extracted_text:
тема 4 вопрос 11
технология связи bluetooth
Bluetooth — это международный стандарт для беспроводных коммуникаций с малым радиусом действия.
Основное предназначение Bluetooth заключается в обеспечении экономичной радиосвязи между
различными типами электронных устройств, при этом большое значение уделяется компактности
компонентов, что дает возможность использовать данную технологию в малогабаритных устройствах.
В версии стандарта 1.1 скорость передачи данных составляла всего 512 кбит/с. Но разработчики на этом
не остановились и уже в 2004 году выпустили «Bluetooth 2.0», внедрив новую технологию EDR которая
увеличивала скорость обмена данными до 3 Мбит/с.
На сегодняшний данная версия технологии используется на большинстве мобильных устройств несмотря
на то что уже принята новая спецификация 3.0 + HS. В декабре 2009 года был анонсирован стандарт
Bluetooth 4.0. Технология предназначена для миниатюрных датчиков (например у пациентов больниц,
спортивного оборудования и др.).. Особенностью новой версии является низкий уровень
энергопотребления. Этот эффект достигается за счет нового специального алгоритма работы. Устройство
передачи данных включается только на период передачи данных, что дает возможность работы одной
батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет. Стандарт позволяет вести обмен данными со скоростью
1Мбит/с при размере пакета данных в 827 байт. Также уменьшается скорость установления связи между
устройствами до 5 миллисекунд и увеличивается возможна дистанция между устройствами с 10 метров до
100 метров. Для обеспечения безопасности передачи данных используется AESшифрование. Для когото
это все может быть как необычные вещи, а для ктото уже активно использует это в своей жизни.
За счет шифрования доступа к устройству без разрешения пользователя практически невозможно. Для
того чтобы начать обмениваться данными между мобильными устройствами необходимо, чтобы
пользователи прошли процедуру авторизации на этих устройствах, т.е. обменяться кодами доступа.
Стандарт Bluetooth имеет более 10 профилей, т.е. наборов функции для Bluetooth.
Основными профилями которые были утверждены группой разработчиков SIG являются:
Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) данный раздел предназначен для передачи
музыки в беспроводные наушники;
Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP) профиль для управления функциями
телевизора;
File Transfer Profile (FTP_profile) профиль для обмена данными между устройствами;
HandsFree Profile (HFP) профиль предназначен для соединения мобильных устройств и
беспроводных наушников с функцией разговора по телефону;
LAN Access Profile (LAP) профиль обеспечивающий доступ к сетям LAN, WAN или
Internet средствами другого Bluetooth устройства;
SIM Access Profile (SAP, SIM) профиль, который позволяет получить доступ к SIM
картам мобильного устройства или использовать одну SIM карту на нескольких устройствах;
Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) профиль который выравнивает протокол
организации (PointtoPoint) соединения через Bluetooth и многие другие профили.
Подытоживая, можно сказать, что преимуществами данной технологии являются:
Мобильность;
Достаточно высокая скорость передачи данных;
Доступность;
Безопасность передачи данных
Необходимость авторизации устройства;
Низкая чувствительность к помехам (зависит от толщины и материала преграды).
Но, к сожалению, данная технология имеет и недостатки. Если, например, два пользователя захотят
обмениваться данными, то когда они начнут искать устройство другого пользователя, то устройство
первого найдет все устройства, которые являются включенными в радиусе 1015 метров, что снижает
скорость запуска его устройства.
Технология Bluetooth
История Bluetooth
В начале 1998 года Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia  крупнейшие компании компьютерного и
телекоммуникационного рынка  объединились для совместной разработки технологии беспроводного
соединения мобильных устройств. 20 мая 1998 года произошло официальное представление специальной












