Передача данных или цифровая связь , включая передачу и прием данных , — это передача и прием данных в форме цифрового битового потока или оцифрованного аналогового сигнала [1] , передаваемого по связи «точка-точка» или «точка-многоточка». канал. Примерами таких каналов являются медные провода , оптические волокна , беспроводная связь с использованием радиоспектра , носители данных и компьютерные шины . Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , такого как электрическое напряжение , радиоволны , микроволновый или инфракрасный сигнал.
Аналоговая передача — это метод передачи голоса, данных, изображения, сигнала или видеоинформации с использованием непрерывного сигнала, амплитуда, фаза или какое-либо другое свойство которого изменяется пропорционально переменной. Сообщения либо представляются последовательностью импульсов с помощью линейного кода ( передача в полосе частот ), либо ограниченным набором непрерывно меняющихся сигналов ( передача в полосе пропускания ) с использованием метода цифровой модуляции . Модуляция полосы пропускания и соответствующая демодуляция осуществляются модемным оборудованием. Согласно наиболее распространенному определению цифрового сигнала , сигналы основной полосы и полосы пропускания, представляющие потоки битов, считаются цифровой передачей , в то время как альтернативное определение рассматривает только групповой сигнал как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания — как форму цифровой передачи. -аналоговое преобразование .
Передаваемые данные могут представлять собой цифровые сообщения, исходящие из источника данных, например, компьютера или клавиатуры. Это также может быть аналоговый сигнал, такой как телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, например, с использованием импульсно-кодовой модуляции или более совершенных схем кодирования источника . Это исходное кодирование и декодирование осуществляется кодирующим оборудованием.
Аналогичное содержание имеют курсы и учебники в области передачи данных [1] , а также цифровой передачи [2] [3] и цифровой связи [4] [5] .
Цифровая передача или передача данных традиционно относится к сфере телекоммуникаций и электротехники . Основные принципы передачи данных также могут быть рассмотрены в рамках темы информатики или компьютерной инженерии , связанной с передачей данных, которая также включает в себя компьютерные сетевые приложения и протоколы связи , например, маршрутизацию, коммутацию и межпроцессное взаимодействие . Хотя протокол управления передачей (TCP) включает в себя передачу, TCP и другие протоколы транспортного уровня рассматриваются в компьютерных сетях, но не обсуждаются в учебниках или курсах по передаче данных.
В большинстве учебников термин «аналоговая передача» относится только к передаче аналогового сигнала сообщения (без оцифровки) посредством аналогового сигнала, либо в виде немодулированного сигнала основной полосы частот, либо в виде сигнала полосы пропускания с использованием метода аналоговой модуляции, такого как AM . или ФМ . Он также может включать в себя аналогово-аналоговые модулируемые импульсно -модулированные сигналы, такие как широтно-импульсная модуляция. В некоторых книгах, посвященных традициям компьютерных сетей, аналоговая передача также относится к передаче битовых потоков в полосе пропускания с использованием методов цифровой модуляции, таких как FSK , PSK и ASK . Обратите внимание, что эти методы описаны в учебниках, например, под названием «цифровая передача» или «передача данных». [1]
Теоретические аспекты передачи данных рассматриваются теорией информации и теорией кодирования .
Курсы и учебники в области передачи данных обычно посвящены следующим уровням и темам протокола модели OSI :
Также часто приходится иметь дело с межуровневым дизайном этих трех слоев. [7]
Данные (в основном, но не исключительно информационные ) передавались с помощью неэлектронных (например , оптических , акустических , механических ) средств с момента появления средств связи . Данные аналогового сигнала передаются в электронном виде с момента появления телефона . Однако первыми применениями электромагнитной передачи данных в наше время были телеграфия (1809 г.) и телетайпы (1906 г.), которые представляют собой цифровые сигналы . Фундаментальные теоретические работы в области передачи данных и теории информации Гарри Найквиста , Ральфа Хартли , Клода Шеннона и других в начале 20-го века были выполнены 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 г.), FireWire (1995 г.) и USB (1996 г.). Принципы передачи данных также используются в носителях информации для обнаружения и исправления ошибок с 1951 года. Первым практическим методом решения проблемы точного приема данных получателем с использованием цифрового кода был код Баркера, изобретенный Рональдом Хью Баркером в 1952 году и опубликованный. в 1953 году. [8] Передача данных используется в компьютерном сетевом оборудовании, таком как модемы (1940 год), адаптеры локальной сети (LAN) (1964 год), ретрансляторы , концентраторы-ретрансляторы , микроволновые линии связи , точки доступа к беспроводной сети (1997 год) и т. д.
