Informatie en kanalen voor de transmissie ervan. Satellietgegevensverbindingen

Om door te geven diverse informatie, moet in eerste instantie een omgeving voor de distributie ervan worden gecreëerd, die bestaat uit een reeks lijnen of datatransmissiekanalen met gespecialiseerde ontvangst- en verzendapparatuur. Lijnen, of communicatiekanalen, vertegenwoordigen de verbindende schakel in elk modern datatransmissiesysteem, en vanuit organisatorisch oogpunt zijn ze verdeeld in twee hoofdtypen: lijnen en kanalen.

Een communicatielijn is een reeks kabels of draden, met behulp waarvan communicatiepunten met elkaar zijn verbonden en abonnees zijn verbonden met nabijgelegen knooppunten. Tegelijkertijd kunnen communicatiekanalen op verschillende manieren worden gecreëerd, afhankelijk van de kenmerken van een bepaald object en schema.

Wat zouden ze kunnen zijn?

Het kunnen fysieke bekabelde kanalen zijn, die gebaseerd zijn op het gebruik van gespecialiseerde kabels, maar het kunnen ook golfkanalen zijn. Golfcommunicatiekanalen worden gevormd om allerlei soorten radiocommunicatie in een bepaalde omgeving te organiseren met behulp van antennes en een speciale frequentieband. Tegelijkertijd zijn zowel optische als elektrische communicatiekanalen ook verdeeld in twee hoofdtypen: bedraad en draadloos. In dit opzicht kunnen optische en elektrische signalen worden verzonden via draden, ether en vele andere methoden.

In het telefoonnetwerk wordt, nadat een nummer is gekozen, een kanaal gevormd zolang er bijvoorbeeld een verbinding bestaat tussen twee abonnees, maar ook zolang de sessie in stand blijft. gesproken communicatie. Bekabelde communicatiekanalen worden gevormd door gebruik te maken van gespecialiseerde apparatuur zegel, met behulp waarvan het voor lange of korte tijd mogelijk is om informatie te verzenden via communicatielijnen waaruit wordt geleverd Een grote hoeveelheid verschillende bronnen. Dergelijke lijnen omvatten één of meerdere paren kabels tegelijkertijd en bieden de mogelijkheid om gegevens over een vrij lange afstand te verzenden. Ongeacht welke soorten communicatiekanalen er worden overwogen, bij radiocommunicatie vertegenwoordigen ze een medium voor gegevensoverdracht dat is georganiseerd voor een specifieke of tegelijkertijd meerdere communicatiesessies. Als we het over meerdere sessies hebben, kan in dit geval gebruik worden gemaakt van de zogenaamde frequentieverdeling.

Welke soorten zijn er?

Precies hetzelfde als in moderne middelen verbindingen bestaan verschillende soorten communicatie kanalen:

• Digitaal.
• Analoog.
• Analoog digitaal.

Digitaal

Deze optie is een orde van grootte duurder in vergelijking met analoge opties. Met behulp van dergelijke kanalen het maximaal mogelijke hoge kwaliteit data-uitzending, en het wordt ook mogelijk om verschillende mechanismen te introduceren waarmee absolute integriteit van kanalen wordt bereikt, hoge graad informatiebeveiliging, evenals het gebruik van een aantal andere diensten. Om de overdracht te garanderen analoge informatie Via digitale technische communicatiekanalen wordt deze informatie in eerste instantie omgezet in digitaal.

Eind jaren 80 van de vorige eeuw verscheen er een gespecialiseerd digitaal netwerk met integratie van diensten, bij velen tegenwoordig beter bekend als ISDN. Er wordt verwacht dat een dergelijk netwerk in de loop van de tijd zal kunnen uitgroeien tot een mondiale digitale ruggengraat die kantoor- en thuiscomputers met elkaar verbindt en deze voorziet van voldoende hogere snelheid gegevens uitzenden. De belangrijkste communicatiekanalen van dit type kunnen zijn:

• Fax apparaat.
• Telefoon.
• Apparaten voor gegevensoverdracht.
• Gespecialiseerde apparatuur voor teleconferenties.
• En vele anderen.

Dergelijke middelen kunnen concurreren met moderne technologieën, die tegenwoordig actief worden gebruikt in kabeltelevisienetwerken.

Andere variëteiten

Afhankelijk van de transmissiesnelheid van communicatiekanalen zijn ze onderverdeeld in:

• Lage snelheid. Deze categorie omvat alle soorten telegraaflijnen, die worden gekenmerkt door een extreem lage (naar huidige maatstaven vrijwel onbestaande) gegevensoverdrachtsnelheid, die een maximum van 200 bps bereikt.
• Gemiddelde snelheid. Er zijn analoge telefoonlijnen die transmissiesnelheden tot 56.000 bps bieden.
• Hoge snelheid of, zoals ze ook wel genoemd worden, breedband. Datatransmissie via dit soort communicatiekanalen vindt plaats met een snelheid van meer dan 56.000 bps.

Afhankelijk van de mogelijkheden voor het organiseren van datatransmissierichtingen, kunnen communicatiekanalen worden onderverdeeld in de volgende typen:

• Eenvoudig. De organisatie van dit soort communicatiekanalen biedt de mogelijkheid om gegevens alleen in een bepaalde richting uit te zenden.
• Half duplex. Met behulp van dergelijke kanalen kunnen gegevens zowel in voorwaartse als achterwaartse richting worden verzonden.
• Duplex of full-duplex. Het gebruik van dergelijke kanalen feedback kunnen gegevens gelijktijdig in voorwaartse en achterwaartse richting worden uitgezonden.

Bedrade

Bekabelde communicatiekanalen omvatten een massa parallelle of getwiste koperdraden, glasvezelcommunicatielijnen en gespecialiseerde coaxkabels. Als we bedenken welke communicatiekanalen kabels gebruiken, is het de moeite waard om een ​​aantal belangrijke te benadrukken:

• Gedraaid paar. Biedt de mogelijkheid om informatie te verzenden met snelheden tot 1 Mbit/s.
• Coaxiale kabels. Deze groep omvat kabels in tv-formaat, zowel dun als dik. IN in dit geval De gegevensoverdrachtsnelheden bereiken al 15 Mbit/s.
• Glasvezelkabels. De meest moderne en productieve optie. Communicatiekanalen voor het verzenden van dit soort informatie bieden een snelheid van ongeveer 400 Mbit/s, wat aanzienlijk hoger is dan alle andere technologieën.

gedraaid paar

Het bestaat uit geïsoleerde geleiders, die paarsgewijs in elkaar zijn gedraaid om interferentie tussen paren en geleiders aanzienlijk te verminderen. Het is vermeldenswaard dat er tegenwoordig zeven categorieën gedraaide paren zijn:

• De eerste en tweede worden gebruikt om gegevensoverdracht op lage snelheid mogelijk te maken, waarbij de eerste een standaard, bekende telefoondraad is.
• De derde, vierde en vijfde categorie worden gebruikt om transmissiesnelheden tot 16, 25 en 155 Mbps te bieden, waarbij verschillende categorieën verschillende frequenties bieden.
• De zesde en zevende categorie zijn het meest productief. Het gaat over over de mogelijkheid van datatransmissie met snelheden tot 100 Gbit/s, wat de meest productieve kenmerken van communicatiekanalen vertegenwoordigt.

De meest voorkomende vandaag is de derde categorie. Door ons te concentreren op verschillende veelbelovende oplossingen met betrekking tot de noodzaak om voortdurend de netwerkcapaciteit te ontwikkelen, zou het meest optimaal zijn om communicatienetwerken (communicatiekanalen) van de vijfde categorie te gebruiken, die de snelheid van datatransmissie via standaard telefoonlijnen bieden.

Coaxiale kabel

Een gespecialiseerde koperen geleider bevindt zich in een cilindrische afschermende beschermende schaal, die uit vrij dunne aderen kronkelt, en ook volledig is geïsoleerd van de geleider met behulp van een diëlektricum. Van standaard TV-kabel deze is anders omdat het bevat karakteristieke impedantie. Via dergelijke informatiecommunicatiekanalen kunnen gegevens worden verzonden met snelheden tot 300 Mbit/s.

Dit kabelformaat is verdeeld in dun, met een dikte van 5 mm, en dik - 10 mm. In moderne LAN's is het vaak gebruikelijk om een ​​dunne kabel te gebruiken, omdat deze uiterst eenvoudig te leggen en te installeren is. Extreem hoge prijs moeilijke installaties beperken de mogelijkheden van het gebruik van dergelijke kabels in moderne informatietransmissienetwerken ernstig.

Kabel-tv-netwerken

Dergelijke netwerken zijn gebaseerd op het gebruik van gespecialiseerde coaxkabels, analoog signaal waarmee het kan worden uitgezonden over een afstand van enkele tientallen kilometers. Een typisch kabeltelevisienetwerk heeft een boomstructuur, waarbij het hoofdknooppunt signalen ontvangt van een gespecialiseerde satelliet of via een glasvezelverbinding. Tegenwoordig worden netwerken die glasvezelkabel gebruiken actief gebruikt, met behulp waarvan het mogelijk is om grote gebieden te bedienen en meer omvangrijke gegevens uit te zenden, terwijl signalen van extreem hoge kwaliteit behouden blijven bij afwezigheid van repeaters.

Met een symmetrische architectuur worden de retour- en voorwaartse signalen verzonden via één enkele kabel in verschillende frequentiebereiken, en tegelijkertijd met met verschillende snelheden. Dienovereenkomstig is het achterwaartse signaal langzamer dan het voorwaartse signaal. Hoe dan ook, met behulp van dergelijke netwerken is het mogelijk om gegevensoverdrachtsnelheden te bieden die honderden keren hoger zijn dan die van standaardnetwerken. telefoonlijnen, en daarom werd deze laatste al lang geleden niet meer gebruikt.

In organisaties die hun eigen kabelnetwerken aanleggen, worden meestal symmetrische schema's gebruikt, omdat in dit geval zowel de voorwaartse als de achterwaartse datatransmissie met dezelfde snelheid plaatsvindt, namelijk ongeveer 10 Mbit/s.

Kenmerken van het gebruik van draden

Het aantal draden dat kan worden gebruikt om thuiscomputers aan te sluiten en diverse elektronica, stijgt elk jaar. Volgens statistieken verkregen tijdens onderzoek professionele specialisten In een appartement van 150 meter wordt ongeveer 3 km aan diverse kabels aangelegd.

In de jaren 90 van de vorige eeuw bood het Britse bedrijf UnitedUtilities behoorlijk wat aan interessante oplossing dit probleem met behulp van onze eigen ontwikkeling genaamd DigitalPowerLine, tegenwoordig beter bekend onder de afkorting DPL. Het bedrijf stelde voor om standaard elektriciteitsnetwerken te gebruiken als medium voor snelle data-uitzending, het verzenden van informatiepakketten of spraak via gewone netwerken. Elektriciteit van het net, waarvan de spanning 120 of 220 V was.

Het meest succesvolle vanuit dit oogpunt is een Israëlisch bedrijf genaamd Main.net, dat als eerste PLC-technologie (Powerline Communications) op de markt bracht. Met behulp van deze technologie werd spraak- of datatransmissie uitgevoerd met snelheden tot 10 Mbit/s, terwijl de informatiestroom werd verdeeld in verschillende langzame stromen, die op afzonderlijke frequenties werden verzonden en uiteindelijk opnieuw werden gecombineerd tot één enkel signaal.

Het gebruik van PLC-technologie is tegenwoordig alleen relevant bij gegevensoverdracht met lage snelheid en wordt daarom gebruikt in domotica, verschillende huishoudelijke apparaten en andere apparatuur. Met behulp van deze technologie is het mogelijk om toegang te krijgen tot internet met een snelheid van ongeveer 1 Mbit/s voor de toepassingen die dit vereisen hoge snelheid verbindingen.

Op korte afstand tussen het gebouw en het tussenliggende zendontvangerpunt, dat een transformatorstation is, kan de datatransmissiesnelheid 4,5 Mbit/s bereiken. Het gebruik van deze technologie wordt sindsdien actief uitgevoerd bij het vormen van een lokaal netwerk in een woongebouw of een klein kantoor minimale snelheid transmissie biedt de mogelijkheid om afstanden tot 300 meter te overbruggen. Met behulp van deze technologie is het mogelijk om verschillende diensten met betrekking tot dit onderwerp te implementeren op afstand monitoren, bescherming van objecten, evenals beheer van objectmodi en hun hulpbronnen, wat deel uitmaakt van de elementen van een intelligent huis.

Glasvezelkabel

Deze kabel is gemaakt van een gespecialiseerde kwartskern met een diameter van slechts 10 micron. Deze kern is omgeven door een unieke reflecterende beschermende schaal, waarvan de buitendiameter ongeveer 200 micron bedraagt. Datatransmissie vindt plaats door elektrische signalen om te zetten in lichtsignalen, bijvoorbeeld met behulp van een soort LED. Gegevenscodering wordt uitgevoerd door de intensiteit van de lichtstroom te veranderen.

Bij het verzenden van gegevens wordt de straal gereflecteerd door de wanden van de vezel, die uiteindelijk met minimale verzwakking bij het ontvangende uiteinde terechtkomt. Met behulp van een dergelijke kabel wordt een extreem hoge mate van bescherming tegen blootstelling aan externe elektromagnetische velden bereikt en wordt een vrij hoge gegevensoverdrachtsnelheid bereikt, die 1000 Mbit/s kan bereiken.

Met behulp van een glasvezelkabel is het mogelijk om tegelijkertijd het werk van enkele honderdduizenden telefoon-, videotelefoon- en ook televisie zenders. Als we het hebben over andere voordelen die inherent zijn aan dergelijke kabels, is het de moeite waard om het volgende op te merken:

• Extreem hoge moeilijkheidsgraad van ongeautoriseerde verbinding.
• De hoogste graad van bescherming tegen elke brand.
• Voldoende hoge gegevensoverdrachtsnelheid.

Als we het echter hebben over de nadelen van dergelijke systemen, is het de moeite waard om te benadrukken dat ze behoorlijk duur zijn en de transformatie van lichte lasers in elektrische lasers noodzakelijk maken en omgekeerd. Het gebruik van dergelijke kabels wordt in de overgrote meerderheid van de gevallen uitgevoerd tijdens het leggen van hoofdcommunicatielijnen, en de unieke eigenschappen van de kabel hebben het vrij gebruikelijk gemaakt bij providers die de organisatie van het internetnetwerk verzorgen.

Schakelen

Communicatiekanalen kunnen onder andere geschakeld of niet-geschakeld zijn. De eerste worden slechts voor een bepaalde tijd aangemaakt terwijl er gegevens moeten worden overgedragen, terwijl de niet-geschakelde gegevens voor een bepaalde tijd aan de abonnee worden toegewezen en niet afhankelijk zijn van hoe lang de gegevens zijn overgedragen.

WiMAX

Dergelijke lijnen kunnen, in tegenstelling tot traditionele radiotoegangstechnologieën, ook werken op een gereflecteerd signaal dat zich niet in de zichtlijn van de een of de ander bevindt. basisstation. De mening van deskundigen is het er vandaag duidelijk over eens dat dit zo is mobiele netwerken bieden enorme perspectieven voor gebruikers vergeleken met vaste WiMAX, die bedoeld is voor zakelijke klanten. In dit geval kan informatie over een vrij grote afstand (tot 50 km) worden verzonden, terwijl de kenmerken van dit soort communicatiekanalen snelheden tot 70 Mbit/s omvatten.

Satelliet

Satellietsystemen omvatten het gebruik van gespecialiseerde microgolffrequentieantennes, die worden gebruikt om radiosignalen van grondstations te ontvangen en de ontvangen signalen vervolgens terug te sturen naar andere grondstations. Het is vermeldenswaard dat dergelijke netwerken gebruik maken van drie hoofdtypen satellieten die zich in gemiddelde of lage banen bevinden, evenals in geostationaire banen. In de overgrote meerderheid van de gevallen is het gebruikelijk om satellieten in groepen te lanceren, omdat ze, als ze van elkaar af bewegen, dekking bieden over het hele oppervlak van onze planeet.

Communicatiekanaal een setje genoemd technische middelen en een fysiek medium dat verzonden signalen kan verzenden, dat de overdracht van berichten van de informatiebron naar de ontvanger garandeert.

Kanalen zijn meestal verdeeld in continu en discreet.

