Sisteme de transmitere a informațiilor, exemple de canale de comunicație. Mediu și metode de transmitere a datelor în rețele de calculatoare. Caracteristici de utilizare a firelor

Astăzi, informațiile se răspândesc atât de repede încât nu există întotdeauna suficient timp pentru a le înțelege. Majoritatea oamenilor se gândesc rareori la cum și prin ce mijloace se transmite, cu atât mai puțin își imaginează o schemă de transmitere a informațiilor.

Noțiuni de bază

Transferul de informații este considerat a fi procesul fizic de mutare a datelor (semne și simboluri) în spațiu. Din punctul de vedere al transferului de date, acesta este un eveniment preplanificat, echipat tehnic pentru mutarea unităților de informații peste potriveste ora de la așa-numita sursă la receptor printr-un canal de informații sau canal de transmisie de date.

Canalul de transmisie a datelor este un set de mijloace sau medii pentru distribuirea datelor. Cu alte cuvinte, aceasta este acea parte a circuitului de transmitere a informațiilor care asigură deplasarea informațiilor de la sursă la destinatar, și în anumite condiții, și înapoi.

Există multe clasificări ale canalelor de transmisie a datelor. Dacă le evidențiem pe cele principale, putem enumera următoarele: canale radio, optice, acustice sau wireless, cu fir.

Canale tehnice de transmitere a informațiilor

Canalele de transmisie a datelor tehnice includ direct canale radio, canale de fibră optică și cablu. Cablul poate fi coaxial sau torsadat. Primele sunt un cablu electric cu un fir de cupru în interior, iar al doilea sunt perechi răsucite de fire de cupru, izolate în perechi, situate într-o manta dielectrică. Aceste cabluri sunt destul de flexibile și ușor de utilizat. Fibra optică este formată din fire de fibră optică care transmit semnale luminoase prin reflexie.

Principalele caracteristici sunt debitul și imunitatea la zgomot. Sub debitului este obișnuit să înțelegem cantitatea de informații care poate fi transmisă pe un canal în anumit timp. Iar imunitatea la zgomot este parametrul rezistenței canalului la efectele interferențelor externe (zgomot).

Înțelegerea transferului de date

Dacă nu specificați domeniul de aplicare, schema generală de transmitere a informațiilor pare simplă, include trei componente: „sursă”, „receptor” și „canal de transmisie”.

Schema Shannon

Claude Shannon, un matematician și inginer american, a fost la originile teoriei informației. Aceștia au propus o schemă de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare.

Această diagramă nu este greu de înțeles. Mai ales dacă vă imaginați elementele sale sub formă de obiecte și fenomene familiare. De exemplu, sursa de informații este o persoană care vorbește la telefon. Receptorul va fi un codificator care convertește vorbirea sau unde sonoreîn semnale electrice. Canalul de transmisie a datelor în acest caz este nodurile de comunicație, în general, întreaga rețea de telefonie care duce de la unul singur aparat de telefon altcuiva. Dispozitivul de decodare este receptorul abonatului. El transformă semnalul electric înapoi în sunet, adică în vorbire.

În această diagramă a procesului de transfer de informații, datele sunt reprezentate ca un semnal electric continuu. Acest tip de comunicare se numește analogic.

Conceptul de codificare

Codarea este considerată a fi transformarea informațiilor trimise de o sursă într-o formă adecvată pentru transmiterea prin canalul de comunicație utilizat. Cel mai înțeles exemplu de codare este codul Morse. În ea, informațiile sunt convertite într-o secvență de puncte și liniuțe, adică semnale scurte și lungi. Partea de recepție trebuie să decodeze această secvență.

ÎN tehnologii moderne se utilizează comunicarea digitală. În ea, informațiile sunt convertite (codificate) în date binare, adică 0 și 1. Există chiar și un alfabet binar. O astfel de conexiune se numește discretă.

Interferență în canalele de informare

Există, de asemenea, zgomot în circuitele de transmisie a datelor. Conceptul de „zgomot” în acest caz înseamnă interferență, din cauza căreia semnalul este distorsionat și, ca urmare, pierderea acestuia. Motivele interferenței pot fi diverse. De exemplu, canalele de informare pot fi slab protejate unele de altele. Pentru a preveni interferențele, diverse metode tehnice protectii, filtre, ecranare etc.

K. Shannon a dezvoltat și propus pentru utilizare o teorie de codificare pentru a combate zgomotul. Ideea este că, deoarece pierderea de informații are loc sub influența zgomotului, înseamnă că datele transmise ar trebui să fie redundante, dar în același timp nu atât de mult încât să reducă viteza de transmisie.

În canalele de comunicații digitale, informațiile sunt împărțite în părți - pachete, pentru fiecare dintre acestea fiind calculată o sumă de control. Această sumă este transferată împreună cu fiecare pachet. Receptorul de informații recalculează această sumă și acceptă pachetul numai dacă se potrivește cu cel inițial. În caz contrar, pachetul este trimis din nou. Și așa mai departe până când sunt trimise și primite sume de control nu se va potrivi.

Tema 1.4: Bazele rețelelor locale

Tema 1.5: Tehnologii de bază ale rețelelor locale

Subiectul 1.6: Componentele software și hardware de bază ale unei rețele LAN

Rețele locale

1.2. Mediu și metode de transmitere a datelor în rețele de calculatoare

1.2.2. Linii de comunicație și canale de date

Pentru a construi rețele de calculatoare, se folosesc linii de comunicație care folosesc diferite medii fizice. La fel de mediu fizicîn comunicaţii se folosesc: metale (în principal cupru), sticlă ultratransparentă (cuarţ) sau plastic şi eter. Mediul fizic de transmisie poate fi un cablu" pereche răsucită", cablu coaxial, cablu fibră optică și spațiul înconjurător.

Liniile de comunicație sau liniile de date sunt echipamente intermediare și medii fizice prin care sunt transmise datele. semnale informative(date).

Într-o singură linie de comunicare puteți crea mai multe canale de comunicare (virtuale sau canale logice), de exemplu prin frecvență sau diviziunea în timp a canalelor. Un canal de comunicare este un mijloc de transfer unidirecțional de date. Dacă o linie de comunicație este utilizată exclusiv de un canal de comunicație, atunci în acest caz linia de comunicație se numește canal de comunicație.

Un canal de transmisie de date este un mijloc de schimb de date bidirecțional, care include linii de comunicație și echipamente de transmisie (recepție) a datelor. Canalele de transmisie a datelor conectează sursele de informații și receptorii de informații.

În funcție de mediul fizic de transmisie a datelor, liniile de comunicație pot fi împărțite în:

linii de comunicație cu fir fără împletituri izolatoare și de ecranare;
cablu, unde liniile de comunicație, cum ar fi cablurile cu perechi răsucite, cablurile coaxiale sau cablurile cu fibră optică sunt folosite pentru a transmite semnale;
wireless (canale radio de comunicații terestre și prin satelit), folosind unde electromagnetice care se propagă în aer pentru a transmite semnale.

Linii de comunicație prin cablu

Liniile de comunicație cu fir (aereane) sunt utilizate pentru transmiterea semnalelor telefonice și telegrafice, precum și pentru transmiterea datelor computerizate. Aceste linii de comunicație sunt folosite ca linii de comunicație trunchi.

Analogic și canale digitale transmiterea datelor. Viteza de transmisie peste liniile de cablu este „pur veche” linie telefonică„(POST – Primitive Old Telephone System) este foarte scăzută. În plus, dezavantajele acestor linii includ imunitatea la zgomot și posibilitatea unei simple conexiuni neautorizate la rețea.

Linii de comunicație prin cablu

Liniile de comunicație prin cablu au o structură destul de complexă. Un cablu este alcătuit din conductori închiși în mai multe straturi de izolație. Există trei tipuri de cabluri utilizate în rețelele de calculatoare.

pereche răsucită(pereche răsucită) - un cablu de comunicație care reprezintă pereche răsucită fire de cupru (sau mai multe perechi de fire) închise într-o manta ecranată. Perechile de fire sunt răsucite împreună pentru a reduce interferența. Cablul torsadat este destul de rezistent la zgomot. Există două tipuri de acest cablu: răsucit neecranat Perechea UTPși pereche răsucită ecranată STP.

Acest cablu se caracterizează prin ușurință de instalare. Acest cablu este cel mai ieftin și cel mai comun tip de comunicare, care este utilizat pe scară largă în cele mai comune rețele locale cu arhitectură Ethernet, construită pe o topologie în stea. Cablul este conectat la dispozitivele de rețea folosind un conector RJ45.

Cablul este folosit pentru a transmite date la viteze de 10 Mbit/s și 100 Mbit/s. Cablul torsadat este de obicei folosit pentru comunicare pe o distanță de cel mult câteva sute de metri. Dezavantajele cablului torsadat includ posibilitatea unei simple conexiuni neautorizate la rețea.

Cablu coaxial(cablu coaxial) este un cablu cu un conductor central de cupru care este înconjurat de un strat de material izolator pentru a separa conductorul central de scutul conductor exterior (împletitură de cupru sau strat de folie de aluminiu). Ecranul conductor exterior al cablului este acoperit cu izolație.

Există două tipuri de cablu coaxial: cablu coaxial subțire cu diametrul de 5 mm și cablu coaxial gros cu diametrul de 10 mm. Un cablu coaxial gros are mai puțină atenuare decât unul subțire. Costul cablului coaxial este mai mare decât costul perechii răsucite, iar instalarea rețelei este mai dificilă decât cu perechea răsucite.

Cablul coaxial este utilizat, de exemplu, în rețelele locale cu arhitectură Ethernet, construite folosind o topologie „common bus”.

Cablul coaxial este mai rezistent la zgomot decât perechea răsucită și își reduce propria radiație. Lățime de bandă – 50-100 Mbit/s. Lungimea admisă a liniei de comunicație este de câțiva kilometri. Conexiune neautorizată La cablu coaxial mai dificil decât perechea răsucită.

Canale de comunicații prin fibră optică prin cablu. Fibra optică este o fibră optică pe bază de siliciu sau plastic, acoperită într-un material cu indice de refracție scăzut, care este închisă de o manta exterioară.

Fibra optică transmite semnale într-o singură direcție, astfel încât cablul este format din două fibre. La capătul transmisiei cablu de fibra optica necesită conversia unui semnal electric într-un semnal luminos, iar la capătul de recepție, conversia inversă.

Principalul avantaj al acestui tip de cablu este că este extrem de nivel inalt imunitate la zgomot și lipsă de radiații. Conectarea neautorizată este foarte dificilă. Viteza de transfer de date 3Gbit/s. Principalele dezavantaje ale cablului de fibră optică sunt complexitatea instalării acestuia, rezistența mecanică scăzută și sensibilitatea la radiațiile ionizante.

Canale de transmisie de date fără fir (canale radio terestre și prin satelit).

Canalele radio de comunicații terestre (releu radio și celulare) și prin satelit sunt formate folosind un emițător și un receptor de unde radio și aparțin tehnologiei transmisie fără fir date.

Canale de transmisie de date prin releu radio

Canalele de comunicație prin releu radio constau dintr-o secvență de stații care sunt repetoare. Comunicarea se realizează în raza vizuală, distanța dintre stațiile învecinate este de până la 50 km. Digital linii de releu radio comunicaţiile (CRRS) sunt folosite ca regionale şi sisteme locale comunicații și transmisie de date, precum și pentru comunicații între stațiile de bază celulare.

Legături de date prin satelit

ÎN sisteme prin satelit Antenele cu microunde sunt folosite pentru a primi semnale radio de la stațiile de la sol și pentru a transmite aceste semnale înapoi la stațiile de la sol. Rețelele de satelit utilizează trei tipuri principale de sateliți, care sunt localizați orbite geostaţionare, orbite medii sau joase. Sateliții sunt de obicei lansati în grupuri. Distanțați unul de celălalt, ele pot acoperi aproape întreaga suprafață a Pământului. Loc de munca canal prin satelit transmisia datelor este prezentată în figură

Orez. 1.

Este mai convenabil să folosiți comunicațiile prin satelit pentru a organiza un canal de comunicație între stațiile situate la foarte distante lungi, și capacitatea de a deservi abonații în cele mai inaccesibile puncte. Debitul este mare – câteva zeci de Mbit/s.

Canale de date celulare

Canalele radio celulare sunt construite pe aceleași principii ca și rețelele de telefonie celulară. celular este un sistem de telecomunicații fără fir format dintr-o rețea de stații de emisie-recepție de bază terestre și un comutator celular (sau centru de comutare mobil).

Stațiile de bază sunt conectate la un centru de comutare, care asigură comunicația atât între stațiile de bază, cât și cu alte rețele de telefonie și cu retea globala Internet. În ceea ce privește funcțiile sale, centrul de comutare este similar cu o centrală telefonică convențională cu fir.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) este un standard rețelele celulare transmisie de informații fără fir pentru abonați fix. Sistemul este construit pe un principiu celular; o stație de bază vă permite să acoperiți o zonă cu o rază de câțiva kilometri (până la 10 km) și să conectați câteva mii de abonați. BS-urile în sine sunt conectate între ele prin canale de comunicații terestre de mare viteză sau canale radio. Viteza de transfer de date de până la 45 Mbit/s.

Canale de date radio WiMAX(Interoperabilitatea la nivel mondial pentru acces la microunde) sunt similare cu Wi-Fi. WiMAX, spre deosebire de tehnologiile tradiționale de acces radio, funcționează și pe un semnal reflectat, dincolo de linia vizuală stație de bază. Experții cred că retele mobile WiMAX deschide perspective mult mai interesante pentru utilizatori decât WiMAX fix, destinat clienților corporativi. Informațiile pot fi transmise pe distanțe de până la 50 km la viteze de până la 70 Mbit/s.

Canale de date radio MMDS(Sistem de distribuție multicanal multipunct). Aceste sisteme sunt capabile să deservească o zonă pe o rază de 50-60 km, în timp ce vizibilitatea directă a emițătorului operatorului nu este necesară. Rata medie de transfer de date garantată este de 500 Kbps - 1 Mbps, dar pot fi furnizate până la 56 Mbps per canal.

Canale de transmisie de date radio pentru rețele locale. Standard comunicații fără fir pentru rețelele locale este Tehnologia Wi-Fi. Wi-Fi oferă conexiune în două moduri: punct la punct (pentru conectarea a două PC-uri) și conexiune la infrastructură (pentru conectarea mai multor PC-uri la un singur punct de acces). Viteza de schimb de date este de până la 11 Mbit/s cu o conexiune punct la punct și de până la 54 Mbit/s cu o conexiune de infrastructură.

Canale de date radio Bluetooth este o tehnologie de transmitere a datelor pe distanțe scurte (nu mai mult de 10 m) și poate fi folosită pentru a crea rețele de acasă. Viteza de transfer de date nu depășește 1 Mbit/s.

Schema de transmitere a informațiilor. Canalul de transmitere a informațiilor. Viteza de transfer de informații.

Există trei tipuri procesele informaţionale: stocare, transfer, prelucrare.

Stocare a datelor:

· Purtători de informații.

· Tipuri de memorie.

· Stocarea informatiilor.

· Proprietățile de bază ale stocărilor de informații.

Cu stocarea informațiilor sunt asociate următoarele concepte: mediu de stocare a informațiilor (memorie), memorie internă, memorie externă, stocare a informațiilor.

Un mediu de stocare este un mediu fizic care stochează direct informații. Memoria umană poate fi numită RAM. Cunoștințele memorate sunt reproduse de o persoană instantaneu. Ne putem numi și propria noastră memorie memorie interna, deoarece purtătorul său - creierul - se află în interiorul nostru.

Toate celelalte tipuri de purtători de informații pot fi numite externe (în raport cu o persoană): lemn, papirus, hârtie etc. Un depozit de informații este o informație organizată într-un anumit mod. medii externe, destinate stocării pe termen lung și utilizării permanente (de exemplu, arhive de documente, biblioteci, dulapuri de dosare). Unitatea de informare principală a depozitului este un document fizic specific: un chestionar, o carte etc. Organizarea depozitului înseamnă prezența unei anumite structuri, adică. ordinea, clasificarea documentelor stocate pentru ușurința lucrului cu acestea. Proprietățile de bază ale stocării informațiilor: volumul informațiilor stocate, fiabilitatea stocării, timpul de acces (adică timpul de căutare informatie necesara), disponibilitatea securității informațiilor.

Informații stocate pe dispozitive memoria calculatorului, se numește de obicei date. Stocare organizată a datelor pe dispozitive memorie externa Calculatoarele sunt de obicei numite baze de date și bănci de date.

Procesarea datelor:

· Schema generala proces de prelucrare a informaţiei.

· Declarația sarcinii de prelucrare.

· Executant de procesare.

· Algoritm de procesare.

· Sarcini tipice procesarea informatiei.

Schema de prelucrare a informațiilor:

Informații inițiale – executant procesare – informații finale.

În procesul de prelucrare a informațiilor, unii sarcina de informare, care mai întâi poate fi enunțat în forma tradițională: având în vedere un anumit set de date inițiale, se cere obținerea unor rezultate. Însuși procesul de tranziție de la datele sursă la rezultat este procesul de procesare. Obiectul sau subiectul care efectuează prelucrarea se numește executantul procesării.

Pentru a efectua cu succes prelucrarea informațiilor, executantul (persoana sau dispozitivul) trebuie să cunoască algoritmul de procesare, adică. succesiunea acțiunilor care trebuie efectuate pentru a obține rezultatul dorit.

Există două tipuri de procesare a informațiilor. Primul tip de prelucrare: prelucrare legată de primire informație nouă, conținut nou de cunoștințe (soluție probleme matematice, analiza situației etc.). Al doilea tip de prelucrare: procesare asociată cu schimbarea formei, dar nu modificarea conținutului (de exemplu, traducerea textului dintr-o limbă în alta).

Un tip important de procesare a informațiilor este codificarea - transformarea informațiilor într-o formă simbolică convenabilă pentru stocarea, transmiterea și procesarea acesteia. Codarea este utilizată activ în mijloacele tehnice de lucru cu informații (telegraf, radio, computere). Un alt tip de prelucrare a informațiilor este structurarea datelor (introducerea unei anumite ordini în stocarea informațiilor, clasificarea, catalogarea datelor).

Un alt tip de prelucrare a informațiilor este căutarea în anumite stocări de informații a datelor necesare care îndeplinesc anumite condiții de căutare (interogare). Algoritmul de căutare depinde de modul în care sunt organizate informațiile.

