Передача данных по каналам связи точка-точка и точка-многоточка

Введение

Передача данных по каналу связи "точка-точка" или "точка-многоточка".

Передача данных, включая передачу и прием данных, представляет собой передачу данных, осуществляемую по каналу связи "точка-точка" или "точка-многоточка". Примерами таких каналов служат медные провода, оптические волокна, беспроводная связь с использованием радиочастотного спектра, носители информации и компьютерные шины. Данные представляются в виде электромагнитного сигнала, например, электрического напряжения, радиоволны, микроволнового или инфракрасного излучения. Аналоговая передача – это способ передачи голоса, данных, изображений, сигналов или видеоинформации с использованием непрерывного сигнала, изменяющегося по амплитуде, фазе или другим характеристикам пропорционально исходному сигналу. Сообщения могут быть представлены в виде последовательности импульсов посредством линейного кодирования (передача в базовой полосе) или ограниченного набора непрерывно изменяющихся сигналов (передача в полосе пропускания) с использованием метода цифровой модуляции. Модуляция в полосе пропускания и соответствующая демодуляция выполняются с помощью модемного оборудования. Цифровая связь, включая цифровую передачу и цифровой прием, представляет собой передачу оцифрованного аналогового сигнала или изначально цифрового битового потока. Цифровая передача и цифровые коммуникации имеют схожее содержание. Цифровая передача или передача данных традиционно относятся к области телекоммуникаций и электротехники. Основные принципы передачи данных также могут рассматриваться в рамках компьютерной науки или компьютерной инженерии, охватывающих приложения компьютерных сетей и протоколы связи, такие как маршрутизация, коммутация и межпроцессное взаимодействие. Хотя протокол управления передачей (TCP) включает в себя передачу, TCP и другие протоколы транспортного уровня рассматриваются в контексте компьютерных сетей, но не обсуждаются в учебниках или курсах по передаче данных. В большинстве учебников термин "аналоговая передача" относится исключительно к передаче аналогового сообщения (без оцифровки) посредством аналогового сигнала, либо в виде немодулированного сигнала базовой полосы, либо в виде сигнала полосы пропускания с использованием аналогового метода модуляции, такого как AM или FM. Она также может включать аналоговые импульсно-модулированные сигналы базовой полосы, например, широтно-импульсную модуляцию. В некоторых книгах, придерживающихся традиций компьютерных сетей, аналоговая передача также относится к передаче в полосе пропускания битовых потоков с использованием методов цифровой модуляции, таких как FSK, PSK и ASK. Следует отметить, что эти методы рассматриваются в учебниках, посвященных цифровой передаче или передаче данных.

Data communication, including data transmission and data reception, is the transfer of data, transmitted and received over a point to point or point to multipoint communication channel. Examples of such channels are copper wires, optical fibers, wireless communication using radio spectrum, storage media and computer buses. The data are represented as an electromagnetic signal, such as an electrical voltage, radiowave, microwave, or infrared signal. Analog transmission is a method of conveying voice, data, image, signal or video information using a continuous signal which varies in amplitude, phase, or some other property in proportion to that of a variable. The messages are either represented by a sequence of pulses by means of a line code (baseband transmission), or by a limited set of continuously varying waveforms (passband transmission), using a digital modulation method. The passband modulation and corresponding demodulation is carried out by modem equipment. Digital communications, including digital transmission and digital reception, is the transfer of
either a digitized analog signal or a born digital bitstream. as well as digital transmission and digital communications have similar content. Digital transmission or data transmission traditionally belongs to telecommunications and electrical engineering. Basic principles of data transmission may also be covered within the computer science or computer engineering topic of data communications, which also includes computer networking applications and communication protocols, for example routing, switching and inter process communication. Although the Transmission Control Protocol (TCP) involves transmission, TCP and other transport layer protocols are covered in computer networking but not discussed in a textbook or course about data transmission. In most textbooks, the term analog transmission only refers to the transmission of an analog message signal (without digitization) by means of an analog signal, either as a non modulated baseband signal or as a passband signal using an analog modulation method such as AM or FM. It may also include analog over analog pulse modulated baseband signals such as pulse width modulation. In a few books within the computer networking tradition, analog transmission also refers to passband transmission of bit streams using digital modulation methods such as FSK, PSK and ASK. Note that these methods are covered in textbooks named digital transmission or data transmission, for example.

