Лекція для школярів
Сучасні і перспективні технології доступу до широкосмугових мультимедійних послуг
Широкосмугові мультимедійні інфокомунікаційні мережі зв'язку - це комплекс технічних і програмних засобів, що забезпечують прийом і передачу на різні відстані різноманітної інформації, необхідної людині і людству в цілому в процесі життєдіяльності. Спробуємо розібратися, що це таке:
- Інфо - це інформація, тобто деяке повідомлення, наприклад, класичні вивіски «Пішла на базу», «Місць немає» є прикладами повідомлень або інформації;
- Комунікація - це зв'язок, спілкування;
- Мережі зв'язку - це сукупність ліній зв'язку, а лінії зв'язку - це середовища, за якими поширюються сигнали, що несуть інформацію. Середовищами є: дроти, кабелі, оптичні волокна, повітря, Космос та інше бездоріжжі, включаючи абсолютну порожнечу - вакуум;
- Широкополосность - це основна тенденція сучасних засобів зв'язку. Спробуємо розібратися в цьому понятті.
Будь-яке повідомлення (інформацію) можна уявити в закодованому символьному вигляді як ланцюжок або потік інформаційних символів - бітів. Біт - це двійковий символ, який приймає два значення - 0 або 1. Кодування - це встановлення взаємно-однозначної відповідності (↔) між буквами, з яких складаються слова повідомлення, і битами:
Тоді, щоб передати повідомлення «Місць немає», потрібно передати бітову послідовність:
Для цього потрібно по дротах, повітрю або оптичне волокно передати сигнали, які переносять біти, у вигляді імпульсів струму або напруги, якщо по дротах. Якщо по повітрю або волокна, то імпульси струму або напруги потрібно перетворити в імпульси світла або електромагнітного поля, що один і той же як встановив Максвелл в 1825 році. Наприклад, можна використовувати імпульси прямокутної форми, домовившись, що
і посилати ці імпульси по лініях зв'язку через строго встановлені інтервали часу - такти. В результаті символьна послідовність бітів перетвориться в послідовність реальних фізичних сигналів, як показано на малюнку 1.
Малюнок 1 - Механізм подання повідомлення «Місць немає» у вигляді послідовності прямокутних імпульсів
У представленій на малюнку послідовності імпульсів кожен біт займає три тактових інтервалу.
Якщо обсяг інформації великий, то її потрібно передавати з великою швидкістю, яка вимірюється в біт / c. Найбільша швидкість передачі інформації досягається в оптичних волокнах і становить кілька десятків Терабит в секунду (Тбит / c). Тера - це 10 12. тобто цілком фантастична швидкість, але в деяких випадках потрібно ще більша.
Щоб збільшити швидкість передачі інформації найпростіше - зменшити тактовий інтервал і скоротити тривалість імпульсів, що переносять біти. Тоді в одиницю часу можна буде передати більшу кількість бітів. Але справа в тому, що у кожного сигналу є спектр. Це означає, що кожен сигнал довільної форми s (t) можна «розкласти по кісточках», представивши у вигляді суми () гармонійних коливань sinωt, тобто просто в вигляді суми (суміші) синусоид різних частот ω і з різними амплітудами А (ω) :
.
Залежна від частоти ω амплітуда А (ω) називається спектром сигналу. Нагадаємо, що частота пов'язана з періодом коливань Т співвідношенням:
і вимірюється в радіанах в секунду (рад / c).
Виявляється, що спектр сигналу зосереджується в деякому інтервалу частот від ωmin до ωmax в смузі частот δω = ωmax - ωmin і чим вже часовий інтервал, в якому зосереджений імпульс δt, тим ширше смуга частот δω, в якій зосереджений спектр імпульсу. Тобто для збільшення швидкості передачі інформації необхідно збільшувати ширину спектральної смуги. Тому високошвидкісні системи передачі інформації є широкосмуговими і працюють непросто на високих частотах, а в широких частотних смугах.
Для всіх імпульсів справедливо співвідношення:
звідки випливає, що ширина смуги обернено пропорційна тривалості імпульсу. Таким чином, чим уже імпульс, тим ширше смуга, в якій зосереджений його спектр. Зрозуміти цей ефект можна з таких міркувань. Візьмемо гармонійнеколивання sinωt з частотою ω. Стиснемо шкалу часу в k раз. Це означає, що ми переходимо до нової шкалою часу
.
Наприклад, при k = 10 одній секунді на шкалі t буде відповідати 0,1 на шкалі t '. Можна також сказати, що стиснення імпульсу в k раз відповідає переходу до шкали t '. Щоб гармонійнеколивання не змінилося, при переході до шкали t 'потрібно одночасно перейти до нової шкалою частот
.
Тоді буде справедливо співвідношення:
,
звідки випливає, що при стисненні часу в k раз в стільки ж разів збільшується частота, а при стисненні проміжку часу δt, відповідного довжині імпульсу, в стільки ж разів розшириться смуга частот δω, так що
.
Таким чином, інфокомунікаційних технологій відповідає на питання: «Яким чином вихідну інформацію адміністратора готелю в Нижньому Тагілі« Місць немає »майже миттєво передати котрий зібрався відпочити в Сибіру африканського туристу з Верхньої Вольти в вигляді SMS-повідомлення (скор. Від англ. Short Messaging Service - «служба коротких повідомлень») і дублювати це повідомлення по електронній пошті, супроводивши його картинкою холу готелю і усміхненим обличчям адміністратора ».
Тепер спробуємо розібратися, як виглядає вся інфокомунікаційних технологій в цілому, подивившись на малюнок 2.
Малюнок 2 - Глобальна телекомунікаційна мережа (павутина)
Колектив кафедри ТС