Possibilités de différents canaux de transmission d'informations. Canaux de transmission de données et leurs caractéristiques. Capacité du canal et vitesse de transmission des informations

Sur la fig. 1, les désignations suivantes sont adoptées : X, Y, Z, W– signaux, messages ; f– interférence; MP– ligne de communication ; IA, PI– source et destinataire de l'information ; P.– convertisseurs (codage, modulation, décodage, démodulation).

Il existe différents types de chaînes, qui peuvent être classées selon différents critères :

1.Par type de lignes de communication : filaire; câble; fibre optique;

lignes électriques; chaînes de radio, etc.

2. De par la nature des signaux : continu; discret; discret-continu (les signaux à l'entrée du système sont discrets, et à la sortie sont continus, et vice versa).

3. En termes d’immunité au bruit : canaux sans interférence ; avec interférence.

Les canaux de communication se caractérisent par :

1. Capacité des canaux est défini comme le produit du temps d'utilisation du canal T à, largeur du spectre de fréquences transmis par le canal F à et plage dynamique D à. , qui caractérise la capacité du canal à transmettre différents niveaux de signal

V k = T k F k D k. (1)

Condition d'adéquation du signal avec le canal :

Vc £ Vk ; T c £ Merci ; F c £ Fk ; Vc £ Vk ; CC £ Ne sais pas.

2.Taux de transfert d'informations – la quantité moyenne d'informations transmises par unité de temps.

3.

4. Redondance – assure la fiabilité des informations transmises ( R.= 0¸1).

L'une des tâches de la théorie de l'information est de déterminer la dépendance de la vitesse de transmission de l'information et de la capacité d'un canal de communication sur les paramètres du canal et les caractéristiques des signaux et des interférences.

Le canal de communication peut être comparé au sens figuré aux routes. Routes étroites – faible capacité, mais bon marché. Les routes larges offrent une bonne capacité de circulation, mais sont coûteuses. La bande passante est déterminée par le goulot d'étranglement.

La vitesse de transfert des données dépend en grande partie du support de transmission dans les canaux de communication, qui utilisent différents types de lignes de communication.

Filaire :

1. Filaire– paire torsadée (qui supprime partiellement le rayonnement électromagnétique provenant d'autres sources). Vitesse de transfert jusqu'à 1 Mbit/s. Utilisé dans les réseaux téléphoniques et pour la transmission de données.

2. Câble coaxial. Vitesse de transmission 10-100 Mbit/s – utilisée dans les réseaux locaux, la télévision par câble, etc.

3. Fibre optique. Vitesse de transfert 1 Gbit/s.

Dans les environnements 1 à 3, l'atténuation en dB dépend linéairement de la distance, c'est-à-dire la puissance chute de façon exponentielle. Il est donc nécessaire d'installer des régénérateurs (amplificateurs) à une certaine distance.

Lignes radio :

1.Chaîne radio. Vitesse de transfert 100-400 Kbps. Utilise des fréquences radio jusqu'à 1000 MHz. Jusqu'à 30 MHz, en raison de la réflexion de l'ionosphère, les ondes électromagnétiques peuvent se propager au-delà de la ligne de mire. Mais cette gamme est très bruyante (par exemple, les communications radioamateurs). De 30 à 1000 MHz – l'ionosphère est transparente et une visibilité directe est nécessaire. Les antennes sont installées en hauteur (parfois des régénérateurs sont installés). Utilisé à la radio et à la télévision.

2.Lignes micro-ondes. Vitesses de transfert jusqu'à 1 Gbit/s. Des fréquences radio supérieures à 1 000 MHz sont utilisées. Cela nécessite une visibilité directe et des antennes paraboliques hautement directionnelles. La distance entre les régénérateurs est de 10 à 200 km. Utilisé pour les communications téléphoniques, la télévision et la transmission de données.

3. Communications par satellite. Les fréquences micro-ondes sont utilisées et le satellite sert de régénérateur (pour de nombreuses stations). Les caractéristiques sont les mêmes que pour les lignes hyperfréquences.

2. Bande passante d'un canal de communication discret

Un canal discret est un ensemble de moyens destinés à transmettre des signaux discrets.

Capacité du canal de communication – la vitesse de transmission d'informations la plus élevée théoriquement réalisable, à condition que l'erreur ne dépasse pas une valeur donnée. Taux de transfert d'informations – la quantité moyenne d'informations transmises par unité de temps. Définissons des expressions pour calculer le taux de transmission de l'information et le débit d'un canal de communication discret.

Lors de la transmission de chaque symbole, une quantité moyenne d'informations transite par le canal de communication, déterminée par la formule

Je (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X) , (2)

Où: Je (Y, X) – l'information mutuelle, c'est-à-dire la quantité d'informations contenues dans Oui relativement X ;H(X)– entropie de la source du message; H(X/Y)– l'entropie conditionnelle, qui détermine la perte d'information par symbole associée à la présence d'interférences et de distorsions.

Lors de l'envoi d'un message XT durée T, composé de n symboles élémentaires, la quantité moyenne d'informations transmises, compte tenu de la symétrie de la quantité mutuelle d'informations, est égale à :

Je (Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)

La vitesse de transmission des informations dépend des propriétés statistiques de la source, de la méthode de codage et des propriétés du canal.

Bande passante d'un canal de communication discret

La valeur maximale possible, c'est-à-dire le maximum de la fonctionnelle est recherché sur l'ensemble des fonctions de distribution de probabilité p (x) .

Le débit dépend des caractéristiques techniques du canal (vitesse des équipements, type de modulation, niveau d'interférence et de distorsion, etc.). Les unités de capacité du canal sont : , , , .

2.1 Canal de communication discret sans interférence

S'il n'y a pas d'interférence dans le canal de communication, les signaux d'entrée et de sortie du canal sont reliés par une relation fonctionnelle sans ambiguïté.

