Caractéristiques

Les caractéristiques de canal suivantes sont utilisées

Immunité au bruit

Immunité au bruit A = 10 lg ⁡ P m i n s i g n a l P n o i s e (\displaystyle A=10\lg (P_(min~signal) \over P_(noise))). Où P m i n s i g n a l P n o i s e (\displaystyle (P_(min~signal) \over P_(noise)))- rapport signal/bruit minimum ;

Volume de la chaîne

Volume de la chaîne V (style d'affichage V) déterminé par la formule : V k = Δ F k ⋅ T k ⋅ D k (\displaystyle V_(k)=\Delta F_(k)\cdot T_(k)\cdot D_(k)),

Où Tk (\ displaystyle T_ (k))- temps pendant lequel le canal est occupé par le signal transmis ;

Pour transmettre un signal via un canal sans distorsion, le volume du canal Vk (\ displaystyle V_ (k)) doit être supérieur ou égal au volume du signal Vs (\ displaystyle V_ (s)), c'est . Le cas le plus simple d'ajustement du volume du signal dans le volume du canal est de réaliser les inégalités Δ F k ⩾ Δ F s (\displaystyle \Delta F_(k)\geqslant ~\Delta F_(s)), T k ⩾ T s (\displaystyle T_(k)\geqslant ~T_(s))> et Δ D k ⩾ Δ D s (\displaystyle \Delta D_(k)\geqslant ~\Delta D_(s)). Néanmoins, V k ⩾ V s (\displaystyle V_(k)\geqslant ~V_(s)) peut être effectué dans d'autres cas, ce qui permet d'obtenir les caractéristiques de canal requises en modifiant d'autres paramètres. Par exemple, à mesure que la gamme de fréquences diminue, la bande passante peut être augmentée.

Classification

Il existe de nombreux types de canaux de communication, parmi lesquels les plus courants sont les canaux de communication filaires (aériens, câble, fibre, etc.) et les canaux de communication radio (troposphérique, satellite, etc.). De tels canaux, à leur tour, sont généralement qualifiés sur la base des caractéristiques des signaux d'entrée et de sortie, ainsi que des changements dans les caractéristiques des signaux en fonction de phénomènes se produisant dans le canal tels que l'évanouissement et l'atténuation des signaux.

En fonction du type de support de propagation, les canaux de communication sont divisés en canaux filaires, acoustiques, optiques, infrarouges et radio.

Les canaux de communication sont également classés en

• continu (signaux continus à l'entrée et à la sortie de la voie),
• discret ou numérique (à l'entrée et à la sortie de la voie - signaux discrets),
• continu-discret (à l'entrée de la voie - signaux continus, et à la sortie - signaux discrets),
• discret-continu (à l'entrée du canal il y a des signaux discrets, et à la sortie il y a des signaux continus).

Les canaux peuvent être linéaires et non linéaires, temporels et spatio-temporels. Il est possible de classer les canaux de communication par gamme de fréquences.

Modèles de canaux de communication

Le canal de communication est décrit par un modèle mathématique dont la tâche se réduit à déterminer les modèles mathématiques de sortie et d'entrée et S 1 (\style d'affichage S_(1)), ainsi que l'établissement d'une connexion entre eux, caractérisé par l'opérateur L (style d'affichage L), c'est

S 2 = L (S 1) (\displaystyle S_(2)=L(S_(1))).

Modèles de canal continu

Les modèles de canal continu peuvent être classés en modèle de canal de bruit gaussien additif, modèle de canal de signal à phase indéterminée et de bruit additif, et modèle d'interférence intersymbole et de canal de bruit additif.

Modèle de canal idéal

Le modèle de canal idéal est utilisé lorsque la présence d’interférences peut être négligée. Lors de l'utilisation de ce modèle, le signal de sortie S 2 (\style d'affichage S_(2)) est déterministe, c'est-à-dire

S 2 (t) = γ S 1 (t − τ) (\displaystyle S_(2)(t)=\gamma ~S_(1)(t-\tau))

où γ est une constante qui détermine le coefficient de transmission, τ est un retard constant.

Modèle d'un canal avec une phase de signal incertaine et un bruit additif

Le modèle de canal avec une phase de signal incertaine et un bruit additif diffère du modèle de canal idéal en ce sens τ (\ displaystyle \ tau) est une variable aléatoire. Par exemple, si le signal d'entrée est à bande étroite, alors le signal S 2 (t) (\displaystyle S_(2)(t))à la sortie d'un canal avec une phase de signal incertaine et un bruit additif est déterminé comme suit :

S 2 (t) = γ (c o s (θ) u (t) − s je n (θ) H (u (t)) + n (t) (\displaystyle S_(2)(t)=\gamma (cos(\ thêta)u(t)-sin(\thêta)H(u(t))+n(t)),

où il est pris en compte que le signal d'entrée S 1 (t) (\ displaystyle S_ (1) (t)) peut être représenté comme suit :

S 1 (t) = c o s (θ) u (t) − s je n (θ) H (u (t)) (\displaystyle S_(1)(t)=cos(\theta)u(t)-sin(\ thêta)H(u(t))),

Où H() (\displaystyle H())- Transformée de Hilbert, θ (\displaystyle \theta)- phase aléatoire dont la répartition est généralement considérée comme uniforme sur l'intervalle

Modèle de canal avec interférence intersymbole et bruit additif

Le modèle d'un canal avec interférence intersymbole et bruit additif prend en compte l'apparition d'une diffusion du signal dans le temps due à la non-linéarité de la caractéristique phase-fréquence du canal et à la limitation de sa bande passante, c'est-à-dire par exemple lors de la transmission de signaux discrets. messages via un canal, la valeur du signal de sortie sera influencée par les réponses du canal non seulement au caractère transmis, mais également aux caractères antérieurs ou ultérieurs. Dans les canaux radio, l'apparition d'interférences entre symboles est influencée par la propagation par trajets multiples des ondes radio.

Saviez-vous, Qu'est-ce qu'une expérience de pensée, une expérience gedanken ?
Il s’agit d’une pratique inexistante, d’une expérience d’un autre monde, d’une imagination de quelque chose qui n’existe pas réellement. Les expériences de pensée sont comme des rêves éveillés. Ils donnent naissance à des monstres. Contrairement à une expérience physique, qui est un test expérimental d'hypothèses, une « expérience de pensée » remplace comme par magie les tests expérimentaux par des conclusions souhaitées qui n'ont pas été testées dans la pratique, en manipulant des constructions logiques qui violent en réalité la logique elle-même en utilisant des prémisses non prouvées comme des prémisses prouvées, qui c'est, par substitution. Ainsi, la tâche principale des candidats aux « expériences de pensée » est de tromper l'auditeur ou le lecteur en remplaçant une véritable expérience physique par sa « poupée » - un raisonnement fictif sur parole sans la vérification physique elle-même.
Remplir la physique d’« expériences de pensée » imaginaires a conduit à l’émergence d’une image absurde, surréaliste et confuse du monde. Un vrai chercheur doit distinguer ces « emballages de bonbons » des valeurs réelles.

Les relativistes et les positivistes soutiennent que les « expériences de pensée » sont un outil très utile pour tester la cohérence des théories (également nées dans notre esprit). En cela, ils trompent les gens, puisque toute vérification ne peut être effectuée que par une source indépendante de l'objet de la vérification. Le demandeur de l'hypothèse lui-même ne peut pas tester sa propre déclaration, puisque la raison même de cette déclaration est l'absence de contradictions dans la déclaration visibles par le demandeur.

Nous le voyons dans l’exemple du SRT et du GTR, qui sont devenus une sorte de religion qui contrôle la science et l’opinion publique. Aucun nombre de faits qui les contredisent ne peut vaincre la formule d'Einstein : « Si un fait ne correspond pas à la théorie, changez le fait » (Dans une autre version, « Le fait ne correspond-il pas à la théorie ? - Tant pis pour le fait »).

Le maximum auquel une « expérience de pensée » peut prétendre est seulement la cohérence interne de l’hypothèse dans le cadre de la logique propre du candidat, souvent loin d’être vraie. Cela ne vérifie pas le respect de la pratique. Une véritable vérification ne peut avoir lieu que dans le cadre d’une véritable expérience physique.

Une expérience est une expérience car elle n’est pas un raffinement de la pensée, mais un test de la pensée. Une pensée cohérente ne peut pas se vérifier. Cela a été prouvé par Kurt Gödel.

Thème 1.4 : Bases des réseaux locaux

Thème 1.5 : Technologies de base des réseaux locaux

Thème 1.6 : Composants logiciels et matériels de base d'un réseau local

Réseaux locaux

1.2. Environnement et méthodes de transmission de données dans les réseaux informatiques

1.2.2. Lignes de communication et canaux de données

Pour construire des réseaux informatiques, on utilise des lignes de communication utilisant différents supports physiques. Les supports physiques suivants sont utilisés dans les communications : les métaux (principalement le cuivre), le verre ultra-transparent (quartz) ou encore le plastique et l'éther. Le support de transmission physique peut être un câble à paire torsadée, un câble coaxial, un câble à fibre optique et l'environnement environnant.

Les lignes de communication ou lignes de données sont des équipements intermédiaires et des supports physiques à travers lesquels les signaux d'information (données) sont transmis.

Plusieurs canaux de communication (canaux virtuels ou logiques) peuvent être formés dans une seule ligne de communication, par exemple par répartition fréquentielle ou temporelle des canaux. Un canal de communication est un moyen de transfert de données unidirectionnel. Si une ligne de communication est utilisée exclusivement par un canal de communication, alors dans ce cas la ligne de communication est appelée canal de communication.

Un canal de transmission de données est un moyen d'échange de données bidirectionnel, qui comprend des lignes de communication et des équipements de transmission (réception) de données. Les canaux de transmission de données connectent les sources d'informations et les récepteurs d'informations.

Selon le support physique de transmission des données, les lignes de communication peuvent être divisées en :

• lignes de communication filaires sans tresses isolantes et de blindage ;
• câble, où des lignes de communication telles que des câbles à paires torsadées, des câbles coaxiaux ou des câbles à fibres optiques sont utilisées pour transmettre des signaux ;
• sans fil (canaux radio de communications terrestres et par satellite), utilisant des ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'air pour transmettre des signaux.

Lignes de communication filaires

Les lignes de communication filaires (aériennes) sont utilisées pour la transmission de signaux téléphoniques et télégraphiques, ainsi que pour la transmission de données informatiques. Ces lignes de communication sont utilisées comme lignes de communication principales.

Les canaux de transmission de données analogiques et numériques peuvent être organisés via des lignes de communication filaires. Les vitesses de transmission sur les lignes filaires du système téléphonique primitif (POST) sont très lentes. De plus, les inconvénients de ces lignes incluent l'immunité au bruit et la possibilité d'une simple connexion non autorisée au réseau.

