Галкин В.А., Григорьев Ю.А. - Телекоммуникации и сети (1053870), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Во многих системах переда442J. Понятие системы передачи данныхЧИ данных дискретный канал включает непрерывный канал связи. Однако прианализе дискретного канала свойства непрерывного канала учитывают косвенно через свойства источника ошибок.Основными характеристиками непрерывных каналов связи являются:амплитудно-частотная характеристика,полоса пропускания,затухание,помехоустойчивость,шумы,пропускная способность,достоверность передачи данных,удельная стоимость.Разработчика вычислительной сети в первую очередь интересуют пропускная способность и достоверность передачи данных, поскольку эти характеристики прямо влияют на производительность и надежность создаваемой сети.Пропускная способность и достоверность передачи данных - это характеристики как канала связи, так и способа передачи данных.
Поэтому если способпередачи (протокол) уже определен, то известны и эти характеристики. Например, пропускная способность цифрового канала всегда известна, так как нанем определен протокол физического уровня, который задает битовую скорость передачи данных - 64 кбит/с, 2 Мбит/с и т. п.Однако нельзя говорить о пропускной способности канала связи, до того какдля него определен протокол физического уровня. Именно в таких случаях,когда только предстоит определить, какой из множества существующих протоколов можно использовать для данного канала, очень важными являются остальные характеристики, такие как полоса пропускания, перекрестные наводки, помехоустойчивость и др.Для определения характеристик канала связи часто используют анализ егореакций на некоторые эталонные воздействия.
Такой подход позволяет достаточно просто и однотипно определять характеристики линий связи любой природы, не прибегая к сложным теоретическим исследованиям. Чаще всего вкачестве эталонных сигналов для исследования реакций линий связи используют синусоидальные сигналы различных частот. Это связано с тем, что сигналы этого типа часто встречаются в технике и с их помощью можно представить любого функцию времени - как непрерыв1ц>1Й процесс колебаний звука,так и прямоугольные импульсы, генерируемые компьютером.Из теории гармонического анализа известно, что любой периодриеский процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различныхчастот и амплитуд (рис.
2.3). Каждая составляющая синусоида называетсягармоникой, а набор всех гармоник - спектральным разложением исходногосигнала. Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла сину452. Основы телекоммуникациисоидальнык сигналов с непрерывным спектром частот. Например, спектральное разложение идеального импульса (единичной мощности и нулевой длительности) имеет составляющие всего спектра частот, от - оо до + оо (рис.
2.4).Рис. 2.3. Представление периодического сигнала суммой синусоид462.1. Понятие системы передачи данных[=>z^Z\Рис. 2.4. Спектральное разложение идеального импульсаТехника определения спектра любого исходного сигнала известна. Для некоторых сигналов, которые хорошо описьгоаются аналитически (например, дляпоследовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности и амплитуды), спектр легко вьгшсляется по формулам Фурье. Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощьюспециальньпс приборов - спектральных анализаторов, которые измеряют спектрреального сигнала и отображают амплитуды составляющих гармоник на экране или распечатьгеают их на принтере.Искажение передающим каналом синусоиды какой-либо частоты приводитв конечном счете к искажению передаваемого сигнала любой формы, особенно если синусоиды различных частот искажаются неодинаково.
Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса за счет искажения обертонов - боковых частот. При передаче импульсных сигналов,характерных для компьютерных сетей, искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму. Воздействия на сигнал различных факторов в процессе передачи изображены на рис.
2.5. Как видно, сигнал, передаваемый по любой средепередачи, подвергается воздействию затухания, ограниченности полосы пропускания, задержки передачи и шумов. Хотя все эти факторы оказывают совокупное воздействие, рассмотрим источник каждого из них в отдельности.Затухание (attenuation) определяется как относительное уменьшение амплрпуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определеннойчастоты. Таким образом, затухание представляет собой одну точку на амплитудно-частотной характеристике.
Амплитудно-частотная характеристика (рис. 2.6) показывает, как затухает амплитуда синусоиды (или мощность)на выходе канала связи по сравне1шю с амплитудой (или мощностью) на еговходе для всех возможных частот передаваемого сигнала.Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, т. е. та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте,чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов.Более точные оценки возможны при известном затухании на нескольких частотах,соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.472. Основы телекоммуникацииИскажения из-зазатуханияИскажения из-заограниченностиполосы пропусканияИскажения из-зазадержкиШумы на линии-vb[UH»^^^>|Ч|IIIПолученный сигналТактовые импульсыПолученные даьшыеО100010Ошибочный битРис. 2.5.
