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Übung 1

1. Was ist der Informationsübertragungsprozess?

Übertragung von Informationen- der physikalische Prozess, durch den Informationen übertragen werden im Weltraum. Sie zeichneten die Informationen auf einer Diskette auf und übertrugen sie in einen anderen Raum. Dieser Prozess ist durch das Vorhandensein der folgenden Komponenten gekennzeichnet:

2. Allgemeines Informationsübertragungssystem

3. Listen Sie die Ihnen bekannten Kommunikationskanäle auf

Verknüpfung(Englisch) Kanal, Datenleitung) - System technische Mittel und ein Signalisierungsmedium zum Übertragen von Nachrichten (nicht nur Daten) von einer Quelle zu einem Empfänger (und umgekehrt). Ein im engeren Sinne verstandener Kommunikationskanal ( Kommunikationsweg) stellt nur das physische Ausbreitungsmedium dar, z. B. eine physische Kommunikationsleitung.

Je nach Art des Verbreitungsmediums werden die Kommunikationskanäle unterteilt in:

4. Was ist Telekommunikation und Computer-Telekommunikation?

Telekommunikation(griech. tele - weit weg, und lat. communicatio - Kommunikation) ist die Übertragung und der Empfang beliebiger Informationen (Ton, Bild, Daten, Text) über eine Entfernung durch verschiedene elektromagnetische Systeme (Kabel- und Glasfaserkanäle, Funkkanäle und andere drahtgebundene und drahtlose Kanalverbindungen).

Telekommunikationsnetz- ein System technischer Mittel, mit denen die Telekommunikation durchgeführt wird.

Zu den Telekommunikationsnetzen gehören:
1. Computernetzwerke (zur Datenübertragung)
2. Telefonnetze (Übermittlung von Sprachinformationen)
3. Funknetze (Übertragung von Sprachinformationen - Rundfunkdienste)
4. Fernsehnetze (Sprach- und Bildübertragung - Rundfunkdienste)

Computertelekommunikation - Telekommunikation, deren Endgeräte Computer sind.

Die Übertragung von Informationen von Computer zu Computer wird als synchrone Kommunikation bezeichnet und erfolgt über einen Zwischencomputer, mit dem Sie Nachrichten sammeln und auf Wunsch des Benutzers an Personal Computer übertragen können - asynchron.

Die Computertelekommunikation beginnt sich im Bildungswesen zu etablieren. In der Hochschulbildung dienen sie der Koordination wissenschaftlicher Forschung, dem schnellen Informationsaustausch zwischen Projektbeteiligten, Fernunterricht und Beratungen. Im System der schulischen Bildung – Steigerung der Effektivität der unabhängigen Aktivitäten der Schüler in Bezug auf verschiedene Arten kreativer Arbeit, einschließlich pädagogischer Aktivitäten, basierend auf der weit verbreiteten Nutzung von Forschungsmethoden, freiem Zugang zu Datenbanken und dem Informationsaustausch mit Partnern im In- und Ausland.

5. Was ist Durchsatz Kommunikationskanal?
Bandbreite- Metrisches Merkmal, das das Verhältnis der maximalen Anzahl von Einheiten (Informationen, Objekte, Volumen) pro Zeiteinheit durch einen Kanal, ein System oder einen Knoten zeigt.
In der Informatik wird die Definition der Bandbreite meist auf einen Kommunikationskanal angewendet und definiert die maximale Anzahl gesendete/empfangene Informationen pro Zeiteinheit.
Die Bandbreite ist aus Sicht des Benutzers einer der wichtigsten Faktoren. Sie wird anhand der Datenmenge geschätzt, die das Netzwerk maximal pro Zeiteinheit von einem angeschlossenen Gerät zu einem anderen übertragen kann.

Die Geschwindigkeit der Informationsübertragung hängt weitgehend von der Geschwindigkeit ihrer Erstellung (Quellenleistung) sowie von den Codierungs- und Decodierungsmethoden ab. Die höchstmögliche Informationsübertragungsrate in einem bestimmten Kanal wird als Bandbreite bezeichnet. Die Kanalkapazität ist per Definition die Informationsübertragungsrate bei Verwendung der „besten“ (optimalen) Quelle, Codierer und Decodierer für einen gegebenen Kanal, daher charakterisiert sie nur den Kanal.

Die Verbreitung von Informationen erfolgt im Prozess ihrer Übermittlung.

Bei Übertragung von Informationen Es gibt immer zwei Objekte - die Quelle und den Empfänger von Informationen. Diese Rollen können sich beispielsweise während eines Dialogs ändern, jeder der Teilnehmer fungiert entweder als Quelle oder als Empfänger von Informationen.

Informationen gelangen von der Quelle zum Empfänger über einen Kommunikationskanal, in dem sie einigen zugeordnet werden müssen Materialträger. Um Informationen zu übertragen, müssen sich die Eigenschaften dieses Trägers im Laufe der Zeit ändern. Eine Glühbirne, die die ganze Zeit eingeschaltet ist, übermittelt also nur die Information, dass ein Prozess im Gange ist. Wenn Sie die Glühbirne ein- und ausschalten, können Sie eine Vielzahl von Informationen übermitteln, beispielsweise per Morsecode.

Wenn Menschen sprechen, sind Schallwellen in der Luft der Informationsträger. Computer übertragen Informationen mithilfe von elektrischen Signalen oder Funkwellen. Kabellose Geräte). Informationen können mit Licht, einem Laserstrahl, einem Telefon- oder Postkommunikationssystem übermittelt werden, Computernetzwerk usw.

