La transmiterea datelor discrete asupra canalelor de comunicare, se utilizează două tipuri de codare fizice - pe baza unui semnal purtător sinusoidal și pe baza unei secvențe de impulsuri dreptunghiulare. Primul mod este adesea numit de asemenea modularesau modularea analogică,subliniind faptul că codificarea se efectuează prin schimbarea parametrilor semnalului analogic. Al doilea mod se numește de obicei codarea digitală.Aceste metode se disting prin lățimea spectrului de semnal rezultat și complexitatea echipamentului necesar implementării acestora.

Când utilizați impulsuri dreptunghiulare, spectrul semnalului rezultat este obținut destul de larg. Nu este surprinzător dacă vă amintiți că spectrul pulsului perfect are o lățime infinită. Utilizarea sinusoidelor duce la un spectru de o lățime mult mai mică la aceeași viteză de transmisie a informațiilor. Cu toate acestea, implementarea modulației sinusoidale necesită un instrument mai complex și mai scump decât punerea în aplicare a impulsurilor dreptunghiulare.

În prezent, datele, având inițial un formular analogic - o imagine de televiziune, sunt transmise prin canalele de comunicare într-o formă discretă, adică ca o secvență de unități și zerouri. Procesul de reprezentare a informațiilor analogice în formă discretă este numit modulare discretă.Termenii "modulare" și "codare" sunt adesea utilizați ca sinonime.

2.2.1. Modularea analogică

Modularea analogică este utilizată pentru a transmite date discrete pe canale cu o bandă îngustă, a cărui reprezentant tipic este canalul de frecvență tonalărețele publice de telefonie furnizate utilizatorilor. Caracteristica tipică de amplitudine a canalului de frecvență tonală este prezentată în fig. 2.12. Acest canal transmite frecvențe în intervalul de la 300 la 3400 Hz, astfel încât lățimea de bandă este de 3100 Hz. Deși vocea umană are un spectru mult mai larg - de la aproximativ 100 Hz până la 10 kHz, - pentru calitatea acceptabilă a intervalului de transmisie vocală de 3100 Hz este o soluție bună. Restricționarea strictă a lățimii de bandă a canalului de ton este asociată cu utilizarea etanșării canalului și a echipamentelor de comutare în rețelele de telefonie.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivelul fizic 133

Un dispozitiv care efectuează funcțiile de modulare a sinusoidului purtător pe partea de transmitere și demodularea pe partea de primire, este numit modem(demodulator modulator).

Metode de modulație analogică

Modularea analogică este în acest mod de codare fizică, în care informațiile sunt codificate prin schimbarea amplitudinii, frecvenței sau fazei semnalului de frecvență a purtătorului sinusoidal. Principalele metode ale modulației analogice sunt prezentate în fig. 2.13. În diagrama (figura 2.13, dar)secvența informațiilor inițiale este prezentată, reprezentată de potențiale la nivel înalt pentru o unitate logică și potențialul de nivel zero pentru zero logic. Această metodă de codificare se numește un cod potențial, care este adesea utilizat în transmiterea datelor între blocurile computerului.

Pentru modulație de amplitudine(Fig. 2.13, 6) pentru o unitate logică, este selectat un nivel al amplitudinii sinusidelor de frecvență purtător și pentru zero logic - celălalt. Această metodă este rar utilizată în forma sa pură în practică datorită imunității scăzute a zgomotului, dar este adesea folosită împreună cu o altă modulare de tip de modulare.

Pentru modularea frecvenței(Fig.2.13, c) Valorile 0 și 1 ale datelor inițiale sunt transmise prin sinusoiduri cu frecvențe diferite - FO și FI. Această metodă de modulare nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizat în modemuri cu viteză redusă care funcționează la viteze de 300 sau 1200 de biți.

Pentru modularea fazei(Fig.2.13, d) Valorile datelor 0 și 1 corespund semnalelor aceleiași frecvențe, dar cu faze diferite, de exemplu 0 și 180 de grade sau 0,90,180 și 270 de grade.

În modemurile de mare viteză, sunt adesea folosite metode de modulare combinate, ca regulă, amplitudine în combinație cu faza.

Capitolul 2. Elementele de bază ale transmiterii datelor discrete

Spectrul de semnal modulat

Spectrul semnalului modulat rezultat depinde de tipul de modulație și de viteza de modulație, adică rata dorită de transmisie a biților informațiilor sursă.

Luați în considerare mai întâi spectrul semnalului cu codificare potențială. Lăsați unitatea logică să fie codificată de potențialul pozitiv, iar zero logică - potențialul negativ al aceleiași valori. Pentru a simplifica calculele, presupuneți că informațiile constă dintr-o secvență infinită de unități alternante și zerouri, așa cum se arată în fig. 2.13, dar.Rețineți că, în acest caz, valorile BOD și biți sunt coincidate pe secundă.

Pentru codificarea potențială, spectrul este obținut direct din formulele Fourier pentru o funcție periodică. Dacă datele discrete sunt transmise la rata de biți n biți / s, spectrul este alcătuit dintr-o componentă constantă a frecvenței zero și o gamă infinită de armonici cu frecvențe fo, 3fo, 5fo, 7fo, unde FO \u003d N / 2 . Amplitudinile acestor armonice scad destul de încet - cu coeficienți de 1/3, 1/5.1 / 7, ... din amplitudinea armonicii FO (figura 2.14, dar).Ca rezultat, spectrul de cod potențial necesită o lățime de bandă largă pentru o transmisie de înaltă calitate. În plus, este necesar să se considere că spectrul real al semnalului se schimbă în mod constant în funcție de datele transmise pe linia de comunicație. De exemplu, transferul unei secvențe lungi de zerouri sau unități schimbă spectrul spre frecvențele joase, iar în cazul extrem, atunci când datele transmise constă numai din unități (sau numai din zero), spectrul este alcătuit din frecvența zero armonică. Când transferați unități alternative și zerouri, componenta constantă este absentă. Prin urmare, spectrul semnalului rezultat al codului potențial în timpul transmiterii datelor arbitrare ocupă o bandă dintr-o anumită sumă aproape de 0 Hz, la aproximativ 7fo (armonicii cu frecvențe peste 7fo pot fi neglijate datorită contribuției lor mici la rezultatele lor semnal). Pentru un canal de frecvență de ton, legați-vă pentru codificarea potențială este realizată pentru rata de date de 971 biți, iar partea de jos este inacceptabilă pentru orice viteză, deoarece lățimea de bandă a canalelor începe cu 300 Hz. Ca urmare, codurile potențiale pe canalele de frecvență tonului nu sunt utilizate niciodată.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivelul fizic 135

Cu modulație de amplitudine, spectrul este alcătuit din sinusoidele frecvenței purtătoare FC și două armonici laterale: (FC + FM) și (FC-FM), unde FM este frecvența schimbării parametrului de informații al sinusoidului, care coincide cu Rata de transfer a datelor la utilizarea a două niveluri de amplitudine (figura 2.14, 6). Frecvența f M Specifică lățimea de bandă a liniei la această metodă de codificare. Cu o frecvență mică de modulație, lățimea spectrului de semnal va fi, de asemenea, mică (egală cu 2f M), astfel încât semnalele nu vor fi distorsionate de linie dacă lățimea de bandă este mai mare sau egală cu 2f m. Pentru un canal de canal de ton, această metodă de modulare este acceptabilă la o rată de transfer de date nu mai mare de 3100/2 \u003d 1550 de biți. Dacă 4 niveluri de amplitudine sunt utilizate pentru a reprezenta date, lățimea de bandă a canalelor crește la 3100 biți / s.

Cu modulație de fază și frecvență, spectrul de semnal este obținut mai complex decât atunci când armonicile laterale sunt formate aici mai mult de două, dar sunt, de asemenea, poziționate simetric față de frecvența principală de purtător, iar amplitudinile lor scade rapid. Prin urmare, aceste tipuri de modulare sunt, de asemenea, foarte potrivite pentru transmiterea datelor pe canalul frecvenței tonale.

Metodele de modulare combinate sunt utilizate pentru a crește rata de transfer a datelor. Metodele sunt cele mai frecvente modularea amplitudinii Quadrature (modularea amplitudinii Quadrature, QAM).Aceste metode se bazează pe o combinație de modulație de fază cu 8 valori ale valorilor schimbării de fază și modularea amplitudinii cu 4 niveluri de amplitudine. Cu toate acestea, nu sunt utilizate toate cele 32 de combinații de semnal. De exemplu, în coduri Trellisa.toate combinațiile 6, 7 sau 8 sunt lăsate să reprezinte datele sursă, iar combinațiile rămase sunt interzise. O astfel de redundanță de codificare este necesară pentru recunoașterea de către modemul semnalelor eronate, care sunt o consecință a denaturării datorate interferențelor, care pe canalele telefonice, în special comutate, sunt foarte semnificative față de amplitudine și timp de durată.

2.2.2. Codificarea digitală

Cu coduri discrete care codifică digitale, sunt utilizate coduri potențiale și impulsuri.

În codurile potențiale care reprezintă unități logice și zerouri, se utilizează numai valoarea potențialului de semnal, iar diferențele sale care formează impulsuri complete nu sunt luate în considerare. Codurile de impuls permit date binare fie prin impulsuri de o anumită polaritate, fie o parte a pulsului - scăderea potențialului unei anumite direcții.

Cerințe pentru metodele de codificare digitală

Atunci când utilizați impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să se aleagă această metodă de codificare, ceea ce ar atinge simultan mai multe obiective:

A avut cea mai mică lățime a semnalului rezultat la aceeași rată de biți;

A furnizat sincronizarea între emițător și receptor;

Posedat capacitatea de a recunoaște erorile;

Avea un cost redus de implementare.

136 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete

Un spectru mai restrâns de semnale permite una și aceeași linie (de la aceeași lățime de bandă) pentru a obține o rată mai mare de transfer de date. În plus, adesea cerința absenței unei componente constante este prezentată spectrului de semnal, adică prezența DC între emițător și receptor. În special, utilizarea diferitelor sisteme de transformator galvanic Junction.împiedică trecerea DC.

Sincronizarea transmițătorului și a receptorului este necesară, astfel încât receptorul să știe exact la momentul în care este necesar să citiți informații noi din linia de comunicare. Această problemă în rețele este mai complicată decât atunci când schimbați date între dispozitivele amplasate strâns, de exemplu, între blocuri din interiorul computerului sau între computer și imprimantă. În distanțe mici, o schemă este bine bazată pe o linie de tactare separată (figura 2.15), astfel încât informațiile să fie eliminate din linia de date numai în momentul impulsului de ceas. În rețele, utilizarea acestei scheme determină dificultăți datorită neomogenității caracteristicilor conductorilor din cabluri. La distanțe lungi, neuniformitatea ratei de propagare a semnalului poate duce la faptul că pulsul de ceas va veni mai târziu sau mai devreme decât semnalul de date corespunzător pe care biții de date vor fi ratați sau citiți din nou. Un alt motiv pentru care în rețelele refuză să folosească impulsurile de tactare este salvarea conductorilor în cabluri scumpe.

Prin urmare, așa-numitele rețele sunt utilizate în rețele. coduri de auto-sincronizare,semnalele care sunt transportate la emițătorul indicatorului care în ce moment este necesar să se recunoască următorul bit (sau mai mulți biți, dacă codul este orientat de mai mult de două stări semnale). Orice diferențial de semnal ascuțit este așa-numita față - poate servi ca o indicație bună pentru a sincroniza receptorul cu emițătorul.

Când utilizați un sinusoid ca semnal purtător, codul rezultat are o proprietate de auto-sincronizare, deoarece schimbarea amplitudinii frecvenței purtătoare permite receptorului să determine momentul apariției codului de intrare.

Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate sunt dificil de implementat instrumentele stratului fizic, astfel încât protocoalele care stau la baza acestei lucrări sunt cel mai adesea luate: canal, rețea, transport sau aplicat. Pe de altă parte, recunoașterea erorii la nivel fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă un cadru complet tamponului și o respinge imediat la recunoașterea biților eronați în interiorul cadrului.

Cerințele pentru metodele de codificare sunt contradictorii reciproc, prin urmare, fiecare dintre metodele populare de codificare digitală având în vedere avantajele și dezavantajele sale în comparație cu altele.

______________________________2.2. Metode discrete de transmisie a datelor, dar fizice_______137

Codul potențial fără a reveni la zero

În fig. 2.16, și metoda anterioară menționată a codificării potențiale, numită și codarea fără a reveni la zero (non-revenire la zero, nrz).Cel de-al doilea nume reflectă faptul că atunci când transmiteți secvența de unități, semnalul nu se întoarce la zero în timpul ceasului (după cum vom vedea mai jos, în alte metode de codificare, revenirea la zero în acest caz apare). Metoda NRZ este ușor de implementat, are o eroare bună recunoscută (datorită a două potențiale drastic diferite), dar nu are proprietatea de auto-plâns. Când transferați o secvență lungă de unități sau zerouri, semnalul de pe linie nu se modifică, astfel încât receptorul este lipsit de capacitatea de a determina timpul când trebuie să citiți din nou datele. Chiar și cu prezența unui generator de ceasuri de înaltă precizie, receptorul poate fi confundat cu momentul îndepărtării datelor, deoarece frecvențele a două generatoare nu sunt niciodată complet identice. Prin urmare, la viteze mari de schimb de date și secvențe lungi de unități sau zerouri, o mică nepotrivire a frecvențelor de ceas poate duce la o eroare într-un ceas întreg și, în consecință, citirea biților incorecți.

Un alt dezavantaj grav al metodei NRZ este prezența unei componente de frecvență joasă, care se apropie de zero atunci când transmite secvențe lungi de unități sau zerouri. Din acest motiv, multe canale de comunicare, care nu oferă

138 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete

conexiunea galvanică directă între receptor și sursă nu este acceptată de acest tip de codare. Ca rezultat, într-o formă pură, codul NRZ în rețele nu este utilizat. Cu toate acestea, se utilizează diferitele sale modificări, în care acestea sunt eliminate atât de auto-aluminizarea slabă a codului NRZ, cât și prezența unei componente constante. Atractivitatea codului NRZ, datorită căreia are sens să o sporească, constă într-o frecvență suficient de scăzută a principalei armonice FO, care este egală cu N / 2 Hz, așa cum se arată în secțiunea anterioară. Alte metode de codificare, cum ar fi Manchester, armonicul principal are o frecvență mai mare.

