Модуляция и кодирование при передаче данных

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Передача данныхуже на самых ранних этапах использовала цифровые подходы (например, коды Бодо). Понятно, что когда информация предназначена непосредственно для человека, она должна быть соответствующим образом преобразована. Это прежде всего относится к передаче голоса.

По каналам связипередаются, как правило, модулированные сигналы. Несущая частота передачи, (например, при трансляции по радиоканалу) на порядок превосходит частоты голосового сигнала. Модуляция позволяет решить проблему согласования частот. Но следует иметь в виду, что модуляция используется не только в радиоканалах. Современные цифровые методы передачи также немыслимы без применения модуляции.

Человек - аналоговое устройство с точки зрения средств коммуникаций, которыми он располагает. Элементы цифровой техники можно обнаружить лишь на глазном дне.

Существует множество различных видов модуляции. Исторически первыми появились аналоговые способы модуляции: амплитудная, частотная, фазовая и различные их комбинации. Это было связано с технологической простотой их реализации. Цифровые методы стали использоваться лишь около 50 лет назад.

Главным недостатком метода амплитудной модуляции является возможность нелинейных искажений из-за перемодуляции (когда амплитуда модулирующего сигнала слишком велика).

При частотной и фазовой модуляции амплитуда передаваемого сигнала остается почти постоянной, что исключает нелинейные искажения, связанные с широким динамическим амплитудным диапазоном. Выходной сигнал для этого вида модуляции имеет вид , где зависит от формы преобразуемого входного сигнала. Часто используется комбинация амплитудной и фазовой модуляции, которая носит название квадратурной модуляции.

Системы передачи данных с амплитудной или частотной модуляцией являются аналоговыми системами и по этой причине весьма чувствительны к шумам на входе приемника.

Применение цифровых методов пересылки информации увеличивает вероятность корректной доставки. Если для аналоговой передачи требуется отношение " сигнал/шум" на уровне 40-60 дБ, то при цифровой передаче достаточно 10-12 дБ.

Выбор типа модуляции зависит от стоящей задачи и от характеристик канала (полосы пропускания, ослабления сигнала и т.д.). Частотная модуляция менее чувствительна к амплитудным флуктуациям сигнала. Ослабление сигнала может варьироваться во времени из-за изменений в транспортной среде, что довольно типично для коммутируемых телефонных сетей. В любом случае на передающей стороне необходим модулятор, а на принимающей - демодулятор. Так как обмен обычно двунаправлен, эти устройства объединяются в одном приборе, который называется модемом.

Впервые импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) была применена для голосового сигнала в 1937 году Алеком Ривсом. Это было сделано для преодоления проблемы накопления искажений и шумов в процессе ретрансляции аналоговых сигналов. Тогда впервые было использовано стробирование с частотой 8кГц при 8-битовом аналого-цифровом преобразовании (АЦП). В то время еще не существовало эффективных технологических средств для реализации такой схемы.

Цифровая связь берет свое начало в 1970-х годах. Именно в это время начинается разработка больших интегральных схем оптоэлектроники. В процессе разработки ISDN-системы решались следующие проблемы.

Классификация линий связи

По способу передачи сигнала линии связи могут быть аналоговыми и цифровыми.

В аналоговых линиях связи передается сигнал, для которого существенно изменение амплитуды со временем. Аналоговые линии в большей степени подвержены влиянию помех.

В цифровых линиях сигнал передается в виде последовательности нулей и единиц. Для преобразования аналогового сигнала (речь, изображение) в цифровую форму применяется кодирование. Цифровые линии обладают большей пропускной способностью и меньше подвержены влиянию помех. Однако цифровая передача предъявляет более высокие требования к параметрам линии.

По виду используемой среды передачи данных линии связи могут быть проводные и беспроводные. Проводные линии, в свою очередь, делятся на воздушные и кабельные.

Кабельные линии связи.