In de meeste algemeen geval elk afzonderlijk kanaal bevat een continu kanaal als component. Als de invloed van interfererende factoren op de overdracht van berichten in een kanaal kan worden verwaarloosd, wordt zo’n geïdealiseerd kanaal genoemd. kanaal zonder interferentie . In zo'n kanaal correspondeerde elk bericht aan de ingang op unieke wijze met een specifiek bericht aan de uitgang en omgekeerd. Als de invloed van interferentie in een kanaal niet kan worden verwaarloosd, gebruik dan bij het analyseren van de kenmerken van berichten die via een dergelijk kanaal worden verzonden modellen die de werking van het kanaal karakteriseren in aanwezigheid van interferentie.

Onder kanaalmodel verwijst naar een wiskundige beschrijving van een kanaal waarmee iemand de kenmerken ervan kan berekenen of evalueren, op basis waarvan methoden voor het construeren van communicatiesystemen worden onderzocht zonder experimentele studies uit te voeren.

Een kanaal waarin de kansen om het eerste signaal met het tweede en het tweede met het eerste te identificeren hetzelfde zijn, wordt genoemd symmetrisch .

Er wordt een kanaal opgeroepen waarvan het alfabet van signalen aan de ingang verschilt van het alfabet van signalen aan de uitgang kanaal wissen.

Het kanaal voor het verzenden van een bericht van de bron naar de ontvanger, aangevuld met een retourkanaal, dat dient om de betrouwbaarheid van de transmissie te vergroten, heet feedback kanaal.

Een communicatiekanaal wordt als gegeven beschouwd als de gegevens over het bericht aan de ingang ervan bekend zijn, evenals de beperkingen die aan de ingangsberichten worden opgelegd door de fysieke kenmerken van de kanalen.

Om communicatiekanalen te karakteriseren worden twee concepten van transmissiesnelheid gebruikt:

1 – technische transmissiesnelheid, die wordt gekenmerkt door het aantal elementaire signalen dat per tijdseenheid via een communicatiekanaal wordt verzonden, hangt af van de eigenschappen van communicatielijnen en van de snelheid van de kanaalapparatuur:

2 – informatiesnelheid, die wordt bepaald door de gemiddelde hoeveelheid informatie die per tijdseenheid via een communicatiekanaal wordt verzonden:

Kanaalcapaciteit genaamd maximum snelheid overdracht van informatie via dit kanaal, gerealiseerd met behulp van de meest geavanceerde methoden voor verzending en ontvangst.

Lezing nr. 8

Coördinatie van fysieke kenmerken van het communicatiekanaal en signaal

Elk specifiek communicatiekanaal heeft fysieke parameters die de mogelijkheid bepalen om bepaalde signalen via dit kanaal te verzenden. Ongeacht het specifieke type en doel kan elk kanaal worden gekenmerkt door drie hoofdparameters:

TK – kanaaltoegangstijd [s];

FK – kanaalbandbreedte [Hz];

Н К – toegestane overmaat aan signaal boven interferentie in het kanaal.

Op basis van deze kenmerken wordt het integrale kenmerk gebruikt - kanaalvolume.

Beschouw de volgende gevallen:

A)

Om de mogelijkheid te beoordelen om een ​​bepaald signaal over een specifiek kanaal te verzenden, moet u de kenmerken van het kanaal correleren met de overeenkomstige kenmerken van het signaal:

T C – signaalduur [s];

F C – frequentieband (spectrumbreedte) van het signaal [Hz];

H C – niveau van signaaloverschot ten opzichte van ruis.

Dan kunnen we het concept introduceren signaalvolume .

Informatieoverdrachtschema. Kanaal voor informatieoverdracht. Snelheid van informatieoverdracht.

Er zijn drie soorten informatie processen: opslag, overdracht, verwerking.

Data opslag:

· Informatiedragers.

· Soorten geheugen.

· Informatieopslag.

· Basiseigenschappen van informatieopslag.

De volgende concepten worden geassocieerd met informatieopslag: informatieopslagmedium (geheugen), intern geheugen, extern geheugen, informatieopslag.

Een opslagmedium is een fysiek medium waarop informatie direct wordt opgeslagen. Menselijk geheugen kan worden opgeroepen RAM. Gememoriseerde kennis wordt onmiddellijk door een persoon gereproduceerd. Eigen geheugen wij kunnen nog steeds bellen intern geheugen, omdat de drager ervan – de hersenen – zich in ons bevindt.

Alle andere soorten informatiedragers kunnen extern worden genoemd (in relatie tot een persoon): hout, papyrus, papier, enz. Een informatiemagazijn is informatie die op een bepaalde manier is georganiseerd. externe media, bedoeld voor langdurige opslag en permanent gebruik (bijvoorbeeld documentarchieven, bibliotheken, archiefkasten). De belangrijkste informatie-eenheid van de repository is een specifiek fysiek document: een vragenlijst, een boek, enz. De organisatie van de repository betekent de aanwezigheid van een bepaalde structuur, d.w.z. ordelijkheid, classificatie van opgeslagen documenten zodat u er gemakkelijk mee kunt werken. Basiseigenschappen van informatieopslag: volume van opgeslagen informatie, opslagbetrouwbaarheid, toegangstijd (d.w.z. zoektijd). Nodige informatie), beschikbaarheid van informatiebeveiliging.

Informatie opgeslagen op apparaten computer geheugen, wordt meestal gegevens genoemd. Georganiseerde gegevensopslag op apparaten extern geheugen Computers worden gewoonlijk databases en databanken genoemd.

Gegevensverwerking:

· Algemeen schema informatieverwerkingsproces.

· Verklaring van de verwerkingstaak.

· Verwerkingsartiest.

· Verwerkingsalgoritme.

· Typische taken informatieverwerking.

Informatieverwerkingsschema:

Initiële informatie – verwerking uitvoerder – definitieve informatie.

Tijdens het verwerken van informatie, sommige informatie taak, wat eerst in de traditionele vorm kan worden vermeld: gegeven een bepaalde reeks initiële gegevens is het nodig om enkele resultaten te verkrijgen. Het proces van transitie van brondata naar resultaat is het verwerkingsproces. Het object of subject dat de verwerking uitvoert, wordt de verwerkingsuitvoerder genoemd.

Om informatieverwerking succesvol uit te voeren, moet de uitvoerder (persoon of apparaat) het verwerkingsalgoritme kennen, d.w.z. de volgorde van handelingen die moeten worden uitgevoerd om het gewenste resultaat te bereiken.

Er zijn twee soorten informatieverwerking. Eerste type verwerking: verwerking gerelateerd aan ontvangst nieuwe informatie, nieuwe kennisinhoud (wiskundige problemen oplossen, de situatie analyseren, enz.). Het tweede type verwerking: verwerking die verband houdt met het wijzigen van de vorm, maar niet met het wijzigen van de inhoud (bijvoorbeeld het vertalen van tekst van de ene taal naar de andere).

Een belangrijk type informatieverwerking is codering: de transformatie van informatie in een symbolische vorm die handig is voor de opslag, verzending en verwerking ervan. Codering wordt actief gebruikt in technische middelen om met informatie te werken (telegraaf, radio, computers). Een ander type informatieverwerking is het structureren van gegevens (een bepaalde volgorde invoeren in de informatieopslag, classificatie, catalogiseren van gegevens).

Een ander type informatieverwerking is het zoeken in een bepaalde informatieopslag naar de benodigde gegevens die aan bepaalde zoekvoorwaarden voldoen (query). Het zoekalgoritme is afhankelijk van de manier waarop de informatie is georganiseerd.

Overdracht van informatie:

· Bron en ontvanger van informatie.

· Informatiekanalen.

· De rol van de zintuigen in het proces van menselijke perceptie van informatie.

· Structuur technische systemen communicatie.

· Wat is coderen en decoderen.

· Het concept van lawaai; technieken voor geluidsbescherming.

· Informatieoverdrachtsnelheid en kanaalcapaciteit.

Informatieoverdrachtschema:

Bron van informatie – informatiekanaal – ontvanger van informatie.

Informatie wordt gepresenteerd en verzonden in de vorm van een reeks signalen en symbolen. Van de bron naar de ontvanger wordt de boodschap via een materieel medium verzonden. Als bij het transmissieproces gebruik wordt gemaakt van technische communicatiemiddelen, worden dit informatietransmissiekanalen (informatiekanalen) genoemd. Deze omvatten telefoon, radio, tv. Menselijke zintuigen spelen de rol van biologisch informatie kanalen.

Het proces van het verzenden van informatie technische kanalen communicatie loopt door volgende diagram(volgens Shannon):

De term “ruis” verwijst naar verschillende soorten interferentie die het verzonden signaal vervormen en tot informatieverlies leiden. Dergelijke interferentie treedt voornamelijk op als gevolg van technische redenen: slechte kwaliteit communicatielijnen, onveiligheid ten opzichte van elkaar van verschillende informatiestromen die via dezelfde kanalen worden verzonden. Gebruikt voor geluidsbescherming verschillende manieren bijvoorbeeld het gebruik van verschillende soorten filters die het bruikbare signaal van de ruis scheiden.

Claude Shannon ontwikkelde een speciale coderingstheorie die methoden biedt voor het omgaan met ruis. Een van de belangrijke ideeën van deze theorie is dat de code die via de communicatielijn wordt verzonden, redundant moet zijn. Hierdoor kan het verlies van een deel van de informatie tijdens de verzending worden gecompenseerd. De redundantie mag echter niet te groot zijn. Dit zal leiden tot vertragingen en hogere communicatiekosten.

Wanneer u het onderwerp van het meten van de snelheid van informatieoverdracht bespreekt, kunt u de techniek van analogie gebruiken. Een analoog is het proces waarbij water door waterleidingen wordt gepompt. Hier bestaat het watertransmissiekanaal uit buizen. De intensiteit (snelheid) van dit proces wordt gekenmerkt door waterverbruik, d.w.z. het aantal liters dat per tijdseenheid wordt verpompt. Tijdens het verzenden van informatie zijn kanalen dat wel technische lijnen communicatie. Naar analogie met een watervoorziening kunnen we praten over de informatiestroom die via kanalen wordt verzonden. De informatietransmissiesnelheid is het informatievolume van een bericht dat per tijdseenheid wordt verzonden. Daarom snelheidseenheden informatiestroom: bit/s, byte/s, etc. transmissiekanaal voor informatieproces

Een ander concept – de capaciteit van informatiekanalen – kan ook worden verklaard met behulp van een “loodgieterswerk”-analogie. U kunt de waterstroom door de leidingen vergroten door de druk te verhogen. Maar dit pad is niet eindeloos. Als de druk te hoog is, kan de leiding scheuren. Daarom de maximale waterstroom, die de doorvoer van het watertoevoersysteem kan worden genoemd. Technische lijnen hebben ook een vergelijkbare limiet voor de gegevensoverdrachtsnelheid. informatie communicatie. De redenen hiervoor zijn ook fysiek.

1. Classificatie en kenmerken van het communicatiekanaal
Koppeling is een reeks middelen die zijn ontworpen om signalen (berichten) te verzenden.
Om informatieprocessen in een communicatiekanaal te analyseren, kunt u het algemene diagram gebruiken dat wordt weergegeven in Fig. 1.

In afb. 1 worden de volgende benamingen aangenomen: X, Y, Z, W– signalen, berichten ; F– interferentie; P.M- communicatielijn; AI, PI– bron en ontvanger van informatie; P– converters (codering, modulatie, decodering, demodulatie).
Bestaan Verschillende types kanalen die kunnen worden geclassificeerd volgens verschillende criteria:
1. Per type communicatielijnen: bedrade; kabel; glasvezel;
stroomkabels; radiokanalen, enz.
2. Door de aard van de signalen: continu; discreet; discreet-continu (signalen aan de ingang van het systeem zijn discreet en aan de uitgang continu, en omgekeerd).
3. In termen van geluidsimmuniteit: kanalen zonder interferentie; met interferentie.
Communicatiekanalen worden gekenmerkt door:
1. Kanaalcapaciteit wordt gedefinieerd als het product van de kanaalgebruikstijd T naar, breedte van het frequentiespectrum dat door het kanaal wordt uitgezonden F tot en dynamisch bereik D tot. , wat het vermogen van het kanaal om verschillende signaalniveaus te verzenden kenmerkt

Vk = TkFkDk.(1)
Voorwaarde voor het matchen van het signaal met het kanaal:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Snelheid van informatieoverdracht – de gemiddelde hoeveelheid informatie die per tijdseenheid wordt verzonden.
3.
4. Ontslag - garandeert de betrouwbaarheid van de verzonden informatie ( R= 0¸1).
Een van de taken van de informatietheorie is het bepalen van de afhankelijkheid van de snelheid van informatieoverdracht en de capaciteit van een communicatiekanaal van de parameters van het kanaal en de kenmerken van signalen en interferentie.
Het communicatiekanaal kun je figuurlijk vergelijken met wegen. Smalle wegen – lage capaciteit, maar goedkoop. Brede wegen zorgen voor een goede verkeerscapaciteit, maar zijn duur. De bandbreedte wordt bepaald door het knelpunt.
De datatransmissiesnelheid hangt grotendeels af van het transmissiemedium in communicatiekanalen, die verschillende soorten communicatielijnen gebruiken.
Bedrade:
1. Bedrade– gedraaid paar(die de elektromagnetische straling van andere bronnen gedeeltelijk onderdrukt). Overdrachtssnelheid tot 1 Mbit/s. Gebruikt in telefoonnetwerken en voor datatransmissie.
2. Coaxiale kabel. Overdrachtssnelheid 10–100 Mbit/s – gebruikt in lokale netwerken, kabeltelevisie enz.
3. Glasvezel. Overdrachtssnelheid 1 Gbit/s.
In omgevingen 1–3 hangt de verzwakking in dB lineair af van de afstand, d.w.z. Het vermogen neemt exponentieel af. Daarom is het noodzakelijk om regeneratoren (versterkers) op een bepaalde afstand te installeren.
Radiolijnen:
1. Radiokanaal. Overdrachtssnelheid 100–400 Kbps. Maakt gebruik van radiofrequenties tot 1000 MHz. Tot 30 MHz is door reflectie van de ionosfeer voortplanting mogelijk elektromagnetische golven buiten het gezichtsveld. Maar dit bereik is erg luidruchtig (bijvoorbeeld amateurradiocommunicatie). Van 30 tot 1000 MHz – de ionosfeer is transparant en directe zichtbaarheid is noodzakelijk. Antennes worden op hoogte geïnstalleerd (soms zijn er regeneratoren geïnstalleerd). Gebruikt in radio en televisie.
2. Magnetron lijnen. Overdrachtssnelheden tot 1 Gbit/s. Er worden radiofrequenties boven 1000 MHz gebruikt. Dit vereist directe zichtbaarheid en een hoge mate van richting paraboolantennes. De afstand tussen regeneratoren is 10-200 km. Gebruikt voor telefonische communicatie, televisie en datatransmissie.
3. Satellietverbinding. Er wordt gebruik gemaakt van microgolffrequenties en de satelliet dient als regenerator (voor veel stations). De kenmerken zijn dezelfde als voor microgolflijnen.
2. Bandbreedte van een discreet communicatiekanaal
Een discreet kanaal is een reeks middelen die zijn ontworpen om discrete signalen te verzenden.
Capaciteit communicatiekanaal – de hoogst theoretisch haalbare snelheid voor informatieoverdracht, op voorwaarde dat de fout een bepaalde waarde niet overschrijdt. Snelheid van informatieoverdracht – de gemiddelde hoeveelheid informatie die per tijdseenheid wordt verzonden. Laten we uitdrukkingen definiëren voor het berekenen van de informatietransmissiesnelheid en de doorvoer van een discreet communicatiekanaal.
Bij het verzenden van elk symbool passeert een gemiddelde hoeveelheid informatie het communicatiekanaal, bepaald door de formule
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)
Waar: ik (Y, X) – wederzijdse informatie, d.w.z. de hoeveelheid informatie die erin zit Y naar verhouding X;H(X)– entropie van de berichtbron; H(X/Y)– voorwaardelijke entropie, die het informatieverlies per symbool bepaalt dat gepaard gaat met de aanwezigheid van interferentie en vervorming.
Bij het verzenden van een bericht X T duur T, bestaande uit N elementaire symbolen is de gemiddelde hoeveelheid verzonden informatie, rekening houdend met de symmetrie van de onderlinge hoeveelheid informatie, gelijk aan:
Ik(Y T, X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
De snelheid van de informatieoverdracht hangt af van de statistische eigenschappen van de bron, de coderingsmethode en de eigenschappen van het kanaal.
Bandbreedte van een discreet communicatiekanaal
. (5)
De maximaal mogelijke waarde, d.w.z. het maximum van de functionele wordt gezocht over de gehele set kansverdelingsfuncties p (X).
Bandbreedte is afhankelijk van technische eigenschappen kanaal (snelheid van de apparatuur, type modulatie, niveau van interferentie en vervorming, enz.). De eenheden van kanaalcapaciteit zijn: , , , .
2.1 Discreet communicatiekanaal zonder interferentie
Als er geen interferentie is in het communicatiekanaal, zijn de ingangs- en uitgangssignalen van het kanaal verbonden door een ondubbelzinnige, functionele relatie.
In dit geval is de voorwaardelijke entropie gelijk aan nul, en zijn de onvoorwaardelijke entropieën van de bron en de ontvanger gelijk, d.w.z. de gemiddelde hoeveelheid informatie in een ontvangen symbool ten opzichte van het verzonden symbool is
ik (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.
Als X T– aantal tekens per keer T, dan is de informatietransmissiesnelheid voor een discreet communicatiekanaal zonder interferentie gelijk aan
(6)
Waar V = 1/– gemiddelde transmissiesnelheid van één symbool.
Doorvoer voor een discreet communicatiekanaal zonder interferentie
(7)
Omdat de maximale entropie komt overeen met even waarschijnlijke symbolen, dan is de doorvoer voor uniforme distributie en statistische onafhankelijkheid van verzonden symbolen gelijk aan:
. (8)
Shannon's eerste stelling voor een kanaal: Als de door de bron gegenereerde informatiestroom voldoende dicht bij de capaciteit van het communicatiekanaal ligt, d.w.z.
, waarbij een willekeurig kleine waarde is,
dan kun je altijd een coderingsmethode vinden die de verzending van alle bronberichten garandeert, en de overdrachtssnelheid van informatie zal zeer dicht bij de kanaalcapaciteit liggen.
De stelling geeft geen antwoord op de vraag hoe coderen moet worden uitgevoerd.
Voorbeeld 1. De bron produceert 3 berichten met waarschijnlijkheden:
p1 = 0,1; p2 = 0,2 en p3 = 0,7.
Berichten zijn onafhankelijk en worden verzonden in een uniforme binaire code ( m = 2) met een symboolduur van 1 ms. Bepaal de snelheid van informatieoverdracht via een communicatiekanaal zonder interferentie.
Oplossing: De bronentropie is gelijk aan

[bit/s].
Om 3 berichten met een uniforme code te verzenden, zijn twee cijfers nodig en de duur van de codecombinatie is 2t.
Gemiddelde signaalsnelheid
V=1/2 T = 500 .
Snelheid van informatieoverdracht
C = vH = 500×1,16 = 580 [bit/s].
2.2 Discreet communicatiekanaal met interferentie
We zullen discrete communicatiekanalen zonder geheugen overwegen.
Kanaal zonder geheugen is een kanaal waarin elk verzonden signaalsymbool wordt beïnvloed door interferentie, ongeacht welke signalen eerder zijn verzonden. Dat wil zeggen dat interferentie geen extra correlatieve verbindingen tussen symbolen creëert. De naam “geen geheugen” betekent dat het kanaal tijdens de volgende uitzending de resultaten van eerdere uitzendingen niet lijkt te onthouden.
In aanwezigheid van interferentie: de gemiddelde hoeveelheid informatie in een ontvangen berichtsymbool – Y, ten opzichte van de verzonden – X gelijk aan:
.
Voor berichtsymbool X T duur T, bestaande uit N elementaire symbolen de gemiddelde hoeveelheid informatie in een ontvangen symboolbericht – Y T ten opzichte van wat werd uitgezonden – X T gelijk aan:
I(Y T, X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n = 2320 bps
De capaciteit van een continu kanaal met ruis wordt bepaald door de formule

=2322 bps.
Laten we bewijzen dat de informatiecapaciteit van een continu geheugenloos kanaal met additieve Gaussische ruis beperkt is tot piekvermogen niet meer informatie capaciteit hetzelfde kanaal met dezelfde gemiddelde vermogensbeperking.
Verwachting voor een symmetrische uniforme verdeling

Gemiddeld vierkant voor symmetrische uniforme verdeling

Dispersie voor symmetrische uniforme verdeling

Tegelijkertijd voor een uniform verdeeld proces.
Differentiële entropie van signaal met uniforme verdeling
.
Het verschil tussen de differentiële entropieën van een normaal en uniform verdeeld proces hangt niet af van de grootte van de spreiding
= 0,3 bits/telling
De doorvoer en capaciteit van het communicatiekanaal zijn dus voor een proces met een normale verdeling hoger dan voor een uniform proces.
Laten we de capaciteit (volume) van het communicatiekanaal bepalen
Vk = TkCk = 10×60×2322 = 1,3932 Mbit.
Laten we de hoeveelheid informatie bepalen die kan worden verzonden in 10 minuten kanaalgebruik
10× 60× 2322=1,3932 Mbit.
Taken

1. Berichten die uit het alfabet bestaan, worden naar het communicatiekanaal verzonden x1, x2 En x 3 met waarschijnlijkheden p(x 1)=0,2;p(x 2) =0,3 En p(x3)=0,5.
De kanaalmatrix heeft de vorm:
waarin .
Berekenen:
1. Entropie van de informatiebron H(X) en ontvanger H(Y).
2. Algemene en voorwaardelijke entropie H(Y/X).
3. Informatieverlies in het kanaal tijdens verzending Naar karakters ( k = 100).
4. Hoeveelheid informatie ontvangen tijdens verzending Naar karakters.
5. Informatieoverdrachtsnelheid, als de transmissietijd uit één teken bestaat t = 0,01 ms.
2. Alfabettekens worden via het communicatiekanaal verzonden x 1, x 2, x 3 En x 4 met waarschijnlijkheden. Bepaal de hoeveelheid informatie die wordt ontvangen tijdens de verzending van 300 symbolen, als het effect van interferentie wordt beschreven door de kanaalmatrix:
.
3. Bepaal het informatieverlies in het communicatiekanaal bij het verzenden van equiprobable alfabetsymbolen, als de kanaalmatrix de vorm heeft
.
t = 0,001 sec.
4. Bepaal het informatieverlies bij het verzenden van 1000 tekens van het bronalfabet x 1, x 2 En x 3 met waarschijnlijkheden p=0,2; p=0,1 En p()=0,7, als de invloed van interferentie in het kanaal wordt beschreven door de kanaalmatrix:
.
5. Bepaal de hoeveelheid ontvangen informatie bij het verzenden van 600 symbolen, als de waarschijnlijkheid van het verschijnen van symbolen aan de uitgang van de bron X zijn gelijk: en de invloed van interferentie tijdens verzending wordt beschreven door de kanaalmatrix:
.
6. Berichten bestaande uit alfabettekens worden naar het communicatiekanaal verzonden en de kans op het verschijnen van alfabettekens is gelijk aan:
Het communicatiekanaal wordt beschreven door de volgende kanaalmatrix:
.
Bepaal de transmissiesnelheid van informatie als de transmissietijd van één symbool is Mevr.
7. Signalen worden verzonden via het communicatiekanaal x 1, x 2 En x 3 met waarschijnlijkheden p=0,2; p=0,1 En p()=0,7. De invloed van interferentie in het kanaal wordt beschreven door de kanaalmatrix:
.
Bepaal de totale voorwaardelijke entropie en het aandeel informatieverlies dat op het signaal valt x 1(gedeeltelijke voorwaardelijke entropie).
8. Alfabettekens worden via het communicatiekanaal verzonden x 1, x 2, x 3 En x 4 met waarschijnlijkheden.
Interferentie in het kanaal wordt gespecificeerd door de kanaalmatrix
.
Bepaal de capaciteit van het communicatiekanaal als de transmissietijd van één symbool is t = 0,01 sec.
Bepaal de hoeveelheid informatie die wordt ontvangen bij het verzenden van 500 symbolen, als de waarschijnlijkheid van het verschijnen van symbolen bij de ontvangeringang Y zijn gelijk aan: , en de invloed van interferentie tijdens verzending wordt beschreven door de kanaalmatrix:
.

Continue communicatiekanaalcapaciteit
(14)
Voor een discreet communicatiekanaal komt de maximale waarde van de transmissiesnelheid overeen met even waarschijnlijke tekens van het alfabet. Voor een continu communicatiekanaal wordt, wanneer het gemiddelde signaalvermogen wordt gegeven, de maximale snelheid bereikt bij gebruik van normale gecentreerde willekeurige signalen.
Als het signaal gecentreerd is ( mx = 0) d.w.z. zonder een constante component is het restvermogen nul ( P0 = 0). De centraliteitsvoorwaarde zorgt voor maximale spreiding voor een gegeven gemiddeld signaalvermogen
Als het signaal een normale verdeling heeft, is de a priori differentiële entropie van elk monster maximaal.
Daarom gaan we er bij het berekenen van de capaciteit van een continu kanaal van uit dat een continu signaal met een beperkt gemiddeld vermogen via het kanaal wordt verzonden - Pc en additief geluid ( y = x+f) ook met beperkt gemiddeld vermogen – Pn soort witte (Gaussiaanse) ruis.

Over het algemeen wordt het informatietransmissiekanaal opgevat als de gehele reeks technische middelen die de overdracht van elektrische signalen van de bron van berichten naar de consument garanderen. Bij het overwegen van kanalen wordt er meestal van uitgegaan dat de communicatielijn gegeven is (er wordt aangenomen dat alle noodzakelijke kenmerken van de communicatielijn bekend zijn) en worden alle taken van analyse en synthese van informatietransmissiekanalen gereduceerd tot de analyse en synthese van signaal conversieoperatoren in de zender, ontvanger en andere apparaten.

Informatietransmissiekanalen worden geclassificeerd op basis van verschillende criteria: op doel, op basis van de aard van communicatielijnen, op frequentiebereik, op basis van de aard van signalen aan de ingang en uitgang van kanalen, enz. Afhankelijk van hun doel worden kanalen onderverdeeld in telefoon,

telegraaf, televisie, fototelegraaf, geluidsuitzending, telemetrie, datatransmissie, enz. Afhankelijk van het feit of de signalen zich in de vrije ruimte of langs geleidelijnen voortplanten, worden radiocommunicatiekanalen en -kanalen onderscheiden bekabelde communicatie: bovengronds, kabel, golfgeleider, lichtgeleider, etc. Bovengrondse communicatielijnen zenden signalen uit in het bereik van 0-160 kHz. Voor meer hoge frequenties ah, de invloed van interferentie neemt toe, de verzwakking van signalen neemt sterk toe en de invloed van langegolfradiozenders wordt beïnvloed. Een aanzienlijk nadeel van bovengrondse communicatielijnen is de grote afhankelijkheid van hun eigenschappen van atmosferische omstandigheden. Veel beste eigenschappen en een grotere stabiliteit in het werk hebben kabel lijnen communicatie. Ze vormen de basis van backbone-netwerken communicatie op lange afstand ze zenden signalen uit in het frequentiebereik van 600 kHz tot 60 MHz. Bij een verdere toename van de frequentie neemt de verzwakking van signalen sterk toe.

Momenteel intensieve theoretische en experimenteel werk over de studie van metalen golfgeleiders. De verkregen resultaten laten ons hopen dat deze communicatielijnen op grote schaal zullen worden gebruikt voor het verzenden van signalen in het bereik van 35-80 GHz (golflengte 8,6-3,75 mm). Een cirkelvormige golfgeleider met een interne diameter van 6 cm is veelbelovend, waarlangs het mogelijk is om meer dan 200.000 standaard telefoon kanalen(spraakfrequentiekanalen met een effectief gebruikte frequentieband van 300 tot 3400 Hz) of ongeveer 200 televisiekanalen. Uit economische berekeningen blijkt dat het bij het organiseren van telefoonkanalen tot 30.000 toch raadzaam is om deze te gebruiken coaxiale kabel, meer dan 30.000 kanalen - golfgeleider. Een nog groter aantal standaard kanalen kan worden georganiseerd met behulp van optische communicatiesystemen die signalen gebruiken in de frequentieband 600-900 THz (0,5-0,3 μm). Met behulp van gesloten geleidingssystemen, ook wel lichtgeleiders genoemd, is het mogelijk om stabiele communicatie te realiseren lange afstanden. Diëlektrische flexibele vezellichtgeleiders zijn van groot praktisch belang.

Naast bedrade communicatielijnen worden radiolijnen met verschillende bereiken veel gebruikt. In veel gevallen zijn deze lijnen zuiniger en kunt u snel ultralangeafstandscommunicatie (wereldwijde) organiseren zonder tussenstations. Bovendien, en dit is erg belangrijk, zijn deze lijnen het enige communicatiemiddel met bewegende objecten (vliegtuigen, ruimtevaartuigen, schepen, inclusief onderzeeërs, auto's, enz.).

De meest gebruikte voor het verzenden van meerkanaalsberichten zijn terrestrische radiorelaislijnen die werken in het meter-, decimeter- en centimetergolflengtebereik bij frequenties van 60 MHz tot 15 GHz. Bij deze frequenties wordt een grote bandbreedte van het transmissiepad geboden, noodzakelijk voor meerkanaals telefoon- en televisiecommunicatie

atmosferische en industriële interferentie. Dit alles zorgt voor een hoge ruisimmuniteit van de informatieoverdracht.

Een soort radiorelaislijnen zijn troposferische lijnen, waarin signalen worden ontvangen die worden gereflecteerd door inhomogeniteiten in de troposfeer. Het gebruik van troposferische voortplanting van radiogolven over lange afstanden maakt het mogelijk om radiocommunicatielijnen over lange afstanden te creëren met afstanden tussen relaisstations van enkele honderden kilometers. Deze lijnen werken meestal in het frequentiebereik van 0,5 tot 6 GHz.

Satellietcommunicatielijnen zijn veelbelovend. Volgens het werkingsprincipe vertegenwoordigen ze een soort radiorelaislijnen, waarvan de repeaters zich bevinden kunstmatige satellieten Aarde. Een belangrijk voordeel van satellietlijnen is het lange communicatiebereik, dat met één satelliet (repeater) ongeveer 10.000 km bedraagt. Wanneer u een satellietsysteem gebruikt, kunt u zich organiseren mondiale connectiviteit- tussen alle punten op aarde. Satellietlijnen communicatie werkt in het frequentiebereik 4-6 GHz. Momenteel zijn zes nieuwe frequentiebereiken toegewezen van 11 tot 250 GHz, waarvan de ontwikkeling de kwaliteitsindicatoren aanzienlijk zal verbeteren satellietcommunicatie. Satellietcommunicatiesystemen, vooral met digitale methoden voor signaaloverdracht, zijn ook veelbelovend in de burgerluchtvaart, vooral met toegang tot luchtroutes van supersonische passagiersschepen.

Zoals we zien worden moderne methoden en middelen voor informatieoverdracht gekenmerkt door een overgang naar steeds hogere frequenties. Dit heeft de volgende hoofdredenen: het gebruik van hoge frequenties maakt het mogelijk om zeer gerichte straling te verkrijgen met kleine antenneafmetingen; in hoogfrequente gebieden hebben atmosferische en industriële interferentie minder invloed; hoe hoger de draaggolffrequentie, hoe groter het aantal kanalen dat kan worden georganiseerd zonder wederzijdse interferentie; alleen in hoge frequentiebereiken, beginnend vanaf de meter, kan dit worden georganiseerd groot aantal breedbandkanalen, zoals videotelefoonkanalen en televisiekanalen.

Een van de belangrijkste taken bij het analyseren van informatietransmissiekanalen is het analyseren van de vervormingen van de signalen die er doorheen worden verzonden. Bovenal wordt de kwaliteit van de informatieoverdracht beïnvloed door signaalvormvervormingen, bepaald door de werkelijke amplitude en frequentie kenmerken kanalen, evenals multipath-voortplanting van radiogolven. Wiskundige modellen voor een volledige analyse van vervormingen in echte kanalen zijn behoorlijk complex.