Источники затухания и искажения сигнала48I2.1. Понятие системы передачи данных/ ГцРис. 2.6. Амплитудно-частотная характеристикаЗатухание А (дБ) вычисляют по формуле:A=lOlgPо/Рвых1вх(2.20)где /^зых" мощность сигнала на выходе канала, Р^^ - мощность сигнала на входе канала.Так как мощность выходного сигнала среды передачи без промежуточныхусилителей всегда меньше, чем мощность входного сигнала, затухание средыпередачи всегда является отрицательной величиной.Например, витая пара - кабель категории 5 - характеризуется затуханиемне ниже - 23,6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. Частота 100 МГцвыбрана потому, что кабель этой категории предназначен для высокоскоростной передачи данных, сигналы которых имеют значимые гармоники с частотойпримерно 100 МГц.
Кабель категории 3 предназначен для низкоскоростнойпередачи данных, поэтому для него определяется затухание на частоте 10 МГц(не ниже -11,5 дБ). Часто оперируют с абсолютными значениями затухания,без указания знака.Абсолютный уровень мощности, например, уровень мощности передатчика, также измеряется в децибелах. При этом в качестве базового значениямощности сигнала, относительно которого измеряется текущая мощность,принимается значение в 1 мВт. Таким образом, уровень мощности, дБм,р= lOlgP/1 мВт,(2.21)где Р - мощность сигнала, мВт; дБм (dBm) - единица измерения уровня мощности (децибел на 1 мВт).Полоса пропускания (bandwidth) - непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала ко входному превьппает некоторый заранее заданный предел, обычно 0,5; т.
е. полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигналпередается по каналу связи без значительных искажений.492. Основы телекоммуникацииТак как любой дискретный сигнал состоит из компонент различной частоты, то на вход приемного устройства поступают только те компоненты, частоты которых находятся внутри полосы пропускания.
Ограниченность полосы пропускания приводит к частотньп^ искажениям сигнала. Известно, что амплитудакаждой из частотных гармоник снижается с ростом частоты. Поэтому, чемшире полоса пропускания среды передачи, тем большее число высокочастотных компонент проходит по линии связи, а следовательно, тем надежнее будетполученный сигнал воспроизводить переданный сигнал.Искаэюеиие из-за задерэ/ски определяется тем, что скорость распространения синусоидального сигнала по линии связи изменяется с изменением частоты. Следовательно, при передаче цифрового сигнала различные компоненты,из которых образован сигнал, достигают приемника с различными задержками.
Результатом этого является искажение сигнала, называемое искажением,вызванным задержкой. Степень искажения растет с увеличением скорости передачи битов, что вызвано следующей причиной: по мере роста скорости битовнекоторые частотные компоненты, связанные с передачей данного бита, задерживаются и начинают влиять на частотные компоненты следующего бита.Поэтому искажения из-за задержки называют также межсимвольными взаимными помехами. В результате действия этого искажения в моменты измерения поступивший сигнал изменяется. Так как обычно поступивший сигнал измеряется в номинальном центре каждого битового интервала, то, следовательно,при увеличении скорости битов искажение из-за задержки может привести кнекорректной интерпретации полученного сигнала.Шумы постоянно присутствуют в реальном канале.
В отсутствие передаваемого сигнала в идеальной линии связи должен быть нулевой уровень электрического сигнала. Однако на практике в линии имеют место случайные всплески даже тогда, когда никакой сигнал не передается. Эти всплески называютуровнем шумов в линии, и в пределе по мере затухания передаваемого сигналаего уровень становится сравнимым с уровнем шума. Важным параметром,связанным со средой передачи является отношение мощности полученногосигнала Ц к мощности уровня шумов Р^: SNP = Р^/Р^. Отношение S/N называют отношением сигнал-шум и обьино выражают в децибелах:S/N = 10 Ig (SNPy(2.22)Совершенно очевидно, что высокое значение отношения свидетельствует овысокой мощности сигнала по отношению к имеющемуся уровню шумов и поэтому характеризует сигнал хорошего качества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