Dans ce cas, l'entropie conditionnelle est égale à zéro et les entropies inconditionnelles de la source et du récepteur sont égales, c'est-à-dire la quantité moyenne d'informations dans un symbole reçu par rapport à celui transmis est

Je (X, Oui) = H(X) = H(Oui); H(X/Y) = 0.

Si XT– nombre de caractères par fois T, alors le débit de transmission d'informations pour un canal de communication discret sans interférence est égal à

Où V = 1/ – vitesse de transmission moyenne d'un symbole.

Débit pour un canal de communication discret sans interférence

Parce que l'entropie maximale correspond à des symboles également probables, alors le débit pour une distribution uniforme et une indépendance statistique des symboles transmis est égal à :

Premier théorème de Shannon pour un canal : Si le flux d'informations généré par la source est suffisamment proche de la capacité du canal de communication, c'est-à-dire

, où est une valeur arbitrairement petite,

alors vous pouvez toujours trouver une méthode de codage qui assurera la transmission de tous les messages sources, et le débit de transmission des informations sera très proche de la capacité du canal.

Le théorème ne répond pas à la question de savoir comment effectuer le codage.

Exemple 1. La source produit 3 messages avec probabilités :

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 et p 3 = 0,7.

Les messages sont indépendants et sont transmis dans un code binaire uniforme ( m = 2 ) avec une durée de symbole de 1 ms. Déterminez la vitesse de transmission des informations sur un canal de communication sans interférence.

Solution: L'entropie source est égale à

[bit/s].

Pour transmettre 3 messages avec un code uniforme, deux chiffres sont nécessaires et la durée de la combinaison de codes est de 2t.

Vitesse moyenne du signal

V =1/2 t = 500 .

Taux de transfert d'informations

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bits/s].

2.2 Canal de communication discret avec interférence

Nous considérerons des canaux de communication discrets sans mémoire.

Chaîne sans mémoire est un canal dans lequel chaque symbole de signal transmis est affecté par des interférences, quels que soient les signaux transmis précédemment. Autrement dit, les interférences ne créent pas de connexions corrélatives supplémentaires entre les symboles. Le nom « pas de mémoire » signifie que lors de la transmission suivante, la chaîne ne semble pas se souvenir des résultats des transmissions précédentes.

Canal de communication appeler un ensemble de moyens techniques et d'environnement physique capables de transmettre des signaux envoyés qui assurent la transmission des messages de la source d'information au destinataire.

Les canaux sont généralement divisés en continus et discrets.

Dans le cas le plus général, chaque canal discret comprend un canal continu comme composant.

Si l'influence des facteurs interférents sur la transmission des messages dans un canal peut être négligée, alors un tel canal idéalisé est appelé canal sans interférence.

Dans un tel canal, chaque message en entrée correspond de manière unique à un message spécifique en sortie et vice versa. Si l'influence des interférences dans un canal ne peut être négligée, alors lors de l'analyse des caractéristiques de la transmission des messages sur un tel canal, des modèles sont utilisés qui caractérisent le fonctionnement du canal en présence d'interférences.

En fonction des propriétés spécifiques des canaux réels, différents types de modèles sont utilisés. Un canal dans lequel les probabilités d'identification du premier signal avec le second et du second avec le premier sont les mêmes est appelé canal symétrique.

Un canal à la sortie duquel l'alphabet du signal est déconnecté de l'alphabet du signal à l'entrée est appelé effacer le canal.

Chaîne avec effacement et diffusion Canal effaçable

Le canal de transmission des messages au destinataire en tant que canal inverse supplémentaire, qui sert à augmenter la fiabilité de la transmission, est appelé canal de rétroaction.

Un canal de communication est considéré comme donné si les données sur les messages à son entrée sont connues, ainsi que les restrictions imposées aux messages d'entrée par les caractéristiques physiques des canaux.

Pour caractériser les canaux de communication, deux notions de vitesse de transmission sont utilisées :

a) Débit de transmission technique, caractérisé par le nombre de signaux élémentaires transmis sur le canal par unité de temps. Cela dépend des propriétés des lignes de communication et les performances dépendent de l'équipement des canaux. .

b) Vitesse de l'information, qui est déterminée par la quantité moyenne d'informations transmises par unité de temps. Cette vitesse dépend à la fois des caractéristiques du canal donné et des caractéristiques des signaux utilisés.

Capacité des canaux est la vitesse maximale de transmission des informations sur ce canal, atteinte avec les méthodes de transmission et de réception les plus avancées. La bande passante, comme la vitesse de transfert des informations, est généralement mesurée par la quantité d'informations transmises par unité de temps.

15. Coordination des caractéristiques physiques du canal de communication et des signaux

Chaque canal de communication spécifique possède des paramètres physiques qui déterminent la possibilité de transmettre certains signaux via ce canal, quel que soit le but, tout canal peut être caractérisé par trois paramètres principaux :

1) - temps d'accès au canal, [s] ;

2)
- bande passante du canal de communication, [Hz] ;

3)
- excès admissible du signal par rapport aux interférences (bruit).

- volume du canal de communication.

Pour évaluer la possibilité de transmettre un signal donné sur un canal spécifique, vous devez corréler les caractéristiques du canal avec les caractéristiques correspondantes du signal :

1) - durée du signal ;

2) - bande de fréquence (largeur spectrale) du signal ;

3)
- niveau d'excès de signal par rapport au bruit.

- le volume des signaux.

Canaux de transmission, leur classification et leurs principales caractéristiques

Concepts et définitions de base : canal de transmission, sa plage dynamique, bande de fréquences effectivement transmise, durée pendant laquelle le canal est prévu pour transmettre le signal primaire, capacité du canal. Paramètres de base et caractéristiques du canal. Principes de normalisation de l'écart d'atténuation résiduelle, réponse en fréquence, notion de « modèle ». Réponse phase-fréquence. Caractéristique d'amplitude et ses diverses formes. Canaux typiques et leurs principales caractéristiques.