Transfer de informatii:

· Sursa și destinatarul informațiilor.

· Canale de informare.

· Rolul simțurilor în procesul de percepție umană a informației.

· Structură sisteme tehnice comunicatii.

· Ce este codificarea și decodificarea.

· Conceptul de zgomot; tehnici de protecție împotriva zgomotului.

· Viteza de transmitere a informațiilor și capacitatea canalului.

Schema de transmitere a informațiilor:

Sursa de informare – canal de informare – receptor de informație.

Informațiile sunt prezentate și transmise sub forma unei secvențe de semnale și simboluri. De la sursă la receptor, mesajul este transmis printr-un mediu material. Dacă procesul de transfer utilizează mijloace tehnice comunicații, se numesc canale de transmitere a informațiilor (canale de informare). Acestea includ telefon, radio, TV. Organele de simț umane joacă rolul biologic canale de informare.

Procesul de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare urmează următoarea schemă (conform lui Shannon):

Termenul „zgomot” se referă la diferite tipuri de interferențe care distorsionează semnal transmisși ducând la pierderea de informații. O astfel de interferență apare în principal din cauza motive tehnice: calitatea slabă a liniilor de comunicație, nesiguranța diferitelor fluxuri de informații transmise pe aceleași canale unele de altele. Folosit pentru protecția împotriva zgomotului căi diferite, de exemplu, utilizarea diferitelor tipuri de filtre care separă semnalul util de zgomot.

Când discutați subiectul măsurării vitezei de transmitere a informațiilor, puteți utiliza tehnica analogiei. Un analog este procesul de pompare a apei prin conductele de apă. Aici canalul de transmitere a apei sunt conducte. Intensitatea (viteza) acestui proces este caracterizată de consumul de apă, adică. numărul de litri pompați pe unitatea de timp. În procesul de transmitere a informațiilor, canalele sunt linii tehnice comunicatii. Prin analogie cu o alimentare cu apă, putem vorbi despre fluxul de informații transmis prin canale. Viteza de transmitere a informațiilor este volumul de informații al unui mesaj transmis pe unitatea de timp. Prin urmare, unitățile de măsurare a vitezei fluxului de informații: biți/s, octeți/s etc. procesează informația canalul de transmitere

Un alt concept – capacitatea canalelor de informare – poate fi explicat, de asemenea, folosind o analogie „instalație”. Puteți crește debitul de apă prin țevi prin creșterea presiunii. Dar această cale nu este nesfârșită. Dacă presiunea este prea mare, conducta se poate rupe. Prin urmare, debitul maxim de apă, care poate fi numit debitul sistemului de alimentare cu apă. Liniile de comunicare cu informații tehnice au, de asemenea, o limită similară de viteză de transfer de date. Motivele pentru aceasta sunt și fizice.

1. Clasificarea si caracteristicile canalului de comunicare
Legătură este un ansamblu de mijloace destinate transmiterii de semnale (mesaje).
Pentru a analiza procesele informaționale dintr-un canal de comunicare, puteți utiliza diagrama generalizată a acestuia prezentată în Fig. 1.

P.M

În fig. 1 se adoptă următoarele denumiri: X, Y, Z, W– semnale, mesaje ; f– interferență; P.M- linie de comunicare; AI, PI– sursa și destinatarul informațiilor; P– convertoare (codare, modulare, decodare, demodulare).
Exista Tipuri variate canale care pot fi clasificate după diverse semne:
1. După tipul de linii de comunicare: cu fir; cablu; fibra optica;
linii de înaltă tensiune; canale radio etc.
2. După natura semnalelor: continuu; discret; discret-continuu (semnele la intrarea sistemului sunt discrete, iar la ieșire sunt continue și invers).
3. În ceea ce privește imunitatea la zgomot: canale fără interferență; cu interferenţe.
Canalele de comunicare se caracterizează prin:
1. Capacitatea canalului este definit ca produsul timpului de utilizare a canalului T la, lăţimea spectrului de frecvenţă transmis de canal F laȘi interval dinamicD la. , care caracterizează capacitatea canalului de a transmite diferite niveluri de semnal

V k = T k F k D k.(1)
Condiție pentru potrivirea semnalului cu canalul:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Rata de transfer de informații – cantitatea medie de informații transmise pe unitatea de timp.
3.
4. redundanță - asigură fiabilitatea informațiilor transmise ( R= 0¸1).
Una dintre sarcinile teoriei informației este de a determina dependența vitezei de transmitere a informațiilor și a capacității canalului de comunicație de parametrii canalului și de caracteristicile semnalelor și interferențelor.
Canalul de comunicare poate fi comparat la figurat cu drumurile. Drumuri înguste – capacitate mică, dar ieftine. Drumurile largi oferă o capacitate bună de trafic, dar sunt scumpe. Lățimea de bandă este determinată de blocaj.
Viteza de transmisie a datelor depinde în mare măsură de mediul de transmisie în canalele de comunicație, care utilizează diferite tipuri de linii de comunicație.
Cablat:
1. Cablat– pereche răsucită (care suprimă parțial radiatie electromagnetica alte surse). Viteza de transfer de până la 1 Mbit/s. Folosit în rețelele de telefonie și pentru transmisia de date.
2. Cablu coaxial. Viteza de transmisie 10–100 Mbit/s – utilizată în rețelele locale, televiziune prin cablu etc.
3. Fibra optica. Viteza de transfer 1 Gbit/s.
În mediile 1–3, atenuarea în dB depinde liniar de distanță, adică puterea scade exponențial. Prin urmare, este necesar să instalați regeneratoare (amplificatoare) la o anumită distanță.
linii radio:
1. Canal radio. Viteza de transfer 100–400 Kbps. Folosește frecvențe radio de până la 1000 MHz. Până la 30 MHz datorită reflexiei din ionosferă, este posibilă propagarea undele electromagnetice dincolo de linia de vedere. Dar această gamă este foarte zgomotoasă (de exemplu, comunicații radio amatori). De la 30 la 1000 MHz – ionosfera este transparentă și este necesară vizibilitatea directă. Antenele sunt instalate la înălțime (uneori sunt instalate regeneratoare). Folosit în radio și televiziune.
2. Linii de cuptor cu microunde. Viteze de transfer de până la 1 Gbit/s. Sunt utilizate frecvențe radio de peste 1000 MHz. Acest lucru necesită vizibilitate directă și antene parabolice foarte direcționale. Distanța dintre regeneratoare este de 10-200 km. Folosit pentru comunicare telefonică, televiziune și transmisie de date.
3. Conexiune prin satelit . Sunt folosite frecvențele microundelor, iar satelitul servește ca regenerator (și pentru multe stații). Caracteristicile sunt aceleași ca și pentru liniile de microunde.
2. Lățimea de bandă a unui canal de comunicație discret
Un canal discret este un set de mijloace destinate transmisiei semnale discrete.
Capacitatea canalului de comunicare – cea mai mare viteză de transmitere a informațiilor realizabilă teoretic, cu condiția ca eroarea să nu depășească o valoare dată. Rata de transfer de informații – cantitatea medie de informații transmise pe unitatea de timp. Să definim expresii pentru calcularea ratei de transmitere a informațiilor și a debitului unui canal de comunicație discret.
La transmiterea fiecărui simbol, o cantitate medie de informații trece prin canalul de comunicare, determinată de formulă
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)
Unde: I (Y, X) – informații reciproce, adică cantitatea de informații conținute în Y relativ X;H(X)– entropia sursei mesajului; H(X/Y)– entropia condiționată, care determină pierderea de informații per simbol asociată cu prezența interferenței și a distorsiunii.
La trimiterea unui mesaj X T durată T, constând din n simboluri elementare, cantitatea medie de informații transmise, ținând cont de simetria cantității reciproce de informații, este egală cu:
eu (Y T, X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Viteza de transmitere a informațiilor depinde de proprietățile statistice ale sursei, metoda de codificare și proprietățile canalului.
Lățimea de bandă a unui canal de comunicație discret
. (5)
Valoarea maximă posibilă, de ex. se caută maximul funcționalului pe întregul set de funcții de distribuție a probabilității p (X).
Lățimea de bandă depinde de caracteristici tehnice canal (viteza echipamentului, tipul de modulație, nivelul de interferență și distorsiune etc.). Unitățile de capacitate ale canalului sunt: , , , .
2.1 Canal de comunicație discret fără interferențe
Dacă nu există interferențe în canalul de comunicație, atunci semnalele de intrare și de ieșire ale canalului sunt legate fără ambiguitate, dependenta functionala.
În acest caz, entropia condiționată este egală cu zero, iar entropiile necondiționate ale sursei și ale receptorului sunt egale, adică. cantitatea medie de informaţie dintr-un simbol primit în raport cu cel transmis este
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.
Dacă X T– numărul de caractere pe dată T, atunci rata de transmisie a informațiilor pentru un canal de comunicație discret fără interferențe este egală cu
(6)
Unde V = 1/– rata medie de transmisie a unui simbol.
Debit pentru un canal de comunicație discret, fără interferențe
(7)
Deoarece entropia maximă corespunde simbolurilor la fel de probabile, atunci randamentul pentru distribuția uniformă și independența statistică a simbolurilor transmise este egal cu:
. (8)
Prima teoremă a lui Shannon pentru un canal: Dacă fluxul de informații generat de sursă este suficient de apropiat de capacitatea canalului de comunicare, i.e.
, unde este o valoare arbitrar mică,
atunci poți găsi întotdeauna o metodă de codare care să asigure transmiterea tuturor mesajelor sursă, iar rata de transmitere a informațiilor va fi foarte apropiată de capacitatea canalului.
Teorema nu răspunde la întrebarea cum se realizează codificarea.
Exemplul 1. Sursa produce 3 mesaje cu probabilități:
p1 = 0,1; p 2 = 0,2 și p 3 = 0,7.
Mesajele sunt independente și transmise uniform cod binar (m = 2) cu durata simbolului de 1 ms. Determinați viteza de transmitere a informațiilor pe un canal de comunicație fără interferențe.
Soluţie: Entropia sursei este egală cu

[bit/s].
Pentru a transmite 3 mesaje folosind un cod uniform, sunt necesare două cifre, iar durata combinației de coduri este de 2t.
Viteza medie a semnalului
V = 1/2 t = 500 .
Rata de transfer de informații
C = vH = 500×1,16 = 580 [bit/s].
2.2 Canal de comunicație discret cu interferențe
Vom lua în considerare canale de comunicare discrete fără memorie.
Canal fără memorie este un canal în care fiecare simbol de semnal transmis este afectat de interferență, indiferent de semnalele transmise anterior. Adică, interferența nu creează conexiuni corelative suplimentare între simboluri. Numele „fără memorie” înseamnă că în timpul următoarei transmisii, canalul nu pare să-și amintească rezultatele transmisiilor anterioare.
În prezența interferenței, cantitatea medie de informații dintr-un simbol de mesaj primit – Y, raportat la transmisia – X este egal cu:
.
Pentru simbolul mesajului X T durată T, constând din n simboluri elementare cantitatea medie de informații dintr-un mesaj simbol primit – YT raportat la ceea ce a fost transmis - X T este egal cu:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n = 2320 bps
Capacitatea unui canal continuu cu zgomot este determinată de formula

=2322 bps.
Să demonstrăm că capacitatea de informare a unui canal continuu fără memorie cu zgomot Gaussian aditiv, supus unei limitări a puterii de vârf, nu mai este. capacitatea de informare același canal cu aceeași limitare medie de putere.
Așteptările pentru o distribuție uniformă simetrică

Pătrat mediu pentru distribuția uniformă simetrică

Dispersie pentru distribuție simetrică uniformă

În același timp, pentru un proces uniform distribuit.
Entropia diferenţială a unui semnal cu distribuţie uniformă
.
Diferența dintre entropiile diferențiale ale unui proces normal și uniform distribuit nu depinde de mărimea dispersiei
= 0,3 biți/număr
Astfel, debitul și capacitatea canalului de comunicație pentru un proces cu o distribuție normală este mai mare decât pentru unul uniform.
Să determinăm capacitatea (volumul) canalului de comunicare
V k = T k C k = 10×60×2322 = 1,3932 Mbit.
Să determinăm cantitatea de informații care poate fi transmisă în 10 minute de funcționare a canalului
10× 60× 2322= 1,3932 Mbit.
Sarcini

1. Mesajele compuse din alfabet sunt transmise pe canalul de comunicare x 1, x 2Și x 3 cu probabilităţi p(x1)=0,2;p(x2) =0,3Și p(x 3)=0,5.
Matricea canalului are forma:
în care .
Calculati:
1. Entropia sursei de informare H(X) si receptor H(Y).
2. Entropia generală și condițională H(Y/X).
3. Pierderea de informații în canal în timpul transmisiei La personaje ( k = 100).
4. Cantitatea de informații primite în timpul transmiterii La personaje.
5. Rata de transfer de informații, dacă timpul de transmisie a unui caracter t = 0,01 ms.
2. Caracterele alfabetice sunt transmise prin canalul de comunicare x 1, x 2, x 3Și x 4 cu probabilităţi. Determinați cantitatea de informații primite în timpul transmiterii a 300 de simboluri, dacă efectul interferenței este descris de matricea canalului:
.
3. Determinați pierderea de informații în canalul de comunicare la transmiterea simbolurilor alfabetului echiprobabil, dacă matricea canalului are forma
.
t = 0,001 sec.
4. Determinați pierderea de informații la transmiterea a 1000 de caractere din alfabetul sursă x 1, x 2Și x 3 cu probabilităţi p = 0,2; p = 0,1Și p()=0,7, dacă influența interferenței în canal este descrisă de matricea canalului:
.
5. Determinați cantitatea de informații primite la transmiterea a 600 de simboluri, dacă probabilitățile de apariție a simbolurilor la ieșirea sursei X sunt egale: iar influența interferenței în timpul transmisiei este descrisă de matricea canalului:
.
6. Mesajele formate din caractere alfabetice sunt transmise către canalul de comunicare, iar probabilitățile de apariție a caracterelor alfabetice sunt egale cu:
Canalul de comunicare este descris de următoarea matrice de canale:
.
Determinați viteza de transmitere a informațiilor dacă timpul de transmisie a unui simbol Domnișoară.
7. Semnalele sunt transmise prin canalul de comunicare x 1, x 2Și x 3 cu probabilităţi p = 0,2; p = 0,1Și p()=0,7. Efectul interferenței în canal este descris de matricea canalului:
.
Determinați entropia condiționată totală și ponderea pierderii de informații care se încadrează asupra semnalului x 1(entropia condiționată parțială).
8. Caracterele alfabetice sunt transmise prin canalul de comunicare x 1, x 2, x 3Și x 4 cu probabilităţi.
Interferența în canal este specificată de matricea canalului
.
Determinați capacitatea canalului de comunicație dacă timpul de transmisie a unui simbol t = 0,01 sec.
Determinați cantitatea de informații primite la transmiterea a 500 de simboluri, dacă probabilitățile de apariție a simbolurilor la intrarea receptorului Y sunt egale cu: , iar influența interferenței în timpul transmisiei este descrisă de matricea canalului:
.

Capacitatea canalului de comunicare continuă
(14)
Pentru un canal de comunicație discret, valoarea maximă a ratei de transmisie corespunde caracterelor la fel de probabile ale alfabetului. Pentru un canal de comunicație continuu, când este dată puterea medie a semnalului, viteza maxima furnizate prin utilizarea semnalelor aleatorii centrate normale.
Dacă semnalul este centrat ( m x = 0) adică fără o componentă constantă, puterea de repaus este zero ( P 0 = 0). Condiția de centralitate asigură o dispersie maximă pentru o putere medie de semnal dată
Dacă semnalul are o distribuție normală, atunci entropia diferențială a priori a fiecărei probe este maximă.
Prin urmare, atunci când se calculează capacitatea unui canal continuu, presupunem că canalul transmite semnal continuu cu putere medie limitată – P cși zgomot aditiv ( y = x+f) de asemenea cu putere medie limitată – P n tip de zgomot alb (gaussian).

Transferul de informații este un termen care combină multe procese fizice de mișcare a informațiilor în spațiu. Oricare dintre aceste procese implică componente precum o sursă de date și un receptor, un mediu de stocare fizic și un canal (mediu) pentru transmiterea acestuia.

Procesul de transfer de informații

Containerele inițiale de date sunt diverse mesaje transmise de la sursele lor către receptori. Între ele sunt canale de transmitere a informațiilor. Dispozitive tehnice speciale-convertoare (encodere) formează purtători fizici de date - semnale, pe baza conținutului mesajelor. Acestea din urmă suferă o serie de transformări, inclusiv codare, compresie, modulare și apoi sunt trimise la liniile de comunicație. După trecerea prin ele, semnalele suferă transformări inverse, inclusiv demodulare, decompresie și decodare, în urma cărora mesajele originale sunt separate de ele și percepute de receptori.

Mesaje informative

Un mesaj este o anumită descriere a unui fenomen sau obiect, exprimată sub forma unui set de date care are semne ale unui început și ale unui sfârșit. Unele mesaje, cum ar fi vorbirea și muzica, sunt funcții continue ale timpului presiunii sonore. În comunicarea telegrafică, un mesaj este textul unei telegrame sub forma unei secvențe alfanumerice. Un mesaj de televiziune este o secvență de mesaje cadru pe care obiectivul camerei le „văd” și le înregistrează la o rată a cadrelor. Majoritatea covârșitoare a celor transmise către În ultima vreme prin sistemele de transmitere a informațiilor, mesajele sunt matrice numerice, text, grafice, precum și fișiere audio și video.

Semnale informative

Transferul de informații este posibil dacă are un mediu fizic, ale cărui caracteristici variază în funcție de conținut mesaj transmisîn aşa fel încât să depăşească canalul de transmisie cu distorsiuni minime şi să poată fi recunoscute de receptor. Aceste modificări în mediul fizic de stocare formează un semnal de informare.

Astăzi, transmiterea și procesarea informațiilor se realizează folosind semnale electrice în canalele de comunicații cu fir și radio, precum și prin semnale optice în liniile de fibră optică.

Semnale analogice și digitale

Un exemplu binecunoscut de semnal analogic, de ex. în continuă schimbare în timp, este tensiunea preluată de la microfon, care poartă vorbirea sau muzica Anunţ. Poate fi amplificat și transmis prin canale cu fir către sistemele de reproducere a sunetului sală de concerte, care va aduce discursul și muzica de pe scenă publicului din galerie.