Informationen kommen über den Kommunikationskanal in Form von Signalen, die der Empfänger mit seinen Sinnen (oder Sensoren) erfassen und „verstehen“ (dekodieren) kann.

Signal- Dies ist eine Änderung der Eigenschaften des Mediums, das zur Übertragung von Informationen verwendet wird.

Beispiele für Signale sind eine Änderung der Frequenz und Lautstärke eines Tons, ein Lichtblitz, eine Änderung der Spannung an den Kontakten usw.

Ein Mensch kann Signale nur mit Hilfe seiner Sinne empfangen. Um beispielsweise Informationen über Funkwellen zu übertragen, werden Hilfsgeräte benötigt: ein Funksender, der Schall in Funkwellen umwandelt, und ein Funkempfänger, der die Rückwandlung durchführt. Sie ermöglichen es Ihnen, die Fähigkeiten einer Person zu erweitern.

Es ist unmöglich, viele Informationen mit einem Signal zu übertragen. Daher wird meistens nicht ein einzelnes Signal verwendet, sondern eine Folge von Signalen, dh Botschaft. Es ist wichtig zu verstehen, dass eine Nachricht nur eine „Hülle“ für die Übermittlung von Informationen ist und Informationen sind Inhalt Mitteilungen. Der Empfänger muss selbst Informationen aus der empfangenen Signalfolge "extrahieren". Es ist möglich, eine Nachricht zu empfangen, aber die Informationen nicht zu erhalten, beispielsweise durch das Hören von Sprache in einer unbekannten Sprache oder durch das Abfangen einer Chiffre.

Dieselbe Information kann mit unterschiedlichen Nachrichten übermittelt werden, beispielsweise durch mündliche Ansprache, mit einem Zettel oder mit einem Flaggensemaphor, das in der Flotte verwendet wird. Gleichzeitig kann dieselbe Nachricht unterschiedliche Informationen für unterschiedliche Empfänger enthalten. So diente der Satz „Es regnet in Santiago“, der 1973 auf Militärfunkfrequenzen gesendet wurde, für die Anhänger von General A. Pinochet als Signal, einen Staatsstreich in Chile zu starten.

Somit werden Informationen in Form einer Folge von Signalen, Symbolen dargestellt und übertragen. Von der Quelle zum Empfänger wird die Nachricht durch ein materielles Medium übermittelt. Werden bei der Übertragung technische Kommunikationsmittel eingesetzt, so werden diese als Informationsübertragungswege (Informationskanäle) bezeichnet. Dazu gehören Telefon, Radio, TV. Menschliche Sinnesorgane spielen die Rolle von biologischen Informationskanälen.

Der Prozess der Informationsübermittlung über technische Kommunikationskanäle verläuft nach folgendem Schema (nach Shannon):

Informationen können unter Verwendung jeder Informationscodierungssprache übertragen werden, die sowohl für die Quelle als auch für den Empfänger verständlich ist.

Encoder- ein Gerät, das dazu bestimmt ist, die ursprüngliche Nachricht der Informationsquelle in eine für die Übertragung geeignete Form umzuwandeln.

Decoder - ein Gerät zum Umwandeln der verschlüsselten Nachricht in das Original.

Beispiel. Bei Telefongespräch: Die Quelle der Nachricht ist die sprechende Person; ein Encoder - ein Mikrofon - wandelt den Klang von Wörtern (Schallwellen) in elektrische Impulse um; Kommunikationskanal - Telefonnetz (Draht); Dekodiergerät - der Teil der Röhre, den wir zu unserem Ohr führen, hier werden die elektrischen Signale wieder in Töne umgewandelt, die wir hören; der Empfänger von Informationen ist der Zuhörer.

Der Begriff „Rauschen“ bezieht sich auf verschiedene Arten von Interferenzen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlust führen. Solche Interferenzen entstehen vor allem aus technischen Gründen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, gegenseitige Unsicherheit verschiedener Informationsflüsse, die über dieselben Kanäle übertragen werden. Wird zum Lärmschutz verwendet verschiedene Wege B. der Einsatz verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen trennen. Es gibt eine Wissenschaft, die Wege zum Schutz von Informationen entwickelt – die Kryptologie, die in der Kommunikationstheorie weit verbreitet ist.

Claude Shannon hat eine spezielle Codierungstheorie entwickelt, die Methoden zum Umgang mit Rauschen bereitstellt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code redundant sein muss. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung kompensiert werden. Allerdings darf man die Redundanz nicht zu groß machen. Dies führt zu Verzögerungen und höheren Kommunikationskosten. Mit anderen Worten, damit der Inhalt einer durch Interferenz verzerrten Nachricht wiederherstellbar ist, muss dies der Fall sein redundant das heißt, es muss "zusätzliche" Elemente enthalten, ohne die die Bedeutung immer noch wiederhergestellt wird. Zum Beispiel werden viele in der Nachricht „Vlg vpdt to Kspsk mr“ den Satz „Wolga fließt ins Kaspische Meer“ erraten, aus dem alle Vokale entfernt wurden. Dieses Beispiel legt nahe, dass natürliche Sprachen viel "Überflüssiges" enthalten, ihre Redundanz wird auf 60-80% geschätzt.