Metoda de codificare bipolară cu inversiune alternativă

Una dintre modificările metodei NRZ este metoda bipolar alternativ Mark Inversiune, AMI).În această metodă (figura 2.16, 6) trei niveluri de potențial sunt utilizate - negative, zero și pozitive. Pentru a codifica un zero logic, se utilizează un potențial zero și unitatea logică este codificată fie prin potențial pozitiv, fie negativ, în timp ce potențialul fiecărei unități noi este opus potențialului celui precedent.

Codul AMI elimină parțial problemele componentei constante și absența auto-sincronizării inerente codului NRZ. Acest lucru se întâmplă atunci când transmiteți secvențe lungi de unități. În aceste cazuri, semnalul de pe linie este o secvență de impulsuri atolare cu același spectru ca codul NRZ care transmite zerouri și unități alternative, care este, fără o componentă constantă și cu armonica principală a N / 2 Hz (unde n este rata de biți). Secvențele lungi zero-uri sunt, de asemenea, periculoase pentru codul AMI, conform codului NRZ, semnalul este degenerat în potențialul constant al amplitudinii zero. Prin urmare, codul AMI necesită îmbunătățiri suplimentare, deși sarcina este simplificată - rămâne de a face față numai secvențelor de zerouri.

În general, pentru diferite combinații de biți de pe linie, utilizarea codului AMI duce la un spectru mai restrâns al semnalului decât pentru codul NRZ, ceea ce înseamnă că lățimea de bandă mai mare a liniei. De exemplu, atunci când transferați unități alternative și zerouri, armonic principalul are o frecvență de N / 4 Hz. Codul AMI oferă, de asemenea, câteva posibilități de recunoaștere a semnalelor eronate. Astfel, încălcarea alternanței stricte a polarității semnalelor vorbește despre un impuls sau o dispariție falsă de la linia impulsului corect. Se numește semnalul cu polaritate incorect semnal interzis (încălcarea semnalului).

În codul AMI, nu doi, dar sunt utilizate trei niveluri ale semnalului de pe linie. Nivelul suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului de aproximativ 3 dB pentru a oferi aceeași fiabilitate a biților de pe linie, ceea ce reprezintă un dezavantaj comun al codurilor cu mai multe stări ale semnalului comparativ cu codurile care disting doar două stări.

Codul potențial cu inversiune pentru unitate

Există un cod similar cu AMI, dar numai cu două nivele de semnal. Când transmiteți zero, transmite potențialul care a fost instalat în tact anterior (adică nu îl schimbă) și când unitatea este transmisă, potențialul este inversat la opusul. Acest cod este numit codul potențial cu inversiune la unul

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 139

(Non-revenire la zero cu ONS inversat, NRZI).Acest cod este convenabil în cazul în care utilizarea unui al treilea nivel de semnal este foarte nedorit, de exemplu, în cabluri optice, unde două stări semnal sunt recunoscute în mod stabil - lumina și întunericul. Pentru a îmbunătăți codurile potențiale similare cu AMI și NRZI, sunt utilizate două metode. Prima metodă se bazează pe adăugarea de biți în exces la codul sursă care conține unități logice. Evident, în acest caz, secvențele lungi zero sunt întrerupte și codul devine auto-sincronizare pentru orice date transmise. Componenta constantă dispare, ceea ce înseamnă că spectrul semnalului este chiar mai îngustat. Dar această metodă reduce lățimea de bandă utilă a liniei, deoarece în exces unitățile de informații despre utilizator nu sunt transportate. O altă metodă se bazează pe "agitarea" preliminară a informațiilor sursă, astfel încât probabilitatea apariției unităților și a zerourilor pe linie să se apropie. Dispozitive sau blocuri care efectuează o astfel de operație sunt numite scramblera(Scramble - Dump, Adunare erratic). În litigiile, se utilizează un algoritm bine cunoscut, astfel încât receptorul, care a primit date binare, transferă-le deskelectler,care restabilește secvența inițială a lotului. Excesul de biți nu sunt transmise pe linie. Ambele metode se referă la codarea logică și nu fizică, deoarece forma de semnale pe linie pe care nu le determină. În detaliu, ele sunt studiate în următoarea secțiune.

Codul pulsului bipolar.

În plus față de codurile potențiale din rețele, codurile de impuls sunt utilizate atunci când datele sunt reprezentate de un impuls complet sau o parte din acesta în față. Cel mai simplu caz al acestei abordări este codul pulsului bipolar.în care unitatea este reprezentată de un impuls de o polaritate și o alta zero (figura 2.16, în).Fiecare impuls durează jumătate din ceas. Un astfel de cod are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar componenta constantă poate fi prezentă, de exemplu, atunci când transmite o secvență lungă de unități sau zerouri. În plus, spectrul este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Astfel, atunci când transmiteți toate zerourile sau unitățile, frecvența armonicii principale a codului va fi egală cu N HZ, care este de două ori mai mare decât armonica de bază a codului NRZ și de patru ori mai mare decât armonica de bază a codului AMI în timpul transmiterii unităților alternante și a zerourilor. Datorită spectrului prea larg, codul puls bipolar este rar folosit.

Codul Manchester.

În rețelele locale, până de curând, cea mai comună metodă de codificare a fost așa-numita codul Manchester.(Figura 2.16, d). Se folosește în tehnologiile Ethernet și Inel Inel.

În codul Manchester pentru codarea unităților și zerourilor, se folosește o diferență potențială, adică Frontul Pulse. Cu codarea Manchester, fiecare tact este împărțit în două părți. Informațiile sunt codificate de picăturile potențiale care apar în mijlocul fiecărui tact. Unitatea este codificată de o scădere de la un nivel de semnal scăzut la o diferență ridicată și zero-inversă. La începutul fiecărui ceas, poate apărea o diferență de serviciu dacă aveți nevoie să prezentați mai multe unități sau zerouri la rând. Deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe tact de a transfera un pic de date, codul Manchester are bine

140 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete_____________________________________________

proprietăți de auto-sincronizare. Banda de transmisie a codului Manchester este deja decât cea a unui impuls bipolar. De asemenea, nu are o componentă constantă, iar armonicul principal în cel mai rău caz (atunci când transmiteți o secvență de unități sau zerouri) are o frecvență de n Hz, iar în cele mai bune (la transmiterea unităților alternante și zerouri) este egală cu N / 2 Hz, precum și codurile AMI sau NRZ. În medie, lățimea benzii de cod Manchester este de una și jumătate deja decât cea a unui cod de puls bipolar, iar principalele armonice fluctuează aproape de valoarea 3N / 4. Codul Manchester are un alt avantaj față de un cod de puls bipolar. În acesta din urmă, trei niveluri ale semnalului sunt folosite pentru a transfera date și în Manchester - două.

Codul potențial 2B1Q.

În fig. 2.16, d.codul potențial este afișat cu patru niveluri de semnal pentru codificarea datelor. Acest cod. 2b1q.numele care reflectă esența ei - fiecare dintre cei doi biți (2b) sunt transmise într-un ceas printr-un semnal având patru stări (1q). Perechea de biți 00 corespunde potențialului de -2,5 V, perechea de biți 01 corespunde potențialului -0.833 V, perechii și potențialului +0.833 V și PERICOL 10 - Potențial +2.5 V. În acest caz, Metoda de codificare necesită măsuri suplimentare pentru combaterea secvențelor lungi de perechi identice de biți, deoarece semnalul se transformă într-o componentă constantă. În cazul alternanței accidentale, spectrul de semnal este de două ori deja decât cel al codului NRZ, deoarece cu aceeași viteză de biți, durata ceasului este dublată. Astfel, folosind codul 2V1Q, este posibilă transmiterea datelor de la aceeași linie de două ori mai rapidă decât utilizarea codului AMI sau NRZI. Cu toate acestea, pentru punerea sa în aplicare, puterea transmițătorului ar trebui să fie mai mare, astfel încât cele patru niveluri diferite în mod clar de către receptor pe fundalul interferențelor.

2.2.3. Codificare logică

Codificarea logică este utilizată pentru a îmbunătăți codurile potențiale AMI, NRZI sau 2Q1B. Codificarea logică ar trebui să înlocuiască secvențele lungi ale bitului, conducând la un potențial constant, unități de conectare. După cum sa menționat mai sus, două metode sunt caracterizate pentru codificarea logică - coduri redundante și dezmembrare.

Coduri excesive

Coduri excesivebazat pe partiția secvenței inițiale a biților pe porțiuni, care sunt adesea numite simboluri. Apoi, fiecare simbol sursă este înlocuit cu unul nou, care are o cantitate mai mare decât sursa. De exemplu, codul logic 4V / 5B utilizat în FDDI și Fast Ethernet tehnologii înlocuiește simbolurile sursei de 4 biți cu o lungime de 5 biți. Deoarece personajele rezultate conțin biți redundanți, atunci numărul total de combinații de biți din ele este mai mare decât în \u200b\u200bsursă. Astfel, în codul 4b / 5V, caracterele rezultate pot conține combinații de 32 de biți, în timp ce caracterele sursă sunt de numai 16. Prin urmare, în codul rezultat, pot fi selectate 16 astfel de combinații care nu conțin un număr mare de zerouri și odihnă coduri interzise (încălcare a codului).În plus față de eliminarea componentei constante și dați codul de auto-sincronizare, permit codurile redundante

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 141

receptorul recunoaște biții distorsionați. Dacă receptorul acceptă codul interzis, înseamnă că semnalul a avut loc pe linie.

Conformitatea codurilor de 4B / 5b inițial și rezultată este prezentată mai jos.

Codul 4B / 5V este apoi transmis pe linie utilizând codarea fizică conform uneia dintre metodele de codificare potențială, sensibilă numai la secvențe lungi zero. 4B / 5B Simboluri de cod 5 biți Long Asigurați-vă că, cu orice combinație a liniei, mai mult de trei zerouri sunt la rând.

Scrisoarea din numele codului înseamnă că semnalul elementar are 2 state - de la engleza binar - binar. Există, de asemenea, coduri și trei stări ale semnalului, de exemplu, în codul 8B / 6T pentru codificarea a 8 biți de informații sursă, utilizează codul de la semnalele B, fiecare dintre acestea având trei state. Redundanța codului 8B / 6T este mai mare de 4B / 5B cod, deoarece 256 coduri sursă reprezintă 3 6 \u003d 729 caractere rezultate.

Utilizarea tabelului transcodare este o operație foarte simplă, astfel încât această abordare nu complică adaptoarele de rețea și blocurile de interfață de comutatoare și routere.

Pentru a asigura lățimea de bandă specificată a liniei, transmițătorul care utilizează un cod excesiv ar trebui să funcționeze cu o frecvență de ceas crescut. Deci, pentru transferul de coduri 4B / 5V la o viteză de 100 MB / s, transmițătorul ar trebui să funcționeze cu o frecvență de ceas de 125 MHz. În același timp, spectrul semnalului de pe linie se extinde comparativ cu cazul în care linia este transmisă, nu supraponderală. Cu toate acestea, spectrul de coduri potențiale în exces este deja spectrul codului Manchester, care justifică stadiul suplimentar de codificare logică, precum și funcționarea receptorului și a transmițătorului la o frecvență de ceas crescut.

Scufundare

Amestecarea datelor prin scrambler înainte de a le trece într-o linie utilizând un cod potențial este un alt mod de codificare logică.

Metodele de blocare trebuie să bombardeze codul rezultat pe baza biților codului sursă și pe bitul rezultat al codului rezultat obținut în ceasurile anterioare. De exemplu, scrambletul poate implementa următorul raport:

BI-AI 8 BI-Z F BI. cinci,

În cazul în care BI este o cifră binară a codului rezultat obținut pe I-M de lucru de scrambler, cifra ai - binară a codului sursă care intră în tact I-M

142 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete

intrarea lui Scoreler, B ^ z și B T.5 - cifre binare ale codului rezultat obținut pe antrenamentele de scramblere anterioare, respectiv cu 3 și 5 ori ceasul curent, 0 este o operație cu excepția sau (adăugarea la modulul 2).

De exemplu, pentru secvența originală de 110110000001, screenul va da următorul cod rezultat:

bI \u003d AI - 1 (primele trei cifre ale codului rezultat vor coincide cu originalul, deoarece nu sunt necesare numere anterioare)

Astfel, o secvență de 1100011011111 va apărea la ieșirea scrupului, în care nu există o secvență de șase zerouri prezente în codul sursă.

După primirea secvenței rezultate, receptorul îl transmite la descrambler, ceea ce restabilește secvența inițială bazată pe relația inversă:

Diferitele algoritmi de blocare se disting prin numărul de termeni care dau o cifră a codului rezultat și schimbarea dintre termenii. Astfel, în rețelele ISDN, atunci când transferați date din rețea către abonat, acesta este utilizat pentru a converti cu schimburi în poziții 5 și 23 și atunci când transferul de date de la abonat la rețea - cu schimburi 18 și 23 de poziții.

Există, de asemenea, metode mai simple de combatere a secvențelor de unități, de asemenea atribuibile clasei de dezmembrare.

Pentru a îmbunătăți codul AMI bipolar, sunt utilizate două metode pe baza distorsiunii artificiale a caracterelor interzise a secvenței zero.

În fig. 2.17 Afișează utilizarea metodei B8Z (bipolar cu substituție cu 8-zerouri) și metoda HDB3 (bipolar de înaltă densitate 3-zerouri) pentru a regla codul AMI. Codul sursă constă din două secvențe lungi de zerouri: în primul caz - din 8 și în al doilea din 5.

Codul B8ZS corectează numai secvențele constând din 8 zerouri. Pentru a face acest lucru, după primele trei zerouri, în loc de celelalte cinci zerouri introduse cinci cifre: V-1 * -0-V-1 *. V Aici indică o unitate de unitate pentru un tact de polaritate dat, adică un semnal care nu modifică polaritatea unității anterioare, 1 * - unitatea de semnal a polarității corecte, iar semnul de stele notează că

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivelul fizic 143

faptul că în codul sursă din acest tact nu a fost o unitate, dar zero. Ca rezultat, pe 8 taci, receptorul observă 2 distorsiuni - este foarte puțin probabil ca sa întâmplat din cauza zgomotului pe linie sau alte defecțiuni de transmisie. Prin urmare, destinatarul consideră că astfel de încălcări cu o codificare a 8 zerouri consecutive și după primire le înlocuiește la 8 zerouri inițiale. Codul B8ZS este construit astfel încât componenta sa constantă să fie zero cu orice secvență de cifre binare.

Codul HDB3 corectează oricare patru zero consecutivi în secvența originală. Regulile de formare a codului HDB3 sunt mai complexe decât codul B8ZS. Fiecare patru zero este înlocuit cu patru semnale în care există un semnal V. Pentru a suprima componenta constantă a polarității semnalului V alternativ cu înlocuiri consecutive. În plus, sunt folosite două eșantioane de coduri în patru timpi. Dacă codul sursă conține un număr impar de unități, se utilizează secvența OOV și dacă numărul de unități a fost chiar - secvență 1 * oov.

Codurile potențiale îmbunătățite au o lățime de bandă destul de îngustă pentru orice secvențe de unități și zero care se găsesc în datele transmise. În fig. 2.18 prezintă spectrele semnalelor de diferite coduri obținute la transmiterea unor date arbitrare în care diferite combinații de zerouri și unități din codul sursă sunt la fel de bine. La construirea graficelor, spectrul este medie pentru toate seturile posibile de secvențe sursă. Bineînțeles, codurile rezultate pot avea, de asemenea, o distribuție diferită de zerouri și unități. Din fig. 2.18 Se poate observa că potențialul cod NRZ are un spectru bun cu un dezavantaj - are o componentă constantă. Codurile obținute de la codificarea logică au un spectru mai restrâns decât Manchester, chiar și cu o frecvență de ceas crescut (în figură, spectrul de cod 4B / 5B ar trebui să fie coincis cu codul B8ZS, dar sa schimbat

144 Glovo2 Bazele transmisiei de date discrete

În zona de frecvență superioară, deoarece frecvența ceasului este mărită cu 1/4 în comparație cu alte coduri). Acest lucru explică utilizarea unor coduri potențiale redundante și de codificare în tehnologiile moderne, cum ar fi FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN etc. în loc de codificarea manchesterului și a impulsului bipolar.

2.2.4. Modularea discretă a semnalelor analogice

Una dintre principalele tendințe în dezvoltarea tehnologiilor de rețea este transferul datelor discrete și analogice într-o rețea într-o rețea. Sursele de date discrete sunt computerele și alte dispozitive de calcul, iar sursele de date analogice sunt dispozitive cum ar fi telefoane, camere video, echipamente de reproducere a sunetului și video. În cele mai vechi etape de rezolvare a acestei probleme în rețelele teritoriale, toate tipurile de date au fost transmise în formă analogică, în timp ce discrete prin datele lor de calculator a acestora au fost transformate într-o formă analogică folosind modemuri.

Cu toate acestea, ca tehnica de îndepărtare și transmitere a datelor analogice, sa dovedit că transmisia acestora în formă analogică nu îmbunătățește calitatea datelor efectuate la celălalt capăt dacă sunt denaturate în mod semnificativ în timpul transmisiei. Semnalul analogic în sine nu oferă instrucțiuni pe care distorsiunea a avut loc sau cum să o remediați, deoarece formularul de semnal poate fi, inclusiv același lucru pe care receptorul a fost înregistrat. Îmbunătățirea calității liniilor, în special teritoriale, necesită eforturi și investiții extraordinare. Prin urmare, o tehnică digitală a venit să înlocuiască tehnica analogică de înregistrare și transmitere a sunetului și a imaginii. Această tehnică utilizează așa-numita modulare discretă a proceselor analogice inițiale continue în timp.

Metodele de modulare discrete se bazează pe discretizarea proceselor continue atât prin amplitudine, cât și de timp (figura 2.19). Luați în considerare principiile modulației întinse pe exemplu modularea codului pulsului, IRM (modulare a amplitudinii pulsului, cadre),care este utilizat pe scară largă în telefonia digitală.

Amplitudinea funcției inițiale continue este măsurată cu o anumită perioadă - datorită acestei perioade de probă are loc eșantionarea. Apoi, fiecare măsurătoare este prezentată sub forma unui număr binar de un anumit bit, ceea ce înseamnă eșantionarea prin valorile funcției - setul continuu de posibile valori de amplitudine este înlocuit cu un set discret de valori. Se numește un dispozitiv care efectuează o astfel de funcție convertor analog-digital (ADC).După aceasta, măsurătorile sunt transmise pe canale de comunicare sub forma unei secvențe de unități și zerouri. În acest caz, aceleași metode de codificare sunt utilizate ca în cazul transmiterii informațiilor discrete inițial, adică, de exemplu, metode bazate pe codul B8Z sau 2B1Q.

Pe partea de primire a codurilor de linie sunt convertite în secvența inițială a bitului și a echipamentelor speciale, numite convertor analogic digital (DAC),demodularea amplitudurilor digitizate ale unui semnal continuu, restabilind funcția inițială continuă a timpului.

Modulul discret se bazează pe teoria afișajului Nyquist - Kotel-Nikova.În conformitate cu această teorie, funcția continuu analogică transmisă ca o secvență a valorilor sale discrete de timp poate fi restabilită cu precizie dacă viteza de eșantionare a fost de două sau mai multe ori mai mare decât frecvența celui mai mare armonică a funcției sursă.

Dacă această condiție nu este respectată, atunci funcția restaurată va diferi semnificativ din sursă.

Avantajul metodelor digitale de înregistrare, redarea și transmiterea informațiilor analogice este capacitatea de a monitoriza fiabilitatea datelor de la mass-media sau datele obținute. Pentru a face acest lucru, puteți aplica aceleași metode care sunt utilizate pentru datele de calculator (și sunt luate în considerare mai jos), - calcularea verificării, re-transmiterea cadrelor distorsionate, utilizarea codurilor de auto-corectare.

Pentru transmisia de voce de înaltă calitate în metoda ICM, se utilizează frecvența de cuantificare a amplitudinii oscilațiilor sonore în 8000 Hz. Acest lucru se datorează faptului că intervalul de 300 și 3400 Hz a fost selectat în telefonie analogică pentru a transfera vocea, care transferă suficient toate armonicile principale ale interlocutorilor. In conformitate cu teorema Nyquist - Koteltekovapentru transmisia de voce de înaltă calitate

146 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete

este suficient să alegeți frecvența de eșantionare, de două ori mai mare armonică a semnalului continuu, adică 2 x 3400 \u003d 6800 Hz. În realitate, frecvența discretizării de 8000 Hz oferă o marjă de calitate. În metoda ICM, codul de 7 sau 8 biți este utilizat, de obicei, pentru a reprezenta amplitudinea unei măsuri. În consecință, conferă 127 sau 256 de gradații de semnal sonor, care este destul de suficient pentru transmisia de voce de înaltă calitate. Când utilizați metoda ICM, este necesară o lățime de bandă de 56 sau 64 kbps pentru a transmite un canal de voce, în funcție de modul în care este prezentată fiecare măsurătoare. Dacă în aceste scopuri este utilizat

7 biți, apoi cu frecvența măsurătorilor măsurătorilor de 8000 Hz obținem:

8000 x 7 \u003d 56000 bps sau 56 kbps; Și pentru cazul a 8 biți:

8000 x 8 - 64000 biți / s sau 64 kbps.

Standardul este un canal digital 64 kbps, numit și canalul elementar al rețelelor de telefonie digitală.

Transmisia semnalului continuu într-o formă discretă necesită rețelele de conformitate rigide ale intervalului de timp de 125 μs (corespunzătoare frecvenței de eșantionare de 8000 Hz) între măsurătorile adiacente, care este, necesită transmiterea sincronă a datelor între nodurile de rețea. Dacă sincronizarea măsurătorilor comerciale nu este comparată, semnalul inițial este restaurat incorect, ceea ce duce la o denaturare a vocii, a imaginilor sau a altor informații multimedia transmise de rețelele digitale. Astfel, denaturarea sincronizării a 10 ms poate duce la efectul "ecoului", iar schimburile dintre măsurătorile de 200 ms conduc la pierderea recunoașterii cuvintelor pronunțate. În același timp, pierderea unei măsuri atunci când sincronismul este observat între celelalte măsurători, practic nu afectează sunetul. Acest lucru se datorează unor dispozitive de netezire în convertoarele analogice digitale, care se bazează pe proprietatea inerției oricărui semnal fizic - amplitudinea oscilațiilor sonore nu se poate schimba instantaneu la o cantitate mare.

Cu privire la calitatea semnalului după ce DAC afectează nu numai sincronizarea veniturilor pe intrarea sa de măsurători, ci și eroarea de eșantionare a amplitudinurilor acestor măsurători.

8 Teorema Nyquist - Kotelnikov Se presupune că amplitudinile funcției sunt măsurate cu exactitate, în același timp, utilizarea acestor amplitudini pentru a depozita numerele binare cu descărcări limitate. În consecință, este distorsionat un semnal continuu restabilit, care se numește zgomot de eșantionare (prin amplitudine).

Există și alte metode de modulare discretă care fac posibilă prezentarea unor voci mai compacte, de exemplu, sub forma unei secvențe de numere pe 4 biți sau pe 2 biți. În acest caz, un canal de voce necesită mai puțină lățime de bandă, de exemplu 32 kbps, 16 kbps sau chiar mai puțin. Din 1985, este aplicată o voce care încorporează CCITT, numită modulare adaptivă a codului pulsului diferențial (ADPCM). Codurile ADPCM se bazează pe diferențele dintre măsurătorile de voci consecvente, care sunt apoi transmise în rețea. În codul ADPCM pentru stocarea unei diferențe, sunt utilizate 4 biți, iar vocea este transmisă la o viteză de 32 kbps. O metodă mai modernă, codarea predictivă liniară (LPC), face ca măsurarea funcționării sursei să fie mai rar, dar utilizează metode pentru prezicerea direcției de schimbare a amplitudinii semnalului. Folosind această metodă, puteți reduce viteza de voce de până la 9600 bps.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 147

Datele continue prezentate în formularul digital pot fi ușor transmise printr-o rețea de calculatoare. Pentru a face acest lucru, este suficient să plasați mai multe măsurători într-un cadru de orice tehnologie de rețea standard, pentru a furniza un cadru al adresei de destinație corectă și trimite destinația. Destinatarul trebuie să fie eliminat din măsurătorile cadru și să le trimită la frecvența de cuantificare (pentru voce - cu o frecvență de 8000 Hz) pe un convertor analogic digital. Deoarece următoarele cadre au ajuns cu măsurători vocale, operația trebuie repetată. Dacă cadrele vor ajunge destul de sincron, calitatea vocii poate fi destul de mare. Cu toate acestea, după cum știm deja, cadrele din rețelele de calculatoare pot întârzia atât în \u200b\u200bnodurile finale (în timp ce așteaptă accesul la mediul comun) și în dispozitivele de comunicații intermediare - poduri, comutatoare și routere. Prin urmare, calitatea vocii atunci când este transmisă în formă digitală prin rețelele de calculatoare este de obicei scăzută. Pentru transmiterea de înaltă calitate a semnalelor continue digitizate - voci, imagini - utilizează astăzi rețele digitale speciale, cum ar fi ISDN, ATM și rețelele de televiziune digitale. Cu toate acestea, pentru transferul convorbirilor telefonice intra-corporative astăzi se caracterizează prin rețeaua releului cadru, întârzierile în transferul de cadre care sunt stivuite în limitele admise.

2.2.5. Transmisie asincronă și sincronă

La partajarea datelor la nivel fizic, o unitate de informații este un pic, astfel încât nivelurile fizice suportă întotdeauna sincronizarea lotului între receptor și emițător.

Nivelul canalului funcționează cu cadre de date și oferă sincronizarea între receptor și emițător la nivel cadru. Atribuțiile destinatarului includ recunoașterea începutului primului octet al cadrului, recunoscând limitele câmpurilor cadru și recunoașterea semnului sfârșitului cadrului.

De obicei, este suficient să se asigure sincronizarea pe cele două niveluri - biți și cadre - astfel încât transmițătorul și receptorul să poată oferi un schimb constant de informații. Cu toate acestea, cu o calitate slabă a liniei de comunicare (se referă de obicei la canalele dial-up telefonice) pentru a reduce echipamentul și a crește fiabilitatea transferului de date, sunt introduse niveluri suplimentare de sincronizare.

Un astfel de mod de operare este numit asincronsau start Stop.Un alt motiv pentru utilizarea unui astfel de mod de funcționare este prezența dispozitivelor care generează octeți de date la momente aleatorii de timp. Deci, tastatura de afișare sau alt dispozitiv terminal, din care o persoană intră în date pentru a le procesa cu un computer.

În modul asincron, fiecare octet de date este însoțit de semnale speciale "Start" și "Stop" (figura 2.20, dar).Atribuirea acestor semnale este, în primul rând, să notifice receptorul la sosirea datelor și, în al doilea rând, să dea un receptor suficient timp pentru a efectua anumite funcții asociate sincronizării înainte ca următorul octet să sosească. Semnalul "Start" are o durată de un interval de ceas, iar semnalul "Stop" poate dura unul, una și jumătate sau două ceasuri, prin urmare se spune că una, una și jumătate sau două biți sunt folosite ca o oprire Semnal, deși biții de utilizator nu reprezintă aceste semnale.

Asincron, modul descris se numește deoarece fiecare octet poate fi oarecum deplasat în timp în raport cu ceasurile biciclete ale precedentului

148 Capitolul 2 Bazele transmisiei de date discrete

byte. Un astfel de asincronism al transmiterii octeților nu afectează corectitudinea datelor realizate, deoarece la începutul fiecărei octeți există o sincronizare suplimentară a receptorului cu o sursă datorită biților "Start". Mai multe toleranțe temporare "gratuite" determină costul scăzut al echipamentului sistemului asincron.

Cu modul de transmisie sincronă, lipsesc biți de pornire între fiecare pereche de octeți. Datele personalizate sunt colectate într-un cadru care este precedat de octeți de sincronizare (figura 2.20, b).Byte de sincronizare este un octet care conține un cod preunoscut, de exemplu 0111110, care notifică receptorul la sosirea cadrului de date. Când îl primește, receptorul trebuie să intre în sincronism octet cu emițătorul, adică în mod corect, înțelegeți începutul următorului octet al cadrului. Uneori, mai multe sincrobyte sunt utilizate pentru a asigura o sincronizare mai fiabilă a receptorului și a transmițătorului. Deoarece atunci când transferați un cadru lung la receptor, problemele pot avea probleme cu sincronizarea biților, atunci în acest caz sunt utilizate codurile de auto-criză.