Применение и история

С момента появления связи данные (в основном, но не исключительно информационные) передаются не электронными (например, оптическими, акустическими, механическими) средствами. Аналоговые сигналы передаются в электронном виде с момента появления телефона. Однако первыми приложениями электромагнитной передачи данных в современное время были телеграфия (1809) и телетайп (1906), которые являются цифровыми сигналами. Основная теоретическая работа по передаче данных и теории информации Гарри Найквистом, Ральфом Хартли, Клодом Шенноном и другими в начале 20-го века была выполнена с учетом этих приложений. Передача данных используется в компьютерах в компьютерных шинах и для связи с периферийным оборудованием через параллельные порты и последовательные порты, такие как RS 232 (1969), FireWire (1995) и USB (1996). Принципы передачи данных также используются в носителях для обнаружения и исправления ошибок с 1951 года. Первым практическим методом точного приема данных приемником с использованием цифрового кода был код Баркера, изобретенный Рональдом Хью Баркером в 1952 году и опубликованный в 1953 году. Передача данных используется в компьютерном сетевом оборудовании, таком как модемы (1940), адаптеры локальных сетей (LAN) (1964), ретрансляторы, ретрансляторные узлы, микроволновые линии связи, точки доступа к беспроводной сети (1997) и т.д. В телефонных сетях цифровая связь используется для передачи множества телефонных звонков по одному и тому же медному или волоконно-оптическому кабелю посредством импульсно-кодовой модуляции (PCM) в сочетании с мультиплексированием с разделением по времени (TDM) (1962). Телефонные станции стали цифровыми и управляемыми программным обеспечением, что упрощает предоставление многих дополнительных услуг. Например, первая телефонная станция AXE была представлена в 1976 году. Цифровая связь с конечным пользователем посредством услуг сети Integrated Services Digital Network (ISDN) стала доступна в конце 1980-х годов. С конца 1990-х годов широкополосные технологии доступа, такие как ADSL, кабельные модемы, волокно до здания (FTTB) и волокно до дома (FTTH), получили широкое распространение в небольших офисах и домах. В настоящее время наблюдается тенденция к замене традиционных телекоммуникационных услуг пакетной передачей данных, такой как IP-телефония и IPTV. Передача аналоговых сигналов в цифровом виде обеспечивает более широкие возможности обработки сигналов. Возможность обработки сигнала связи означает, что ошибки, вызванные случайными процессами, могут быть обнаружены и исправлены. Цифровые сигналы также могут быть дискретизированы вместо непрерывного мониторинга. Мультиплексирование нескольких цифровых сигналов намного проще, чем мультиплексирование аналоговых сигналов. Благодаря всем этим преимуществам, огромному спросу на передачу компьютерных данных и способности цифровой связи удовлетворять этот спрос, а также благодаря недавним достижениям в области широкополосных каналов связи и твердотельной электроники, позволившим инженерам в полной мере реализовать эти преимущества, цифровые коммуникации быстро развивались. Цифровая революция также привела к появлению множества цифровых телекоммуникационных приложений, в которых применяются принципы передачи данных. Примеры включают сотовую связь второго поколения (1991) и более поздних поколений, видеоконференции, цифровое телевидение (1998), цифровое радио (1999) и телеметрию. Передача данных, цифровая передача или цифровые коммуникации – это передача данных по каналу связи типа «точка-точка» или «точка-многоточка». Примеры таких каналов включают медные провода, оптические волокна, каналы беспроводной связи, носители информации и компьютерные шины. Данные представляются в виде электромагнитного сигнала, такого как электрическое напряжение, радиоволна, микроволны или инфракрасный свет. В то время как аналоговая передача – это передача непрерывно изменяющегося аналогового сигнала по аналоговому каналу, цифровая связь – это передача дискретных сообщений по цифровому или аналоговому каналу. Сообщения представляются либо последовательностью импульсов с помощью линейного кода (передача в базовой полосе), либо ограниченным набором непрерывно изменяющихся форм волн (передача в полосе пропускания) с использованием метода цифровой модуляции. Модуляция полосы пропускания и соответствующая демодуляция (также известная как детектирование) выполняются с помощью модема. Согласно наиболее распространенному определению цифрового сигнала, как сигналы базовой полосы, так и сигналы полосы пропускания, представляющие потоки битов, рассматриваются как цифровая передача, в то время как альтернативное определение рассматривает только сигнал базовой полосы как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания – как форму преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, поступающими из источника данных, например, компьютера или клавиатуры. Они также могут быть аналоговым сигналом, таким как телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованным в поток битов, например, с помощью импульсно-кодовой модуляции (PCM) или более продвинутых схем кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Это кодирование и декодирование источника выполняется кодеками.