Voor een algemene benadering van de analyse van vervormingen wordt het kanaal beschouwd als een gelijkwaardig netwerk met twee terminals, waarvan de werking wordt beschreven door een bepaalde operator. Als het ingangssignaal het signaal is aan de uitgang van het kanaal, voor een meer gedetailleerde analyse van vervormingen wordt het communicatiekanaal weergegeven als een serieverbinding van een lineair, in het algemeen traagheids- en niet-lineair niet-traagheidsnetwerk met vier terminals, in

waar lineaire en niet-lineaire signaalvervormingen optreden. Als het kanaal een modulator bevat en er wordt rekening gehouden met een demodulator of met signaalfading, dan wordt een quadripool met variabele parameters in serie geschakeld met deze quadrupolen. Als u uw werk moet analyseren individuele apparaten kanaal wordt het aantal in serie geschakelde quadripolen vergroot. Om bijvoorbeeld een radiotransmissiekanaal te analyseren discrete berichten maken vaak gebruik van het blokdiagram in Fig. 1.1.

Rijst. 1.1. Structureel schema kanaal voor informatieoverdracht

Het kanaal wordt beschouwd als een seriële verbinding van de encoder, de eerste en tweede modulator, de communicatielijn, de eerste en tweede demodulator en de decoder. Met behulp van een kanaalmodel in de vorm van een gelijkwaardig netwerk met vier poorten (of seriële verbinding quadripoles) kunt u een aantal problemen met de analyse en synthese van kanalen oplossen met behulp van theoretische methoden radiocircuits en statistische radiotechniek.

Op basis van de aard van de signalen aan de ingang en uitgang van kanalen worden discrete, continue, discreet-continue en continu-discrete kanalen onderscheiden. Een discreet kanaal, bijvoorbeeld in het circuit van Fig. 1.1 is het kanaal dat wordt beschouwd vanaf de encoderingang naar de decoderuitgang of vanaf de eerste modulatoringang naar de tweede demodulatoruitgang. Als we de set technische middelen beschouwen vanaf de uitgang van de eerste of tweede modulator tot de ingang van de eerste of tweede demodulator, dan vormt deze set in elk informatietransmissiesysteem een ​​continu kanaal. Een voorbeeld van een discreet-continu kanaal is een reeks technische middelen vanaf de ingang van de eerste modulator tot de ingang van de eerste of tweede demodulator. Een continu-discreet kanaal wordt gevormd als het wordt geanalyseerd in het circuit van Fig. 1.1 de doorgang van signalen van de uitgang van de eerste of tweede modulator naar de uitgang van de tweede demodulator of, in het algemeen, naar de uitgang van de decoder. Dus gebaseerd op een continu kanaal (in figuur 1.1 wordt dit gestippeld weergegeven).

lijn) kanalen van alle andere typen worden gevormd. Daarom wordt veel aandacht besteed aan de studie van continue kanalen.

Er worden wiskundige modellen voor het bestuderen van kanalen gebouwd, rekening houdend met de beschouwde classificatie. In wezen komt de ontwikkeling van het model neer op het bepalen van de structuur en parameters van de equivalente signaaltransformatie-operator in het kanaal. Afhankelijk van het type van deze operator worden kanalen onderscheiden: lineair, niet-lineair, traag, traagheidsvrij, stationair, niet-stationair, deterministisch, probabilistisch, enz. Lineaire traagheidskanalen met constante parameters zijn het meest bestudeerd.

Als het verzonden signaal wordt beschouwd als een willekeurig proces, waardoor de signaalmodellen aanzienlijk dichter bij de echte komen, dan is het bij het analyseren van de doorgang van het signaal door het kanaal noodzakelijk om de doorgang te analyseren willekeurige processen via quadripolen beschreven diverse exploitanten. Dergelijke problemen worden opgelost in de statistische radiotechniek; de resultaten van het oplossen van deze problemen vinden directe toepassing bij de analyse van informatietransmissiekanalen.

Net als bij signalen is het handig om voor kanalen het volgende te gebruiken: fysieke eigenschappen, zoals kanaalbezettijd, kanaalbandbreedte (transparantie), bereik van toegestane signaalniveaus bij verzending via het kanaal, kanaalbasis, kanaalcapaciteit

Staatsexamen

(Staats examen)

Vraag nr. 3 “Communicatiekanalen. Classificatie van communicatiekanalen. Communicatiekanaalparameters. Voorwaarde voor het verzenden van een signaal via een communicatiekanaal.”

(Plyaskin)

Koppeling. 3

Classificatie. 5

Kenmerken (parameters) van communicatiekanalen. 10

Voorwaarde voor het verzenden van signalen via communicatiekanalen. 13

Literatuur. 14

Koppeling

Koppeling- een systeem van technische middelen en signaalverspreidingsomgeving voor het verzenden van berichten (niet alleen gegevens) van bron naar ontvanger (en vice versa). Communicatiekanaal, opgevat in enge zin ( communicatie pad), vertegenwoordigt alleen het fysieke signaalvoortplantingsmedium, bijvoorbeeld een fysieke communicatielijn.

Het communicatiekanaal is ontworpen om signalen tussen elkaar te verzenden apparaten op afstand. Signalen bevatten informatie die bedoeld is om aan de gebruiker (persoon) te worden gepresenteerd of om te worden gebruikt applicatieprogramma's COMPUTER.

Communicatiekanaal omvat volgende componenten:

1) zendapparaat;

2) ontvangstapparaat;

3) transmissiemedium van verschillende fysieke aard (Fig. 1).

Het signaal dat door de zender wordt gegenereerd en informatie bevat, komt, nadat het door het transmissiemedium is gegaan, aan bij de ingang van het ontvangende apparaat. Vervolgens wordt de informatie gescheiden van het signaal en verzonden naar de consument. De fysieke aard van het signaal is zo gekozen dat het zich met minimale verzwakking en vervorming door het transmissiemedium kan voortplanten. Het signaal is noodzakelijk als informatiedrager; het draagt ​​zelf geen informatie.

Figuur 1. Communicatiekanaal (optie nr. 1)

Afb.2 Communicatiekanaal (optie nr. 2)

Die. dit (kanaal) - technisch apparaat(technologie + milieu).

Classificatie

Er zullen precies drie soorten classificaties zijn. Kies naar smaak en kleur:

Classificatie nr. 1:

Er zijn veel soorten communicatiekanalen, waarvan de meest voorkomende zijn bekabelde kanalen communicatie ( antenne, kabel, glasvezel enz.) en radiocommunicatiekanalen (troposferisch, satelliet en etc.). Dergelijke kanalen worden op hun beurt gewoonlijk gekwalificeerd op basis van de kenmerken van de ingangs- en uitgangssignalen, evenals op basis van veranderingen in de kenmerken van de signalen, afhankelijk van verschijnselen die in het kanaal optreden, zoals vervaging en verzwakking van signalen.

Op basis van het type distributiemedium worden communicatiekanalen onderverdeeld in:

Bedrade;

Akoestisch;

Optisch;

Infrarood;

Radiokanalen.

Communicatiekanalen worden ook ingedeeld in:

· continu (aan de kanaalingang en -uitgang – continue signalen),

· discreet of digitaal (aan de ingang en uitgang van het kanaal - discrete signalen),

continu-discreet (aan de kanaalingang zijn er continue signalen en aan de uitgang zijn er discrete signalen),

· discreet-continu (discrete signalen aan de kanaalingang en continue signalen aan de uitgang).

Kanalen kunnen zijn zoals lineair En niet-lineair, tijdelijk En tijdruimte.

Mogelijk classificatie communicatie kanalen per frequentiebereik .

Informatieoverdrachtsystemen zijn dat wel enkel kanaal En meerkanaals. Het type systeem wordt bepaald door het communicatiekanaal. Als een communicatiesysteem op hetzelfde type communicatiekanalen is gebouwd, wordt de naam ervan bepaald door de typische naam van de kanalen. Anders wordt gebruik gemaakt van de detaillering van classificatiekenmerken.

Classificatie nr. 2 (meer gedetailleerd):

1. Classificatie volgens het gebruikte frequentiebereik

Ø Kilometer (DV) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hectometrisch (HW) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Decameter (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Meter (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø UHF (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø Centimetergolf (SMV) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Millimetergolf (MMW) 1-10 mm, 30-300 GHz;

Ø Decimilimeter (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

2. Volgens de richting van communicatielijnen

- gericht ( er worden verschillende geleiders gebruikt):

Ø coaxiaal,

Ø getwiste paren op basis van koperen geleiders,

Ø glasvezel.