 рабочей группы (SIG  Special Interest Group), призванной обеспечить беспрепятственное внедрение
технологии, получившей название Bluetooth. Вскоре в группу вошли 3COM/Palm, Axis Communication,
Motorola, Compaq, Dell, Qualcomm, Lucent Technologies, UK Limited, Xircom. Сейчас группа включает в
себя более 1400 компаний, принимающих участие в работе над бесплатной открытой спецификацией
Bluetooth. Благодаря простоте и изяществу этой технологии, многие специалисты уверены, что Bluetooth
не имеет конкуренции в области создания небольших локальных сетей и беспроводного объединения
устройств в пределах дома, офиса или, скажем, машины.
В отличие от технологии инфракрасной связи IrDA (Infrared Direct Access), работающей по принципу
"точкаточка" в зоне прямой видимости, технология Bluetooth разрабатывалась для работы, как по
принципу "точкаточка", так и в качестве многоточечного радиоканала, управляемого многоуровневым
протоколом, похожим на протокол мобильной связи GSM.
Bluetooth стала конкурентом таким технологиям, как IEEE 802.11, HomeRF и IrDA, хотя последняя и не
предназначена для построения локальных сетей, но является самой распространенной технологией
беспроводного соединения компьютеров и периферийных устройств.
Основной идей новой технологии было предоставление возможности легкого и удобного беспроводного
соединения различных устройств и организации беспроводной локальной сети. Технология должна
позволить пользователю организовывать обмен информацией и голосом между всевозможными
устройствами, например настольным компьютером, КПК и сотовым телефоном. То есть, скажем,
приходите вы в офис, а ваш КПК тут же автоматически синхронизирует адресную книгу и календарь с
настольным ПК и передает новые контакты на ваш мобильный телефон. В перспективе, технология
позволит объединять любые электронные устройства, вплоть до холодильников, стиральных машин,
микроволновых печей и дверных замков (только представьте  ваш холодильник передает на ваш сотовый,
что у него закончилось молоко, а тот в свою очередь, отправляет вашему КПК указание добавить молоко в
список покупок). При этом, одними из немаловажных параметров новой технологии должны были стать
низкая стоимость устройства связи  в пределах 20 долларов, соответственно небольшие размеры (ведь
речь идет о мобильных устройствах) и, что немаловажно, совместимость, простота встраивания в
различные устройства. Собственно ради этого и была организована группа SIG, которая, помимо всего
прочего, позволила множеству производителей объединиться, а не разрабатывать собственные,
несовместимые друг с другом платформы. То есть в скором будущем Bluetooth может стать "стандартом
дефакто" для беспроводных коммуникаций.
Основное назначение Bluetooth  обеспечение экономичной (с точки зрения потребляемого питания) и
дешевой радиосвязи между различными типами электронных устройств, причем немалое значение
придается компактности электронных компонентов, что дает возможность применять Bluetooth в
малогабаритных устройствах размером с наручные часы.
Отдавая должное простоте и изяществу этой технологии, многие специалисты считают, что Bluetooth не
имеет конкурентов в области создания небольших локальных сетей и беспроводного объединения
устройств в пределах дома, офиса или, например, в автомобиле.
Происхождение названия
Согласитесь, довольно странное название для технологии  <Синий зуб>, как можно дословно перевести с
английского . Король Харальд Блютус (Harald Bluetooth) был предводителем викингов, вошедшим в
историю как корольобъединитель скандинавских земель. Он жил в Дании в 910940 гг. и был королем
Норвегии и Дании в 10 столетии нашей эры. Как сын Горма, он назывался Харальдом Гормссоном, однако
чаще его называли прозвищем, вошедшим в английские летописи как Bluetooth  <Синезубый>. На самом
деле его прозвище звучало на староскандинавском как "Blatand" и не имело ничего общего с синими
зубами. А означало оно чтото вроде <Чернявый>, поскольку Гаральд имел весьма нетипичную для
викинговскандинавов смуглую кожу, черные волосы ( в переводе означает "темнокожий") и могучее
телосложение (словом называли высокого хорошо сложенного человека). Вероятно, английские летописцы
не захотели ломать язык и придумали королю "кличку" попроще. Нетипичность Харальда для викингов не
исчерпывалась одной внешностью. Король Харальд принес в Скандинавию христианство, а также
объединил Данию и Норвегию. Жизнь его была полна великих походов и приключений, что уже более
типично для викингов. Однако в конце концов удача изменила ему, и он закончил свою жизнь в изгнании.
Большая часть истории правления Харальда была почерпнута потомками из древнескандинавских
надписей, высеченных на двух камнях, установленных в его память в городе Jelling в Дании. Первая
концепция технологии Bluetooth, видимо, за свою <обединяющую> миссию получившей в качестве названия имя древнескандинавского короля, появилась в Лунде, в Швеции в 1994 году, и компания
Ericsson решила воздвигнуть там новый камень в память о Харальде Блютусе. Надпись на этом новом
памятнике гласит (на древнескандинавском языке): <Компания Ericsson Mobile Communications AB
установила этот камень в честь Харальда Блютуса, давшего свое имя новой беспроводной технологии для
мобильных коммуникаций>. Похоже на то, что Ericsson не только освежает в памяти потомков эпизоды
мировой истории, но и создает новую историю.
Общее представление о стандарте
В настоящее время технология Bluetooth является твердо, устоявшимся коммуникационным стандартом
для беспроводной связи на малых расстояниях. Она заменяет целую кучу отдельных кабелей,
присоединяющих одно устройство к другому посредством одной универсальной радиолинии с малым
радиусом действия. Например, радиотехнология Bluetooth, встроенная и в сотовый телефон, и в ноутбук,
заменяет кабель, используемый в настоящее время для присоединения ноутбука к сотовому телефону.
Принтеры, персональные компьютеры, факсы, клавиатуры, джойстики и практически любые другие
цифровые устройства могут быть частью системы Bluetooth.
Радиотехнология Bluetooth также обеспечивает универсальный мост к существующим сетям передачи
данных, интерфейсу периферийных устройств, а также обеспечивает механизм для формирования
небольших частных специальных групп соединяемых устройств вне инфраструктуры фиксированной сети.
Работы по созданию Bluetooth компания Ericsson Mobile Communication начала в 1994 году.
Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в
функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.
История развития стандарта
В 1995 году такие отрасли промышленности как телекоммуникации и информационные технологии
осознали, что недорогая по стоимости и экономичная по потреблению энергии радиосвязь, или
беспроводная связь, уже реальна и достижима. Поэтому на близких расстояниях она вполне может
заменить собой кабельную связь. Это обеспечила бы также базис для того, чтобы небольшие портативные
устройства можно было связывать между собой специальным способом (ad hoc), задаваемым для
конкретных целей.
Были проведены исследования, и вскоре определились общие очертания технологии под кодовым
названием "Bluetooth". Целью создателей технологии было обеспечение надежного сервиса для мобильных
абонентов и бизнеспользователей в рамках компактной радиотехнологии, действующей на малых
расстояниях. Данную технологию предполагалось интегрировать в ряд модельных линий широкого
диапазона различных устройств.
Цель создателей состояла в том, чтобы технология соответствовала таким спецификациям, которые
оптимизируют пользование всеми мобильными компьютерными и коммуникационными устройствами, а
также обеспечивают:
1.Использование по всему миру
2.Работу с голосом и передачей данных
3.Возможность установки ad hoc соединений (для специальных целей)
4.Возможность противостоять помехам от других источников в открытой полосе
5.Очень компактный размер, для обеспечения удобной интеграции с различными устройствами
6.Ничтожное энергопотребление, в сравнении с другими устройствами, предназначенными для подобных
целей
7.Открытый интерфейсный стандарт
8.Низкая стоимость
Технология Bluetooth специально разработана для обеспечения дешевой, устойчивой, эффективной,
высокоемкой связи, для работы с голосом и передачи данных, со следующими характеристиками:
1.Скорость передачи/приема 1 Мбит/с, при использовании канала с максимально возможной шириной
полосы.
2.Быстрые переключения частоты во избежание интерференции.
3.Адаптивная выходная мощность для минимизации помех.
4.Короткие пакеты данных для минимизации мощности во время помех.
5.Быстрое опознавание (подтверждение).
6.CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation) голосовое кодирование, которое дает возможность
работы с высокими частотами ошибок по битам. 7.Гибкие типы пакетов, поддерживающие широкий спектр приложений.
8.Ненапряженный <бюджет связи>, поддерживающий недорогую интеграцию отдельных элементарных
сигналов.
9.Интерфейс передачи/приема, специально приспособленный для минимизации энергопотребления.
Эти свойства дают технологии Bluetooth возможность обеспечивать чрезвычайно гибкую связь с высокими
скоростями передачи данных даже при наличии серьезных помех. При заведомо хорошем приеме в
благоприятных условиях передачи сигнала, по мере усиления помех, падение качества передаваемого
сигнала будет оставаться минимальным и постепенным, что дает возможность сохранения стабильной
связи.
Bluetooth имеет RF (Radio Frequency) спецификации для передачи голоса и данных на короткие
расстояния, <точкамультиточка>. Устройство Bluetooth может передавать сигнал через твердые
неметаллические объекты. Его номинальный диапазон составляет от 10 см до 10 м, но может быть
расширен до 100 метров путем увеличения мощности передаваемого сигнала (подробнее см. ниже). Этот
эффект основан на радиосвязи в коротком диапазоне, он облегчает создание специальных соединений для
стационарного и мобильного коммуникационного окружения.
Использование Bluetooth
Понятно, что функциональность данной технологии распространяется далеко за пределы сотовых
телефонов. Основным направлением использования Bluetooth станет создание так называемых
персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как
мобильные телефоны, PDA, МР3плееры, компьютеры и даже микроволновые печи и холодильники.
Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или,
например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на
практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подключения
относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто
и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые
устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией.
Если же обратиться к карманным компьютерам, то тут возможности Bluetooth практически безграничны.
Вопервых, беспроводную технологию передачи данных можно использовать для синхронизации ПК и
КПК. Теперь для того чтобы скачать последнюю почту на портативный компьютер, пользователю не
придется тратить время на подключение карманного ПК: при поддержке Bluetooth в обоих устройствах
пользователь может просто запустить необходимые приложения  все остальное будет сделано
автоматически.
Однако использование Bluetooth не ограничивается миниатюрными компьютерами и различными модными
технологическими устройствами. Чипы также могут использоваться и в бытовой электронике, а это
означает, что теперь с карманного ПК или мобильного телефона можно будет дать команду
микроволновой печи или видеомагнитофону. Если же говорить о прогрессивных пользователях, то их,
несомненно, приведет в восторг тот факт, что, к примеру, цифровые камеры позволят теперь моментально
отсылать снимки на карманный ПК, где на них можно будет взглянуть, или же на мобильный телефон,
