No Image

Цифровые способы передачи информации

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу связи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники.

Передача данных может быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов).

Аналоговая связь является передачей постоянно меняющегося цифрового сигнала.

Цифровая связь является непрерывной передачей сообщений. Сообщения представляют собой либо последовательность импульсов, означающую линейный код, либо ограничивается набором непрерывно меняющейся формы волны, используя метод цифровой модуляции. Такой способ модуляции и соответствующая ему демодуляция осуществляются модемным оборудованием.

Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, идущими из источника данных, например, из компьютера или от клавиатуры. Это может быть и аналоговый сигнал — телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, используя импульсно-кодирующую модуляцию (PCM) или более расширенные схемы кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Кодирование источника и декодирование осуществляется кодеком или кодирующим оборудованием.

Виды технических систем связи

Виды радиосвязи

Радиосвязь можно разделить на радиосвязь:

Без применения ретрансляторов по длинам волн:

КВ-связь земной (поверхностной) волной

КВ-связь ионосферной (пространственной) волной

УКВ связь прямой видимости

с отражением от Луны или метеоритов

С применением ретрансляторов:

Диапазоны частот, используемые в ОВД

Диапазон, выделенный для ОВД разбивается на три поддиапазона – А, Х, Б, соответственно ограниченных частотами 148 – 149, 171 – 172, 172 -173 МГц. Каждый из поддиапазонов разбит на 40 каналов с шагом 25 кГц.

При проведении оперативных мероприятий в городских условиях или на пересеченной местности следует обязательно учитывать свойства радиоволн, приводящих к уменьшению дальности радиосвязи и руководствуется следующими принципами:

— устанавливать радиосвязь вне помещений без окон, вне подвалов

— металл полностью экранирует радиоволны – радиосвязь внутри металлических конструкций может быть невозможна

— в помещении располагаться на более высоких этажах и ближе к окнам, обращенным в сторону других абонентов связи

— на пересеченной местности – располагаться на холме, гребне. На господствующих высотах можно устанавливать радиостанции-ретрансляторы, находящихся в пределах видимости всех абонентов связи

— при плохой связи принять меры по ее улучшению (сменить местоположение).

Спутниковая, пейджинговая, сотовая, транкинговая системы связи (принцип построения, достоинства и недостатки)

Спутниковая связь —один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов.

Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Достоинства

— большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи;

— обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;

— независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);

— возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.

Недостатки

— необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных «чужими» станциями;

— наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;

— возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;

— подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник-Земля влиянию различных атмосферных явлений.

Пейджинговая связь —специализированный радиоприемник, предназначенный для приема звуковой (тональной) и/или буквенно-цифровой информации по специально выделенному радиоканалу.

Пейджинговые сетисвязи организованы по радиальному и сотовому принципам, могут быть односторонними и двухсторонними.

Принцип построения

— системы сбора информации,

пейджинговый терминал (основной компонент),

Недостатки невозможность подтверждения абонентом получения сообщения

Сотовая связь —один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.

Принцип построения

общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Достоинства

— полный набором услуг, предоставляемых телефонной сетью общего пользования (передача факсов, доступ в Интернет);

— возможностью определения местоположения абонента;

— высокое качество речевых сообщений;

— надежность и конфиденциальность связи, которые обеспечиваются защитой от несанкционированного доступа в сеть;

— малые габариты и вес телефонных аппаратов;

— современные модели имеют встроенные аккумуляторы, позволяющие работать длительное время без подзарядки.

Недостатки

— высокая стоимость минуты разговора;

— необходимость доступа к устройству для подзарядки (аккумулятор автомобиля, или электрическая сеть).

Транкинговые системы связи —система, использующая принцип выбора любого свободного канала.

Транкинг – это совокупность каналов связи, автоматически распределяемых между пользователями.

Принцип построения

В транкинговых системах вместо одного канала, к которому обращается несколько пользователей, содержится группа каналов (символ), доступных всем пользователям данной системы. Когда кто-либо из них захочет провести сеанс связи, он автоматически получает доступ к любому свободному каналу. По окончании соединения канал может быть автоматически предоставлен другому.

Читайте также:  Замена чугунного радиатора на биметаллический

Достоинства

дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации.