Les concepts clés de la technologie des systèmes et réseaux de télécommunications sont le canal de transmission et le canal de télécommunication.

Canal de transmission est un ensemble de moyens techniques et de supports de distribution qui assurent la transmission de signaux de télécommunication dans une certaine bande de fréquences ou à une certaine vitesse de transmission entre des points terminaux ou intermédiaires des réseaux de télécommunication.

Selon les méthodes de transmission des signaux de télécommunication, il existe analogique Et numérique chaînes.

1) Les canaux analogiques, à leur tour, sont divisés en continu Et discret en fonction des changements dans le paramètre d'information du signal.

2) Les chaînes numériques sont divisées en chaînes en utilisant modulation par impulsions codées (PCM ) , canaux utilisant PCM différentiel et canaux basés modulation delta . Les canaux qui utilisent des méthodes de transmission de signaux analogiques dans certaines régions et des méthodes de transmission de signaux numériques dans d'autres sont appelés canaux de transmission mixtes.

En fonction de la bande passante dans laquelle les signaux de télécommunication sont transmis et de la conformité des paramètres du canal aux normes établies, l'analogique canaux de fréquence vocale typiques, typiques canaux haut débit primaires, secondaires, tertiaires et quaternaires. Canaux typiques pour la transmission de signaux de diffusion audio, de signaux d'image et d'audio de télévision;

En fonction de la vitesse de transmission et de la conformité des paramètres du canal aux normes établies, on distingue : chaîne numérique principale, chaînes numériques primaires, secondaires, tertiaires, quaternaires et quinaires ;

Selon le type de support de propagation, on distingue les signaux de télécommunication : chaînes filaires organisé via des câbles et, plus rarement, des lignes de communication aériennes et canaux de communication radio , organisé par relais radio et lignes de communication par satellite.

Canal de télécommunication est un complexe de moyens techniques et d'environnement de distribution qui fournit transmission de signaux primaires télécommunications du convertisseur de message en signal primaire au convertisseur de signal en message primaire.

En plus de la classification ci-dessus, les canaux de télécommunication sont divisés en

En fonction du type de signaux (ou messages) primaires transmis, on les distingue chaînes téléphoniques, chaînes de diffusion sonore, chaînes de télévision, télévision

graphique chaînes Et canaux de données ;

Selon les modalités d'organisation de la communication bidirectionnelle, il existe canal unidirectionnel à deux fils, canal bidirectionnel à deux fils Et canal unidirectionnel à quatre fils ;

Les canaux de télécommunication sont divisés par base territoriale pour international, interurbain, interurbain, zonal et local .

La classification considérée des canaux de transmission et de télécommunication (ci-après simplement canaux) correspond à la pratique établie de leur organisation et à l'évolution des exigences concernant leurs principaux paramètres et caractéristiques, qui sont généralement liées aux paramètres et caractéristiques correspondants des signaux primaires.

Un canal peut être caractérisé par trois paramètres :

1) bande de fréquence transmise efficacement DF À, que le canal est capable de transmettre tout en répondant aux exigences de qualité de transmission du signal ;

2) le temps T À, pendant lequel le canal est fourni pour la transmission de signaux ou de messages ;

3) plage dynamique D À, qui s'entend comme une relation de la forme

Où P. kmmax– puissance maximale sans distorsion pouvant être transmise sur le canal; P. kmin– la puissance minimale du signal pour laquelle l'immunité nécessaire contre les brouillages est assurée.

Il est évident que transmettre un signal avec des paramètres DF c ,T Avec, Et D c via canal avec paramètres DF À ,T À Et D À possible sous réserve de

Produit de trois paramètres de canal V À = D À × F À × T Àça s'appelle capacité. Un signal peut être transmis sur un canal si sa capacité n'est pas inférieure au volume du signal (voir cours 2). Si le système d’inégalités (3.2) n’est pas satisfait, alors il est possible déformation l'un des paramètres du signal qui permet d'adapter son volume à la capacité du canal. Par conséquent, la condition de possibilité de transmission du signal sur un canal peut être représentée sous une forme plus générale

V À ³ V Avec . (3.3)

Le canal est caractérisé par la sécurité

, (3.4)

Où P. n– puissance de brouillage dans le canal.

La capacité du canal est décrite par l'expression suivante

, (3.5)

Où P. Épouser– puissance moyenne du signal transmis sur le canal.

Canal de transmission sous forme de quadripôle

Le canal de transmission, en tant qu'ensemble de moyens techniques et supports de propagation d'un signal électrique, représente une connexion en cascade de divers réseaux à quatre terminaux V qui effectuent le filtrage, la conversion du signal, l'amplification et la correction. Le canal peut donc être représenté quadripôle équivalent, dont les paramètres et les caractéristiques déterminent la qualité de la transmission du signal, Fig. 3.1.

Riz. 3.1. Canal de transmission sous forme de quadripôle

Sur la figure 3.1, les désignations suivantes sont utilisées : 1-1 et 2-2 sont respectivement les bornes d'entrée et de sortie ; je saisir (jw) Et je dehors (jw) – courants d'entrée et de sortie complexes ; U saisir (jw) Et U dehors (jw) – tensions d'entrée et de sortie complexes ; Z saisir (jw) Et Z dehors (jw) – résistances d'entrée et de sortie complexes (en règle générale, les valeurs sont purement actives et égales, c'est-à-dire Z saisir = R. saisir = Z dehors = R. dehors);K(jw) =U dehors (jw) /U saisir (jw) =À(w )× e jb (w) – coefficient de transfert de tension complexe, À(w) – module du coefficient de transmission et b(w) – déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie ; si le rapport entre le courant de sortie et le courant d'entrée est pris, alors on parle du coefficient de transfert de courant ; toi saisir (t), toi dehors (t) – valeurs de tension instantanées des signaux d’entrée et de sortie et r saisir Et r dehors – tension d'entrée et de sortie ou niveaux de puissance du signal.

