Проект "Аналоговые и цифровые линии связи" 11 класс


Аналоговые и цифровые линии связи
Линии связи могут быть аналоговыми или цифровыми.
Данные, изначально имеющие аналоговую, непрерывную форму, такие, как
речь, фото и телевизионные изображения, телеметрическая информация, в последнее
время все чаще передаются по каналам связи в дискретном виде, т. е. в виде
последовательности "нулей" и "единиц". Для преобразования непрерывного сигнала в
дискретную форму производится дискретная модуляция. называемая также
кодированием.
Применяются два типа кодирования данных. Первый -- на основе непрерывного
синусоидального несущего сигнала называется аналоговой модуляцией, или просто
модуляцией. Кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового
сигнала. Второй тип кодирования называется цифровым кодированием и
осуществляется на основе последовательности прямоугольных импульсов. Эти
способы кодирования различаются шириной спектра передаваемого сигнала и
сложностью аппаратуры для их реализации.
Современные телекоммуникационные системы и сети явились синтезом
развития двух исходно независимых сетей:
сетей электросвязи (телефонной, телеграфной, телетайпной и радиосвязи)
и вычислительных сетей.
Логика развития систем связи требовала применения цифровых систем передачи
данных, а также применения вычислительных средств для решения задач
маршрутизации, управления трафиком, сигнализации. Достигнутое в результате этих
двух встречных движений совмещение техники связи с вычислительной техникой
позволило усовершенствовать технологию обслуживания телефонной клиентуры и
повысить эффективность отрасли связи, а также полнее использовать ресурсы
вычислительных центров, вычислительных систем и сетей путем перераспределения
их ресурсов и распараллеливания между ними задач и информационных потоков.
Многие сети общего пользования традиционных операторов
(фиксированная телефонная связь) являются в основном аналоговыми. Сети связи,
создаваемые новыми операторами цифровые, что обеспечивает внедрение
современных служб и гарантирует перспективность этих сетей.
В то же время существующие аналоговые сети активно используются для
передачи информации как в аналоговой форме (телефония, радиотелефония,
радиовещание и телевидение), так и для передачи дискретных (цифровых) данных.
Носителем информации в телекоммуникационных каналах являются электрические
сигналы (непрерывные, называемые аналоговыми, и дискретные или цифровые) и
электромагнитные колебания — волны.
Для передачи по цифровым каналам аналогового сообщения в виде непрерывной
последовательности (телеметрические, метеорологические данные, данные систем
контроля и управления) она предварительно оцифровывается. Частота оцифровки
обычно равна порядка 8 кГц, через каждые 125 мкс значение величины аналогового
сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом. Таким образом, скорость
передачи данных составляет 64 кбит/с. Объединение нескольких таких базовых
цифровых каналов в один (мультиплексирование) позволяет создавать более
скоростные каналы: простейший мультиплексированный канал обеспечивает скорость
передачи 128 кбит/с, более сложные каналы, например, мультиплексирующие 32
базовых канала, обеспечивают пропускную способность 2048 Мбит/с. С помощью
цифровых каналов подключаются к магистралям также и офисные цифровые АТС.
Цифровые абонентские каналы в режиме коммутации каналов используются в
наиболее распространенной цифровой сети с интеграцией услуг ISDN(Integrated
Services Digital Network). По популярности сеть ISDN уступает лишь аналоговой
телефонной сети. Адресация в ISDN организована так же, как и в телефонной сети, так
как сеть создавалась для объединения существующих телефонных сетей с
появляющимися сетями передачи данных. Поэтому сети ISDN позволяют объединять
разнообразные виды связи (видео-, аудиопередачу данных, тексты, компьютерные
данные и т. п.) со скоростями 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с и 155 Мбит/с на
широкополосных каналах связи.
Заметим, что названием ISDN принято именовать и сеть, использующую
технологию ISDN, и протокол, применяющий эту технологию.
Активно развиваются и другие типы цифровых систем, из которых следует
отметить модификации технологии цифровых абонентских линий DSL (Digital
Subscriber Line). HDSL (High Bit Rate DSL) - высокоскоростной вариант абонентской
линии ISDN.