Недостатки

при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления связи;

время установления связи больше, чем у других систем;

невозможность создания многозоновых систем;

сокращенный набор функций и сервиса.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Определим данные как объекты, передающие смысл, или информацию. Сигналы – это электромагнитное представление данных. Передача – процесс перемещения данных путем распространения сигналов по передающей среде и их обработки.

Понятия аналоговые и цифровые данные достаточно просты. Аналоговые данные принимают непрерывные значения из некоторого диапазона. Например, звуковые сигналы и видеосигналы представляют собой непрерывно изменяющиеся величины. Цифровые данные, напротив, принимают только дискретные значения; примеры – текст и целые числа.

В системе связи информация распространяется от одной точки к другой посредством электрических сигналов. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывно изменяющуюся электромагнитную волну, которая может распространяться через множество сред, в зависимости от частоты; в качестве примеров таких сред можно назвать проводные линии, такие, как витая пара и коаксиальный кабель, оптоволокно; этот сигнал может также распространяться через атмосферу или космическое пространство. Цифровой сигнал представляет собой последовательность импульсов напряжения, которые могут передаваться по проводной линии; при этом постоянный положительный уровень напряжения может использоваться для представления двоичного нуля, а постоянный отрицательный уровень — для представления двоичной единицы.

В беспроводной технологии используются цифровые данные и аналоговые сигналы, так как цифровые сигналы сильнее затухают, чем аналоговые.

Модуляция сигналов

Исторически модуляция начала применяться для аналоговой информации и только потом для дискретной.

Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передать низкочастотный (например, голосовой) аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.

ампли т у дн а я мод у ляц и я ( A m plitu d e-S h i ft Keying, ASK);

частот на я мод у л я ция (Freq u ency- S hift K eying, FSK );

фазовая м од у ляц и я ( P hase-Shi f t K eying, PSK).

Отметим, что во всех перечисленных случаях результирующий сигнал центрирован на несущей частоте.

Рисунок 3.2.3 – Модуляция цифровых данных аналоговыми сигналами

При амплитудной модуляции два двоичных значения представляются сигналами несущей частоты с двумя различными амплитудами. Одна из амплитуд, как правило, выбирается равной нулю; т.е. одно двоичное число представляется наличием несущей частоты при постоянной амплитуде, а другое – ее отсутствием (рисунок 3.3.3, а).

Наиболее распространенной формой частотной модуляции является бинарная (Binary FSK, BFSK), в которой два двоичных числа представляются сигналами двух различных частот, расположенных около несущей (рисунок 3.2.3, б). Бинарная частотная модуляция менее восприимчива к ошибкам, чем амплитудная модуляция.

Более эффективной, но и более подверженной ошибкам, является схема многочастотной модуляции (Multiple FSK, MFSK), в которой используются более двух частот. В этом случае каждая сигнальная посылка представляет более одного бита.

На рисунке 3.2.4 представлен пример схемы MFSK с М=4. Входной поток битов кодируется по два бита, после чего передается одна из четырех возможных 2-битовых комбинаций.

Рисунок 3.2.4 – Использование частоты схемой MFSK (M = 4)

Для уменьшения занимаемой полосы частот в модуляторах сигналов с фазовой модуляцией применяют сглаживающие фильтры. Применение сглаживающих фильтров приводит к увеличению эффективности использования полосы, но в тоже время из-за сглаживания уменьшается расстояние между соседними сигналами, что приводит к снижению помехоустойчивости.

При фазовой модуляции для представления данных выполняется смещение несущего сигнала.

Самой простой фазовой модуляцией является двухуровневая модуляция (Binary PSK, BPSK), где для представления двух двоичных цифр используются две фазы (рисунок 3.2.3, в).

Альтернативной формой двухуровневой PSK является дифференциальная PSK (DPSK), пример которой приведен на рисунок 3.2.5. В данной системе двоичный 0 представляется сигнальным пакетом, фаза которого совпадает с фазой предыдущего посланного пакета, а двоичная 1 представляется сигнальным пакетом с фазой, противоположной фазе предыдущего пакета.

Такая схема называется дифференциальной, поскольку сдвиг фаз выполняется относительно предыдущего переданного бита, а не относительно какого-то эталонного сигнала. При дифференциальном кодировании передаваемая информация представляется не сигнальными посылками, а изменениями между последовательными сигнальными посылками.

