Transcript Adatátvitel elméleti alapjai

Adatátvitel elméleti alapjai
Török János
Jelátvitel
Minden csatorna torzítja a rajta áthaladó jelet
A jel csillapodik
Zaj jelenik meg a jelen
Bizonyos frekvenciakomponenseket nem engednek át
Mindig van felső korlát
• karakterisztika
• rendszer elemi mérete
• érzékelési lehetőség
Fourier-analízis
• Minden T periódusú függvény előállítható szinuszok és
koszinuszok ált. végtelen összegeként.
• Egy T ideig tartó jel felfogható úgy, mint egy T periódusú
• Az ilyen (ko)szinuszok ortogonálisak
• Tehát összerakható szinuszokból és koszinuszokból
Fourier-analízis (folyt.)
• A komponensek előállítása egyértelmű az ortogonalitás
miatt:
• Általában végtelen sok komponens
• Minél meredekebb jel, annál erősebbek a kis
hullámhosszú komponensek
Példa
• Kódoljuk le digitálisan
a b betűt.
• ASCII kódja 98
• binárisan 01100010
• Minden csatorna felülről
korlátos
• Kiszűri a nagyfrekvenciájú
komponenseket
Átviteli sebesség
• Minden csatorna csillapítja a jelet, különösen a magas
frekvenciájú komponenseket
• Minden csatorna jellemezhető egy fc vágási frekvenciával
• A vágási frekvencia meghatározza az átviteli sebességet
(legalább egy félhullámból kell, hogy álljon a jel)
Az átviteli sebesség definíciója:
Az egy másodperc alatt továbbított bitek száma
mértékegysége a baud.
Csatorna maximális átviteli sebessége
H. Nyquist tétele: Egy fc sávszélességű aluláteresztő
szűrőn átmenő jel másodpercenként 2 fc–szer vett
mintából helyreállítható és ennél sűrűbb mintavétel
felesleges.
Ez alapján a maximális átviteli sebesség:
baudmax=2 fc log2(V)
[b/s],
ahol V a különböző feszültségszintek száma.
Példa: Analóg telefonvonal.
Beszédre tervezett vágási frekvencia:
Kétszintű (0/1) jel esetén:
Nyolcszintű jel esetén (bájt, 0-255):
fc=3000Hz.
6000 bit/sec
24000 bit/sec
Zaj hatása a sávszélességre
Az előbbiek ideális zajmentes csatornára vonatkoznak
Shannon tétele: Ha a csatornában a jel teljesítménye S,
a zajé pedig N, akkor az elméleti maximális átviteli
sebességet a jelszintek számától és a mintavétel
sűrűségétől függetlenül a következő képlet adja meg:
baudmax=fc log2(1+S/N)
[b/s]
Példa: Analóg telefonvonal.
Átlagos jel-zaj viszony:
S/N=1000
Az átviteli sebesség elméleti maximuma:
~30 000 baud
Vivőhullám
Szinte mindig alkalmazzák
• Eredeti hullám frekvenciája nem megfelelő
• Korlátozott sávszélesség
• közegből
• szabványból
• Jobb jel/zaj viszony
Magasabb frekvenciájú vivőhullámon alacsonyabb
frekvenciájú jel
• Amplitúdó modulált
• Frekvencia modulált
• Fázis modulált
• Keverék (pl. modem)
Elektromos jelátvitel
Egyenáramú
jelátvitel
erős csillapítás
Szinuszos vivőjel
Frekvencia moduláció
(rádió)
Fázisugrás
Maximális adatsebesség
1. Fizikai korlát
• jel/zaj viszony
• vágási frekvencia
• frekvencia ablak
2. Eszközök korlátja
• szabványok
• adatfeldolgozás
pl. gigabit gyorsabb, mint a diszk
Átviteli közegek
• Mágneses, vagy optikai adathordozó
(mágnesszalag, hordozható HD, írható CD, DVD)
- gyors, biztonságos
- nagy késleltetés
- korlátozott alkalmazhatóság
• Koaxiális kábel (árnyékolás)
- sebesség: 2-10 Mbit/sec (1-2 Gbit/sec)
- ált. lineáris felfűzés (sérülékeny, olcsó!)
- elektromos zavarokra érzékeny
• Csavart érpár (zavar egyszerre)
- sebesség: 10/100/1000 Mbit/sec
- csillagpontos felfűzés (drága)
- elektromos zavarokra érzékeny
- manapság a legelterjedtebb
- switch/hub
Átviteli közegek (folyt.)
• Fényvezető szálak
- gyors >100 Mbit/sec
- kis veszteség, nagy távolság
- könnyű, elektromos zavarra nem érzékeny
- egy módusú nagy távolság (drága)
- drága a kiépítés és az eszközök
• Vezeték nélküli átvitel
- Rádiófrekvenciás <100MHz
(hajók, amatőr rádiózás)
- Mikrohullám
(egyenes vonal, TV, telefon)
- Infravörös
(épületen belül)
- Lézeres
(pontosan kell célozni)
Modemek - elektromos jelátvitel
7200 baudos
modem
8 állapot/3bit
9600 baudos
modem
16 állapot/4bit
Atadátvitel típusa
• Vonalkapcsolt
- ha nincs adat akkor is foglalja a sávszélességet
- a teljes sávszélesség biztosított
pl. nyomtató, soros kapcsolat, telefon
• Csomag alapú
- a csomagnak kell fejléc
- sávmegosztás lehetséges
- a csomagokat tovább lehet vinni
- kis sávszélesség mellett is használható
- hibára kevésbé érzékeny (újraküldhető)
• Az adatátvitel szempontjából mindegy
Összefoglalás
• Maximális átviteli sebesség (Sannon):
baudmax=fc log2(1+S/N) [b/s]
• A sávszélesség nagyban függ a zajtól és a
levágási frekvenciától
• Az adathordozó közeg lényegtelen a
kommunikáció szempontjából
• Minden adathordozó típusnak van előnye,
hátránya
• Sávmegosztás és összekapcsolás (csak csomag)
(ISDN, internet)