который сразу же отправит нужные кадры по электронной почте. Пользователи же ноутбуков получат
возможность работать с принтером или другим периферийным устройством без необходимости
кабельного подключения.
На прошедшей в 2000 году выставке Comdex продукты с использованием Bluetooth были представлены на
стендах более чем 40 компаний. Сегодня же в консорциум, кроме пяти компанийоснователей, входят
такие корпорации, как 3Com, Microsoft, Motorola, Lucent Technologies. Общее число участников Special
Interest Group приближается к 2 тыс.
Технология
Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для
передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6
Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на
частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, каковым является Bluetoothчип, позволяет в зависимости от степени
мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая,
однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и
достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в
режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией. Bluetooth работает по принципу FHSS (FrequencyHopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить
так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму
скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79
подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон
передачи  для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом.
Технология Bluetooth изначально была предназначена для работы в шумном радиочастотном окружении.
Радиомодули Bluetooth избегают помех от других сигналов путем перескока на новую частоту после
передачи или приема пакета. По сравнению с другими системами, работающими на той же самой полосе
частот, Bluetooth обычно прыгает быстрее и использует более короткие пакеты. Это позволяет избавиться
от воздействия микроволновых печей и других источников помех. Использование Forward Error Correction
(FEC) ограничивает влияние случайного шума при связи на большие расстояния. Протокол узкополосной
передачи Bluetooth является комбинацией принципов коммутации каналов и пакетной коммутации. Тайм
слоты могут быть зарезервированы для синхронных пакетов. Частотный скачок производится для каждого
передаваемого пакета.
Номинально пакет покрывает единичный таймслот, но может быть расширен для покрытия до пяти
слотов. Bluetooth может поддерживать асинхронные каналы данных, до трех синхронных голосовых
каналов одновременно или канал, который одновременно поддерживает асинхронную передачу данных и
синхронную голосовую связь.
Как работает Bluetooth
Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно
встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PCкарту. Адаптеры работают в
радиусе 10 метров и, в отличие от IrDA, не обязательно в зоне прямой видимости, то есть, между
соединяемыми устройствами могут быть различные препятствия, или стены.
Bluetooth работает на не лицензируемой во всем мире частоте 2.45 Ггц (полоса промышленного, научного
и медицинского применения ISM  Industry, Science, Medicine), что позволяет свободно использовать
устройства Bluetooth во всем мире. Радиоканал обеспечивает скорость 721Кбит/с и передачу 3 голосовых
каналов. Технология использует FHSS  скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с
расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по
псевдослучайному алгоритму. Для полнодуплексной передачи используется дуплексный режим с
временным разделением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная передача данных и
обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (Time Slots) развертываются для
синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала.
Энергопотребление устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет
уникальный 48битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
Все хорошо, но...
...диапазон 2.4 Ггц является не лицензируемым и может свободно использоваться всеми желающими.
Управляет им лишь Федеральная комиссия по коммуникациям (FCC  Federal Communication
Commission), ограничивая часть диапазона, которую может использовать каждое устройство. Беда в том,
что этих устройств стало очень много  начиная от беспроводных сетей, поддерживающих стандарты
802.11 и 802.11b и устройств Bluetooth и вплоть до микроволновых печей! Сейчас комиссия
рассматривает просьбу увеличить используемый диапазон для Home RF (спецификация, используемая в
аудио и видеотехнике). Это увеличение может повлиять на другие устройства, работающие в этом
диапазоне, количество которых увеличивается. При этом FCC заявила, что использование не
лицензируемой частоты несет несомненный риск и не исключена возможность помех и конфликтов между
устройствами. Фирмы, поддерживающие технологи беспроводных сетей, в том числе и Bluetooth, активно
протестуют против увеличения диапазона
Home RF, но что будет  еще не известно.
ес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
Функциональные составляющие системы Bluetooth:
 радиоустройство
 устройство управления каналом связи
 управление линиями передачи данных
 функции программного обеспечения
Используемые определения Пиконет  <пикосеть>: набор устройств, соединенных через технологию Bluetooth специальным способом.
Пиконет начинается с двух соединенных устройств, таких как портативный ПК и сотовый телефон, и
может разрастаться до восьми соединенных устройств вот почему требуемое адресное пространство
ограничено 3 битами). Все устройства Bluetooth являются одноранговыми устройствами и имеют
идентичную реализацию. Однако при установке пиконет одно устройство будет действовать как мастер
для целей синхронизации, а другое(ие)  как слэйв(ы) для поддержания пиконетсоединения.
 Scatternet  <сеть разброса>: Две или более независимых и несинхронизованных сети пиконет,
взаимодействующих между собой. Как показано на, устройствослэйв, так же, как и устройствомастер в
одной сети пиконет могут устанавливать такое соединение, становясь слэйвом в другой сети пиконет.
 Устройство мастер: устройство в пиконет, в котором генерация синхронизирующих импульсов и
последовательность скачков используются для синхронизации всех других устройств в пиконет.
 Устройство слэйв: все устройства в пиконет, не являющиеся мастером (до 7 активных устройств на
каждое устройство мастер).
 MACадрес: 3битный Media Access Control адрес, используемый для различения устройств, включенных
в пиконет.
 Паркованные устройства: устройства в пиконет, которые синхронизованы, но не имеют MACадресов.
 Sniff Mode и Hold Mode: устройства, синхронизованные в пиконет и имеющие временно введенные
режимы сохранения энергии, в которых активность устройств снижена.
 Adhoc network (специальная сеть)  просто сеть, в которой взаимодействия устанавливаются между
комплексными станциями в данной области покрытия без использования точки доступа или сервера.
 Link Manager Protocol  сообщения LMP используются для настройки связи, безопасности и управления.
Пользовательские модели
Пользовательские модели описывают, каким образом можно использовать устройства Bluetooth. Для
каждой пользовательской модели существует один или более соответствующих профилей, определяющих
уровни протоколов и функции, которые должны быть использованы. Приведенное ниже описание  не
детальное, и эти сведения нельзя считать полными. Для получения дополнительной информации
обратитесь к документации по спецификациям Bluetooth.
Internet Bridge
Пользовательская модель Internet Bridge описывает, каким образом мобильный телефон или беспроводный
модем обеспечивает dialup соединение персонального компьютера без необходимости физического
соединения с ПК. Этот сценарий соединения требует использования сети протоколов, состоящей из двух
частей  одна для команд AT, для управления процессом передачи необходимых данных с мобильного
телефона и других устройств.
ThreeinOne Phone
Пользовательская модель ThreeinOne Phone описывает, каким образом телефонная трубка может
присоединяться к трем разным провайдерам мобильных услуг. Телефон может работать как при
беспроводном телефонном соединении с общественной коммутируемой телефонной сетью в домашних
условиях, которое оплачивается по фиксированной таксе оператора телефонной связи. Этот сценарий
включает осуществление звонков через голосовую базовую станцию и прямых звонков между двумя
терминалами через базовую станцию. По другому сценарию телефон может присоединяться напрямую к
другим телефонам, работая как "walkietalkie" или как некоторое расширение телефона  для такого
способа никакой дополнительной оплаты не требуется. Наконец, модель ThreeinOne Phone может
работать как сотовый телефон, присоединяясь к сотовой инфраструктуре. Беспроводный сценарий и
сценарий двусторонней связи используют одну и ту же сеть протоколов.
Ultimate Headset
Пользовательская модель Ultimate Headset определяется как беспроводная трубка, оборудованная
Bluetooth. Эта модель может работать в условиях удаленного входного и выходного аудиоинтерфейса
устройства. Этим устройством может быть мобильный телефон или ПК для аудиовхода или выхода. Как
и в случае пользовательской модели Internet Bridge, данная модель требует набора протоколов,
состоящего из двух частей; одна для команд AT, чтобы управлять передачей необходимых данных,
например речи, с мобильного телефона и другого устройства. Команды AT контролируют телефоны
применительно, например, к процессу ответа и к прерыванию звонков.
LAN Access
Пользовательская модель LAN Access похожа на пользовательскую модель Internet Bridge. Различие состоит в том, что пользовательская модель LAN Access не использует протоколы для команд AT. Данная
пользовательская модель описывает, каким образом терминалы ввода данных используют место доступа
LAN в качестве беспроводного соединения с локальной сетью. При установлении соединением терминалы
ввода данных работают, как если бы это они были присоединены к LAN через соединение dialup.
File Transfer
Пользовательская модель File Transfer предлагает возможность передачи данных с одного устройства
Bluetooth на другое. В данной пользовательской модели поддерживаются файлы, целые папки, директории
и разноформатные потоки данных. Данная модель также предлагает возможность просмотра содержимого
папок на удаленном устройстве. Более того, в данной пользовательской модели поддерживаются операции
обмена, например, визитными карточками с использованием формата vCard. Модель File Transfer
базируется на GOEP.
Synchronisation
Пользовательская модель Synchronisation обеспечивает возможности для автоматической синхронизации
между, например, настольным ПК, портативным ПК, мобильным телефоном и ноутбуком. Данная
пользовательская модель позволяет производить передачу визитных карточек, списка задач, записей из
ежедневника и т.д., и работать далее с этой информацией при помощи компьютера, сотового телефона и
КПК, используя обычные протоколы и форматы.
Топология Bluetooth
1. Пиконет ограничивается 8 устройствами:
a) точкаточка (или один мастер и один слэйв)
b) мультислэйв (до 7 "слэйвов" с одним мастером)
2. Scatternet может соединять до 10 пиконет
c) несколько пиконет во взаимодействии
Фундаментальные <строительные блоки> топологии Bluetooth  это устройства мастер и слэйв, где
устройство мастер в пиконет обеспечивает генерацию синхронизирующих импульсов и
последовательность скачков для синхронизации всех других устройств в пиконет. Мастер также нумерует
каналы связи. Мастер определяет шаблон, на котором будут работать все слэйвустройства его сети
пиконет, и синхронизирует ее работу. Стандарт Bluetooth предусматривает соединение независимых и
даже не синхронизированных между собой пиконет (до 10) в сеть scatternet. Для этого каждая пара
пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет мастером в одной и слэйвом
в другой. Таким образом, в пределах отдельной scatternet с интерфейсом Bluetooth может быть
одновременно связано максимум 71 устройство, однако никто не ограничивает применение устройств
гейтов, использующих тот же интернет для более дальней связи.
В контексте обмена данными из этой иерархичности можно сделать 2 вывода:
1.Более высокие протоколы зависят от более низких в плане своего существования. Но более низкие
протоколы могут работать и без более высоких, либо поддерживать другие протоколы на более высоких
уровнях.
2.Более высокие протоколы обычно "ближе" пользователю, поскольку они обеспечивают человеко
ориентированные сервисы.
Эти протоколы могут быть разделены на 4 категории:
1.основные протоколы
2.протокол замены кабеля
3.управляющий протокол телефонии
4.принятые протоколы.
Для дотошных: техника для коммуникаций дальнего действия на основе Bluetooth Хотя технология
Bluetooth подразумевается для коммуникаций на близкие расстояния, дистанцию взаимодействия
устройств, как уже упоминалось, можно расширить до 100 метров. Принимая во внимание уровни
устойчивости к фоновому шуму (при чувствительности приемника 70 dBm), необходима выходная
мощность от всенаправленного передатчика 100 mW. Эта передающая мощность классифицируется как
"Class 1", и специфицируется в разделе "Радиоспецификации" в сборнике спецификаций Bluetooth, ver.
1.0, ref.
2. Эта спецификация означает, что передатчик имеет эффективный регулятор для уменьшения помех.
В RFчасти приемопередатчика Bluetooth имеется:
1.полоса пропускания, которая удаляет все частоты вне диапазона в 1 МГц, который используется в этот момент как для передачи, так и для приема
2.переключатель передачиприема, который соединяет усилитель мощности с антенной во время передачи,
а также LNA с антенной во время приема
3.LNA, или LowNoise Amplification  малошумное усиление.
Спецификация накладывает некоторые ограничения на работу RFчасти. Источник питания должен давать
от 2.7 до 5 вольт, и должен работать при температурах от 20 до 60 oC, а его эффективность должна
составлять, по крайней мере, 30% при 140 мА. Выходная мощность должна также отключаться во время
приема. Один из продуктов, отвечающий этим требованиям, называется "MAX2240". Два цифровых
управляющих бита используются для установки VGA (Variable Gain Amplification) на 4 отдельных уровня,
результатом чего является 4 отдельных уровня выходной мощности. Как работает
Bluetooth
Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно
встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PCкарту. Bluetooth работает на
нелецензируемой во всем мире частоте в 2.45 ГГц (частота ISM, или 'свободная полоса', зарезервированная
для промышленного, научного и медицинского использования) и обеспечивает низкое по стоимости и по
энергопотреблению, надежное, защищенное, эффективное и высокоемкое "специальное" сетевое
соединение для передачи голоса и данных со скоростью до 1 Мбита/с, в радиусе 10 метров. В отличие от
IRDA, Bluetooth не требует прямой видимости, т.е. одно Bluetooth устройство может взаимодействовать с
другим через различные препятствия  находясь в кармане, сумке или за углом здания. При работе
передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму,
обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (таймслоты) развертываются для
синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала. Энергопотребление
устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48битовый
сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
Обеспечиваемые сервисы:
 Отправка и прием данных (разумеется!)
 Запрос имени. Link Manager может запрашивать и сообщать имя или идентификационный ключ
устройства  длиной до 16 знаков.
 Запросы адреса связи.
 Настройка соединения.
 Аутентификация.
Согласование и настройка режима связи, например, данные или данные/голос. Эти настройки могут быть
изменены в процессе соединения. Link Manager принимает решение о реальном типе фрейма на
попакетной основе.
Установка устройства в режим sniff mode. В sniff mode рабочий цикл слэйвустройства сокращен: оно
прослушивает только каждый M слот, где M согласуется в Link manager. Устройство мастер может
только начать передачу в указанные промежутки времени.
Установка устройства связи в режим hold mode. В режиме hold mode выключение приемника на более
длительные периоды времени позволяет экономить энергию.
Любое устройство может снова включиться в связь, со средним временем задержки 4 секунды. Это
определяется Link Manager и осуществляется Link Controller.
 Установка устройства в режим ожидания, когда нет необходимости в его участии в коммуникациях в
данный момент, но желательно, чтобы оно оставалось синхронизованным. Устройство периодически
включается, чтобы прослушать канал связи для ресинхронизации с остальной частью пиконет и проверить
страничные сообщения.
Аутентификация и безопасность
Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth
устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не
предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между
Bluetoothустройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для
определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам
решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth
становится не опаснее подключения к интернет, в котором все узлы также соединены электрически, но это
еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу. Узкополосная передача Bluetooth обеспечивает механизмы защиты пользователя и информационной безопасности на физическом слое.
Аутентификация и кодирование осуществляется в каждом устройстве Bluetooth одним и тем же путем,
соответствующим специфике данной пользовательской сети. Соединения могут требовать односторонней
или двусторонней аутентификации, либо совсем ее не требовать. Аутентификация основывается на
алгоритме откликотзыв. Аутентификация является ключевым компонентом любой системы Bluetooth,
позволяя пользователю развить между своими собственными устройствами Bluetooth "область доверия"
(установить одно или двусторонние связи, позволяющие осуществлять сквозную аутентификацию),
например, пользователь может дать разрешение на взаимодействие своего ноутбука со своим же сотовым
телефоном. Кодирование используется для обеспечения безопасности соединения. Bluetooth использует
потоковый шифр, хорошо подходящий для реализации в виде ИС с секретным ключом длиной порядка 0,
40 или 64 бит. Управление ключом осуществляется на более высоком слое программного обеспечения.
Ширина полосы Bluetooth
Bluetooth не ставило первоочередной задачей передачу больших объемов данных. WLAN, который также
использует стандарт IEEE 802.11, демонстрирует лучшие результаты в этом отношении. Скорость
передачи в Bluetooth порядка 720 кбит/с между мастером и любым одним слэйвом. Как можно видеть на
рисунке 5, этого достаточно для телефонии, но недостаточно для видеоконференций и радио. Такие
сервисы, наряду с видео и телевидением, должны обеспечиваться при помощи других технических
средств.
Перспективы Bluetooth
Что можно сказать сегодня о будущем технологии Bluetooth? Это зависит от многих условий. Важно
сделать эту технологию доступной не только для пользователей, но и для разработчиков (Philips
Semiconductors и Ericsson предлагают комплекты Bluetooth для разработчиков, дающие инженерам
удобный инструмент для разработки продуктов, включающих в себя Bluetooth). Так же важно подстроить
технологию под производителей (широкий спектр компаний и целых секторов промышленности, таких как
разработка вычислительной техники, коммуникации, автоматизация, поставка упаковки и фотография
собираются использовать или уже используют данную технологию в своей аппаратуре). Кроме того,
важным фактором распространения технологии станет низкая стоимость ее реализации и совместимость с
конкурирующими продуктами. Всемирные поставки чипов Bluetooth, как предсказывают, вырастут в 2003
году до 260 миллионов единиц. К 2005 году мировые продажи этих чипов могут превысить $3 миллиарда
(по прогнозам InStat Group, Аризона).
Ближайшие цели разработчиков Bluetooth состоят в том, чтобы обеспечить высокоскоростное соединение,
до 610 Мбит/с, и сделать технологию полностью совместимой со всеми нужными устройствами.
Немаловажным плюсом для развития Bluetooth является тот факт, что эта технология не подлежит
лицензированию, и ее использование не требует выплаты какихлибо лицензионных отчислений (хотя и
требует подписания бесплатного соглашения). Такая политика позволила многим компаниям энергично
включиться в процесс разработки устройств с интерфейсом Bluetooth, каковые были в большом
количестве продемонстрированы на выставках CeBIT 20012003 гг. Как предсказывают эксперты в
области мобильных коммуникаций, в текущем году устройства Bluetooth будут встраиваться в 80%
сотовых телефонов. Сейчас уже появились передатчики, подключаемые через PCкарту и USB. Компания
Ericsson выпустила комплект микрофона с наушниками, использующий технологию Bluetooth для связи с
мобильным телефоном, позволяя разговаривать по телефону, не держа его в руках. Компания Toshiba
продемонстрировала устройство, использующее Bluetooth и видеостандарт MPEG4 для проведения
видеоконференций  изображение с камеры передавалось на компьютер и затем на еще один компьютер.
Корпорация Intel уже разработала специальное программное обеспечение, которое позволит передавать по
радиосетям Bluetooth компьютерные файлы. Все больше и больше компаний обращают внимание на эту
технологию. В ближайшем будущем должны появиться различные периферийные устройства, такие как
принтеры, клавиатуры, мыши, работающие с новой технологией.
Так что перспективы Bluetooth мрачными назвать довольно трудно. Сегодня устройства на основе этой
технологии появляются под торговыми марками многих известных производителей. Так, компания
MicroMedical заявила о начале поставок кардиологических аппаратов на основе Bluetooth, с помощью
которых можно будет следить за ходом работы сердца пациента. British Telecom собирается использовать
стандарт Bluetooth при оснащении британских поездов  посетители смогут не только приобрести билеты,
подключившись к кассовым терминалам, но и в процессе ожидания поезда получать недорогой доступ к новостям и фондовым котировкам с помощью мобильных устройств. Компания Parthus Technologies
сообщила о разработках в области удаленной передачи музыкальных файлов с помощью Bluetooth.
Новости по этой теме
Sony Ericsson расширяет диапазон Bluetoothтелефонов Популярность технологии Bluetooth продолжает
увеличиваться. В новом тысячелетии все большее количество производителей сотовых телефонов делает
ставку на внедрение именно этого стандарта, что продемонстрировал шведскояпонский концерн Sony
Ericsson. В преддверии главной торговой выставки индустрии мобильной связи CeBIT IT в немецком
городе Ганновере, компания анонсировала целый ряд новых моделей стандартов CDMA и GSM.
"Топовой" моделью стандарта CDMA является телефон T608 CDMA. Наличие модуля беспроводного
подключения по стандарту Bluetooth делает возможным обмен данными между компьютером и
телефоном, безо всяких дополнительных шнуров. Основанный на Java, T608 позволяет владельцам
скачивать непосредственно на телефон игры, мелодии, фотографии или любые другие приложения, а
большой яркий дисплей с разрешением 128х128 и количеством цветов, достигшем 65.536, ставит модель в
один ряд с карманными компьютерами. Также T608 оснащен встроенным 5тинаправленным
навигационным джойстиком, расширенными возможностями голосового управления и большим
количеством персональных настроек. Немного упрощенной версией