Схема DPSK делает излишним строгое согласование фазы местного гетеродина приемника и передатчика. До тех пор пока предыдущая полученная фаза точна, точен и фазовый эталон.

Рисунок 3.2.5 – Дифференциальная фазовая модуляция (DPSK)

Если каждой сигнальной посылкой представить более одного бита, то это позволит эффективнее использовать полосу сигнала. Например, в распространенной кодировке, известной как квадратурная фазовая модуляция (Quadrature phase-shift keying, QPSK), вместо сдвига фазы на 180°, как в кодировке BPSK, используются сдвиги фаз, кратные 90°. Таким образом, каждая сигнальная посылка представляет не один бит, а два.

Описанную схему можно расширить: передавать, например, по три бита в каждый момент времени, используя для этого восемь различных углов сдвига фаз. Более того, при каждом угле можно использовать несколько амплитуд. Такая модуляция называется многоуровневой фазовой модуляцией (Multiple FSK, MFSK).

Читайте также:  Что делать если очень хочется писать

Квадратурная амплитудная модуляция

Квадратурная амплитудная модуляция (Quadrature amplitude modulation, QAM) является популярным методом аналоговой передачи сигналов, используемым в некоторых беспроводных стандартах.

Данная схема модуляции совмещает в себе амплитудную и фазовую модуляции. В методе QAM использованы преимущества одновременной передачи двух различных сигналов на одной несущей частоте, но при этом задействованы две копии несущей частоты, сдвинутые относительно друг друга на 90°.

При квадратурной амплитудной модуляции обе несущие являются амплитудно-модулированными. Итак, два независимых сигнала одновременно передаются через одну среду. В приемнике эти сигналы демодулируются, а результаты объединяются с целью восстановления исходного двоичного сигнала.

При использовании двухуровневой амплитудной модуляции (2QAM) каждый из двух потоков может находиться в одном из двух состояний, а объединенный поток – в одном из 2·2 = 4 состояний. При использовании четырехуровневой модуляции (т.е. четырех различных уровней амплитуды, 4QAM) объединенный поток будет находиться в одном из 4·4 = 16 состояний. Уже реализованы системы, имеющие 64 или даже 256 состояний. Чем больше число состояний, тем выше скорость передачи данных, возможная при определенной ширине полосы. Разумеется, как указывалось ранее, чем больше число состояний, тем выше потенциальная частота возникновения ошибок вследствие помех или поглощения.

4.1 Представление и способы передачи цифровой информации

Представление информации в виде цифровых данных не случайно выбрано в качестве основополагающего принципа работы компьютера. У аналоговых сигналов слишком многое зависит от интенсивности, а она постепенно уменьшается в процессе затухания. Другое дело-цифровые данные. Здесь всё просто: сигнал либо есть, либо его нет.

Цифровые данные по проводнику передаются путём смены текущего напряжения: нет напряжения-"0",есть напряжение-"1". Существует два способа передачи информации по физически передающей среде: цифровой и аналоговый.

При цифровом (узкополосном способе передачи) данные.

Передаются в их естественном виде на единой частоте. Он позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый данный момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченные расстояния. В то же время узкополосной способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными — до 10 Мбит/с и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. Подавляющее число локальных вычислительных сетей использует узкополосную передачу.

Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу за счёт использования в одном канале сигналов различных несущих частот.

При аналоговом способе передачи происходит управление параметрами сигнала несущей частоты для передачи по каналу связи цифровых данных. Сигнал несущей частоты представляет собой гармоническое колебание, описываемое уравнением:

где Xmax -амплитуда колебаний; — частота; t -время; -начальная фаза колебаний.

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, то можно предложить следующие способы управления: амплитудный, частотный, фазовый.

Амплитудная модуляция:"0"-отсутствие сигнала, то есть отсутствие колебаний несущей частоты;"1"-наличие сигнала, то есть наличие колебаний несущей частоты.

Частотная модуляция предусматривает передачу сигналов 0 и 1 на разной частоте. При переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 происходит изменение сигнала несущей частоты.

Фазовая модуляция: при переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 меняется фаза колебаний, то есть их направление.

