Základy datových komunikací

1. Základy datových komunikací Verze 0.1

3. 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.

4. 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

5. 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.

6. 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 300 000 km/s.

7. 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

8. 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

9. 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 )

10. 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.

11. Typy modulačních technik

12. 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 • vmodulační=2 * šířka pásma • vpřenosová=vmodulační * log2(n)

13. 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

14. Simplex, semiduplex • Interaktivita se řeší využitím další přenosové cesty

15. Channelbundling • 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

16. Channelbundling • 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 channelbundlingu) do větších celků, odpovídajících celistvým násobkům • Mobilní sítě GSM - GPRS

17. 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

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

19. 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

20. Vlnový multiplex • multiplex vlnový (WDM, Wavelength Division Multiplexing)

21. Časový multiplex • TDM, TimeDivisionMultiplexing • širší" přenosový kanál se rozděluje v čase

22. Kódový multiplex • CDM, CodeDivisionMultiplexing • každý vysílač svá data nejprve vhodně zakóduje, a pak rovnou vysílá, na stejné frekvenci jako ostatní vysílače > "smíchání„