Počítačové sítě Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu
Základní pojmy Informace - něco, čemu „rozumí“ agent/příjemce zprávy Zpráva – formalizovaná informace – formát dohodnutý mezi komunikujícími stranami (seskupení datových jednotek – datový paket) Datové pakety (data) – jednotky přenášející informace (informace textová, grafická, zvuková, video, ..) Data z fyzikální podstaty data digitální – binární „1“ a „0“ – datový element „bit“ data analogová – zvuk Data v komunikačním procesu Vstupní /výstupní Uložená/přenášená Počítačové sítě - Přenos signálu

Signál - časová funkce fyzikální veličiny - generovaná vysílačem a přijímaná přijímačem Signál periodický (opakovaný průběh v časové periodě) signál analogový signál diskrétní Signál neperiodický Médium – fyzikální prostředí umožňující vedení signálu (vodiče) šíření signálů (volný prostor) Počítačové sítě - Přenos signálu

ICT: „Informace je význam přidělený přenášeným datům uspořádaným do zpráv“ Claude Shannon: „Informace je míra množství neurčitosti nebo nejistoty o nějakém náhodném ději, odstraněná realizací tohoto děje Norbert Wiener: „Informace je název pro obsah toho, co se vymění s vnějším světem, když se mu přizpůsobujeme a působíme na něj svým přizpůsobováním Počítačové sítě - Přenos signálu

Přenos informace Musí platit: vstupní zpráva ~ výstupní zpráva ( m = m´ ) Tedy platí: g(t) ~ g´(t) Ale může platit: s(t) = r(t) i s(t)  r(t) Počítačové sítě - Přenos signálu

Signál – fyzikální prostředek (fyzikální hodnota proměnná v čase) umožňující přenos dat. Přenosové médium – prostředí pro šíření signálu (fyzicky vymezené – vodič, fyzicky nevymezené, prostupné) Fyzikální podstata signálu – elektromagnetické vlny Způsob šíření signálu „point-to-point“, dvoubodové - unicast všesměrové - broadcast skupinové (do specifikovaných cílů) – multicast do nejbližšího nebo „nejlepšího“ člena skupiny – anycast Dvoubodový přenos – jednosměrný - simplex obousměrný současný – full duplex obousměrný střídavý – half duplex Pojmy uplink a downlink Počítačové sítě - Přenos signálu

Signál se šíří přenosovým médiem prostřednictvím elektromagnetických vln Rychlost šíření prostorem: c = m/s (rychlost světla) Perioda vlny: T [s] Vlnová délka:  [m] Platí: c = /T Frekvence: f [Hz] Platí: f = 1/T Počítačové sítě - Přenos signálu

Šíření elektromagnetických vln prostorem Počítačové sítě - Přenos signálu

Elektromagnetické spektrum Počítačové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě - Přenos signálu
Koaxiální kabel Optický vodič Kroucený dvoudrát 10 Mb Mb 1Gb 10Gb 1Tb Počítačové sítě - Přenos signálu Ethernet Pásma pro bezdrátové přenosy

Šířka pásma (rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší frekvencí, které je možno přenášet) udává se v jednotkách Hz (.. MHz, GHz, …) Základní pásmo (1 frekvence) – baseband (typické pro LAN) Úzké pásmo – narrowband (3 kHz) Široké pásmo (min. 20 kHz, v současnosti stovky MHz až GHz) – broadband (typické pro WAN) Počítačové sítě - Přenos signálu

Periodický signál s(t + T) = s(t) Signál analogový perioda - T amplituda - A fáze - Φ Signál diskrétní (digitální) A T Φ Počítačové sítě - Přenos signálu

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 a přístupové sítě Počítačové sítě - Přenos signálu

Šířka přenosového pásma (propustnost komunikačního kanálu) vs. přenosová rychlost (rychlost přenosu dat) Čím kvalitnější přenosové médium, tím má větší šířku pásma Dostatečná šířka pásma (měřená v Hz) – předpoklad vysoké přenosové rychlosti (měřené v b/s) Přenosová rychlost je úměrná modulační rychlosti (měřené v jednotkách „Baud“ – Bd) Počítačové sítě - Přenos signálu

Signál – fyzikální veličina sloužící k přenosu dat Modulace - projekce dat do signálu Pojmy kódování (diskrétní modulace), modulace (analogová modulace) kódování – konverze dat do diskrétního signálu modulace – konverze dat do analogového signálu Kódovací/modulační techniky prvek dat (např. bit) prvek signálu prvek signálu – taková část signálu, která zabere nejkratší interval signálového kódu diskrétní – napěťový puls konstantní amplitudy analogový – puls konstantní frekvence, fáze a amplitudy Počítačové sítě - Přenos signálu

Princip modulace Sekvence bitů Počítačové sítě - Přenos signálu

Množství informace (dat) v prvku signálu – nejjednodušší případ 1:1 Úrovně signálu – nejjednodušší případ 2 úrovně Příklad jednofázového kódování Bi-fázové kódování - perioda bitu je rozdělena na dvě „fáze“, časování probíhá v každé fázi, tzn. perioda bitu je dvojnásobek periody prvku signálu Počítačové sítě - Přenos signálu

Důvody pro modulaci a kódování technické - vysílání signálu musí být technologicky proveditelné zvýšení účinnosti a využitelnosti spoje zvýšení odolnosti přenosu – menší bitová chybovost možnost detekce chyb možnost synchronizace přenosu zvýšení bezpečnosti přenosu – znemožnění odposlechu (zvláště u bezdrátových přenosů) BER (Bit Error Ratio) poměr chybně přenesených bitů k počtu celkově přenesených bitů Počítačové sítě - Přenos signálu