Bei der Erörterung des Themas der Messung der Geschwindigkeit der Informationsübertragung kann eine Analogie verwendet werden. Ein Analogon ist das Pumpen von Wasser durch Wasserleitungen. Hier sind Rohre der Kanal für die Wasserübertragung. Die Intensität (Geschwindigkeit) dieses Prozesses wird durch den Wasserverbrauch, d.h. die Anzahl der Liter, die pro Zeiteinheit gepumpt werden. Bei der Übertragung von Informationen sind Kanäle technische Kommunikationswege. In Analogie zu einer Wasserleitung können wir über den durch Kanäle übertragenen Informationsfluss sprechen. Die Informationsübertragungsrate ist die Informationsmenge einer Nachricht, die pro Zeiteinheit übertragen wird. Daher sind die Einheiten zur Messung der Geschwindigkeit des Informationsflusses: Bit / s, Bytes / s usw.

Ein anderes Konzept – die Bandbreite von Informationskanälen – lässt sich ebenfalls mit der „Rohrleitung“-Analogie erklären. Sie können den Wasserfluss durch Rohre erhöhen, indem Sie den Druck erhöhen. Aber dieser Weg ist nicht endlos. Wenn zu viel Druck ausgeübt wird, kann das Rohr platzen. Daher die maximale Durchflussmenge von Wasser, die als Kapazität der Wasserversorgung bezeichnet werden kann. Auch die technischen Datenkommunikationsleitungen haben eine ähnliche Datenratenbegrenzung. Die Gründe dafür sind auch körperlicher Natur.

Informationsübermittlung über einen Kanal mit entscheidendem Feedback

Diplomarbeit

1.2.1 Verfahren zum Übertragen von Informationen über Kommunikationskanäle

Übertragung von Informationen mit Wiederholung (Akkumulation). Dieses Übertragungsverfahren wird verwendet, um die Zuverlässigkeit in Abwesenheit eines Rückkanals zu verbessern, obwohl es keine grundlegenden Einschränkungen für seine Verwendung gibt, selbst wenn ein vorhanden ist Rückmeldung. Dieses Verfahren wird manchmal als kumulativer Nachrichtenempfang klassifiziert. Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dieselbe Nachricht mehrmals zu senden, die empfangenen Nachrichten zu speichern, sie Element für Element zu vergleichen und eine Nachricht zusammenzustellen, einschließlich der "durch Mehrheit" ausgewählten Elemente. Angenommen, das gleiche Codewort 1010101 wird dreimal übertragen, bei allen drei Übertragungen wurde es gestört und verzerrt:

Der Empfänger vergleicht bitweise die drei empfangenen Symbole und trägt diejenigen Symbole (unter der Linie) ein, deren Anzahl in diesem Bit überwiegt.

Es gibt eine andere Methode der Informationsübertragung mit Akkumulation, bei der kein Zeichen-für-Zeichen-Vergleich durchgeführt wird, sondern ein Vergleich der gesamten Kombination als Ganzes. Diese Methode ist einfacher zu implementieren, führt jedoch zu schlechteren Ergebnissen.

Die hohe Störfestigkeit des Verfahrens zur Informationsübertragung mit Wiederholung (Akkumulation) beruht also darauf, dass Signal und Störung im Kanal nicht voneinander abhängen und sich nach unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten ändern (das Signal ist periodisch, und die Interferenz ist zufällig), daher wird die sich wiederholende Kombination in jeder Übertragung, wie in der Regel, auf unterschiedliche Weise verzerrt. Dadurch steigt beim Empfang die Akkumulation, also die Summe des Signals, proportional zur Anzahl der Wiederholungen, während die Summe der Störungen nach einem anderen Gesetz zunimmt. Wenn wir davon ausgehen, dass die Störung und das Signal unabhängig sind, werden die mittleren Quadrate summiert und das mittlere Quadrat der Summe steigt proportional zum ersten Grad. Bei n Wiederholungen steigt also der Signal-Rausch-Abstand um den Faktor n, und das ohne Erhöhung der Signalstärke. Dies wird jedoch auf Kosten einer erhöhten Hardwarekomplexität und einer erhöhten Übertragungszeit oder -bandbreite erreicht, wenn das Signal zeitlich gleichzeitig auf mehreren Frequenzen übertragen wird. Außerdem nimmt bei abhängigen Fehlern und Fehlerhäufungen die Störfestigkeit des Systems ab.

Informationsweitergabe mit Feedback. Die Störfestigkeit der rückkopplungsfreien Übertragung (FBOS) ist gegeben auf folgende Weise: fehlerkorrigierende Codierung, Wiederholungsübertragung, gleichzeitige Übertragung auf mehreren parallelen Kanälen. In PBOS werden üblicherweise fehlerkorrigierende Codes verwendet, was mit hoher Redundanz und Komplexität der Geräte verbunden ist. Die Rückkopplungsübertragung (FC) beseitigt diese Mängel weitgehend, da sie die Verwendung von weniger rauschresistenten Codes ermöglicht, die in der Regel weniger Redundanz aufweisen. Insbesondere können Codes mit Fehlererkennung verwendet werden. Der Vorteil des Rückwärtskanals ist auch die Fähigkeit, den Zustand des Objekts zu kontrollieren, das Informationen empfängt.

