Prednáška 3
Faktory, ktoré určujú parametre kvality ADSL pripojení
Faktory ovplyvňujúce parametre kvality ADSL
Naše štúdium technológie ADSL je čisto praktické a zamerané na štúdium meracích metód.
Z tohto dôvodu nás v knihe nebudú zaujímať ani tak princípy fungovania ADSL systémov, ale tie faktory, ktoré určujú kvalitatívne parametre ADSL siete a v konečnom dôsledku technologický a obchodný úspech technológie ako celku. .
V tejto malej časti sa na základe vyššie uvedených informácií o technológii ADSL pokúsime identifikovať faktory, ktoré charakterizujú parametre kvality ADSL.
Aby sme zvýraznili skupiny faktorov, ktoré nás zaujímajú, vráťme sa k obr. 1.8.
Ako vyplýva z obrázku, schéma pripojenia užívateľa ADSL obsahuje tri objekty: modem, DSLAM a sekciu párov účastníkov.
Menej nás zaujímajú individuálne parametre modemu alebo DSLAM ako parametre týchto zariadení ako technologickej dvojice.
V dôsledku toho možno rozlíšiť dve skupiny faktorov ovplyvňujúcich parametre kvality ADSL.
Poďme študovať tieto faktory oddelene.
Vplyv koncových bodov a DSLAM
Vyššie diskutované princípy fungovania páru modem-DSLAM ukazujú, že parametre takýchto zariadení môžu ovplyvniť celkové parametre kvality ADSL prístupu. V hre je viacero faktorov.
Technológia ADSL zabezpečuje technologickú nezávislosť parametrov DSLAM a modemu, tieto zariadenia môžu byť rôznych výrobcov. Akékoľvek nezrovnalosti v páre modem-DSLAM by mali ovplyvniť kvalitu ADSL prístupu.
Faktor nekonzistentnosti na úrovni „handshake“ sa môže prejaviť v tom, že modem a DSLAM nemusia vytvoriť najefektívnejší spôsob prevádzky a výmeny dát.
Na úrovni diagnostiky pripojenia môže faktor nesúladu viesť k nesprávne nastavenie ekvalizéry a potlačovače ozveny, ktoré ovplyvnia parametre prenosovej rýchlosti. Tu môže nastať faktor narušenia prevádzky iba jedného zariadenia.
Napríklad postup nastavenia potlačenia ozveny v modeme sa môže ukázať ako nesprávny a môže dôjsť k narušeniu.
Podobné porušenia môžu byť spôsobené nesprávnou prevádzkou procedúr vyrovnávania úrovne signálu v DSLAM atď.
Podobne môžu byť problémy spôsobené nekonzistentnosťou na úrovni diagnostiky kanála. Tu môžu porušenia v procese vyjednávania kódovacích schém a akékoľvek zlyhania v prevádzke diagnostických algoritmov SNR viesť k zhoršeniu kvality ADSL pripojenia.
Pri pohľade do budúcnosti poznamenávame, že diagnostika všetkých uvedených faktorov môže byť realizovaná iba v procese komplexných štúdií zariadení pomocou metód testovania zhody. Tieto techniky sú príliš zložité na prevádzku a príliš drahé.
Vplyv parametrov účastníckej linky
Najzaujímavejším faktorom pre prevádzku, ktorý priamo ovplyvňuje parametre kvality ADSL, sú parametre účastníckeho káblového páru.
Keďže účastnícky kábel a jeho parametre nie sú zavedené technológiou ADSL zvonku, ale sú už operátorovi k dispozícii v podobe a stave, v akom žil pred érou NGN, obsahuje najslabší článok technologického reťazca ADSL. A hoci nie je možné dať rovnaké znamienko medzi merania parametrov kábla a merania ADSL, merania parametrov účastníckych párov tvoria viac ako 50 % všetkých prevádzkových meraní na počiatočné štádiá Implementácia ADSL.
Stručne zvážime, aké parametre účastníckej linky môžu byť rozhodujúce pre kvalitu ADSL. Každý z uvedených parametrov je podrobnejšie popísaný v kapitole 4.
Základné parametre účastníckych káblov
Začnime všeobecnými (alebo základnými) parametrami účastníckych káblov. Patria sem všetky parametre, ktoré sa v minulosti používali na certifikáciu káblového systému operátora.
Možno tvrdiť, že ide o skupinu parametrov a metód ich analýzy, ktorá je rovnaká pre všetky účastnícke káble, napriek ich typu a spôsobu použitia.
V skutočnosti, ak existuje kovový kábel, potom má odpor, kapacitu, izolačné parametre a všetky uvedené parametre nezávisia od účelu, na ktorý je kábel položený. Dá sa použiť na normálne telefonickú komunikáciu, pre ADSL, pre rádiový systém atď.
A všetky aplikácie vyžadujú určitý súbor parametrov na posúdenie kvality účastníckeho páru.
Preto sa takéto parametre nazývajú základné.
Základné parametre účastníckeho páru sú plne opísané v regulačných dokumentoch a sú dobre známe.
Medzi hlavné základné parametre patria:
Hodnoty uvedených parametrov určujú kvalitu účastníckeho páru a na základe toho môžeme povedať, že sú dôležité pre certifikáciu káblov pre ADSL.
Špecializované parametre kábla
Ako je uvedené vyššie, parametre prenosu ADSL nie sú ovplyvnené ani tak základnými parametrami účastníckeho páru, ale parametrami účastníckeho kábla ako kanála na prenos signálov 256DMT/QAM.
V tomto prípade je dôležitá skupina parametrov priamo spojená s prenosovou procedúrou, ktorá zahŕňa parametre ako skreslenie signálu, útlm signálu, rôzne druhy šumu a vonkajšie vplyvy na linke.
Keďže táto skupina parametrov priamo súvisí s oblasťou použitia kábla ADSL, nazývajú sa špecializované.
Procedurálne špecializované parametre sa líšia od základných v tom, že akékoľvek merania týchto parametrov sú vždy založené na technikách testovania frekvencie linky.
Podľa týchto metód by ste na diagnostiku účastníckeho kábla mali použiť špecializovaný testovací signál (náraz) a analyzovať kvalitu prechodu takéhoto signálu po linke (odozva).
Špecializované možnosti zahŕňajú:
útlm káblov;
Nezrovnalosti v kábli
Tretím faktorom, ktorý priamo ovplyvňuje parametre kvality ADSL na úrovni účastníckeho kábla, je prítomnosť nehomogenít v kábli.
Akékoľvek nehomogenity v účastníckom kábli negatívne ovplyvňujú prenosové parametre.
Na ilustráciu procesov prebiehajúcich v prenosovej sústave je na obr. 3.1 znázornený paralelný odbočovač, ktorý je v domácej sieti pomerne bežným javom.
V prípade prenosu širokopásmového signálu cez paralelný odbočovač sa vysielaný signál najskôr rozvetví a potom sa odrazí od neprispôsobeného konca odbočky.
Výsledkom je, že na strane prijímača sa dva signály - priamy a odrazený - navzájom prekrývajú a odrazený signál možno považovať za šum. Keďže šumový signál v prípade znázornenom na obr. 3.1 má rovnakú štruktúru ako bežný signál, jeho vplyv na parametre kvality prenosu je maximálny.
Ryža. 3.1. Paralelné odpočúvanie a jeho vplyv na parametre ADSL prenosu
Úroveň deštruktívneho vplyvu odrazeného signálu bude priamo závisieť od úrovne odrazu na kohútiku. Z teórie signálov platí, že čím vyššia je frekvencia prenášaného signálu, tým vyššia je úroveň odrazu.
V dôsledku toho sú akékoľvek širokopásmové prenosové systémy veľmi citlivé na akékoľvek nehomogenity v kábli. V prípade ADSL je citlivosť na nehomogenity mierne kompenzovaná adaptívnym prispôsobením páru modem-DSLAM, takže prítomnosť odbočiek neruší možnosť prenosu.
V prípade klepnutia však rýchlosť prenosu ADSL prudko klesá, čo umožňuje výrobcom zariadení a systémovým inžinierom klásť požiadavky, aby neboli povolené žiadne nehomogenity v kábli ADSL.
Presluchy
Pojem prechodový útlm je menej jasný z hľadiska povahy výskytu tohto faktora, ale lepšie odráža spôsob merania. Preto sa v praxi používajú oba pojmy.
Štvrtým faktorom ovplyvňujúcim parametre prenosu ADSL v kábli je faktor vzájomného vplyvu účastníckych káblov na seba.
Metodicky sa parametre vzájomného ovplyvňovania nazývajú prechodové rušenie, alebo prechodový útlm.
Obr.3.2. Presluchy NEXT a FEXT
Existujú dva parametre prechodového rušenia (obr. 3.2).
Nominálne FEXT a NEXT odkazujú na špecializované parametre páru káblov. Úloha tohto parametra je však taká jedinečná, že si vyžaduje samostatné zváženie a výskum.
Stačí povedať, že napriek desaťročiam existencie konceptov NEXT a FEXT neexistuje všeobecná metodika merania týchto parametrov a v podmienkach účastníckych sietí NGN sa dá len ťažko vybudovať.
Napríklad vzájomný vplyv jedného páru na druhý môže potenciálne existovať, ale nijako sa neprejaví, pokiaľ jeden pár prenáša telefóniu a druhý ADSL.
Akonáhle však pripojíte nového účastníka ADSL, tento vplyv môže „zabiť“ kvalitu komunikácie v oboch pároch.
To isté platí pre interferencie z vonkajších zdrojov elektromagnetického žiarenia - vo všeobecnosti nie je možné predpovedať ich prejav na jednotlivom páre.
Nasledujúce typy možných presluchov možno identifikovať ako najdôležitejšie pre parametre kvality ADSL.
O potenciálnom vplyve ADSL na kvalitu klasického telefonovania sa diskutuje už dlho. Dôvodom diskusie na túto tému boli sťažnosti účastníkov klasického telefonovania na zhoršovanie kvality komunikácie v procese masového zavádzania ADSL.
Hoci teória používania rozbočovačov vylučuje vplyv ADSL na telefónnu sieť, štatistiky reklamácií ukázali stabilný vzťah medzi úrovňou implementácie ADSL a počtom reklamácií.
Špeciálne štúdie ukázali, že medzi telefónnou sieťou a ADSL naozaj nedochádza k presluchom a sťažnosti sú z veľkej časti spôsobené aktivitami samotných operátorov.
Pre poskytovanie kvalitnejších ADSL služieb operátori menili páry tak, že užívateľ ADSL dostal kvalitnejší pár, bežný telefónny účastník horší pár, čo viedlo k vyhodnoteniu negatívnej úlohy ADSL.
Mimochodom, tento príklad ukazuje, že v procese masového prijatia ADSL sa silne miešajú čisto technické faktory so sociálnymi, historickými a administratívnymi faktormi. Ako je uvedené v kapitole 7, tento príklad Toto nie je jediný prípad, keď sa ukazuje, že je ťažké oddeliť vplyv technológie a iných procesov v operačnom systéme.
Niektoré aplikácie ADSL
Teraz, od všeobecnej analýzy technológie ADSL, prejdime k zváženiu niektorých možností využitia tejto technológie v účastníckych prístupových sieťach NGN.
Ako vyplýva zo samotnej paradigmy siete NGN, hlavným cieľom budovania širokopásmových účastníckych prístupových sietí je poskytnúť používateľom maximálnu možnú šírku pásma prenosu dát v dopravnej siete. Od toho závisí rozsah služieb poskytovaných používateľovi a úspešnosť implementácie NGN závisí od efektívnosti implementácie nových služieb, pretože práve v ich záujme sa uskutočňuje nová technická revolúcia.
Preto je téma služieb zásadná pri štúdiu akýchkoľvek problémov súvisiacich s NGN. Technológia ADSL nie je výnimkou. V tejto časti sa pozrieme na možnosti využitia ADSL v modernej sieti, ktoré by mali doplniť naše chápanie miesta tejto technológie v modernom komunikačnom systéme.
Individuálne pripojenie
Najjednoduchšou aplikáciou technológie ADSL je individuálne použitie širokopásmový prístup poskytovať služby jednotlivému užívateľovi.
Nepochybnou výhodou ADSL je, že ponúka veľmi efektívna metóda migrácia účastníkov z telefónnej siete do siete NGN.
Pripomeňme, že na to stačí nainštalovať rozbočovače na oba konce účastníckej linky, čím sa oddelí dátová a telefónna prevádzka, a potom pripojiť ADSL modem na strane užívateľa a DSLAM na strane stanice.
Obr.3.3. Individuálna schéma zapojenia účastníka
V dôsledku tohto procesu migrácie sa technológia ADSL stáva individuálne orientovanou. Je zameraný na jednotlivých účastníkov telefónnej siete a ponúka ich pripojenie do siete NGN s minimálnymi nákladmi. Podľa toho sa ADSL najčastejšie používa v režime individuálneho pripojenia (obr. 3.3).
Ako je znázornené na obrázku, v prípade pripojenia jednotlivého účastníka k ADSL je úlohou poskytnúť jednému užívateľovi širokopásmový prístup.
Môže to byť napríklad byt účastníka. V tomto prípade zostáva účastníkovi bežný telefón pripojený cez rozdeľovač a pridáva sa širokopásmový prístup do siete NGN. V závislosti od konfigurácie a typu ADSL modemu to môže byť USB rozhranie na pripojenie jedného počítača alebo Ethernetu, ku ktorému môžete pripojiť aj domácu lokálnu sieť. Počítače je možné nainštalovať aj do domácej lokálnej siete IPTV zariadenia na zabezpečenie šírenia televízneho signálu.
Technológia VoDSL
Nová aplikácia vo vzťahu k tradičným službám ADSL je spojená s rozvojom technológie prenosu hlasu v paketových sieťach ( Hlasový hovor IP, VoIP). V súčasnosti sa VoIP veľmi rozšírilo. Príkladom je služba Skype, ktorú už vo veľkom využíva viac ako 5 miliónov predplatiteľov po celom svete.
Ak existuje potenciál pre prenos hlasu cez dáta, ďalšou aplikáciou pre ADSL by mohlo byť poskytovanie služieb VoIP. Táto služba sa môže nazývať hlas cez ADSL alebo VoDSL.
Servisná schéma je znázornená na obr. 3.4. Na strane užívateľa je k ADSL modemu pripojený nielen počítač, ale aj VoIP telefón. Na strane stanice je za DSLAM prístupový prepínač (BRAS), ktorý alokuje VoIP prevádzku a preposiela ju do VoIP/PSTN telefónnej brány, takže VoIP prevádzka je prevedená na bežnú telefónnu prevádzku a odchádza do verejná sieť.