C = M x b Kódování - modulace
Počítačové sítě Přenos signálu Kódování - modulace Data se vkládají do prvků signálu bit po bitu po oktetech Pořadí bitů v signálu je specifikováno danou přenosovou technologií big-endian nebo little-endian např. technologie Ethernet používá „little-endian“ Měření charakteristiky přenosového kanálu přenosová rychlost C [bps] modulační rychlost M [baud] počet bitů v prvku signálu b (např. bi-fázový kód Manchester b = ½ ) C = M x b Počítačové sítě - Přenos signálu

Příklady kódovacích technik Digitální data - Diskrétní signál Počítačové sítě - Přenos signálu

Modulační techniku Manchester používá nevýznamnější technologie LAN - IEEE (Ethernet) Počítačové sítě - Přenos signálu

Principy modulačních technik
Počítačové sítě Přenos signálu Principy modulačních technik Počítačové sítě - Přenos signálu

Modulace – digitálními nebo analogovými daty se mění (moduluje) nosný signál s nosnou frekvencí fc . Nosná frekvence určuje rychlost přenosu. Modulace – změna charakteristiky signálu Vlastnosti modulačních technik (u elektrických vodičů): amplitudová – málo odolná proti vnějšímu rušení kmitočtová – vhodná pro nižší rychlosti fázová – nejodolnější, vhodná i pro vyšší rychlosti Modulace se používá v bezdrátových technologiích v přenosech optickými vlákny v přenosech metalickými vodiči Počítačové sítě - Přenos signálu

Modulační techniky (digitální data -> analogový signál) Víceúrovňové techniky (implementace – modem) b = 2 nebo b = 4 (b – počet bitů v prvku signálu): Kvadraturní fázová modulace Kombinace fázové a amplitudové modulace Techniky pro bezdrátové přenosy Rozprostřené spektrum (Spread Spectrum)– zabezpečení proti odposlechům a kolizím: FHSS DSSS Počítačové sítě - Přenos signálu

Fázorový diagram Fázor je grafické znázornění jedné sinusové veličiny. Je to orientovaná úsečka, délka odpovídá efektivní hodnotě (amplitudě) a úhel který svírá s vodorovnou osou x vyjadřuje fázový posun vůči počátku souřadnic. Počítačové sítě - Přenos signálu

QPSK – Kvadraturní fázová modulace – 4 fázové posuny přenáší 2 bity 00…. 450 01… 10… 11… Počítačové sítě - Přenos signálu

QAM – Kvadraturní amplitudová modulace (např. 256 QAM přenáší v jednom prvku signálu 8 bitů) ………… Počítačové sítě - Přenos signálu

Modulace analogová data digitální signál Multimediální data, přenosy hlasu – CODEC Modulační technika PCM (Pulse Code Modulation) – princip „vzorkování“ – snímání amplitudy signálu v pevných časových periodách, vyhodnocení vzorků hodnotou (určitý počet úrovní). Např. : 16 úrovní …. 4 bity 256 úrovní …..8 bitů Pro přenos hlasu je postačující vzorkování v periodě 125s s rozlišením 256 úrovní (8 bitová informace), tj. přenosová rychlost 64 kbps (šířka pásma 4 kHz) Alternativa PCM – DM (Delta Modulation) – diferenciální impulsní kódová modulace Počítačové sítě - Přenos signálu

Problémy při přenosech signálu zkreslení útlum zpoždění rušení – parazitní signál – šum Řešení – přenosové technologie specifikace elektrických a světelných charakteristik přenosových médií specifikace maximálních délek segmentů vodičů volba vhodného typu modulace nebo kódování atd. Počítačové sítě - Přenos signálu

Prostředky pro obnovu signálu v optických a bezdrátových spojích : zesilovače, opakovače (repeaters) Satelitní spoje – retranslátory Počítačové sítě - Přenos signálu

Kapacita přenosového kanálu – maximální přenosová rychlost v bitech za vteřinu [b/s] nebo [bps] Ideální kapacita(podle Nyquista) C = 2 W log2 M C …… přenosová rychlost [bps] W……. šířka přenosového pásma [Hz] M……. modulační rychlost - počet diskrétních pulsů nebo napěťových úrovní za sec [Bd] Počítačové sítě - Přenos signálu

Reálná kapacita (podle Shannona) C = W log2 ( 1 + S/N ) S/N…poměr signál/šum S/N - SNR (Signal-to-Noise Ratio) (SNR)dB = 10 log (PS /PN) PS - výkon signálu AS - amplituda signálu SNR = PS /PN = (AS /AN )2 PN - výkon šumu An - amplituda šumu 3 dB – 50 % ztrát dB – 10 % ztrát 20 dB – 1 % ztrát dB – 0,1 % ztrát Počítačové sítě - Přenos signálu

Přenosový kanál – soubor prostředků mezi dvěma uzly sítě umožňující přenos signálu (vysílací rozhraní, přenosové médium, přijímací rozhraní) Přenosový kanál vytvářejí přenosové technologie, které specifikují rychlost přenosu pořadí bitů little endian – bit s nejmenší váhou v oktetu je vyslán první big endian – bit s největší váhou v oktetu je vyslán první přenosové médium (typ, max. a min. délku…) koncovky (typy konektorů, označení pinů…) fyzikální charakteristiky signálu zařízení pro regeneraci signálů …… Počítačové sítě - Přenos signálu

Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost nulová chybovost dlouhé vzdálenosti bez ztráty kvality signálu nízké provozní náklady Počítačové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "Počítačové sítě Přenos signálu"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář

Přihlásit se

Přihlásit se přes sociální síť:

Počítačové sítě Přenos signálu

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "Počítačové sítě Přenos signálu"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář