Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика
Посмотреть оригинал

КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Общая характеристика

В подразделе 3.3.1 приводилась простейшая модель системы передачи данных (см. рис. 3.32) и описывались основные проблемы, связанные с передачей данных на расстояние. Рассмотренные ниже вопросы технической реализации идеи передачи данных от источника к адресату позволяют вернуться к рассмотренной модели уже на новом уровне (рис. 3.52) с учетом реальных технических решений, физических средств и способов, используемых при транспортировке данных, чтобы оценить основные технические характеристики автоматизированных систем передачи информации:

  • ? скорость передачи информации;
  • ? пропускную способность;
  • ? ширину полосы;
  • ? помехозащищенность, т.е. степень противодействия системы воздействующим на нее помехам;
  • ? достоверность передачи информации.
Система передачи информации

Рис. 3.52. Система передачи информации

Поскольку на КС могут действовать помехи, то следует говорить о перечисленных показателях в системах с помехами и с отсутствием помех в канале связи.

Скорость передачи

Скорость передачи информации 1 определяется количеством информации, передаваемой по КС в единицу времени, и в общем случае зависит от статистических свойств источника сообщений и параметров КС.

Если через канал связи без помех передается последовательность дискретных сообщений длительностью Т, то скорость передачи информации по каналу определяется выражением:

где I — количество информации, содержащейся в сообщении, бит/с.

Скорость передачи информации 1 зависит от:

  • ? статистики передаваемых сообщений;
  • ? способа передачи по каналу связи (цифровой или аналоговый);
  • ? характеристики помех и их интенсивности.

Пропускная способность

Максимально возможное значение скорости передачи информации

Тшах принимают за пропускную способность канала без помех, т.е. С = = Imax. Пропускная способность С измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах: Кбит/с, Мбит/с.

Заметим, что пропускная способность — это характеристика КС, которая не зависит от скорости передачи информации. Количественно пропускная способность КС оценивается максимальным числом двоичных единиц информации (бит), которое данный канал может передать за 1 с.

Для наиболее эффективного использования КС необходимо, чтобы скорость передачи информации 1 была как можно ближе к пропускной способности канала. Если скорость поступления информации на вход КС превышает С, то по КС будет передана не вся информация. Основное условие согласования источника информации и канала связи определяется соотношением:

Согласование осуществляется путем кодирования сообщения, выполняемого кодером К, после чего сообщение представляется в виде последовательности прямоугольных импульсов. Затем сигналы модулируются (аналоговая передача) и поступают на КС. Согласование частоты передаваемых сигналов Fc с частотой канала связи FK обеспечивается путем модуляции. Кодер и модулятор входят в состав передатчика сигнала.

При передаче сигналов по физическим КС различают два вида кодирования — физическое и логическое. При этом оба вида оказывают влияние на пропускную способность канала.

Способ представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим кодированием. От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и соответственно пропускная способность линии. Таким образом, для одного способа кодирования линия может иметь одну пропускную способность, а для другого — другую.

Если несущий сигнал изменится так, что равновероятно можно различить только два состояния его информативного параметра, то по оценке Р. Хартли любое изменение сигнала будет соответствовать наименьшей единице информации — биту. Если же сигнал может иметь более двух различных состояний, то любое его изменение будет нести несколько битов информации. Например, если информативными параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются 4 состояния фазы: 0, 90, 180 и 270° и два значения амплитуды сигнала, то информационный сигнал может иметь 8 различных состояний и при одном изменении сигнала передается 3 бита информации.

Число изменений информативного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между соседними изменениями информативного параметра сигнала называется тактом работы передатчика или бодовым интервалом.

Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бодов. Она может быть как выше, так и ниже числа бодов, что зависит от способа кодирования.

Если сигнал имеет более двух различимых состояний, то пропускная способность в битах в секунду будет выше, чем число бодов. Так, модем, работающий со скоростью 2400 бод (с тактовой частотой 2400 Гц), при трех различимых состояниях сигнала будет передавать информацию со скоростью 7200 бит/с.

При использовании сигналов с двумя различимыми состояниями может наблюдаться обратная картина. Это часто происходит потому, что для надежного распознавания приемником информации каждый бит в последовательности кодируется с помощью нескольких изменений информативного параметра несущего сигнала. Например, при кодировании единичного значения бита импульсом положительной полярности, а нулевого значения бита — импульсом отрицательной полярности физический сигнал дважды изменяет свое состояние при передаче каждого бита. При таком кодировании пропускная способность линии в 2 раза ниже, чем число бодов, передаваемое по линии.

При логическом кодировании, которое выполняется до физического, бит исходной информации заменяется новой последовательностью битов, несущей ту же информацию, но обладающей дополнительными свойствами, например возможностью для приемной стороны обнаруживать ошибки в принятых данных. Сопровождение каждого байта исходной информации одним битом четности — это пример очень часто применяемого способа логического кодирования при передаче данных с помощью модемов. Другим примером логического кодирования может служить шифрование данных, обеспечивающее их конфиденциальность при передаче по общественным каналам связи. При логическом кодировании чаще всего исходная последовательность битов заменяется более длинной последовательностью, поэтому пропускная способность канала по отношению к полезной информации при этом уменьшается.

Таким образом, пропускная способность системы передачи информации зависит и от характеристик передаваемых сигналов, и от характеристик ЛС, в частности ее полосы пропускания. Существует прямая связь между шириной полосы и скоростью передачи данных — чем шире полоса передающей системы, тем более высокой скорости передачи данных можно достичь.

Из сказанного можно сделать вывод: если считать, что полоса сигнала сосредоточена около некоторой частоты, называемой центральной частотой, то чем больше эта центральная частота, тем шире возможная полоса и, следовательно, выше потенциальная скорость передачи данных. Если, например, сигнал сосредоточен на частоте 2 МГц, то максимальная ширина полосы составляет 4 МГц.

Ограниченность полосы пропускания приводит к частотным искажениям сигнала. Если значимые гармоники сигнала (т.е. те гармоники, амплитуды которых вносят основной вклад в результирующий сигнал) попадут в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо проходить по данной линии связи и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком. Если же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания линии связи, то сигнал будет сильно искажаться, приемник будет ошибаться при распознавании информации, и следовательно, информация не сможет передаваться с заданной пропускной способностью.

Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью независимо от принятого способа физического кодирования установили Шеннон и Хартли. Эта формула называется законом Шеннона—Хартли:

где С — максимальная пропускная способность линии, бит/с;

В — ширина полосы пропускания линии, Гц;

Рсш — отношение мощностей сигнала и шума, дБ.

Пропускную способность линии можно повысить за счет увеличения мощности передатчика или уменьшения мощности шума (помех) на линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом.

Найквист вывел формулу, определяющую зависимость максимальной скорости передачи информации С (бит/с) от ширины полосы пропускания В без учета шума в канале:

где М — число различимых состояний сигнала.

Если сигнал имеет два состояния, то пропускная способность равна удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи.

Если же передатчик использует более чем 2 устойчивых состояния сигнала для кодирования данных, то пропускная способность линии повышается, так как за один такт работы передатчик передает несколько битов исходных данных.

Так, если полоса пропускания телефонной сети равна 3100 Гц, а М = 3, то согласно формуле Найквиста максимальная скорость передачи данных будет равна

Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его влияние отражается в выборе числа состояний информативного параметра сигнала. Для повышения пропускной способности канала хотелось бы существенно увеличить это число, но на практике этого сделать нельзя из-за шума на линии. Поэтому число возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала и шума, а формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в том случае, когда число состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознавания приемником.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы