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: fc=3000Hz. Kétszintű (0/1) jel esetén: 6000 bit/sec Nyolcszintű jel esetén (bájt, 0-255): 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 Fizikai korlát jel/zaj viszony vágási frekvencia frekvencia ablak 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) 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)