Volajte" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">kolektívne používanie ADSL
Vyššie rozoberané služby VoDSL majú ešte jednu zaujímavú aplikáciu, a to možnosť zdieľať jedno ADSL pripojenie.
Ako je uvedené vyššie, moderné technológie VoIP umožňujú inštaláciu dodatočného ADSL telefónu na strane užívateľa. Nikto však nezakazuje pripojiť niekoľko VoIP telefónov namiesto jedného telefónu a vytvoriť lokálnu sieť namiesto jedného počítača (obr. 3.5). V tomto prípade získame celú sieť pre malú kanceláriu na jednom ADSL.
Tento prístup k využívaniu ADSL sľubuje pre túto technológiu veľký prísľub. Malá firma si napríklad prenajme novú kanceláriu a už tradične si kladie otázku, ako zabezpečiť komunikáciu s okolitým svetom. Ak bol kancelársky priestor predtým bytom, potom je v ňom iba jeden telefón. A práve vtedy môže prísť na pomoc riešenie ADSL. Stačí sa pripojiť k jednému páru ADSL a kancelária bude mať potrebný počet telefónov a pomerne širokú „rúru“ na internet.
https://pandia.ru/text/78/444/images/image006_42.gif" width="534" height="418">
Obr.3.6. Integrovaná širokopásmová prístupová sieť a miesto ADSL v nej
Úroveň prispôsobenia ATM je AAL2, dátové pakety sa tiež konvertujú na tok buniek ATM (úroveň prispôsobenia AAL5). Inými slovami, IAD plní úlohu multiplexovania hlasových a dátových tokov do virtuálnych okruhov (VC) na prenos cez DSL linku a zároveň slúži ako most alebo smerovač pre Ethernet LAN prevádzku, pričom súčasne podporuje dostatočný počet hlasových hovorov. spojenia.
Už teraz sa používa IAD na tvorbu firemné siete veľmi
populárny v rámci projektov masovej implementácie ADSL v Moskve a Petrohrade. S rozvojom „internetizácie“ malých a stredných podnikov a sietí ADSL si navrhovaná schéma používania bude naďalej hľadať svojich zákazníkov.
Bibliografia
1. Baklanov ADSL/ADSL2+: teória a prax aplikácie - M.: Metrotek, 2007.
Bezpečnostné otázky
Uveďte faktory ovplyvňujúce parametre kvality ADSL. Ako koncové zariadenia a DSLAM ovplyvňujú parametre kvality ADSL? Uveďte a popíšte základné parametre účastníckeho kábla. Uveďte a popíšte špecializované parametre káblov. Ako nehomogenity káblov ovplyvňujú ADSL. Ako ovplyvňuje paralelný odpich v kábli parametre prenosu ADSL? Opíšte pojmy „pressluchy a útlm presluchov“. Nakreslite schému výskytu prechodného rušenia. Vymenujte a charakterizujte parametre prechodového rušenia. Vymenujte najdôležitejšie typy presluchov. Nakreslite schému pripojenia jednotlivého účastníka ADSL. Nakreslite schému organizácie služieb VoDSL. Nakreslite schému spoločného pripojenia k ADSL. Čo je IAD a aké funkcie plní? Nakreslite integrovanú širokopásmovú prístupovú sieť a miesto ADSL v nej
V niektorých sa okrem rozhodovania o type prijatého jednotlivého prvku („1“ alebo „0“) súčasne posudzuje kvalita prijatého rozhodnutia, t. j. sledovaním signálu je podmienená pravdepodobnosť nesprávneho príjmu ( H) je určené, kde je vektor parametrov riadeného signálu. Kde k je prah v závislosti od požadovanej pravdepodobnosti nezistenia chyby, je vydaný signál na vymazanie. Tento signál môže slúžiť ako signál na odmietnutie prijatého rozhodnutia alebo jednoducho ako príznak označujúci, že prijatý prvok je nespoľahlivý. Odmietnutie rozhodnutia (vymazanie) v pochybnej situácii je účinným prostriedkom na zníženie počtu nesprávnych rozhodnutí. V nasledujúcich fázach spracovania signálu a najmä počas dekódovania v RCD môžu byť vymazané prvky obnovené. Ako viete, postup na obnovenie vymazaných prvkov je oveľa jednoduchší ako postup na opravu chýb a akýkoľvek opravný kód môže výrazne obnoviť viac vymazaní ako opraviť chyby.
Kvalitu prijímaných signálov hodnotí DCS. Celú škálu typov posilňovacích systémov možno zredukovať na niekoľko hlavných typov, pričom sa zdôrazňujú typické uzly:
1. Zariadenia, ktoré monitorujú úroveň signálu alebo jeho tvar na rôznych miestach prijímacej cesty (monitorovanie pred demodulátorom, za demodulátorom atď.). Monitorovanie sa môže uskutočňovať na jednom alebo súčasne na niekoľkých miestach prijímacej cesty.
2 Zariadenia, ktoré sledujú jednotlivé parametre prijímaného signálu a izolujú ich pomocou dodatočné spracovanie signál
3. Zariadenia na monitorovanie súboru parametrov prijímaného signálu.
Ryža. 6.71 Detektor kvality signálu s nastaviteľným prahom
Ryža. 6.72. Bloková schéma posilňovacej kompresorovej stanice s vyhradeným riadeným parametrom
Pri sledovaní kvality signálu počas intervalu analýzy (najčastejšie sa rovná tomuto intervalu) sa zvyčajne predpokladá, že sú špecifikované všetky potrebné informácie o kanáli. V praxi takéto informácie pri sledovaní kvality signálneho prvku spravidla nemáme. V tomto ohľade musí byť problém hodnotenia kvality signálu riešený v dvoch etapách. V prvej fáze - trénovacej fáze - sa určujú charakteristiky komunikačného kanála potrebné na nastavenie prahu K. Na základe výsledkov hodnotenia kvality kanála sa urobí záver o kvalite signálu. Toto riešenie umožňuje zabezpečiť špecifikované vlastnosti DCS pri prechode z jedného komunikačného kanála na druhý, ako aj v prípade nestacionárneho komunikačného kanála. Zariadenie, ktoré vyhodnocuje kvalitu kanála, nazvime detektor kvality kanála DCC Výsledky hodnotenia kvality kanála sa používajú na nastavenie prahu DCC. Detektor kvality signálu s laditeľným prahom DKSP teda musí obsahovať DKS a DKK (obr. 6.71). Nižšie budeme diskutovať o princípoch konštrukcie DCS pre kanály, v ktorých funguje systematické rušenie. K tomuto druhu rušenia patrí najmä medzisymbolové rušenie, ktoré sa prejavuje pri práci s vysokými špecifickými rýchlosťami a ovplyvňuje pravdepodobnosť vymazania a následne aj kapacitu kanála pri neúspešnom zvolení prahu vymazania.
Na obr. Obrázok 6.72 zobrazuje blokovú schému DCS, ktorá monitoruje jeden parameter. Zoberme si účel jednotlivých blokov DCS Prispôsobovacie zariadenie SU je navrhnuté tak, aby sa odpor v mieste pripojenia DCS prispôsobil vstupnej impedancii DCS a v prípade potreby aj zmenil úroveň alebo výkon signálu. Zariadenie na konverziu parametrov softštartéra je navrhnuté tak, aby izolovalo meraný parameter. Meracie zariadenie DUT je určené na nelineárnu konverziu prijatého signálu na „1“, ak je podmienená pravdepodobnosť nesprávneho príjmu vyššia ako daná a ak je podmienená pravdepodobnosť nesprávneho príjmu nižšia ako daná. Snímač referenčného signálu DOS je navrhnutý tak, aby generoval referenčný (referenčný) signál potrebný na prevádzku DUT. Tento snímač nastavuje hodnotu zadnej pravdepodobnosti nesprávneho príjmu signálu, ktorej prebytok by mal byť sprevádzaný vymazaním.
Ryža. 6.73. Bloková schéma posilňovacej kompresorovej stanice s riadením maximálnych a minimálnych parametrov
Ryža. 6.74 Bloková schéma posilňovacej kompresorovej stanice s nezávislým riadením viacerých parametrov
Výstupné zariadenie VU je navrhnuté tak, aby zodpovedalo odporu, úrovni, výkonu alebo trvaniu signálu na výstupe DUT so zodpovedajúcim odporom, úrovňou, výkonom alebo trvaním signálu potrebného na ďalšie použitie.
Niekedy meranie parametra znamená určiť, či parameter signálu je alebo nie je v určitej zóne obmedzenej maximálnymi a minimálnymi hodnotami. Príkladom takejto kontroly je kontrola maximálnej a minimálnej úrovne, keď je vydaný signál vymazania, ak je úroveň pod určitou špecifikovanou úrovňou a vyššia ako itach. Pre tento prípad je bloková schéma elektromera znázornená na obr. 6.73.
Ryža. 6,75. Bloková schéma posilňovacej kompresorovej stanice s riadením sady parametrov
Tu je UOSS zariadenie na kombinovanie signálov vymazania, ktoré vydáva a. V tomto prípade vydá signál na vymazanie, keď iit, a - keď If, potom sa nevydá signál na vymazanie.
Pri monitorovaní parametrov signálu sú možné dva typy konštrukcie blokovej schémy:
každý parameter je riadený samostatne a výsledky kontroly sú kombinované (obr. 6.74);
parametre sa kontrolujú spoločne, to znamená, že sa predbežne kombinujú podľa nejakého zákona. Potom bude mať bloková schéma podobu znázornenú na obr. 6,75. Tu je UOP - zariadenie na kombinovanie parametrov - navrhnuté tak, aby spájalo signály y do signálu
Komunikačný systém charakterizované súborom parametrov. Tie z nich, ktoré súvisia s kvalitou systému monotónnou závislosťou, sa nazývajú indikátory kvality systému. Čím väčšia (menšia) hodnota ukazovateľa kvality, tým lepší (horší) systém pri zachovaní ostatných podmienok.
Pri navrhovaní systému berte do úvahy veľké množstvo ukazovatele a parametre kvality v súlade s vopred podloženým kritériom optimality. Za najlepší (optimálny) systém sa považuje ten, ktorý zodpovedá najväčšej (najmenšej) hodnote určitej objektívnej funkcie ukazovateľov kvality. Indikátory kvality a parametre komunikačných systémov sa konvenčne delia:
— informácie (odolnosť voči šumu, rýchlosť, priepustnosť a oneskorenie prenosu informácií);
— technické a ekonomické (cena, celkové rozmery, hmotnosť);
— technické a prevádzkové ukazovatele (priemerný čas bezproblémová prevádzka, rozsah prevádzkových teplôt atď.).
Poďme zvýrazniť ukazovatele, charakterizujúce komunikačný systém z pohľadu prenosu informácií.
Odolnosť voči hluku je jedným z hlavných ukazovateľov kvality komunikačného systému. Odolnosť voči šumu pre dané rušenie je charakterizovaná vernosťou prenosu – mierou, do akej prijatá správa zodpovedá prenášanej správe. Pri prenose nepretržitých správ je mierou vernosti štandardná odchýlka medzi prijatými a"(t) a prenášanými a(t) správami:
Kde T -čas, počas ktorého je správa prijatá.
Primárny signál b(t) spojené so správou a(t) lineárna závislosť, t.j.
b(t) = ka(t),
Kde k - konverzný faktor.
kde hviezdička označuje odhad signálu, ktorý sa od tohto signálu líši veľkosťou chyby.
Čím menšia je štandardná odchýlka, tým vyššia je odolnosť proti šumu.
Meradlom vernosti môže byť aj pravdepodobnosť, že chyba ε nepresiahne vopred stanovenú hodnotuε 0:
Čím väčšia je táto pravdepodobnosť, tým vyššia je odolnosť proti hluku.
Meradlom vernosti prenosu diskrétnych správ je pravdepodobnosť chyby.Čím nižšia je táto pravdepodobnosť, tým väčšia je odolnosť proti hluku.
Maximálna možná odolnosť voči šumu pre dané prenosové podmienky je tzv potenciálna odolnosť proti hluku.
Ďalším dôležitým ukazovateľom kvality komunikačného systému je jeho priepustnosť, tie. maximálna rýchlosť prenos R max povolený týmto systémom. Určuje sa podľa čísla N kanálov tohto systému a priepustnosť C komunikačný kanál:
Pre diskrétny komunikačný kanál bez rušenia
Kde T— trvanie prenosu jedného symbolu; m - objem abecedy. (Zápis vo forme logx ďalej označuje operáciu binárneho logaritmu log 2 x.)
Pre nepretržitý komunikačný kanál
S= Flog(l + P s / P w) ,
Kde F - šírka pásma kanála; R c - výkon signálu; R w - hluková sila.
Prenosová rýchlosť (ako aj priepustnosť) sa meria v bitoch za sekundu
Oneskorenie prenosu— toto je čas od okamihu odoslania správy vo vysielači do vydania obnovenej správy na výstupe prijímača. Závisí to od dĺžky komunikačného kanála a trvania transformácií signálu vo vysielači a prijímači. Oneskorenie prenosu je jedným z najdôležitejších ukazovateľov kvality komunikačného systému.
Bloková schéma jednokanálového komunikačného systému. Klasifikácia komunikačných systémov
Totalita technické prostriedky a nazýva sa distribučné médium, ktoré zabezpečuje prenos správ od zdroja k príjemcovi telekomunikačný systém.
Pri prenose správ telekomunikačným systémom sa vykonávajú tieto operácie:
Konverzia správy prichádzajúcej zo zdroja správ (MS) na primárny telekomunikačný signál (ďalej len „primárny signál“);
Konverzia primárnych signálov na lineárne signály s charakteristikami zhodnými s charakteristikami média šírenia (komunikačná linka);
Výber a prepínanie prenosovej trasy;
Prenos signálov po zvolenej trase;
Premena signálov na správy.
Zovšeobecnená bloková schéma systému
telekomunikácií
IS – zdroj správy (informácie);
PR 1 (PR -1) – prevodník (inverzný prevodník) správy na primárny signál;
SC – spínacia stanica, predstavujúca súbor spínacích a ovládacích zariadení, ktoré zabezpečujú zriadenie rôzne druhy spojenia (miestne, diaľkové, medzinárodné, prichádzajúce, odchádzajúce a tranzitné)
OS 1 (OS -1) – zariadenie rozhrania, ktoré vykonáva priamu (inverznú) konverziu primárnych signálov na lineárne signály (sekundárne signály).
Telekomunikačný kanál je komplex technických prostriedkov, ktoré zabezpečujú prenos správ medzi jeho zdrojom a príjemcom.
Prenosový kanál je komplex technických prostriedkov a médií šírenia, ktorý zabezpečuje prenos primárneho telekomunikačného signálu v určitom frekvenčnom pásme.
Prenosový systém je komplex technických prostriedkov a prenosových médií, ktorý zabezpečuje prenos primárneho signálu v určitom frekvenčnom pásme alebo pri určitej prenosovej rýchlosti medzi spínacími stanicami.
Hlavné charakteristiky komunikačných systémov
Pri posudzovaní výkonnosti komunikačného systému je potrebné v prvom rade zohľadniť aký presnosť prenosu správ poskytuje systém a s čím rýchlosť informácie sa prenášajú. Prvý určuje kvality prenos, druhý - množstvo.
Odolnosť voči šumu pri prijímaní správ charakterizuje stupeň zhody medzi prenášanými a prijatými správami, vyjadrený v určitej kvantitatívnej miere. Imunita proti hluku, je schopnosť systému odolávať škodlivým účinkom rušenia. Hodnotí sa odolnosť proti hluku od presnosti príjmu správy pre daný pomer signálu k interferencii (SNR) a závisí tak od vlastností prenášaných signálov, ako aj od spôsobu príjmu. Vernosť príjem je určený stupňom podobnosti prijatých a prenášaných správ.
Ak je správa popísaná nepretržitá funkcia a(t), potom odchýlka ε (t) prijatá správa ậ(t) z preneseného A(t) je nepretržitý:
(1.2.1)
a často sa používa ako miera rozdielu smerodajná odchýlka(RMS):
, (1.2.2)
kde overbar označuje spriemerovanie z mnohých realizácií.
Rýchlosť prenosu informácií R sa nazýva priemerné množstvo informácií ja, prenášané v tomto systéme za jednotku času:
R[dv. jednotky/sek.] = ja/T, (1.2.4)
Kde T– trvanie prenosu informácií.
Včasnosť prenos správ je určený prijateľným meškanie, podmienené transformáciou správ a signálov, ako aj konečným časom šírenia signálu po komunikačnom kanáli.
4 Základné parametre signálov a komunikačných kanálov. Nevyhnutná podmienka pre neskreslený prenos signálu
Komunikačný kanál je charakterizovaný rovnako ako signál tromi hlavnými parametrami:
- čas T do, počas ktorého je možný prenos cez kanál;
- dynamický rozsah D až(pomer prípustného výkonu prenášaného signálu k výkonu rušenia, vyjadrený v decibeloch);
- šírka pásma kanála Fc.
Všeobecnou charakteristikou kanála je jeho kapacita (objem):
(1.5.1)
Nevyhnutná podmienka neskreslený prenos signálov s hlasitosťou cez kanál je:
V najjednoduchšom prípade sa signál zhoduje s kanálom vo všetkých troch parametroch, t.j. dosiahne splnenie nasledujúcich podmienok:
Nerovnosť (1.5.2) môže byť splnená aj vtedy, keď jedna alebo dve z nerovností (1.5.3) nie sú splnené. To znamená, že trvanie môžete „vymeniť“ za spektrálnu šírku alebo spektrálnu šírku za dynamický rozsah atď.
Spolu s vyššie uvedenými základnými parametrami kanála sú jeho frekvenčné vlastnosti charakterizované koeficientom prenosu frekvencie a časovými vlastnosťami - impulznou odozvou. h až (t,τ). Z článku 1.2.5 vyplýva, že tieto charakteristiky umožňujú opísať transformácie vstupné signály v časovej alebo frekvenčnej oblasti, uskutočňované ako kanálom ako celkom, tak aj jeho jednotlivými prvkami.
2. KOMUNIKAČNÉ SYSTÉMY A ICH HLAVNÉ CHARAKTERISTIKY
2.1. Základné pojmy a definície
Predmetom prenosu v akomkoľvek komunikačnom systéme je správa nesúca nejakú informáciu.
V systémoch prenosu správ je sémantický obsah pojmov informácia a správa veľmi blízko.
Vo všeobecnosti sa informácia chápe ako súbor informácií o akýchkoľvek udalostiach, javoch alebo objektoch. Na prenos alebo ukladanie informácií sa používajú rôzne znaky (symboly) na vyjadrenie (reprezentáciu) informácií v nejakej forme. Môžu to byť písmená, čísla, gestá a kresby, matematické alebo hudobné symboly, slová a frázy ľudskej reči, rôzne implementácie foriem elektrických vibrácií atď.
Správa sa týka formy, v ktorej sú informácie prezentované. Inými slovami, správa je niečo, čo sa má preniesť. Množina možných správ s ich pravdepodobnostnými charakteristikami je tzv súbor správ. Zdroj správ vyberá správy zo súboru. Proces výberu je náhodný; nie je vopred známe, aká správa bude prenášaná. Rozlišuje sa medzi diskrétnymi a súvislými správami.
Diskrétne správy vznikajú ako výsledok postupného výstupu jednotlivých prvkov - znakov - zdrojom. Mnoho rôznych znakov sa nazýva abeceda zdroja správy, a počet znakov je objem abecedy. Znaky môžu byť najmä písmená prirodzeného alebo umelého jazyka, ktoré spĺňajú určité pravidlá prepojenia.
Správy určené na spracovanie v počítači informačných systémov, sa zvyčajne nazýva dáta.
Správa je postupnosť stavov zdroj informácií odvíjajúci sa v čase. Podľa toho, či je množina stavov informačného zdroja spočítateľná, konečná (so silou abecedy M) alebo prijímajúca svoje stavy z určitého kontinua možných hodnôt, sa zdroje delia na
diskrétne a spojité (analógové). Pod diskrétne zdrojom informácií sa rozumie nejaký objekt, ktorý je určité momentyčas trvá jeden z M stavy diskrétnej množiny. Nepretržitý zdroj v každom časovom okamihu môže nadobudnúť jeden z nekonečného počtu svojich stavov. V súlade s tým je zavedený koncept zdroja správ a všetky možné zdroje možno rozdeliť na diskrétne a spojité.
Na prenos správy na diaľku musí existovať nejaký druh nosiča, nosič materiálu. Ako taký statický resp dynamické nástroje, fyzikálne procesy. Fyzické
proces používaný ako nosič správy a zobrazovanie prenášanej správy sa nazýva signál.
Zobrazenie správy je zabezpečené zmenou akejkoľvek fyzikálnej veličiny charakterizujúcej proces. Táto hodnota je
informačný parameter signálu.
Signály, podobne ako správy, môžu byť nepretržité alebo diskrétne. Informačný parameter spojitého signálu v priebehu času môže nadobudnúť akékoľvek okamžité hodnoty v rámci určitých limitov. Nepretržitý signál sa často nazýva analógový. Diskrétny signál je charakterizovaný konečným počtom hodnôt informačných parametrov. Tento parameter často nadobúda iba dve hodnoty.
V telekomunikačných systémoch sa používa ako nosič používaný na prenos správ na diaľku. elektrické signály, keďže majú najvyššiu rýchlosť šírenia (približujúcu sa rýchlosti svetla vo vákuu - 3 108 m/s).
Ako signál možno použiť akýkoľvek fyzikálny proces, ktorý sa mení v súlade s prenášanou správou. Dôležité je, že signálom nie je samotný fyzikálny proces, ale zmena jednotlivých parametrov tohto procesu. Tieto zmeny sú určené správou, ktorú tento signál nesie.
V mnohých prípadoch signál odráža dočasné procesy vyskytujúce sa v niektorom systéme. Preto môže byť popis konkrétneho signálu nejakou funkciou času. Po definovaní tejto funkcie tak či onak definujeme signál. Avšak, toto úplný popis signál nie je vždy potrebný. Ak chcete vyriešiť množstvo problémov, viac ako všeobecný popis vo forme niekoľkých zovšeobecnených parametrov charakterizujúcich základné vlastnosti signálu, podobne ako sa to robí v dopravných systémoch.
