Méthodes de transmission de données discrètes au niveau physique. Conférences réseaux informatiques. Bases de données théoriques de niveau physique
Lors de la transmission de données discrètes sur les canaux de communication, deux types principaux de codage physique sont utilisés - sur la base d'un signal de support sinusoïdal et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première voie est souvent appelée aussi modulationou alors modulation analogique,soulignant le fait que le codage est effectué en modifiant les paramètres du signal analogique. La deuxième façon est généralement appelée codage numérique.Ces méthodes se distinguent par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité de l'équipement nécessaire à leur mise en œuvre.
Lorsque vous utilisez des impulsions rectangulaires, le spectre du signal résultant est obtenu assez large. Il n'est pas surprenant que vous vous rappeliez que le spectre de l'impulsion parfaite a une largeur infinie. L'utilisation de sinusoïdes conduit à un spectre d'une largeur beaucoup plus petite à la même vitesse de transmission d'informations. Cependant, la mise en œuvre de la modulation sinusoïdale nécessite un instrument plus complexe et plus coûteux que de mettre en œuvre des impulsions rectangulaires.
Actuellement, les données ayant à l'origine une forme analogique - la parole, l'image de télévision, sont - surrompt par des canaux de communication sous une forme discrète, c'est-à-dire sous la forme d'une séquence d'unités et de zéros. Le processus de représentation des informations analogiques sous forme discrète est appelé modulation discrète.Les termes "modulation" et "codage" sont souvent utilisés comme synonymes.
Pour codage numériqueles informations discrètes sont utilisées des codes potentiels et impulsionnels. Dans les codes potentiels pour représenter des unités logiques et des zéros, seule la valeur du potentiel de signal est utilisée et ses différentiels qui forment des impulsions complètes ne sont pas pris en compte. Les codes d'impulsions permettent de présenter des données binaires par des impulsions d'une certaine polarité ou d'une partie de l'impulsion du périparpad d'une certaine direction.
Lorsque vous utilisez des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir cette méthode de codage, qui a simultanément atteint plusieurs objectifs: avait la plus petite largeur du signal résultant au même débit de bits; Synchronisation fournie entre l'émetteur et le récepteur;
Possédait la capacité de reconnaître les erreurs; Il possédait un faible coût de mise en œuvre.
Les réseaux utilisent le soi-disant codes auto-synchronisants,les signaux dont sont portés sur l'émetteur de l'indication dont il est nécessaire de reconnaître le bit suivant (ou plusieurs bits, si le code est orienté par plus de deux états de signal). Tout le signal net est appelé front-peut servir de bonne indication pour synchroniser le récepteur avec un émetteur. La reconnaissance et la correction des données déformées sont difficiles à mettre en œuvre les outils de couche physique, de sorte que les protocoles sous-jacents à ces travaux sont le plus souvent pris: canal, réseau, transport ou appliqué. D'autre part, la reconnaissance des erreurs au niveau physique enregistre du temps, car le récepteur n'attend pas un cadre complet du cadre dans le tampon et le rejette immédiatement lorsqu'il est possible. Signe d'un morceau erroné à l'intérieur du cadre.
Code potentiel sans retour à zéro, méthode de codage potentielle, également appelée codage sans retourner à zéro (Non. Revenir. à. Zéro., Nrz.). Ce dernier nom reflète le fait que lors de la transmission de la séquence d'unités, le signal ne revient pas à zéro pendant l'horloge (comme nous le verrons ci-dessous, dans d'autres méthodes de codage, le retour à zéro dans ce cas se produit). La méthode NRZPROST dans la mise en œuvre, a une bonne erreur reconnaissable (en raison de deux potentiels nettement différents), mais n'a pas la propriété de soi-même. Lors du transfert d'une longue séquence d'unités ou de zéros, le signal de la ligne ne change pas, le récepteur est donc privé de la possibilité de déterminer l'heure à laquelle vous devez lire les données. Même avec la présence d'un générateur d'horloge de haute précision, le récepteur peut être confondu avec le moment de l'élimination des données, car les fréquences de deux générateurs ne sont jamais complètement identiques. Par conséquent, à grande vitesse d'échange de données et de séquences longues d'unités ou de zéros, une petite inadéquation des fréquences d'horloge peut entraîner une erreur dans une horloge entière et, en conséquence, la lecture des bits incorrects.
La méthode de codage bipolaire avec une inversion alternative. Une des modifications de la méthode n sères la méthode codage bipolaire avec alternative Inverses (Bipolaire. Alterner. Marque. Inversion., SUIS-JE.). Cette méthode utilise trois niveaux de potentiel négatif, zéro et positif. Pour coder un zéro logique, un potentiel zéro est utilisé et l'unité logique est codée soit par potentiel positif, soit négative, tandis que le potentiel de chaque nouvelle unité est opposé au potentiel de la précédente. Ainsi, la violation de la stricte alternance de la polarité des signaux parle d'une fausse impulsion ou de disparition de la ligne de la bonne impulsion. Le signal avec une polarité incorrecte est appelé signal interdit (signal. violation.). Dans le CODEAMI ne sont pas utilisés deux, mais trois niveaux du signal sur la ligne. Un niveau supplémentaire nécessite une augmentation de la puissance de l'émetteur d'environ 3 dB afin d'assurer la même fiabilité de la réception des bits sur la ligne, qui est un inconvénient commun de codes avec plusieurs états du signal par rapport aux codes qui ne diffèrent que dans deux états. .
Code potentiel avec inversion à un. Il existe un code similaire à AMI, mais seulement avec deux niveaux de signal. Lors de la transmission de zéro, il transmet le potentiel installé dans le tact précédent (c'est-à-dire qui ne le change pas) et lorsque l'unité est transmise, le potentiel est inversé à l'opposé. Ce code est appelé code potentiel avec inversion pour un (Non. Revenir. à. Zéro. avec. ceux. Inversé., Nrzi.). Ce code est pratique dans les cas où l'utilisation d'un troisième niveau de signal est très indésirable, par exemple, dans des câbles optiques, où deux états du signal et de l'obscurité sont reconnus de manière stable.
Code pouls bipolaireOutre les codes potentiels des réseaux, des codes d'impulsion sont utilisés lorsque les données sont représentées par une impulsion complète ou une partie. Le cas le plus simple de cette approche est code pouls bipolairedans lequel l'unité est représentée par une impulsion d'une polarité et zéro-autre . Chaque impulsion dure la moitié de l'horloge. Ce code a d'excellentes propriétés auto-synchronisantes, mais le composant constant peut être présent, par exemple, lors de la transmission d'une séquence longue d'unités ou de zéros. De plus, le spectre est plus large que celui des codes potentiels. Ainsi, lors de la transmission de tous les zéros ou unités, la fréquence du harmonique principal du code sera égale à la NGZ, qui est deux fois supérieure à l'harmonique principal du code NRZ quatre fois plus élevé que l'harmonique de base de la transmission de CODAMIMI d'alternance unités et zéros. En raison du spectre trop large, le code pouls bipolaire est rarement utilisé.
Code Manchester.Dans les réseaux locaux, jusqu'à récemment, la méthode de codage la plus courante était la soi-disant code Manchester.Il est utilisé dans la technologieTHERNETKENRING. Dans le code de Manchester pour les unités de codage et les zéros, une différence de potentiel est utilisée, c'est-à-dire le front d'impulsion. Avec le codage Manchester, chaque tact est divisé en deux parties. Les informations sont codées par des gouttes potentielles survenant au milieu de chaque tact. L'unité est codée avec une chute d'un niveau de signal bas à une chute élevée et à livrer zéro. Au début de chaque horloge, une différence de service peut se produire si vous devez présenter plusieurs unités ou zéros d'affilée. Étant donné que le signal change au moins une fois par tact de transmission d'un bit de données, le code Manchester a de bonnes propriétés de synchronisation auto-synchronisante. La bande de transmission du code de Manchester est déjà égale à celle d'une impulsion bipolaire. En moyenne, la largeur de la bande de codes Manchester est d'une fois et demie déjà que celle d'un code d'impulsion bipolaire, et l'harmonique principal fluctue près de la valeur de 3N / 4. Le code Manchester a un autre avantage sur un code pouls bipolaire. Dans ces derniers, trois niveaux du signal sont utilisés pour transmettre des données et à Manchester.
Code potentiel 2b 1q. Code potentiel avec quatre niveaux de signal pour le codage des données. Ce code 2 EN 1Q., le nom qui reflète son essence - chaque deux bits (2b) sont transmis en une horloge par un signal comportant quatre états (1q). La paire de bit 00ctence le potentiel de -2,5V, la paire de bits 01the est constitué de potentiel-0,833v, paire 11 -potentialité + 0,833V et paire 10 -potentialité + 2,5 V. Dans ce cas, la méthode de codage nécessite des mesures supplémentaires pour lutter contre les séquences longues des mêmes paires de bits, car le signal se transforme en un composant constant. En cas d'alternance accidentelle, le spectre du signal est déjà déjà supérieur à celui du code NRZ, car avec la même vitesse de bit, la durée de l'horloge est doublée. Ainsi, l'utilisation de code 2B 1q peut-on une et même la ligne transmettre des données deux fois plus rapidement que l'utilisation de CodaminRzi. Toutefois, pour sa mise en œuvre, la puissance de l'émetteur devrait être plus élevée de sorte que quatre niveaux varient clairement par le récepteur sur le fond des interférences.