В телефонных сетях цифровая связь используется для передачи множества телефонных вызовов по одному и тому же медному или оптоволоконному кабелю посредством импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) в сочетании с мультиплексированием с временным разделением (TDM) (1962). Телефонные станции стали цифровыми и управляются программным обеспечением, что упрощает предоставление многих дополнительных услуг. Например, первая телефонная станция AX была представлена в 1976 году. Цифровая связь с конечным пользователем с использованием услуг цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) стала доступна в конце 1980-х годов. С конца 1990-х годов такие методы широкополосного доступа, как ADSL , кабельные модемы , оптоволокно до здания (FTTB) и оптоволокно до дома (FTTH), получили широкое распространение в небольших офисах и домах. Текущая тенденция заключается в замене традиционных телекоммуникационных услуг пакетной связью , такой как IP-телефония и IPTV .
Передача аналоговых сигналов в цифровом виде позволяет расширить возможности обработки сигналов . Возможность обработки сигнала связи означает, что ошибки, вызванные случайными процессами, могут быть обнаружены и исправлены. Цифровые сигналы также можно дискретизировать вместо непрерывного мониторинга. Мультиплексирование нескольких цифровых сигналов намного проще по сравнению с мультиплексированием аналоговых сигналов. Из-за всех этих преимуществ, из-за огромной потребности в передаче компьютерных данных и возможностей цифровой связи делать это, а также из-за того, что недавние достижения в области широкополосных каналов связи и твердотельной электроники позволили инженерам полностью реализовать эти преимущества, цифровая связь выросла. быстро.
Цифровая революция также привела к появлению множества цифровых телекоммуникационных приложений, в которых применяются принципы передачи данных. Примеры включают сотовую телефонию второго поколения (1991 г.) и более поздние версии , видеоконференции , цифровое телевидение (1998 г.), цифровое радио (1999 г.) и телеметрию .
Передача данных, цифровая передача или цифровая связь — это передача данных по каналу связи «точка-точка» или «точка-многоточка». Примеры таких каналов включают медные провода, оптические волокна, каналы беспроводной связи, носители данных и компьютерные шины. Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , такого как электрическое напряжение, радиоволны, микроволновый или инфракрасный свет.
В то время как аналоговая передача — это передача постоянно меняющегося 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 полосе частот), либо ограниченным набором непрерывно меняющихся форм сигналов (передача в полосе пропускания) с использованием метода цифровой модуляции. Модуляция полосы пропускания и соответствующая демодуляция (также известная как обнаружение) выполняются модемным оборудованием. Согласно наиболее распространенному определению цифрового сигнала, сигналы как основной полосы, так и полосы пропускания, представляющие битовые потоки, считаются цифровой передачей, в то время как альтернативное определение рассматривает только групповой сигнал как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания — как форму цифровой передачи. преобразование в аналог. [ нужна цитата ]
Передаваемые данные могут представлять собой цифровые сообщения, исходящие из источника данных, например компьютера или клавиатуры. Это также может быть аналоговый сигнал, такой как телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, например, с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) или более совершенных схем исходного кодирования (аналогово-цифровое преобразование и сжатие данных). . Это исходное кодирование и декодирование осуществляется кодирующим оборудованием.
В телекоммуникациях последовательная передача — это последовательная передача элементов сигнала группы, представляющей символ или другой объект данных . Цифровая последовательная передача представляет собой биты, передаваемые последовательно по одному проводу, частоте или оптическому пути. Поскольку для этого требуется меньше обработки сигнала и меньше шансов на ошибку, чем при параллельной передаче, скорость передачи каждого отдельного пути может быть выше. Его можно использовать на больших расстояниях, и вместе с данными можно легко отправить контрольную цифру или бит четности .
Параллельная передача — это одновременная передача связанных элементов сигнала по двум или более отдельным путям. Используется несколько электрических проводов, которые могут передавать несколько битов одновременно, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем можно достичь при последовательной передаче. Этот метод обычно используется внутри компьютера, например, во внутренних шинах, а иногда и снаружи, например, для принтеров. Раскос во времени может быть серьезной проблемой в этих системах, поскольку провода при параллельной передаче данных неизбежно имеют несколько разные свойства, поэтому некоторые биты могут прийти раньше других, что может исказить сообщение. Эта проблема имеет тенденцию усугубляться с увеличением расстояния, что делает параллельную передачу данных менее надежной на больших расстояниях.
Некоторые типы каналов связи включают в себя:
Асинхронная последовательная связь использует стартовые и стоповые биты для обозначения начала и окончания передачи. [9] Этот метод передачи используется, когда данные передаются периодически, а не сплошным потоком.
Синхронная передача синхронизирует скорости передачи как на принимающей, так и на отправляющей стороне передачи с использованием тактовых сигналов . Тактовый сигнал может быть отдельным сигналом или встроен в данные . Затем между двумя узлами передается непрерывный поток данных. Из-за отсутствия стартового и стопового битов скорость передачи данных может быть более эффективной.