Кабельные линии связи изначально использовались для организации компьютерных сетей. Исторически первыми были компьютерные сети на основе обычного кабеля – невитой пары. Затем стали использоваться витые пары, которые постепенно вытеснялись коаксиальными кабелями. Однако с улучшением характеристик витых пар начался обратный процесс – замена сетей на основе коаксиального кабеля сетями на основе витых пар. В последнее время все шире используются оптоволоконные кабели.

Невитая пара

Невитая пара – наиболее простая среда передачи данных. Представляет собой пару параллельных медных проводов, разделенных диэлектрической оболочкой (обычный старый телефонный провод)

Витая пара

Витая пара состоит из двух медных изолированных проводов, один из которых обвит вокруг другого. Вьющийся провод предназначен для устранения взаимного влияния между соседними витыми парами. Кабель с витой парой бывает экранированный (shielded twisted pair, STP) и неэкранированный (unshielded twisted pair, UTP). Экранированный кабель, помимо проводников, включает дополнительные экраны для каждой пары проводников (медная оплетка или фольга), ослабляющие их взаимное влияние и влияние внешних электрических полей.

Неэкранированная витая пара

Неэкранированная витая пара состоит из двух изолированных медных проводов. Стандартом определяется пять категорий неэкранированных витых пар. Кабели разных категорий различаются характеристиками медных проводников и параметрами скрутки. Кабель категории 1 – это традиционный телефонный кабель для передачи аналоговых сигналов. Кабель категории 2- для передачи данных со скоростью до 4 Мбит/с. Кабель категории 3 обеспечивает скорость до 10Мбит/с, категории 4 – до 16 Мбит/с, категории 5 – до 100 Мбит/с. В настоящее время в компьютерных сетях практически повсеместно используются витые пары категории 5.

Все кабели неэкранированных витых пар независимо от категории выпускаются в четырехпарном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки.

Для подключения витой пары к узлу сети используются коннекторы RJ-45. Это 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы RJ-11.

Достоинством витых пар является низкая стоимость и легкость подключения. Недостатком – низкая помехозащищенность и небольшая длина сегмента сети – до 100м.

Экранированная витая пара

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне. Однако наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель широко использовался в первых стандартах ЛВС. Сущестует две его разновидности – толстый и тонкий. Центральный медный проводник коаксиального кабеля окружен изолирующим слоем, снаружи которого находится экран, представляющий собой стальную или медную оплетку. Весь кабель помещен во внешнюю оболочку из изоляционного материала.

Тонкий коаксиальный кабель

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0.5 см. Используется для объединения узлов сети на расстоянии до 185 м. Существуют различные стандарты тонкого коаксиального кабеля, различающиеся структурой центральной жилы: она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов. Для подключения тонкого коаксиального кабеля к узлам сети используются BNC-коннекторы различных типов:

BNC – припаивается или обжимается на концах кабеля

BNC-T – соединяет кабель с сетевым интерфейсом узла

BNC-баррел-коннектор – используется для соединения двух отрезков кабеля

BNC-терминатор – заглушка на конце кабеля.

Тонкий коаксиальный кабель позволяет реализовать топологии «шина» и «кольцо». До недавнего времени он был очень распространен при построении сетей. Тонкий коаксиальный кабель дороже витой пары, но лучше защищен от помех. Обеспечивает скорость до 20Мбит/с.

Толстый коаксиальный кабель

Толстый коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель диаметром около 1 см. Медная жила кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля, следовательно, сопротивление меньше. Поэтому он может передавать сигнал на большие расстояния – до 500м. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяется специальное устройство – транссивер. Он снабжен специальным коннектором, который «прокусывает» изоляционный слой и осуществляет контакт с проводящей жилой. Из-за своей жесткости кабель сложнее в прокладке, к тому же он дороже, чем тонкий.

Оптоволоконный кабель

Волоконно-оптические кабели предназначены для передачи больших объемов данных на высоких скоростях на большие расстояния. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником, преобразующим световые импульсы в электрический сигнал.

Каждый оптоволоконный проводник передает сигналы только в одном направлении. Поэтому в компьютерных сетях для организации обмена данными в обоих направлениях необходимо использовать два независимо подключенных оптоволоконных кабеля с отдельными коннекторами.

