Komunikacja danych

Transmisja i odbiór danych lub szerzej transmisja danych lub łączność cyfrowa to przesyłanie i odbiór danych w postaci cyfrowego strumienia bitów lub zdigitalizowanego sygnału analogowego przesyłanego kanałem komunikacyjnym punkt-punkt lub punkt-wielopunkt . Przykładami takich kanałów są przewody miedziane , światłowody , komunikacja bezprzewodowa wykorzystująca widmo radiowe , nośniki pamięci i magistrale komputerowe . Dane są reprezentowane jako sygnał elektromagnetyczny , taki jak napięcie elektryczne , fale radiowe , mikrofale lub sygnał podczerwieni .

Transmisja analogowa to metoda przekazywania głosu, danych, obrazu, sygnału lub informacji wideo za pomocą sygnału ciągłego, którego amplituda, faza lub inna właściwość zmienia się proporcjonalnie do zmiennej. Komunikaty są albo reprezentowane przez sekwencję impulsów za pomocą kodu liniowego ( transmisja w paśmie podstawowym ), albo przez ograniczony zestaw ciągle zmieniających się kształtów fal ( transmisja w paśmie przepustowym ), przy użyciu cyfrowej metody modulacji . Modulacja pasma przepustowego i odpowiadająca jej demodulacja są przeprowadzane przez sprzęt modemowy . Zgodnie z najbardziej powszechną definicją sygnału cyfrowego , zarówno sygnały w paśmie podstawowym, jak i w paśmie przepustowym, reprezentujące strumienie bitów, są uważane za transmisję cyfrową , podczas gdy alternatywna definicja traktuje tylko sygnał w paśmie podstawowym jako sygnał cyfrowy, a transmisję w paśmie przepustowym danych cyfrowych jako formę transmisji cyfrowej na -konwersja analogowa .

Przesyłane dane mogą być wiadomościami cyfrowymi pochodzącymi ze źródła danych, na przykład komputera lub klawiatury. Może to być również sygnał analogowy, taki jak rozmowa telefoniczna lub sygnał wideo, zdigitalizowany do postaci strumienia bitów, na przykład przy użyciu modulacji impulsowo-kodowej lub bardziej zaawansowanych schematów kodowania źródłowego . To kodowanie i dekodowanie źródłowe jest przeprowadzane przez sprzęt kodeków .

Rozróżnienie przedmiotów pokrewnych

kursy i podręczniki z zakresu transmisji danych oraz cyfrowej transmisji i komunikacji cyfrowej .

Transmisja cyfrowa lub transmisja danych tradycyjnie należy do telekomunikacji i elektrotechniki . Podstawowe zasady transmisji danych mogą być również omówione w ramach informatyki lub inżynierii komputerowej związanej z komunikacją danych, która obejmuje również aplikacje sieci komputerowych i protokoły komunikacyjne , na przykład routing, przełączanie i komunikację między procesami . Chociaż protokół kontroli transmisji (TCP) obejmuje transmisję, protokół TCP i inne protokoły warstwy transportowej są omówione w sieciach komputerowych, ale nie są omawiane w podręczniku ani kursie dotyczącym transmisji danych.

W większości podręczników termin transmisja analogowa odnosi się tylko do transmisji analogowego sygnału informacyjnego (bez digitalizacji) za pomocą sygnału analogowego, albo jako niemodulowanego sygnału pasma podstawowego, albo jako sygnału pasma przepustowego przy użyciu analogowej metody modulacji, takiej jak AM lub FM . Może również obejmować analogowo-analogowe modulowane impulsowo sygnały pasma podstawowego, takie jak modulacja szerokości impulsu. W kilku książkach w ramach tradycji sieci komputerowych transmisja analogowa odnosi się również do transmisji pasma przepustowego strumieni bitów przy użyciu cyfrowych metod modulacji, takich jak FSK , PSK i ASK . Zwróć uwagę, że te metody są omówione w podręcznikach, na przykład o nazwie transmisja cyfrowa lub transmisja danych.

Teoretyczne aspekty transmisji danych są objęte teorią informacji i teorią kodowania .

Warstwy protokołu i podtematy

Kursy i podręczniki z zakresu transmisji danych zazwyczaj dotyczą następujących warstw protokołów modelu OSI i tematów:

Warstwa 1, warstwa fizyczna :
- Kodowanie kanałów , w tym
  - Schematy modulacji cyfrowej
  - Schematy kodowania linii
  - korekcji błędów w przód (FEC).
- Synchronizacja bitowa
- Multipleksowanie
- Wyrównanie
- Modele kanałów
Warstwa 2, warstwa łącza danych :
Warstwa 6, warstwa prezentacji :
- Kodowanie źródłowe (digitalizacja i kompresja danych) oraz teoria informacji.
- Kryptografia (może wystąpić na dowolnej warstwie)

Powszechne jest również zajmowanie się projektowaniem międzywarstwowym tych trzech warstw.

Zastosowania i historia

Dane (głównie, choć nie wyłącznie informacyjne ) były przesyłane środkami nieelektronicznymi (np. optycznymi , akustycznymi , mechanicznymi ) od czasu pojawienia się komunikacji . Sygnały analogowe przesyłane są drogą elektroniczną od czasu pojawienia się telefonu . Jednak pierwszymi zastosowaniami transmisji elektromagnetycznej danych w czasach nowożytnych były telegrafia (1809) i dalekopisy (1906), które są sygnałami cyfrowymi . Podstawowa praca teoretyczna z zakresu transmisji danych i teorii informacji autorstwa Harry'ego Nyquista , Ralpha Hartleya , Claude'a Shannona i innych na początku XX wieku została wykonana z myślą o tych zastosowaniach.

Transmisja danych wykorzystywana jest w komputerach w magistralach komputerowych oraz do komunikacji z urządzeniami peryferyjnymi poprzez porty równoległe i szeregowe , takie jak RS-232 (1969), FireWire (1995) i USB (1996). Od 1951 r . zasady transmisji danych są również wykorzystywane w nośnikach danych do wykrywania i korygowania błędów. Pierwszą praktyczną metodą przezwyciężenia problemu dokładnego odbioru danych przez odbiornik za pomocą kodu cyfrowego był kod Barkera wynaleziony przez Ronalda Hugh Barkera w 1952 r. i opublikowany w 1953 r. Transmisja danych jest wykorzystywana w komputerowych urządzeniach sieciowych, takich jak modemy (1940 r.), adaptery sieci lokalnej (LAN) (1964 r.), repeatery , koncentratory repeaterów , łącza mikrofalowe , punkty dostępu do sieci bezprzewodowych (1997 r.) itp.

W sieciach telefonicznych komunikacja cyfrowa jest wykorzystywana do przesyłania wielu rozmów telefonicznych przez ten sam kabel miedziany lub kabel światłowodowy za pomocą modulacji impulsowo-kodowej (PCM) w połączeniu z multipleksowaniem z podziałem czasu (TDM) (1962). Centrale telefoniczne stały się cyfrowe i kontrolowane przez oprogramowanie, ułatwiając korzystanie z wielu usług o wartości dodanej. Na przykład pierwsza centrala telefoniczna AX została zaprezentowana w 1976 roku. Cyfrowa komunikacja z użytkownikiem końcowym za pomocą usług Integrated Services Digital Network (ISDN) stała się dostępna pod koniec lat 80-tych. Od końca lat 90. techniki dostępu szerokopasmowego, takie jak ADSL , modemy kablowe , łącza światłowodowe do budynku (FTTB) i łącza światłowodowe do domu (FTTH) stały się powszechne w małych biurach i domach. Obecna tendencja polega na zastępowaniu tradycyjnych usług telekomunikacyjnych komunikacją pakietową , taką jak telefonia IP i IPTV .

Cyfrowa transmisja sygnałów analogowych pozwala na większe możliwości przetwarzania sygnału . Możliwość przetwarzania sygnału komunikacyjnego oznacza, że błędy spowodowane przypadkowymi procesami mogą być wykrywane i korygowane. Sygnały cyfrowe mogą być również próbkowane zamiast ciągłego monitorowania. Multipleksowanie prostsze niż multipleksowanie sygnałów analogowych. Ze względu na wszystkie te zalety, ogromne zapotrzebowanie na przesyłanie danych komputerowych i możliwości komunikacji cyfrowej w tym zakresie, a także ponieważ ostatnie postępy w szerokopasmowych kanałach komunikacyjnych i elektronice półprzewodnikowej umożliwiły inżynierom pełne wykorzystanie tych zalet, komunikacja cyfrowa rozwinęła się szybko.

Rewolucja cyfrowa zaowocowała również wieloma cyfrowymi aplikacjami telekomunikacyjnymi, w których stosowane są zasady transmisji danych. Przykłady obejmują telefonię komórkową drugiej generacji (1991) i późniejsze , wideokonferencje , telewizję cyfrową (1998), radio cyfrowe (1999) i telemetrię .