Конкуренцию ISDN и HDSL могут составить цифровые магистрали с
синхронно-цифровой иерархией SDN (Synchronous Digital Hierarchy). В системе SDN
имеется иерархия скоростей передачи данных. В магистралях SDN применяются
оптоволоконные линии связи и частично радиолинии.
Беспроводные каналы связи
В дополнение к традиционным физическим носителям методы беспроводной
передачи данных могут являться удобной, а иногда и неизбежной альтернативой
кабельным соединениям. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала,
часто те (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию
передачи. Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются
радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне и инфракрасная связь.
Радиосвязь
Технологии радиосвязи (Radio Waves) пересылают данные на радиочастотах и
практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения
локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом
имеет высокую стоимость, подлежит государственному регулированию и крайне
чувствительна к электронному и атмосферному наложению. Она также подвержена
перехвату, поэтому требует шифрования или другой модификации при передаче,
чтобы обеспечить разумный уровень безопасности.
Связь в микроволновом диапазоне
Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие
частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальных
коммуникациях. Их главное ограничение заключается в том, что передатчик и
приемник должны быть в зоне прямой видимости друг друга.
Передача данных в микроволновом диапазоне обычно используется для
соединения локальных сетей в отдельных зданиях, где использование физического
носителя затруднено или непрактично. Связь в микроволновом диапазоне также
широко используется в глобальной передаче с помощью спутников и наземных
спутниковых антенн, обеспечивающих выполнение требования прямой видимости.
Спутники в системах связи могут находиться на геостационарных (высота 36
тыс. км) или низких орбитах. При геостационарных орбитах заметны задержки на
прохождение сигналов (туда и обратно около 520 мс). Возможно покрытие
поверхности всего земного шара с помощью четырех спутников. В низкоорбитальных
системах обслуживание конкретного пользователя происходит попеременно разными
спутниками. Чем ниже орбита, тем меньше плошадь покрытия и, следовательно,
нужно или больше наземных станций, или требуется межспутниковая связь, что
естественно утяжеляет спутник. Число спутников также значительно больше (обычно
несколько десятков). Например, глобальная спутниковая сеть Iridium, имеющая и
российский сегмент, включает 66 низкоорбитальных спутников, диапазон частот
1610—1626,5 МГц.
Инфракрасная связь
Инфракрасные технологии (infrared transmissions), функционирующие на очень
высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света, могут быть
использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на
близких расстояниях. Они обычно используют светодиоды (light-emitting) для
передачи инфракрасных волн приемнику. Поскольку они могут быть физически
заблокированы и испытывать интерференцию с ярким светом, инфракрасная передача
ограничена малыми расстояниями в зоне прямой видимости. Инфракрасная передача
обычно используется в складских или офисных зданиях, иногда для связи двух зданий.
Другим популярным использованием инфракрасной связи является беспроводная
передача данных в портативных компьютерах.
Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы
передачи данных
Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи
образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии
беспроводной передачи данных.
Радиорелейные каналы передачи данных Радиорелейные каналы связи
состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь
осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними
станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в
качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи
между базовыми станциями сотовой связи.
Спутниковые каналы передачи данных
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для
приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на
наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников,
которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах.
Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут
обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала
передачи данных представлена на рисунке
Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи
между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности
обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность
высокая – несколько десятков Мбит/c.
Сотовые каналы передачи данных
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые
телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система,
состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового
коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).
Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает
связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с
глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации
аналогичен обычной АТС проводной связи.
LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей
беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится
по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом
несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС
объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо
радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.
Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных
технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости
базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо
более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX,
предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на
расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.
Радиоканалы передачи данных MMDS (Multichannel Multipoint Distribution
System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при
этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя
гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с 1 Мбит/с, но
можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.
Радиоканалы передачи данных для локальных сетей. Стандартом
беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi
обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и
инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке
доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до
54 Мбит/с при инфраструктурном соединении.
Радиоканалы передачи данных Bluetooht - это технология передачи данных на
короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания
домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.