Процесс записи и воспроизводства звука в компьютере в самых общих чертах выглядит следующим образом.

В состав звуковой платы входит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП или ADC-Analog-to-Digital Converter), который при записи преобразует аналоговые звуковые колебания в понятные компьютеру комбинации битов. Для таких цифровых сигналов компьютер используется либо просто в качестве магнитофона, либо как микшерский пульт, либо как целая студия звукозаписи. При воспроизведении цифро-аналоговый преобразователь превращает записанные и обработанные «цифровые» звуки в нечто слышимое.

Дискретизацией называется первый этап описанного процесса — преобразование исходных аналоговых звуковых сигналов в цифровые, которые можно сохранить, обработать и в последующем воспроизвести. При этом, естественно, сигнал не может быть преобразован целиком в цифровом виде сохраняются его отдельные «фотоснимки» (выборки или мгновенные значения сигнала в определённые моменты времени). Чем выше частота выборок, тем точнее «цифровая копия» звука соответствует оригиналу.

6. Способы записи аудиоинформации

Длительность звучания стандартного компакт-диска составляет 74 минуты. Структура информации на диске следующая. В начале диска располагается так называемая вводная зона. Здесь располагается различная специальная информация о формате диска, структуре и адресах звуковых фрагментов. За этой областью располагается небольшой зазор (около двух секунд) и начинается программная зона, содержащая в себе, собственно, звуковые данные. Выводная зона служит границей диска.

Информацию на диск в данном случае записывается как есть, то есть её помещают на 74 минуты. В этом случае получаем большой размер файлов. На обычном компакт-диске, например, частота дискретизации аудио составляет-441000 Гц, а значение сигнала описано 16 битами. Таким образом, на описание одной секунды аудио в формате CD-DA тратится 176400 байт(172 Кбайт), одной минуты-10 Мбайт.

Применение сжатия позволяет уменьшить размеры файлов. Есть два типа сжатия-с потерями качества и без потерь качества. При упоминании о сжатии аудио подразумевается сжатие с потерями качества. Любое сжатие информации приводит к ухудшению её качества. Однако в процессе эволюции человеческий слух научился адаптироваться к некоторым видам помех, не замечая их присутствия в принимаемой аудиоинформации.

6.3 Структура болванки CD-R

Прежде чем начать описание форматов записи, необходимо обрисовать саму структуру записываемого диска, чтобы понять, какие процессы происходят при его записи. Итак, в структуре CD-R диска можно выделить четыре основных слоя (пятый — изображение, нанесенное на поверхность диска), наносимых поэтапно. Изначально изготавливается пластмассовая основа диска — поликарбонат (Е), которая составляет основную часть CD-R и придает ему необходимую прочность и форму. Далее, на готовую пластмассовую форму наносится активный слой (D) /dye/. Именно этот слой позволяет осуществлять запись на диск и определяет его надежность и качество считывания информации в дальнейшем. На сегодняшний день широко используется два типа активного слоя: цианин и фталоцианин. Цианиновый краситель обладает сине-зеленым (цвет "морской волны") или насыщенно синим оттенком рабочей поверхности, фталоцианин, в большинстве случаев, практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета. Цианиновый краситель более терпим к предельным сочетаниям мощности чтения/записи, чем "золотой" фталоцианиновый, поэтому зачастую диски на основе цианинового слоя проще считывать на некоторых дисководах. Фталоцианин — несколько более современная разработка. Диски на основе этого активного слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько более надежному хранению в неблагоприятных условиях. После того, как на поликарбонатовую заготовку был нанесен dye, диск покрывается специальным слоем светоотражающего материала (C). В обычных CD-ROM для этой цели применяется алюминий, в CD-R дисках же применяется чистое серебро, позволяющее добиться 65-80%-го коэффициента отражения. Завершающим этапом изготовления диска является нанесение защитного слоя (В), на который в дальнейшем возможно нанесение изображений (А). Наиболее распространенным и простым в изготовлении защитным слоем является специальный лак.

