Adatátvitel elméleti alapjai

Az előadások a következő témára: "Adatátvitel elméleti alapjai"— Előadás másolata:

1 Adatátvitel elméleti alapjai
Török János

2 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

3 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

4 Fourier-analízis (folyt.)
A komponensek előállítása egyértelmű az ortogonalitás miatt: Általában végtelen sok komponens Minél meredekebb jel, annál erősebbek a kis hullámhosszú komponensek

5 Példa Kódoljuk le digitálisan a b betűt. ASCII kódja 98
binárisan Minden csatorna felülről korlátos Kiszűri a nagyfrekvenciájú komponenseket

6 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.

7 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: bit/sec Nyolcszintű jel esetén (bájt, 0-255): bit/sec

8 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: ~ baud

9 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)

10 Elektromos jelátvitel
Egyenáramú jelátvitel erős csillapítás Szinuszos vivőjel Frekvencia moduláció (rádió) Fázisugrás

11 Maximális adatsebesség
Fizikai korlát jel/zaj viszony vágási frekvencia frekvencia ablak Eszközök korlátja szabványok adatfeldolgozás pl. gigabit gyorsabb, mint a diszk

12 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

13 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)

14 Modemek - elektromos jelátvitel
7200 baudos modem 8 állapot/3bit 9600 baudos modem 16 állapot/4bit

15 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

16 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)