Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne
description
Transcript of Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne
![Page 1: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/1.jpg)
Глава 3Передача данных. Andmete ülekanne
![Page 2: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/2.jpg)
Терминология. Terminoloogia (1)• Transmitter• Receiver• Medium - среда
—Управляемая. Juhitav• Витая пара,оптоволокно. Keerdpaar, kiudoptika
—Неуправляемая. Mittejuhitav• Воздух, вода, вакуум. Õhk, vesi, vaakum.
transmitter receivermedium
![Page 3: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/5.jpg)
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.
![Page 6: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/6.jpg)
Аналоговый и дигитальный сигнал. Analoog- ja digitaalsignal
![Page 7: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/7.jpg)
Периодический
сигнал. Perioodiline signaal
![Page 8: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/9.jpg)
Изменения простейшего синусоидального сигнала. Lihtsaima signaali muutmine
s(t) = A sin(2ft +)
![Page 10: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/10.jpg)
Длина волны. Lainepikkus• Расстояние, занимаемое одним циклом.
Ühe tsükkli vahemaa• Допустим, что скорость
распространения сигнала – v. Oletame, et signaali levimise kiirus = vTf = vc = 3*108 ms-1 (скорость света - valguse kiirus )
![Page 11: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/11.jpg)
Еще несколько понятийЕдиничный импульс или дельта-
функция ДиракаИмпульс с бесконечно большой
амплитудой, нулевой шириной и единичным весом, сконцентрированный в точке, в которой значение его аргумента равно нулю.
1)( dtt
![Page 12: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/12.jpg)
Спектральная плотностьРаспределение энергии или мощности
сигнала по диапазону частот.
![Page 13: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/14.jpg)
Добавление компонентов(T=1/f). Komponentide lisamine
![Page 15: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/15.jpg)
Сложение компонентов с различными частотами
)))3(2sin(312sin(4 tfftts
Вторая частота кратна первой. Такая частота называется основной гармоникой.
Период сигнала равен периоду основной гармоники.
![Page 16: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/16.jpg)
Электромагнитный сигналВсегда 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
![Page 17: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/17.jpg)
Полоса частотЧем больше полоса частот, тем выше
информационная емкость сигнала.
1
)2sin(4
kнечетноеk k
kftAts
![Page 19: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/19.jpg)
Аппроксимация рядов Фурье• http://www.jhu.edu/~signals/fourier2/index.
html
![Page 20: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/20.jpg)
Спектр и полоса частот. Spekter ja sageduse tsoon• Spectrum – спектр - spekter
—Диапазон частот, из которых состоит сигнал. Sageduse diapasoon, millest koosneb signal
Ньютон в 1671—1672
![Page 21: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/21.jpg)
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.
![Page 22: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/22.jpg)
Спектр и полоса частот. Spekter ja sageduse tsoon (3)
![Page 23: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/23.jpg)
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.
![Page 24: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/26.jpg)
Аналоговый сигнал
Амплитуда
время
![Page 27: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/27.jpg)
Дигитальный сигнал
Амплитуда
время
![Page 28: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/28.jpg)
Акустический спектр (аналоговый). Akustiline spekter (analoogiline)
![Page 29: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/29.jpg)
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
![Page 30: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/30.jpg)
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
![Page 31: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/31.jpg)
Затухание дигитального сигнала. Digitaalse signali vaibumine
![Page 32: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/32.jpg)
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 -300-3400Hz. Ribalaiuse piiramine hääle kanalile - 300-3400Hz
![Page 33: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/33.jpg)
Двоичные дигитальные данные• Получаемые от компьютерных
терминалов• Два компонента• Полоса пропускания зависит от
скорости передачи
![Page 34: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/34.jpg)
Преобразование входа PC в дигитальный сигнал
![Page 35: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/35.jpg)
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
![Page 36: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/36.jpg)
Аналоговый сигнал, передающий аналоговые и дигитальные данные
![Page 37: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/37.jpg)
Дигитальный сигнал, передающий аналоговые и дигитальные данные
![Page 38: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/38.jpg)
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
![Page 39: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/40.jpg)
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
![Page 41: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/41.jpg)
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
![Page 42: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/42.jpg)
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
![Page 43: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/43.jpg)
Искажение задержки. Viivituse moondumine• Только в управляемой среде передачи.
Ainult juhitav meediumis• Скорость передачи зависит от частоты.
Ülekande kiirus sõltub sagedusest
![Page 44: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/46.jpg)
Пропускная способность каналаНаибольшая 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/символгде m — основание кода сигнала, используемого в
канале.
![Page 47: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/47.jpg)
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
![Page 48: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/48.jpg)
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 fс:
f>2 fс
• Может быть увеличена при использовании M уровней сигнала. Võimalik suurendada M signaali tasemete kasutamisel
• C= 2B log2M
![Page 49: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/49.jpg)
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
• SNRdb=10 log10 (сигнал/шум)
• Пропускная способность канала C=B log2(1+SNR). Kanali jõudlus
• Пропускная способность безошибочной передачи. Ilma vigadeta jõudlus
![Page 50: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/50.jpg)
Формула Шеннонапропускная 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:
гдеС — 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.
![Page 51: Глава 3 Передача данных . Andmete ülekanne](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062305/56815668550346895dc41a93/html5/thumbnails/51.jpg)
Формула Хартли
М - эффективное число различимых уровней