Р.Л. Смелянский - Компьютерные сети. Том 1. Системы передачи данных (1130069), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Однако разные среды по-разному поглощают энергию в зависимости от частоты сигнала, и поэтому по-разному искажают его форму. С ростом частоты сигнала искажения растут. При этом любая среда передачи ограничивает максимальную частоту передаваемого сигнала, а следовательно, и частоту гармоник, которые можно использовать лля аппроксимации функции я(Г). Тем самым ограничивается число гаРмоник, а следовательно, и точность воспроизведения формы сигнала, а также понижается скорость передачи (см. Рис. 3.!). ХаРактеристика канала, определяющая спектр частот, которые физическая среда канала пропускает без существенного понижения мощности сигнала, называется полосой пропускалия канала. Значение «существенного» понижения мощности определяется для конкретных случаев. Обычно падение мощности сигнала считается существенным, если оно составляет более 50 % ог ее начального зна- о и, 030 025 и Л з о > ! о о о 1 0 ! 2 3 4 5 6 7 8 9 !ОП !213!415 Номера гармоник 1 гармоника 0 1 2 0 1234 г 0 12345678 Рис.
ЗЛ, Сигнал, представленный как функция частоты: ';;;"а — передаваемые данные; б...д — формы воспроизводимого сигнала в зависимости от числа используемых гармоник ':,— чсния на единицу длины проводника. Полосу пропускания канала .;:::.'Можно ограничивать искусственно с помощью специального частот- йохо фильтра 3.4.3. Сигналы, данные,передача -Важно различать следующие три основных понятия: да!!ноге — это то, с помощью чего мы описываем явление или объект, ° . сигнал — зто представление данных; ',: .' передача — это процесс взаимолействия передатчика приемни.::::!са в целях получения приемником сигналов от передатчика.
3 свглмкм в Рассмотрим применительно к этим понятиям определения аналоговый и цифровой, которые соотносятся между собой примерно так же, как определения понятиями непрерывный и дискретный. Определение аналоговый применительно к данным проще всего проиллюстрировать на примере перелачи голосового сообщения. Акустические волны имеют аналоговый характер, т. е. значения их основных параметров, например амплитуды и частоты, изменяются во времени непрерывно. Другой пример аналоговых данных — видеоданные, так как яркость изображения, его контрастность также имеют непрерывный характер.
Совсем иное дело текст — цепочка символов, которые представлены в виде кодов, например, наборов из нулей и единиц. Эти коды можно легко представить в дискретном или цифровом виде. Коды могут иметь достаточно сложное устройство, например если требуется обнаруживать или исправлять ошибки при передаче. Итак, данные могут иметь самую разную природу.
Если информация представлена в виде аудио- или видеоданных значит, это аналоговые данные, а если информация представлена в виде текста — это цифровые данные. Однако это не означает, что, например, аудиоданные нельзя представить в цифровом виде. Это сделать можно, просто потребуются дополнительные усшзия по их преобразованию из аналоговой формы в цифровую. Сигналы, как уже говорилось, могут иметь либо непрерывную, либо дискретную форму. В первом случае говорят об аналоговом сигнале, а во втором — о цифровом.
Как видно из рис. 3.1, чем больше учитывается гармоник, тем точнее форма сигнала, т. е, для цифрового сигнала требуется большое число гармоник, чтобы он имел ступенчатую форму. Очень важно также, какое количество уровней может иметь сигнал. Чем больше число уровней сигнала, тем больше информации можно передать за один переход с уровня на уровень. Например, при наличии у сигнала только двух уровней, соответствующих 0 и 1, для передачи 8-разрядного кода символа требуется восемь сигналов. Если же сигнал может иметь восемь уровней, то для такой передачи потребуется только три таких сигнала, т.е. три изменения его уровня. Причем если скорости изменения уровня сигнала при его передаче в первом и во втором случаях одинаковые, то скорость передачи данных во втором случае будет выше более чем в два раза.
Процесс передачи также может иметь аналоговую или цифровую форму. Аналоговая передача предполагает непрерывное изменение паРаметРов передаваемою сигнала. Пифровая передача представляет собой резкое дискретное изменение параметров передаваемого сигнала или импульса. Сигнал в цифровой форме нельзя непосредственно передать средствами аналоговой передачи, или, как ее еШе называют, аналоговой модуляции.
