Data (informace) jsou přenášena médiem (metalické vedení, optické vlákno, vakuum) v podobě změn vhodné fyzikální veličiny (nejčastěji napětí, proudu, intenzity světla). Na takovýto signál můžeme pohlížet jako na funkci, jejíž argumentem je čas - f(t). Jak ukázal J.B.Fourier, může být každá "rozumná" periodická funkce s periodou T vyjádřena jako součet (nekonečného počtu) harmonických - Fourierovou řadou:
f(t)=1/2*c + SUM(n=1 to INF)[An*sin(omega*n*t)]
+ SUM(n=1 to INF)[Bn*cos(omega*n*t)]
omega - zakladni frekvence
Pro datový signál, který je obecně neperiodický a má konečnou dobu trvání můžeme uvažovat tak, že jej prohlásíme za periodický s tím, že periodou je celá doba trvání signálu.
S ohledem na další popis je užitečné připomenout, že kvadráty amplitud jednotlivých harmonických vyjadřují, jaká část výkonu signálu je s danou harmonickou svázána. Z pohledu na amplitudové spektrum tedy můžeme odhadnout, jak významně se na tvaru signálu podílí vyšší harmonické a k jaké újmě tedy signál dojde, pokud budou tyto harmonické při přenosu médiem utlumeny.
Poznámka: při posuzování vlivu potlačení vyšších harmonických na zkreslení signálu ovšem nesmíme přehlížet ani spektrum fázové
Je nutné si uvědomit, že každé přenosové médium přenášený signál nějakým způsobem deformuje. Uplatňují se především tyto vlivy:
Pozn.: Na reálný přenosový kanál takto můžeme také pohlížet jako na pásmovou propust.
Z pohledu přenosu digitální informace nás zajímá, jakou šířku pásma potřebujeme pro přenos daného bitového proudu konstantní bitovou rychlostí (bps-bits per second).
Po vypočtení koeficientů An,Bn pro určitou délku bitového intervalu (a z něj a počtu bitů plynoucí periody funkce) můžeme nakreslit amplitudové (nebo ještě lépe výkonové) spektrum. Z něj vidíme, že i výkony na vyšších harmonických nejsou zcela zanedbatelné a že tedy jejich potlačením bude signál nikoli bezvýznamně deformován.
an=2/T*Integral(0,T)[g(t)*sin(omega*n*t)] dt bn=2/T*Integral(0,T)[g(t)*cos(omega*n*t)] dt cn=2/T*Integral(0,T)[g(t)] dt
Pozn.: Obecně se udává, že pro dosažení "přijatelného" tvarového zkreslení obdélníkového signálu potřebujeme přenést alespoň 10 harmonických, tedy např. pro bitovou rychlost 20kbps, obsahující základní kmitočet 10kHz potřebujeme pásmo 100 kHz. Přesněji řečeno, potřebovali bychom, kdybychom prováděli přenos v základním pásmu (baseband) a trvali na dosti přesné reprodukci vysílaného signálu. Např. v Ethernetu 10BaseT se přenášejí první 3 harmonické.
Ukázka tvaru signálu při zvyšujícím se počtu přenášených harmonickýchRychost šíření signálu i útlum je frekvenčně závislý. Proto je žádoucí pro přenos využívat co nejužšího přenosového pásma [minimální zkreslení signálu].
Signál, který neobsahuje frekvence vyšší než H (např byl filtrován dolní propustí o mezním kmitočtu H), může být plně zrekonstruován ze vzorků (samples) snímaných s frekvencí 2H.
Uvažujeme-li nyní, že signál při vzorkování kvantizujeme na V diskrétních úrovní, potřebujeme pro "digitální" reprezentaci signálu s max. frekvencí H bitovou rychlost 2*H*log2(V). A opačně, uvedená bitová rychlost je maximem, které můžeme na přenosovém kanále s mezní frekvencí H dosáhnout.
Nyquistův teorém byl rozšířen pro zašuměný kanál (Shannon). Uvažován je termický šum s Gaussovským průběhem. Potom je maximální přenosová rychlost ovlivněna odstupem signálu od šumu:
max_bps=H*log2(1+S/N)kde
Pozn.: Odstup signálu od šumu se v praxi se častěji vyjadřuje v dB, 10*log(S/N) [dB].
Jak je vidět, přenosovou rychost můžeme při dané šíři frekvenčního pásma zvýšit pouze zvětšením počtu rozlišitelných úrovní signálu (tj. počtu bitů vyjádřitelných jednou značkou), avšak reálně dosažitelný počet je limitován úrovní šumem.Jelikož přenosové soustavy použitelné frekvenční pásmo výrazně omezují a často neumožňují přenášet stejnosměrnou složku, není obvykle možné přenášet digitální signál v základním pásmu, protože ten [bez použití vhodného kódování] ss složku obsahuje a navíc zabírá značně širokou část spektra. Proto se použije vhodná nosná frekvence (carrier), která se přenášeným signálem moduluje. Jak je patrné z obecného vyjádření nosného signálu
s(t)=A.sin(omega*t+fi)
můžeme informaci přenášet změnou frekvence, amplitudy a fáze nosného signálu, příp. jejich kombinací.
Jelikož kmitočtové spektrum modulovaného signálu je v jiné oblasti než spektrum signálu (původního) modulačního, nazývá se tento typ přenosu přenosem v přeloženém pásmu.
Přenosy v přeloženém pásmu umožňují vícenásobné využití přenosové cesty.Poznámka: Baud - počet změn v signálu za sekundu (pokud je signál dvoustavový, je rovna bitové rychlosti, jinak menší)
Řeší se kódováním datového signálu
Bitová synchronizace se obvykle řeší vybavením přijímače generátorem taktu, který se fázově zasynchronizovává na změny v přijímaném signálu (fázový závěs). Jde tedy o to kódovat signál tak, aby byl zaručen dostatečný výskyt změn (což je však požadavek mírně protichůdný s pokud možno minimální šířkou pásma přenášeného signálu).
Kódy z pohledu počtu úrovní signáluScrambling - kódování datového signálu tak, aby signál na médiu měl pseudonáhodný charakter (vyvážený počet jedniček a nul) -> nulová ss složka, odstranění problému závislosti přenosových zařízení na signálu (zahřívání a z něj plynoucí drift ...), vyrovnání výkonového spektra (omezení dominujících frekvencí, na kterých by mohly být časté přeslechy)
Terminologie: DTE-Data Terminal Equipment, DCE - Data Circuit Equipment
přijato jako standard CCITT V.24 (+V.28 definuje význam signálů a protokol)
Zahrnuje mechanickou, elektrickou a procedurální specifikaci.
Vzdálenosti do 15m, 20 kb/s
Napěťové úrovně +-(3 až 15V); (praktické zkušenosti s tolerancí)
Možnost převodu na proudovou smyčku - vzdálenosti stovek metrů až jednotek km v závislosti na použité přenosové rychlosti.
Signály: Signal GND, Chassis GND, RxD, TxD, DTR, DSR, RTS, CTS, CD, RI
Propojení DTE-DCE:
Propojení DTE-DTE - "null modem" (např. přenos počítač-počítač)