Les canaux de transmission fonctionnent entre des charges réelles Z n1 (jw) Et Z n2 (jw), connectés respectivement aux bornes 1-1 et 2-2.

Les propriétés des canaux et leur conformité aux exigences de qualité de transmission des messages sont déterminées par un certain nombre de paramètres et de caractéristiques.

Le premier et l’un des principaux paramètres du canal est atténuation résiduelle UN r, ce qui signifie atténuation de fonctionnement du canal, mesurée ou calculée dans les conditions de connexion aux bornes 1-1Et 2-2 (Fig. 3.1) résistances actives correspondant aux valeurs nominalesR. saisir EtR. dehors respectivement. Les résistances d'entrée et de sortie des dispositifs de canal de transmission individuels concordent assez bien les unes avec les autres. Dans cette condition, l'atténuation de fonctionnement du canal peut être considérée comme égale à la somme caractéristiques(propre) atténuation appareils individuels, à l’exclusion des réflexions. Ensuite, l'atténuation résiduelle du canal peut être déterminée par la formule ;

, (3.1)

Où r saisir Et r dehors– les niveaux à l'entrée et à la sortie du canal (voir Fig. 3.1) ; UN r– atténuation je- va et S j - gagner j- e réseaux à quatre terminaux qui composent le canal de transmission.

Cela signifie que atténuation résiduelle(onces) le canal représenteest la somme algébrique des atténuations et des améliorations et pratique pour les calculs UN r, lorsque l'atténuation des sections d'amplification et le gain des amplificateurs sont connus. HP est mesuré à un niveau spécifique pour chaque fréquence de mesure du canal.

Pendant le fonctionnement, le canal OZ ne reste pas une valeur constante, mais s'écarte de la valeur nominale sous l'influence de divers déstabilisantfacteurs. Ces changements dans la santé sont appelés instabilité, qui est estimé par les valeurs maximales et quadratiques moyennes des écarts de l'OZ par rapport à la valeur nominale ou à la valeur de leur dispersion.

L'atténuation résiduelle d'un canal est liée à sa bande passante. La bande de fréquences du canal dans laquelle l'atténuation résiduelle ne diffère pas de l'atténuation nominale de plus d'une certaine quantité DA r est appelée bande de fréquence transmise efficacement (EPHR). Dans les limites de l'EPPC, les écarts admissibles d'OZ sont normalisés D.A. r de la valeur nominale. La méthode de normalisation la plus courante consiste à utiliser des « modèles » d'écarts de santé admissibles. Une vue approximative d'un tel modèle est présentée à la Fig. 3.2.

Riz. 3.2. Modèle approximatif des écarts admissibles de l'atténuation résiduelle d'un canal de transmission

Sur la fig. 3.2 les notations suivantes sont utilisées f 0 – fréquence à laquelle la valeur nominale de l'OZ est déterminée ; f n ,f V – fréquences limites inférieure et supérieure de l'EPFC ; 1.2 – limites des écarts admissibles d'OZ ; 3 – vue de la réponse en fréquence mesurée de l'OZ. Les écarts d'OZ par rapport à la valeur nominale sont déterminés par la formule

, (3.2)

Où f - fréquence actuelle et f 0 – fréquence de détermination de la valeur nominale d'OZ.

Étroitement lié au concept d’EPHR réponse amplitude-fréquence -réponse en fréquence(ou juste réponse en fréquence ) canal, ce qui signifie dépendance de l'atténuation résiduelle sur la fréquence A r =j h (f)à un niveau constant à l'entrée du canal, c'est-à-dire r saisir = const. Cette caractéristique évalue les distorsions amplitude-fréquence (simplement fréquence) introduites par le canal en raison de la dépendance de sa capacité à la fréquence. Les distorsions admissibles sont déterminées par le modèle d'écarts du PO dans les limites de l'EPPC. Une vue approximative de la réponse en fréquence du canal est présentée sur la Fig. 3.3.

Pour la transmission d'un certain nombre de signaux de télécommunication, il est important réponse phase-fréquence – FCHH(Juste caractéristique de phase ) canal, qui fait référence à la dépendance du déphasage entre les signaux de sortie et d'entrée sur la fréquence, c'est-à-dire b = j f (f). Une vue générale de la caractéristique de phase du canal est présentée sur la Fig. 3.4

(ligne 1).

Figure 3. 3. Réponse en fréquence du canal. Figure 3. 4. Caractéristiques de phase du canal.

Dans la partie médiane de l'EPFC, cette caractéristique est proche du linéaire et, à ses limites, il existe une non-linéarité notable provoquée par les filtres inclus dans le canal de transmission. En raison du fait qu'il est difficile de mesurer directement le déphasage introduit par le canal, la réponse en fréquence est considérée pour évaluer les distorsions de phase. temps de trajet en groupe – PRG(ou décélération - retard de groupe)

t (w ) = base de données(w)/ dw, (3.3)

Où b (w) – caractéristique phase-fréquence. Une vue approximative de la réponse en fréquence du HPG est présentée sur la figure 3.4 (ligne 2).

Les caractéristiques de fréquence de l'atténuation résiduelle, du déphasage ou du temps de transit de groupe déterminent distorsion linéaire , introduits par les canaux de transmission lorsque les signaux de télécommunication les traversent.

La dépendance de la puissance, de la tension, du courant ou de leurs niveaux à la sortie du canal sur la puissance, la tension, le courant ou leurs niveaux à l'entrée du canal est appelée caractéristique d'amplitude –OH. L'AX d'un canal fait également référence à la dépendance de l'atténuation résiduelle du canal sur le niveau du signal à son entrée, c'est-à-dire UN r =j UN (r saisir), mesuré à une certaine fréquence constante du signal de mesure à l'entrée du canal, c'est-à-dire f changement= const.