Lignes de communication par câble

Les lignes de communication par câble ont une structure assez complexe. Un câble est constitué de conducteurs enfermés dans plusieurs couches d'isolant. Il existe trois types de câbles utilisés dans les réseaux informatiques.

paire torsadée(paire torsadée) - un câble de communication, qui est une paire torsadée de fils de cuivre (ou plusieurs paires de fils) enfermés dans une gaine blindée. Des paires de fils sont torsadées ensemble pour réduire les interférences. Le câble à paire torsadée est assez résistant au bruit. Il existe deux types de ce câble : paire torsadée non blindée UTP et paire torsadée blindée STP.

Ce câble se caractérise par sa facilité d'installation. Ce câble est le type de communication le moins cher et le plus courant, largement utilisé dans les réseaux locaux les plus courants à architecture Ethernet, construits sur une topologie en étoile. Le câble est connecté aux périphériques réseau à l'aide d'un connecteur RJ45.

Le câble est utilisé pour transmettre des données à des vitesses de 10 Mbit/s et 100 Mbit/s. Le câble à paire torsadée est généralement utilisé pour communiquer sur une distance ne dépassant pas quelques centaines de mètres. Les inconvénients du câble à paire torsadée incluent la possibilité d'une simple connexion non autorisée au réseau.

Câble coaxial(câble coaxial) est un câble avec un conducteur central en cuivre entouré d'une couche de matériau isolant afin de séparer le conducteur central du blindage conducteur extérieur (tresse de cuivre ou couche de feuille d'aluminium). L'écran conducteur extérieur du câble est recouvert d'isolant.

Il existe deux types de câble coaxial : le câble coaxial fin d'un diamètre de 5 mm et le câble coaxial épais d'un diamètre de 10 mm. Un câble coaxial épais a moins d’atténuation qu’un câble fin. Le coût du câble coaxial est plus élevé que celui d’une paire torsadée et l’installation du réseau est plus difficile qu’avec une paire torsadée.

Le câble coaxial est utilisé, par exemple, dans les réseaux locaux à architecture Ethernet, construits selon une topologie de « bus commun ».

Le câble coaxial est plus résistant au bruit que la paire torsadée et réduit son propre rayonnement. Bande passante – 50-100 Mbit/s. La longueur autorisée de la ligne de communication est de plusieurs kilomètres. Une connexion non autorisée à un câble coaxial est plus difficile qu'à un câble à paire torsadée.

Canaux de communication par câble à fibre optique. La fibre optique est une fibre optique à base de silicium ou de plastique enveloppée dans un matériau à faible indice de réfraction entouré d'une gaine extérieure.

La fibre optique transmet les signaux dans une seule direction, le câble est donc composé de deux fibres. À l’extrémité émettrice du câble à fibre optique, la conversion du signal électrique en lumière est requise, et à l’extrémité réceptrice, la conversion inverse est requise.

Le principal avantage de ce type de câble est son niveau extrêmement élevé d’immunité au bruit et l’absence de rayonnement. Une connexion non autorisée est très difficile. Vitesse de transfert de données 3 Gbit/s. Les principaux inconvénients du câble à fibre optique sont la complexité de son installation, sa faible résistance mécanique et sa sensibilité aux rayonnements ionisants.

Canaux de transmission de données sans fil (canaux radio terrestres et satellite)

Les canaux radio des communications terrestres (relais radio et cellulaires) et par satellite sont formés à l'aide d'un émetteur et d'un récepteur d'ondes radio et appartiennent à la technologie de transmission de données sans fil.

Canaux de transmission de données par relais radio

Les canaux de communication par relais radio sont constitués d'une séquence de stations qui sont des répéteurs. La communication s'effectue en visibilité directe, la portée entre les stations voisines peut aller jusqu'à 50 km. Les lignes de communication par relais radio numérique (DRCL) sont utilisées comme systèmes de communication et de transmission de données régionaux et locaux, ainsi que pour la communication entre les stations de base cellulaires.

Liaisons de données satellites

Les systèmes satellitaires utilisent des antennes à micro-ondes pour recevoir les signaux radio des stations au sol et les retransmettre aux stations au sol. Les réseaux satellitaires utilisent trois principaux types de satellites, qui se trouvent sur des orbites géostationnaires, des orbites moyennes ou des orbites basses. Les satellites sont généralement lancés en groupe. Espacés les uns des autres, ils peuvent couvrir la quasi-totalité de la surface de la Terre. Le fonctionnement d'un canal de transmission de données par satellite est illustré sur la figure.

Riz. 1.

Il est plus judicieux d'utiliser les communications par satellite pour organiser un canal de communication entre des stations situées à de très grandes distances et pour desservir les abonnés dans les points les plus inaccessibles. Le débit est élevé – plusieurs dizaines de Mbit/s.

Canaux de données cellulaires

Les canaux radio cellulaires sont construits sur les mêmes principes que les réseaux téléphoniques cellulaires. La communication cellulaire est un système de télécommunications sans fil composé d'un réseau de stations émettrices-réceptrices de base terrestre et d'un commutateur cellulaire (ou centre de commutation mobile).

Les stations de base sont connectées à un centre de commutation qui assure la communication à la fois entre les stations de base et avec d'autres réseaux téléphoniques et avec l'Internet mondial. En termes de fonctions, le centre de commutation est similaire à un central téléphonique filaire classique.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) est une norme pour les réseaux cellulaires permettant la transmission d'informations sans fil pour les abonnés fixes. Le système est construit sur un principe cellulaire : une station de base permet de couvrir une zone d'un rayon de plusieurs kilomètres (jusqu'à 10 km) et de connecter plusieurs milliers d'abonnés. Les BS elles-mêmes sont reliées entre elles par des canaux de communication terrestres à haut débit ou des canaux radio. Vitesse de transfert de données jusqu'à 45 Mbit/s.

Canaux de données radio WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) sont similaires au Wi-Fi. WiMAX, contrairement aux technologies d'accès radio traditionnelles, fonctionne également sur un signal réfléchi, en dehors de la ligne de vue de la station de base. Les experts estiment que les réseaux WiMAX mobiles ouvrent des perspectives bien plus intéressantes pour les utilisateurs que le WiMAX fixe destiné aux entreprises. Les informations peuvent être transmises sur des distances allant jusqu'à 50 km à des vitesses allant jusqu'à 70 Mbit/s.

Canaux de données radio MMDS(Système de Distribution Multicanal Multipoint). Ces systèmes sont capables de desservir une zone dans un rayon de 50 à 60 km, sans qu’une visibilité directe de l’émetteur de l’opérateur ne soit nécessaire. Le taux de transfert de données moyen garanti est de 500 Kbps - 1 Mbps, mais jusqu'à 56 Mbps par canal peuvent être fournis.

Canaux de transmission de données radio pour les réseaux locaux. La norme de communication sans fil pour les réseaux locaux est la technologie Wi-Fi. Le Wi-Fi offre une connexion selon deux modes : point à point (pour connecter deux PC) et connexion infrastructure (pour connecter plusieurs PC à un seul point d'accès). La vitesse d'échange de données peut atteindre 11 Mbit/s avec une connexion point à point et jusqu'à 54 Mbit/s avec une connexion infrastructure.

Canaux de données radio Bluetooth est une technologie de transmission de données sur de courtes distances (pas plus de 10 m) et peut être utilisée pour créer des réseaux domestiques. La vitesse de transfert des données ne dépasse pas 1 Mbit/s.

Systèmes de télécommunications informatiques appelé échange d’informations à distance entre plusieurs ordinateurs.

Les canaux de communication informatique peuvent être classés selon les critères suivants :

• Selon la méthode de codage des informations, elles peuvent être divisées en numériques et analogiques ;
• Selon le mode de communication, ils peuvent être divisés en dédiés et commutés ;
• Selon la méthode de transmission des informations, ils sont divisés en filaire, sans fil et optique.

Analogique- sur les canaux analogiques, les informations transmises sont présentées sous forme continue, c'est-à-dire sous la forme d'une série continue de valeurs de toute grandeur physique.

Numérique- ce sont des canaux par lesquels les informations transmises sont transmises sous forme de signaux numériques (discrets, pulsés) d'une ou d'une autre nature physique.

Commuté- ce sont des canaux créés à partir de sections distinctes uniquement pour la durée de la transmission des informations à travers elles ; après la fin de la session de communication, un tel canal est rompu.

Canaux dédiés- ce sont des filières organisées depuis longtemps et présentant des caractéristiques constantes en termes de longueur et de capacité.

Les principales caractéristiques des canaux de communication comprennent la vitesse de transmission des informations, la fiabilité, le coût et les réserves de développement.

La vitesse de transfert des informations est mesurée en bits/s et en bauds. Le nombre de changements dans le paramètre d'information du signal par seconde est mesuré en bauds.

Baud- c'est la vitesse à laquelle un signal (par exemple, une impulsion) est transmis par seconde, quelle que soit l'ampleur de son changement. L'unité de mesure bit/s correspond à un changement unique du signal dans le canal de communication et avec des méthodes simples de codage du signal ; lorsqu'un changement n'est qu'unique, on peut supposer que : 1 baud = 1 bit/s ; 1 Kbauds = 103 bps ; 1 Mbaud = 106 bps, etc.

Si un élément de données peut être représenté non pas par deux, mais par un grand nombre de valeurs de n'importe quel paramètre de signal, la valeur de 1 baud sera supérieure à 1 bit par seconde.

Fiabilité- transfert d'informations sans perte ni modification. L'émetteur et le récepteur sont des équipements de transmission de données qui connectent la source et le récepteur d'informations à un canal de communication. Des exemples d'équipements de transmission de données comprennent les modems, les adaptateurs de terminal, les cartes réseau, etc.

Pour améliorer la qualité d'un signal transmis sur de longues distances, des équipements supplémentaires sont utilisés : répéteurs, commutateurs, concentrateurs, routeurs, multiplexeurs.

La classification est basée sur ces principes, en tenant compte du débit du canal de communication :

• canaux de communication à faible vitesse, la vitesse de transmission des informations y varie de 50 à 200 bit/s ;
• canaux de communication à vitesse moyenne, la vitesse de transmission y est de 300 à 9 600 bps, et dans les nouvelles normes jusqu'à 56 000 bps ;
• canaux de communication à haut débit (large bande) offrant des vitesses de transmission d'informations supérieures à 56 000 bps.

Les caractéristiques de vitesse du canal dépendent en grande partie des câbles utilisés.

paire torsadée- il s'agit de fils de cuivre isolés, dont le diamètre habituel est de 1 mm, torsadés deux à deux les uns autour des autres en forme de spirale. Cela permet de réduire l'interaction électromagnétique de plusieurs paires torsadées situées à proximité.

L’application la plus courante du câble à paire torsadée est une ligne téléphonique. Les paires torsadées parcourues sur de longues distances sont combinées en un câble recouvert d'un revêtement protecteur. Si les paires de fils à l'intérieur de ces câbles n'étaient pas torsadées, les signaux qui les traversent se chevaucheraient. Des câbles téléphoniques de plusieurs centimètres de diamètre sont visibles tendus sur des poteaux.

Les câbles à paires torsadées sont utilisés pour transmettre des signaux analogiques et numériques. La bande passante dépend du diamètre et de la longueur du fil, mais sur de longues distances, elle peut atteindre plusieurs mégabits par seconde.

Il existe deux types de paires torsadées :

• Câbles à paires torsadées non blindés Ils ont un débit assez élevé, sont faciles à utiliser, ne nécessitent pas de mise à la terre et, en raison de leur faible prix, sont largement utilisés. Le câble à paire torsadée non blindé n'est pas utilisé dans un réseau local qui traite des informations sensibles car il peut augmenter l'intensité du champ.
• Paires torsadées blindées ont de bonnes caractéristiques techniques, mais sont coûteux, rigides et peu pratiques à utiliser et nécessitent une mise à la terre. Ce type de câble est principalement utilisé dans les réseaux avec un accès limité à l'information.

Câble coaxial- les moyens de transmission des données. Il est mieux protégé que la paire torsadée, ce qui lui permet de transmettre des données sur de plus longues distances à des vitesses plus élevées. Deux types de câbles sont largement utilisés. L’un est utilisé pour transporter uniquement un signal numérique et l’autre type de câble est utilisé pour transporter un signal analogique.

Le câble coaxial est constitué d'un fil de cuivre solide et isolé situé au centre du câble. Un conducteur cylindrique, généralement réalisé sous la forme d'un fin treillis de cuivre, est tendu sur l'isolant. Il est recouvert d'une couche protectrice extérieure d'isolant (coque en plastique). La conception et le type spécial de blindage du câble coaxial offrent un débit élevé et une excellente immunité au bruit.

Les câbles coaxiaux pour télécommunications sont divisés en deux groupes :

• coaxiaux « épais » ;
• coaxiaux "minces".

Le câble coaxial épais a un diamètre extérieur de 12,5 mm et un conducteur assez épais (2,17 mm), offrant de bonnes caractéristiques électriques et mécaniques.

La vitesse de transfert de données sur un câble coaxial épais peut atteindre 50 Mbit/s, mais étant donné les inconvénients certains de travailler avec lui et son coût important, il n'est pas toujours possible de l'utiliser dans les réseaux de données.

Un câble coaxial fin a un diamètre extérieur de 5 à 6 mm, il est moins cher et plus pratique à utiliser, mais le conducteur mince qu'il contient (0,9 mm) entraîne de moins bonnes caractéristiques électriques et mécaniques. La vitesse de transfert des données sur un câble coaxial « fin » ne dépasse pas 10 Mbit/s.

Les câbles coaxiaux étaient largement utilisés dans les systèmes téléphoniques, mais pour les lignes longue distance, ils sont remplacés par des câbles à fibres optiques. Cependant, les câbles coaxiaux sont largement utilisés pour la télévision par câble.

Câbles de fibres optiques Sa structure ressemble à une paire torsadée. La base du câble à fibre optique est une âme de verre à travers laquelle se propage la lumière, entourée d'une âme solide et placée dans une coque de protection d'un diamètre de 125 microns.

Un câble peut contenir de une à plusieurs centaines de ces conducteurs. Le noyau est recouvert d'une couche de verre ayant un indice de réfraction inférieur à celui du noyau. Il est conçu pour empêcher de manière plus fiable la lumière de s’échapper au-delà du noyau.

La couche extérieure est une coque en plastique qui protège le vitrage. La source du faisceau lumineux propagé à travers le câble à fibre optique est un convertisseur de signaux électriques en signaux optiques, par exemple une LED ou un laser à semi-conducteur.

Les informations sont codées en modifiant l'intensité du faisceau lumineux. La base physique de la transmission d'un faisceau lumineux le long d'une fibre est le principe de réflexion interne totale du faisceau depuis les parois de la fibre, qui garantit une atténuation minimale du signal, la plus haute protection contre les champs électromagnétiques externes et une vitesse de transmission élevée. Un câble à fibre optique comportant un grand nombre de fibres peut transporter un très grand nombre de messages. A l'autre extrémité du câble, le dispositif de réception convertit les signaux lumineux en signaux électriques.

La vitesse de transmission des données via un câble à fibre optique atteint 1 000 Mbit/s, mais elle est très coûteuse et n'est utilisée que pour la pose de canaux de communication de base critiques. Ce câble relie les capitales et les grandes villes de la plupart des pays du monde, ainsi que des continents.

Dans les réseaux informatiques et Internet, le câble à fibre optique est utilisé dans leurs zones les plus critiques. Les possibilités des canaux à fibre optique sont véritablement illimitées : un câble principal à fibre optique épais peut organiser simultanément plusieurs centaines de milliers de canaux téléphoniques, plusieurs milliers de canaux de visiophonie et environ un millier de canaux de télévision.

Actuellement, les types de communication sans fil se généralisent : canaux radio, infrarouges et ondes millimétriques.

Chaîne radio est un canal de communication sans fil posé par voie aérienne. Un système de transmission de données radio comprend un émetteur radio et un récepteur radio accordés sur la même gamme d'ondes radio, qui est déterminée par la bande de fréquences du spectre électromagnétique utilisée pour la transmission de données.

