Глава 3 Передача данных. Andmete ülekanne

Терминология. Terminoloogia (1) Transmitter Receiver Medium - среда Управляемая. Juhitav Витая пара,оптоволокно. Keerdpaar, kiudoptika Неуправляемая. Mittejuhitav Воздух, вода, вакуум. Õhk, vesi, vaakum. transmitterreceiver medium

Терминология. Terminoloogia (2) Direct link – прямое соединение - otselink Нет промежуточных устройств. Ei ole vahepealsed seadmeid Усилитель или повторитель. Tugevdaja või kordaja Point-to-point Прямое соединение - otselink Соединение только для 2-х устройств. Ühendus ainult 2. seadmele Multi-point Соединение разделяет несколько устройств. Ühendus jaotab mitut seadet

Терминология. Terminoloogia (3) Simplex Одно направление. Üks suund Телевидение. TV Half duplex – полудуплекс - pooldupleks Два направления, но в одном направлении одновременно. Kaks suunda, aga ühes suunas korraga Рация. Raadio Full duplex – полный дуплекс – terve dupleks Одновременно два направления. Kaks suunda ühe korraga Телефон. Telefon

Частота и спектр передачи. Sagedus ja ülekande spekter Временная концепция. Ajaline konteptsioon Аналоговый сигнал. Analoogsignal Дигитальный сигнал. Digitaalsignal Периодический сигнал. Perioodiline signal Апериодический сигнал. Mitteperioodiline signal Детерминированный и случайный сигналы Периодические и случайные сигналы выражаются через мощность, а детерминированные и непериодически – через энергию.

Аналоговый и дигитальный сигнал. Analoog- ja digitaalsignal

Периодический сигнал. Perioodiline signaal

Простейший сигнал. Lihtsaim signaal Peak Amplitude (A) – амплитуда - tipp amplituud Максимальное значение сигнала. Maksimaalne signaali tähendus Вольты. voltid Frequency (f) – частота - sagedus Скорость повторения сигнала. Signali kordumise kiirus. Hertz (Hz) или циклов в секунду. Tsüklid sekundis период = время повторения сигнала (T). Signali kordumise ajavahemik T = 1/f Phase ( ) – фаза - faas Временное положение периода сигнала. Signali perioodi seisukoht

Изменения простейшего синусоидального сигнала. Lihtsaima signaali muutmine s(t) = A sin(2 ft + )

Длина волны. Lainepikkus Расстояние, занимаемое одним циклом. Ühe tsükkli vahemaa Допустим, что скорость распространения сигнала – v. Oletame, et signaali levimise kiirus = vT f = v c = 3*10 8 ms -1 (скорость света - valguse kiirus )

Еще несколько понятий Единичный импульс или дельта-функция Дирака Импульс с бесконечно большой амплитудой, нулевой шириной и единичным весом, сконцентрированный в точке, в которой значение его аргумента равно нулю.

Спектральная плотность Распределение энергии или мощности сигнала по диапазону частот.

Представление сигнала в частотной области. Signali rsitamine sageduse ala Сигнал обычно состоит из множества частот. Signal koosneb palju sagedust Составляющие – синусоидальные волны. Komponendid – siinus lained Может быть показано, что (анализ Фурье) что любой периодический сигнал может быть представлен суммой синусоидальных сигналов. Fourier analüüs: Iga perioodiline signal võib olla esitatud siinuste summana

Добавление компонентов (T=1/f). Komponentide lisamine

Сложение компонентов с различными частотами Вторая частота кратна первой. Такая частота называется основной гармоникой. Период сигнала равен периоду основной гармоники.

Электромагнитный сигнал Всегда можно представить как сумму достаточного количества синусоид. Электромагнитный сигнал – сумма периодических аналоговых сигналов. Спектр сигнала – диапазон частот, из которых состоит сигнал (f – 3f) Полоса частот этого сигнала – 2f

Полоса частот Чем больше полоса частот, тем выше информационная емкость сигнала.

Пример использования

Аппроксимация рядов Фурье

Спектр и полоса частот. Spekter ja sageduse tsoon Spectrum – спектр - spekter Диапазон частот, из которых состоит сигнал. Sageduse diapasoon, millest koosneb signal Ньютон в

Спектр и полоса частот. Spekter ja sageduse tsoon (2) Абсолютная полоса частот. Absoluutne sageduse tsoon Ширина спектра. Spektri laius Эффективная полоса частот. Efektiivne sageduse tsoon Чаще просто bandwidth. Sagedam bandwidth Узкий частотный диапазон, в котором заключена большая часть энергии сигнала. Kitsas sageduse diapasoon, kuhu mahtub suurem osa signaali energiast Постоянная составляющая сигнала – гармоника нулевой частоты.

Спектр и полоса частот. Spekter ja sageduse tsoon (3)

Объем передаваемых данных и полоса частот. Andmeülekande mahus ja sageduse riba Любая передающая система имеет ограниченную полосу частот передачи. Iga ülekande süsteem omab piiratud sageduse riba. Это ограничивает объем передаваемых данных. See piirab ülekandvate andmete mahtuvust.

Аналоговая и дигитальная передача. Aaloog- ja digitaalne ülekanne Данные. Andmed Сущность, передающая некоторое значение. Olemus, mis edastab mõni tähendus Сигналы. Signalid Электрическое или электромагнитное представление данных. Elektriline või elektromagnetiline andme esitamine Передача. Ülekanne Перенос данных с помощью создания и распространения сигналов. Andme edastamine signali loomise ja levitamise abil

Аналоговые и дигитальные данные. Analoog- ja digitaalandmed Аналоговые. Analoogilised Непрерывные значения в некотором промежутке пример – звук, видео. Katkematu tähendused mõni ajavahemikus – heli, video Дигитальные. Digitaalsed Дискретные значения. Diskretsed tähendused, näideks, tekst, täisarvud Например, текст, целые числа

Аналоговый сигнал Амплитуда время

Дигитальный сигнал Амплитуда время

Акустический спектр (аналоговый). Akustiline spekter (analoogiline)

Аналоговые и дигитальные сигналы. Analoog- ja digitaalsignalid Сущности, передающий данные. Olemus, mis edastab admeid Аналоговые. Analoogilised Непрерывно изменяющиеся. Jätkuvalt muutuv Различная среда передачи. Erinev ülekande keskkond Провода, стекловолокно, космическое пространство. Juhtmed, klaasikiud, kosmos Полоса пропускания речи от 100Hz до 7kHz. Hääle ribalaius 100Hz kuni 7kHz Полоса пропускания телефона от 300Hz до 3400Hz. Telefoni ribalaius 300Hz kuni 3400Hz Ширина полосы пропускания видео 4MHz. Video ribalauis 4MHz Дигитальные. Digitaalsed Используют два различных значения. Kasutavad 2 erinevat tähendust

Достоинства и недостатки дигитальной передачи. Digitaalse õlekande väärtused ja puudused Дешевизна. Odavus Меньшая чувствительность к шуму. Väiksem tundlikus mürale Большее затухание. Suurem vaibumine Импульсы становятся меньше и округлыми. Impulssid muutuvad väiksemateks ja ümmargustemaks Приводит к потере информации. Viib informatsiooni kaotusele

Затухание дигитального сигнала. Digitaalse signali vaibumine

Компоненты речи. Hääle komponendid Диапазон частот (слышимых) 20Hz-20kHz Kuuldavate sageduste diapasoon 20Hz-20kHz Речь - 100Hz-7kHz. Hääl - 100Hz-7kHz. Легко конвертируются в электромагнитные сигналы для передачи. Kergesti konverteeritakse elektromagneetilistele signalidele Звуковые частоты различной громкости конвертируются в электромагнитные частоты различного напряжения. Erineva kõva tase heli sagedused konverteeritakse erineva pinge elektromagneetilistele sagedused Ограничение полосы частот для голосового канала Hz. Ribalaiuse piiramine hääle kanalile Hz

Двоичные дигитальные данные Получаемые от компьютерных терминалов Два компонента Полоса пропускания зависит от скорости передачи

Преобразование входа PC в дигитальный сигнал

Данные и сигналы Обычно аналоговые сигналы используются для аналоговых данных и дигитальные – для дигитальных Можно использовать аналоговые сигналы для передачи дигитальных данных Модем Можно использовать дигитальные сигналы для передачи аналоговых данных Аудио компакт-диск

Аналоговый сигнал, передающий аналоговые и дигитальные данные

Дигитальный сигнал, передающий аналоговые и дигитальные данные

Аналоговая передача Аналоговый сигнал передается без учета содержимого Могут быть как аналоговые, так и дигитальные данные Чувствительны к расстояниям Используют усилители для восстановления сигнала Шум от усилителей

Дигитальная передача Зависит от контента Целостность зависит от шума, затухания и т.д. Используются повторители Повторители получает сигнал Расшифровывает битовую последовательность Передает дальше Затухание преодолено Шумы не усиливаются

Преимущества дигитальной передачи Дигитальная технология Низкая стоимость технологий (БИС/СБИС) Целостность данных Большие расстояния на линиях низкого качества Объем передаваемых данных Экономичность линий с широкой полосой пропускания Высокий уровень мультиплексирования проще для дигитальных технологий Security & Privacy Шифрование Интеграция Можно использовать сходство аналогового и дигитального сигналов

