроме передатчика. Источниками шума могут быть соседние линии, атмосферные явления и тепловой шум. Тепловой шум присутствует во всех схемах передачи данных. Решением проблемы искажения сигнала является использование несущей частоты с разными способами модуляции сигнала. Существует три вида модуляции:

- амплитудная;

- частотная;

- фазовая.

При фазовой модуляции несущая частота сдвигается периодически на 45, 135, 225, 315 градусов. Изменение несущей частоты производится в тот момент когда изменяется уровень сигнала. На изменение скорости передачи данных изменение несущей частоты не влияет.

На изменение скорости влияет число бит на асциляцию. Для каждого типа модуляции используются свои методы асциляции(представления) сигналов. При комбинировании этих методов скорость передачи информации может быть увеличена.

В данном случае локальной петлей является участок передачи сигнала по аналоговым сигналам связи. Максимальная скорость передачи с помощью модема 56Кбит в секунду. Для повышения скорости может быть использована петля из оптоволокна, которая позволяет сократить аналоговую петлю до 100м. Локальная петля будет составлять участок от узла АТС до абонента, в этом случае на последних 100м может быть использована витая пара. Скорость тогда будет от 10 до 100 Мбит. Другим способом - применения сетей кабельного телевидения.

Если используется оптоволокно:

Если применяется кабельное телевидение