Data (mainly but not exclusively informational) has been sent via non electronic (e. g. optical, acoustic, mechanical) means since the advent of communication. Analog signal data has been sent electronically since the advent of the telephone. However, the first data electromagnetic transmission applications in modern time were telegraphy (1809) and teletypewriters (1906), which are both digital signals. The fundamental theoretical work in data transmission and information theory by Harry Nyquist, Ralph Hartley, Claude Shannon and others during the early 20th century, was done with these applications in mind. Data transmission is utilized in computers in computer buses and for communication with peripheral equipment via parallel ports and serial ports such as RS 232 (1969), FireWire (1995) and USB (1996). The principles of data transmission are also utilized in storage media for error detection and correction since 1951. The first practical method to overcome the problem of receiving data accurately by the receiver using digital code was the Barker code invented by Ronald Hugh Barker in 1952 and published in 1953. Data transmission is utilized in computer networking equipment such as modems (1940), local area network (LAN) adapters (1964), repeaters, repeater hubs, microwave links, wireless network access points (1997), etc. In telephone networks, digital communication is utilized for transferring many phone calls over the same copper cable or fiber cable by means of pulse code modulation (PCM) in combination with time division multiplexing (TDM) (1962). Telephone exchanges have become digital and software controlled, facilitating many value added services. For example, the first AXE telephone exchange was presented in 1976. Digital communication to the end user using Integrated Services Digital Network (ISDN) services became available in the late 1980s. Since the end of the 1990s, broadband access techniques such as ADSL, Cable modems, fiber to the building (FTTB) and fiber to the home (FTTH) have become widespread to small offices and homes. The current tendency is to replace traditional telecommunication services with packet mode communication such as IP telephony and IPTV. Transmitting analog signals digitally allows for greater signal processing capability. The ability to process a communications signal means that errors caused by random processes can be detected and corrected. Digital signals can also be sampled instead of continuously monitored. The multiplexing of multiple digital signals is much simpler compared to the multiplexing of analog signals. Because of all these advantages, because of the vast demand to transmit computer data and the ability of digital communications to do so and because recent advances in wideband communication channels and solid state electronics have allowed engineers to realize these advantages fully, digital communications have grown quickly. The digital revolution has also resulted in many digital telecommunication applications where the principles of data transmission are applied. Examples include second generation (1991) and later cellular telephony, video conferencing, digital TV (1998), digital radio (1999), and telemetry. Data transmission, digital transmission or digital communications is the transfer of data over a point to point or point to multipoint communication channel. Examples of such channels include copper wires, optical fibers, wireless communication channels, storage media and computer buses. The data are represented as an electromagnetic signal, such as an electrical voltage, radiowave, microwave, or infrared light. While analog transmission is the transfer of a continuously varying analog signal over an analog channel, digital communication is the transfer of discrete messages over a digital or an analog channel. The messages are either represented by a sequence of pulses by means of a line code (baseband transmission), or by a limited set of continuously varying wave forms (passband transmission), using a digital modulation method. The passband modulation and corresponding demodulation (also known as detection) is carried out by modem equipment. According to the most common definition of a digital signal, both baseband and passband signals representing bit streams are considered as digital transmission, while an alternative definition only considers the baseband signal as digital, and passband transmission of digital data as a form of digital to analog conversion. Data transmitted may be digital messages originating from a data source, for example a computer or a keyboard. It may also be an analog signal such as a phone call or a video signal, digitized into a bit stream for example using pulse code modulation (PCM) or more advanced source coding (analog to digital conversion and data compression) schemes. This source coding and decoding is carried out by codec equipment.

Серийная и параллельная передача

В телекоммуникациях последовательная передача – это передача элементов сигнала группы последовательно, представляющих символ или другую единицу данных. Цифровая последовательная передача – это биты, передаваемые последовательно по одному проводу, частоте или оптическому каналу. Поскольку она требует меньше обработки сигнала и меньше вероятности ошибок, чем параллельная передача, скорость передачи по каждому отдельному каналу может быть выше. Это позволяет использовать её на больших расстояниях, а также легко отправлять вместе с данными контрольную сумму или бит четности. Параллельная передача – это одновременная передача связанных элементов сигнала по двум или более отдельным каналам. Используется несколько электрических проводов, которые могут передавать несколько бит одновременно, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем при последовательной передаче. Этот метод обычно применяется внутри компьютера, например, для внутренних шин, а иногда и для внешних устройств, таких как принтеры. Несоответствие времени (временной дрейф) может быть существенной проблемой в таких системах, поскольку провода в параллельной передаче данных неизбежно обладают немного разными характеристиками, из-за чего некоторые биты могут приходить раньше других, что может привести к повреждению сообщения. Эта проблема обычно усиливается с увеличением расстояния, что делает параллельную передачу данных менее надежной для больших расстояний.

Асинхронная и синхронная передача данных

Асинхронная последовательная связь использует стартовые и стоповые биты для обозначения начала и конца передачи. Этот метод передачи применяется, когда данные отправляются не непрерывно, а отдельными порциями. Синхронная передача синхронизирует скорости передачи на передающем и принимающем концах с помощью тактовых сигналов. Тактовый сигнал может быть отдельным или встроенным в данные. Затем между двумя узлами передается непрерывный поток данных. Благодаря отсутствию стартовых и стоповых битов, скорость передачи данных может быть выше.