Transmisja danych, transmisja cyfrowa lub komunikacja cyfrowa to przesyłanie danych kanałem komunikacyjnym punkt-punkt lub punkt-wielopunkt. Przykłady takich kanałów obejmują przewody miedziane, światłowody, kanały komunikacji bezprzewodowej, nośniki danych i magistrale komputerowe. Dane są reprezentowane jako sygnał elektromagnetyczny , taki jak napięcie elektryczne, fale radiowe, mikrofale lub światło podczerwone.

Podczas gdy transmisja analogowa polega na przesyłaniu stale zmieniającego się sygnału analogowego przez kanał analogowy, komunikacja cyfrowa polega na przesyłaniu dyskretnych komunikatów przez kanał cyfrowy lub analogowy. Komunikaty są albo reprezentowane przez sekwencję impulsów za pomocą kodu liniowego (transmisja w paśmie podstawowym), albo przez ograniczony zestaw ciągle zmieniających się kształtów fal (transmisja w paśmie przepustowym), przy użyciu cyfrowej metody modulacji. Modulacja pasma przepustowego i odpowiadająca jej demodulacja (znana również jako detekcja) jest przeprowadzana przez sprzęt modemowy. Zgodnie z najbardziej powszechną definicją sygnału cyfrowego, zarówno sygnały w paśmie podstawowym, jak i w paśmie przepustowym, reprezentujące strumienie bitów, są uważane za transmisję cyfrową, podczas gdy alternatywna definicja traktuje tylko sygnał w paśmie podstawowym jako sygnał cyfrowy, a transmisję danych cyfrowych w paśmie przepustowym jako formę transmisji cyfrowej. konwersja na analog. ^{[ potrzebne źródło ]}

Przesyłane dane mogą być wiadomościami cyfrowymi pochodzącymi ze źródła danych, na przykład komputera lub klawiatury. Może to być również sygnał analogowy, taki jak rozmowa telefoniczna lub sygnał wideo, zdigitalizowany do postaci strumienia bitów, na przykład przy użyciu modulacji impulsowo-kodowej (PCM) lub bardziej zaawansowanych schematów kodowania źródłowego (konwersja analogowo-cyfrowa i kompresja danych). . To kodowanie i dekodowanie źródłowe jest przeprowadzane przez sprzęt kodeków.

Transmisja szeregowa i równoległa

W telekomunikacji transmisja szeregowa to sekwencyjna transmisja elementów sygnałowych grupy reprezentujących postać lub inną jednostkę danych . Cyfrowe transmisje szeregowe to bity przesyłane sekwencyjnie pojedynczym przewodem, częstotliwością lub ścieżką optyczną. Ponieważ wymaga mniejszego przetwarzania sygnału i mniejszego prawdopodobieństwa wystąpienia błędu niż transmisja równoległa, szybkość transmisji każdej pojedynczej ścieżki może być większa. Można to wykorzystać na większe odległości, a cyfrę kontrolną lub bit parzystości można łatwo przesłać wraz z danymi.

Transmisja równoległa to jednoczesna transmisja powiązanych elementów sygnału na dwóch lub więcej oddzielnych ścieżkach. Stosowanych jest wiele przewodów elektrycznych, które mogą przesyłać wiele bitów jednocześnie, co pozwala na szybsze przesyłanie danych niż w przypadku transmisji szeregowej. Ta metoda jest zwykle używana wewnętrznie w komputerze, na przykład w wewnętrznych magistralach, a czasami zewnętrznie w przypadku takich rzeczy, jak drukarki. Pochylenie czasowe może być poważnym problemem w tych systemach, ponieważ przewody w równoległej transmisji danych nieuchronnie mają nieco inne właściwości, więc niektóre bity mogą dotrzeć przed innymi, co może uszkodzić wiadomość. Ten problem zwykle pogarsza się wraz z odległością, przez co równoległa transmisja danych jest mniej niezawodna na duże odległości.

Kanały komunikacji

Niektóre typy kanałów komunikacyjnych obejmują:

Asynchroniczna i synchroniczna transmisja danych

Asynchroniczna komunikacja szeregowa wykorzystuje bity startu i stopu do oznaczenia początku i końca transmisji. Ta metoda transmisji jest używana, gdy dane są przesyłane z przerwami, a nie w ciągłym strumieniu.

Transmisja synchroniczna synchronizuje prędkości transmisji po stronie odbierającej i wysyłającej za pomocą sygnałów zegarowych . Zegar może być osobnym sygnałem lub osadzony w danych . Ciągły strumień danych jest następnie przesyłany między dwoma węzłami. Ponieważ nie ma bitów startu i stopu, szybkość przesyłania danych może być bardziej wydajna.

Zobacz też