"La transmiterea datelor discrete pe un canal de frecvență tonală îngustă utilizat în telefonie, cele mai potrivite modalități de modulare analogică sunt cele mai potrivite, în care sinusoidul purtător este modulat de secvența originală a cifrelor binare. Această operație este efectuată de dispozitive de modem speciale.

* Pentru transferul de date cu viteză redusă, se aplică o modificare a frecvenței sinusoidului purtător. Modemurile de mare viteză funcționează pe modele combinate ale modulației de amplitudine a cvadrativelor (QAM), pentru care se caracterizează 4 nivel de amplitudine a sinusoidelor purtători și a nivelurilor de fază 8. Nu toate cele 32 de combinații ale metodei QAM sunt utilizate pentru a transmite date, combinațiile interzise vă permit să recunoașteți datele distorsionate la nivel fizic.

* În cazul canalelor de comunicare în bandă largă, se utilizează metode de codificare a potențialului și a impulsului, în care datele sunt reprezentate de diferite niveluri ale potențialului permanent al semnalului sau al polarităților pulsului sau al frontului său.

* Când utilizați coduri potențiale, sarcina de sincronizare a unui receptor cu un transmițător este deosebit de importantă, deoarece atunci când transmiteți secvențe lungi de zerouri sau unități, semnalul de la intrarea receptorului nu se schimbă și receptorul este dificil de determinat momentul îndepărtării următorul bit de date.

___________________________________________2.3. Metode de întâlnire ale nivelului canalului inferior_______149

* Cel mai simplu cod potențial este codul fără a reveni la zero (NRZ), dar nu se auto-sincronizează și creează o componentă constantă.

»Cel mai popular cod de impuls este un cod de manevră în care informațiile poartă direcția picăturii semnalului în mijlocul fiecărui tact. Codul Manchester este utilizat în tehnologiile Ethernet și Token Inel.

»Pentru a îmbunătăți proprietățile codului NRZ potențial, se utilizează metode de codificare logică care exclud secvențele cu zerule lungi. Aceste metode se bazează:

Privind introducerea unor biți redundanți la datele sursă (codurile 4B / 5B);

Date sursă de blocare (coduri de tip 2b1q).

»Codurile potențiale îmbunătățite au un spectru mai restrâns decât pulsul, astfel încât acestea sunt utilizate în tehnologii de mare viteză, cum ar fi FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Două tipuri de bază de codificare fizică sunt utilizate - pe baza unui semnal purtător sinusoidal (modulație analogică) și pe baza unei secvențe de impulsuri dreptunghiulare (codificare digitală).

Modularea analogică - pentru a transmite date discrete printr-un canal cu o lățime de bandă îngustă - rețele de telefon ale unui canal de frecvență de tonuri (lățime de bandă de la 300 la 3400 Hz), care efectuează modularea și demodularea - modem.

Metode de modulație analogică

n modularea amplitudinii (imunitate scăzută a zgomotului, adesea utilizată împreună cu modularea fazei);

n modularea frecvenței (implementarea tehnică complexă, este utilizată în general în modemuri cu viteză redusă).

modularea fazei N.

Spectrul de semnal modulat

Cod potențial - Dacă datele discrete sunt transmise la o rată de n biți pe secundă, spectrul este alcătuit dintr-o componentă constantă a frecvenței zero și a unei game infinite de armonici cu o frecvență F0, 3f0, 5f0, 7f0, unde F0 \u003d N / 2. Amplitudinile acestor armonice scad lent - cu coeficienți de 1/3, 1/5, 1/7, ... de la amplitudinea F0. Spectrul semnalului rezultat al codului potențial în timpul transmiterii datelor arbitrare ia banda de la o anumită valoare aproape de 0, până la aproximativ 7f0. Pentru un canal de frecvență de ton, limita superioară a vitezei de transmisie este realizată pentru rata de date de 971 biți pe secundă, iar cea mai mică este inacceptabilă pentru orice viteză, deoarece lățimea de bandă a canalelor începe cu 300 Hz. Adică, codurile potențiale nu sunt utilizate pe canalele de frecvență a tonurilor.

Modulație de amplitudine - spectrul este alcătuit din sinusoidele frecvenței purtătoare FC și două armonici laterale FC + FM și FC-FM, unde FM este frecvența schimbării parametrului de informații a sinusoidului, care coincide cu rata de transfer de date atunci când se utilizează două nivele de amplitudine. Frecvența FM determină lățimea de bandă a liniei la această metodă de codificare. Cu o modulare mică de bedotote, lățimea spectrului de spectru va fi lipită mică (egală cu 2fm), iar semnalele nu vor distorsiona liniile dacă lățimea de bandă este mai mare sau egală cu 2fm. Pentru un canal de canal de ton, această metodă este acceptabilă la o rată de date nu mai mare de 3100/2 \u003d 1550 de biți pe secundă.

Modularea fazelor și frecvenței - Spectrul este mai complex, dar simetric, cu un număr mare de armonici scăzute rapid. Aceste metode sunt potrivite pentru transmiterea prin canalul frecvenței tonale.

Modularea amplitudinii cu cvadrate (modulație de amplitudine cu cvadrat) - modularea fazelor cu 8 valori ale valorilor de schimbare a fazei și amplitudinea cu 4 valori de amplitudine. Nu sunt utilizate toate cele 32 de combinații de semnal.

Codificarea digitală

Coduri potențiale - Numai valoarea potențialului de semnal este utilizată pentru a reprezenta unități logice și zerouri, iar descărcările sale formulează impulsuri finite nu sunt luate în considerare.

Coduri de impulsuri - reprezintă date binare fie prin impulsuri de o anumită polaritate, fie prin o parte a pulsului - scăderea potențialului unei anumite direcții.

Cerințe pentru metoda de codificare digitală:

Am avut cea mai mică lățime a semnalului rezultat la aceeași rată de biți (un spectru mai restrâns al semnalului permite, pe aceeași linie, pentru a obține o rată mai mare de transfer de date, se face, de asemenea, cerința absenței unei componente constante, adică , prezența DC între emițător și receptor);

Sincronizarea între emițător și receptor (receptorul trebuie să știe exact în ce moment, să citiți informațiile necesare de la linie, în sistemele locale - liniile de tactare, în rețele - coduri de auto-sincronizare, semnalele care sunt transportate la transmițătorul indicației în ce moment aveți nevoie să implementați recunoașterea următorului bit);

Posedat capacitatea de a recunoaște erorile;

Avea un cost redus de implementare.

Cod potențial fără a reveni la zero.NRZ (non recomandat la zero). Semnalul nu se întoarce la zero în timpul ceasului.

Ușor de implementat, are erori bune recunoscute din cauza a două semnale distinctive, dar nu are proprietatea de sincronizare. Când transmiteți o secvență lungă de zerouri sau unități, semnalul de semnal nu se schimbă, astfel încât receptorul nu poate determina când datele trebuie citite din nou. Un alt dezavantaj este prezența unei componente de frecvență joasă, care se apropie de zero atunci când transmite secvențe lungi de unități și zerouri. În forma lor pură, codul este rar utilizat, sunt utilizate modificări. Atractivitate - frecvența joasă a principalei armonice F0 \u003d N / 2.

Metoda de codificare bipolară cu inversiune alternativă. (Inversiune alternativă alternativă bipolară, AMI), modificarea metodei NRZ.

Pentru codificarea zero, se utilizează un potențial zero, unitatea logică este codificată fie potențial pozitiv, fie negativ, în timp ce potențialul fiecărei unități următoare este opus potențialului celui precedent. Elimină parțial problemele componentei constante și absența auto-sincronizării. În cazul transmiterii unei secvențe lungi de unități - o secvență de impulsuri relaxante cu același spectru ca codul NRZ care transmite secvența impulsurilor alternante, care este, fără o componentă constantă și armonica principală N / 2. În general, utilizarea AMI duce la un spectru mai restrâns decât NRZ și, prin urmare, la o lățime de bandă mai mare a liniei. De exemplu, atunci când transmiteți zero și unități alternative, principala armonică F0 are o frecvență N / 4. Este posibilă recunoașterea transmisiilor eronate, dar pentru a asigura acuratețea recepției, este necesar să se mărească puterea de aproximativ 3 dB, deoarece se utilizează nivelul de semnal.

Codul potențial cu inversiune pentru unitate. (Non-revenire la zero cu cele inversate, NRZI) AMI similare cu semnalul cu două nivele de semnal. Când transmisia de zero este transmisă prin potențialul ceasului anterior și când unitatea este transmisă, potențialul este inversat la opusul. Codul este convenabil atunci când se utilizează cel de-al treilea nivel nu este de dorit (cablu optic).

Pentru a îmbunătăți AMI, NRZI utilizează două metode. Primul se adaugă la codul de exces de unități. Apare proprietatea de auto-sincronizare, componenta constantă dispare și spectrul este îngustat, dar lățimea de bandă utilă este redusă.

O altă metodă este "amestecarea" informațiilor sursă, astfel încât probabilitatea apariției unităților și a zerourilor pe linie devine aproape de dezmembrare. Ambele metode sunt codificarea logică, deoarece forma de semnale pe linie pe care nu le determină.

Codul pulsului bipolar.. Unitatea este reprezentată de un impuls de o polaritate, iar zero este diferit. Fiecare impuls durează jumătate din ceas.

Codul are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar în timpul transmiterii secvenței lungi de zerouri sau unități pot fi prezente componente constante. Spectrul este mai larg decât codurile potențiale.

Codul Manchester.. Cel mai comun cod utilizat în rețelele Ethernet, inelul token.

Toată lumea este împărțită în două părți. Informațiile sunt codificate de picăturile potențiale care apar în mijlocul tactului. Unitatea este codificată de o scădere de la un nivel de semnal scăzut la o diferență ridicată și zero-inversă. La începutul fiecărui tact, semnalul poate apărea, Elsi trebuie depuse mai multe unități sau zerouri la rând. Codul are proprietăți excelente de auto-sincronizare. Lățimea de bandă este deja că într-un impuls bipolar, nu există o componentă constantă, iar armonicul principal în cel mai rău caz are o frecvență de N, și în cele mai bune - N / 2.

Codul potențial 2B1Q.. Fiecare dintre cei doi biți sunt transmise pentru un tact cu un semnal care are patru stări. 00 - -2,5 V, 01 - -0.833 V, 11 - +0.833 V, 10 - +2.5 V. necesită mijloace suplimentare pentru combaterea secvențelor lungi de perechi identice de biți. În cazul alternanței aleatorii, spectrul de biți este de două ori deja decât cel al NRZ, deoarece cu aceeași viteză de biți, durata ceasului este dublată, adică este posibilă transmiterea datelor pe aceeași linie de două ori mai repede decât cele Ami, NRZI, dar aveți nevoie de o mare putere a transmițătorului.

Codificare logică

Se intenționează îmbunătățirea codurilor potențiale ale codurilor AMI, NRZI, 2B1Q, înlocuind secvențele lungi ale bitului, conducând la un potențial constant, unități de injectare. Sunt utilizate două metode - codificarea excesivă și scufundarea.

Coduri excesive Pe baza partiției secvenței inițiale a biților pe porțiuni, care sunt adesea numite simboluri, după care fiecare caracter sursă este înlocuit cu unul nou, care are o cantitate mai mare decât originalul.

Codul 4B / 5B înlocuiește secvențele de 4 biți cu secvențe de 5 biți. Apoi, în loc de combinații de 16 biți, se dovedește 32. Dintre acestea, 16 sunt selectate, care nu conțin un număr mare de zerouri, restul sunt considerate coduri interzise (încălcarea codului). În plus față de eliminarea componentei constante și de a da codul de auto-plâns, excesul de coduri permit receptorului să recunoască biții distorsionați. Dacă receptorul acceptă codul interzis, atunci semnalul a apărut pe linie.

Acest cod este transmis peste linia utilizând codarea fizică conform uneia dintre metodele de codificare potențială, sensibilă numai la secvențe lungi zero. Codul asigură că nu va mai fi mai mult de trei zerouri la rând pe linie. Există și alte coduri, de exemplu 8B / 6T.

Pentru a asigura o lățime de bandă dată, transmițătorul trebuie să funcționeze cu o frecvență de ceas crescut (pentru 100 MB / S - 125 MHz). Spectrul semnalului se extinde comparativ cu cel inițial, dar spectrul codului Manchester rămâne.

Distrugerea - amestecarea datelor de către scrambler înainte de a se transfera de la linie.

Metodele de zgâriere constau într-un calcul al codului rezultat pe baza bitului sursă al codului sursă și a bitului rezultat al codului rezultat obținut în ceasurile anterioare. De exemplu,

B i \u003d a i xor b i -3 xor b i -5

unde B sunt o cifră binară a codului rezultat obținut pe lucrarea de screen I-Ohm, o cifră i-binară a codului sursă care intră în I-Ohm la intrarea scramblerului, B I -3 și B I -5 - figurile binare ale codului rezultat obținut pe cabinele anterioare ale muncii.

Pentru secvența de 110110000001, scramblerul va da 110001101111, adică secvențele celor șase zerouri consecutive nu vor fi.

După primirea secvenței rezultate, receptorul îl va transmite lui Descrambler, care va aplica transformarea inversă

Cu i \u003d la i xor b i-3 xor b i-5

Diferitele sisteme de dezmembrare diferă în numărul de componente și schimbarea între ele.

Există metode mai simple pentru lupta împotriva secvențelor de zerouri sau unități, care se referă, de asemenea, la metodele de blocare.

Pentru a îmbunătăți AMI bipolar utilizat:

B8Z (bipolar cu substituenți 8-ZEROS) - fixează numai secvențele constând din 8 zerouri.

Pentru aceasta, după cele trei primele zerouri, în loc de celelalte cinci inserați cinci semnale V-1 * -0-V-1 *, unde V reprezintă un semnal pentru un singur tact de polaritate, adică un semnal care nu modifică Polaritatea unității anterioare, 1 * - unitatea de semnal de polaritate corectă, iar semnul de stele notează faptul că în codul sursă din acest tact nu a fost o unitate, dar zero. Ca rezultat, pe 8 taci, receptorul observă 2 distorsiuni - este foarte puțin probabil ca sa întâmplat din cauza zgomotului de pe linie. Prin urmare, destinatarul ia în considerare astfel de încălcări cu o codificare a 8 zerouri consecutive. În acest cod, componenta constantă este zero cu orice secvență de cifre binare.