Dacă, în conformitate cu tensiunea de la ieșirea microfonului, amplitudinea sau frecvența oscilațiilor electrice de înaltă frecvență în transmițătorul radio se modifică continuu în timp, atunci un semnal radio analogic poate fi transmis prin aer. Transmițător TV în sistem televiziunea analogică forme semnal analog sub forma unei tensiuni proporționale cu luminozitatea curentă a elementelor de imagine percepute de obiectivul camerei.

Cu toate acestea, dacă tensiunea analogică de la ieșirea microfonului este trecută printr-un convertor digital-analogic (DAC), atunci ieșirea nu va mai fi funcție continuă timp, ci o succesiune de mostre din această tensiune luate la intervale regulate cu o frecvență de eșantionare. În plus, DAC-ul efectuează și cuantificare pe baza nivelului tensiunii sursei, înlocuind întregul interval posibil al valorilor sale cu un set finit de valori determinate de numărul de biți binari ai codului său de ieșire. Se dovedește că continuu cantitate fizica(în acest caz, aceasta este tensiunea) se transformă într-o secvență de coduri digitale (digitizate), apoi în formă digitală pot fi stocate, procesate și transmise prin rețele de informații. Acest lucru crește semnificativ viteza și imunitatea la zgomot a unor astfel de procese.

Canale de transmitere a informațiilor

De obicei, acest termen se referă la complexe de mijloace tehnice implicate în transmiterea datelor de la sursă la receptor, precum și la mediul dintre acestea. Structura unui astfel de canal, folosind mijloace standard de transmitere a informațiilor, este reprezentată de următoarea secvență de transformări:

II - PS - (CI) - KK - M - LPI - DM - DK - DI - PS

AI este o sursă de informație: o persoană sau altă creatură vie, o carte, un document, o imagine pe un suport neelectronic (pânză, hârtie) etc.

PS este un convertor al unui mesaj de informare într-un semnal de informare, efectuând prima etapă a transmisiei de date. Microfoanele, camerele de televiziune și video, scanerele, faxurile, tastaturile PC-urilor etc. pot acționa ca PS-uri.

CI este un codificator de informații într-un semnal de informații pentru a reduce volumul (compresia) informațiilor pentru a crește viteza de transmisie a acesteia sau a reduce banda de frecvență necesară transmiterii. Această legătură este opțională, care este afișată între paranteze.

KK - codificator de canal pentru a crește imunitatea la zgomot a semnalului de informații.

M - modulator de semnal pentru modificarea caracteristicilor semnalelor purtătoare intermediare în funcție de mărimea semnalului informațional. Un exemplu tipic este modulație de amplitudine semnal purtător de o frecvență purtătoare înaltă în funcție de mărimea semnalului informațional de joasă frecvență.

LPI este o linie de transmisie a informațiilor reprezentând o combinație între mediul fizic (de exemplu, un câmp electromagnetic) și mijloace tehnice pentru schimbarea stării acesteia pentru a transmite un semnal purtător către receptor.

DM este un demodulator pentru separarea semnalului informațional de semnalul purtător. Prezent numai dacă M este prezent.

DC - decodor de canal pentru identificarea și/sau corectarea erorilor în semnalul de informații care au apărut pe LPI. Prezenți numai dacă CC este prezent.

DI - decodor de informații. Prezentă numai în prezența CI.

PI - receptor de informații (calculator, imprimantă, afișaj etc.).

Dacă transmiterea informațiilor este bidirecțională (canal duplex), atunci pe ambele părți ale LPI există blocuri de modem (MOdulator-DEModulator), care combină legăturile M și DM, precum și blocuri de codec (CODER-DECODER), combinând codificatoare (CI și KK) și decodoare (DI și DC).

Caracteristicile canalelor de transmisie

Principalele caracteristici distinctive ale canalelor includ debitul și imunitatea la zgomot.

În canal, semnalul informațional este supus zgomotului și interferențelor. Pot fi chemați cauze naturale(de exemplu, atmosferic pentru canalele de radio) sau să fie creat special de inamic.

Imunitatea la zgomot a canalelor de transmisie este crescută prin utilizarea diferitelor tipuri de filtre analogice și digitale pentru a separa semnalele informaționale de zgomot, precum și prin metode speciale de transmitere a mesajelor care reduc la minimum influența zgomotului. Una dintre aceste metode este de a adăuga caractere suplimentare care nu poartă conținut util, dar ajută la controlul corectitudinii mesajului, precum și la corectarea erorilor din acesta.

Capacitatea canalului este număr maxim simboluri binare (kbiți) transmise de aceștia în absența interferenței într-o secundă. Pentru diverse canale acesta variază de la câțiva kbit/s la sute de Mbit/s și este determinat de proprietățile lor fizice.

Teoria transmiterii informaţiei

Claude Shannon este autorul unei teorii speciale de codificare a datelor transmise, care a descoperit metode de combatere a zgomotului. Una dintre ideile principale ale acestei teorii este necesitatea redundanței codului digital transmis prin liniile de transmisie a informațiilor. Acest lucru vă permite să restabiliți pierderea dacă o parte a codului este pierdută în timpul transmiterii acestuia. Astfel de coduri (semnale de informații digitale) sunt numite rezistente la zgomot. Cu toate acestea, redundanța codului nu trebuie luată într-o măsură prea mare. Acest lucru duce la întârzieri în transmiterea informațiilor, precum și la creșterea costului sistemelor de comunicații.

Procesare digitală a semnalului

O altă componentă importantă a teoriei transferului de informații este sistemul de metode prelucrare digitală semnale pe canalele de transmisie. Aceste metode includ algoritmi pentru digitizarea semnalelor de informații analogice originale cu o anumită frecvență eșantionare, determinată pe baza teoremei lui Shannon, precum și metode de generare, pe baza acestora, a semnalelor purtătoare rezistente la zgomot pentru transmisie prin linii de comunicație și filtrare digitală semnalele primite pentru a le separa de interferențe.

Diseminarea informaţiei are loc în procesul transmiterii acesteia.

La transfer de informatii Există întotdeauna două obiecte - o sursă și un receptor de informații. Aceste roluri se pot schimba, de exemplu, în timpul unui dialog, fiecare participant acționând fie ca sursă, fie ca receptor de informații.