Оптоволоконный кабель состоит из сердечника, выполненного из прозрачного оптоволокна, который окружен отражающим стекловолокном. Стекловолокно с сердечником покрыто защитным пластиком. Кроме того, в центре кабеля размещен стальной трос, который используется при прокладке линий связи. Сердечник оптоволоконного одноканального кабеля имеет толщину от 8 до 10 мкм, а в многоканальном – около 50 мкм.

Скорость передачи данных для оптоволоконного кабеля – от 100 Мбит/с до 2Гбит/с, а данные могут быть переданы без искажений на расстояние до двух километров. Оптоволоконный кабель обладает очень высокой помехозащищенностью. К тому же он невосприимчив к прослушиванию, что делает его особенно привлекательным для создания защищенных сетей. Недостатком является высокая стоимость, а также сложность в прокладке и установке. Он требует специальных соединителей и очень тщательного подключения к узлу сети.

В настоящее время оптоволоконные кабели используются в основном для территориально-распределенных сетей.

Беспроводные линии связи.

В качестве передающей среды могут использоваться:

Радиоканалы. Недостатком является то, что радиоволны частично поглощаются атмосферой, особенно при высокой влажности. Эти каналы сильно подвержены влиянию помех, в том числе грозовых разрядов и солнечного излучения.
Спутниковые каналы. Частоты от 4 до 20 ГГц. Обеспечивается скорость передачи данных около 50 Мбит/с.

В качестве передающей среды, как и в случае радиоканалов, используются радиоволны. Но сигнал передается не от одной наземной антенны к другой, а на спутник, и с него – на наземную антенну. Спутник должен находиться “в поле зрения антенны”. Используются либо геостационарные спутники, либо низколетящие спутники с сильно вытянутыми орбитами.

ü Геостационарные находятся над экватором на высоте 36 тыс.км. Период обращения 24 часа, то есть спутник находится постоянно над одной и той же земной поверхности. Для обеспечения связи между любыми двумя точками достаточно 3-4 спутников. Недостатки: неудобно использовать в высоких широтах; не хватает места в космосе, так как спутники, обеспечивающие связь на одной частоте, должны быть разнесены не менее чем на 2 градуса.

ü Низколетящие спутники находятся на высоте около 1, 5 тыс.км., период обращения 1-2 часа. В течение суток спутник проходит практически над всеми точками земной поверхности. Спутники работают в режиме “запомнить и передать”, т.е. принятая информация передается либо на земную антенну в тот момент, когда она находится “в поле зрения спутника”, либо на другой спутник.

Общий недостаток для радиоканалов и спутниковых каналов состоит в том, что требуется получить разрешение на использование частотного диапазона и разрешительные документы на радиооборудование. Стоимость достаточно высока.

Достоинством является высокая мобильность.

Для организации беспроводной связи используются специальные радиомодемы, которые подключаются к компьютеру через интерфейс RS-232, либо радиомодемы со встроенными Ethernet-адаптерами, которые подключаются к разъему на системной плате.

Инфракрасные каналы. Используются для установления двусторонней или широковещательной связи на близких расстояниях в зоне прямой видимости. В источнике обычно используются светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.
Лазерные каналы, так же, как и инфракрасные, используются для организации связи между объектами, расположенными в пределах прямой видимости.

http: //setevoe.com.ua/? gclid=COvF9s3XtsMCFWnMtAodcGAAXw

К 1950 годам большинство стран использовало три типа общедоступных сетей:

1. Телеграфная сеть, которая просуществовала до конца XX века.

2. Телефонная сеть (аналоговая), имеющая полосу 4 КГц и почти не менявшаяся по принципам работы с 1880-х годов. Импульсная сигнальная система практически сохранилась без изменений с 1910 года.

3. Телексная сеть, которая применялась в основном для делового обмена.

пропускной способности сети?

надежности доставки пакета адресату?

минимальной стоимости передачи пакета?

⇐ Предыдущая 1 2 3 45