Mit PIC wird das Konzept eines direkten Kanals eingeführt, d.h. Kanal vom Sender zum Empfänger, beispielsweise wird ein Befehlssignal vom Kontrollpunkt (CP) zum Kontrollpunkt (CP) übertragen. In diesem Fall ist der Rückkanal die Übertragung einer Nachricht vom CP an den CP über die Annahme des Befehlssignals, und sowohl die Nachricht, dass das Signal am CP-Eingang empfangen wurde (in diesem Fall nur die Passage von das Signal durch den Kommunikationskanal) und Informationen über die vollständige Ausführung des Befehls. Es ist auch eine Rückkopplung möglich, die Informationen über den phasenweisen Durchgang des Befehlssignals entlang des Empfangspfads gibt.

Betrachten wir getrennte Übertragungsarten mit Rückkopplung.

Übertragung mit Informationsrückmeldung (IOS). Wenn die Nachricht in Form eines Nicht-Interferenz-Codes übertragen wird, dann im Codierer angegebenen Code kann auf Entstörung umgestellt werden. Da dies jedoch normalerweise nicht erforderlich ist, ist der Encoder ein Register zum Umwandeln eines einfachen parallelen Codes in einen seriellen. Gleichzeitig mit der Übertragung über den direkten Kanal wird die Nachricht im Speicher des Senders gespeichert (Abb. 1.1a). An der kontrollierten Stelle wird die empfangene Nachricht entschlüsselt und ebenfalls im Antrieb gespeichert. Die Nachricht wird jedoch nicht sofort an den Empfänger übermittelt: Sie gelangt zunächst über den Rückkanal zum Kontrollpunkt. Beim CP-Vergleichsschema wird die empfangene Nachricht mit der gesendeten verglichen. Wenn die Nachrichten übereinstimmen, wird ein „Bestätigungs“-Signal erzeugt und nachfolgende Nachrichten übertragen (manchmal wird vor dem Senden einer nachfolgenden Nachricht an den CP zuerst ein „Bestätigungs“-Signal gesendet, um anzuzeigen, dass die vorherige Nachricht korrekt empfangen wurde und Informationen können vom Laufwerk zum Empfänger übertragen werden). Stimmen die Meldungen nicht überein, was auf einen Fehler hinweist, wird das "Löschen"-Signal erzeugt. Dieses Signal sperrt den Schlüssel, um die Übertragung der nächsten Nachricht zu stoppen, und wird an den CP gesendet, um die im Laufwerk aufgezeichnete Nachricht zu zerstören. Danach überträgt die PU die im Laufwerk aufgezeichnete Nachricht erneut.

Abb.1.1a. Eine Methode zur Übertragung von Informationen vom IOS.

In Systemen mit IOS gehört die führende Rolle dem sendenden Teil, da er das Vorliegen eines Fehlers feststellt, der Empfänger teilt dem Sender nur mit, welche Nachricht er erhalten hat. Erhältlich Verschiedene OptionenÜbertragungen von IOS. So gibt es Systeme mit IOS, bei denen die Übertragung von Signalen kontinuierlich erfolgt und erst bei Erkennung eines Fehlers stoppt: Der Sender sendet das Signal „Löschen“ und wiederholt die Übertragung. Systeme mit IOS, bei denen alle zum CP übertragenen Informationen auf dem Rückkanal übertragen werden, nennt man Systeme mit Relais-Rückmeldung. In einigen Systemen mit IOS werden nicht alle Informationen übertragen, sondern nur einige charakteristische Informationen darüber (Empfänge). Beispielsweise werden Informationen über den Vorwärtskanal und Steuerzeichen über den Rückkanal übertragen, die am Sender mit voraufgezeichneten Steuerzeichen verglichen werden. Es gibt eine Variante, bei der der Sender nach Überprüfung der auf dem Rückkanal empfangenen Nachricht und Feststellung eines Fehlers diese entweder wiederholen (Nachricht verdoppeln) oder senden kann Zusätzliche Information zur Korrektur erforderlich (Korrekturinformationen). Die Anzahl der Wiederholungen kann begrenzt oder unbegrenzt sein.

Der Rückwärtskanal wird verwendet, um zu bestimmen, ob eine erneute Übertragung von Informationen erforderlich ist. Bei Systemen mit IOS wird eine Erhöhung der Übertragungssicherheit dadurch erreicht, dass Informationen nur im Fehlerfall wiederholt werden, während bei Systemen ohne Rückmeldung (bei kumulierter Übertragung) die Wiederholung unabhängig von Nachrichtenverzerrungen durchgeführt wird. Daher ist die Informationsredundanz in Systemen mit IOS viel geringer als in Systemen mit PBOS: Sie ist minimal, wenn keine Verzerrungen vorhanden sind, und nimmt mit Fehlern zu. In Systemen mit IOS muss die Qualität der Rückverbindung genauso gut sein wie die Qualität der Vorwärtsverbindung, um Verzerrungen zu vermeiden, die die Anzahl der Wiederholungen erhöhen können.

Entscheidende Rückkopplungsübertragung (ROS). Die vom Sender über den direkten Kanal gesendete Nachricht wird beim Empfänger empfangen (Abb. 1.1b), wo sie im Entschlüsselungsgerät (Decoder) gespeichert und überprüft wird. Im fehlerfreien Fall kommt die Nachricht vom Speichergerät beim Informationsempfänger an und über den Rückkanal wird dem Sender ein Signal zur Fortsetzung der weiteren Übertragung gesendet (Fortsetzungssignal). Wenn ein Fehler erkannt wird, erzeugt der Decoder ein Signal, das die Informationen im Laufwerk löscht. Der Empfänger erhält keine Nachricht und über den Rückkanal wird ein Signal an den Sender gesendet, um erneut zu fragen oder die Übertragung zu wiederholen (Wiederholungs- oder Wiederholungssignal). Am Sender wird das Wiederholungssignal (manchmal als entscheidendes Signal bezeichnet) vom Empfänger des entscheidenden Signals isoliert, und die Schaltvorrichtung trennt den Codierereingang von der Informationsquelle und verbindet ihn mit der Speichervorrichtung, wodurch die gesendete Nachricht wiederholt werden kann. Die Wiederholung der Nachricht kann mehrere Male erfolgen, bevor sie korrekt empfangen wird.

Abb.1.1b. Die Methode zum Übertragen von Informationen von ROS.

Beim Senden mit ROS wird der Fehler vom Empfänger bestimmt. Dazu muss die übertragene Nachricht mit einem obligatorischen Anti-Jamming-Code codiert werden, der es dem Empfänger ermöglicht, die zulässige Kombination (Nachricht) von den nicht zulässigen zu unterscheiden. Das bedeutet, dass die Übertragung mit dem ROS redundant ausgeführt wird. Die Übertragungssicherheit in POC-Systemen wird durch die Wahl des Codes und den Schutz der Repeat- und Continue-Entscheidungssignale bestimmt. Letzteres bereitet keine besonderen Schwierigkeiten, da diese Signale eine binäre Informationseinheit tragen und in einem ziemlich fehlerkorrigierenden Code übertragen werden können.

Systeme mit ROS oder Systemen mit einer wiederholten Anfrage werden in Systeme mit der Erwartung eines entscheidenden Signals und Systeme mit kontinuierlicher Informationsübertragung unterteilt.

Bei Systemen mit Warten erfolgt die Übertragung eines neuen Codewortes oder die Wiederholung des übertragenen nur, nachdem der Sender ein Anforderungssignal empfangen hat.

In Systemen mit kontinuierlicher Übertragung werden Informationen kontinuierlich übertragen, ohne auf ein Anforderungssignal zu warten. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist höher als bei Systemen mit Warten. Nachdem jedoch ein Fehler erkannt wurde, wird ein Wiederholungsanforderungssignal über den Rückkanal gesendet, und während es beim Sender ankommt, wird von diesem bereits eine neue Nachricht gesendet. Daher müssen Systeme mit kontinuierlicher Übertragung durch entsprechendes Blockieren des Empfängers erschwert werden, damit dieser nach einem erkannten Fehler keine Informationen erhält.

Um die Effizienz eines Open-Loop-Systems unter Verwendung eines Hamming-Codes mit einer Fehlerkorrektur und eines Systems mit einem einfachen POC unter Verwendung eines einfachen Codes zu vergleichen, wird das Konzept eines Effizienzfaktors eingeführt. Dieser Koeffizient berücksichtigt die Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Empfangs und der Kosten zu dessen Erzielung, den Gewinn an Fehlerschutz (im Fall der Verwendung dieser Codes), die mit der Verwendung verbundene relative Verringerung der Übertragungsrate und der Schaltungsredundanz verschiedener Codes. Der abschließende Vergleich zeigte, dass das System mit POC im Gegensatz zum System ohne Feedback mit einem komplexen Code einen 5,1-fachen Gewinn liefert. Die hohe Effizienz von Systemen mit ROS sorgte für deren weite Verbreitung.

Eine vergleichende Analyse der Zuverlässigkeit der Übertragung von Systemen mit IOS und ROS ergab:

1) Systeme mit IOS und ROS bieten die gleiche Übertragungssicherheit bei gleichen Gesamtsignalenergiekosten im Hin- und Rückkanal, sofern diese Kanäle symmetrisch sind und den gleichen Störpegel haben;

2) Systeme mit IOS bieten eine höhere Übertragungssicherheit als Systeme mit ROS bei relativ schwacher Interferenz im Rückkanal, im Gegensatz zum direkten. In Abwesenheit von Interferenzen im Rückkanal bieten Systeme mit IOS eine fehlerfreie Übertragung von Nachrichten über den Hauptkanal;

3) bei starker Interferenz im Rückkanal bieten Systeme mit ROS eine höhere Zuverlässigkeit;

4) Bei Fehlerhäufungen in den Vorwärts- und Rückwärtskanälen bieten Systeme mit IOS eine höhere Zuverlässigkeit.

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Staatsexamen

(Staatliche Prüfung)

Frage Nummer 3 „Kommunikationskanäle. Klassifizierung von Kommunikationskanälen. Parameter der Kommunikationskanäle. Bedingung für die Signalübertragung über einen Kommunikationskanal.

(Plyaskin)

Verknüpfung. 3

Einstufung. fünf

Eigenschaften (Parameter) von Kommunikationskanälen. 10

Die Bedingung für die Signalübertragung über Kommunikationskanäle. 13

Literatur. vierzehn

Verknüpfung

Verknüpfung- ein System aus technischen Mitteln und einer Signalausbreitungsumgebung zum Übertragen von Nachrichten (nicht nur Daten) von einer Quelle zu einem Empfänger (und umgekehrt). Ein im engeren Sinne verstandener Kommunikationskanal ( Kommunikationsweg) stellt nur das physische Ausbreitungsmedium dar, z. B. eine physische Kommunikationsleitung.

Der Kommunikationskanal dient zum Übertragen von Signalen zwischen entfernte Geräte. Die Signale tragen Informationen, die zur Präsentation für den Benutzer (Mensch) oder zur Verwendung durch Computeranwendungsprogramme bestimmt sind.

Der Kommunikationskanal umfasst die folgenden Komponenten:

1) Sendegerät;

2) Empfangsgerät;

3) Übertragungsmedium verschiedener physikalischer Art (Fig. 1).

Das vom Sender gebildete informationstragende Signal wird nach Durchlaufen des Übertragungsmediums dem Eingang der Empfangseinrichtung zugeführt. Weiterhin werden die Informationen aus dem Signal extrahiert und an den Verbraucher übermittelt. Die physikalische Natur des Signals wird so gewählt, dass es sich mit minimaler Dämpfung und Verzerrung durch das Übertragungsmedium ausbreiten kann. Das Signal wird als Informationsträger benötigt, es trägt selbst keine Informationen.

Abb.1. Kommunikationskanal (Option Nr. 1)

Abb.2 Kommunikationskanal (Option Nr. 2)

Jene. dieser (Kanal) - technisches Gerät(Technik + Umwelt).

Einstufung

Es wird genau drei Arten von Klassifikationen geben. Wählen Sie Ihren Geschmack und Ihre Farbe:

Klassifizierung Nr. 1:

Es gibt viele Arten von Kommunikationskanälen, von denen die häufigsten sind kabelgebundene Kanäle Verbindungen ( Luft, Kabel, Lichtleiter usw.) und Radiokanäle (Troposphäre, Satellit usw.). Solche Kanäle wiederum werden normalerweise auf der Basis der Eigenschaften der Eingangs- und Ausgangssignale sowie der Änderung der Eigenschaften der Signale in Abhängigkeit von solchen Phänomenen, die in dem Kanal auftreten, wie Schwund und Dämpfung von Signalen, qualifiziert.

Je nach Art des Verbreitungsmediums werden die Kommunikationskanäle unterteilt in:

Verdrahtet;

Akustisch;

Optisch;

Infrarot;

Radiosender.

Kommunikationskanäle werden auch klassifiziert in:

kontinuierlich (am Ein- und Ausgang des Kanals - kontinuierliche Signale),

Diskret oder digital (am Ein- und Ausgang des Kanals - diskrete Signale),

kontinuierlich-diskret (kontinuierliche Signale am Kanaleingang und diskrete Signale am Ausgang),

Diskret-kontinuierlich (am Eingang des Kanals - diskrete Signale und am Ausgang - kontinuierliche Signale).

Kanäle können sein linear und nichtlinear, vorübergehend und räumlich-zeitlich.

Möglich Einstufung Kommunikationskanäle nach Frequenzbereich .

Informationsübertragungssysteme sind Ein-Kanal und Mehrkanal. Der Systemtyp wird durch den Kommunikationskanal bestimmt. Wenn das Kommunikationssystem auf dem gleichen Typ von Kommunikationskanälen aufgebaut ist, dann wird sein Name durch den typischen Namen der Kanäle bestimmt. Ansonsten wird die Angabe von Klassifikationsmerkmalen verwendet.

Klassifikation Nr. 2 (ausführlicher):

1. Einteilung nach verwendetem Frequenzbereich

Ø Kilometer (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

Ø Hektometrische (CB) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Dekameter (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Meter (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø Dezimeter (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø Zentimeter (SMW) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Millimeter (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;

Ø Dezimal (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

2. Entsprechend der Richtung der Kommunikationsleitungen

- gerichtet ( unterschiedliche Leiter verwendet werden):

Ø koaxial,

Ø verdrehte Paare basierend auf Kupferleitern,

Ø Glasfaser.

- ungerichtet (Funkverbindungen);

Ø Sichtlinie;

Ø troposphärisch;

Ø ionosphärisch

Ø Raum;

Ø Funkrelais (Weiterleitung auf Dezimeter- und kürzeren Funkwellen).

3. Art der gesendeten Nachrichten:

Ø Telegraf;

Ø Telefon;

Ø Datenübertragung;

Ø Faksimile.

4. Art der Signale:

Ø analog;

Ø digital;

Ø-Impuls.

5. Nach Art der Modulation (Manipulation)

- In analogen Kommunikationssystemen:

Ø mit Amplitudenmodulation;

Ø mit Einseitenbandmodulation;

Ø mit Frequenzmodulation.

- In digitalen Kommunikationssystemen:

Ø mit Amplitudenmanipulation;

Ø mit Frequenzumtastung;

Ø mit Phasentastung;

Ø mit relativer Phasenumtastung;

Ø mit Tontastung (Einzelelemente manipulieren die Hilfsträgerschwingung (Ton), danach wird mit höherer Frequenz manipuliert).

6. Durch den Wert der Funksignalbasis

Ø Breitband (B>> 1);

Ø Schmalband (B "1).

7. Durch die Anzahl der gleichzeitig übertragenen Nachrichten

Ø einkanalig;

Ø Mehrkanal (Frequenz, Zeit, Codeteilung der Kanäle);

8. Nach Nachrichtenrichtung

Ø einseitig;

Ø zweiseitig.
9. In der Reihenfolge des Nachrichtenaustauschs

Ø Simplex-Kommunikation- bidirektionale Funkkommunikation, bei der das Senden und Empfangen jeder Funkstation der Reihe nach erfolgt;

Ø Duplex-Kommunikation- Übertragung und Empfang erfolgen gleichzeitig (am effizientesten);

Ø Halbduplex- bezieht sich auf Simplex, das einen automatischen Übergang vom Senden zum Empfang und die Möglichkeit vorsieht, den Korrespondenten erneut zu fragen.

10. Durch den Schutz übermittelter Informationen

Ø offene Kommunikation;

Ø geschlossene Kommunikation (geheim).

11. Je nach Automatisierungsgrad des Informationsaustausches

Ø nicht automatisiert - Funksteuerung und Benachrichtigung werden vom Bediener durchgeführt;

Ø automatisiert - nur Informationen werden manuell eingegeben;

Ø automatisch - der Messaging-Prozess wird zwischen einem automatischen Gerät und einem Computer ohne die Beteiligung eines Bedieners durchgeführt.

Klassifizierung Nr. 3 (etwas kann wiederholt werden):

1. Nach Vereinbarung

Telefon

Telegraph

Fernseher

Rundfunk

2. Nach Übertragungsrichtung

Simplex (Übertragung nur in eine Richtung)

Halbduplex (Übertragung abwechselnd in beide Richtungen)

Duplex (sende gleichzeitig in beide Richtungen)

3. Durch die Art der Kommunikationslinie

Mechanisch

hydraulisch

Akustisch

Elektrisch (kabelgebunden)

Funk (drahtlos)

Optisch

4. Durch die Art der Signale am Ein- und Ausgang des Kommunikationskanals

Analog (kontinuierlich)

Zeitlich diskret

Diskrete nach Signalpegel

Digital (sowohl zeitlich als auch pegelmäßig diskret)

5. Durch die Anzahl der Kanäle pro Kommunikationsleitung

Ein-Kanal

Mehrkanal

Und hier noch eine Zeichnung:

Abb. 3. Klassifizierung von Kommunikationsleitungen.

Eigenschaften (Parameter) von Kommunikationskanälen

1. Kanalübertragungsfunktion: im Formular dargestellt Amplituden-Frequenz-Charakteristik (AFC) und zeigt, wie die Amplitude der Sinuskurve am Ausgang des Kommunikationskanals im Vergleich zur Amplitude an seinem Eingang für alle möglichen Frequenzen abklingt übertragenes Signal. Der normalisierte Frequenzgang des Kanals ist in Abb. 4 dargestellt. Wenn Sie den Frequenzgang eines realen Kanals kennen, können Sie die Form des Ausgangssignals für fast jedes Eingangssignal bestimmen. Dazu ist es notwendig, das Spektrum des Eingangssignals zu finden, die Amplitude seiner konstituierenden Harmonischen gemäß der Amplituden-Frequenz-Charakteristik umzuwandeln und dann die Form des Ausgangssignals durch Addieren der umgewandelten Harmonischen zu finden. Zur experimentellen Überprüfung der Amplituden-Frequenz-Charakteristik ist es erforderlich, den Kanal mit Referenz-Sinuskurven (mit gleicher Amplitude) über den gesamten Frequenzbereich von Null bis zu einem bestimmten Maximalwert zu testen, der in den Eingangssignalen auftreten kann. Außerdem müssen Sie die Frequenz der Eingangssinuskurven in kleinen Schritten ändern, was bedeutet, dass die Anzahl der Experimente groß sein sollte.

-- das Verhältnis des Spektrums des Ausgangssignals zum Eingang
- Bandbreite

Abb.4 Normalisierter Frequenzgang des Kanals

2. Bandbreite: ist eine Ableitungseigenschaft des Frequenzgangs. Es handelt sich um einen kontinuierlichen Frequenzbereich, für den das Verhältnis der Amplitude des Ausgangssignals zum Eingangssignal eine bestimmte vorgegebene Grenze überschreitet, dh die Bandbreite bestimmt den Frequenzbereich des Signals, mit dem dieses Signal über den Kommunikationskanal übertragen wird, ohne erhebliche Verzerrung. Typischerweise wird die Bandbreite bei 0,7 des maximalen Frequenzgangs gemessen. Die Bandbreite beeinflusst am stärksten die maximal mögliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung über den Kommunikationskanal.

3. Dämpfung: ist definiert als die relative Abnahme der Amplitude oder Leistung eines Signals, wenn ein Signal einer bestimmten Frequenz über einen Kanal übertragen wird. Während des Betriebs des Kanals ist häufig die Grundfrequenz des übertragenen Signals im Voraus bekannt, dh die Frequenz, deren Harmonische die höchste Amplitude und Leistung aufweist. Daher reicht es aus, die Dämpfung bei dieser Frequenz zu kennen, um die Verzerrung der über den Kanal übertragenen Signale ungefähr abzuschätzen. Genauere Schätzungen sind möglich, wenn die Dämpfung bei mehreren Frequenzen bekannt ist, die mehreren Grundharmonischen des gesendeten Signals entsprechen.

Die Dämpfung wird normalerweise in Dezibel (dB) gemessen und anhand der folgenden Formel berechnet: , wo

Signalstärke am Kanalausgang,

Signalstärke am Kanaleingang.

Die Dämpfung wird immer für eine bestimmte Frequenz berechnet und ist auf die Kanallänge bezogen. In der Praxis wird immer der Begriff der „spezifischen Dämpfung“ verwendet, d.h. Signaldämpfung pro Kanallängeneinheit, beispielsweise eine Dämpfung von 0,1 dB/Meter.