Informația trece de la sursă la receptor printr-un canal de comunicare în care trebuie să fie asociată cu unele purtător de material. Pentru a transmite informații, proprietățile acestui mediu trebuie să se schimbe în timp. Deci, un bec care este aprins constant transmite doar informații că un proces este în desfășurare. Dacă aprindeți și stingeți un bec, puteți transmite o varietate de informații, de exemplu, folosind codul Morse.

Când oamenii vorbesc, purtătorul de informații sunt undele sonore din aer. În computere, informațiile sunt transmise folosind semnale electrice sau unde radio (în dispozitive fără fir). Informațiile pot fi transmise folosind lumină, fascicul cu laser, sistem telefonic sau serviciu poștal, rețea de calculatoare si etc.

Informația vine printr-un canal de comunicare sub formă de semnale pe care receptorul le poate detecta folosind simțurile (sau senzorii) și „înțelege” (decodifica).

Semnal este o modificare a proprietăților mediului care este utilizat pentru a transmite informații.

Exemple de semnale sunt o modificare a frecvenței și volumului unui sunet, un fulger de lumină, o schimbare a tensiunii la contacte etc.

O persoană poate primi semnale doar folosind simțurile sale. Pentru a transmite informații, de exemplu, folosind unde radio, aveți nevoie de dispozitive auxiliare: un transmițător radio care convertește sunetul în unde radio și un receptor radio care efectuează conversia inversă. Ele vă permit să extindeți capacitățile umane.

Este imposibil să transmiteți o mulțime de informații cu un singur semnal. Prin urmare, cel mai adesea nu se folosește un singur semnal, ci o secvență de semnale, adică mesaj. Este important să înțelegeți că un mesaj este doar o „cochilie” pentru transmiterea informațiilor, iar informația este conţinut mesaje. Receptorul trebuie să „extragă” informații din secvența de semnale primite. Este posibil să acceptați un mesaj, dar să nu acceptați informațiile, de exemplu, auzind vorbirea într-o limbă necunoscută sau interceptând un mesaj codificat.

Aceeași informație poate fi transmisă folosind diferite mesaje, de exemplu, prin vorbire, folosind o notă sau folosind un semafor de pavilion, care este folosit în marina. În același timp, același mesaj poate transporta informații diferite pentru diferiți receptori. Astfel, sintagma „Plouă în Santiago”, difuzată în 1973 pe frecvențele radio militare, a servit drept semnal pentru susținătorii generalului A. Pinochet să înceapă lovitura de stat în Chile.

Astfel, informațiile sunt prezentate și transmise sub forma unei secvențe de semnale, simboluri. De la sursă la receptor, mesajul este transmis printr-un mediu material. Dacă în procesul de transmisie sunt folosite mijloace tehnice de comunicare, acestea se numesc canale de transmitere a informației (canale de informare). Acestea includ telefon, radio, TV. Organele de simț umane joacă rolul de canale de informare biologică.

Procesul de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare urmează următoarea schemă (conform lui Shannon):

Transmiterea informațiilor este posibilă utilizând orice limbaj de codificare a informațiilor care este înțeles atât pentru sursă, cât și pentru receptor.

Codificator– un dispozitiv conceput pentru a converti mesajul original al sursei de informații într-o formă convenabilă pentru transmitere.

Dispozitiv de decodare - un dispozitiv pentru conversia unui mesaj codat într-unul original.

Exemplu. La conversație telefonică: sursa mesajului – om vorbitor; un dispozitiv de codificare - un microfon - convertește sunetele cuvintelor (unde acustice) în impulsuri electrice; canal de comunicații – rețea telefonică (fir); dispozitiv de decodare - acea parte a tubului pe care o aducem la ureche, aici semnalele electrice sunt din nou convertite în sunete pe care le auzim; receptorul informaţiei este persoana care ascultă.

Termenul „zgomot” se referă la diferite tipuri de interferențe care distorsionează semnalul transmis și duc la pierderea de informații. O astfel de interferență, în primul rând, apare din motive tehnice: calitatea slabă a liniilor de comunicație, nesiguranța diferitelor fluxuri de informații transmise pe aceleași canale unele de altele. Pentru a proteja împotriva zgomotului, sunt utilizate diverse metode, de exemplu, utilizarea diferitelor tipuri de filtre care separă semnalul util de zgomot. Există o știință care dezvoltă metode pentru protejarea informațiilor - criptologia, care este utilizată pe scară largă în teoria comunicării.

Claude Shannon a dezvoltat o teorie specială de codare care furnizează metode pentru a trata zgomotul. Una dintre ideile importante ale acestei teorii este că codul transmis prin linia de comunicație trebuie să fie redundant. Datorită acestui fapt, pierderea unei anumite părți a informațiilor în timpul transmisiei poate fi compensată. Cu toate acestea, redundanța nu ar trebui să fie prea mare. Acest lucru va duce la întârzieri și la creșterea costurilor de comunicare. Cu alte cuvinte, pentru ca conținutul unui mesaj distorsionat de interferență să fie restaurat, trebuie să fie redundant adică trebuie să conţină elemente „în plus”, fără de care sensul este încă restaurat. De exemplu, în mesajul „Vlg vpdt în Kspsk MR” mulți vor ghici expresia „Volga se varsă în Marea Caspică”, din care au fost eliminate toate vocalele. Acest exemplu sugerează că limbile naturale conțin o mulțime de „în plus” redundanța lor este estimată la 60-80%.

Când discutați subiectul măsurării vitezei de transmitere a informațiilor, puteți utiliza tehnica analogiei. Un analog este procesul de pompare a apei prin conductele de apă. Aici canalul de transmitere a apei sunt conducte. Intensitatea (viteza) acestui proces este caracterizată de consumul de apă, adică. numărul de litri pompați pe unitatea de timp. În procesul de transmitere a informațiilor, canalele sunt linii tehnice de comunicare. Prin analogie cu o alimentare cu apă, putem vorbi despre fluxul de informații transmis prin canale. Viteza de transmitere a informațiilor este volumul de informații al unui mesaj transmis pe unitatea de timp. Prin urmare, unitățile de măsură pentru viteza fluxului de informații sunt: bit/s, byte/s etc.