Technológia prenosu informácií je v podstate technológia transportu (prenosu) signálov prostredníctvom komunikačných kanálov. Preto je vhodné určiť parametre signálu, ktoré sú základné z hľadiska jeho prenosu. Tieto parametre sú trvanie signálu, dynamický rozsah a šírku spektra.
Každý signál, považovaný za časový proces, má začiatok a koniec. Preto trvanie signálu T je jeho prirodzený parameter, ktorý určuje časový interval, v ktorom signál existuje.
Charakteristiky signálu v intervale jeho existencie sú dynamický rozsah a rýchlosť zmeny signálu.
Dynamický rozsah je definovaný ako pomer najvyššieho okamžitého výkonu signálu k najnižšiemu:
Ä = 10 ug Pcmax, (dB).
P cmin
Dynamický rozsah prejavu hovoriaceho je 25 ÷ 30 dB, vokálny
súbor – 45 ÷ 55 dB, symfonický orchester – 65 ÷ 75 dB.
IN V reálnych podmienkach vždy dochádza k rušeniu. Uspokojivý prenos vyžaduje, aby minimálny výkon signálu prevyšoval výkon rušenia. Pomer signálu k šumu charakterizuje relatívnu silu signálu. Zvyčajne sa určuje logaritmus tohto pomeru, ktorý sa nazýva prebytok signálu nad šumom. Tento prebytok sa berie ako druhý parameter signálu. Tretím parametrom ješírka spektra signálu F. Táto hodnota dáva predstavu o rýchlosti zmeny signálu v intervale jeho existencie. Spektrum signálu sa môže rozprestierať vo veľmi veľkom frekvenčnom pásme. Pre väčšinu signálov je však možné špecifikovať frekvenčné pásmo, v ktorom je sústredená jeho hlavná energia. Toto pásmo určuje šírku spektra signálu.
IN V komunikačných technológiách je spektrum signálu často zámerne obmedzené. Je to spôsobené tým, že zariadenie a komunikačná linka majú obmedzenú šírku pásma. Spektrum je obmedzené na základe prípustného skreslenia signálu. Napríklad pri telefonickej komunikácii musia byť splnené dve podmienky: aby reč bola zrozumiteľná a aby sa korešpondenti navzájom rozpoznali podľa hlasu. Pre splnenie týchto podmienok môže byť spektrum rečového signálu obmedzené na pásmo od 300 do 3400 Hz. Prenos širšieho rozsahu reči je v tomto prípade nepraktický, pretože to vedie k technickým komplikáciám a zvýšeným nákladom.
Všeobecnejšou fyzikálnou charakteristikou signálu je hlasitosť signálu:
Ak ν ≤ 1, potom sa signály nazývajú úzkopásmové (jednoduché). Ak ν >> 1, potom – širokopásmové (komplexné).
V prirodzených podmienkach sa signály vytvorené a prijímané živými bytosťami šíria po celom ich biotope. Toto prostredie možno tzv kanál na prenos správ. Hneď si všimnime, že dokonca
V taký najjednoduchší systém prenosu, je typické, že v kanáli dochádza k rušeniu, t.j. signály generované cudzími zdrojmi. S potrebou rýchleho prenosu správ na dlhé vzdialenosti osoba má potrebu používať rôzne zariadenia („technické prostriedky“). IN moderné systémy prevody
V používané ako fyzické pamäťové médium elektrické prúdy alebo napätie, ako aj elektromagnetické vibrácie.
Pri prenose správ je potrebné použiť také technické prostriedky, ako sú snímače - prevodníky rôznych
fyzikálnych procesov na nízkofrekvenčné elektrické prúdy tzv primárne signály(napríklad mikrofón, videokon); zariadenia na kódovanie diskrétnych správ, používané tak na účely prispôsobenia výkonu zdrojovej abecedy M a počtu kódových symbolov použitých v prenosovom kanáli, ako aj na účely zabezpečenia vysokej spoľahlivosti prenosu; zariadenia na moduláciu vysokofrekvenčných signálových nosičov primárnymi signálmi. Keďže príjemca vníma správu spravidla vo forme, ktorá je prezentovaná na výstupe pôvodného zdroja, prenosová sústava vyžaduje také technické prostriedky ako demodulátor, dekodér, ktorý spätne konvertuje vysokofrekvenčné signály na analógy primárnych, resp. nízkofrekvenčné signály do analógov pôvodných správ (napríklad pomocou reproduktora, kineskopu atď.).
2.2. Komunikačné systémy
Súbor technických prostriedkov (hardvér a softvér) a distribučného prostredia potrebného na prenos správy od zdroja k príjemcovi sa nazýva komunikačný systém. Vo funkčných schémach a ich implementáciách sú uzly, ako je kódovač a modulátor, kombinované vo vysielacom zariadení; podobne sa kombinujú demodulátor a dekodér jediné zariadenie- prijímač. Typický funkčný diagram vrátane hlavných komponentov komunikačného systému je na obr. 1.2. Tu špecifikovaná komunikačná linka, v mnohých prípadoch identifikovaná s prenosovým kanálom, je určená na prenos signálov s minimom možná strata ich intenzita od vysielača k prijímaču. V elektrických komunikačných systémoch je komunikačným vedením najmä pár drôtov, kábel alebo vlnovod v rádiových komunikačných systémoch, je to oblasť priestoru, v ktorej sa elektromagnetické vlny šíria od vysielača k prijímaču.
Rušenie w(t), ktoré je nevyhnutne prítomné v komunikačnom systéme, je lokalizované v komunikačnom vedení, čo vedie k náhodnému, nepredvídateľnému skresleniu tvaru prenášaného signálu.
Ryža. 2.1. Zovšeobecnená bloková schéma telekomunikačného systému
Prijímač spracuje rušením skreslený prijatý signál x (t) a zrekonštruuje z neho prenášanú správu u (t). Prijímač zvyčajne vykonáva opačné operácie ako tie, ktoré sa vykonávajú na vysielači.
Komunikačný kanál sa zvyčajne nazýva súbor technických prostriedkov používaných na prenos správy zo zdroja k spotrebiteľovi. Týmito prostriedkami sú vysielač, komunikačná linka a prijímač.
Komunikačný kanál spolu so zdrojovou a spotrebiteľskou formou systém prenosu a spracovania informácií. Rozlišovať systémy na prenos diskrétnych správ(napríklad systém telegrafná komunikácia) A systémy nepretržitého prenosu správ(rozhlasové vysielacie systémy, televízia, telefónia atď.). Existujú aj komunikačné systémy zmiešaný typ, v ktorej sa prenášajú nepretržité správy diskrétne signály. Medzi takéto systémy patria napríklad systémy pulzne kódovej modulácie.
Pri prenose správ jedným smerom od odosielateľa k príjemcovi alebo z bodu do bodu sa používa jednosmerný komunikačný kanál z bodu do bodu. Ak si zdroj a príjemca striedavo menia miesta, tak na výmenu signálov je potrebné použiť alternatívny obojsmerný komunikačný kanál, umožňujúci prenos v jednom aj v opačnom smere (polovičný duplexný režim). Väčšie možnosti výmeny poskytuje simultánny obojsmerný komunikačný kanál, ktorý zabezpečuje súčasný prenos signálov v opačných smeroch (duplexný režim).