Un tel système de transmission de données est simplement appelé canal radio. Les débits de transmission de données sur un canal radio sont pratiquement illimités (ils sont limités par la bande passante de l'équipement émetteur-récepteur). L'accès radio à haut débit offre aux utilisateurs des canaux avec des vitesses de transmission de 2 Mbit/s et plus. Dans un avenir proche, des chaînes radio avec des débits de 20 à 50 Mbit/s sont attendues.

Le rayonnement infrarouge et millimétrique sans utilisation de câble est largement utilisé pour la communication sur de courtes distances. Les télécommandes des téléviseurs et des magnétoscopes utilisent un rayonnement infrarouge. Ils sont relativement directionnels, peu coûteux et faciles à installer, mais présentent un inconvénient important : le rayonnement infrarouge ne traverse pas les objets solides. D’un autre côté, le fait que les ondes infrarouges ne traversent pas les murs est également positif. Après tout, cela augmente la sécurité du système infrarouge contre les écoutes clandestines par rapport au système radio.

Pour cette raison, l’utilisation d’un système de communication infrarouge ne nécessite pas de licence gouvernementale, contrairement aux communications radio (sauf pour les bandes ISM). Les communications infrarouges sont utilisées dans les systèmes informatiques de bureau (par exemple, pour relier les ordinateurs portables aux imprimantes), mais ne jouent toujours pas un rôle significatif dans les télécommunications.

Canaux de communication sans fil ont une faible immunité au bruit, mais offrent à l'utilisateur une mobilité et une efficacité de communication maximales. Dans les réseaux informatiques, les canaux de communication sans fil pour la transmission de données sont le plus souvent utilisés là où l'utilisation des technologies de câble traditionnelles est difficile, voire impossible.

Mais dans un avenir proche, la situation pourrait changer : une nouvelle technologie sans fil Bluetooth est activement développée. Bluetooth est une technologie permettant de transmettre des données sur des canaux radio sur de courtes distances, permettant la communication entre des téléphones sans fil, des ordinateurs et divers périphériques, même dans les cas où l'exigence de visibilité directe n'est pas respectée.

Bluetooth était initialement considéré uniquement comme une alternative aux connexions infrarouges entre différents appareils portables. Mais les experts prédisent désormais deux directions pour l’utilisation généralisée du Bluetooth.

Le premier concerne les réseaux domestiques, qui regroupent divers équipements électroniques, notamment les ordinateurs, les téléviseurs, etc. La deuxième direction, beaucoup plus importante, concerne les réseaux locaux de bureaux de petites entreprises, où la norme Bluetooth se positionne comme un remplacement des technologies filaires traditionnelles. L'inconvénient de Bluetooth est la vitesse de transfert de données relativement faible - elle ne dépasse pas 720 Kbps, cette technologie n'est donc pas capable de transmettre un signal vidéo.

Lien est un ensemble de moyens destinés à transmettre des signaux (messages).

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

1. Par type de lignes de communication: filaire; câble; fibre optique; les 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 interférences ; avec interférence.

Les canaux de communication sont caractérisés par :

1. Capacité des canaux est défini comme le produit du temps d'utilisation du canal Tk, de la largeur du spectre de fréquences transmis par le canal Fk et de la plage dynamique Dk., qui caractérise la capacité du canal à transmettre différents niveaux de signaux Vk = Tk Fk Ne sais pas. (1) Condition de correspondance du signal avec le canal : Vc Vk ; Tc Tk ; FcFk; Vc Vk; Dc Dk.

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

3.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.

4. Redondance- assure la fiabilité des informations transmises (R = 01).

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. Vitesse de transfert jusqu'à 1 Mbit/s.

2. Câble coaxial. Vitesse de transfert 10-100 Mbit/s

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

Liens radio:

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.

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.

Connexion satellite. Les fréquences micro-ondes sont utilisées et le satellite sert de régénérateur.

Théorème de Shannon pour les canaux sans interférence Il est toujours possible de créer un système de codage efficace de messages discrets, dans lequel le nombre moyen de signaux de code binaire par symbole de message s'approchera aussi près que souhaité de l'entropie de la source du message.

Supposons que la source du message ait la capacité H ¢(U) = u C × H(U), et que le canal ait la capacité C = u K × log M. On peut alors coder les messages à la sortie de la source dans un tel manière à obtenir le nombre moyen de symboles de code par élément de message h = u K /u C = (H(U)/ log M)+e (2.2), où e est arbitrairement petit (théorème direct). Il est impossible d’obtenir une valeur de h plus petite (théorème inverse). La partie inverse du théorème stipule qu'il est impossible d'obtenir la valeur h = u K / u C< H(U)/ log M (2.3), может быть доказана если учесть, что неравенство (2.3) эквивалентно неравенству u C × H(U) >u K × log M, H¢ (U) > C. La dernière inégalité ne peut pas être satisfaite car l'encodage en question doit être une transformation réversible (c'est à dire sans perte d'information). L'entropie par seconde à l'entrée du canal ou les performances de l'encodeur ne peuvent pas dépasser la capacité du canal. Et l'entropie des signaux reçus est déterminée à partir de la condition de la valeur maximale H'(y)= log m.

Théorème de Shannon pour un canal discret avec bruit également appelé théorème de codage fondamental de Shannon. Si la capacité de la source de message H¢ (U) est inférieure à la capacité du canal C, c'est-à-dire H¢(U)< C, то существует такая система кодирования которая обеспечивает возможность передачи сообщений источника со сколь угодно малой вероятностью ошибки (или со сколь угодно малой ненадежностью).

