Интегрированные и дифференцированные сервисы

Передача данных
Каф. ВТ, ТОГУ, г Хабаровск
Вед. пред. Шоберг А.Г.
1
Электромагнитные сигналы
 Информация передается в виде
электромагнитных сигналов.
Электромагнитный сигнал изменяется во
времени, но этот сигнал можно представить в
виде функции от частоты.
 Сигналы можно разделить на аналоговые
(непрерывные по времени) и цифровые
(изменяющимися в определенное время
скачкообразно на постоянную величину).
2
Представление сигналов
 Простейшим сигналом является периодический сигнал
(повторяющийся по времени). Синусоида является основным
аналоговым сигналом. Её можно описать тремя параметрами:
амплитудой (А), частотой (f) и фазой (φ). В общем случае,
синусоиду можно представить как:
s(t)=Asin(2πft+φ).
3
Представление в частотной
области
 Любой электромагнитный сигнал состоит из ряда периодических
аналоговых сигналов, различающихся амплитудами, частотами
и фазами.
 Спектр сигнала – диапазон частот, из которых состоит сигнал.
Однако большая часть энергии любого сигнала заключена в
сравнительно узком диапазоне. Этот диапазон называют
эффективной полосой частот, или просто полосой частот.
 Экономические и практические соображения диктуют
необходимость представления цифровой информации
сигналами с конечной полосой частот. Однако, ограничение
полосы частот приводит к ухудшению формы сигнала, что
затрудняет интерпретацию принятой информации. Чем уже
полоса частот, тем большие искажения возникают при передаче
и тем больше вероятность ошибки приемника.
4
Аудиосигналы
 Аналоговая информация – информация, которая
принимает непрерывный ряд значений. Наиболее
известным примером служит звуковая, или акустическая,
информация.
 Речь человек состоит из множества гармоник, однако
можно сохранить естественное звучание, ограничив
полосу частот от 300 до 3400 Гц. Полоса частот
телефонных линий имеет защитный диапазон на каждом
конце передаваемой полосы, предотвращающий помехи
от соседних каналов.
5
Видеосигналы
 Для формирования видеосигнала используется
телевизионная камера и телеприемник. Важным
элементом является чувствительная пластина, на
которую фокусируется снимаемая сцена. Электронный
луч сканирует по пластине слева направо и сверху вниз.
При сканировании формируется аналоговый
электрический сигнал, пропорциональный яркости
изображения в данной точке. Со скоростью 30
сканирований в секунду просматриваются 483 строки.
 Для передачи аналоговой видеоинформации с
приемлемой скоростью необходима пропускная
способность канала около 4 МГц. С учетом защитного
диапазона стандартная полоса частот для видеосигналов
составляет 6 МГц.
6
Кабельная среда:
затухание сигнала
 При распространении сигнала в любой среде
амплитуда его уменьшается с удалением от
передатчика. Этот эффект называется затуханием.
 принимаемый сигнал должен быть достаточно
сильным, так чтобы электронные схемы приемника
смогли выявить и преобразовать этот сигнал;
 уровень сигнала должен быть значительно выше,
чем уровень шума, в противном случае при передаче
будут появляться ошибки;
 затухание растет с ростом частоты, и это приводит к
искажению сигнала.
7
Искажение, вызванное
задержкой
 Задержки присущи только передаче
сигналов по кабелю.
 Искажение возникает из-за того, что
скорости распространения различных
гармоник сигнала по кабелю
различаются.
 Данное искажение особенно критично
для цифровых данных.
8
Шум
 Тепловой шум – вызывается тепловым движением электронов в
проводнике. Определяет верхнюю границу производительности
системы связи.
 Интермодуляционный шум - возникновение сигналов с
частотами, равными сумме или разности исходных частот, или с
частотами им кратными
 Перекрестный шум - возникает из-за нежелательного контакта
между сигналами, например, из-за электрического контакта
кабелей или перекрытия сигналов от разных антенн.
 Импульсный шум - состоит из нерегулярных импульсов, или
всплесков, возникающих в течении короткого времени и
имеющих большую амплитуду. Он может создаваться самыми
разнообразными источниками, включая атмосферные молнии,
неисправности и дефекты в системе передачи.
9
Беспроводная среда:
потери в пустоте
 В любой системе беспроводной
передачи сигнал рассеивается с
увеличением расстояния от
передатчика. Поэтому чем дальше
антенна с данной площадью
принимающей поверхности
расположена от передающей антенны,
тем более слабый сигнал она примет.
При передаче данных через спутник это
– основной источник потерь сигнала.
10
Атмосферное поглощение
 Основной вклад в поглощение вносят водяной пар и
кислород. Пик поглощения наблюдается вблизи частоты
22 ГГц, он вызван наличием водяных паров.
 Наличие кислорода приводит к возникновению пика
поглощения вблизи частоты 60 ГГц, а для частот менее
30 ГГц его вклад мал.
 Дождь и туман (взвесь капель воды) приводят к
рассеянию радиоволн.
 Это может быт основной причиной потери сигналов.
Поэтому в местах с высокой влажностью необходимо
либо передавать сигналы на малые расстояния, либо
использовать низкие частоты.
11
Многолучевое
распространение сигнала
 На пути электромагнитных волн могут
находится различные препятствия, поэтому
на преемник могут приходить несколько
копий сигнала с различными задержками.
Прямой сигнал может вовсе отсутствовать. В
зависимости от разности длин хода прямой и
отраженных волн сигнал может усиливаться
или ослабляться по сравнению с прямым
сигналом.
12
Рефракция
 При распространении в атмосфере радиоволны
преломляются. Преломление вызвано изменением
скорости распространения сигнала при изменении
высоты сигнала над землей или состояния
атмосферы. Обычно скорость распространения
радиоволн растет с высотой, поэтому волны
«прижимаются» к земле. Однако в определенных
метеоусловиях зависимость скорости
распространения волн от высоты может существенно
отличаться от типичной. В таком случае только часть
радиоволн достигнет приемной антенны или прием
окажется вовсе невозможным.
13
Пропускная способность
канала
 Максимальняа пропускная способность канала
подчиняется уравнению:
 С – пропускная способность канала (бит/с), B –
полоса частот канала (Гц). Формула Шеннона
определяет теоретический минимум, однако
на практике можно достичь лишь много
меньших скоростей передачи данных. Одна из
причин заключается в том, что в формуле
учитывается только тепловой шум.
14