file_name: тема 4 вопрос 11.docx

title: Лекция "Технология связи bluetooth"


extracted_text:
тема 4 вопрос 12
беспроводная технология WiMAX
WiMAX – очень перспективное направление в развитии беспроводных технологий. Характеристики
технологии WiMAX во многом превосходят стандарт IEEE 802.11. Довольно интересно будет
ознакомиться с архитектурой работы системы WiMAX. Несомненно, существует несколько
режимов работы стандарта IEEE 802.16, подробное описание которых можно найти в лекции. Как
ни странно, у новой технологии есть несколько сдерживающих факторов, ограничивающих ее
быстрое распространение.
Цели и задачи WiMAX
При всем богатстве выбора сетевых подключений сложно одновременно соблюсти три основных
требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надежность и мобильность.
Решить подобную задачу может следующее поколение беспроводных технологий  WiMAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16.
Для продвижения и развития технологии WiMAX был сформирован WiMAXфорум:
http://www.wimaxforum.org на базе рабочей группы IEEE 802.16, созданной в 1999 году. В форум
вошли такие фирмы, как Nokia, Harris Corporation, Ensemble, Crosspan и Aperto. К маю 2005 года
форум объединял уже более 230 участников. В том же году Всемирный съезд по вопросам
информационного сообщества (World Summit on Information Society  WSIS) сформулировал
следующие задачи, которые были возложены на технологию WiMAX:
Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и
коммуникационных технологий для небольших поселений, удаленных регионов, изолированных
объектов, учитывая при этом, что в развивающихся странах 1,5 миллиона поселений с числом
жителей более 100 человек не подключены к телефонным сетям и не имеют кабельного сообщения
с крупными городами.
Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и
коммуникационных технологий более половины населения планеты в пределах досягаемости,
учитывая при этом, что общее число пользователей Internet в 2005 году составляло приблизительно
960 млн человек, или около 14,5 % всего населения Земли.
Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводной
доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома",
портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения  локальных сетей.
Надо отметить, что данная технология имеет ряд преимуществ:
По сравнению с проводными (xDSL или широкополосным), беспроводными или
спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервиспровайдерам
экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и
расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже
имеющих фиксированный (стационарный) доступ.
Стандарт объединяет технологии уровня оператора связи (для объединения многих
подсетей и предоставления им доступа к Internet), а также технологии "последней мили"
(конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает
универсальность и, как следствие, повышает надежность системы.
Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, проще в развертывании, так
как по мере необходимости могут масштабироваться.
Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в
развивающихся странах, малонаселенных или удаленных районах.
Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. На данный
момент большинство беспроводных технологий широкополосной передачи данных требуют
наличия прямой видимости между объектами сети. WiMAX благодаря использованию технологии
OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского
оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами.
Технология WiMAX изначально содержит протокол IP, что позволяет легко и
прозрачно интегрировать ее в локальные сети.
Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных
объектов сетей на единой инфраструктуре.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7. WiMAX
8.
Кроме WiFi, существует другой стандарт беспроводной связи  WiMAX, который
развивается не менее быстрыми темпами, но во многом от него отличается.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) базируется на
стандарте IEEE 802.16. Сеть на базе этой технологии строится из базовых и абонентских станций и
оборудования, связывающего между собой базовые станции с поставщиком Интернета и других
сервисов. Используемый диапазон частот  от 1,5 до 13,6 ГГц. Радиус действия  610 км для
"статичных" абонентов и 15 км  для "мобильных", передвигающихся на скорости до 120 км/ч.
Скорость передачи данных может достигать 4075 Мбит/с. WiMAX создавался в качестве
универсальной беспроводной связи для широкого спектра устройств (от ПК и ноутбуков до
мобильных телефонов и планшетов), действующей на больших расстояниях.
Следует сразу отметить, что под названием WiMAX объединяются два стандарта
802.16d (фиксированный WiMAX) и 802.16e (мобильный WiMAX), разработчикам их так и не
удалось объединить. Каждая спецификация имеет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы
пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции
сигнала и другие характеристики. Потому WiMAXсистемы, основанные на различных версиях
стандарта IEEE 802.16, практически несовместимы.
В стандарте 802.16d (он же 802.162004) используются стационарные модемы и
PCMCIAкарты для ноутбуков. Связь возможна только с неподвижными абонентами. При этом
могут достигаться следующие характеристики: скорость до 75 Мбит/с, дальность связи  2580 км,
используемый диапазон частот  1,511 ГГц (чаще применяются 3,5 и 5 ГГц).
Стандарт 802.16e (802.162005) оптимизирован для работы с мобильными
пользователями. Характеристики таковы: скорость до 40 Мбит/с, дальность связи  15 км,
используемый диапазон частот  2,313,6 ГГц (чаще  2,32,5; 2,52,7; 3,43,8 ГГц). Также 802.16e
применяется и для обслуживания фиксированных пользователей. Именно его чаще всего
предлагают пользователям различные провайдеры.
Таким образом, мобильный WiMAX является конкурентом современным мобильным
технологиям, а фиксированный WiMAX  проводному широкополосному доступу DSL. Конечные
абоненты, желающие подключиться к сетям WiMAX, должны в первую очередь выбрать
провайдера и заключить договор. После этого они получат USBмодем, ExpressCardмодем либо
аналогичное устройство. WiMAXприемник можно купить самостоятельно, кроме того, ряд
мобильных устройств и ноутбуков уже имеют встроенную поддержку технологии WiMAX.
В будущем на смену двум спецификациям должен прийти единый стандарт 802.16m
(WiMAX 2). Он будет производительнее, быстрее (скорость до 100 Мбит/с у мобильного варианта
и до 1 Гбит/с  у фисированного). Также появится поддержка новейших коммуникационных
технологий.
Напоследок рассмотрим качественные различия WiFi и WiMAX. WiFi  система
короткого действия (десятки метров), с ее помощью удобно создавать локальные сети,
необязательно подключенные к Интернету. WiMAX  система дальнего действия (километры),
соединяющая провайдера и конечного пользователя. Домашнюю сеть на ее базе построить сложнее,
зато сеть, охватывающую большие пространства,  проще. При сравнении часто применяется такая
аналогия: WiMAX сравнивается с мобильной связью, а WiFi  со стационарным беспроводным
телефоном.
17.
Если вы являетесь ярым сторонником беспроводных сетей, для вас оптимальным
вариантом будет следующая схема (см. рисунок выше): в качестве магистрального канала от провайдера использовать WiMAX, а далее распределять Интернет между потребителями на основе
локальной WiFiсети

file_name: тема 4 вопрос 12.docx

intro:
WiMAX – очень перспективное направление в развитии беспроводных технологий. Характеристики технологии WiMAX во многом превосходят стандарт IEEE 802.11. Довольно интересно будет ознакомиться с архитектурой работы системы WiMAX. Несомненно, существует несколько режимов работы стандарта IEEE 802.16, подробное описание которых можно найти в лекции. Как ни странно, у новой технологии есть несколько сдерживающих факторов, ограничивающих ее быстрое распространение.
Цели и задачи WiMAX
При всем богатстве выбора сетевых подключений сложно одновременно соблюсти три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надежность и мобильность. Решить подобную задачу может следующее поколение беспроводных технологий - WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16.

информатика

group: Дисциплины

title: Лекция "Беспроводная технология WiMAX"