Komunikačný systém sa nazýva multikanálový, ak poskytuje vzájomne nezávislý prenos niekoľkých správ cez jeden spoločný komunikačný kanál.
Ak je potrebné vymieňať si správy medzi mnohými odosielateľmi a príjemcami, v tomto prípade nazývanými používateľmi alebo predplatiteľmi, je potrebné vytvoriť systémy na prenos správ (MTS) s veľké množstvo komunikačné kanály. To vedie ku koncepcii systému prenosu a distribúcie správ (MTDS), t.j. komunikačné systémy v širšom zmysle. Takýto systém sa zvyčajne nazýva komunikačná (telekomunikačná) sieť, informačná sieť alebo sieť správ. Príkladom SPRS je plne prepojená sieť (obr. 1.1), kde sú koncové body (EP) navzájom prepojené podľa princípu „každý s každým“.
Obr.2.2. Plne prepojená sieť na prenos informácií
Táto sieť je neprepínaná a komunikácia medzi účastníkmi prebieha cez trvalo pridelené (neprepínané) kanály. Distribúciu informácií v takýchto sieťach zabezpečujú špeciálne prístupové metódy alebo postupy na riadenie prenosu informácií, ktoré slúžia na upovedomenie o tom, ktorí účastníci si budú vymieňať správy. S nárastom počtu účastníkov vo viacbodovej sieti sa výrazne zvyšujú oneskorenia pri prenose informácií a v plne prepojených sieťach sa výrazne zvyšuje počet komunikačných liniek a objem zariadení. Riešenie týchto problémov je spojené s používaním prepínaných sietí SPRS, kde účastníci medzi sebou komunikujú nie priamo, ale prostredníctvom jedného alebo viacerých prepínacích uzlov (SM).
Prepínaný SPRS je teda súborom OP, prepínacích uzlov a komunikačných liniek, ktoré ich spájajú.
Hlavnou úlohou moderného SPRS je poskytnúť širokému spektru používateľov (ľudí alebo organizácií) rôzne informačné služby, medzi ktoré patrí predovšetkým efektívne doručovanie správ z jedného miesta na druhé, spĺňajúce požiadavky na rýchlosť, presnosť, latencia, spoľahlivosť a náklady.
Štatistické charakteristiky toku hovorov sa študujú najmä pomocou metód teórie radenia teórií o teledoprave. Táto teória umožňuje stanoviť požiadavky na spínacie zariadenia a počet liniek, ktoré zaručujú uspokojivú kvalitu komunikácie pre dané percento porúch alebo čakacej doby.
Napríklad zaťaženie telefónnej siete závisí od počtu, času výskytu a trvania telefonických rozhovorov.
Intenzitou zaťaženia sa rozumie matematické očakávanie prichádzajúceho zaťaženia za jednotku času (v telefonovaní 1 hodina).
Erlang (1 hodina vyučovacej hodiny) sa berie ako merná jednotka intenzity zaťaženia. Zaťaženie sa mení počas dňa, hodina najväčšieho zaťaženia sa nazýva CHN. Každý účastník v priemere poskytuje zaťaženie v rozsahu 0,06 ...
0,15 gróf. Na základe týchto hodnôt sa vypočíta telefónna sieť a jej spojovacie systémy.
Zdrojom informácií v komunikačnom systéme (pozri obr. 2.1) je odosielateľ správy a spotrebiteľ je jej príjemcom. V niektorých systémoch prenosu informácií môže byť zdrojom a spotrebiteľom informácií osoba av iných - rôzne typy automatické zariadenia, počítače atď.
Prevod správy na signál zahŕňa tri operácie:
– konverzia z neelektrickej na elektrickú formu;
– primárne kódovanie;
– transformácia, aby sa zosúladili charakteristiky signálu s charakteristikami komunikačného kanála.
Tieto tri operácie môžu byť nezávislé alebo kombinované.
V prvej fáze je správa pomocou senzorov prevedená na elektrickú veličinu - primárny signál.
Hlavné primárne telekomunikačné signály sú: telefón (hlas), zvukové vysielanie, fax, televízia, telegraf, prenos dát (napríklad zadávanie textu z klávesnice).
Aby prijatá správa čo najpresnejšie zodpovedala prenášanej, je vhodné prenášať signály v diskrétnej forme. Analógové signály sa konvertujú na diskrétne hodnoty kvantizačným procesom, v ktorom je súvislý rozsah hodnôt signálu rozdelený do diskrétnych domén tak, že všetky hodnoty signálu spadajúce do jednej z týchto domén sú nahradené jednou diskrétnou hodnotou. V tomto prípade kvantovanie prebieha nielen podľa nejakého parametra signálu, napríklad amplitúdy, ale aj podľa času.
Druhý stupeň prevodu správy na signál – kódovanie – pozostáva z prevodu písmen, číslic, znakov na určité kombinácie elementárnych diskrétnych symbolov, ktoré sa nazývajú kombinácie kódov alebo slov. Pravidlo pre túto transformáciu sa nazýva kód. Účelom kódovania je spravidla koordinácia zdroja správ s komunikačnými kanálmi, poskytujúc buď maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií, alebo danú odolnosť voči šumu. Koordinácia sa vykonáva s prihliadnutím na štatistické vlastnosti zdroja správy a povahu vplyvu rušenia.
V tretej fáze sa primárne signály u (t) konvertujú na signály vhodné na prenos po komunikačnej linke (v tvare, výkone, frekvencii atď. Tieto operácie sa vykonávajú vo vysielači. V najjednoduchšom prípade môže vysielač obsahovať zosilňovač primárnych signálov alebo len filter obmedzujúci pás prenášané frekvencie. Vo väčšine prípadov je vysielač nosný (nosný) generátor a modulátor. Modulačný proces spočíva v riadení parametrov nosnej vlny primárnym signálom u(t). Na výstupe vysielača prijímame modulovaný signál s (u, t).
Systém prenosu informácií sa nazýva viackanálový, ak zabezpečuje vzájomne nezávislý prenos viacerých správ cez jeden spoločný komunikačný kanál.
Komunikačný kanál možno charakterizovať rovnakým spôsobom ako signál tromi parametrami: časom, počas ktorého sa cez kanál uskutočňuje prenos, dynamický rozsah a šírku pásma kanála. Pre neskreslený prenos signálu nesmie byť kapacita kanála Vk menšia ako objem signálu.
Spoločné vlastnosti rôznych kanálov sú nasledovné. Po prvé, väčšinu kanálov možno považovať za lineárne. V takýchto kanáloch je výstupný signál jednoducho súčtom vstupných signálov (princíp superpozície). Po druhé, na výstupe kanála, dokonca aj pri absencii užitočného signálu, je vždy šum. Po tretie, keď sa signál prenáša cez kanál, podlieha časovému oneskoreniu a útlmu na úrovni. A nakoniec, v skutočných kanáloch vždy dochádza k skresleniu signálu v dôsledku nedokonalostí kanálov.
Signál na výstupe kanála možno zapísať v nasledujúcej forme:
x (t) = µ s (t − τ) + w (t),
kde s (t) – signál na kanálovom vstupe; w (t) – rušenie; µ a τ sú veličiny charakterizujúce dobu útlmu a oneskorenia signálu.
2.3. Hlavné ukazovatele kvality fungovania komunikačného systému
Na základe účelu akéhokoľvek telekomunikačného systému – prenosu informácií od zdroja k spotrebiteľovi – je možné hodnotiť výkonnosť systému dvoma ukazovateľmi: kvalitou a množstvom prenášaných informácií. Tieto ukazovatele sú neoddeliteľne spojené.