Codage logiqueLa codage logique est utilisée pour améliorer les codes potentiels de Tyleami, Nrzii 2Q.1B. Le codage logique doit remplacer les séquences longues du bit, entraînant un potentiel constant, des unités de branchement. Comme indiqué précédemment, deux méthodes sont caractéristiques du codage logique -. Codes et décalage en excès.
Codes en excèsbasé sur la partition de la séquence initiale des bits sur des portions, qui sont souvent appelées symboles. Ensuite, chaque symbole de source est remplacé par un nouveau, ce qui a un montant supérieur à la source.
Pour assurer la largeur de bande spécifiée de la ligne, l'émetteur utilisant le code en excès devrait fonctionner avec une fréquence d'horloge accrue. Ainsi, pour transmettre des codes 4b / 5v à une vitesse de 100 Mo / avec un émetteur doit fonctionner avec une fréquence d'horloge de 125 MHz. Dans le même temps, le spectre du signal sur la ligne est en expansion par rapport au cas lorsque la ligne est transmise, pas en surpoids. Néanmoins, le spectre de l'excès de code potentiel est déjà le spectre du code de Manchester, qui justifie la phase supplémentaire de codage logique, ainsi que le fonctionnement du récepteur et de l'émetteur à une fréquence d'horloge accrue.
Brouillage. Mélanger les données par Scrambler avant de les transmettre à une ligne à l'aide d'un code potentiel est une autre façon de coder logique. Les méthodes de brouillage doivent bombarder le code résultant basé sur les bits du code source et le bit résultant du code résultant obtenu dans des horloges précédentes. Par exemple, Scrambler peut implémenter le ratio suivant:
Transmission asynchrone et synchrone
Lors du partage des données au niveau physique, une unité d'informations est un peu, de sorte que les niveaux physiques prennent toujours en charge la synchronisation par lots entre le récepteur et l'émetteur. Il suffit généralement de fournir une synchronisation sur les deux niveaux et le cadre, l'émetteur et le récepteur ont été en mesure de fournir un échange d'informations constant. Cependant, avec une mauvaise qualité de la ligne de communication (désigne généralement les canaux d'accès téléphonique) pour réduire l'équipement et augmenter la fiabilité du transfert de données, des niveaux supplémentaires de synchronisation de synchronisation sont introduits.
Un tel mode d'opération est appelé asynchroneou alors commencer arrêter.En mode asynchrone, chaque octet de données est accompagné de signaux spéciaux "Démarrer" et "Stop". L'affectation de ces signaux est de, d'abord, notifier le récepteur à l'arrivée des données et, d'autre part, pour donner suffisamment de temps à un récepteur pour effectuer certaines fonctions associées à la synchronisation avant l'arrivée de l'octet suivant. Le signal "Démarrer" a une durée d'un intervalle d'horloge et le signal "Stop" peut durer un, un et demi ou deux horloges, il est donc dit que l'un, un et demi ou deux bits sont utilisés comme arrêt signal, bien que les bits d'utilisateur ne représentent pas ces signaux.
Avec le mode de transmission synchrone, les bits de démarrage entre chaque paire d'octets sont manquants. conclusions
Lors de la transmission de données discrètes sur le canal de fréquence tonale à bande étroite utilisée dans la téléphonie, les méthodes de modulation les plus appropriées sont les méthodes de modulation les plus appropriées dans lesquelles la sinusoïde de la porteuse est modulée par la séquence d'origine des chiffres binaires. Cette opération est effectuée par des appareils spéciaux - Modèles.
Pour le transfert de données à basse vitesse, une modification de la fréquence de la sinusoïde de la porteuse est appliquée. Des modems plus à grande vitesse fonctionnent sur des modèles combinés de modulation d'amplitude en quadrature (QAM), pour lesquels le niveau 4 de l'amplitude de la sinusoïde de support et 8 niveaux de la phase est caractéristique. Toutes les méthodes de 32 pliaux éventuelles ne sont pas utilisées pour le transfert de données, les combinaisons interdites vous permettent de reconnaître les données déformées au niveau physique.
Sur les canaux de communication à large bande, les méthodes de codage potentielle et d'impulsion sont utilisées, dans laquelle les données sont représentées par divers niveaux du potentiel permanent du signal ou des polarités de l'impulsion ou le siende face.
Lorsque vous utilisez des codes potentiels, la synchronisation du récepteur avec un émetteur est particulièrement importante, car lors de la transmission de séquences longues de zéros ou d'unités, le signal à l'entrée du récepteur ne change pas et que le récepteur est difficile à déterminer le moment de la suppression de la Suivant Data BIPT.
Le code potentiel le plus simple est le code sans retourner à zéro (NRZ), mais il n'est pas auto-synchronisant et crée un composant constant.
Le code impulsionnel le plus populaire est un code Manchester dans lequel les informations portent la direction du signal chute au milieu de chaque tact. Le code Manchester est utilisé dans les technologies Ethertitokenging.
Pour améliorer les propriétés du code potentiel, les méthodes de codage logique qui excluent les séquences de zérules longues sont utilisées. Ces méthodes sont basées:
Sur l'introduction de bits redondants aux données source (codes 4b / 5b);
Brouillage des données source (codes de type 1Q 2b).
Les codes potentiels améliorés ont un spectre plus étroit que l'impulsion, de sorte qu'ils sont utilisés dans des technologies à grande vitesse, telles que FDDI, Fastethernet, Gigabitethernet.
Lors de la transmission de données discrètes sur les canaux de communication, deux types principaux de codage physique sont utilisés - basés sur signal de support sinusoïdal et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première méthode est souvent appelée modulation ou modulation analogique, soulignant que le codage est effectué en modifiant les paramètres du signal analogique. La deuxième méthode est généralement appelée codage numérique. Ces méthodes se distinguent par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité de l'équipement nécessaire à leur mise en œuvre.
Modulation analogique Il est utilisé pour transmettre des données discrètes via des canaux avec une bande étroite de fréquences, dont une représentante typique est un canal de fréquence tonale fournie aux utilisateurs de réseaux téléphoniques publics. La fréquence de fréquence typique de l'amplitude du canal de fréquence tonale est illustrée à la Fig. 2.12. Ce canal transmet des fréquences comprises entre 300 et 3400 Hz, sa largeur de bande est donc de 3100 Hz. Le dispositif qui effectue les fonctions de modulation de la sinusoïde porteuse sur le côté émetteur et la démodulation du côté de la réception est appelé modem (modulateur - démodulateur).
Méthodes de modulation analogique
La modulation analogique est de cette manière codée physique, dans laquelle les informations sont codées en modifiant l'amplitude, la fréquence ou la phase du signal de fréquence de support sinusoïdal.
Le diagramme (Fig. 2.13, A) montre la séquence du bit d'informations initial, représentée par des potentiels de haut niveau pour une unité logique et le potentiel de niveau zéro pour un zéro logique. Cette méthode de codage s'appelle un code potentiel, qui est souvent utilisé pour transmettre des données entre les blocs d'ordinateur.
Avec modulation d'amplitude (Fig. 2.13, B), un niveau de l'amplitude des sinusoïdes de fréquence porteuse est sélectionné pour l'unité logique et pour zéro logique - l'autre. Cette méthode est rarement utilisée dans sa forme pure dans la pratique en raison d'une immunité à faible bruit, mais est souvent utilisée conjointement avec une autre modulation de type de modulation.
Lorsque la modulation de fréquence (figure 2.13, C), les valeurs de 0 et 1 des données initiales sont transmises par des sinusoïdes avec des fréquences différentes - F0 et F1. Cette méthode de modulation ne nécessite pas de circuits complexes en modems et est généralement utilisé dans des modems à basse vitesse fonctionnant à 300 ou 1200 bits / s vitesses.
Avec la modulation de phase, les valeurs de données 0 et 1 correspondent aux signaux de la même fréquence, le nez de différentes phases, par exemple 0 et 180 degrés ou 0,90, 180 et 270 degrés.
Dans les modems à grande vitesse, des méthodes de modulation combinées sont souvent utilisées, en règle générale, d'amplitude en combinaison avec la phase.
Lorsque vous utilisez des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir cette méthode de codage, ce qui permettrait simultanément plusieurs objectifs:
· J'avais à la même vitesse la plus petite largeur du signal résultant;
· Synchronisation fournie entre l'émetteur et le récepteur;
· Avoir la capacité de reconnaître les erreurs;
· Avoir un faible coût de mise en œuvre.
Un spectre plus étroit de signaux permet une seule et même ligne (de la même bande passante) d'atteindre un taux de transfert de données plus élevé. De plus, la nécessité de l'absence d'un composant constant est souvent présentée au spectre du signal, c'est-à-dire la présence de courant continu entre l'émetteur et le récepteur. En particulier, l'utilisation de divers circuits de galvanoplastie de transformateur empêche le passage de DC.
La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire de manière à ce que le récepteur sache exactement à quel moment il est nécessaire de lire de nouvelles informations à partir de la ligne de communication.
La reconnaissance et la correction des données déformées sont difficiles à mettre en œuvre les outils de couche physique, de sorte que les protocoles sous-jacents à ces travaux sont le plus souvent pris: canal, réseau, transport ou appliqué. D'autre part, la reconnaissance d'erreur au niveau physique sauve du temps, car le récepteur n'attend pas un cadre complet sur le tampon et le rejette immédiatement lors de la reconnaissance des bits erronés à l'intérieur du cadre.
Les exigences relatives aux méthodes de codage sont mutuellement contradictoires. Par conséquent, chacune des méthodes populaires de codage numérique à l'examen ci-dessous présente ses avantages et ses inconvénients par rapport aux autres.
Les informations source à transmettre sur la ligne de communication peuvent être discrètes (production d'ordinateurs) ou analogiques (parole, image de télévision).
La transmission de données discrete est basée sur l'utilisation de deux types de codage physique:
a) la modulation analogique lorsque le codage est effectué en modifiant les paramètres du signal de support sinusoïdal;
b) codage numérique en modifiant les niveaux d'une séquence d'impulsions d'informations rectangulaires.
La modulation analogique conduit à un spectre du signal résultant une largeur beaucoup plus petite que de codage numérique, à la même vitesse de transmission d'informations, elle nécessite un instrument plus complexe et plus coûteux.
Actuellement, les données initiales ayant une forme analogique sont de plus en plus transmises via des canaux de communication sous une forme discrète (comme une séquence d'unités et de zéros), c'est-à-dire une modulation discrète de signaux analogiques.
Modulation analogique. Il est utilisé pour transmettre des données discrètes à travers des canaux avec une bande de bande étroite, dont un représentant typique est un canal de fréquence tonale fournie aux utilisateurs de réseau téléphonique. Sur ce canal, des signaux sont transmis avec une fréquence de 300 à 3400 Hz, c'est-à-dire que sa bande passante est de 3100 Hz. Une telle bande est assez suffisante pour transmettre la parole avec une qualité acceptable. La limitation de la bande passante du canal de tonalité est associée à l'utilisation d'un joint de canal et d'un équipement de commutation dans des réseaux téléphoniques.
Avant de transmettre des données discrètes sur le côté émetteur à l'aide d'un modulateur de démodulateur (modem), la modulation des sinusoïdes porteurs de la séquence d'origine des chiffres binaires est effectuée. La transformation inverse (démodulation) est effectuée par le modem de réception.
Trois façons de convertir des données numériques en une forme analogique ou trois méthodes de modulation analogiques sont possibles:
Modulation d'amplitude, lorsque seule l'amplitude des oscillations sinusoïdales porteurs change conformément à la séquence de bits d'informations transmissibles: par exemple, lorsque le transfert de l'unité d'amplitude d'oscillation est grand, et lorsque zéro est modifié - petit, ou le signal de support est généralement absent. ;
Modulation de fréquence, lorsque, sous l'action des signaux de modulation (bits d'informations transmises), seule la fréquence des oscillations sinusoïdales de support change: par exemple, lorsque zéro est transféré - faible, et lorsque l'appareil est transmis - élevé;
Modulation de phase, lorsque, conformément à la séquence des bits d'informations transmis, seule la phase des oscillations sinusoïdales de support change: Lors de la commutation du signal 1 au signal 0 ou inversement, la phase varie de 180 °. Dans sa forme pure, la modulation d'amplitude dans la pratique est rarement utilisée en raison d'une immunité de faible bruit. La modulation de fréquence ne nécessite pas de circuits complexes en modems et est généralement utilisé dans des modems à faible vitesse fonctionnant à 300 ou 1 200 bits / s. L'augmentation du taux de transfert de données est assurée en utilisant des méthodes de modulation combinées, une amplitude plus souvent en combinaison avec la phase.
La méthode analogique de transmission de données discrètes fournit une transmission à large bande en utilisant différentes fréquences porteuses dans un seul canal. Cela garantit l'interaction d'un grand nombre d'abonnés (chaque paire d'abonnés fonctionne à sa fréquence).
Codage numérique. Avec les informations discrètes de codage numérique, deux types de codes sont utilisés:
a) codes potentiels lorsque seule la valeur du potentiel de signal est appliquée pour représenter les unités d'information et les zéros, et ses différences ne sont pas prises en compte;
b) Codes d'impulsion Lorsque des données binaires sont représentées par des impulsions d'une certaine polarité, ou le potentiel d'une certaine direction.
Pour les méthodes de codage numérique d'informations discrètes lors de l'utilisation des impulsions rectangulaires, ces exigences sont présentées pour représenter des signaux binaires:
Assurer la synchronisation entre l'émetteur et le récepteur;
Assurer la plus petite largeur du résultat du signal résultant à la même vitesse de bit (puisqu'un spectre plus étroit de signaux permet
recherche de la même bande passante pour atteindre une vitesse supérieure
transmission de données);
La capacité de reconnaître les erreurs dans les données transmises;
Coût relativement faible de la mise en œuvre.
Les outils de la couche physique ne reconnaissent que des données déformées (détection d'erreur) sont effectuées, ce qui vous permet de gagner du temps, car le récepteur, sans attendre la pièce complète du cadre reçu dans le tampon, il le rejette immédiatement lors de la reconnaissance des bits erronés dans le Cadre. Une opération plus complexe est une correction des données déformées - réalisée par un protocole de niveau supérieur: canal, réseau, transport ou appliqué.
La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement à quel point les données entrantes doivent être lues. Synchroniser les signaux Définissez le récepteur sur le message transmis et prenez en charge la synchronisation du récepteur avec les bits de données récepteurs. Le problème de synchronisation est facilement résolu lors de la transmission d'informations pour de courtes distances (entre les blocs à l'intérieur de l'ordinateur, entre l'ordinateur et l'imprimante) à l'aide d'une liaison tactique distincte: les informations sont en lecture seule à l'heure de la prochaine impulsion d'horloge. Dans les réseaux informatiques, refuser d'utiliser des impulsions de tacting pour deux raisons: pour des conducteurs d'épargne dans des câbles coûteux et en raison de l'inhomogénéité des caractéristiques des conducteurs dans des câbles (à de grandes distances, l'inégalité du taux de propagation du signal peut conduire à la Distance des impulsions d'horloge dans la ligne de tacting et les impulsions d'informations dans la ligne principale, par conséquent, le bit de données sera ignoré ou lisez).
Actuellement, la synchronisation de l'émetteur et le récepteur dans les réseousts est obtenue en utilisant des codes de synchronisation auto-synchronisante (SC). Encodage des données transmises à l'aide du SC consiste à fournir des modifications régulières et fréquentes (transitions) des niveaux de signal d'information dans le canal. Chaque transition de niveau de signal de haut à basse ou inversement est utilisée pour ajuster le récepteur. Le mieux est considéré comme un tel IC, qui fournit une transition de niveau de signal d'au moins une fois sur l'intervalle de temps requis pour recevoir un bit d'information. Plus les transitions de niveau du signal, plus la synchronisation du récepteur est réalisée de manière fiable et que l'identification des bits de données reçues est identifié plus confiant.
Ces exigences relatives aux méthodes de codage d'informations discrètes numériques sont dans une certaine mesure contradictoire, de sorte que chacune des méthodes de codage à l'examen présente ses avantages et ses inconvénients par rapport aux autres.
Codes auto-synchronisants. Les plus courants sont les suivants SC:
Code potentiel sans retourner à zéro (NRZ - sans retour à zéro);
Code d'impulsion bipolaire (code RZ);
Code Manchester;
Code bipolaire avec inversion de niveau alternatif.
En figue. 32 Affiche les schémas de codage du message 0101100 en utilisant ces SC.
Pour les caractéristiques et l'évaluation comparative du Royaume-Uni, ces indicateurs sont utilisés:
Synchronisation de niveau (qualité);
Fiabilité (confiance) de reconnaissance et d'affectation des bits d'information reçus;
Le taux de changement de vitesse requis dans la ligne de communication lors de l'utilisation du SC, si la bande passante de la ligne est spécifiée;
La complexité (et, par conséquent, le coût) de l'équipement mettant en œuvre le SC.
Le code NRZ est caractérisé par une simplicité de codage et de faible valeur coûts. Il a reçu ce nom car lors de la transmission de la série des mêmes noms du même nom (unités ou zéros), le signal ne retourne pas à zéro pendant l'horloge, comme c'est le cas dans d'autres méthodes de codage. Le niveau du signal reste inchangé pour chaque série, ce qui réduit considérablement la qualité de la synchronisation et de la fiabilité de la reconnaissance des bits reçus (l'inadéquation de la minuterie du récepteur peut survenir par rapport au signal entrant et à l'enquête tardive des lignes).
Pour s ^ -code il y a un rapport
où VI est la vitesse de changement dans le niveau de signal dans la ligne de communication (BOD);
U2 - bande passante de communication (bit / s).