Si H¢(U) > C, alors il est possible de coder le message de telle manière que la non-fiabilité par unité de temps soit inférieure à H¢(U)-C+ e, où e ®0(théorème direct).

Il n'existe aucune méthode de codage qui fournit un manque de fiabilité par unité de temps inférieure à H¢(U)-C(théorème inverse).

Ce théorème a été donné dans cette formulation par Shannon lui-même. Dans la littérature, la deuxième partie du théorème direct et le théorème inverse sont souvent combinés sous la forme d'un théorème inverse formulé ainsi : si H¢(U) > C, alors une telle méthode de codage n'existe pas.

2. Types de signaux, leur échantillonnage et leur reconstruction. Densité spectrale des signaux. Fréquence de Nyquist, théorème de Kotelnikov. Représentation fréquentielle de signaux discrets. Transformations orthogonales de signaux discrets. Problèmes d'interpolation et d'amincissement du signal.

Types de signaux, leur échantillonnage et leur reconstruction

Par types (types) de signaux les éléments suivants ressortent :

1. analogique

2. discret

3. numérique

Signal analogique (signal analogique) est une fonction continue d'un argument continu, c'est-à-dire défini pour n’importe quelle valeur d’argument. Sources de signaux analogiques, en règle générale, sont des processus et des phénomènes physiques continus dans la dynamique de leur développement dans le temps, dans l'espace ou dans toute autre variable indépendante, tandis que le signal enregistré est similaire (« analogue ») au processus qui le génère. Un exemple de notation mathématique de signal : y(t) = 4,8 exp /2,8]. Dans ce cas, la fonction elle-même et ses arguments peuvent prendre n'importe quelle valeur dans certains intervalles y J , t J . Si les intervalles des valeurs du signal ou de ses variables indépendantes ne sont pas limités, ils sont alors supposés par défaut égaux à -Ґ à +Ґ. L'ensemble des valeurs de signal possibles forme un continuum - un espace continu dans lequel n'importe quel point de signal peut être déterminé avec une précision infinie. Des exemples de signaux de nature analogique sont les changements dans la force du champ électrique, magnétique et électromagnétique dans le temps et dans l’espace.

Signal discret (signal discret) dans ses valeurs est également une fonction continue, mais définie uniquement par les valeurs discrètes de l'argument. Selon l'ensemble de ses valeurs, il est fini (dénombrable) et est décrit par une séquence discrète d'échantillons (échantillons) y(nDt), où y Ј, Dt est l'intervalle entre les échantillons (intervalle ou pas d'échantillonnage, temps d'échantillonnage) , n = 0, 1, 2, ...,N. L'inverse du pas d'échantillonnage : f = 1/Dt est appelé fréquence d'échantillonnage. Si un signal discret est obtenu en échantillonnant un signal analogique, il représente alors une séquence d'échantillons dont les valeurs sont exactement égales aux valeurs du signal d'origine le long des coordonnées nDt.

Signal numérique (signal numérique) est quantifié dans ses valeurs et discret dans son argument. Il est décrit par la fonction de réseau quantifiée yn = Qk, où Qk est la fonction de quantification avec le nombre de niveaux de quantification k, et les intervalles de quantification peuvent être uniformes ou inégaux, par exemple logarithmiques. En règle générale, un signal numérique est spécifié sous la forme d'une série discrète de données numériques - un tableau numérique de valeurs successives de l'argument avec Dt = const, mais dans le cas général, le signal peut également être spécifié dans le forme d'un tableau pour les valeurs arbitraires de l'argument.

Echantillonnage, reconstruction (interpolation) de signaux.

Processus d'échantillonnage - c'est le processus d'obtention des valeurs des valeurs du signal converti à certains intervalles de temps ( lectures).

L'échantillonnage de signal fait référence à la transformation de fonctions de variables continues en fonctions de variables discrètes, à partir desquelles les fonctions continues d'origine peuvent être restaurées avec une précision donnée. Le rôle des échantillons discrets est généralement joué par des valeurs quantifiées de fonctions dans une échelle de coordonnées discrète. La quantification est comprise comme la transformation d'une valeur continue en une valeur avec une échelle discrète de valeurs parmi un ensemble fini de valeurs autorisées, appelées niveaux de quantification. Si les niveaux de quantification sont numérotés, alors le résultat de la transformation est un nombre qui peut être exprimé dans n'importe quel système numérique. L'arrondi avec une certaine profondeur de bits des valeurs instantanées d'une quantité analogique continue avec un pas uniforme dans l'argument est le cas le plus simple d'échantillonnage et de quantification de signaux lors de leur conversion en signaux numériques.

Principes d'échantillonnage. L'essence de l'échantillonnage des signaux analogiques est que la continuité dans le temps de la fonction analogique s(t) est remplacée par une séquence d'impulsions courtes dont les valeurs d'amplitude sont déterminées à l'aide de fonctions de pondération, ou directement par des échantillons (échantillons) de valeurs instantanées du signal s(t) à des moments donnés. Représentation du signal s(t) sur l'intervalle T avec un ensemble de valeurs discrètes s'écrit sous la forme :

(c1, c2, ... , cN) = UNE,

où A est l’opérateur de discrétisation. Enregistrement de l'opération de récupération du signal s(t) :

s"(t) = B[(c1, c2, ... , cN)].