Codul HDB3 corectează oricare patru zero consecutivi în secvența originală. Fiecare patru zero este înlocuit cu patru semnale în care există un semnal V. Pentru a suprima componenta constantă a polarității semnalului V alternativ cu înlocuiri consecutive. În plus, sunt folosite două eșantioane de coduri în patru timpi. Dacă codul sursă conține un număr impar de unități, atunci se utilizează secvența 000V și dacă numărul de unități a fost chiar - secvență 1 * 00V.

Codurile potențiale îmbunătățite au o lățime de bandă destul de îngustă pentru orice secvențe și unități zero care se găsesc în datele transmise.

La transmiterea datelor discrete pe canalele de comunicare, se utilizează două tipuri principale de codificare fizică - pe baza semnal purtător sinusoidal și bazat pe o secvență de impulsuri dreptunghiulare. Prima metodă este adesea numită modulare sau modulare analogică, subliniind faptul că codificarea se efectuează prin schimbarea parametrilor semnalului analogic. A doua metodă se numește de obicei codificarea digitală. Aceste metode se disting prin lățimea spectrului de semnal rezultat și complexitatea echipamentului necesar implementării acestora.
Modularea analogică Este folosit pentru a transmite date discrete prin intermediul canalelor cu o bandă îngustă de frecvențe, un reprezentant tipic al căruia este un canal de frecvență tonal furnizat utilizatorilor de rețele publice de telefonie publică. Caracteristica tipică de amplitudine a canalului de frecvență tonală este prezentată în fig. 2.12. Acest canal transmite frecvențe în intervalul de la 300 la 3400 Hz, astfel încât lățimea de bandă este de 3100 Hz. Dispozitivul care efectuează funcțiile de modulare a sinusoidului purtător pe partea de transmisie și demodularea pe partea de primire, se numește modemul (modulator - demodulator).
Metode de modulație analogică
Modularea analogică este în acest mod de codare fizică, în care informațiile sunt codificate prin schimbarea amplitudinii, frecvenței sau fazei semnalului de frecvență a purtătorului sinusoidal.
Diagrama (figura 2.13, a) prezintă secvența bitului inițial de informații, reprezentată de potențiale la nivel înalt pentru o unitate logică și potențialul de nivel zero pentru un zero logic. Această metodă de codificare se numește un cod potențial, care este adesea utilizat în transmiterea datelor între blocurile computerului.
Cu modulație de amplitudine (figura 2.13, b), un nivel al amplitudinii sinusidelor de frecvență purtător este selectat pentru unitatea logică și pentru zero logic - celălalt. Această metodă este rar utilizată în forma sa pură în practică datorită imunității scăzute a zgomotului, dar este adesea folosită împreună cu o altă modulare de tip de modulare.
Când modularea frecvenței (figura 2.13, c), valorile din 0 și 1 din datele inițiale sunt transmise prin sinusoiduri cu frecvențe diferite - F0 și F1. Această metodă de modulare nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizat în modemuri cu viteză redusă care funcționează la viteze de 300 sau 1200 de biți.
Cu modularea fazei, valorile datelor 0 și 1 corespund semnalelor de aceeași frecvență, nasului diferitelor faze, de exemplu 0 și 180 de grade sau 0,90,180 și 270 de grade.
În modemurile de mare viteză, sunt adesea folosite metode de modulare combinate, ca regulă, amplitudine în combinație cu faza.
Atunci când utilizați impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să se aleagă această metodă de codificare, ceea ce ar atinge simultan mai multe obiective:
· Am avut la aceeași viteză de biți cea mai mică lățime a semnalului rezultat;
· Sincronizarea între emițător și receptor;
· Aveți capacitatea de a recunoaște erorile;
· Aveți un cost redus de implementare.
Un spectru mai restrâns de semnale permite una și aceeași linie (de la aceeași lățime de bandă) pentru a obține o rată mai mare de transfer de date. În plus, adesea cerința absenței unei componente constante este prezentată spectrului de semnal, adică prezența DC între emițător și receptor. În particular, utilizarea diferitelor circuite de electroplatare a transformatorului împiedică trecerea DC.
Sincronizarea transmițătorului și a receptorului este necesară, astfel încât receptorul să știe exact la momentul în care este necesar să citiți informații noi din linia de comunicare.
Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate sunt dificil de implementat instrumentele stratului fizic, astfel încât protocoalele care stau la baza acestei lucrări sunt cel mai adesea luate: canal, rețea, transport sau aplicat. Pe de altă parte, recunoașterea erorii la nivel fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă un cadru complet tamponului și o respinge imediat la recunoașterea biților eronați în interiorul cadrului.
Cerințele pentru metodele de codificare sunt contradictorii reciproc, prin urmare, fiecare dintre metodele populare de codificare digitală având în vedere avantajele și dezavantajele sale în comparație cu altele.

Informațiile transmise pe linie sunt, de obicei, supuse unei coduri speciale, ceea ce contribuie la creșterea fiabilității transferului. În același timp, costurile hardware suplimentare pentru codificarea și decodificarea sunt inevitabile, iar costul adaptoarelor de rețea crește.

Codificarea informațiilor transmise în rețea este legată de raportul dintre viteza de transmisie maximă admisibilă și lățimea de bandă a mediului de transmisie. De exemplu, cu coduri diferite, rata de transmisie limită a unuia și același cablu poate să difere de două ori. Din codul selectat, complexitatea echipamentului de rețea și fiabilitatea transferului de informații depinde, de asemenea, în mod direct.

Pentru transmiterea datelor discrete asupra canalelor de comunicare, sunt utilizate două metode de codificare fizică a datelor discrete sursă - pe baza unui semnal purtător sinusoidal și pe baza unei secvențe de impulsuri dreptunghiulare. Primul mod este adesea numit modularea analogică,pentru că Codificarea se efectuează prin modificarea parametrilor unui semnal analogic (amplitudine, faze, frecvențe). A doua metodă este numită codificarea digitală. În prezent, datele având un formular analogic (vorbire, imagine de televiziune) sunt transmise pe canale de comunicare într-o formă discretă. Procesul de reprezentare a informațiilor analogice în formă discretă este numit modulare discretă.

5.1Modularea analogică

Prezentarea datelor discrete sub forma unui semnal sinusoidal este numită modularea analogică. Modularea analogică vă permite să trimiteți informații ca semnal sinusoidal cu diferite niveluri de amplitudine sau de fază sau frecvențe. De asemenea, puteți utiliza combinații de schimbare a parametrilor - amplitudinea și frecvența, faza de amplitudine. De exemplu, dacă formați un semnal sinusoidal cu patru niveluri de amplitudine și patru niveluri de frecvență, acesta va da 16 stări ale parametrului informativ și apoi 4 biți de informații pentru o schimbare.

Se disting trei metode principale de modulare analogică:

amplitudine

frecvență

Modularea amplitudinii. (AM)Când modularea amplitudinii, o unitate logică este selectată un nivel al amplitudinii sinusidelor de frecvență purtător și pentru un zero logic - celălalt (vezi figura 5.1). Frecvența semnalului rămâne constantă. Această metodă este rar utilizată în formă pură în practică datorită imunității scăzute a zgomotului, dar este adesea folosită în combinație cu o altă modulare de tip de modulare.

Smochin. 5.1 Tipuri de modulare diferite

Modularea frecvenței. ( Fm.) Atunci când modularea frecvenței, valoarea logică a logicii 0 și logică 1 a datelor inițiale este transmisă prin sinusoide cu frecvențe diferite - F1 și F2 (vezi figura 5.1). Amplitudinea semnalului rămâne constantă. Această metodă de modulare nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizat în modemuri cu viteză redusă.

Modularea fazelor. (FM)Cu modulație de fază, valorile logicii 0 și 1 corespund semnalelor aceleiași frecvențe, dar cu faze diferite (inversate), de exemplu, 0 și 180 de grade sau 0,90,180 și 270 de grade. Semnalul rezultat este similar cu secvența sinusoidului inversat (vezi figura 5.1). Amplitudinea și frecvența semnalului rămân constante.

Pentru a mări rata de transmisie (creșterea numărului de biți pentru un tact al parametrului informativ), se utilizează metode de modulare combinate. Metodele sunt cele mai frecvente modularea amplitudinii Quadrature (Q.uadrature. Amplitudine Modulare, QAM). Aceste metode utilizează o astfel de modulare de fază combinație cu 8 valori ale valorilor schimbării de fază și modularea amplitudinii cu 4 niveluri de amplitudine. Cu această metodă, sunt posibile 32 de combinații de semnal. Și cel puțin nu toată lumea nu este utilizată, dar viteza crește semnificativ și datorită redundanței, erorile pot fi controlate în timpul transmiterii datelor. De exemplu, în unele coduri, doar 6,7 sau 8 combinații sunt lăsate să reprezinte datele sursă, iar combinațiile rămase sunt interzise. O astfel de redundanță de codificare este necesară pentru recunoașterea de către modemul semnalelor eronate, care sunt o consecință a denaturării datorate interferențelor, care pe canalele telefonice, în special comutate, sunt foarte semnificative față de amplitudine și timp de durată.

Definim pe care liniile modularea analogică poate funcționa și în ce măsură această metodă satisface lățimea de bandă a unei linii de transmisie date pentru care considerăm spectrul semnalelor rezultate. De exemplu, luați metoda modulației de amplitudine. Spectrul semnalului rezultat în timpul modulației de amplitudine va consta din sinusoidele frecvenței purtătoare f. din și două armonice laterale:

(F. din - F. m. ) și (F. din + F. m. ), unde f. m. - Frecvența de modulare (modificări ale parametrului de informații din sinusoid), care va coincide cu rata de transfer de date dacă utilizați două niveluri de amplitudine.

Smochin. 5.2 Spectrul de semnal cu modulație de amplitudine

Frecvență f. m. Specifică lățimea de bandă a liniei la această metodă de codare. Cu o frecvență mică de modulare, lățimea spectrului de semnal va fi, de asemenea, mică (egală 2f. m. A se vedea figura 5.2), astfel încât semnalele nu vor fi distorsionate de linie dacă lățimea de bandă este mai mare sau egală 2f. m. .

Astfel, cu modulație de amplitudine, semnalul rezultat are un spectru îngust.

Cu modulație de fază și frecvență, spectrul de semnal este obținut mai complex decât atunci când armonicile laterale sunt formate aici mai mult de două, dar sunt, de asemenea, poziționate simetric față de frecvența principală de purtător, iar amplitudinile lor scade rapid. Prin urmare, aceste tipuri de modulare sunt, de asemenea, potrivite pentru a transmite date pe linii cu lățime de bandă îngustă. Un reprezentant tipic al acestor linii este canalul de frecvență tonal furnizat utilizatorilor de rețele publice de telefonie publică.

Din răspunsul tipic de amplitudine a canalului de frecvență a tonului, se poate observa că acest canal transmite frecvențe în intervalul de la 300 la 3400 Hz și, astfel, lățimea de bandă este de 3100 Hz (vezi figura 5.3).

Smochin. 5.3 Frecvența tonală a canalului HCH

Deși vocea umană are un spectru mult mai larg - de la aproximativ 100 Hz până la 10 kHz, - pentru calitatea acceptabilă a transmisiei de vorbire, intervalul de 3100 Hz este o soluție bună. Restricționarea strictă a lățimii de bandă a canalului de ton este asociată cu utilizarea etanșării canalului și a echipamentelor de comutare în rețelele de telefonie.

Astfel, pentru un canal de frecvență de ton, modularea amplitudinii asigură o rată de transfer de date de cel mult 3100/2 \u003d 1550bit / s. Dacă utilizați mai multe niveluri ale parametrului de informații (4 niveluri de amplitudine), lățimea de bandă a canalului de frecvență a tonului crește de două ori.

Cel mai adesea, codificarea analogică este utilizată la transmiterea informațiilor printr-un canal cu o lățime de bandă îngustă, de exemplu, pe liniile telefonice din rețelele globale. În rețelele locale, este rareori aplicată din cauza complexității și a valorii ridicate a echipamentului de codificare și de decodificare.

În prezent, aproape toate echipamentele care funcționează cu semnale analogice sunt dezvoltate pe baza chipsurilor scumpe DSP (procesor de semnal digital). În același timp, după modulare și transmisie a semnalului, este necesar să se demoduleze atunci când luați și acesta este din nou echipament scump. Pentru a efectua funcția de modulare a sinusoidului purtător pe partea de transmisie și demodularea pe partea de primire, se utilizează un dispozitiv special, care este numit modem (demodulator modulator). Modemul este de 56.000 de biți costă 100 $, iar un card de rețea este de 100 Mbps costă 10 $.

În concluzie, prezentăm demnitatea și deficiențele modulației analogice.

Modularea analogică are mulți parametri de informații diferiți: amplitudinea, faza, frecvența. Fiecare dintre acești parametri poate lua mai multe stări pentru o schimbare a semnalului purtător. Și, în consecință, semnalul rezultat poate transmite un număr mare de biți pe secundă.

Modularea analogică oferă un semnal rezultat cu un spectru îngust și, prin urmare, este bine în cazul în care aveți nevoie pentru a lucra pe linii proaste (cu o lățime de bandă îngustă), este capabilă să furnizeze o rată de transmisie ridicată. Modularea analogică este capabilă să lucreze la linii bune, este deosebit de important pentru un alt avantaj al modulației analogice - capacitatea de a schimba spectrul în zona dorită, în funcție de lățimea de bandă a liniei utilizate.

Modularea analogică este dificil de implementat echipamentul care este angajat în acest lucru foarte scump.

Modularea analogică este utilizată în cazul în care este imposibil să se facă fără ea, dar alte metode de codificare sunt utilizate în rețelele locale, pentru implementarea care au nevoie pur și simplu și ieftin. Prin urmare, cel mai adesea în rețelele locale în timpul transmiterii datelor în liniile de comunicare, se utilizează cea de-a doua metodă de codificare fizică - codificarea digitală

5. 2. Codificarea tipică

Codificarea digitală- Prezentarea informațiilor cu impulsuri dreptunghiulare. Pentru utilizarea de codare digitală potenţialși pulscoduri.

Coduri potențiale.În codurile potențiale pentru a reprezenta unități logice și zerouri, se utilizează numai valoarea potențialului de semnal în timpul perioadei tactului, iar picăturile sale care formează impulsuri complete nu sunt luate în considerare. Este important ca numai o valoare în perioada tactului să aibă un semnal rezultat.

Coduri de impulsuri.Codurile de impuls reprezintă un zero logic și o unitate logică sau impulsuri de o anumită polaritate sau o parte a pulsului - diferența în potențialul unei anumite direcții. Valoarea codului pulsului include întregul puls împreună cu picăturile sale.

Determinați cerințele pentru codarea digitală. De exemplu, trebuie să transmitem date discrete (o secvență de zerouri și unități logice) de la ieșirea unui computer - sursa - la intrarea unui alt computer - receptorul de pe linia de comunicare.

1. Pentru transferul de date, avem legături care nu pierd toate frecvențele, au anumite lățimi de bandă în funcție de tipul lor. Prin urmare, la codificarea datelor, este necesar să se țină seama de faptul că "lintele de comunicare este transmisă în datele codificate.

2. Secvențele datelor discrete trebuie să fie codificate ca impuls digital de o anumită frecvență. În același timp, bineînțeles, este mai bine să realizăm:

a) La frecvențele semnalelor codificate au fost scăzute pentru a asigura în general respectarea benzilor de lățime de bandă.

b) astfel încât semnalele codificate să asigure viteza de transmisie ridicată.

Astfel, ar trebui să aibă un cod bun mai puțin Hertz și mai mulți biți pe secundă.

3. Datele care trebuie transmise sunt imprevizibile schimbăm zerouri logice și unități.

Să citem aceste date cu impulsurile digitale într-un anumit mod, atunci cum determinăm ce frecvență a semnalului rezultat? Pentru a determina frecvența maximă a codului digital, este suficient să se ia în considerare semnalul rezultat la codificarea secvențelor private, cum ar fi:

secvența de zerule logice

secvența unităților logice

secvența alternativă a zerourilor logice și a unităților

Apoi, este necesar să se descompună semnalul prin metoda Fourier, să găsim spectrul, să determinați frecvențele fiecărui armonic și să găsiți frecvența totală a semnalului. Este important ca spectrul principal al semnalului să cadă în lățimea de bandă. Pentru a nu face toate aceste calcule, este suficient să încercați să determinați armonicul de bază al spectrului semnalului, pentru că este necesar să ghiciți primul sinusoid sub forma semnalului, care își repetă conturul formei sale , apoi găsiți perioada acestui sinusoid. Perioada este distanța dintre cele două modificări ale semnalului.. Apoi puteți determina frecvența armonicii principale a spectrului de semnal ca F \u003d 1 / tUnde F.- frecvență, T.- Perioada de semnal. Pentru confortul unor calcule suplimentare, vom lua că rata de biți a semnalului este egală cu N..

Aceste calcule pot fi efectuate pentru fiecare metodă de codificare digitală pentru a determina frecvența rezultată. Semnalul rezultat în codificarea digitală este o anumită secvență de impulsuri dreptunghiulare. Pentru a prezenta o serie de impulsuri dreptunghiulare sub formă de sumă sinusoidă pentru găsirea spectrului, este nevoie de un număr mare de astfel de sinusoid. Spectrul secvenței semnalelor dreptunghiulare, în cazul general, va fi semnificativ mai larg, comparativ cu semnalele modulate.

Dacă aplicați un cod digital pentru transmiterea datelor pe un canal de frecvență tonală, atunci limita superioară cu o codificare potențială este obținută pentru rata de date de 971 bps, iar partea de jos este inacceptabilă pentru orice viteză, deoarece lățimea de bandă a canalelor începe cu 300 Hz .

prin urmare coduri digitale pe canalele de frecvență ale tonului sunt pur și simplu utilizate niciodată. Dar ei lucrează foarte bine în rețelele locale care nu utilizează linii telefonice pentru transmisia de date.

În acest fel, codificarea digitală necesită o transmisie largă o lățime de bandă largă.

4. La transmiterea informațiilor privind liniile de comunicație de la nodul sursă la nodul gazdă, este necesar să se furnizeze un astfel de mod de transmisie în care receptorul va ști întotdeauna exact la momentul în care este nevoie de date din sursă, adică este necesar să se ofere sincronizaresursă și receptor. În rețele, problema de sincronizare este mai complicată decât atunci când schimbați date între blocurile din interiorul computerului sau între computer și imprimantă. În distanțe mici, o schemă este bine bazată pe o linie de tactare separată. Într-o astfel de schemă, informațiile sunt eliminate din linia de date numai în momentul sosirii pulsului de ceas (vezi figura 5.4).

Smochin. 5.4 Sincronizarea receptorului și a transmițătorului la distanțe scurte

Această opțiune de sincronizare nu este absolut adecvată pentru nicio rețea datorită neomogenității caracteristicilor conductorilor din cabluri. La distanțe lungi, neuniformitatea ratei de propagare a semnalului poate duce la faptul că pulsul de ceas va veni mai târziu sau mai devreme decât semnalul de date corespunzător pe care biții de date vor fi ratați sau citiți din nou. Un alt motiv pentru care în rețele refuză să utilizeze conductori de economisire a impulsurilor TACTING în cabluri scumpe. Prin urmare, așa-numitele rețele sunt utilizate în rețele. codurile samosincroned..

Codurile samosincroned.- semnale care transportă un receptor pentru a indica la ce moment este necesar să recunoaștem următorul bit (sau mai mulți biți, dacă codul este orientat de mai mult de două stări semnale). Orice diferență clară a semnalului este așa-numita față- Poate servi ca o indicație bună pentru a sincroniza receptorul cu un transmițător. Un exemplu de cod de auto-sincronizare poate fi un sinusoid. Deoarece schimbarea amplitudinii frecvenței purtătoare permite receptorului să determine momentul apariției codului de intrare. Dar acest lucru se referă la modularea analogică. În codificarea digitală, există și metode care creează coduri de auto-criză, dar acest lucru este mai târziu.

În acest fel, codul digital bun trebuie să asigure sincronizarea

Având în vedere cerințele pentru un cod digital bun, ne întoarcem la luarea în considerare a metodelor de codificare digitală

5. 2. Codul Potențial fără a reveni la zero nrz

Acest cod a primit un astfel de nume deoarece atunci când se transmite secvența de unități, semnalul nu se întoarce la zero în timpul ceasului (după cum vom vedea mai jos, în alte metode de codificare, revenirea la zero în acest caz apare).

Codul NRZ (non-revenire la zero)- fără rambursare la zero, acesta este cel mai simplu cod de două niveluri. Semnalul rezultat are două niveluri de potențial:

Zero corespunde nivelului inferior, unității - superioară. Transiunile de informare apar la biți de biți.

Luați în considerare trei coduri speciale de transmisie a datelor NRZ.: Secvența alternativă de zerouri și unități, o secvență de zerouri și o secvență de unități (vezi figura 5.5, a).

Smochin. 5.5 cod NRZ.

Vom încerca să determinăm dacă acest cod este mulțumit de cerințele enumerate. Pentru a face acest lucru, este necesar să se determine armonicul de bază al spectrului cu o codificare potențială în fiecare dintre cazurile prezentate pentru a determina mai precis ce cod NRZ are cerințele pentru linia de comunicare.

Primul caz este transmis informații constând dintr-o secvență infinită de unități alternante și zerouri (vezi figura 5.5, b).

Acest desen arată că atunci când se alternează unitățile și zerouri pentru un ceas, două biți 0 și 1. cu forma sinusoidelor prezentate în fig. 4.22, B când N.- rata de bit a perioadei de transmisie a acestui sinusoid este egală T \u003d 2n.. Frecvența armonică de bază în acest caz este egală cu f. 0 \u003d N / 2.

După cum puteți vedea, cu o astfel de secvență a acestui cod, rata de date este de două ori frecvența semnalului.

Când transmiteți secvențe de zerouri și unități Semnalul rezultat - curentul permanent al frecvenței schimbării semnalului este zero f. 0 = 0 .

Spectrul de semnal real se schimbă în mod constant în funcție de datele transmise pe linia de comunicație și uneltele de secvențe lungi de zerouri sau unități ar trebui să fie frică care a schimbat spectrul de semnal către frecvențele joase. pentru că codul NRZ în timpul transmiterii secvențelor lungi de zerouri sau unități are o componentă permanentă.

Din teoria semnalelor se știe că spectrul semnalului transmis în plus față de cerințele de lățime, o altă cerință foarte importantă este prezentată - lipsa unei componente constante(prezența DC între receptor și transmițător), deoarece utilizarea diferitelor transformatori JuniciÎn linia de comunicare nu pierde curentul permanent.

În consecință, unele dintre informațiile vor fi pur și simplu ignorate de această linie de comunicare. Prin urmare, în practică, aceștia încearcă întotdeauna să scape de prezența unei componente constante în spectrul semnalului purtător la etapa de codificare.

Astfel, am identificat o altă cerință pentru un cod digital bun. codul digital nu trebuie să aibă o componentă constantă.

Un alt dezavantaj al NRZ este - fără sincronizare. În acest caz, vor fi ajutate doar metode suplimentare de sincronizare, vom vorbi mai târziu.

Unul dintre principalele avantaje ale codului NRZ este simplitatea. Pentru a genera impulsuri dreptunghiulare, sunt necesare două tranzistoare, iar jetoanele complexe sunt necesare pentru modularea analogică. Semnalul potențial nu trebuie codificat și decodificat, deoarece aceeași metodă se aplică datelor din interiorul computerului.

Ca rezultat al celor de mai sus, vom face mai multe concluzii care ne vor ajuta și când luăm în considerare alte metode de codificare digitală:

NRZ este foarte ușor de implementat, are o eroare bună recunoscută (datorită a două potențiale drastic diferite).

NRZ are o componentă constantă atunci când transmite zerouri și unități, ceea ce face imposibilă transmiterea în linii cu intersecții transformatoare.

NRZ nu este un cod auto-sincronizat și complică transferul său la orice linie.

Atractivitatea codului NRZ, datorită căreia are sens să o sporească, constă într-o frecvență suficient de scăzută a principalei armonice FO, care este N / 2 Hz, după cum se arată mai sus. Deci, codul NRZ.funcționează la frecvențe joase de la 0 la N / 2 Hz.

Ca rezultat, într-o formă pură, codul NRZ în rețele nu este utilizat. Cu toate acestea, se utilizează diferitele sale modificări, în care succesul este eliminat atât auto-sincronizarea slabă a codului NRZ, cât și prezența unei componente constante.

Următoarele metode de codificare digitală au fost dezvoltate pentru a îmbunătăți într-un fel posibilitatea codului NRZ.

5. 2.2. Metoda de codificare bipolară cu inversiune alternativă AMI

Metoda de codificare bipolară cu inversiune alternativă (inversiune marca alternativă bipolară, AMI)este o modificare a metodei NRZ.

În această metodă, sunt utilizate trei niveluri de potențial - negative, zero și pozitive. Trei niveluri de semnal sunt o lipsă de cod, deoarece este necesar să se distingă trei niveluri. Cel mai bun raport semnal-zgomot este necesar pentru receptor. Nivelul suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului de aproximativ 3 dB pentru a asigura aceeași fiabilitate a biților liniei, care este un dezavantaj comun al codurilor cu mai multe stări ale semnalului comparativ cu codurile pe două niveluri. În codul unui cod de codificare zero logic, se utilizează un potențial zero, unitatea logică este codificată fie cu potențial pozitiv, fie negativ, în timp ce potențialul fiecărei unități noi este opus potențialului celui precedent.

Smochin. 5.6 Codul AMI.

O astfel de metodă de codificare elimină parțial problemele componentei constante și absența auto-sincronizării inerente codului NRZ atunci când se transferă secvențe lungi de unități. Dar rămâne pentru aceasta problema componentei constante în transmiterea secvențelor zeroului (vezi figura 5.6).

Luați în considerare cazurile private ale codului și definim armonicul de bază al rezultatului semnalului rezultat pentru fiecare dintre ele. Cu o secvență zeros - un semnal - un curent constant - FO \u003d 0 (figura 5.7, a)

Smochin. 5.7 Determinarea principalelor frecvențe ale spectrului pentru AMI

Din acest motiv, codul AMI necesită, de asemenea, îmbunătățiri suplimentare. Când se transmite secvența de unități, semnalul de semnal este o secvență de impulsuri relaxate cu același spectru ca și codul NRZ care transmite zerouri și unități alternative, care este, fără o componentă constantă și cu armonic principal FO \u003d N / 2 Hz.

La transferarea unităților alternative și a zerourilor, principalele armonice FO \u003d N / 4 HCCTO este de două ori mai mică decât cea a codului NRZ.

În general, pentru diferite combinații de biți de pe linie, utilizarea codului AMI duce la un spectru mai restrâns al semnalului decât pentru codul NRZ, ceea ce înseamnă că lățimea de bandă mai mare a liniei. Codul AMI oferă, de asemenea, câteva posibilități de recunoaștere a semnalelor eronate. Astfel, încălcarea alternanței stricte a polarității semnalelor vorbește despre un impuls sau o dispariție falsă de la linia impulsului corect. Semnalul cu polaritate incorectă se numește un semnal interzis. (Încălcarea semnalului).

Puteți desena următoarele concluzii:

AMI elimină componenta constantă în transmiterea secvenței de unități;

AMI are un spectru îngust - de la N / 4 - N / 2;

AMI elimină parțial problemele de sincronizare

AMI folosește nu două, dar trei nivele ale semnalului pe linie și acesta este dezavantajul său, dar a fost posibilă eliminarea următoarei metode.

5. 2.3 Codul potențial cu inversiune cu unitatea NRZI

Acest cod este complet similar cu codul AMI, dar utilizează numai două nivele ale semnalului. Când transmiteți zero, transmite potențialul care a fost instalat în tact anterior (adică nu îl schimbă) și când unitatea este transmisă, potențialul este inversat la opusul.

Acest cod este numit codul potențial cu o inversiune unitară (non-revenire la zero cu ONS inversată, NRZI).

Este convenabil atunci când se utilizează cel de-al treilea nivel de semnal este foarte nedorit, de exemplu, în cabluri optice, unde două stări ale semnalului sunt recunoscute în mod stabil, lumină și întuneric.

Smochin. 5.8 cod NRZI.

Codul este Nrziotil peste forma semnalului rezultat din codul AMI, dar dacă calculează armonicile principale, pentru fiecare caz, se dovedește că acestea sunt aceleași. Pentru secvența unităților alternante și a zerourilor, frecvența principală a semnalului fO \u003d N / 4.(Vezi figura 5.9, a). Pentru secvența de unități - fO \u003d N / 2.Cu o secvență de zerouri, același defect fO \u003d 0.- curent permanent în linie.

Smochin. 5.9 Determinarea principalelor frecvențe ale spectrului pentru NRZI

Constatările sunt după cum urmează:

NRZI - asigură aceleași caracteristici ca codul AMI, dar utilizează doar două nivele de semnal pentru a face acest lucru și, prin urmare, mai acceptabile pentru îmbunătățirea ulterioară. Dezavantajele NRZI sunt componenta constantă cu o secvență cu zerule și lipsa de sincronizare în timpul transmisiei. Codul NRZI a devenit principalul în dezvoltarea unor metode mai îmbunătățite de codificare la niveluri mai înalte.

5. 2.4 Codul MLT3.

Codul transmisiei cu trei niveluri MLT-3 (transmisie multi-nivel - 3)are multe în comun cu codul NRZI. Cea mai importantă diferență este de trei nivele ale semnalului.

Unitatea corespunde tranziției de la un nivel de semnal la altul. Schimbarea nivelului semnalului liniar apare numai dacă unitatea ajunge la intrare, totuși, spre deosebire de codul NRZI, algoritmul de formare este ales astfel încât două schimbări învecinate să aibă întotdeauna direcții opuse.

Smochin. 5.10 Codul potențial MLT-3

Luați în considerare cazurile private, ca în toate exemplele anterioare.

La transmiterea zerourilor, are, de asemenea, o componentă constantă, semnalul nu se schimbă - fO \u003d 0.Hz. (Vezi figura 5.10). La transmiterea tuturor unităților, tranzițiile de informare sunt fixate pe marginea biților, iar un ciclu de semnal găzduiește patru biți. În acest caz fO \u003d N / 4 HZ - Frecvența maximă a codului Mlt-3. la transferul tuturor unităților (Fig.5.11, a).

Smochin. 5.11 Determinarea principalelor frecvențe ale spectrului pentru Mlt-3.

În cazul unui cod de secvență alternativ Mlt-3.are frecvența maximă egală fO \u003d N / 8Care este de două ori mai mică decât cea a codului NRZI, prin urmare, acest cod are o lățime de bandă mai îngustă.

După cum observați, lipsa codului MLT-3, cum ar fi codul NRZI - fără sincronizare. Această problemă este rezolvată printr-o conversie suplimentară de date, care elimină secvențele lungi zero și posibilitatea de suscântare. Concluzia generală se poate face următoarele - utilizarea codării cu trei niveluri Mlt-3.vă permite să reduceți frecvența ceasului semnalului liniar și, prin urmare, să creșteți rata de transfer.

5. 2.5 Codul pulsului bipolar

În plus față de codurile potențiale, codurile de impuls sunt utilizate atunci când datele sunt reprezentate de un impuls complet sau o parte din el în față.

Cel mai simplu caz al acestei abordări este codul pulsului bipolar.în care unitatea este reprezentată de un impuls de o polaritate, iar zero este diferit. Fiecare impuls durează jumătate din ceas (figura 5.12). Codul puls bipolar - cod de trei niveluri. Luați în considerare semnalele rezultate atunci când transferați date la codarea bipolară în aceleași cazuri particulare.

Smochin. 5.12 Codul pulsului bipolar

Caracteristica codului este că în centrul biți există întotdeauna o tranziție (pozitivă sau negativă). În consecință, fiecare bit este indicat. Receptorul poate evidenția o sincronizare (strobe) având o frecvență pulsului de impulsuri de la semnalul însuși. Legarea se face la fiecare bit, ceea ce asigură sincronizarea receptorului cu emițătorul. Astfel de coduri care transportă o poartă și apel auto-sincronizarea. Luați în considerare spectrul semnalelor pentru fiecare caz (figura 5.13). Când transferați toate zerourile sau unitățile frecvența codului armonic principal fo \u003d n hzAcesta este de două ori mai mare decât armonicul de bază al codului NRZ și de patru ori mai mare decât armonicul de bază al codului AMI. Când transferați unități alternative și zerouri - fO \u003d N / 2

Smochin. 5.13 Determinarea principalelor frecvențe ale spectrului pentru codul puls bipolar.

Această deficiență a codului nu oferă o rată câștigătoare și indică în mod explicit că codurile de impuls sunt mai lente decât potențialul.

De exemplu, pentru transmiterea datelor pe o linie cu o viteză de 10 Mbps, este necesară o frecvență purtătoare 10 MHz. Atunci când secvența de zerouri și unități alternante, viteza crește, dar nu prea mult, deoarece frecvența armonicii principale a codului FO \u003d N / 2 Hz.

Codul puls bipolar are un mare avantaj, în comparație cu codurile anterioare, se auto-sincronizează.

Codul pulsului bipolar are o gamă largă de semnal și, prin urmare, mai lentă.

Codul puls bipolar utilizează trei nivele.

5. 2.6 Codul Manchester.

Codul Manchester.a fost dezvoltat ca un cod de puls bipolar îmbunătățit. Codul Manchester se referă, de asemenea, la codurile de auto-plâns, dar spre deosebire de codul bipolar nu are trei, ci doar două nivele, care oferă o imunitate mai bună a zgomotului.

În codul Manchester pentru codarea unităților și zerourilor, se folosește o diferență potențială, adică Frontul Pulse. Cu codarea Manchester, fiecare tact este împărțit în două părți. Informațiile sunt codificate de picăturile potențiale care apar în mijlocul fiecărui tact. Acest lucru se întâmplă după cum urmează:

Unitatea este codificată de o scădere de la un nivel de semnal scăzut la o diferență ridicată și zero-inversă. La începutul fiecărui ceas, poate apărea o diferență de serviciu dacă aveți nevoie să prezentați mai multe unități sau zerouri la rând.

Luați în considerare cazurile de codificare privată (secvențe de zerouri și unități alternante, numai zerouri, o unitate) și apoi vom defini armonicile principale pentru fiecare dintre secvențe (vezi figura 5.14). În toate cazurile, se poate observa că cu codificarea Manchester, schimbarea semnalului în centrul fiecărui bit vă permite să selectați cu ușurință o sincronizare. Prin urmare, codul Manchester are proprietăți bune de auto-sincronizare.

Smochin. 5.14 Codul Manchester.

Samosincronizarea face întotdeauna posibilă transferul de pachete de informații mari fără pierderi datorită diferențelor în frecvența ceasului emițătorului și a receptorului.

Deci, definim frecvența principală atunci când transferăm doar unități sau numai zerouri.

Smochin. 5.15 Determinarea principalelor frecvențe ale spectrului pentru codul Manchester.

După cum se poate observa când sunt transmise ca zerouri și unități, componenta constantă este absentă. Frecvența armonicii principală fO \u003d N. Hz., precum și în codarea bipolară. Datorită acestui fapt, electroplarea semnalelor din liniile de comunicație poate fi efectuată de cele mai simple căi, de exemplu, folosind transformatoare impulsate. La transmiterea unităților alternative și a zerourilor, frecvența armonică principală este egală cu fO \u003d N / 2Hz..

Astfel, Codul Manchester este un cod bipolar îmbunătățit, îmbunătățit prin utilizarea datelor pentru doar două nivele de semnal și nu în trei, ca în bipolar. Dar acest cod rămâne încă lent în comparație cu NRZI, care este de două ori mai rapid.

Luați în considerare un exemplu. Luați pentru linia de transfer de date cu lățimea de bandă 100 MHz.și viteză 100 MBIT. Dacă am definit rata de transfer de date la o anumită frecvență, acum trebuie să determinăm frecvența semnalului la o viteză de linie dată. Bazat pe acest lucru, definim că pentru transmiterea datelor la codul NRZI, suntem suficient de frecvențe de la N / 4-N / 2 este frecvența de 25 -50 MHz, aceste frecvențe sunt incluse în lățimea de bandă a liniei noastre - 100 MHz. Pentru codul Manchester, avem nevoie de o gamă de frecvențe de la N / 2 la N - acestea sunt frecvențe de la 50 la 100 MHz, în acest interval există armonici de bază ale spectrului de semnal. Pentru codul Manchester, el nu satisface lățimea de bandă a liniei noastre și, prin urmare, o astfel de linie de semnal va fi transmisă cu distorsiuni mari (acest cod nu poate fi utilizat pe această linie).

5.2.7Diferențial Manchester (Diferențial Manchester).

Codul diferențial al manchesteruluieste o varietate de codificare Manchester. Utilizează mijlocul intervalului de ceas al semnalului liniar numai pentru sincronizare, iar nivelul semnalului este afișat pe acesta. Logicul 0 și 1 sunt transmise de prezența sau absența unei schimbări la nivel de semnal la începutul intervalului de ceas (figura 5.16)

Smochin. 5.16 Codul Diferențial Manchester

Acest cod are aceleași avantaje și dezavantaje ca Manchester. Dar, în practică, este tocmai codul Diferențial Manchester.

Astfel, codul de manevră mai devreme (când liniile de mare viteză au fost un lux mare pentru rețeaua locală) a fost utilizat foarte activ în rețelele locale, datorită auto-criingronizării și absenței unei componente constante. Acum este utilizat pe scară largă în rețelele conductive cu fibră optică și electrică. Cu toate acestea, recent, dezvoltatorii au ajuns la concluzia că este mai bine să aplice în continuare codificarea potențială, eliminând deficiențele sale cu ajutorul așa-numitei codificare logică.

5.2.8Codul potențial 2B1Q.

Cod 2b1q.- Codul potențial cu patru niveluri de semnal pentru codificarea datelor. Numele lui reflectă esența ei - fiecare dintre cei doi biți (2b)transmise pentru un semnal tact având patru stări (1q).

Pare Bit. 00 respectă potențialul (-2.5 V), pereche bit. 01 respectă potențialul (-0,833 V), Pare 11 - potențial (+0,833 V), și o parere 10 - potențial ( +2.5 V).

Smochin. 5.17 Codul potențial 2B1q

Așa cum se poate observa în Figura 5.17, această metodă de codificare necesită măsuri suplimentare pentru combaterea secvențelor lungi ale acelorași perechi de biți, deoarece semnalul se transformă într-o componentă constantă. În consecință, când unelte, atât zero și unități fO \u003d 0.Hz.La unitățile alternante și zerouri, spectrul de semnal este de două ori deja decât cel al codului NRZ., deoarece, cu aceeași viteză de biți, durata ceasului este dublată - fO \u003d N / 4 Hz..

Astfel, folosind codul 2B1Q, puteți transfera date de la aceeași linie de două ori mai rapidă decât utilizarea codului AMI sau NRZI. Cu toate acestea, pentru punerea sa în aplicare, puterea transmițătorului trebuie să fie mai mare la patru niveluri de potențial (-2,5V, -0,833 V, +0.833 V, +2.5 V) diferită de receptor pe fundalul interferenței.

5. 2.9 cod PAM5.

Toate schemele de codare de mai sus considerate de noi au fost biți. Când codificarea mușcăturii, fiecare bit corespunde valorii semnalului definit de logica protocolului.

Cu codarea octetului, nivelul semnalului este setat de două biți și mai mult. În codul de cinci niveluri Pam 5.sunt utilizate 5 niveluri de tensiune (amplitudine) și codificarea pe două biți. Pentru fiecare combinație, nivelul de tensiune este setat. Cu codarea pe două biți, sunt necesare patru nivele pentru a transfera informații (două până la al doilea grad - 00, 01, 10, 11 ). Transferul a două biți oferă simultan o scădere a frecvenței schimbării semnalului. Cel de-al cincilea nivel este adăugat pentru a crea o redundanță de cod utilizată pentru corectarea erorilor. Aceasta oferă o rezervă suplimentară a raportului de semnal / zgomot.

Smochin. 5.18 cod PAM 5

5. 3. Codificarea logică

Codificare logică furnizate anterior codarea fizică.

La etapa de codificare logică, forma de semnale nu mai este formată, iar deficiențele metodelor de codare digitală fizică sunt eliminate, cum ar fi lipsa de sincronizare, prezența unei componente constante. Astfel, mai întâi cu ajutorul instrumentelor de codificare logică sunt generate de secvențele corectate ale datelor binare, care ulterior utilizând metodele de codare fizică sunt transmise pe liniile de comunicare.

Codificarea logică implică înlocuirea biților de informații inițiale printr-o nouă secvență de biți, care efectuează aceleași informații, dar cu o proprietate suplimentară, în plus, proprietăți suplimentare, cum ar fi posibilitatea ca partea destinatară să detecteze erorile în datele primite. Însotați fiecare byte de informații sursă de un bit de paritate este un exemplu de metodă de codificare logică foarte frecvent utilizată în timpul transmisiei de date folosind modemuri.

Separați două metode de codificare logică:

Coduri excesive

Shambling.

5. 3.1 Coduri în exces

Coduri excesivebazat pe partiția secvenței inițiale a biților pe porțiuni, care sunt adesea numite simboluri. Apoi, fiecare simbol sursă este înlocuit cu unul nou, care are o cantitate mai mare decât sursa. Un exemplu explicit de cod redundant este codul logic 4b / 5b.

Codul Logic 4B / 5V Înlocuiește simbolurile sursei de 4 biți lungi pe simboluri în 5 biți lungi. Deoarece personajele rezultate conțin biți redundanți, atunci numărul total de combinații de biți din ele este mai mare decât în \u200b\u200bsursă. Astfel, diagrama de cinci biți dă 32 (2 5) caractere alfanumerice de două cifre care au o valoare în codul zecimal de la 00 la 31. În timp ce datele inițiale pot conține doar patru biți sau 16 (2 4) caractere.