La caractéristique d'amplitude du canal peut être représentée par diverses dépendances illustrées sur la Fig. 3.5 : U dehors =j n (U saisir) (Fig. 3.5 a, lignes 1 et 2), UN r = j UN (r saisir) (Fig. 3.5 b, ligne 1), r saisir =j r (r dehors) (Fig. 3.5 b, lignes 2 et 3), où les notations suivantes sont adoptées : U saisir , U dehors– tension du signal respectivement à l'entrée et à la sortie du canal ; r saisir , p dehors – niveaux (tension, puissance) des signaux respectivement à l'entrée et à la sortie du canal ; UN r– l'affaiblissement résiduel du canal de transmission.

D’après l’examen des graphiques présentés sur la figure 3.5, il apparaît clairement que l’AH comporte trois sections :

1) section non linéaire à faibles valeurs de tension ou niveaux de signal à l'entrée du canal. La non-linéarité de l'AX s'explique par la commensurabilité de la tension ou du niveau du signal avec le bruit du canal lui-même ;

2) section linéaire aux valeurs de tension ou au niveau du signal d'entrée, qui est caractérisée par une relation proportionnelle directe entre la tension (niveau) du signal à l'entrée du canal et la tension (niveau) du signal à la sortie du canal ;

Figure 3. 5. Caractéristiques d'amplitude du canal de transmission

3) une section avec une non-linéarité significative à des valeurs de tension d'entrée (niveau) du signal supérieures au maximum U Max. (r Max.), qui se caractérise par l'apparence distorsions non linéaires. Si l'angle de pente de la droite correspondant à la section linéaire AX est égal à 45 0, alors la tension (niveau) du signal à la sortie du canal est égale à la tension (niveau) à son entrée. Si l'angle d'inclinaison est inférieur à 45 0, alors il y a une atténuation dans le canal, et si l'angle d'inclinaison est supérieur à 45 0, alors il y a une amplification dans le canal. Si UN r > 0, alors le canal introduit une atténuation (atténuation) si UN r <0, то канал передачи вноситgain résiduel.

Une légère non-linéarité de l'AX à de faibles valeurs de tension d'entrée ou de niveau de signal n'affecte pas la qualité de la transmission et peut être ignorée. La non-linéarité de l'AX à des valeurs significatives de tension ou de niveau de signal d'entrée qui dépassent la section linéaire de l'AX se manifeste dans l'occurrence harmoniques ou combinatoire fréquences du signal de sortie. Sur la base des caractéristiques, on ne peut estimer qu'approximativement l'ampleur des distorsions non linéaires. Plus précisément, l'ampleur des distorsions non linéaires dans les canaux est estimée facteur de distorsion non linéaire ou amortissement de la non-linéarité.

ou
, (3.4)

Où U 1g – valeur efficace de la tension de la première (harmonique fondamentale du signal de mesure ; U 2g ,U 3g etc. – valeurs de tension effectives du deuxième, du troisième, etc. harmoniques du signal résultant de la non-linéarité du canal de transmission AX. De plus, dans la technologie des systèmes de transmission de télécommunications multicanaux, le concept est largement utilisé atténuation de la non-linéarité par les harmoniques

UN ng = 20 lg( U 1g / U n G) =r 1g -p n G ,n = 2, 3 …, (3.5)

Où r 1g – niveau absolu première harmonique signal de mesure, r n G – niveau absolu n-Aieharmoniques, en raison de la non-linéarité du canal AX.

Les canaux numériques sont caractérisés par la vitesse de transmission et la qualité de la transmission du signal est évaluée taux d'erreur , ce qui signifie le rapport entre le nombre d'éléments de signal numérique reçus avec des erreurs et le nombre total d'éléments de signal transmis pendant la durée de mesure

À ouh = N ouh / N =N ouh /VT, (3.6)

Où N ouh– nombre d'éléments acceptés par erreur ; N – nombre total d'éléments transmis; DANS– débit en bauds ; T– le temps de mesure (d'observation).

Les systèmes de télécommunication doivent être construits de manière à ce que les canaux présentent une certaine polyvalence et soient adaptés à la transmission de différents types de messages. Ces propriétés ont chaînes typiques , dont les paramètres et les caractéristiques sont normalisés. Les canaux typiques peuvent être simple, ceux. ne passant pas par des équipements de transit, Et composite, c'est-à-dire passer par des équipements de transport.

Canaux de transmission typiques

Canal vocal . Un canal de transmission analogique typique avec une bande de fréquence de 300...3400 Hz et avec des paramètres et caractéristiques standardisés est appelé canal de fréquence vocale - KFC.

La valeur normalisée (valeur nominale) du niveau relatif (de mesure) à l'entrée du CFC est égale à r saisir = - 13dBm 0, en sortie du CFC r dehors = + 4dBm 0. La fréquence du signal de mesure est supposée être f changement = 1020Hz(auparavant 800 Hz). Ainsi, l’atténuation résiduelle nominale des CFC est égale à UN r = - 17dB, c'est-à-dire KFC introduit un gain de 17 dB.

Bande de fréquences transmise efficacement KFC (composite et longueur maximale) est une bande aux fréquences extrêmes de laquelle (0,3 et 3,4 kHz) l'atténuation résiduelle A r est supérieure de 8,7 dB à l'atténuation résiduelle à une fréquence de 1020 Hz (auparavant 800 Hz).

Réponse en fréquence des écarts d'atténuation résiduels DUN r de la valeur nominale (- 17 dB) doit rester dans modèle montré sur la fig. 3.6.

