- •Предисловие.
- •1. Введение.
- •2. Количество информации.
- •2.1. Формула хартли.
- •2.2. Формула шеннона.
- •2.3. Свойства энтропии.
- •2.4. Энтропия в информатике и физике.
- •2.5. Вероятностный и объемный подходы к измерению количества информации.
- •2.6. Различные аспекты анализа информации.
- •3. Принципы кодирования и декодирования информации.
- •3.1. Буква (знак, символ). Алфавит.
- •3.2. Кодировщик и декодировщик.
- •3.3. Международные системы байтового кодирования.
- •3.4. Помехоустойчивое кодирование информации.
- •4. Передача информации.
- •4.1. Из истории развития передачи информации.
- •4.2 . Общая схема передачи информации.
- •4.3. Теорема котельникова.
- •4.4.Информационная емкость дискретного сигнала (сообщения). Формула шеннона.
- •4.5. Предельная скорость передачи информации по шеннону. Формула хартли - шеннона.
- •4.6. Теорема шеннона для дискретного канала с помехами.
- •5. Дискретные двоичные (бинарные) сигналы.
- •5.1. Регенерация двоичных сигналов.
- •5.2. Помехозащищенность двоичных сигналов.
- •5.3. Кодирование двоичных сигналов.
- •6. Аналоговые и дискретные процессы.
- •6.1. Аналоговые и дискретные сигналы.
- •6.2. Измерение отношения сигнал – шум.
- •6.3. Дискретизация и кодирование аналогового сигнала.
- •7. Цифровая телефонная связь.
- •8. Цифровая телеграфная связь.
- •9. Цифровое телевидение.
- •10. Системы передачи информации
- •10.1. Параметры радиосигналов.
- •10.2. Многоканальные линии связи. Уплотнение информации.
- •11. Оптоволоконная связь.
- •11.1. Из истории кабельной связи.
- •11.2. Принцип оптоволоконной связи.
- •12. Локальные сети.
- •12.1. Аппаратные средства.
- •12.2. Конфигурация локальных сетей.
- •12.3. Организация обмена информацией.
- •13. Спутниковая связь.
- •13.1. Общая характеристика спутниковой связи.
- •13.2. Принципы спутниковой связи.
- •14. Системы счисления.
- •14.1. Непозиционные системы счисления.
- •14.2. Позиционные системы счисления.
- •14.3. Перевод чисел из десятичной системы в другую систему.
- •14.4. Перевод чисел в десятичную систему из других систем.
- •14.5. Взаимные преобразования двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел.
- •14.6. Двоично-десятичная система.
- •15. Языки программирования.
- •15.1. Языки программирования. Общая характеристика.
- •15.2. Язык программирования си. История создания. Общая характеристика.
- •15.3. Язык программирования си. Процесс создания исполняемого файла.
- •15.4. Язык программирования си. Распределение памяти программы.
- •15.5. Язык программирования си. Основные понятия.
- •15.6. Язык программирования си. Данные.
- •15.7. Язык программирования си. Структура простой программы.
- •Приложение 1. Система семибитного кодирования.
- •Приложение 2. Модифицированная альтернативная кодировка.
- •Приложение 3: клод элвуд шеннон.
- •Литература.
- •Оглавление.
11. Оптоволоконная связь.
11.1. Из истории кабельной связи.
В 1876 г. Александр Белл получил патент на изобретение "Телеграф, при помощи которого можно передавать человеческую речь". Телефон был встречен во всем мире с большим энтузиазмом и через несколько лет многие города буквально покрылись густой сетью проводов. Упрятать эту ставшую уже уродливой для городов паутину проводов помог кабель. В России первый кабель был проложен в 1885 г. Сначала это была простая скрутка изолированных проводов, затем уже продуманная инженерная конструкция пучка проводов, заключенных в прочную оболочку, В 1891 г. был проложен первый морской телефонный кабель между Англией и Францией. Кабель стал основной артерией связи. Кабель всегда был дорогостоящим средством передачи, так как для его изготовления требовались медь, свинец, специальные изоляционные материалы, создание герметичности и т. п. Кроме того, кабельная линия требует наличия усилительных пунктов.
В начале XX века было изобретено радио. Возникла надежда, что эфир заменит кабель. К сожалению, радио не свободно от недостатков. Атмосферные и промышленные помехи, возможность подслушивания, взаимное влияние радиостанций, замирание на коротких волнах снижает качество и надежность передач. Для связи с подвижными объектами - самолетами, кораблями, автомобилями - радио остается вне конкуренции.
Освоение диапазона ультракоротких волн позволило создать радиорелейные линии, практически заменившие высокочастотный кабель. Рождение спутниковых систем связи полностью решило задачу передачи больших потоков информации на большие расстояния. И все же эра кабеля не закончилась. Новые технологии изготовления высокочастотных кабелей и создание оптического кабеля существенно изменили структуру систем передачи информации.
11.2. Принцип оптоволоконной связи.
Благодаря огромной пропускной способности оптический кабель все шире применяется в информационно-вычислительных и телевизионных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключительно высокой надежностью. Ожидается, что в скором времени оптический кабель будет дешев в изготовлении и свяжет между собой крупные города и вычислительные центры.
Разработка в 1960 - 1961 гг. лазера - источника когерентного излучения в световом диапазоне - стимулировала широкий интерес к использованию света для передачи информации. Поскольку лазер (Laser -Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - оптический квантовый генератор) является источником монохроматического света (в отличие от света обычной лампочки), он дает возможность осуществлять направленное излучение, модулируемое как обычная несущая на радиочастоте.
Телевизионный сигнал модулирует оптическое излучение лазера. При этом в одном оптоволоконном кабеле можно передавать тысячи цифровых телевизионных каналов. Передавать информацию с помощью световой несущей можно двумя способами: в атмосфере и по искусственному проводнику света - световоду. Предпочтительней, естественно, является второй способ, его мы и рассмотрим.
Световод представляет собой широкополосную передающую среду. Толщина световода незначительна - он тоньше человеческого волоса. Это позволяет упаковывать огромное число световодов в структуру с малым поперечным сечением и получать компактный оптический кабель, размеры которого даже необходимо искусственно увеличивать для удобства обращения с ним. Световод состоит из сердцевины с большим показателем преломления и оболочки, покрывающей сердцевину. Существует большое число разновидностей оптических волокон. Их классифицируют по применяемым материалам (например, группа кварцевых стекол), структуре (с плавным или ступенчатым изменением показателя преломления) и др. признакам.
Для получения волоконного световода должна быть изготовлена сложная структура. Выбор материалов для изготовления оптического волокна определяется рядом требований. Во-первых, материал должен вытягиваться в тонкую нить, быть прозрачными иметь разные показатели преломления сердцевины и оболочки. Подходящими материалами являются пластмассы и стекла. Во-вторых, из-за требований малого затухания световых волн в световоде (по крайней мере, менее 20 дБ/км) работа по выбору материалов для световодов является одной из важнейших. Пластмассы вследствие больших молекул и наличия в их структуре водорода вызывают рассеяние и поглощение распространяющегося сигнала. У стекла есть свои недостатки, основной из которых связан с трудностями получения его высокой химической чистоты. Стекла являются смесями, и число их разновидностей огромно. Наиболее подходящими для оптических волокон оказывается оксидное стекло и одна из его разновидностей - кварцевое. Исходными материалами для изготовления волокон являются карбонаты натрия и кальция, борная кислота, кремнезем (песок) и окись свинца. От состава стекла зависят вязкость, показатель преломления и коэффициент теплового расширения. Волокна обычно получают из кварцевого стекла с высоким содержанием SIO2.
Волокно слишком хрупкая нить, чтобы им пользоваться непосредственно. На его основе изготовляют оптический кабель. Один из вариантов конструкции кабеля таков: в центре сечения располагаются стальные нити, служащие упрочняющими элементами, как правило, они покрываются оболочкой, затем по периметру укладываются оптические волокна с полимерной защитой.
Для оптической связи оптимально использование следующих длин волн: 0,85; 1,05; 1,3; 1,6 мкм, а для передачи в атмосфере - 10 мкм. В качестве источника света обычно используется лазер на арсениде галлия с длиной волны излучения 0,84 мкм и средней мощностью от 1 до 10 мВт. Это излучение находится в невидимой части спектра (видимый диапазон спектра занимает область от 0,4 мкм - фиолетовый цвет, до 0,8 мкм - красный цвет). Кроме источника света в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии сигналы детектируются фотодиодом. Для исключения ошибок часто применяется помехоустойчивое кодирование.
Существует еще одно направление в волоконной оптике - волоконные световоды среднего инфракрасного диапазона. Потери в этих световодах примерно 0,01 дБ/км в области длин волн 2 - 15 мкм.