extracted_text:
тема 4 вопрос 13
кабельные системы. витая пара, коаксиальный кабель
Имеются различные варианты кабельной системы сети. 100BaseX может работать с неэкранированным
витым кабелем уровня 5, с экранированным витым кабелем IBM тип 1 или волоконнооптическим
кабелем. Если в сети 10BaseT использовался неэкранированный кабель уровня 3, то для
использования сети 100BaseX его необходимо заменить на кабель уровня 5. С другой стороны, в
новых сетях необходимо использовать только уровень 5, специально предназначенный для передачи
данных.
Кабели являются наиболее распространенной физической средой передачи. Хотя в недавнее время
появились радиосети, сети на инфразвуке, но пока они являются очень дорогими, единичными
проектами.
Анализ работы сетей показывает, что большая доля (70 %) отказов сети приходится на кабельные
системы. В связи с этим вопросам прокладки кабеля, выбора типа кабеля, тестирования, управления
кабельной системой следует уделять чрезвычайное внимание.
Витая пара изначально использовалась в телефонных линиях. Представляет собой несколько
проводов, обвитых вокруг друг друга. Взаимная обвивка обеспечивает защиту от собственных и
внешних наводок. Витая пара бывает экранированной (TP) и неэкранированной (UTP).
Категории для UТР:
∙ UTP 1 не поддерживает передачу цифровых данных
∙ UTP 2 устарел, скорость передачи до 2 Мбит/сек
∙ UTP 3 способен поддерживать скорость до 10 Мбит/с (класс С)
∙ UTP 4 … до 16 Мбит/с, волновое сопротивление должно составлять 100 Ом в диапазоне частот от 1
Мгц до предельной.
∙ UTP 5 скорость до 100 Мбит/с (класс Д), волновое сопротивление должно составлять 100 Ом в
диапазоне частот от 1 Мгц до предельной. Минимальное число скручиваний 26 на 1 м кабеля.
∙ UTP 6 Частота до 200 МГц.
∙ UTP 7 Частота до 600 МГц.
Соединение кабеля с адаптером (сетевой картой) и концентратором производится при помощи 8
контактных соединителей RJ45.
Достоинства кабеля на витой паре  дешевизна и простота установки. Недостаток  взаимное
наложение сигналов между смежными проводами, чувствительность ко внешним электромагнитным
полям, возможность несанкционированного перехвата информации, большая степень затухания
сигнала в пути.
Экранированная витая пара отличается тем, что содержит электрически заземляемую медную оплетку
и алюминевую фольгу. Существуют кабели как с общим экраном, так и с экраном вокруг каждой
пары. Экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных полей. Предполагается, что
категория 6 будет предназначена для неэкранированных и целиком экранированных кабелей с
усовершенствованным соединителем RJ45. К категории 7 будут относиться только кабели с отдельно
экранированными парами, причем применение соединителя RJ45 не предусмотрено.
Коаксиальный кабель. Способен передавать данные со скоростью до 10 Мбит/сек. Основные типы
толстый Ethernet (12 мм) и тонкий Ethernet (6 мм).
Тонкий маркируется как RG58. При реализации сети на тонком коаксиале можно сделать максимум 5
сегментов (разделенных повторителями  репитерами) по 185 м, то есть максимальная длина может
составить 925 м. Уменьшая длину сегмента (на каждом BNC  потери), можно подключить больше
компьютеров, но при этом число компьютеров не должно превышать 150.
Для соединения компьютеров в сети на тонком коаксиале используются Тконнекторы или
цилиндрические соединители типа BNC (British Naval Connector) и 50омные заглушки (терминаторы).
Заглушки устанавливают на обоих концах сетевого сегмента. Расстояние между абонентами должно
быть не менее полуметра. Трансиверный кабель не требуется, Тконнектор вставляется
непосредственно в BNCразъем сетевого адаптера.
Толстый коаксиал дороже, маркируется как RJ8 или RJ11. Надежно передает данные на расстояние
до 500 м. Для присоединения кабеля к адаптеру требуется трансиверный кабель и трансивер AUI (Attachment Unit Interface интерфейсное устройство соединения). Трансиверный кабель имеет
несколько проводников. Для его концевой разделки используют 15контактные DIXразъемы типа
"вилка". Трансиверный кабель может иметь длину до 50 м в обычном исполнении (до 12,5 м в так
называемом офисном варианте). Минимальное расстояние между точками подключения  2,5 м.
Недостаток  сложность установки изза его толщины и жесткости (например, изгибать его можно по
дуге радиусом не менее 3 м), большая стоимость.
Оптоволоконный кабель состоит из уложенных определенным образом, или скрученных определенным
образом волоконных световодов и защитного покрытия. Передача данных производится с помощью
лазерного или светодиодного передатчика, генерирующих световые импульсы. Перед тем, как попасть
в световод, сигнал от излучателя проходит через оптическое согласующее устройство и через
оптический разъемный соединитель (коннектор). На принимающем конце сигнал воспринимается
фотодиодом, который преобразует его в электрический ток.
Преимущества оптоволоконного кабеля: малое затухание и независимость затухания от частоты
сигнала, высокая степень защищенности от внешних электромагнитных влияний, фактическое
исключение несанкционированного доступа, малая стоимость и постоянная тенденция к ее снижению.
Недостатки: дорогое оборудование при установке сети на таком кабеле, потребность в высокой
квалификации персонала, устанавливающего сеть.
В маркировке оптоволоконного кабеля указываются два числа: диаметр центрального проводника и
диаметр плакировки, защищающей световолокно. Поверх плакировки кабель одевается в оболочку.
При прокладывании оптоволокна следует не забыть, что между узлами прокладывается два кабеля:
один для передачи, один для приема.
В зависимости от условий распространения световой волны в центральном кабеле оптические кабели
делятся на одномодовые (single mode SM) и многомодовые (multi mode MM). Многомодовая передача
осуществляется с помощью светоизлучающего диода. Светоизлучающие диоды – это источники не
очень концентрированного света, следовательно, требуют довольно широкого пути передачи. Они
используют довольно низкую частоту, поэтому пропускная способность у них ниже. Рассеиваемый
сигнал отражается от плакировки, образуя дополнительные лучи. Этот процесс называется модальной
дисперсией. Все эти моды накладываются друг на друга, что приводит к искажению и затуханию
сигнала (этим определяется длина сегмента!).
К возникновению мод может привести неверное присоединение сетевых устройств (шаткий разъем,
соединение под углом).
Кабели. Витая пара. Коаксиальный кабель. Оптоволоконный кабель.
Кабели являются наиболее распространенной физической средой передачи. Хотя в недавнее время
появились радиосети, сети на инфразвуке, но пока они являются очень дорогими, единичными
проектами.
Анализ работы сетей показывает, что большая доля (70 %) отказов сети приходится на кабельные
системы. В связи с этим  вопросам прокладки кабеля, выбора типа кабеля, тестирования, управления
кабельной системой следует уделять чрезвычайное внимание.
Витая пара изначально использовалась в телефонных линиях. Представляет собой несколько
проводов, обвитых вокруг друг друга. Взаимная обвивка обеспечивает защиту от собственных и
внешних наводок. Витая пара бывает экранированной (TP) и неэкранированной (UTP).
Категории для UТР:
∙         UTP 1 не поддерживает передачу цифровых данных
∙         UTP 2 устарел, скорость передачи до 2 Мбит/сек
∙         UTP 3 способен поддерживать скорость до 10 Мбит/с (класс С)
∙         UTP 4 … до 16 Мбит/с, волновое сопротивление  должно составлять 100 Ом в диапазоне
частот от 1 Мгц до предельной.
∙         UTP 5 скорость до 100 Мбит/с (класс Д), волновое сопротивление  должно составлять 100
Ом в диапазоне частот от 1 Мгц до предельной. Минимальное число скручиваний 26 на 1 м кабеля.
∙         UTP 6 Частота до 200 МГц.
∙         UTP 7 Частота до 600 МГц. Соединение кабеля с адаптером (сетевой картой) и концентратором производится при помощи 8
контактных соединителей RJ45.
Достоинства кабеля на витой паре  дешевизна и простота установки. Недостаток  взаимное
наложение сигналов между смежными проводами, чувствительность ко внешним электромагнитным
полям, возможность несанкционированного перехвата информации, большая степень затухания
сигнала в пути.
Экранированная витая пара отличается тем, что содержит электрически заземляемую медную оплетку
и алюминевую фольгу. Существуют кабели как с общим экраном, так и с экраном вокруг каждой
пары. Экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных полей. Предполагается, что
категория 6 будет предназначена для неэкранированных и целиком экранированных кабелей  с
усовершенствованным соединителем RJ45. К категории 7 будут относиться только кабели с отдельно
экранированными парами, причем применение соединителя RJ45 не предусмотрено.
Коаксиальный кабель. Способен передавать данные со скоростью до 10 Мбит/сек. Основные типы
толстый Ethernet (12 мм)  и тонкий Ethernet (6 мм).
Тонкий маркируется как RG58. При реализации сети на тонком коаксиале можно сделать максимум 5
сегментов (разделенных повторителями  репитерами) по 185 м, то есть максимальная длина может
составить 925 м. Уменьшая длину сегмента (на каждом BNC  потери), можно подключить больше
компьютеров, но при этом число компьютеров не должно превышать 150.
Для соединения компьютеров в сети на тонком коаксиале используются Тконнекторы или
цилиндрические соединители типа BNC (British Naval Connector) и 50омные заглушки (терминаторы).
Заглушки устанавливают на обоих концах сетевого сегмента. Расстояние между абонентами должно
быть не менее полуметра. Трансиверный кабель не требуется, Тконнектор вставляется
непосредственно  в BNCразъем сетевого адаптера.
  Толстый коаксиал дороже, маркируется как RJ8 или RJ11. Надежно передает данные на расстояние
до 500 м. Для присоединения кабеля к адаптеру требуется трансиверный кабель и трансивер AUI
(Attachment Unit Interface интерфейсное устройство соединения). Трансиверный кабель имеет
несколько проводников. Для его концевой разделки используют 15контактные DIXразъемы типа
"вилка". Трансиверный кабель может иметь длину до 50 м в обычном исполнении (до 12,5 м в так
называемом офисном варианте). Минимальное расстояние между точками подключения  2,5 м.
Недостаток  сложность установки изза его толщины и жесткости (например, изгибать его можно по
дуге радиусом не менее 3 м), большая стоимость.
Оптоволоконный кабель состоит из уложенных определенным образом, или скрученных определенным
образом волоконных световодов и защитного покрытия. Передача данных производится с помощью
лазерного или светодиодного передатчика, генерирующих световые импульсы. Перед тем, как попасть
в световод, сигнал от излучателя проходит через оптическое согласующее устройство и через
оптический разъемный соединитель (коннектор). На принимающем конце сигнал воспринимается
фотодиодом, который преобразует его в электрический ток.
 Преимущества оптоволоконного кабеля: малое затухание и независимость затухания от частоты
сигнала, высокая степень защищенности от внешних электромагнитных влияний, фактическое
исключение несанкционированного доступа, малая стоимость и постоянная тенденция к ее снижению.
Недостатки: дорогое оборудование при установке сети на таком кабеле, потребность в высокой
квалификации персонала, устанавливающего сеть.
В маркировке оптоволоконного кабеля указываются два числа: диаметр центрального проводника и
диаметр плакировки, защищающей световолокно. Поверх плакировки кабель одевается в оболочку.
При прокладывании оптоволокна следует не забыть, что между узлами прокладывается два кабеля:
один для передачи, один для приема.
В зависимости от условий распространения световой волны в центральном кабеле оптические кабели
делятся на одномодовые (single mode SM) и многомодовые (multi mode MM). Многомодовая передача
осуществляется с помощью светоизлучающего диода. Светоизлучающие диоды – это источники не
очень концентрированного света, следовательно, требуют довольно широкого пути передачи. Они
используют довольно низкую частоту, поэтому пропускная способность у них ниже. Рассеиваемый
сигнал отражается от плакировки, образуя дополнительные лучи. Этот процесс называется модальной
дисперсией. Все эти моды накладываются друг на друга, что приводит к искажению и затуханию
сигнала (этим определяется длина сегмента!). К возникновению мод может привести неверное присоединение сетевых устройств (шаткий разъем,
соединение под углом).
Кабельные системы локальных вычислительных сетей
Обычно в литературе, посвященной локальным вычислительным сетям, в разделе, описывающем
кабельные подсистемы, приводится общее сравнение типов кабелей (коаксиальных, кабелей на витых
парах, оптических) по их помехозащищенности, производительности, стоимости и т.п. Здесь эта
информация будет опущена. Как правило, проектировщики сетей не принимают решения на базе этой
информации. Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией.
Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении,
о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня практически все
сети проектируются на базе UTP и волоконнооптических кабелей, коаксиальный кабель применяют
лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в
монтажных шкафах.
В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида
кабелей:



коаксиальный (двух типов):
 тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);
 толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).
витая пара (двух основных типов):
 неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair  UTP);
 экранированная витая пара (shielded twisted pair  STP).
волоконнооптический кабель (двух типов):
 многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);
 одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).
И хотя общая номенклатура всех этих кабелей у многих производителей составляет даже не сотни, а
тысячи наименований, выбирать кабель (повторюсь), как правило, приходится исходя не из
характеристик конкретной марки, а из правил применения, что существенно облегчает жизнь
проектировщику кабельной подсистемы ЛВС.
При проектировании и монтаже ЛВС, как указывалось выше, в качестве стандартных систем передачи
данных можно использовать довольно ограниченную номенклатуру кабелей: кабель с витыми парами
(UTPкабель) категорий 3, 4 или 5 с различными типами экранов или без них (STP  экранирование
медной оплеткой, FTP  экранирование фольгой, SFTP  экранирование медной оплеткой и фольгой),
тонкий коаксиальный кабель (RG58) с разным исполнением центральной жилы (RG58/U  сплошная
медная жила, RG58A/U  многожильный, RG58C/U  специальное /военное/ исполнение кабеля RG
58A/U), толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable) и волоконнооптический кабель (fiber optic
cable single modeодномодовый multimodeмногомодовый). При этом каждый вид кабельной
подсистемы накладывает те или иные ограничения на проект сети:

МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА СЕГМЕНТА
у кабеля с витыми парами
у тонкого коаксиального кабеля
у толстого коаксиального кабеля у многомодового (mm) оптоволоконного кабеля
у одномодового (sm) оптоволоконного кабеля (с применением специальных средств
до 40  7090 км)

КОЛИЧЕСТВО УЗЛОВ НА СЕГМЕНТЕ
у кабеля с витыми парами
у тонкого коаксиального кабеля
у толстого коаксиального кабеля
у оптоволоконного кабеля

ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ НА СКОРОСТЯХ ВЫШЕ 10Мbit/sec
у кабеля с витыми парами и волоконнооптического кабеля
у коаксиальных кабелей
КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Карпов Геннадий,
http://kgg.moldline.net/
Обычно в литературе, посвященной локальным вычислительным сетям, в разделе, описывающем
кабельные подсистемы, приводится общее сравнение типов кабелей (коаксиальных, кабелей на витых
парах, оптических) по их помехозащищенности, производительности, стоимости и т.п. Здесь эта
информация будет опущена. Как правило, проектировщики сетей не принимают решения на базе этой
информации. Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией.
Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении,
о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня практически все
сети проектируются на базе UTP и волоконнооптических кабелей, коаксиальный кабель применяют
лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в
монтажных шкафах.
В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида
кабелей:
коаксиальный (двух типов):
 тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);
 толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).
витая пара (двух основных типов):
 неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair  UTP);
 экранированная витая пара (shielded twisted pair  STP).