En plus du fait que ce code n'a pas la propriété de la synchronisation de soi, il a également un désavantage grave différent: la présence d'un composant basse fréquence, qui s'approche de zéro lors de la transmission de longues séries d'unités ou de zéros. En conséquence, le code NRZ sous forme pure dans les réseaux n'est pas utilisé. Ses diverses modifications sont appliquées, qui éliminent l'auto-nivellement faible du code et la présence d'un composant constant.
Le code RZ ou le code d'impulsion bipolaire (code avec un retour à zéro) est distingué par le fait que lors de la transmission d'un bit d'information, le niveau du signal change deux fois, que la série de bits du même nom soit transmise. ou change alternativement bits. L'unité est représentée par une impulsion d'une polarité et zéro est différente. Chaque impulsion dure la moitié de l'horloge. Ce code a d'excellentes propriétés auto-synchronisantes, mais le coût de sa mise en œuvre est assez élevé, car il est nécessaire de garantir le ratio
Le spectre au code RZ est plus large que celui des codes potentiels. En raison du trop large spectre, il est rarement utilisé.
Le code de Manchester fournit une modification du niveau de signal lors de la présentation de chaque bit et lors de la transmission de la série des mêmes noms - double changement. Tout le monde est divisé en deux parties. Les informations sont codées par des gouttes potentielles survenant au milieu de chaque tact. L'unité est codée par une chute d'un niveau de signal bas à une différence élevée et inverse zéro. Le rapport des vitesses de ce code est:
Le code Manchester a de bonnes propriétés auto-synchronisantes, car le signal change au moins une fois par contact de la transmission d'un lot de données. Sa bande passante est déjà qu'au code RZ (en moyenne un et demi). Contrairement à un code d'impulsion bipolaire, lorsque trois niveaux du signal sont utilisés pour transmettre des données (parfois très indésirables, par exemple, seuls deux états et ténèbres sont reconnus de manière stable dans des câbles optiques), dans le code de Manchester - deux niveaux.
Le code Manchester est largement utilisé dans les technologies de l'anneau Ethernet et de jeton.
Code bipolaire avec niveau d'inversion alternatif (code AMI) est l'une des modifications du code NRZ. Il utilise trois niveaux de potentiel - négatif, zéro et positif. L'unité est codée ou potentiel positive ou négative. Le codage zéro utilise un potentiel zéro. Le code a de bonnes propriétés de synchronisation lors de la transmission de la série d'unités, car le potentiel de chaque nouvelle unité est opposé au potentiel de la précédente. Lors du passage d'une série de zéros, la synchronisation est manquante. Le code AMI est relativement facile à mettre en œuvre. Pour lui 
Lors de la transmission de diverses combinaisons de bits sur la ligne, l'utilisation du code AMI conduit à un spectre plus étroit du signal que pour le code NRZ, et donc, à une largeur de bande plus élevée de la ligne.
Notez que les codes potentiels améliorés (code MANCHESTER modernisé et code AMI) ont un spectre plus étroit que pulsé. Ils sont donc utilisés dans des technologies à grande vitesse, par exemple, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
Modulation discrète de signaux analogiques. Comme indiqué précédemment, l'une des tendances du développement de réseaux informatiques modernes est leur numérisation, c'est-à-dire la transmission sous forme numérique de signaux de n'importe quelle nature. Les sources de ces signaux peuvent être des ordinateurs (pour des données discrètes) ou des périphériques tels que des téléphones, des caméscopes, des équipements vidéo et de reproduction de son (pour les données analogiques). Jusqu'à récemment (avant l'apparition des réseaux de communication numériques) dans des réseaux territoriaux, tous types de données ont été transmis sous forme analogique, et les données informatiques discrètes du modem ont été converties en une forme analogique.
Toutefois, la transmission d'informations sous forme analogique n'améliore pas la qualité des données prises s'il y a eu leur distorsion significative pendant la transmission. Par conséquent, une technologie numérique qui utilise la modulation discrète des signaux analogiques a été remplacée par une technique analogique pour l'enregistrement et la transmission du son et de l'image.
La modulation discrète est basée sur l'échantillonnage de signaux continus à la fois par amplitude et par temps. L'une des méthodes généralisées de convertir des signaux analogiques au numérique est la modulation de code d'impulsion (ICM) proposée en 1938 a.h. Rivis (USA).
Lorsque vous utilisez IRM, le processus de conversion comprend trois étapes: mappage, quantification et codage (Fig. 33).
La première étape est l'affichage. L'amplitude du signal continu initial est mesurée à une période donnée, due à quel échantillonnage de temps se produit. À ce stade, un signal analogique est converti en signaux de modulation d'amplitude signal (EAM). L'exécution de la scène est basée sur la théorie de la cartographie nyquist Kotelnikov, la position principale dont indique: Si un signal analogique est affiché (c'est-à-dire qu'il semble sous la forme d'une séquence de ses valeurs discrètes) à un intervalle régulier avec un Fréquence d'au moins deux fois plus fréquence plus élevée du haut harmonie du signal continu initial, le mappage contiendra des informations suffisantes pour restaurer le signal source. Dans la téléphonie analogique, une gamme de 300 à 3400 Hz est sélectionnée dans la téléphonie analogique, qui suffit pour une transmission de haute qualité de toutes les harmoniques majeures des interlocuteurs. Par conséquent, dans les réseaux numériques, où la méthode ICM est mise en œuvre pour la transmission vocale, la fréquence d'affichage est faite égale à 8000 Hz (ceci est supérieure à 6800 Hz, qui fournit une marge de qualité).
Au stade de quantification, chaque signal reçoit une valeur quantifiée correspondant au niveau de quantification le plus proche. L'ensemble des modifications de l'amplitude des signaux de la soeur est divisé en 128 ou 256 niveaux de quantification. Plus les niveaux de quantification, plus l'amplitude de l'EAM - le signal semble être un niveau quantifié.
Au stade de codage, chaque affichage quantifié est défini sur une correspondance 7 bits (si le nombre de niveaux de quantification est de 128) ou 8 bits (avec quantification de 256 étages) code binaire. En figue. 33 montre les signaux de code binaire de 8 éléments 00101011 correspondant à un signal quantifié avec un niveau 43. Lors de l'encodage avec des codes à 7 éléments, le débit de données de canal doit être de 56 kbps (il s'agit d'un produit de la fréquence d'affichage sur le bit de code binaire ), et lors de la codage des codes de 8 elfs - 64 Kbps. La norme est la chaîne numérique 64 Kbps, qui s'appelle également le canal élémentaire des réseaux téléphoniques numériques.
L'appareil qui effectue les étapes spécifiées de convertir la valeur analogique en un code numérique est appelé convertisseur analogique-numérique (ADC). Sur le côté de la réception à l'aide d'un convertisseur analogique numérique (DAC) est effectué une transformation inverse, c'est-à-dire une démodulation d'amplitudes numérisées du signal continu, rétablissant la fonction de temps en continu d'origine.
Dans les réseaux de communication numérique modernes, d'autres méthodes de modulation discrètes sont utilisées, ce qui permet de présenter des voix sous forme plus compacte, par exemple, sous la forme d'une séquence de nombres à 4 chiffres. Ce concept de conversion de signaux analogiques en numérique, dans lequel les signaux eux-mêmes sont appelés, puis sont codés, mais seuls leurs modifications sont codées et que le nombre de niveaux de quantification est accepté de la même manière. De toute évidence, un tel concept vous permet de transformer des signaux avec une plus grande précision.
Les méthodes numériques d'enregistrement, de lecture et de transmission d'informations analogiques permettent de contrôler la fiabilité des données du support ou des données obtenues sur la ligne de données. À cette fin, les mêmes méthodes de contrôle sont utilisées comme pour les données informatiques (voir paragraphe 4.9).
La transmission du signal continu dans la forme discrète place des exigences strictes pour la synchronisation du récepteur. En cas de non-conformité avec la synchronicité, le signal initial est restauré de manière incorrecte, ce qui conduit à des voix ou à l'image transmise. Si les cadres avec des mesures vocales (ou d'autres analogies) arriveront de manière synchrone, la qualité de la voix peut être assez élevée. Toutefois, dans les réseaux informatiques, le personnel peut être retardé à la fois dans les nœuds d'extrémité et dans des dispositifs de commutation intermédiaires (ponts, commutateurs, routeurs), qui affecte négativement la qualité de la voix. Par conséquent, pour une transmission de haute qualité de signaux continus numérisés, des réseaux numériques spéciaux (RNIS, guichet automatique, des réseaux de télévision numérique sont utilisés, bien que des réseaux de relais de cadre servent à transmettre des conversations téléphoniques intra-corporatives, car les retards de transfert de trame sont acceptables. limites.
Deux types de base de codage physique sont utilisés - basés sur un signal de support sinusoïdal (modulation analogique) et sur la base d'une séquence d'impulsions rectangulaires (codage numérique).
Modulation analogique - Transmettre des données discrètes via un canal avec une bande passante étroite - réseaux téléphoniques d'un canal de fréquence de tonalité (bande passante de 300 à 3400 Hz) qui effectue la modulation et la démodulation - modem.
Méthodes de modulation analogique
n modulation d'amplitude (immunité à faible bruit, souvent utilisée conjointement avec la modulation de la phase);
n Modulation de fréquence (implémentation technique complexe, est généralement utilisée dans des modems à basse vitesse).
n modulation de phase.
Spectre du signal modulé
Code potentiel - Si des données discrètes sont transmises à une vitesse de n bits par seconde, le spectre consiste en un composant constant de la fréquence zéro et une gamme infinie d'harmoniques avec une fréquence F0, 3F0, 5F0, 7F0, ..., où F0 \u003d N / 2. Les amplitudes de ces harmoniques diminuent lentement - avec 1/3, 1/5 coefficients, 1/7, ... d'amplitude f0. Le spectre du signal résultant du code potentiel lors de la transmission de données arbitraires prend la bande d'une certaine valeur proche de 0, à environ 7f0. Pour un canal de fréquence de tonalité, la limite supérieure du débit de transmission est obtenue pour le débit de données de 971 bits par seconde, et la baisse est inacceptable pour toutes les vitesses, car la largeur de bande de canal commence par 300 Hz. C'est-à-dire que les codes potentiels ne sont pas utilisés sur les canaux de fréquence de tonalité.
La modulation d'amplitude - le spectre est constitué des sinusoïdes de la fréquence porteuse FC et de deux harmoniques latéraux FC + FM et FC-FM, où FM est la fréquence du changement de paramètre d'information de la sinusoïde, qui coïncide avec le taux de transfert de données lors de l'utilisation de deux niveaux d'amplitude. La fréquence FM détermine la largeur de bande de la ligne sur cette méthode de codage. Avec une petite modulation Chopotote, la largeur du spectre de la plage sera enregistrée petit (égale à 2fm) et les signaux ne déforment pas les lignes si la largeur de bande est supérieure ou égale à 2 mm. Pour un canal de canal de tonalité, cette méthode est acceptable à un débit de données non supérieur à 3100/2 \u003d 1550 bits par seconde.
Modulation de phase et de fréquence - Le spectre est plus complexe, mais symétrique, avec un grand nombre d'harmoniques réduisant rapidement. Ces méthodes conviennent à la transmission à travers le canal de la fréquence tonale.
Modulation de l'amplitude quadrate (modulation d'amplitude quadrate) - Modulation de phase avec 8 valeurs de valeurs de déphasage et d'amplitude avec 4 valeurs d'amplitude. Toutes les 32 combinaisons de signaux sont pas utilisées.
Codage numérique
Codes potentiels - Seule la valeur du potentiel de signal est utilisée pour représenter des unités logiques et des zéros, et ses décharges formulent des impulsions finies ne sont pas prises en compte.
Codes d'impulsion - représenter des données binaires soit par impulsions d'une certaine polarité, soit une partie de l'impulsion - la chute du potentiel d'une certaine direction.
Conditions requises pour la méthode de codage numérique:
J'ai eu la plus petite largeur du signal résultant au même débit binaire (un spectre plus étroit du signal permet de réaliser une vitesse de transfert de données plus élevée, l'exigence de l'absence d'un composant constant est également faite. , la présence de DC entre l'émetteur et le récepteur);
Synchronisation fournie entre l'émetteur et le récepteur (le récepteur doit savoir exactement à quel point à temps pour lire les informations nécessaires à partir de la ligne, dans les systèmes locaux - les lignes de tacting, dans les réseaux - les codes auto-synchronisants, dont les signaux sont transportés à l'émetteur de l'indication sur quel moment vous devez mettre en œuvre la reconnaissance du prochain bit);
Possédait la capacité de reconnaître les erreurs;
Il possédait un faible coût de mise en œuvre.
Code potentiel sans retourner à zéro.NRZ (non rougeur à zéro). Le signal ne retourne pas à zéro pendant l'horloge.
Facile à mettre en œuvre, contient de bonnes erreurs reconnaissables en raison de deux signaux distinctifs qui ne distinguent pas, mais ne dispose pas de la propriété de synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de zéros ou d'unités, le signal de signal ne change pas, le récepteur ne peut donc pas déterminer lorsque les données doivent être relues à nouveau. Un autre inconvénient est la présence d'un composant basse fréquence, qui s'approche de zéro lors de la transmission de longues séquences d'unités et de zéros. Selon leur forme pure, le code est rarement utilisé, des modifications sont utilisées. Attractivité - Basse fréquence de l'harmonique principal F0 \u003d N / 2.
Méthode de codage bipolaire avec inversion alternative. (Inversion d'alternance bipolaire, AMI), modification de la méthode NRZ.
Pour le codage nul, le potentiel zéro est utilisé, l'unité logique est codée soit un potentiel positif, soit négatif, tandis que le potentiel de chaque unité suivante est opposé au potentiel de la précédente. Élimine partiellement les problèmes du composant constant et l'absence de synchronisation de soi. Dans le cas de la transmission d'une longue séquence d'unités - une séquence d'impulsions relaxissantes avec le même spectre que le code NRZ transmettant la séquence d'impulsions alternées, c'est-à-dire sans composant constant et le principal harmonique n / 2. En général, l'utilisation de l'AMI conduit à un spectre plus étroit que la NRZ, et donc à une bande passante plus élevée de la ligne. Par exemple, lors de la transmission de zéro et des unités alternées, le F0 harmonique principal a une fréquence N / 4. Il est possible de reconnaître les transmissions erronées, mais d'assurer la précision de la réception, il est nécessaire d'augmenter la puissance d'environ 3 dB, car le niveau de signal est utilisé.
Code potentiel avec inversion pour l'unité. (Non retour à zéro avec ceux inversés, NRZI) AMI similaire au signal avec deux niveaux de signal. Lorsque la transmission de zéro est transmise par le potentiel de l'horloge précédente, et lorsque l'unité est transmise, le potentiel est inversé à l'opposé. Le code est pratique lors de l'utilisation du troisième niveau n'est pas souhaitable (câble optique).
Pour améliorer AMI, NRZI utilise deux méthodes. Le premier est d'ajouter au code des unités excédentaires. La propriété auto-synchronisation apparaît, le composant constant disparaît et le spectre est réduit, mais la largeur de bande utile est réduite.
Une autre méthode consiste à "mélanger" des informations source de manière à ce que la probabilité de l'apparition des unités et des zéros sur la ligne devienne proches - Scrapper. Les deux méthodes sont codées logiques, car la forme de signaux sur la ligne n'est pas définie.
Code pouls bipolaire. L'unité est représentée par une impulsion d'une polarité et zéro est différente. Chaque impulsion dure la moitié de l'horloge.
Le code dispose d'excellentes propriétés de synchronisation de soi, mais lors de la transmission de la longue séquence de zéros ou d'unités peut être présente du composant constant. Le spectre est plus large que les codes potentiels.
Code Manchester. Le code le plus courant utilisé dans les réseaux Ethernet, la bague de jeton.
Tout le monde est divisé en deux parties. Les informations sont codées par des gouttes potentielles survenant au milieu du tact. L'unité est codée par une chute d'un niveau de signal bas à une différence élevée et inverse zéro. Au début de chaque tact, le signal peut survenir, Elsi doit être soumis plusieurs unités ou zéros d'affilée. Le code a d'excellentes propriétés auto-synchronisantes. La bande passante est déjà que dans une impulsion bipolaire, il n'y a pas de composant constant et le principal harmonique dans le pire des cas a une fréquence de N, et dans le meilleur - N / 2.
Code potentiel 2b1q.. Tous les deux bits sont transmis à un peu de tact avec un signal comportant quatre états. 00 - -2,5 V, 01 - 0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. nécessite des moyens supplémentaires pour lutter contre de longues séquences de paires identiques de bits. En cas d'alternance aléatoire, le spectre de bits est déjà déjà supérieur à celui de la NRZ, car avec la même vitesse de bit, la durée de l'horloge est doublée, c'est-à-dire qu'il est possible de transmettre des données sur la même ligne deux fois plus rapidement qu'avec Ami, Nrzi mais vous avez besoin d'une grande puissance de l'émetteur.
Codage logique
Il est destiné à améliorer les codes potentiels des codes AMI, NRZI, 2B1Q, remplacement des séquences longues du bit, entraînant un potentiel constant, des unités injectables. Deux méthodes sont utilisées - un excès de codage et de brouillage.
Codes en excès Basé sur la partition de la séquence initiale des bits sur des portions, qui sont souvent appelées symboles, après quoi chaque caractère source est remplacé par une nouvelle, ce qui a une plus grande quantité que l'original.
Le code 4b / 5b remplace les séquences de 4 bits avec des séquences de 5 bits. Ensuite, au lieu de 16 combinaisons de 16 bits, il s'avère 32. Parmi ceux-ci, 16 sont sélectionnés, ce qui ne contient pas de zéro grand nombre de zéros, les autres sont considérés comme des codes interdits (violation du code). En plus d'éliminer le composant constant et de donner le code de pleurer de soi, des codes en excès permettent au récepteur de reconnaître des bits déformés. Si le récepteur accepte le code interdit, le signal s'est produit sur la ligne.
Ce code est transmis sur la ligne à l'aide de codage physique selon l'une des méthodes de codage potentiel, sensible uniquement aux séquences de zéros longues. Le code veille à ce qu'il n'y aura plus de trois zéros d'affilée sur la ligne. Il existe d'autres codes, par exemple 8B / 6T.
Pour assurer une bande passante donnée, l'émetteur doit fonctionner avec une fréquence d'horloge accrue (pour 100 Mo / s - 125 MHz). Le spectre du signal est en expansion par rapport à l'initiale, mais le spectre du code de Manchester reste.
Brouillage - mélange de données par Scrambler avant de transférer de la ligne.
Les procédés de brouillage consistent en un calcul par disconférence du code résultant basé sur le bit source du code source et le bit résultant du code résultant obtenu dans les horloges précédentes. Par example,
B i \u003d a i xor b i -3 xor b i -5
où B i est un chiffre binaire du code résultant obtenu sur le travail Scrambler I-Ohm, un chiffre i-binaire du code source entrant dans l'I-Ohm à l'entrée du Scrambler, B i -3 et B i -5 - Chiffres binaires du code résultant obtenu sur des stands de travail antérieurs.
Pour la séquence de 110110000001, le Scrambler donnera 110001101111, c'est-à-dire les séquences des six zéros consécutifs ne seront pas.
Après avoir reçu la séquence résultante, le récepteur le transmettra au Descrambler, qui appliquera la transformation inverse.
Avec i \u003d to i xor b i-3 xor b i-5
Divers systèmes de décalage diffèrent dans le nombre de composants et se déplacent entre eux.
Il existe des méthodes plus simples pour la lutte contre les séquences de zéros ou d'unités, qui font également référence aux méthodes de brouillage.
Pour améliorer Bipolar AMI utilisé:
B8ZS (bipolaire avec substitution de 8 zéros) - fixe uniquement des séquences composées de 8 zéros.
Pour cela, après les trois premiers zéros, au lieu des cinq derniers inserts cinq signaux V-1 * -0-V-1 *, où v désigne un signal pour une seule tact de polarité, c'est-à-dire un signal qui ne change pas la Polarité de l'unité précédente, 1 * - Unité de signal de polarité correcte et le signe STAR note le fait que dans le code source de ce tact, ce n'était pas une unité, mais zéro. En conséquence, sur 8 punaises, le récepteur observe 2 distorsion - il est très peu probable que cela soit arrivé à cause du bruit de la ligne. Par conséquent, le récepteur considère ces violations avec un codage de 8 zéros consécutifs. Dans ce code, le composant constant est égal à zéro avec des séquences de chiffres binaires.
Le code HDB3 corrige chaque zéro consécutif dans la séquence d'origine. Chaque point zéro est remplacé par quatre signaux dans lesquels il y a un signal V. Pour supprimer le composant constant de la polarité du signal V alternatif avec des remplacements consécutifs. De plus, deux échantillons de codes à quatre temps sont utilisés pour remplacer. Si le code source contient un nombre impair d'unités, la séquence 000V est utilisée et si le nombre d'unités était même - séquence 1 * 00v.
Les codes potentiels améliorés ont une bande passante assez étroite pour toutes les séquences de zéros et des unités que l'on trouve dans les données transmises.
Sujet 2. Niveau physique
Plan
Bases de transmission théoriques de données
Les informations peuvent être transmises par des fils en modifiant toute quantité physique, telle que la tension ou le courant. Représentant la tension ou la valeur actuelle sous la forme d'une fonction de temps sans ambiguïté, vous pouvez simuler le comportement du signal et l'exposer à une analyse mathématique.Fourier rangées
Au début du XIXe siècle, le mathématicien français Jean-Baptiste Fourier (Jeanbaptiste Fourier) a prouvé que toute fonction périodique avec une période de T peut être décomposée en rangée (éventuellement infinie), constituée de sommes de sinus et de cosinus:(2.1)
où est la fréquence principale (harmoniques) et - les amplitudes des sinus et de la cosinus de la n-ème harmonique, et c est une constante. Une telle décomposition est appelée près de Fourier. La fonction déployée dans une rangée peut être restaurée par les éléments de cette série, c'est-à-dire si la période T et l'amplitude des harmoniques sont connues, la fonction initiale peut être restaurée avec la somme de la plage (2.1).
Un signal d'information qui a une durée finie (toutes les signaux d'information a une durée finie) peut être décomposé dans une série de Fourier, si vous imaginez que tout le signal est répété infiniment répété et encore (c'est-à-dire l'intervalle de T à 2T complètement répété. l'intervalle de 0 à t, etc.).
Les amplitudes peuvent être calculées pour une fonction donnée. Pour ce faire, multipliez le côté gauche et droit de l'équation (2.1) sur, puis d'intégrer de 0 à T. Depuis:
(2.2)
un seul membre de la série reste. Un nombre disparaît complètement. De même, en multipliant l'équation (2.1) sur et en intégrant le temps de 0 à t, vous pouvez calculer les valeurs. Si vous intégrez les deux parties de l'équation sans le changer, vous pouvez obtenir la valeur de la constante. de. Les résultats de ces actions seront les suivants:
(2.3.)
Informations sur les médias contrôlés
La nomination du niveau physique du réseau est le transfert du flux non traité des bits d'une machine à une autre. Pour la transmission, divers supports d'information physique peuvent également être utilisés, également appelés support de distribution de signal. Chacun d'entre eux a un ensemble caractéristique de bande passante, de retards, de prix et de facilité d'installation et d'utilisation. Les supports peuvent être divisés en deux groupes: support contrôlé, tel qu'un câble de fil de cuivre et de fibre optique, et ingérable, tel que la communication radio et la transmission le long d'une faisceau laser sans câble.Transporteurs magnétiques
L'un des moyens les plus faciles de transférer des données d'un ordinateur à un autre est de les enregistrer sur une bande magnétique ou un autre support amovible (par exemple, un DVD réinscriptible), pour transférer physiquement ces bandes et ces disques à destination et les lire là-bas.Bande passante élevée. Cassette standard avec caisse de ruban Ultrium 200 Go. Environ 1000 cassettes de ce type sont placées dans une boîte de 60x60x60, qui donne une capacité totale de 1600 TBIT (1,6 PBB). Une boîte avec des cassettes peut être livrée aux États-Unis dans les 24 heures par le Service Express fédéral ou une autre société. La largeur de bande effective avec une telle transmission est de 1600 TBIT / 86 400 S, ou 19 GB / s. Si la destination ne représente qu'une heure de conduite, la bande passante sera supérieure à 400 Go / s. Aucun réseau informatique n'est toujours capable de se rapprocher de ces indicateurs.
Efficacité. Le prix de gros de la cassette est d'environ 40 $. La boîte avec des rubans coûtera 4 000 $, tandis que l'une et la même bande peuvent utiliser des dizaines de fois. J'ajoute 1000 $ pour le transport (et en fait, beaucoup moins) et nous obtenons environ 5 000 $ pour le transfert de 200 To ou 3 cents par gigaoctet.
Désavantages. Bien que le taux de transfert de données utilisant des bandes magnétiques soit excellent, la valeur du délai dans une telle transmission est très importante. Le temps de transmission est mesuré en minutes ou en heures, pas de millisecondes. Pour de nombreuses applications, une réaction instantanée du système distant est requise (en mode connecté).
Tordu para
La paire torsadée se compose de deux fils de cuivre isolés, dont le diamètre habituel est de 1 mm. Les fils se tournent autour de l'autre sous la forme d'une spirale. Cela vous permet de réduire l'interaction électromagnétique de plusieurs couples à proximité.Application - ligne téléphonique, réseau informatique. Il peut transmettre un signal sans l'atténuation de la puissance à une distance constituant plusieurs kilomètres. À des distances plus longues, des répéteurs sont nécessaires. Combiné dans le câble, avec un revêtement protecteur. Dans la paire de câbles de fils, suite, pour éviter la superposition de signal. Peut être utilisé pour transmettre des données analogiques et numériques. La bande passante dépend du diamètre et de la longueur du fil, mais dans la plupart des cas, une vitesse de plusieurs mégabits par seconde peut être obtenue à une distance de plusieurs kilomètres par seconde. Grâce à une bande passante assez élevée et à un petit prix, des paires torsadées sont répandues et, très probablement, seront populaires à l'avenir.
Les paires torsadées sont utilisées dans plusieurs versions, dont deux sont particulièrement importantes dans le domaine des réseaux informatiques. Les paires de catégorie 3 torsadées (chat 3) se composent de deux fils isolés, destinés les uns avec les autres. Quatre paires de telles paires sont généralement placées dans une coque en plastique.
Les paires torsadées de la catégorie 5 (Cat 5) sont similaires à des paires torsadées de la troisième catégorie, mais ont un plus grand nombre de tours sur le centimètre de la longueur du fil. Cela rend encore plus fort de réduire les astuces entre différents canaux et de fournir une qualité de signal améliorée sur de longues distances (Fig. 1).