Ухудшение передачи Получаемый сигнал может отличаться от переданного сигнала Аналоговый – ухудшение качества сигнала Дигитальный – ошибки в передаваемых битах Результат Затухание сигнала и искажения затухания Искажения задержки Шум

Затухание. Vaibumine Мощность сигнала падает с увеличением расстояния. Signaali võime väheneb vahemaa suurenemisega Зависит от среды передачи. Sõltub ülekande meediumist Мощность полученного сигнала: Saadud signaali võimsus Должна быть достаточной для определения сигнала. Peab olema jatkuv signaali määramiseks Для передачи без ошибок должна быть существенно выше, чем шум. Vigata ülekanne peab olema märkimisväärselt suurem kui müra Затухание возрастает при росте частоты. Vaibumine suureneb sageduse suurememisel

Искажение задержки. Viivituse moondumine Только в управляемой среде передачи. Ainult juhitav meediumis Скорость передачи зависит от частоты. Ülekande kiirus sõltub sagedusest

Шум. Müra (1) Дополнительные сигналы, появляющиеся между передатчиком и приемником. Lisasignaalid saaja ja saatja vahel Термальный (тепловой). Soojusmüra Тепловое движение электронов. Soojuselektronide liikumine Равномерно распределен по частотному спектру. Ühtlaselt jaotatud sageduse spektris Белый шум. Valgemüra Интермодуляция. Intermodulatsioon Сигналы, являющиеся суммой иди разностью оригинальных частот, разделяющих одну среду передачи. Signaalid, mis on originaalsete sageduste summa või vahe, jagavad ühte ülekande meediumi

Шум. Müra (2) Перекрестный шум. Ristmüra Сигнал одной линии влияет на сигнал другой. Ühe liini signaal mõjutab teise liini signaali Импульсный шум. Impulssmüra Нерегулярные импульсы или пики. Mitteregulaarsed impulssid ja tippud Например, внешнее электромагнитная интерференция. Näiteks, välis elektromagneetiline interferentsioon Короткая продолжительность. Lühike kestvus Высокая амплитуда. Suur amplituud

Пропускная способность канала Наибольшая возможная в данном канале скорость передачи информации называется его пропускной способностью. Пропускная способность канала есть скорость передачи информации при использовании «наилучших» (оптимальных) для данного канала источника, кодера и декодера, поэтому она характеризует только канал. Пропускная способность дискретного (цифрового) канала без помех C = log(m) бит/символ где m основание кода сигнала, используемого в канале.

Пропускная способность канала. Kanali jõudlus Скорость передачи данных. Andmeülekanne kiirus В битах в секунду. Bitid sekundis Полоса частот канала. Kanali sagedusriba Циклы в секунду – Hertz – Tsükklid sekundis Зависит от передатчиков и среды. Sõltub saajadest ja meediumist

Полоса пропускания Найквиста (Nyquist Bandwidth) Если аналоговый сигнал x(t) имеет ограниченный спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной максимальной частоты спектра f с : f>2 f с Может быть увеличена при использовании M уровней сигнала. Võimalik suurendada M signaali tasemete kasutamisel C= 2B log 2 M

Формула Шеннона (Shannon)для пропускной способности канала. Shannoni valem kanali jõudlusele Связывает скорость передачи данных, шум и уровень ошибок передачи. Seotab ülekanne kiirus, müra ja vigatase. Ускорение передачи данных укорачивает каждый бит, так что влияние шумов оказывается на большее число бит. Andmeülekande kiirenemine lühendab igat biti, siis müra mõjub suuremale bitde kogusele При имеющемся уровне шума более высокая скорость передачи означает большее число ошибок. Suurem ülekande kiirus tähendab rohkem vigu Отношение сигнал/шум (в децибелах). signaal/müra suhe detsibelis SNR db = 10 log 10 (сигнал/шум) Пропускная способность канала C=B log 2 (1+SNR). Kanali jõudlus Пропускная способность безошибочной передачи. Ilma vigadeta jõudlus

Формула Шеннона пропускная способность канала, означающая теоретическую верхнюю границу скорости передачи данных, которые можно передать с данной средней мощностью сигнала через аналоговый канал связи, подверженный аддитивному белому гауссовскому шуму мощности равна: где С пропускная способность канала, бит/с; B полоса пропускания канала, Гц; S полная мощность сигнала над полосой пропускания, Вт; N полная шумовая мощность над полосой пропускания, Вт; S/N частное от деления отношения сигнала к шуму на гауссовский шум, выраженное как отношение мощностей.

Формула Хартли М - эффективное число различимых уровней