Riz. 3.6. Modèle pour les écarts admissibles de l'atténuation résiduelle des CFC

Afin de répondre aux exigences de réponse en fréquence de l'atténuation résiduelle, son irrégularité pour un canal simple de 2 500 km de long doit s'inscrire dans les limites spécifiées dans le tableau. 3.1.

Tableau 3.1

Les distorsions phase-fréquence ont peu d'effet sur la qualité de transmission des signaux vocaux, mais comme le CFC est utilisé pour la transmission d'autres signaux primaires, des distorsions phase-fréquence importantes ou des caractéristiques de fréquence inégales du temps de trajet de groupe (GTT) sont inacceptables. Par conséquent, les écarts du GWP par rapport à sa valeur à une fréquence de 1900 sont normalisés Hz pour un canal simple de 2500 km de long, tableau 3.2.

Tableau 3.2

Naturellement, pour les chaînes composites, les écarts du GVP seront autant de fois plus importants que le nombre de chaînes simples qui organisent la chaîne composite.

La caractéristique d'amplitude du CFC est normalisée comme suit : l'atténuation résiduelle d'un canal simple doit être constante avec une précision de 0,3 dB lorsque le niveau du signal de mesure passe de –17,5 à +3,5 dB en un point avec un niveau de mesure nul à n'importe quelle fréquence au sein de l'EPFC. Le facteur de distorsion non linéaire pour un canal simple ne doit pas dépasser 1,5 % (1 % à la 3ème harmonique) au niveau de transmission nominal à une fréquence de 1020 Hz.

La normalisation concerne également le degré de coordination des résistances d'entrée et de sortie du CFC avec les résistances des circuits externes - charges : la résistance interne de la source des signaux transmis et la résistance de charge. La résistance d'entrée et de sortie du CFC doit être purement active et égale R. saisir =R. dehors = 600Ohm. L'entrée et la sortie du canal doivent être symétrique, coefficient refletsd ou dégradation des incohérences(reflets)UN d égaux respectivement ne doivent pas dépasser 10% ou 20 dB.

(3.7)

ne doit pas dépasser 10% ou 20 dB. Ici Z n est la valeur nominale et Z r est la valeur réelle de la résistance.

Un indicateur important de la qualité de la transmission via CFC est la puissance des interférences, qui est mesurée par un appareil spécial appelé psophomètre (« psophos » signifie bruit en grec). Le psophomètre est un voltmètre à caractéristique de rectification quadratique. Le choix de cette caractéristique s'explique par le fait que l'oreille additionne le bruit provenant de sources individuelles en puissance, et la puissance est proportionnelle au carré de la tension ou du courant. Les psophomètres diffèrent des voltmètres quadratiques conventionnels en ce sens qu'ils ont une dépendance en fréquence de la sensibilité. Cette dépendance prend en compte la sensibilité différente de l'oreille aux fréquences individuelles qui font partie du spectre des interférences et du bruit, et est formée par pondération psométriquefiltre.

Lorsqu'une tension d'une fréquence de 800 est appliquée à l'entrée du psophomètre Hz avec un niveau de mesure nul, sa lecture sera de 775 mV. Pour obtenir la même valeur à d’autres fréquences, les niveaux doivent être majoritairement plus élevés. Tension parasite mesurée par psophomètre U psof, est lié à la tension efficace U eff rapport U psof = k n × U eff, Ici k n = 0,75 est appelé coefficient psosométrique.

La tension d'interférence ou de bruit mesurée par un psophomètre est appelée tension psosométrique. Puissance déterminée par la tension psosométrique aux bornes d'une certaine résistance R., appelé puissance psosométrique, qui est égal à P. psof = k n × U 2 eff / R. = 0,56U 2 eff R..

Le niveau moyen de puissance d'interférence avec un spectre uniforme se trouve dans les mesures psométriques dans la bande de fréquences 0,3...3,4. kHz par 2,5 dB(ou 1,78 fois) moins que lors de la mesure des valeurs efficaces (efficaces). Magnitude 2,5 dB appelé coefficient psométrique logarithmique.

La puissance perturbatrice psophométrique au point de niveau de mesure nul de la longueur maximale CFC, composée du nombre maximal de canaux simples, ne doit pas dépasser 50 000 pVtp 0 (picowatt psométrique au point de niveau relatif zéro). La valeur correspondante de l'effectif ( non pondéré) la puissance parasite admissible est de 87 000 pW. Puissance d'interférence psophométrique d'un canal simple d'une longueur de 2500 kilomètres ne doit pas dépasser 10 000 pVtp 0.

Les valeurs admissibles de la puissance moyenne et crête des signaux téléphoniques à l'entrée du signal téléphonique sont également normalisées : au point de niveau relatif zéro, la valeur de puissance moyenne est de 32 µW, et pic – 2220 µW

Canaux de communication (CC) servent à la transmission du signal et constituent un lien commun dans tout système de transmission d’informations.

Selon leur nature physique, les canaux de communication sont divisés en mécanique, utilisé pour transférer des supports tangibles, acoustique, optique Et électrique, transmettant respectivement des signaux sonores, lumineux et électriques.

Les canaux de communication électriques et optiques, selon la méthode de transmission des signaux, peuvent être divisés en filaires, qui utilisent des conducteurs physiques pour transmettre des signaux (fils électriques, câbles, guides de lumière), et sans fil, qui utilisent des ondes électromagnétiques pour transmettre des signaux (canaux radio). , canaux infrarouges).

Selon la forme de présentation des informations transmises, les canaux de communication sont divisés en analogique, à travers lequel les informations sont transmises sous forme continue, c'est-à-dire sous la forme d'une série continue de valeurs de toute grandeur physique, et numérique, transmettre des informations présentées sous forme de signaux numériques (discrets, pulsés) de diverses natures physiques.

Selon les directions possibles de transfert d'informations, les canaux de communication sont divisés en simplexe, permettre aux informations d'être transmises dans une seule direction ; semi-duplex, assurant une transmission alternée d'informations dans les sens aller et retour ; duplex, permettant aux informations d'être transmises simultanément dans les sens aller et retour.

Il existe des canaux de communication commuté, qui sont créés à partir de sections distinctes (segments) uniquement pendant la durée de la transmission des informations à travers elles, et à la fin de la transmission, un tel canal est éliminé (déconnecté), et non commuté(dédié), créé de longue date et présentant des caractéristiques constantes en termes de longueur, de débit et d'immunité au bruit.

Les canaux de communication par fil électrique largement utilisés dans les systèmes automatisés de traitement et de contrôle de l'information diffèrent par leur débit :

faible vitesse, vitesse de transmission de l'information qui est de 50 à 200 bit/s. Il s'agit de canaux de communication télégraphiques, à la fois commutés (télégraphe d'abonné) et non commutés ;

vitesse moyenne, en utilisant des canaux de communication analogiques (téléphoniques) ; la vitesse de transmission y est de 300 à 9 600 bps, et dans les nouvelles normes V.32 - V.34 du Comité consultatif international télégraphique et téléphonique (ICITT) et de 14 400 à 56 000 bps ;

grande vitesse(haut débit), offrant des vitesses de transmission d'informations supérieures à 56 000 bps.

Pour transférer des informations vers stations de compression à basse et moyenne vitesse l'environnement physique est généralement constitué de lignes de communication filaires : groupes de fils parallèles ou torsadés appelés paire torsadée Il se compose de conducteurs isolés torsadés par paires pour réduire à la fois la diaphonie électromagnétique et l'atténuation du signal lors de la transmission à hautes fréquences.

Pour organiser le CS haut débit (large bande), divers câbles sont utilisés :

Blindé avec des paires torsadées de fils de cuivre ;

Non blindé avec des paires torsadées de fils de cuivre ;

Coaxial;

Fibre optique.

Câbles STP(blindés par des paires torsadées de fils de cuivre) ont de bonnes caractéristiques techniques, mais sont peu pratiques à utiliser et coûteuses.

Câbles UTP(non blindés avec des paires torsadées de fils de cuivre) sont assez largement utilisés dans les systèmes de transmission de données, notamment dans les réseaux informatiques.

Il existe cinq catégories de paires torsadées : les première et deuxième catégories sont utilisées pour la transmission de données à faible vitesse ; les troisième, quatrième et cinquième - à des vitesses de transmission allant respectivement jusqu'à 16,25 et 155 Mbit/s. Ces câbles ont de bonnes caractéristiques techniques, sont relativement peu coûteux, faciles à utiliser et ne nécessitent pas de mise à la terre.

Câble coaxial Il s'agit d'un conducteur en cuivre recouvert d'un diélectrique et entouré d'une révolution de minces conducteurs en cuivre avec une gaine de protection de blindage. La vitesse de transfert de données via un câble coaxial est assez élevée (jusqu'à 300 Mbit/s), mais elle n'est pas assez pratique à utiliser et son coût est élevé.

Câble à fibre optique(Fig. 8.2) est constitué de fibres de verre ou de plastique d'un diamètre de plusieurs micromètres (noyau conducteur de lumière) avec un indice de réfraction élevé ps, entouré d'une isolation à faible indice de réfraction n°0 et placé dans une coque de protection en polyéthylène. Sur la fig. 8.2, UN montre la distribution de l'indice de réfraction sur la section transversale du câble à fibre optique, et sur la Fig. 8.2, b- diagramme de propagation des rayons. La source de rayonnement propagé à travers un câble à fibre optique est une LED ou un laser à semi-conducteur, et le récepteur de rayonnement est une photodiode qui convertit les signaux lumineux en signaux électriques. La transmission d'un faisceau lumineux à travers une fibre est basée sur le principe de réflexion interne totale du faisceau depuis les parois du noyau du guide de lumière, ce qui garantit une atténuation minimale du signal.

Riz. 8.2. Propagation du faisceau le long d'un câble à fibre optique :

UN- répartition de l'indice de réfraction sur la section du câble à fibre optique ;

b- diagramme de propagation des rayons

De plus, les câbles à fibres optiques offrent une protection des informations transmises contre les champs électromagnétiques externes et des vitesses de transmission élevées allant jusqu'à 1 000 Mbit/s. Le codage des informations s'effectue par modulation analogique, numérique ou impulsionnelle du faisceau lumineux. Le câble à fibre optique est assez cher et n'est généralement utilisé que pour poser des canaux de communication importants, par exemple, un câble posé au fond de l'océan Atlantique relie l'Europe à l'Amérique. Dans les réseaux informatiques, la fibre optique est utilisée dans les domaines les plus critiques, notamment sur Internet. Un épais câble fédérateur à fibre optique peut organiser simultanément plusieurs centaines de milliers de canaux téléphoniques, plusieurs milliers de visiophones et environ un millier de canaux de communication télévisuels.

Stations de compression à grande vitesse sont organisés sur la base de canaux radio sans fil.

Chaîne radio - Il s'agit d'un canal de communication sans fil posé par voie hertzienne. Pour former un canal radio, un émetteur radio et un récepteur radio sont utilisés. Les débits de transmission de données sur un canal radio sont pratiquement limités par la bande passante de l'équipement émetteur-récepteur. La gamme d'ondes radio est déterminée par la bande de fréquences du spectre électromagnétique utilisée pour la transmission des données. Dans le tableau 8.1 montre les gammes d'ondes radio et leurs bandes de fréquences correspondantes.

Pour les systèmes de télécommunications commerciaux, les gammes de fréquences les plus souvent utilisées sont 902 - 928 MHz et 2,40 - 2,48 GHz.

Les canaux de communication sans fil ont une faible immunité au bruit, mais offrent à l'utilisateur une mobilité et une rapidité de réponse maximales.

