Національний університет „Львівська політехніка”

Інститут підприємництва та перспективних технологій

Матвійчук я.М. Сучасні інформаційні системи

Конспект лекцій

Львів 2011

ЗМІСТ

Вступ. Історичний нарис розвитку засобів передачі інформації.

1. Методи модуляції несучих в інформаційних системах.

2. Протоколи доступу в безпровідних мережах.

3. Деякі безпровідні поширені та місцеві мережі.

4. Системи цифрового зв’язку з розширеним спектром CDMA.

5. Системи глобального позиціонування GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, БЕЙДОУ.

6. Архітектура, принципи роботи та майбутнє коміркової мережі GSM.

Висновки. Перспективи розвитку інформаційних систем.

Вступ.

Пересилання інформації завжди мало і має вирішальне значення в культурному, економічному і технічному розвитку людства.

Лише люди з усього живого світу нашої планети володіють досконалим інформаційним засобом – розвиненою мовою. Ще у сиву давнину були створені писемність, папір та друкарство. Наступні чотири винаходи мали незрівнянний вплив на технології зберігання та пересилання інформації. Назвемо їх за часом появи.

Першим було винайдення телефону і звукозапису в другій половині XIX сторіччя внаслідок праць американців Грехема Белла і Томаса Едісона.

Другим можна назвати відкриття радіозв’язку в кінці XIX сторіччя, до якого спричинились німець Генріх Герц, росіянин Олександр Попов та італієць Гульєльмо Марконі.

Третім винаходом є створення телебачення в 30-і роки XX сторіччя, пов’язане з іменем американця Володимира Зворикіна.

Четвертий винахід, сучасниками якого є ми, полягає у створенні і розвитку комп’ютерних (цифрових) мереж, включно з комірковою телефонією. На наших очах відбувається величний процес об’єднання трьох значних різновидів зв’язку:

– класичних провідникових телефонних мереж;

– кабельних і радіо телевізійних мереж, включно зі супутниковими;

– безпровідникових коміркових і комп’ютерних мереж.

Таким чином, утворюється єдина глобальна мережа пересилання та обробки інформації.

У посібнику розглядаються деякі особливості сучасних інформаційних мереж, зокрема систем коміркової телефонії та систем глобального позиціонування, деякі перспективи їх розвитку.

1. Методи модуляції несучих в інформаційних системах.

1.1. Загальне окреслення інформаційних мереж

Інформаційною мережею називають зараз з’єднання абонентів, яке забезпечує:

– взаємний обмін інформацією;

– віддалений доступ до збірок даних;

– спільне використання відносно дорогих засобів обробки інформації, наприклад потужних комп’ютерів;

– спостереження та управління на відстані промисловими процесами.

Історично першими виникли мережі аналогові. В аналогових мережах сигнали змінюються неперервно в часі та за рівнем. Типові приклади аналогових мереж – це телефонні, радіотрансляційні та телевізійні мережі.

Цифрові (комп’ютерні) мережі виникли в останні десятиріччя і процес їх формування продовжується. Типові приклади – мережі Езернет та Інтернет (Ethernet, Internet).

Основна відмінність аналогових та цифрових мереж полягає, перш за все, в аналоговій та дискретній природі сигналу, що передається. Ця відмінність спричинює кращу завадостійкість цифрової мережі порівняно з аналоговою. Однак дискретизація сигналу різко зменшує швидкість передачі інформації. Причина цього очевидна: в дискретній передачі використовуються лише певні рівні сигналу в певні моменти часу, на відміну від аналогової. Для компенсації цього недоліку застосовують різні способи стискання цифрової інформації, які суттєво не погіршують високу завадостійкість цифрової мережі.

Несучими в мережах є електромагнітні хвилі різної частоти, від звукової до частот видимого світла.

Для створення мереж широко використовують електричні та оптичні провідники у вигляді металевих провідникових пар, коаксіальних та світло­вих кабелів. Позитивні ознаки таких мереж – відносна простота обладнання та висока завадостійкість. Натомість безпровідникові мережі не вимагають витрат на прокладання провідників, а для створення мобільних або тимчасових мереж є взагалі незамінними.

Безпровідна передача інформації здійснюється каналами, кожному з яких властиві середня частота несучої та ширина смуги пропускання. В аналогових мережах кожне повідомлення передають окремим каналом передачі. У цифрових мережах характерною є організація інформації в пакети даних (slots). Повідомлення може бути розділене на кілька пакетів. Кожний пакет має певні супровідні ознаки, які є частиною протоколу пере­дачі даних. Пакети, що сто­суються різних повідомлень, можна передавати в межах одного й того ж каналу, а пакети одного повідомлення можуть попасти в різні канали. Формування пакетів на передавальній стороні, їх правильне скерування в каналах та об’єднання на приймальній стороні забезпе­чують спеціальні комп’ютерні пристрої – сервери (servers).

Треба відзначити ще два типи мереж – місцеві та поширені. Місцева мережа має обмежений просторовий обсяг взаємодії абонентів (будинок, підприємство), а поширена охоплює значний географічний регіон аж до всієї земної кулі (таку мережу називають глобальною). В цифрових мережах прийняті позначення LAN (Local Area Network) i WAN (Wide Area Network). Типові приклади: LAN – Ethernet; WAN – Internet.

Залежно від частот несучої електромагнітної хвилі розрізняють мережі радіочастотні та світлові.

Радіомережі використовують частоти VHF (30-300 MHz), UHF (300-3000 MHz) та SHF (3-30 GHz), а саме діапазон 100MHz-10GHz, де наймен­ше розсіяння радіохвиль у нижніх шарах атмосфери (тропосфері). Недолі­ком цього діапазону є прямолінійне розповсюдження хвиль без відбивання в іоносфері, що зумовлює використання радіорелейного обладнання та супутників-ретрансляторів. Використання хвиль з діапазонів LF i MF (30-3000 kHz), дарма що вони добре поширюються на великі відстані, неможливе з огляду на малу кількість каналів, що можна там розмістити. Хвилі з діапазону HF (3-30 MHz), відбиваючись від іоносфери, поширюються надто нестабільно.

У світлових мережах несучим є інфрачервоне світло з довжинами хвиль від 0.75 m до 12 mm. Використовують в мережах діапазони інфра­червоного світла, в яких тропосфера є най­більш прозора для випроміню­ван­ня. Це такі діапазони довжин хвиль: 0.5–0.9 mm; 1.0–1.3 mm; 1.55–1.75 mm; 2.1–2.4 mm; 3.4–4.1 mm; 8–12 mm. Загалом залежність поглинання в тропосфері від довжини хвилі інфрачервоного світла є дуже нерегулярною внаслідок сумірності довжини хвилі з молекулярними відстанями.