- omnidirectioneel (radioverbindingen);

Ø zichtlijn;

Ø troposferisch;

Ø ionosferisch

Øruimte;

Ø radiorelais (heruitzending op decimeter en kortere radiogolven).

3. Op type verzonden berichten:

Ø telegraaf;

Ø telefoon;

Ødatatransmissie;

Ø fax.

4. Op type signalen:

Ø analoog;

Ødigitaal;

Øpuls.

5. Op type modulatie (manipulatie)

- In analoge communicatiesystemen:

Ø met amplitudemodulatie;

Ø met single-band modulatie;

Ø met frequentiemodulatie.

- IN digitale systemen communicatie:

Ø met manipulatie van de amplitude;

Ø met frequentieverschuiving;

Ø met fasemanipulatie;

Ø met relatieve faseverschuivingssleutel;

Ø met tonale keying (afzonderlijke elementen manipuleren een hulpdraaggolfoscillatie (toon), waarna manipulatie op een hogere frequentie wordt uitgevoerd).

6. Volgens de basiswaarde van het radiosignaal

Ø breedband (B>> 1);

Ø smalband (B»1).

7. Op basis van het aantal gelijktijdig verzonden berichten

Ø eenkanaals;

Ø meerkanaals (frequentie, tijd, code verdeling kanalen);

8. Op aanwijzing van de berichtenuitwisseling

Ø eenzijdig;

Ø bilateraal.
9. In opdracht van berichtenuitwisseling

Ø eenvoudige communicatie- tweerichtingsradiocommunicatie, waarbij de verzending en ontvangst van elk radiostation afwisselend plaatsvindt;

Ø dubbelzijdige communicatie- verzending en ontvangst worden gelijktijdig uitgevoerd (het meest efficiënt);

Ø half-duplex communicatie- verwijst naar simplex, dat voorziet in een automatische overgang van verzending naar ontvangst en de mogelijkheid om de correspondent opnieuw te vragen.

10. Methoden voor het beschermen van verzonden informatie

Ø open communicatie;

Ø gesloten communicatie (geheim).

11. Afhankelijk van de mate van automatisering van de informatie-uitwisseling

Ø niet-geautomatiseerd - controle over het radiostation en uitwisseling van berichten wordt uitgevoerd door de operator;

Ø geautomatiseerd - alleen informatie wordt handmatig ingevoerd;

Ø automatisch - het berichtenproces wordt uitgevoerd tussen een automatisch apparaat en een computer zonder tussenkomst van de operator.

Classificatie nr. 3 (er mag iets herhaald worden):

1. Met doel

Telefoon

Telegraaf

Televisie

Uitzending

2. Door transmissierichting

Simplex (transmissie slechts in één richting)

Half-duplex (transmissie afwisselend in beide richtingen)

Duplex (gelijktijdige verzending in beide richtingen)

3. Afhankelijk van de aard van de communicatielijn

Mechanisch

Hydraulisch

Akoestisch

Elektrisch (bedraad)

Radio (draadloos)

Optisch

4. Door de aard van de signalen aan de in- en uitgang van het communicatiekanaal

Analoog (continu)

Discreet in de tijd

Discreet op signaalniveau

Digitaal (discreet in zowel tijd als niveau)

5. Op aantal kanalen per communicatielijn

Enkel kanaal

Meerkanaals

En hier nog een tekening:

Afb.3. Classificatie van communicatielijnen.

Kenmerken (parameters) van communicatiekanalen

1. Kanaaloverdrachtfunctie: gepresenteerd in de vorm amplitude-frequentierespons (AFC) en laat zien hoe de amplitude van de sinusoïde aan de uitgang van het communicatiekanaal verzwakt in vergelijking met de amplitude aan de ingang ervan voor alle mogelijke frequenties van het verzonden signaal. De genormaliseerde amplitude-frequentierespons van het kanaal wordt getoond in figuur 4. Als u de amplitude-frequentierespons van een echt kanaal kent, kunt u de vorm van het uitgangssignaal voor vrijwel elk ingangssignaal bepalen. Om dit te doen, is het noodzakelijk om het spectrum van het ingangssignaal te vinden, de amplitude van de samenstellende harmonischen om te zetten in overeenstemming met de amplitude-frequentiekarakteristiek, en vervolgens de vorm van het uitgangssignaal te vinden door de geconverteerde harmonischen op te tellen. Om de amplitude-frequentierespons experimenteel te controleren, is het noodzakelijk om het kanaal te testen met referentiesinusoïden (gelijk in amplitude) over het gehele frequentiebereik van nul tot een bepaalde maximale waarde, die in de ingangssignalen kunnen voorkomen. Bovendien moet de frequentie van de ingangssinusoïden in kleine stappen worden gewijzigd, wat betekent dat het aantal experimenten groot moet zijn.

-- verhouding van het spectrum van het uitgangssignaal tot de ingang
- bandbreedte

Fig.4 Genormaliseerde amplitude-frequentierespons van het kanaal

2. Bandbreedte: is een afgeleid kenmerk van de frequentierespons. Het vertegenwoordigt een continu bereik van frequenties waarvoor de verhouding van de amplitude van het uitgangssignaal tot de ingang een vooraf bepaalde limiet overschrijdt, dat wil zeggen dat de bandbreedte het bereik van signaalfrequenties bepaalt waarbij dit signaal zonder significante vervorming via een communicatiekanaal wordt verzonden. . Normaal gesproken wordt de bandbreedte gemeten op 0,7 van de maximale frequentieresponswaarde. Bandbreedte heeft de grootste invloed op de maximaal mogelijke snelheid van informatieoverdracht via een communicatiekanaal.

3. Verzwakking: wordt gedefinieerd als de relatieve afname in amplitude of vermogen van een signaal wanneer een signaal met een bepaalde frequentie via een kanaal wordt verzonden. Vaak is bij het bedienen van een kanaal de fundamentele frequentie van het verzonden signaal vooraf bekend, dat wil zeggen de frequentie waarvan de harmonische de grootste amplitude en kracht heeft. Daarom is het voldoende om de verzwakking bij deze frequentie te kennen om bij benadering de vervorming te schatten van de signalen die via het kanaal worden verzonden. Nauwkeuriger schattingen zijn mogelijk als we de verzwakking kennen bij verschillende frequenties die overeenkomen met verschillende fundamentele harmonischen van het verzonden signaal.

Demping wordt meestal gemeten in decibel (dB) en wordt berekend met behulp van de volgende formule: , Waar

Signaalvermogen aan de kanaaluitgang,

Signaalvermogen aan de kanaalingang.

Demping wordt altijd berekend voor een specifieke frequentie en is gerelateerd aan de kanaallengte. In de praktijk wordt altijd het concept van “lineaire verzwakking” gebruikt, d.w.z. signaalverzwakking per eenheid kanaallengte, bijvoorbeeld verzwakking 0,1 dB/meter.

4. Transmissiesnelheid: karakteriseert het aantal bits dat per tijdseenheid via het kanaal wordt verzonden. Het wordt gemeten in bits per seconde - bps, evenals afgeleide eenheden: Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s. De transmissiesnelheid is afhankelijk van de kanaalbandbreedte, het ruisniveau, het type codering en modulatie.

5. Immuniteit voor kanaalruis: kenmerkt zijn vermogen om signaaloverdracht te bieden in omstandigheden van interferentie. Interferentie wordt meestal onderverdeeld in intern(vertegenwoordigt thermisch geluid van apparatuur) En extern(ze zijn divers en afhankelijk van het transmissiemedium). De ruisimmuniteit van het kanaal hangt af van hardware en algoritmische oplossingen voor het verwerken van het ontvangen signaal, die zijn ingebed in het zendontvangerapparaat. Immuniteit voor lawaai overdracht van signalen via het kanaal kan worden verhoogd vanwege codering en speciale verwerking signaal.

6. Dynamisch bereik : logaritme van de verhouding maximale kracht signalen die door het kanaal worden verzonden tot een minimum worden beperkt.

7. Geluidsimmuniteit: Dit is ruisimmuniteit, d.w.z. immuniteit tegen lawaai.