Каналы передачи данных и их характеристики

Каналом передачи информации называют совокупность технических средств, обеспечивающую передачу электрических сигналов от одного пункта к другому. Входы канала подключаются к передатчику, а выхо­ды — к приемнику.

Одной из главных характеристик канала является скорость пе­редачи информации. Максимально возможная скорость передачи данных по каналу связи называется емко­стью канала, обозначается через С и имеет размерность бит/с.

В общем случае емкость канала можно определить по формуле

C=I / T,

где I — количество переданной за время T информации.

Исходя из меры количества информации по Хартли и из теоремы Котельникова можно определить емкость канала:

, (7.8)

где F – ширина полосы канала,

P_c – мощность сигнала,

P_ш – мощность шума (помех)

Итак, емкость канала ограничивается двумя величинами: ши­риной полосы канала и шумом. Соотношение (7.8) известно как формула Хартли — Шеннона и считается основной в теории ин­формации.

К другим характеристикам каналов связи относятся:

· амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

· полоса пропускания;

· затухание;

· пропускная способность;

· достоверность передачи данных;

· помехоустойчивость.

АЧХ показывает, как изменяется амплитуда синусоиды на вы­ходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех частот передаваемого сигнала.

Полоса пропускания - это диапазон частот, для которых отно­шение амплитуды выходного сигнала к входному превышает неко­торый заданный предел.

Затухание определяется как относительное уменьшение ампли­туды или мощности сигнала при передаче по линии связи сигнала определенной частоты. Затухание L обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляет­ся по формуле

I = 101og₁₀ (P_вых/P_вх),

где Р_вых — мощность сигнала на выходе линии; Р_вх — мощность сигнала на входе линии.

Пропускная способность характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи и измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

На пропускную способность линии оказывает влияние физическое и логическое кодирование. Способ представления дискретной информации в виде сигналов, передаваемых на линию связи, назы­вается физическим линейным кодированием. От выбранного спо­соба кодирования зависит спектр сигнала и соответственно пропу­скная способность линии. Таким образом, для одного или другого способа кодирования линия может иметь разную пропускную спо­собность.

Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наи­меньшей единице информации — биту.

Если сигнал изменяется так, что можно различить более двух состояний, то любое его изменение несет несколько бит инфор­мации.

На пропускную способность оказывает влияние логическое ко­дирование, которое выполняется до физического и подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей при этом дополнитель­ными свойствами (обнаруживающие коды, шифрование).

При этом искаженная последовательность бит заменяется более длинной последовательностью, поэтому пропускная способность канала уменьшается.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Показателем достоверности является вероятность ошибочного приема информационного символа — Р_ош.

Величина Р_ош для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет, как правило, 10^-4... 10^-6. Это значит, что при Р_ош = 10^-4 в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита. В оптоволо­конных линиях связи Р_ош составляет 10^-9.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и из-за искажений формы сигнала, ограниченной полосой про­пускания линии. Поэтому для повышения достоверности передава­емых данных необходимо повышать степень помехоустойчивости линий, а также использовать более широкополосные линии связи.

Непременной составной частью любого канала является линия связи — физическая среда, обеспечивающая поступление сигналов от передающего устройства к приемному. В зависимости от среды передачи данных линии связи могут быть:

· проводные (воздушные);

· кабельные (медные и волоконно-оптические);

· беспроводные каналы связи (радиоканалы наземной и спут­никовой связи).

В беспроводных линиях связи передача информации осуществ­ляется на основе распространения электромагнитных волн (радио­волн). Наиболее освоенный диапазон длин волн находится в пре­делах от 10 до 2^{- 9} м.

Аппаратура линий связи подразделяется на аппаратуру при­ема-передачи данных, называемую аппаратурой окончания канала данных (АОКД), которая непосредственно связывает источник и получателя сообщения, и промежуточную аппаратуру.

АОКД работает на физическом уровне, отвечая за передачу и при­ем сигнала нужной формы и мощности в физическую среду. При­меры АОКД: модемы, терминальные адаптеры сетей, оптические модемы, устройства подключения к цифровым каналам.

Промежуточная аппаратура используется на линиях связи боль­шой протяженности и решает две основные задачи:

■ улучшение качества сигнала;

■ создание составного канала связи между абонентами в вы­числительных сетях.

Промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды — кабелей или радиоли­нии — позволяет осуществлять прием-передачу без промежуточно­го усиления. В противном случае применяют специальные устрой­ства — повторители.

Повторитель — устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической среды, расстояние.

Если требуется обеспечить качественную передачу сигналов на большие расстояния, то необходимы усилители сигналов, установ­ленные через определенные расстояния. В сетях передачи данных используется также и другая промежуточная аппаратура:

■ мультиплексоры;

■ демультиплексоры;

■ коммутаторы.

Мультиплексор — устройство, обеспечивающее совмещение сообщений, поступающих по нескольким каналам ввода, в од­ном выходном канале.

Демультиплексор — устройство, выполняющее операцию, обратную мультиплексированию (уплотнению).

Коммутатор — комбинационная схема, коммутирующая один из N входов с М выходами.

Эта аппаратура решает вторую задачу, т. е. создает между двумя абонентами сети составной канал из некоммутируемых отрезков физической среды. Промежуточная аппаратура канала связи про­зрачна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своей работе.