Figure. 1. UTP Catégorie 3 (a), UTP Catégorie 5 (B).
Tous ces types de composés sont souvent appelés UTP (paire torsadée non blindée - paire torsadée non blindée)
Les câbles blindés des paires de Vatima de IBM Corporation ne sont pas devenus populaires en dehors de la société IBM.
Câble coaxial
Un autre moyen de transfert de données commun est un câble coaxial. Il est mieux blindé que la vapeur torsadée, il peut donc fournir une transmission de données pour des distances plus longues avec des vitesses plus élevées. Deux types de câbles sont largement utilisés. L'un d'entre eux, 50 ohm, est généralement utilisé pour transmettre des données exclusivement numériques. Un autre type de câble, 75 ohm, est souvent utilisé pour transférer des informations analogiques, ainsi que dans la télévision par câble.Le type de câble dans la section est illustré à la figure 2.
Figure. 2. Câble coaxial.
La conception et le type spécial de blindage de câble coaxial offrent une large bande passante et une excellente immunité de bruit. La largeur de bande maximale dépend de la qualité, de la longueur et du rapport signal à bruit de la ligne. Les câbles modernes ont une bande passante d'environ 1 GHz.
Application - Systèmes téléphoniques (autoroutes), télévision par câble, réseaux régionaux.
La fibre optique
La technologie actuelle des fibres optiques peut développer le taux de transfert de données jusqu'à 50 000 Gbps (50 Tbit / s) et, en même temps, de nombreux spécialistes sont utilisés à la recherche de matériaux plus avancés. La présente limite pratique actuelle de 10 Gbps est due à l'incapacité de convertir rapidement des signaux électriques en optique et en arrière, bien que le laboratoire a déjà atteint la vitesse de 100 GB / S sur une seule fibre.Le système de transmission de données à fibre optique comprend trois composants principaux: la source de lumière, le support sur lequel le signal de lumière est distribué et le récepteur de signal ou le détecteur. L'impulsion lumineuse est prise par unité et l'absence d'impulsion - pour zéro. La lumière se propage dans une fibre de verre ultralong. Si sur elle, le détecteur de lumière génère une impulsion électrique. En connectant la source de lumière à une extrémité de la fibre optique et que le détecteur est un système de transfert de données unidirectionnel.
Lorsque vous transférez le signal lumineux, la réflexion et la réfraction de la lumière sont utilisées lors de la déplacement de 2 environnements. Ainsi, lorsque la lumière est appliquée à un certain angle, le faisceau lumineux est complètement réfléchi sur la limite du support et se verrouille dans la fibre (Fig. 3).
Figure. 3. La propriété de la réfraction de la lumière.
Il existe 2 types de câbles à fibres optiques: Multi-Member - transmet un faisceau de lumière, la mince mince à la limite de plusieurs longueurs d'onde, agit presque comme un guide d'ondes, la lumière se déplace en ligne droite sans réflexion. Les lignes de fibres à montage unique d'aujourd'hui peuvent fonctionner à une vitesse de 50 Gbps à une distance allant jusqu'à 100 km.
Dans les systèmes de communication, trois gammes de longueur d'onde sont utilisées: 0,85, 1,30 et 1,55 μm, respectivement.
La structure du câble à fibre optique est similaire à la structure du fil coaxial. La seule différence est qu'il n'y a pas de grille de blindage dans la première.
Au centre de la fibre optique, il y a un noyau en verre, qui couvre la lumière. Dans la fibre optique multimode, le diamètre du noyau est de 50 μm, qui est approximativement égal à l'épaisseur des cheveux humains. Le noyau dans une fibre à sens unique a un diamètre de 8 à 10 microns. Le noyau est recouvert d'une couche de verre inférieure à celle du noyau, l'indice de réfraction. Il est conçu pour faire une prévention plus fiable de la prise de lumière au-delà du noyau. La couche extérieure est la gaine en plastique protégeant le vitrage. Les veines de fibres optiques sont généralement regroupées en faisceaux protégés par une coque extérieure. La figure 4 montre un câble à trois cœurs.
Figure. 4. Câble à fibres optiques à trois noyau.
Lors de la découpe, la connexion des segments de câble peut être effectuée de trois manières:
- Un connecteur spécial peut être fixé à l'extrémité du câble, avec lequel le câble est inséré dans la sortie optique. Perte - 10-20% de la puissance légère, mais cela facilite la modification de la configuration du système.
Épissage - Deux extrémités soigneusement tranchées du câble posé côte à côte et serrent une embrayage spéciale. L'amélioration du passage de la lumière est obtenue en alignant les extrémités du câble. Perte - 10% du pouvoir léger.
Couler. La perte est pratiquement absente.
Tableau 1.
Tableau comparatif du laser LED et semi-conducteur
L'extrémité de réception du câble optique est une photodiode générant une impulsion électrique lorsque la lumière tombe dessus.
Caractéristiques comparatives du câble à fibres optiques et du fil de cuivre.
La fibre optique a un certain nombre d'avantages:- Grande vitesse.
Moins d'affaiblissement du signal, la conclusion est moins répétée (une sur 50 km et pas 5)
Inerert sur le rayonnement électromagnétique externe, chimiquement neutre.
Plus léger en poids. 1000 paires torsadées en cuivre de 1 km de long pesent environ 8000 kg. Une paire de câbles à fibres optiques ne pèse que 100 kg avec une plus grande bande passante
Frais de joints bas
- Complexité et compétence lors de l'installation.
Fragilité
Cuivre plus coûteux.
transmission en mode Simplex, entre les réseaux nécessitent un minimum de 2 veines.
Connexion sans fil
Spectre électromagnétique
Le mouvement électronique génère des ondes électromagnétiques pouvant être distribuées dans l'espace (même sous vide). Le nombre d'oscillations d'oscillations électromagnétiques par seconde est appelé fréquence et est mesurée en hertz. La distance entre deux maxima (ou minima) consécutives est appelée longueur d'onde. Cette valeur est traditionnellement notée par la lettre grecque (Lambda).Si vous incluez une antenne d'une taille appropriée dans un circuit électrique, les ondes électromagnétiques peuvent être prises avec succès par le récepteur à une certaine distance. Dans ce principe, tous les systèmes de communication sans fil sont basés.
Dans Vacuo, toutes les ondes électromagnétiques s'appliquent à la même vitesse, quelle que soit leur fréquence. Cette vitesse s'appelle la vitesse de la lumière, - 3 * 108 m / s. En cuivre ou en verre, la vitesse de la lumière est d'environ 2/3 de cette valeur, en outre, cela dépend légèrement de la fréquence.
Valeurs de communication et:
Si la fréquence () est mesurée en MHz et la longueur d'onde () en mètres alors.
La combinaison de toutes les ondes électromagnétiques forme le dossier solide de rayonnement électromagnétique (Fig. 5). La radio, le micro-ondes, les bandes infrarouges, ainsi que les lumières visibles peuvent être utilisées pour transmettre des informations à l'aide d'une amplitude, d'une fréquence ou d'une modulation de phase d'ondes. Les rayons ultraviolets, rayons X et gamma seraient même mieux grâce à leurs hautes fréquences, mais ils sont difficiles à générer et à moduler, ils passent mal à travers des bâtiments et, en outre, ils sont dangereux pour tous les êtres vivants. Le nom officiel des gammes est présenté dans le tableau 6.
Figure. 5. Spectrum électromagnétique et son utilisation en connexion.
Tableau 2.
Noms officiels des gammes de l'UIT
La quantité d'informations pouvant porter l'onde électromagnétique est associée à la plage de fréquences du canal. Les technologies modernes vous permettent de coder plusieurs bits sur Hertz à basses fréquences. Dans certaines conditions, ce nombre peut augmenter huit en haute fréquence.
Connaissant la largeur de la plage de longueurs d'onde, vous pouvez calculer la plage de fréquences correspondante et le taux de transfert de données.
Exemple: Pour 1,3 microns, le câble à fibre optique est obtenu, puis. Ensuite, à 8 bits / s, il est possible d'obtenir un taux de transfert de 240 Tbit / s.
Radio
Les ondes radio sont faciles à générer, surmonter de longues distances, traversent les murs, améliorent les bâtiments, distribués dans toutes les directions. La propriété des ondes radio dépend de la fréquence (figure 6). Lorsque vous travaillez à basse fréquences, la radio radio passe à travers les obstacles, mais la puissance du signal dans l'air tombe fortement en suppression de l'émetteur. Le rapport de puissance et de distance de la source est approximativement comme suit: 1 / R2. À des hautes fréquences, les ondes radio ont généralement tendance à se propager exclusivement en ligne droite et à réfléchir aux obstacles. De plus, ils sont absorbés, par exemple, la pluie. Les signaux radio de toutes les fréquences sont sensibles aux interférences des moteurs avec des brosses étincelantes et d'autres équipements électriques.Figure. 6. Les vagues de VLF, LF, des bandes MF sont d'énormes irrégularités de la surface de la Terre (A), les ondes des bandes HF et VHF sont reflétées de l'ionosphère, le sol est absorbé (B).
Communication au micro-ondes
Aux fréquences supérieures à 100 MHz, les ondes radio s'appliquent presque en ligne droite, elles peuvent donc être concentrées sur des faisceaux étroits. La concentration d'énergie sous la forme d'un faisceau étroit à l'aide d'une antenne parabolique (comme une plaque de télévision satellite bien connue) conduit à une amélioration du rapport signal à bruit, cependant, pour une telle connexion, les antennes de transmission et de réception doit être très précisément dirigé l'un à l'autre.Contrairement aux ondes radio avec des fréquences inférieures, les micro-ondes passent mal à travers des bâtiments. Les communications radio à micro-ondes sont devenues si largement utilisées dans la téléphonie longue distance, les téléphones portables, la radiodiffusion de la télévision et d'autres domaines que le manque de largeur du spectre est devenu fortement ressenti.
Cette relation présente plusieurs avantages sur la fibre. L'essentiel est qu'il n'est pas nécessaire de poser le câble, respectivement, vous n'avez pas besoin de payer la location de terres sur le chemin du signal. Il suffit d'acheter de petites parcelles de terre toutes les 50 km et de fixer une tour de relais sur eux.
Ondes infrarouges et millimètres
Le rayonnement infrarouge et millimètre sans l'utilisation du câble est largement utilisé pour la communication à courte distance (un exemple de télécommandes distantes). Ils sont relativement dirigés, pas cher et facilement installés, mais ne pas passer à travers des objets solides.La connexion infrarouge est appliquée dans les systèmes informatiques de bureau (par exemple, pour communiquer des ordinateurs portables avec des imprimantes), mais ne joue toujours pas un rôle important dans les télécommunications.
Satellites de communication
Les types de satellites de Satellites sont utilisés: GEO (GEO), MEDIVAL (MEO) et LOW-BIT (LEO) (Fig. 7).Figure. 7. Satellites de communication et leurs propriétés: la hauteur de l'orbite, le délai, le nombre de satellites nécessaires pour couvrir toute la surface du globe.
Réseau de téléphone public chantable
Structure du système téléphonique
La structure d'une voie téléphonique typique pour des distances moyennes est présentée à la figure 8.Figure. 8. Route de communication typique à une distance moyenne entre les abonnés.
Lignes de communication locales: modems, ADSL, communication sans fil
Étant donné que l'ordinateur fonctionne avec un signal numérique et la ligne téléphonique locale est la transmission d'un signal analogique pour effectuer la conversion numérique sur l'analogique et le dos du périphérique est un modem, et le processus lui-même est appelé modulation / démodulation (Fig. 9 ).Figure. 9. Utilisation d'une ligne téléphonique lors de la transmission d'un signal numérique.
Il y a 3 méthodes de modulation (Fig. 10):
- modulation d'amplitude - 2 amplitudes de signal différentes sont utilisées (pour 0 et 1),
fréquence - plusieurs fréquences de signal différentes sont utilisées (pour 0 et 1),
les quarts de phase de phase sont utilisés lors de la commutation entre les unités logiques (0 et 1). Angles de décalage - 45, 135, 225, 180.
Figure. 10. Signal binaire (A); modulation d'amplitude (B); modulation de fréquence (B); Modulation de phase.
Tous les modems modernes permettent aux données de transmettre des données dans les deux sens, un tel mode de fonctionnement s'appelle duplex. La connexion avec la possibilité de transmission alternée est appelée moitié duplex. Les connexions dans lesquelles seulement dans une direction est appelée simplex.
Le mode maximum de modems pouvant être atteint à l'heure actuelle est de 56 kb / s. Standard V.90.
Lignes d'abonné numérique. Technologie XDSL.
Une fois que la vitesse des modems a atteint ses limites, les compagnies de téléphone ont commencé à rechercher une sortie de cette situation. Ainsi, de nombreuses propositions sont apparues sous le nom général de XDSL. XDSL (ligne de souscription numérique) - ligne d'abonnés numériques, où x. Pourrait être d'autres lettres. La technologie la plus célèbre de ces propositions est ADSL (asymétrique DSL).La raison de la limite de vitesse des modems était qu'ils utilisaient la gamme de transmission de la parole humaine - 300Hz à 3400 Hz. En collaboration avec des fréquences frontalières, la bande passante n'était pas de 3100 Hz, mais 4000 Hz.
Bien que la ligne téléphonique locale elle-même soit de 1 100.
La première offre de la technologie ADSL a utilisé toute la gamme de lignes téléphoniques locales, divisées en 3 plages:
- Pots - gamme d'un réseau téléphonique régulier;
portée sortante;
gamme entrante.
Méthode alternative appelée modulation multitone discrète, DMT (Discrete Multitone) consiste à séparer l'ensemble du spectre de la ligne locale 1.1 MHz large sur 256 canaux indépendants de 4312,5 Hz dans chacun. Canal 0 est des pots. Les canaux de 1 à 5 ne sont pas utilisés de manière à ce que le signal vocal n'a pas la capacité d'interférer avec des informations. Dans les 250 canaux restants, il est engagé à contrôler le transfert vers le fournisseur, en direction de l'utilisateur, et tous les autres sont disponibles pour le transfert de données utilisateur (Fig. 11).
Figure. 11. Opération ADSL à l'aide de la modulation multitonéale discrète.
La norme ADSL vous permet de prendre jusqu'à 8 Mo / s et d'envoyer à 1 Mo / s. ADSL2 + - Sortant à 24 Mo / C, entrant à 1,4 MB / s.
La configuration matérielle ADSL typique contient:
- DSLAM - Multiplexeur d'accès DSL;
NID - un réseau de jumelage avec un réseau, partage la propriété d'une compagnie de téléphone et d'abonné.
Le séparateur (séparateur) est le séparateur de fréquence séparant la bande de pots et les données ADSL.
Streams et joints
Les économies de ressources jouent un rôle important dans le système téléphonique. Le coût de la pose et de la maintenance d'une ligne de haute capacité et de haute qualité est également la même (c'est-à-dire que la part du lion de ce coût passe à creuser des tranchées, et non au câble de cuivre ou de fibre optique).Pour cette raison, les compagnies de téléphone ont développé conjointement plusieurs systèmes de transmission de plusieurs conversations sur un câble physique. Les régimes de multiplexage (scellement) peuvent être divisés en deux catégories principales FDM (multiplexage de la partition de la division de fréquence - TDM (multiplexage de la division Time - Multiplexing avec joint temporaire) (figure 13).
Si l'étanchéité de fréquence, le spectre de fréquence est divisé entre les canaux logiques de RI, chaque utilisateur reçoit son sous-bande en possession exceptionnelle. Lors du multiplexage avec un étanchéité temporaire, les utilisateurs prennent des virages (cycliquement) utilisent le même canal, et chacun en une courte période est fournis avec toutes les largeurs de bande de canal.
Dans les canaux de fibres optiques, une variante spéciale du joint de fréquence est utilisée. C'est ce qu'on appelle le sceau spectral (WDM, multiplexage de division de longueur d'onde).
Figure. 13. Un exemple d'étanchéité de fréquence: SPECTRES SOURCE 1 Signaux (A), Spectres décalés dans la fréquence (B), Channel compacté (B).
Commutation
Du point de vue de l'ingénieur téléphonique moyen, le système téléphonique est composé de deux parties: équipement externe (lignes téléphoniques locales et autoroutes, hors tension) et équipements internes (commutateurs) situés sur l'échange téléphonique.Tous les réseaux de communication supportent une méthode de commutation (communication) de leurs abonnés entre eux. Il est presque impossible de fournir à chaque paire d'abonnés en interaction de leur propre ligne de communication physique non-contractueuse, qu'ils pourraient surmonter de manière monopolitaire "propre" pendant une longue période. Par conséquent, tout réseau de commutation d'abonné est toujours utilisé sur n'importe quel réseau, ce qui garantit la disponibilité des canaux physiques disponibles en même temps pour plusieurs sessions de communication entre les abonnés réseau.
Deux réceptions différentes sont utilisées dans les systèmes téléphoniques: canaux de commutation et commutation de paquets.
Canaux de commutation
La commutation de canal implique la formation d'un canal physique composé continu à partir de canaux individuels connectés séquentiellement pour la transmission directe de données entre les nœuds. Dans le réseau commuté du réseau, avant de transférer des données, il est toujours nécessaire d'effectuer une procédure composée dans le processus dont le canal composite est créé (Fig. 14).Packs de commutation
Lors de la commutation de paquets, tous les messages transmis par l'utilisateur sont cassés dans le nœud source pour des pièces relativement petites, appelées packages. Chaque paquet est fourni avec le titre, ce qui indique les informations d'adresse requises pour délivrer le package de nœuds de destination, ainsi que le numéro de colis à utiliser par le nœud de destination pour créer un message. Les packages sont transportés dans le réseau sous forme de blocs d'information indépendants. Les commutateurs de réseau prennent des paquets de nœuds finaux et sur la base d'informations d'adresse les transmettent les uns aux autres, et finalement - le nœud de destination (Fig. 14).etc.................