Lignes téléphoniques le plus ramifié et le plus répandu. Ils transmettent des messages audio (tonalité) et fax. Les systèmes d'information et de référence, les systèmes de courrier électronique et les réseaux informatiques ont été construits sur la base d'une ligne de communication téléphonique. Des canaux de transmission d'informations analogiques et numériques peuvent être créés sur la base de lignes téléphoniques.

DANS lignes téléphoniques analogiques un microphone téléphonique convertit les vibrations sonores en un signal électrique analogique, qui est transmis via la ligne d'abonné au central téléphonique. La bande passante requise pour la transmission de la voix humaine est d'environ 3 kHz (plage 300 Hz -3,3 kHz). Les signaux d'appel sont transmis sur le même canal que la transmission vocale.

DANS canaux de communication numériques Le signal analogique est échantillonné avant l'entrée - converti sous forme numérique : toutes les 125 μs (la fréquence d'échantillonnage est de 8 kHz), la valeur actuelle du signal analogique est affichée en code binaire de 8 bits.

Tableau 8.1

Gammes d'ondes radio et bandes de fréquences correspondantes

Aujourd’hui, l’information circule si vite qu’il n’y a pas toujours assez de temps pour la comprendre. La plupart des gens réfléchissent rarement à la manière et aux moyens de transmission, et encore moins imaginent un schéma de transmission de l'information.

Concepts de base

Le transfert d'informations est considéré comme le processus physique de déplacement de données (signes et symboles) dans l'espace. Du point de vue de la transmission de données, il s'agit d'un événement pré-planifié et techniquement équipé pour déplacer des unités d'informations dans un temps défini de la soi-disant source au récepteur via un canal d'information ou un canal de transmission de données.

Le canal de transmission de données est un ensemble de moyens ou de supports de distribution de données. En d'autres termes, il s'agit de la partie du circuit de transmission de l'information qui assure le mouvement de l'information de la source au destinataire, et sous certaines conditions, et inversement.

Il existe de nombreuses classifications de canaux de transmission de données. Si nous soulignons les principaux, nous pouvons lister les suivants : les canaux radio, optiques, acoustiques ou sans fil, filaires.

Canaux techniques de transmission de l'information

Les canaux de transmission de données techniques comprennent directement les canaux radio, les canaux fibre optique et le câble. Le câble peut être coaxial ou à paire torsadée. Les premiers sont un câble électrique avec un fil de cuivre à l'intérieur, et les seconds sont des paires torsadées de fils de cuivre, isolés par paires, situés dans une gaine diélectrique. Ces câbles sont assez flexibles et faciles à utiliser. La fibre optique est constituée de brins de fibre optique qui transmettent des signaux lumineux par réflexion.

Les principales caractéristiques sont le débit et l’immunité au bruit. La bande passante est généralement comprise comme la quantité d'informations pouvant être transmises sur un canal pendant un certain temps. Et l’immunité au bruit est le paramètre de résistance du canal aux effets des interférences externes (bruit).

Comprendre le transfert de données

Si vous ne précisez pas le champ d'application, le schéma général de transmission des informations semble simple ; il comprend trois éléments : « source », « récepteur » et « canal de transmission ».

Schéma de Shannon

Claude Shannon, mathématicien et ingénieur américain, est à l'origine de la théorie de l'information. Ils ont proposé un système de transmission d'informations via des canaux de communication techniques.

Ce diagramme n'est pas difficile à comprendre. Surtout si vous imaginez ses éléments sous la forme d'objets et de phénomènes familiers. Par exemple, la source d’information est une personne qui parle au téléphone. Le combiné sera un encodeur qui convertira la parole ou les ondes sonores en signaux électriques. Le canal de transmission de données dans ce cas est constitué par les nœuds de communication, en général, l'ensemble du réseau téléphonique menant d'un poste téléphonique à un autre. Le dispositif de décodage est le combiné de l'abonné. Il reconvertit le signal électrique en son, c'est-à-dire en parole.

Dans ce diagramme du processus de transfert d'informations, les données sont représentées comme un signal électrique continu. Ce type de communication est appelé analogique.

Notion de codage

Le codage est considéré comme la transformation des informations envoyées par une source sous une forme adaptée à la transmission sur le canal de communication utilisé. L’exemple de codage le plus compréhensible est le code Morse. Dans celui-ci, les informations sont converties en une séquence de points et de tirets, c'est-à-dire des signaux courts et longs. Le côté récepteur doit décoder cette séquence.

Les technologies modernes utilisent la communication numérique. Dans celui-ci, les informations sont converties (codées) en données binaires, c'est-à-dire 0 et 1. Il existe même un alphabet binaire. Une telle connexion est dite discrète.

Interférence dans les canaux d'information

Il y a également du bruit dans les circuits de transmission de données. La notion de « bruit » dans ce cas désigne une interférence à cause de laquelle le signal est déformé et, par conséquent, sa perte. Les raisons de l'interférence peuvent être diverses. Par exemple, les canaux d'information peuvent être mal protégés les uns des autres. Pour éviter les interférences, diverses méthodes techniques de protection, filtres, blindages, etc. sont utilisées.

K. Shannon a développé et proposé d'utiliser une théorie du codage pour lutter contre le bruit. L'idée est que, puisque la perte d'informations se produit sous l'influence du bruit, cela signifie que les données transmises doivent être redondantes, mais en même temps pas au point de réduire la vitesse de transmission.

Dans les canaux de communication numériques, les informations sont divisées en parties - des paquets, pour chacune desquels une somme de contrôle est calculée. Ce montant est transféré avec chaque colis. Le récepteur d'informations recalcule cette somme et n'accepte le paquet que s'il correspond à celui d'origine. Sinon, le paquet est renvoyé. Et ainsi de suite jusqu'à ce que les sommes de contrôle envoyées et reçues correspondent.