 
волоконнооптический кабель (двух типов):
 многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);
 одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).
И хотя общая номенклатура всех этих кабелей у многих производителей составляет даже не сотни, а
тысячи наименований, выбирать кабель (повторюсь), как правило, приходится исходя не из
характеристик конкретной марки, а из правил применения, что существенно облегчает жизнь
проектировщику кабельной подсистемы ЛВС.
КАБЕЛИ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
При проектировании и монтаже ЛВС, как указывалось выше, в качестве стандартных систем передачи
данных можно использовать довольно ограниченную номенклатуру кабелей: кабель с витыми парами
(UTPкабель) категорий 3, 4 или 5 с различными типами экранов или без них (STP  экранирование
медной оплеткой, FTP  экранирование фольгой, SFTP  экранирование медной оплеткой и фольгой),
тонкий коаксиальный кабель (RG58) с разным исполнением центральной жилы (RG58/U  сплошная
медная жила, RG58A/U  многожильный, RG58C/U  специальное /военное/ исполнение кабеля RG
58A/U), толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable) и волоконнооптический кабель (fiber optic
cable single modeодномодовый multimodeмногомодовый). При этом каждый вид кабельной
подсистемы накладывает те или иные ограничения на проект сети:
МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА СЕГМЕНТА
у кабеля с витыми парами
у тонкого коаксиального кабеля
у толстого коаксиального кабеля
у многомодового (mm) оптоволоконного кабеля
у одномодового (sm) оптоволоконного кабеля (с применением специальных средств до 40  7090 км)
КОЛИЧЕСТВО УЗЛОВ НА СЕГМЕНТЕ
у кабеля с витыми парами
у тонкого коаксиального кабеля
у толстого коаксиального
у оптоволоконного кабеля
ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ НА СКОРОСТЯХ ВЫШЕ 10Мbit/sec
у кабеля с витыми парами и волоконнооптического кабеля
у коаксиальных кабелей

file_name: тема 4 вопрос 13.docx

title: Лекция "Кабельные системы. "


extracted_text:
тема 4 вопрос 14
дискретная модуляция аналоговых сигналов. импульснокодовая модуляция
Одной из основных тенденций развития сетевых технологий является передача в одной сети как
дискретных, так и аналоговых по своей природе данных. Источниками дискретных данных являются
компьютеры и другие вычислительные устройства, а источниками аналоговых данных являются такие
устройства, как телефоны, видеокамеры, звуко и видеовоспроизводящая аппаратура. На ранних
этапах решения этой проблемы в территориальных сетях все типы данных передавались в аналоговой
форме, при этом дискретные по своему характеру компьютерные данные преобразовывались в
аналоговую форму с помощью модемов.
Однако по мере развития техники съема и передачи аналоговых данных выяснилось, что передача их в
аналоговой форме не позволяет улучшить качество принятых на другом конце линии данных, если они
существенно исказились при передаче. Сам аналоговый сигнал не дает никаких указаний ни о том, что
произошло искажение, ни о том, как его исправить, поскольку форма сигнала может быть любой, в
том числе и такой, которую зафиксировал приемник. Улучшение же качества линий, особенно
территориальных, требует огромных усилий и капиталовложений. Поэтому на смену аналоговой
технике записи и передачи звука и изображения пришла цифровая техника. Эта техника использует
так называемую дискретную модуляцию исходных непрерывных во времени аналоговых процессов.
Дискретные способы модуляции основаны на дискретизации непрерывных процессов как по
амплитуде, так и по времени (рис. 9). Рассмотрим принципы искретной модуляции на примере
импулъснокодовой модуляции, ИКМ (Pulse Amplitude Modulation, РАМ), которая широко
применяется в цифровой телефонии.
Рис. 9. Дискретная модуляция непрерывного процесса

Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом — за счет этого
происходит дискретизация по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа
определенной разрядности, что означает дискретизацию по значениям функции — непрерывное
множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений.
Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналогоцифровым
преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи в виде
последовательности единиц и нулей. При этом применяются те же методы кодирования, что и в
случае передачи изначально дискретной информации, то есть, например, методы, основанные на коде
B8ZS или 2B1Q.
На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность бит, а специальная
аппаратура, называемая цифроаналоговым преобразователем (ДА/7), производит демодуляцию
оцифрованных амплитуд непрерывного сигнала, восстанавливая исходную непрерывную функцию
времени.
Дискретная модуляции основана на теореме Котельникова. В соответствии с этой теоремой,
аналоговая непрерывная функция, переданнная в виде последовательности ее дискретных по времени
значений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации была в два или более раз
выше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции.
Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться от
исходной.
Преимуществом цифровых методов записи, воспроизведения и передачи аналоговой информации
является возможность контроля достоверности считанных с носителя или полученных по линии связи
данных. Для этого можно применять те же методы, которые применяются для компьютерных данных,
— вычисление контрольной суммы, повторная передача искаженных кадров, применение
самокорректирующихся кодов.
Для качественной передачи голоса в методе ИКМ используется частота квантования амплитуды
звуковых колебаний в 8000 Гц. Это связано с тем, что в аналоговой телефонии для передачи голоса был выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточно качественно передает все основные
гармоники собеседников. В соответствии с теоремой Котелъникова для качественной передачи
голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокую
гармонику непрерывного сигнала, то есть 2 х 3400 = 6800 Гц. Выбранная в действительности частота
дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запас качества. В методе ИКМ обычно используется 7
или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Соответственно это дает 127 или 256
градаций звукового сигнала, что оказывается вполне достаточным для качественной передачи голоса.
При использовании метода ИКМ для передачи одного голосового канала необходима пропускная
способность 56 или 64 Кбит/с в зависимости от того, каким количеством бит представляется каждый
замер. Если для этих целей используется 7 бит, то при частоте передачи замеров в 8000 Гц получаем:
8000 х 7 = 56000 бит/с или 56 Кбит/с;
а для случая 8ми бит:
8000 х 8 = 64000 бит/с или 64 Кбит/с.
Стандартным является цифровой канал 64 Кбит/с, который также называется элементарным
каналом цифровых телефонных сетей.
Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения временного
интервала в 125 мкс (соответствующего частоте дискретизации 8000 Гц) между соседними замерами,
то есть требует синхронной передачи данных между узлами сети. При несоблюдении синхронности
прибывающих замеров исходный сигнал восстанавливается неверно, что приводит к искажению
голоса, изображения или другой мультимедийной информации, передаваемой по цифровым сетям.
Так, искажение синхронизации в 10 мс может привести к эффекту «эха», а сдвиги между замерами в
200 мс приводят к потере распознаваемости произносимых слов. В то же время потеря одного замера
при соблюдении синхронности между остальными замерами практически не сказывается на
воспроизводимом звуке. Это происходит за счет сглаживающих устройств в цифроаналоговых
преобразователях, которые основаны на свойстве инерционности любого физического сигнала —
амплитуда звуковых колебаний не может мгновенно измениться на большую величину.
На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на его вход замеров, но и
погрешность дискретизации амплитуд этих замеров. По теореме Котельникова предполагается, что
амплитуды функции измеряются точно, в то же время использование для их хранения двоичных чисел
сограниченной разрядностью несколько искажает эти амплитуды. Соответственно искажается
восстановленный непрерывный сигнал, что называется шумом дискретизации (по амплитуде).
Представленные в цифровой форме непрерывные данные легко можно передать через компьютерную
сеть. Для этого достаточно поместить несколько замеров в кадр какойнибудь стандартной сетевой
технологии, снабдить кадр правильным адресом назначения и отправить адресату. Адресат должен
извлечь из кадра замеры и подать их с частотой квантования (для голоса — с частотой 8000 Гц) на
цифроаналоговый преобразователь. По мере поступления следующих кадров с замерами голоса
операция должна повториться. Если кадры будут прибывать достаточно синхронно, то качество
голоса может быть достаточно высоким. Однако, как мы уже знаем, кадры в компьютерных сетях
могут задерживаться как в конечных узлах (при ожидании доступа к разделяемой среде), так и в
промежуточных коммуникационных устройствах — мостах, коммутаторах и маршрутизаторах.
Поэтому качество голоса при передаче в цифровой форме через компьютерные сети обычно бывает
невысоким. Для качественной передачи оцифрованных непрерывных сигналов — голоса, изображения
— сегодня используют специальные цифровые сети, такие как ISDN, ATM, и сети цифрового
телевидения. Для передачи внутрикорпоративных телефонных разговоров сегодня характерны сети
frame relay, задержки передачи кадров которых укладываются в допустимые пределы.
налоговая информация также может передаваться по телекоммуникационным сетям в цифровой
форме. Это повышает качество передачи, так как при этом могут применяться эффективные методы
обнаружения и исправления ошибок, недоступные для систем аналоговой передачи. Рассмотрим
принципы дискретной модуляции на примере импульснокодовой модуляции, ИКМ (Pulse Amplitude
Modulation, PAM), которая широко применяется в цифровой телефонии.
Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом — за счет этого
происходит дискретизация по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа
определенной разрядности, что означает дискретизацию по значениям функции — непрерывное
множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений. Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналогоцифровым
преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи в виде
последовательности единиц и нулей
 На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность битов, а
специальная аппаратура, называемая цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), производит
демодуляцию оцифрованных амплитуд непрерывного сигнала, восстанавливая исходную непрерывную
функцию времени.
Дискретная модуляции основана на теории отображения НайквистаКотельникова. В
соответствии с этой теорией аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности
ее дискретных по времени значений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации
была в два или более раз выше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции.
Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться от
исходной.
Для качественной передачи голоса в методе ИКМ используется частота квантования амплитуды
звуковых колебаний в 8000 Гц. Это связано с тем, что в аналоговой телефонии для передачи голоса
был выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточно качественно передает все основные
гармоники собеседников. В соответствии с теоремой Найквиста – Котельникова для качественной
передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокую
гармонику непрерывною сигнала, то есть 2∙34006800 Гц. Выбранная в действительности частота
дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запас качества. В методе ИКМ обычно используется 7
или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Следовательно, для передачи одного
голосового канала при использовании 8 – битового кода:
8000 х 8  64000 бит/с или 64 кбит/с.
это стандартный цифровой канал который также называется элементарным каналом цифровых
телефонных сетей.
Существуют и другие методы дискретной модуляции, позволяющие представить замеры голоса в
более компактной форме, например в виде последовательности 4битных или 2бигных чисел. При
этом один голосовой канал требует меньшей пропускной способности, например 32 кбит/с, 16 кбит/с
или еще меньше. С 1985 года применяется стандарт CCITT кодирования голоса, называемый Adaptive
Differential Pulse Code Modulation (ADPCM). Коды ADPCM основаны на нахождении разностей между
последовательными замерами голоса, которые затем и передаются по сети. В коде ADPCM для
хранения одной разности используется 4 бит, и голос передается со скоростью 32 кбит/с. Более
современный метод, Linear Predictive Coding (LPC), делает замеры исходной функции реже, но
использует прогнозирование направления, в котором изменяется амплитуда сигнала. При помощи
этого метода можно понизить скорость передачи голоса до 9600 бит/с.
7.2.3 Импульснокодовая модуляция
Передача квантованных значений сигнала с помощью коротких импульсов различной высоты
называется амплитудноимпульсной модуляцией (АИМ). Под импульснокодовой модуляцией (ИКМ)
понимается передача непрерывных функций при помощи двоичного кода.
При кодовой модуляции необходимо передать числа, выражающие величину квантованных отсчетов.
Для этого можно воспользоваться двоичным кодом. Числа, подлежащие передаче, надо записать в
двоичной системе счисления – это и даст необходимые кодовые комбинации. При помощи n  значных двоичных чисел можно представить
передаче, сводится до конечной величины
. Если принять шаг квантования за единицу, то
будет означать наибольшее квантованное значение. Количество знаков в двоичной кодовой
комбинации равно
рис. 3 показаны преобразования аналогового сигнала (а) в АИМ (б) и ИКМ (в) для n = 4.
. Если n – не целое, то оно округляется до ближайшего целого числа. На
чисел. Благодаря квантованию количество чисел, подлежащих
) следует учитывать два фактора. С одной стороны,
При выборе шага квантования (или числа
увеличение числа ступеней квантования увеличивает точность передачи сигнала, с другой – требует
удлинения кодовой комбинации (n). Так для телефонной передачи установлено, что
удовлетворительное качество передачи достигается при
При анализе приема сигналов с импульснокодовой модуляцией обычно рассматривают не отношение
(цена округления)
средних мощностей сигнала и помехи, а отношение половины шага квантования
, т.е. при семизначном коде.
к среднеквадратичному значению помехи
. Квадрат отношения
заменяет отношение сигнал – шум.
Пусть число уровней квантования равно
 значений nзначным
кодовым числом, составленным из импульсов, квантованных на m уровней (АИМ). Общее число
возможных комбинаций равно
относительно нуля , т. е. разрешенными являются уровни :
. Пусть шкала уровней симметрична
. Будем передавать каждое из
. Очевидно, что
Если все уровни равновероятны, средняя мощность сигнала равна
Отсюда шаг квантования равен
откуда
Таким образом, при неизменных мощностях сигнала и помехи выгодно уменьшать основание кода.
Наименьшее значение m равно 2 (двоичный код), что соответствует ИКМ. В этом случае
совпадает с обычным определением отношения сигнал – помеха.
введенная величина
В обычной АИМ
>>1, и в этом случае
т.е. раз.
Следовательно, ИКМ дает выигрыш в отношении сигнал – помеха в
Какой же ценой достигается этот выигрыш? Если при АИМ за каждый тактовый интервал (отсчет)
передается один импульс, то при ИКМ за тот же интервал должны быть переданы n импульсов. При
неизменной скважности каждый из этих n импульсов в n раз короче (см. рис. 3), а, следовательно,
ширина спектра сигнала в n раз больше, чем ширина спектра сигнала АИМ. Таким образом, за
увеличение отношения сигнал – помеха мы расплачиваемся расширением полосы.
Под цифровым представлением речевых сигналов (РС) будем понимать их аналогоцифровое
преобразование (АЦП). Первый шаг состоит в периодической дискретизации замене непрерывной
функции её дискретными значениями.
Согласно теореме В. Котельникова, частота дискретизации должна быть равна или превосходить
удвоенное значение полосы, которую занимает сигнал.
Согласно международному стандарту, для хорошего качества передачи речи, достаточна полоса
частот 300 – 3400 Гц. При этом достаточна частота дискретизации
дискрет называется амплитудноимпульсной модуляцией (АИМ).
. Процесс получения
Рисунок 7.1 Иллюстрация процедуры дискретизации аналогового сигнала

Для высокого качества передачи речи достаточно квантовать аналоговый сигнал с использованием 13
разрядов (бит) двоичного кода.
Тогда скорость цифрового потока на выходе такого простейшего кодера:
Задачей речевого кодера является минимизация скорости цифрового потока на своем выходе,
разумеется при сохранении высокого качества передачи речи.
Импулъснокодовая модуляция (ИКМ)  самый старый метод цифрового кодирования речи.
Рисунок 7.2 – ИКМкодер

Система ИКМ с линейным квантованием практически не применяется, поскольку для достижения
приемлемого качества восприятия восстановленного речевого сигнала при равномерном квантовании
необходимо обеспечить m ≥ 12. Столь большое число уровней квантования nмакс = 212 при Fд = 8 кГц
требует, чтобы скорость Rц передачи символов в канале была не менее 96 кбит/с. Для существенного
уменьшения скорости Rц цифрового потока прибегают к нелинейному квантованию (рисунок 7.3  а) в
процессе мгновенного компандирования(МК),когдана передающей стороне РС подвергают компрессии по логарифмическому закону, а на приемной осуществляют обратную операцию –
экспандирование с помощью экспоненциального преобразования. При МК устраняется
психофизическая избыточность, определяемая низкой заметностью искажений квантования на фоне
сильного сигнала.
В электросвязи используется ИКМ с компандированием либо по m  закону, либо по А  закону;
характеристика компрессии по m  закону приведена на рисунке 7.3б для разных значений
коэффициента сжатия. Обычно используют m = 30; 100; 255 или А = 87,6. Структурная схема системы
ИКМ с МК дополняется элементами логарифмического компандера (рекомендация ITUT G.711, 1960
г.). Так, можно либо компрессировать исходный сигнал по логарифмическому закону с последующим
равномерным квантованием при сравнительно малом числе уровней (например, при m = 8), либо
компрессировать предварительно преобразованный в цифровую форму сигнал при сравнительно
большом исходном числе уровней квантования (например, при m = 12) с последующим
преобразованием к восьмиразрядному коду (m = 8). Результатом преобразования является двоичная
последовательность, передаваемая со скоростью Rц = 64 кбит/с.

Рис. 7.3. Принцип нелинейного квантования (а) и характеристики компрессии по m  закону (б)
Изза трудностей реализации неравномерного квантования с аналоговыми компрессорами переходят к
цифровым, у которых плавная характеристика компрессии заменяется линейноломанной
аппроксимирующей функцией с различным числом сегментов.

Кодер ИКМ состоит из фильтра защиты от перекрытия спектров, дискретизатора и квантователя с
переменным шагом (квантование с логарифмическим сжатием).
Переменный шаг квантования вызван двумя факторами:
} Чувствительность человеческого уха снижается при увеличении уровня звука. Поэтому без ущерба
качеству можно сократить число уровней квантования в области больших амплитуд.
} Сигналы с малыми амплитудами встречаются чаще нежели с большими. А это наталкивает на мысль,
что можно почти не ухудшая качество квантовать большие амплитуды с меньшей точностью, чем
малые.

file_name: тема 4 вопрос 14.docx

intro: Одной из основных тенденций развития сетевых технологий является передача в одной сети как дискретных, так и аналоговых по своей природе данных. Источниками дискретных данных являются компьютеры и другие вычислительные устройства, а источниками аналоговых данных являются такие устройства, как телефоны, видеокамеры, звуко- и видеовоспроизводящая аппаратура. На ранних этапах решения этой проблемы в территориальных сетях все типы данных передавались в аналоговой форме, при этом дискретные по своему характеру компьютерные данные преобразовывались в аналоговую форму с помощью модемов.

title: Лекция "Дискретная модуляция аналоговых сигналов. "