Основы передачи данных. Применение теоретических результатов в сетях передачи данных

Теоремы Найквиста и Шеннона имеют большое значение для разработчиков сетей. Работы Найквиста послужили стимулом для разработки сложных способов кодирования битов в виде сигнала, то есть теорема Найквиста побудила инженеров к поиску лучших способов кодирования битов в виде сигналов, поскольку считалось, что некая остроумная схема кодирования позволит передавать больше битов за единицу времени.

В определённом смысле теорема Шеннона более фундаментальна, поскольку устанавливает абсолютное ограничение, возникающее из-за законов физики. Например, в линии передачи значительная часть шума возникает под действием законов термодинамики и, таким образом, теорема Шеннона доказывает, что никакое остроумное кодирование не способно преодолеть законы физики, налагающие фундаментальные ограничения на число битов, которые могут быть переданы за одну секунду в реальной системе связи.

Теорема Шеннона позволяет определить, с какой скоростью могут передаваться данные в линии речевой телефонной связи. Система речевой телефонной связи характеризуется соотношением .

Вообще, ,

(100%) (предел телеф. связи)

Инженеры признают, что это абсолютный предел. Более высокая скорость передачи может быть достигнута только путём изменения соотношения сигнал/шум:

(110%)

Позволяют ли модемы, применяемые для коммутируемой связи, достичь более высокой пропускной способности, чем следует из теоремы Шеннона? Один из возможных способов состоит в сжатии – данные упаковываются перед передачей и распаковываются после приёма.

Теорема Шеннона позволяет понять следующее: хотя сжатие и уменьшает число битов, необходимых для представления данных, скорость, с которой могут передаваться данные, всё равно ограничена.

Выводы.

Асинхронная связь позволяет передавать данные в любое время и устанавливать паузу между передачами на неопределённый период времени.

Стандарт RS-232, который был первоначально разработан для определения способов взаимодействия между компьютером и модемом, стал наиболее широко применяемым стандартом асинхронной передачи символов на короткие расстояния.

Поскольку любая физическая система, применяемая для передачи данных, имеет ограничения по скорости, с которой она может изменять своё состояние, то физические системы не могут передавать биты с бесконечной скоростью. Скорость, с которой оборудование может изменять состояние, называется пропускной способностью оборудования. Пропускная способность может быть измерена.

Теорема Найквиста определяет соотношение между пропускной способностью оборудования и теоретической максимальной скоростью, с которой могут передаваться данные.

Теорема Шеннона определяет предел скорости, с которой могут передаваться данные при наличии шума.

18. Передача сигналов на «большие» расстояния. Модуляция.

В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму - речь, телевизионное изображение, - передаются по каналам связи в дискретном виде, то есть в виде последовательности единиц и нулей. Процесс представления аналоговой информации в дискретной форме называется дискретной модуляцией. Термины «модуляция» и «кодирование» часто используют как синонимы.

В пределах одной комнаты RS-232 может быть использована, но не может быть использована для передачи сигнала в пределах города, так как при этом проявляется проблема затухания сигнала.

Затухание сигнала является причиной того, что изменение электрического напряжения нельзя использовать для передачи данных на большие расстояния. Было установлено, что непрерывно колеблющийся сигнал распространяется дальше других сигналов. Этот факт лёг в основу большинства систем связи на большие расстояния.

Вместо передачи электрического тока, который изменяется только при изменении значения бита, в системах передачи данных на большие расстояния передаётся непрерывно колеблющийся сигнал, как правило, синусоидальной формы, который называется несущей. Для передачи данных передатчик слегка изменяет несущую. Эти изменения носят общее название модуляция.

Методы применения модулированной волны несущей для дальней связи не возникли вместе с компьютерными сетями. Эти методы были изобретены для использования в телефонии, радиовещании и телевидении.

В большинстве компьютерных сетей, предназначенных для передачи данных на большое расстояние, используется такая же схема, как и в радиостанции, независимо от того, передаются ли данные с помощью медных кабелей, оптоволоконных кабелей, микроволнового излучения или радиочастот.

Передатчик вырабатывает непрерывно колеблющийся сигнал несущей. Сигнал несущей модулируется в соответствии с передаваемыми данными. Как и радиоприёмник, приёмник звена дальней связи должен быть настроен на распознавание несущей, используемой передатчиком. Приёмник отслеживает входящий сигнал несущей, выделяет модулирующий сигнал, реконструирует первоначальные данные и отбрасывает несущую.