Internet, připojení k němu a možný rozvoj (Část 3 – Technická stránka připojení k internetu)

Šířka přenosového pásma

Nejprve je třeba rozvinout téma šířky přenosového pásma, též řečenou bandwidth. U každého vodiče je jiná. Nejmenší z drátových a nejčastěji používaných vodičů ji má kroucená dvoulinka, větší koaxiální kabeláž a zatím zcela nevyužit, vzhledem ke svojí kapacitě ho mají optické kabely.

Šířka přenosového pásma je velikost frekvenčního rozsahu, určující v Hertzích počty možných frekvencí, na kterých je možný přenos. Bandwidth je základní kamenem mnoha odvětví vědy a techniky, například informatiky, rádiové technologie, komunikace a komunikační technologie, zkoumání průběhu signálu a spektroskopie. Bandwidth také odkazuje na přenosovou rychlost, respektive na ni působí. Podle teorie Shannona a Hartleyho, přenosová rychlost je přímo úměrná šířce vlnového pásma použitého komunikačního signálu.

Bandwidth je klíčovým konceptem mnoha odvětví vědy. Například v rádiových komunikacích je bandwidth šíře frekvenčního rozsahu okupovaná modulaci nesoucími vlnami (modulovanými), zatímco v optice se jedná o šířku samostatného optického paprsku, či celého spektra. Není samostatná a ve všech případech přesná definice šířky přenosového pásma, většinou se o ní mluví jako změření šířky, jakou funkce v daném rozsahu nabírá. Omezováním šířky pásma se dosáhne zkreslení a deformace přenášeného signálu. Tomuto tématu je věnována jiná část této práce.

Přenosová rychlost

Dál již zmíněná přenosová rychlost. Je to nominální veličina používaná v informatice. Určuje, za jak dlouho se přenese bit. Nemá vliv na modulační rychlost, která určuje kolikrát se změní stav modulovaného signálu za jednotku času. Ale neurčuje kolik dat se takto přenese. To zobrazuje přenosový výkon, či efektivní přenosová rychlost. Ta vypovídá o tom, kolik užitečných (těch, které uživatel chtěl) dat se přenese za delší časový interval. Proto přenosová rychlost, efektivní přenosová rychlost a modulační rychlost ukazují nejdůležitějíší vlastnosti přenosu. Vztah mezi šířkou pásma a modulační rychlostí:
V_modulační = 2 * šířka pásma
Další otázkou je, na čem závisí schopnost přenášet data. Schopnost přenášet data závisí na šířce přenosového pásma a na odstupu signálu od šumu (podle C. Shannona). Vychází ze vzorce :
Max _{(vpřenosová)} = šířka pásma * log2 (l + S/N)
Dalo by se říci, že tím pádem limit nezávisí na použité technologii a na technikách přenosu.

Kódování

Rozeznáváme dva druhy přenosu. A to baseband, aneb přenos v základním pásmu, a broadband, což je přenos v modulovaném pásmu. Baseband je takový druh datového přenosu, při kterém je signál ponechán v původní podobě. To znamená, že není jakýmkoliv způsobem modulován. Proto není potřeba použití modemu nebo jakéhokoliv zařízení, které by musely obě strany vlastnit, aby signál pozměnily.

Na níže uvedeném obrázku je signál, respektive přenášené bity, reprezentován změnou velikosti proudu (takzvaná proudová smyčka), kdy prochází, nebo neprochází, elektrický proud. Na obrázku lze vidět přenos signálu, v nekódované formě. Dochází k přenosu nul a jedniček. Aneb dvojkové soustavy. V unipolárním přenosu znamená 0 pokračování signálu po nulovém napětí a 1 změnu napětí o 5V. Bipolární bez návratu k nule pracuje na stejném principu jako unipolární, jenže 0 je na napětí -5V. Bipolární přenos s návratem k nule je z těchto nejsložitější a pracuje na principu vrácení se k nule, podle níž se můžou počítače vhodně synchronizovat. Protože takový přenos byl relativně málo robustní.

To dalo za vznik různým druhům, které dodaly přenosu větší robustnost a možnost lehčí detekce chyb. Proto vzniklo kódování Manchester, které pracuje na principu zakódování jednoho datového bitu do více změn přenášeného signálu. Z toho vyplývá, že 0 je změna z vyšší hodnoty na nižší a 1 opačně. Další možností je kódování Diferenciální Manchester, které se používá například v sítích Token Ring. Jedna jeho změna je časování a druhá změna je datový bit. Tím pádem 0 je změna a 1 beze změny.

Modulace

Protože signál byl při přenosu rušen, a přicházel do destinace porušený, pokud se na trase jevil nějaký externí vliv, například odpor, či indukce, způsobené jinými elektromagnetickými vysílači a přijímači, tak bylo třeba tenhle problém řešit. Signál musel být přenášen tak aby přenosovou cestou prošel co nejjednodušeji a nevadil mu případný útlum (způsobený odporem) či zaoblení (způsobené indukcí). Proto se zjistilo že nejvhodnějším je pro nosný signál graf funkce sinus, nebo kosinus. Přesněji sinusoida, či kosinusoida. Ta byla určena jako takzvaná nosná (též nosný signál). Nosná sama o sobě nenese žádnou informaci, tím pádem ani žádná data.

Proto byla vymyšlena modulace, která se dá vysvětlit, jako „naložení“ dat na signál nosné a jejich přenos. Respektive se ani tak nejedná o naložení jako o změnu signálu nosné podle toho, jaká data se mají přenést. Tohle se děje na straně odesílatele. Na straně příjemce dochází k demodulaci, kde musí být příjemce schopen rozlišit změny na nosném signálu a znovu je demodulovat do původní podoby. V praxi se pro modulaci i demodulaci používá zařízení zvané modem( Modulator/DEModulator).

Rozeznáváme tři druhy modulace. Jejich podoba, respektive rozdíl, vychází ze vzorce y = A . sin (ω. t + φ). Pomocí tohoto vzorce se zjistil nejvhodnější druh křivky pro tvar nosného signálu. První druh je amplitudová modulace, kde se mění veličina A, což má za následek změnu omezení sinusoidy. Jak je vidět na obrázku v případě číslo 1.

Druhým případem je fázová modulace, kde dochází ke změně φ a následuje změna v podobě ohraničení části sinusoidy určující přesun jedničky. A poslední je frekvenční modulace, kde dochází ke změně ω a následuje zhuštění intervalu sinusoidy. To je viditelné v obrázku pod bodem 3.

Díky této technologii můžeme vést kabely na velké dálky, s nepatrným zkreslením a se zanedbatelnou ztrátou.

Pokračování příští týden.

Diskuze k článku

zajDee, 27. 3. 2006 (09:05):

Na priprave clanku/prace musel autor stravit hodne casu, bohuzel asi pujde spise o praci "kompilacniho" typu: z clanku jdou totiz odtusit mista, ktera autor psal sam, a mista, ktera jsou zrejme odnekud opsana.

Informacne je clanek pomerne bohaty, stylisticky je na tom ale bohuzel o neco hure.

Pokud je clanek autoruv pokus o SOC, domnivam se, ze prave kompilacni charakter prace sebere autorovi cenne body…