4. Übertragungsgeschwindigkeit: charakterisiert die Anzahl der pro Zeiteinheit über den Kanal übertragenen Bits. Es wird in Bits pro Sekunde gemessen - bps, sowie abgeleitete Einheiten: Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s. Die Übertragungsrate ist abhängig von Kanalbandbreite, Rauschpegel, Kodierungsart und Modulation.

5. Immunität gegen Kanalrauschen: charakterisiert seine Fähigkeit, eine Signalübertragung unter Interferenzbedingungen bereitzustellen. Störungen werden unterteilt in intern(repräsentiert thermisches Rauschen von Geräten) und extern(sie sind abwechslungsreich u hängen vom Übertragungsmedium ab). Die Störfestigkeit des Kanals hängt von der Hardware und den algorithmischen Lösungen zur Verarbeitung des empfangenen Signals ab, die in den Transceiver eingebettet sind. Geräuschunempfindlichkeit Signalisierung über einen Kanal kann erhöht werden auf Kosten der Kodierung und Sonderverarbeitung Signal.

6. Dynamikbereich : Logarithmus des Verhältnisses der vom Kanal übertragenen maximalen Signalleistung zum Minimum.

7. Geräuschunempfindlichkeit: dies ist Störfestigkeit, d.h. Geräuschunempfindlichkeit.

Kommunikationskanal bezeichnet eine Reihe technischer Mittel und ein physisches Medium, das in der Lage ist, gesendete Signale zu übertragen, die die Übertragung von Nachrichten von der Informationsquelle zum Empfänger gewährleisten.

Kanäle werden normalerweise in kontinuierliche und diskrete Kanäle unterteilt.

Im allgemeinsten Fall enthält jeder diskrete Kanal einen kontinuierlichen Kanal als integralen Bestandteil.

Kann der Einfluss von Störfaktoren auf die Übertragung von Nachrichten in einem Kanal vernachlässigt werden, so spricht man von einem solchen idealisierten Kanal Kanal ohne Störung.

In einem solchen Kanal entspricht jede Eingangsnachricht eindeutig einer bestimmten Ausgangsnachricht und umgekehrt. Wenn der Einfluss von Störungen im Kanal nicht vernachlässigt werden kann, werden bei der Analyse der Merkmale der Nachrichtenübertragung über einen solchen Kanal Modelle verwendet, die den Betrieb des Kanals bei Vorhandensein von Störungen charakterisieren.

Abhängig von den spezifischen Eigenschaften realer Kanäle, verschiedene Typen Modelle. Der Kanal, in dem die Wahrscheinlichkeiten, das erste Signal mit dem zweiten und das zweite mit dem ersten zu identifizieren, gleich sind, wird aufgerufen Symmetrischer Kanal.

Der Kanal, an dessen Ausgang das Signalalphabet von dem Signalalphabet am Eingang getrennt wird, wird aufgerufen Kanal mit Löschung.

Kanal mit Löschung und Sendung Kanal mit Löschung

Der Kanal zur Übertragung von Nachrichten an den Empfänger wird als zusätzlicher Rückkanal bezeichnet, der dazu dient, die Zuverlässigkeit der Übertragung zu erhöhen. Rückkanal.

Ein Kommunikationskanal gilt als gegeben, wenn die Daten über die Nachrichten an seinem Eingang bekannt sind, sowie die Beschränkungen, die den Eingangsnachrichten durch die physikalischen Eigenschaften der Kanäle auferlegt werden.

Zur Charakterisierung von Kommunikationskanälen werden zwei Konzepte der Übertragungsgeschwindigkeit verwendet:

a) Technische Übertragungsrate, gekennzeichnet durch die Anzahl der über den Kanal übertragenen Elementarsignale pro Zeiteinheit. Dies hängt von den Eigenschaften der Kommunikationsleitungen und der Geschwindigkeit der Kanalausrüstung ab. .

b) Informationsrate, die durch die durchschnittlich pro Zeiteinheit übertragene Informationsmenge bestimmt wird. Diese Rate hängt sowohl von den Eigenschaften des gegebenen Kanals als auch von den Eigenschaften der verwendeten Signale ab.

Kanalbandbreite wird die maximale Geschwindigkeit der Informationsübertragung über diesen Kanal genannt, die mit den fortschrittlichsten Übertragungs- und Empfangsmethoden erreicht wird. Die Bandbreite wird wie die Geschwindigkeit der Informationsübertragung im Allgemeinen durch die pro Zeiteinheit übertragene Informationsmenge gemessen.

15. Koordination der physikalischen Eigenschaften des Kommunikationskanals und der Signale

Jeder spezifische Kommunikationskanal hat physikalische Parameter, die die Möglichkeit bestimmen, bestimmte Signale über diesen Kanal zu übertragen, unabhängig vom Ziel, jeder Kanal kann durch drei Hauptparameter charakterisiert werden:

1) - Kanalzugriffszeit, [s];

2)
- Bandbreite des Kommunikationskanals, [Hz];

3)
- zulässige Überschreitung eines Signals über Hindernisse (Rauschen).

- die Lautstärke des Kommunikationskanals.

Um die Möglichkeit zu beurteilen, ein bestimmtes Signal über einen bestimmten Kanal zu übertragen, müssen die Eigenschaften des Kanals mit den entsprechenden Eigenschaften des Signals korreliert werden:

1) - Signaldauer;

2) - Frequenzband (Spektrumbreite) des Signals;

3)
- der Pegel des Signalüberschusses gegenüber dem Rauschen.

- Signallautstärke.