В общем виде схему системы передачи информации можно представить следующим образом (рисунок 8).
Источник информации – объект, среда, явление, формирующие возможные сообщения, подлежащие передаче и посылающие эти сообщения. При этом информационный объект непосредственно формирует сообщение, а передающее устройство его обрабатывает и преобразует в сигнал для передачи по каналу связи.
Рисунок 8 – Общая схема системы передачи информации
ИИ – источник информации;
ПИ – приёмник информации;
ИП – источник помехи;
ИО – информационный объект;
ПУ – передающее устройство;
УП – устройство приёма сигнала;
ПОЛ – получатель;
Х’ – передаваемый сигнал;
X’’ – принимаемый сигнал;
ХП – сигнал помехи.
Сообщения могут быть совершенно различными: последовательности букв и цифр как в телеграфии и компьютерных сетях, непрерывная функция времени или другого параметра как в радиовещании и телефонии, импульсы постоянного тока или напряжения как в информационно-измерительных системах.
Во время передачи сигналов неизбежно воздействие помех и возникновение их искажений.
Источник помехи – это источник сигналов, искажающих передаваемые сигналы. Искажение рассматривается как изменяющее воздействие на сигнал, а помеха – как сигнал вызывающий это воздействие. Как самих помех, так и их источников довольно много, и они имеют достаточно представительную классификацию.
Приёмник информации – объект, система, явление, процесс, принимающие сигналы сообщений. Устройство приёма преобразует принятый сигнал в форму, удобную для получателя, которому сообщение и предназначено.
Канал связи – система, объединяющая источник, приёмник информации и линию связи, используемая для передачи сигнала.
Линия связи – это передающая среда, как проводная: кабели («витая пара», коаксиальный, оптоволоконный), так и беспроводная (воздушная, «эфир») для передачи радио-, аудио сигналов, оптических сигналов и др.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное медное проводное соединение часто называемое «витой парой» (скрученная пара, twisted pair). Она позволяет легко наращивается, однако отличается слабой устойчивостью к помехам. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Единственным недостатком такого кабеля является уязвимость к электрическим помехам и «шумам» в линии. Для целей телекоммуникаций используются телефонные медные кабели, которые содержат десятки или даже сотни витых пар проводов.
Коаксиальная (соосная) система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. Коаксиальный кабель хорошо помехозащитен и применяется для связи на относительно большие расстояния (несколько километров). Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации [11].
Наиболее дорогими являются оптические проводники, называемые также оптоволоконным кабелем. Данные передаются с помощью: световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Они обеспечивают защиту данных, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Вероятность ошибки при передаче по оптическому волокну не превышает 10 в 10 степени, что во многих случаях делает ненужным контроль целостности сообщений. Допустимое удаление – более 50 км.
В беспроводных каналах передача информации осуществляется на основе распространения радиоволн. Радиоканалы входят необходимой составной частью в спутниковые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети.
Одна из основных характеристик процесса обмена сигналами в системе передачи – это режим передачи информации.
Различают три основных режима передачи: симплексный, полудуплексный, дуплексный.
· Симплексный режим передачи.
Симплексный режим – это режим, при котором осуществляется передача сигналов только в одном направлении: от источника приёмнику (рисунок 9).
Рисунок 9 – Схема симплексного режима передачи сигналов
Примером данного режима передачи данных служит передача сигналов в измерительных системах от датчиков к подсистеме обработки данных.
· Полудуплексный режим передачи.
Полудуплексный режим передачи – это режим, при котором передача сигналов осуществляется попеременно в двух направлениях, при этом источник и приёмник последовательно меняются ролями (рисунок 10).
Рисунок 10 – Схема полудуплексного режима передачи сигналов
Примерами полудуплексного режима передачи сигналов служат передача сообщений по почте, разговор по рации и др.
· Дуплексный режим передачи.
Дуплексный режим – это режим, при котором осуществляется одновременная передача-приём сигналов или данных (рисунок 11). При этом источник одновременно является и приёмником информации, а приёмник – источником.
Рисунок 11 – Схема дуплексного режима передачи сигналов
Пример – разговор по телефону, передача данных в режиме on-line, телеконференции и др.
В системах с дуплексной передачей сигналов важно избегать столкновения сообщений, поэтому производится разделение сигналов.
Передача цифровой информации
В автоматизированных информационных системах информация, представленная в цифровой форме, по каналу связи передаётся либо в естественном виде, либо посредством модуляции аналоговых сигналов.
При цифровом или узкополосном способе цифровые данные по каналу связи передаются на единой частоте. Узкополосный способ позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый данный момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченном расстоянии (длина линии связи не более 1000 м). В то же время узкополосный способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети.
Цифровой канал является битовым трактом с цифровым, точнее импульсным, сигналом на входе и выходе канала (рисунок 11).
Рисунок 11 – Цифровой способ передачи данных
Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот.
При аналоговом способе передачи происходит управление параметрами сигнала несущей частоты, который представляет собой гармоническое колебание, описываемое уравнением:
, (1)
где x(t) – аналоговый синусоидальный сигнал (рисунок 12-а), А – амплитуда сигнала, ω – угловая частота, φ0 – начальная фаза, t – время.
Передать цифровые данные по аналоговому каналу можно, управляя одним из параметров сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой или фазой. Так как необходимо передавать данные в двоичном виде (последовательность «1» и «0» (рисунок 12-б)), то существуют следующие способы модуляции (управления): амплитудная модуляция, частотная и фазовая.
Амплитудная модуляция – это управление амплитудой сигнала несущей частоты. При этом если в передаваемом цифровом сигнале «0», то амплитуда колебаний сигнала несущей частоты не изменяется; если «1», то амплитуда колебаний сигнала несущей частоты увеличивается (рисунок 12-в).
Рисунок 12 – Виды модуляции сигнала несущей частоты
Частотная модуляция – управление частотой сигнала несущей частоты. При переходе от «0» к «1» и наоборот происходит изменение частоты сигнала (рисунок 12-г).
Фазовая модуляция – управление начальной фазой сигнала несущей частоты. При переходе от «0» к «1» и наоборот меняется фаза, то есть направление, колебаний (рисунок 12-д).
Устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из компьютера в канал связи и при приёме в компьютер из канала связи, называется модемом (сокращёно от модулятор-демодулятор). Схема работы модема приведена на рисунке 13.
Рисунок 13 – Схема работы модема
На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы, идущие от компьютера, в аналоговые, которые можно передавать по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровые, понятные принимающему компьютеру, сигналы.
, (1)