Kvalita prenášané informácie Je zvykom hodnotiť spoľahlivosť (vernosť) prenosu správ. Kvantitatívne je spoľahlivosť charakterizovaná stupňom zhody prijatej správy s prenášanou. K zníženiu spoľahlivosti komunikačného kanála dochádza v dôsledku rušenia a skreslenia. Ale keďže skreslenie v kanáli môže byť v zásade kompenzované a v správne navrhnutých kanáloch je dosť malé, potom hlavný dôvod Spoľahlivosť je znížená rušením. Vernosť prenosu správ teda úzko súvisí s odolnosť proti hluku systémov, t.j. jeho schopnosť odolávať rušivým účinkom vonkajších signálov. Čím je systém odolnejší voči šumu, tým vyššiu vernosť prenosu poskytuje pre dané charakteristiky rušivých vplyvov a určitú silu prenášaných signálov odrážajúcich stav zdroja. Kvantitatívna miera dôveryhodnosti sa volí rôzne v závislosti od charakteru správy.
Ak je správa diskrétna postupnosť prvkov z nejakej konečnej množiny, vplyv interferencie sa prejaví tak, že namiesto skutočne prenášaného prvku môže byť prijatý nejaký iný prvok. Táto udalosť sa nazýva chyba. Ako kvantitatívnu mieru spoľahlivosti môžeme vziať pravdepodobnosť chyby p alebo akúkoľvek rastúcu funkciu tejto pravdepodobnosti.
Nepriamym meradlom kvality môže byť posúdenie miery skreslenia tvaru prijímaných štandardných signálov (skreslenie hrán, drvenie, kolísanie prednej časti atď.). Tieto skreslenia sú tiež normalizované pre diskrétne kanály. Existujú jednoduché vzťahy na konverziu skreslenia tvaru vlny na pravdepodobnosť chyby.
Pri prenose súvislých správ môže byť miera zhody prijatej správy v (t) s prenášaným u (t) určitá hodnota ε, čo je odchýlka v od u. Často sa používa kritérium štandardnej odchýlky, vyjadrené vzťahom:
ε 2 = 1 T ∫ [ v ( t ) − u ( t ) ] 2 dt . T0
Smerodajná odchýlka ε 2 zohľadňuje vplyv rušenia a všetkých druhov skreslení (lineárne, nelineárne) na prijatú správu ν (t).
Spoľahlivosť prenosu závisí od pomeru výkonu signálu k rušeniu. Čím vyšší je tento pomer, tým nižšia je pravdepodobnosť chyby (tým väčšia spoľahlivosť).
Pre danú intenzitu šumu je pravdepodobnosť chyby menšia, čím viac sa od seba líšia signály zodpovedajúce rôznym prvkom správy. Výzvou je vybrať na prenos signály s veľkými rozdielmi.
Spoľahlivosť závisí aj od spôsobu príjmu. Musíte si zvoliť spôsob podávania, ktorý najlepším možným spôsobom realizuje rozdiel medzi signálmi pre daný pomer signálu k šumu. Správne navrhnutý prijímač dokáže pomerne výrazne zvýšiť pomer signálu k rušeniu.
Nepriame hodnotenie kvality prenosu súvislých správ je dané charakteristikami kanálov (frekvencia, amplitúda, fáza, úroveň rušenia atď.), niektorými parametrami signálov a rušení (miera skreslenia, pomer signálu k interferencii). atď.), správami subjektívneho vnímania. Kvalitu telefonickej komunikácie možno napríklad posúdiť podľa zrozumiteľnosti reči.
Medzi systémami prenosu diskrétnych a kontinuálnych správ sú značné rozdiely. V analógových systémoch každý, dokonca aj ako malý, rušivý vplyv na signál, ktorý spôsobuje skreslenie modulovaného parametra, vždy znamená vloženie zodpovedajúcej chyby do správy. V systémoch prenosu diskrétnych správ sa chyba vyskytuje iba vtedy, keď je signál reprodukovaný (identifikovaný) nesprávne, a to len pri pomerne veľkých skresleniach.
V teórii odolnosti proti hluku vyvinutej V.A. Kotelnikov ukazuje, že pre danú metódu kódovania a modulácie existuje maximálna (potenciálna) odolnosť proti šumu, ktorú je možné v reálnom prijímači dosiahnuť, ale nie je možné ju prekonať. Prijímacie zariadenie, ktoré realizuje potenciálnu odolnosť voči šumu, sa nazýva optimálny prijímač.
Spolu so spoľahlivosťou (odolnosťou voči šumu) je najdôležitejším ukazovateľom fungovania komunikačného systému prenosová rýchlosť. V systémoch prenosu diskrétnych správ sa rýchlosť meria počtom prenesených binárnych znakov za sekundu R. Pre jeden kanál je prenosová rýchlosť určená vzťahom
R = 1 log 2 m,
kde T je trvanie elementárneho signálu; m – kódová báza. Pre m = 2 máme R = 1/T = v, Baud.
Maximálna možná prenosová rýchlosť R max sa zvyčajne nazýva
priepustnosť systému. Kapacita systému na prenos analógových správ sa odhaduje podľa počtu súčasne prenášaných telefonických rozhovorov, rozhlasových alebo televíznych programov atď.
Kapacita systému R max by sa nemala zamieňať s
kapacita komunikačného kanála C (pozri kapitolu 4). Priepustnosť komunikačného systému je technický koncept, ktorý charakterizuje použité zariadenie, zatiaľ čo priepustnosť kanála určuje potenciálne schopnosti kanála na prenos informácií. V reálnych systémoch prenosová rýchlosť R vždy menšia ako kapacita kanála S. V teórii informácie je dokázané, že kedy R ≤ C je možné nájsť také spôsoby prenosu a zodpovedajúce spôsoby príjmu, v ktorých môže byť spoľahlivosť prenosu taká vysoká, ako je požadované.
Z toho, čo bolo diskutované, vyplýva, že množstvo a kvalita prenášaných informácií v komunikačnom kanáli je určená hlavne interferenciou v kanáli. Pri návrhu a prevádzke komunikačných systémov je preto potrebné dosiahnuť nielen malé skreslenia prijímaného primárneho signálu, ale aj stanovený prebytok signálu nad rušením. Obvykle sa pomer signálu k interferencii pre prijímané primárne signály normalizuje.
Dôležitou charakteristikou komunikačného systému je latencia. Oneskorením sa rozumie maximálny čas, ktorý uplynie medzi okamihom odoslania správy zo zdroja na vstup vysielacieho zariadenia a okamihom, kedy je prijímacie zariadenie vydaná obnovená správa. Oneskorenie závisí po prvé od charakteru a dĺžky kanála a po druhé od trvania spracovania vo vysielacom a prijímacom zariadení.
Bezpečnostné otázky
1. Čo znamená správa a signál?
2. Nakreslite funkčnú schému systému prenosu informácií.
3. Čo je to komunikačný kanál? Aké typy kanálov poznáte?
4. Ako sa súvislá správa premieňa na signál?
5. Čo je integrita prenosu a ako sa kvantifikuje?
6. Definujte hlavné charakteristiky signálu?
7. Čo je modulácia?
8. Ako sa obnoví odoslaná správa u príjemcu?
9. Aké parametre určujú kvalitu prenosu informácií a množstvo prenášaných informácií?
10. Čo znamená priepustnosť komunikačného systému?