Le choix des opérateurs A et B est déterminé par la précision requise de reconstruction du signal. Les plus simples sont les opérateurs linéaires. En général:

(5.1.1)

Où est le système de fonctions de pondération.

Les échantillons de l'expression (5.1.1) sont associés à l'opération d'intégration, ce qui garantit une immunité élevée au bruit de l'échantillonnage. Cependant, en raison de la complexité de mise en œuvre technique de l'intégration « pondérée », cette dernière est utilisée assez rarement, à des niveaux d'interférence élevés. Les méthodes dans lesquelles le signal s(t) est remplacé par un ensemble de ses valeurs instantanées s() à des moments précis sont devenues plus répandues. Le rôle des fonctions de poids dans ce cas est assuré par les fonctions de crête (treillis). La période de temps Dt entre des échantillons adjacents est appelée pas d'échantillonnage. L'échantillonnage est dit uniforme avec la fréquence F = 1/Dt si la valeur de Dt est constante sur toute la plage de conversion du signal. Avec un échantillonnage non uniforme, la valeur Dt entre les échantillons peut changer selon un programme spécifique ou en fonction des modifications des paramètres du signal.

Récupération du signal

Restauration continue signal l'échantillonnage peut être effectué à la fois sur la base de fonctions de base orthogonales et non orthogonales. La fonction de reproduction s"(t) est donc représentée par un polynôme d'approximation :

Où est le système de fonctions de base. Les fonctions de base orthogonales assurent la convergence de la série vers s(t) comme n Yu Ґ . Les méthodes d'échantillonnage optimales sont celles qui fournissent la série de nombres minimale pour une erreur de reproduction de signal donnée. Pour les fonctions de base non orthogonales, on utilise principalement des polynômes algébriques puissances de la forme :

Si les valeurs du polynôme approximatif coïncident avec les valeurs des échantillons au moment de leur échantillonnage, alors un tel polynôme est appelé interpolation. Les polynômes de Lagrange sont généralement utilisés comme polynômes interpolants. Pour mettre en œuvre des polynômes interpolés, un retard du signal de l'intervalle d'échantillonnage est nécessaire, ce qui dans les systèmes en temps réel nécessite certaines solutions techniques. Les polynômes de Taylor sont généralement utilisés comme polynômes d'extrapolation.

Une exigence naturelle pour le choix d'une fréquence d'échantillonnage est d'introduire une distorsion minimale dans la dynamique des changements dans les fonctions du signal. Il est logique de croire que plus la fréquence d'échantillonnage F est élevée, moins la distorsion de l'information sera importante. D'autre part, il est également évident que plus la valeur de F est élevée, plus la quantité de données numériques affichées par les signaux sera importante. et plus de temps sera consacré à leur traitement. Idéalement, la valeur de la fréquence d'échantillonnage du signal F doit être nécessaire et suffisante pour traiter le signal d'information avec une précision donnée, c'est-à-dire fournir une erreur acceptable dans la reconstruction de la forme du signal analogique (moyenne quadratique sur l'intervalle du signal dans son ensemble, ou sur les écarts maximaux par rapport à la forme réelle aux points d'information caractéristiques des signaux).

Quantification du signal.

L'échantillonnage de signaux analogiques sous forme numérique implique de quantifier les signaux. L'essence de la quantification est de remplacer un ensemble indénombrable de valeurs de fonction possibles, généralement aléatoires, par un ensemble fini d'échantillons numériques, et est effectuée en arrondissant les valeurs instantanées de la fonction d'entrée s(ti) aux instants ti au plus proche. valeurs si(ti) = niDs, où Ds est le pas de quantification de l'échelle de lecture numérique. La quantification avec un pas constant Ds est dite uniforme. Mathématiquement, l'opération de quantification peut être exprimée par la formule :

où les parenthèses [..] désignent la partie entière de la valeur entre parenthèses.

Lors de la quantification de signaux sur une large plage dynamique de valeurs, le pas de quantification peut être inégal, par exemple logarithmique, c'est-à-dire proportionnel au logarithme des valeurs du signal d’entrée. La plage établie de l'échelle de quantification de smin à smax et le pas de quantification Ds déterminent le nombre de divisions d'échelle Ns = (smax-smin)/Ds et, par conséquent, la profondeur de bits de quantification numérique. Suite à l'échantillonnage et à la quantification, la fonction continue s(t) est remplacée par une séquence numérique (s(kDt)). L'erreur d'arrondi ei = s(kDt)-si(kDt) est comprise entre -Ds/2

Avec un pas de quantification suffisamment petit, toute valeur dans ses limites peut être considérée comme également probable, et les valeurs de e sont distribuées selon une loi uniforme :

p(e) = 1/Ds, -Ds/2 Ј e Ј Ds/2.

En conséquence, la variance et la valeur efficace du bruit de quantification sont :

e2 = Ds2/12, » 0,3 Ds. .1)

Lors du réglage du niveau de bruit de quantification à l'aide de l'expression (5.5.1), il est facile de déterminer la valeur acceptable du pas de quantification.

Le signal d'entrée contient, en règle générale, un mélange additif du signal lui-même s(t) et du bruit q(t) avec une dispersion sq2, respectivement. Si le bruit n'est pas corrélé avec le signal, alors après quantification, la dispersion totale du bruit est :

En pratique, le pas de quantification est généralement choisi de manière à ce qu'il n'y ait pas de changement notable dans le rapport signal sur bruit, c'est-à-dire e2<