Читайте также:  Не работает стиральная машина крутит барабан

В проигрывателе имеется электродвигатель со следящей систе, мой, обеспечивающей точное считывание дорожки лазерным лучом и неизменную линейную скорость считывания. Поэтому скорость вращения диска непостоянна и изменяется от 500 об. / мин. для внутренней части диска, с которой начинается считывание, до 200 об. / мин. для внешней. Специальный оптико-электронный блок имеет устройства для стабилизации излучения лазера, автоматической фокусировки, слежения за дорожкой при биении диска и выбора треков диска для считывания.

Для считывания информации с CD–ROM используется полупроводниковый диод с фокусирующей и следящей оптической системой. Внутренняя поверхность диска, на которую кладут диск на подставку (в кассету) дисковода, находится не в фокусе оптической системы лазерного излучателя. Диаметр светового пятна от лазера, создающего сходящийся конус света, порядка 1 мм. Поэтому умеренные загрязнения нерабочей поверхности, например, пылинки на ней, отпечатки пальцев и даже небольшие царапины практически не влияют на воспроизведение.

На СD-R информация записывается при помощи CD рекодера. Энергия луча лазера поглощается органическим красителем болванки, вследствие чего он меняет свою отражательную способность. Иногда этот процесс называют "прожигом", что на самом деле не совсем точно отражает процесс формирования "питов" — участков слоя с ухудшенной прозрачностью. Считываются такие болванки немного хуже, чем обычные CD-ROM диски, из-за наличия дополнительного слоя, уменьшающего коэффициент отражения. Большое значение имеет и качество формирования "питов" на диске, что зависит как от свойств органического красителя, так и от самого CD рекордера. Когда лазерный луч высокой интенсивности фокусируется на этом слое, цвет красителя меняется, что, в свою очередь, ведет к изменению отражающей способности данной точки. Под воздействием луча стандартного лазера CD-ROM — с меньшей мощностью, чем записывающий луч CD-R, — изменившие цвет точки отражают меньше света, и это позволяет накопителю распознавать записанные данные. Процесс изменения цвета слоя красителя необратим, поэтому диски CD-R допускают только однократную запись. (Строго говоря, писать на CD-R можно и в несколько сеансов, но всякий раз начинать запись нужно на новом участке диска).

CD-RW, стандарт перезаписываемых CD-дисков, — это сокращение от CD-Rewritable, т.е. перезаписываемый CD. Разница между CD-RW и CD-R заключается в том, что диски CD-RW могут быть стерты и повторно записаны, в то время как на дисках CD-R возможна только однократная запись. В остальном, они используются так же, как и диски CD-R. Технология записи информации на CD-RW диски немного отличается от CD-R. Приводы CD-RW используют технологию изменения фазы. Вместо создания "пузырьков" и деформаций записываемого слоя красителя используется тонкого слоя материала, отражающая способность которого меняется при внешних воздействиях. Под влиянием лазерного луча умеренной мощности, которая называется мощностью записи (write power), этот слой нагревается, а при остывании его материал кристаллизуется. При нагревании лучом большей мощности (мощность стирания, или erase power) происходит переход материала в аморфное состояние. В кристаллическом состоянии слой лучше отражает свет, и накопитель получает возможность считывать данные. Для считывания данных в накопителях CD-RW используется лазерный луч, мощность которого (мощность чтения, или read power) меньше, чем у записывающих и стирающих лучей.

Список используемых источников

1. Новейший самоучитель работы на компьютере под редакцией С. Симоновича, Москва, 1999, 656 с.

2. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2000 Москва, «Олма-Пресс», 2000, 848 с.

3. Скотт Мюллер «Модернизация и ремонт персонального компьютера» — Москва, Бином, 1997, 886 с.

4. Популярная медицинская энциклопедия главный редактор Б.В. Петровский-Москва,"Советская энциклопедия", 1984, 704 с.

5. Энциклопедический словарь юного физика-Москва, 1984, 352 с.

6. Н.Е. Ковалёв, Л.Д. Шевчук, О.И. Щуренко Биология для подготовительных отделений медицинских институтов-Москва, "Высшая школа", 1986, 384 с.

7. Кинтуель Т. "Руководство программиста по работе со звуком": Перевод с англ. — Москва: ДМК, 2000.

8. Секунов Н.Ю. "Обработка звука на РС: Наиболее полное руководство в подлиннике ". — Санкт-Петербург, 2001.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector