Základy datových komunikací Verze 0.1

Principy datových přenosů Signál Je časová funkce fyzikální veličiny − generovaná vysílačem a přijímaná přijímačem. Fyzikální prostředek (fyzikální hodnota proměnná v čase) umožňující přenos dat. Vyjadřuje určité znamení optické, elektrické, elektromagnetické, akustické, mechanické, pneumatické, nebo hydraulické, které má význam.

Typy signálů Podle periodicity: o periodický − opakovaný průběh v časové periodě, o neperiodický. Podle počtu stavů: analogový – má nekonečně mnoho stavů, diskrétní (digitální) – má omezené množství stavů, binární signál jen dva

Typy signálů Podle množství přenášené informace v jeden okamžik: sériový – pouze jednotka informace v jeden okamžik, paralelní – více jednotek informace v jeden okamžik. Podle způsobu komunikace: synchronní – vysílač s přijímačem sesynchronizován tak, aby bylo jasné, kdy se budou přenášet informace, asynchronní – vysílač vysílá bez ohledu na stav přijímače.

Elektromagnetický signál Veličiny Frekvence f … počet period (opakování) za jednotku času 1/T. Perioda T … čas potřebný pro jednu periodu (opakování) 1/f. Amplituda A … maximální hodnota periodicky měnící se veličiny. Fáze Φ … určuje vztah veličiny vlny k danému místu a času. Vlnová délka λ … označuje vzdálenost dvou nejbližších bodů vlnění, které kmitají ve fázi. Rychlost šíření prostorem c … rychlost světla km/s.

Šířka pásma Je rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší frekvencí, které je možno přenášet. Každý signál (diskrétní i analogový) vyžaduje pro přenos určitou šířku pásma: základní pásmo baseband – pro přenos signálu s jednou frekvencí (není transponován do jiné frekvence) – typicky LAN úzké pásmo narrowband – pro hlasové přenosy 50 – 64 kbps – typicky telefonní sítě široké pásmo broadband – pro multiplexované přenosové kanály (frekvenčně sdílené) – typicky WAN

Způsoby šíření signálu „point-to-point“, dvoubodové – unicast jednosměrný – simplex obousměrný současný – full duplex obousměrný střídavý – half duplex všesměrové - broadcast skupinové (do specifikovaných cílů) – multicast nový termín – anycast

Modulace Měření charakteristiky přenosového kanálu (baseband): C = M x b přenosová rychlost C [bps] odulační rychlost M [baud] počet bitů v prvku signálu b (např. bi-fázový kód Manchester b = ½ )

Typy modulačních technik aplitudová – V závislosti na změně modulačního signálu se mění amplituda nosného signálu. Frekvence ani fáze nosné vlny se u této modulace nemění. Málo odolná proti vnějšímu rušení. kmitočtová – Závislost okamžitého kmitočtu nosné vlny na změnách amplitudy modulačního signálu. Informace je tedy modulována nikoliv změnou amplitudy nebo fáze, ale změnou frekvence nosné vlny. Vhodná pro nižší rychlosti. fázová – Modulační signál mění fázi nosné vlny. Nejodolnější, vhodná i pro vyšší rychlosti.

Typy modulačních technik

Modulační rychlost Baud rate vyjadřuje počet změn za sekundu, a měří se v jednotkám zvaných Baud (zkratkou Bd) Nyquistovo kritérium ani při snaze o maximální „vyždímání" přenášeného signálu nemá smysl jej vzorkovat rychleji než dvakrát za každou jeho periodu v modulační =2 * šířka pásma v přenosová =v modulační * log2(n)

Simplex, semiduplex Příklad: televizní a rozhlasové vysílání Přenos probíhá jen jedním směrem - ke koncovým příjemcům DVB-T (resp. DVB-S, pro satelit) totiž také počítá jen se simplexním přenosem

Simplex, semiduplex Interaktivita se řeší využitím další přenosové cesty

Channel bundling Skládání přenosových kanálů Důvod: V praxi nemusíme mít vždy k dispozici takový přenosový kanál, který by svými parametry (hlavně rychlostí, resp. přenosovou kapacitou) odpovídal potřebám zamýšlených přenosů

Channel bundling ISDN: nabízí přenosové kanály (kanály B, fakticky jde o obousměrné okruhy) o rychlosti 64 kbit/s. Pokud nám tato jejich rychlost nestačí, můžeme je spojovat (na principu channel bundlingu) do větších celků, odpovídajících celistvým násobkům Mobilní sítě GSM - GPRS

Multiplex, inverzní multiplex V praxi ale často nastává i přesně opačný problém jeden větší (širší) přenosový kanál, a potřebujeme jej rozdělit na několik dílčích částí

Frekvenční multiplex Příkladem analogové techniky multiplexu je tzv. frekvenční multiplex (anglicky: FDM, Frequency Division Multiplexing) je možné takto frekvenčně posunuté signály jednoduše sečíst (sloučit) do jednoho "širšího" signálu, a ten přenést skrze dostatečně "široký" přenosový kanál

Frekvenční multiplex frekvenční multiplex nepříliš výhodný právě kvůli tomu, že jde o analogovu techniku: různé frekvenční posuny vzájemné slučování následné oddělování nejsou nikdy ideální, a vždy určitým způsobem znehodnocují přenášený signál

Vlnový multiplex multiplex vlnový (WDM, Wavelength Division Multiplexing)

Časový multiplex TDM, Time Division Multiplexing širší" přenosový kanál se rozděluje v čase

Kódový multiplex CDM, Code Division Multiplexing každý vysílač svá data nejprve vhodně zakóduje, a pak rovnou vysílá, na stejné frekvenci jako ostatní vysílače > "smíchání„