Для этого требуется специальное оборудование — модем. 66 ';::: з~ередвввемые О 1 О ! ! О О ! ! О О ! О ! О ~заиные '' 'зйум 'Сигналэшум ВРемя замеров :. зз!ринятые денные О 1 Исходные денные О 1 О 1 1 О 1 ! 1 О О 1 О О О О ! ! О О 1 ! О О 1 О 1 О Виты е ошибкой Рис, 3.2. Влияние шума на цифровой сигнал 62 '-, Пхифровое кодирование, или цифровая передача, позволяет передавать оба вила сигна а. В у ае и ользования аналогового сирила : ' ':,;.н цифровой модуляции происходит предварительное оцифровывание : Ид!ала. Смысл процесса оцифровки состоит в том, что с определен- " -~:нпй частотой замеряется уровень сигнала, и результаты замера пред'..- ставдяются в виле некоторого кода, который передается с помощью ",.::.'цифрового кодирования.
Далее будет показано, что уровни и вид , '-:Нзипульса при цифровом кодировании имеют большое значение для ": .Ркорости и надежности передачи. При аналоговой и цифровой передачах влияние факторов, иска..,-жзаюших передаваемый сигнал, различное. Поскольку при передаче , дсегда происходит потеря энергии сигнала, то при передаче на боль:!йие расстояния передаваемый сигнал необходимо периодически . 'усиливать. Однако при этом будет усиливаться и шум, примешанный ;,.к.;сигналу при передаче.
В результате после нескольких усилений '::,, форма сигнала может измениться до неузнаваемости. При использо' '- ."ййнии цифровых сигналов это приведет к ошибке передачи, а при .:,'„"з!с!пользовании аналоговых сигналов — к искажению или просто по;: ",''харе. сигнала На рис. 3.2 показано влияние шума на цифровой сигнал 3. т.4. Взаимосвязь пропускной способности канала и аго полосы пропускания Максимальная скорость, с которой канал способен передавать сигнал, называется пропускной способпосгпью канала.
В 1924 г. Найквист открыл взаимосвязь пропускной способности канала и его полосы пропускания, согласно которой максимальная скорость передачи данных, бит,Гс, не может превывзать значение 2Н1оя, 1; где Н вЂ” ширина полосы пропускания канала, Гц; И вЂ” число уровней в сигнале. Из этой формулы следует, что, например канал с полосой 3 кГц не может передавать двухуровневые сигналы со скоростью более 6 000 бит!с. В 1933 г.
В.А. Котельниковым было доказано одно из фундаментальньтх положений теории связи: аналоговый сигнал и(Г), не содержащий частот выше Г„,„, Гц, полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на 1/(2Г„, ). Согласно теореме Котельникова, если сигнал имеет ограниченный спектр, т.е. если все его спектральные составляющие имеют частоты, не превышающие некоторой частоты Г,„, то он может быть восстановлен сколь угодно точно из последовательности своих дискретных значений, взятых через равные промежутки времени на периоде этого сигнала.
Откуда следует, что бессмысленно сканировать линию с частотой, большей, чем удвоенная ширина полосы пропускания. Все частоты выше значения Н отсутствуют в сигнале. Однако соотношение Найквиста не учитывает шум в канале, который определяется как отношение мощности полезного сигнала к мощности шума Я/Жи измеряется в децибелах: 10!сам(ЯУН). Например, если отношение 5!Х равно 10, то шум составляет 10 дБ, если оно равно 100, то шум составляет 20 дБ. Максимальная скорость передачи данных по каналу с шумом определяется по теореме Шеннона, битлис: Н1оя (1 э 5~Я), где Бумаг — соотношение сигнал — шум в канале.
ПРичем здесь уже не важно число уровней у сигнала, поскольку это теоретический предел, который редко достигается на практике. Например, по каналу с полосой пропускания в 3 000 Гц и уровнем шума 30 дБ (это характеристики стандартной телефонной линии) нельзя передать данные быстрее, чем со скоростью 30 000 бит/с. ч'-.' я, т,б, Сигналы с ограниченной полосой пропускания ; рассмотрим теперь, как влияет на скорость перелачи данных способ их прелставления ' ':ПУсть требуется перелать символ Ь в А8СП-коде — 01100010. На рис. 3.1, а показаны форма сигнала и его основные гармоники. ,:" Коэффициенты этих гармоник могут быть получены из уравнения (31) в следуюшем виде а„= — ') 8(г)зьп(2яиЯх)г; Ь„= — ) я(г)соз(2ли/))01.
2 2 О 0 На рис. 3.1, б...д показаны формы передаваемого сигнала в зави-Симости от числа используемых гармоник. ',' ' .',:.' Как уже отмечалось (см. подразл. 3.1.3), скорость передачи зависит от ,:: способа представления данных на физическом уровне и сигнальной ско:., "," Рости, или скорости модуляции, т. е, скорости изменения уровня сигна'да; Скорость изменения уровня сигнала в секунду измеряется в единипах, йазываемых бод (в честь изобретателя кода для телетайпа Э.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