Prin urmare, în codul rezultat, pot fi selectate 16 astfel de combinații, ceea ce nu conține un număr mare de zerouri și restul coduri interzise (încălcare a codului).În acest caz, secvențele de zerouri lungi sunt întrerupte, iar codul devine auto-sincronizare pentru orice date transmise. Componenta constantă dispare, ceea ce înseamnă că spectrul semnalului este chiar mai îngustat. Dar această metodă reduce lățimea de bandă utilă a liniei, deoarece unitățile excesive de informații despre utilizator nu sunt transportate și numai "ocupă timpul de antenă". Codurile excesive permit receptorului să recunoască biții distorsionați. Dacă receptorul acceptă codul interzis, înseamnă că semnalul a avut loc pe linie.

Deci, ia în considerare munca 4b cod logic / 5V. Semnalul transformat are 16 valori pentru transferul de informații și 16 valori redundante. În decodorul receptorului, cinci biți sunt decriptați ca semnale informative și de serviciu.

Nouă caractere sunt alocate pentru semnalele de serviciu, sunt excluse șapte caractere.

Combinațiile cu mai mult de trei zerouri sunt excluse (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) . Astfel de semnale sunt interpretate de simbol. V.și receptor de echipă Încălcare.- eșec. Comanda înseamnă prezența unei erori datorită unui nivel ridicat de interferențe sau eșecului transmițătorului. Singura combinație de cinci zerouri (00 - 00000 ) se referă la semnalele de service înseamnă simbol Q.și are statutul Liniște.- Lipsa semnalului în linie.

Aceste coduri de date rezolvă două sarcini - sincronizarea și îmbunătățirea imunității zgomotului. Sincronizarea are loc datorită excluderii unei secvențe de mai mult de trei zerouri, iar imunitatea ridicată a zgomotului este realizată de către receptorul de date la un interval de cinci biți.

Prețul acestor avantaje cu această metodă de codificare a datelor este de a reduce rata de informații utile. De exemplu, ca urmare a adăugării unui bit redundant în patru informații, eficiența utilizării benzii de frecvență în protocoalele de cod Mlt-3.și codarea datelor 4b / 5b.scade cu 25%, respectiv.

Schema de codificare 4V / 5V.prezentat în tabel.

Cod binar 4V.	Codul rezultat 5V.

Deci, în consecință, acest tabel este format cod 4V / 5V., apoi transmise peste linie folosind codarea fizică conform uneia dintre metodele de codificare potențială, sensibilă numai la secvențe lungi zero - de exemplu, utilizând codul digital NRZI.

4B / 5B Simboluri de cod 5 biți Long Asigurați-vă că, cu orice combinație a liniei, mai mult de trei zerouri sunt la rând.

Scrisoare ÎNnumele codului înseamnă că semnalul elementar are 2 state - din engleză binar.- binar. Există, de asemenea, coduri și trei stări ale semnalului, de exemplu, în cod 8V / 6T.pentru codificarea a 8 biți de informații sursă, este utilizat codul de la 6 semnale, fiecare dintre acestea având trei state. Codul de redundanță 8V / 6T.deasupra codului 4V / 5V.Deoarece 256 coduri sursă reprezintă 3 6 \u003d 729 caractere rezultate.

Așa cum am spus, codificarea logică apare la fizic, prin urmare, este realizată de echipamentul Nivelului de rețea al canalului: adaptoare de rețea și blocuri de interfață de comutatoare și routere. Deoarece dumneavoastră sunteți convinși, utilizarea tabelului transcodare este o operație foarte simplă, astfel încât metoda de codificare logică cu coduri redundante nu complică cerințele funcționale pentru acest echipament.

Singura cerință este de a furniza o anumită lățime de bandă a liniei de emițător care utilizează excesul de cod ar trebui să funcționeze cu o frecvență de ceas crescut. Deci, pentru transmiterea codurilor 4V / 5V.cu viteză 100 MB / stransmițătorul trebuie să funcționeze cu o frecvență de ceas 125 MHz.. În același timp, spectrul semnalului de pe linie se extinde comparativ cu cazul în care linia este transmisă, nu supraponderală. Cu toate acestea, spectrul de coduri potențiale în exces este deja spectrul codului Manchester, care justifică stadiul suplimentar de codificare logică, precum și funcționarea receptorului și a transmițătorului la o frecvență de ceas crescut.

Astfel, puteți desena următoarea concluzie:

Practic, rețelele locale sunt mai ușoare, fiabile, mai bune, mai rapide, utilizând codurile logice utilizând coduri redundante, care vor elimina secvențele lungi zero și asigurarea sincronizării semnalului, apoi la nivelul fizic pentru a fi utilizat pentru transmisie un cod digital rapid Nrzi., mai degrabă decât nici o codificare logică anterioară pentru a utiliza date lente, dar auto-sincronizarea codul Manchester..

De exemplu, pentru a transmite date pe o linie cu o lățime de bandă de 100 de biți / s și o lățime de bandă de 100 MHz, codul NRZI necesită o frecvență de 25-50 MHz, aceasta este o codificare 4B / 5V. Și dacă este aplicată pentru Nrzi.alternativ, codarea 4B / 5V, acum banda de frecvență se va extinde de la 31,25 la 62,5 MHz. Cu toate acestea, această gamă este încă "venele" în lățimea de bandă a liniei. Și pentru codul Manchester, fără utilizarea oricărei coduri suplimentare, frecvențele sunt necesare de la 50 la 100 MHz, iar acestea sunt frecvențele semnalului principal, dar nu vor mai fi săriți cu o linie de 100 MHz.

5. 3.2 Distrugerea

O altă metodă de codificare logică se bazează pe "agitarea" preliminară a informațiilor sursă, astfel încât probabilitatea apariției unităților și a zerourilor pe linie să se apropie.

Dispozitive sau blocuri care efectuează o astfel de operație sunt numite scrambles (scramble - dolice, ansamblu de rasare).

Pentru scufundaredatele sunt amestecate folosind un algoritm și receptor specific, primind date binare, le transferă deskemlebler.care restabilește secvența inițială de biți.

Excesul de biți nu sunt transmise pe linie.

Esența blocării este ușor de schimbat datele care trec prin sistemul de flux de date. Aproape singura operațiune utilizată în scramble este Xor - "ruperea excluzând sau", sau, de asemenea, spune - adăugarea modulul 2.. Odată cu adăugarea a două unități, excluzând sau aruncată unitatea senior și rezultatul este înregistrat - 0.

Metoda de dezmembrare este foarte simplă. Mai întâi veniți cu Scris. Cu alte cuvinte, inventați biții din secvența inițială cu ajutorul "excluzării sau" sunt inventate prin relatia. Apoi, în conformitate cu acest raport, valorile anumitor descărcări sunt selectate din secvența curentă a bitului și adăugați Xor.între ei. În acest caz, toate evacuările sunt deplasate cu 1 biți, iar valoarea obținută ("0" sau "1") este plasată în cea mai tânără evacuare liberă. Valoarea care a fost în descărcarea mai veche înainte de schimbarea se adaugă la secvența de codificare, devenind un alt bit. Apoi, această secvență este emisă într-o linie, în care utilizarea metodelor de codificare fizică este transmisă la nodul destinatarului, la intrarea a căror secvență deskre se bazează îndeaproape pe relația inversă.

De exemplu, scrambletul poate implementa următorul raport:

unde Bi.- cifra binară a codului rezultat, obținut pe I-M de lucrare a scramblamului, Ai.- cifra binară a codului sursă care intră în tact I-M pe intrarea scrambluitului, B. i-3. și B. i-5. - figurile binare ale codului rezultat obținut pe antrenamentele de scramblere anterioare, respectiv cu 3 și 5 ori mai mare decât ceasul curent, - funcționarea excluderii sau (adăugarea de modulul 2).

Acum, să determinăm secvența codificată, de exemplu, pentru o astfel de secvență inițială 110110000001 .

Scrambler, definit mai sus, va da următorul cod rezultat:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (primele trei cifre ale codului rezultat va coincide cu originalul, deoarece nu sunt necesare numere anterioare)

Astfel, va apărea o secvență la ieșirea Screatului 110001101111 . În care nu există o secvență de șase zerouri prezente în codul sursă.

După primirea secvenței rezultate, receptorul îl transmite la descreția, ceea ce restabilește secvența inițială bazată pe relația inversă.

Există și alți algoritmi diferite, ele diferă în numărul de termeni care dau cifra codului rezultat și schimbarea dintre termenii.

Principala problemă de codare bazată pe scracării - Sincronizarea transmiterii (encoder) și a dispozitivelor de recepție (decodare). Când treceți sau eronați inserția, cel puțin un pic, toate informațiile transmise sunt pierdute ireversibil. Prin urmare, în sistemele de codificare bazate pe scramble, se acordă o atenție deosebită metodelor de sincronizare. .

În practică, în aceste scopuri, se aplică de obicei o combinație de două metode:

a) Adăugarea de informații la informațiile de sincronizare a biților în avans, înainte de cea mai cunoscută parte de primăvară, care îi permite să înceapă în mod activ să caute sincronizarea cu expeditorul să înceapă în mod activ după un astfel de bit

b) Utilizarea generatoarelor de puls de înaltă precizie, care permite momentelor de pierdere de sincronizare pentru a decoda biți de informații "prin memorie" fără sincronizare.

Există, de asemenea, metode mai simple de combatere a secvențelor de unități, de asemenea atribuibile clasei de dezmembrare.

Pentru a îmbunătăți codul Bipolar ami.sunt utilizate două metode bazate pe distorsiuni artificiale ale caracterelor interzise de secvență zero.

Smochin. 5. 19 B8Z și coduri HDB3

Această cifră arată utilizarea metodei. B8Z (Bipolar cu substituție cu 8 zerouri)și metoda HDB3 (Bipolar de înaltă densitate 3-ZEROS)pentru a ajusta codul AMI. Codul sursă constă din două secvențe lungi de zerouri (8- în primul caz și 5 în al doilea).

Codul B8Z.corectează numai secvențele constând din 8 zerouri. Pentru aceasta, după primele trei zerouri, în loc de celelalte cinci zerouri introduse cinci cifre: V-1 * -0-V-1 *.V.aici denotă un semnal al unei unități care este interzis pentru acest tact de polaritate, adică un semnal care nu modifică polaritatea unității anterioare, 1 * - Unități de semnal de polaritate corectă, iar semnul de stele notează faptul că în codul sursă din acest tact nu a fost o unitate, dar zero. Ca rezultat, pe 8 taci, receptorul observă 2 distorsiuni - este foarte puțin probabil ca sa întâmplat din cauza zgomotului pe linie sau alte defecțiuni de transmisie. Prin urmare, destinatarul consideră că astfel de încălcări cu o codificare a 8 zerouri consecutive și după primire le înlocuiește la 8 zerouri inițiale.

Codul B8ZS este construit astfel încât componenta sa constantă să fie zero cu orice secvență de cifre binare.

Codul HDB3.fixează orice 4 zgârieturi consecutive în secvența originală. Regulile de formare a codului HDB3 sunt mai complexe decât codul B8ZS. Fiecare patru zero este înlocuit cu patru semnale în care există un semnal V. Pentru a suprima componenta constantă a polarității semnalului V.alternează cu înlocuiri consistente.

În plus, sunt folosite două eșantioane de coduri în patru timpi. Dacă codul sursă conține un număr impar de unități, atunci se utilizează secvența. 000v.și dacă numărul de unități a fost chiar - secvență 1 * 00V..

Astfel, utilizarea codificării logice împreună cu codificarea potențială oferă următoarele avantaje:

Codurile potențiale îmbunătățite au o lățime de bandă destul de îngustă pentru orice secvențe de unități și zero care se găsesc în datele transmise. Ca urmare, codurile obținute de la calea potențială a codificării logice au un spectru mai restrâns decât Manchester, chiar și cu o frecvență de ceas crescut.

Subiect 2. Nivelul fizic

Plan

Bazele de transmisie a datelor teoretice

Informațiile pot fi transmise prin cabluri prin schimbarea oricărei cantități fizice, cum ar fi tensiunea sau curentul. Reprezentarea tensiunii sau a valorii curente sub forma unei funcții de timp neechivoc, puteți simula comportamentul semnalului și expuneți-l la analiza matematică.

Rânduri Fourier.

La începutul secolului al XIX-lea, matematicianul francez Jean-Baptiste Fourier (Jeanbaptiste Fourier) a demonstrat că orice funcție periodică cu o perioadă de t poate fi descompusă într-un rând (eventual infinit), constând din sume de sine și cosinus:
(2.1)
unde este principala frecvență (armonică) și - amplitudinile sinusurilor și ale cosinului armonicului N-Th și C este o constantă. O astfel de descompunere se numește aproape Fourier. Funcția desfășurată într-un rând poate fi restaurată de elementele acestei serii, adică dacă perioada t și amplitudinea armonicii sunt cunoscute, funcția inițială poate fi restabilită cu suma domeniului (2.1).
Un semnal de informare care are o durată finită (toate semnalele de informație au o durată finită) poate fi descompusă într-o serie Fourier, dacă vă imaginați că întregul semnal este repetat din nou și din nou (adică intervalul de la t până la 2t se repetă complet intervalul de la 0 la t și etc.).
Amplitudinile pot fi calculate pentru orice funcție dată. Pentru a face acest lucru, înmulțiți partea stângă și dreaptă a ecuației (2.1), apoi integrați de la 0 la T. De la:
(2.2)
doar un membru al seriei rămâne. Un număr dispare complet. În mod similar, înmulțirea ecuației (2.1) și integrarea timpului de la 0 la T, puteți calcula valorile. Dacă integrați ambele părți ale ecuației fără a fi schimbat, atunci puteți obține valoarea constantă din. Rezultatele acestor acțiuni vor fi după cum urmează:
(2.3.)

Informații media controlate

Numirea nivelului fizic al rețelei este transferul fluxului netratat de biți de la o mașină la alta. Pentru transmisie, pot fi utilizate și diverse purtători de informații fizice, numite și suportul de distribuție a semnalului. Fiecare dintre ele are un set caracteristic de lățime de bandă, întârzieri, prețuri și ușurință în instalare și utilizare. Mass-media poate fi împărțită în două grupe: medii controlate, cum ar fi un cablu de cupru și cablu de fibră optică și nemaipomenit, cum ar fi comunicarea radio și transmisia de-a lungul unui fascicul laser fără un cablu.

Transportatori magnetici

Una dintre cele mai ușoare modalități de a transfera date de la un computer la altul este de a le înregistra pe o bandă magnetică sau pe un alt suport amovibil (de exemplu, un DVD rebribil), pentru a transfera fizic aceste benzi și discuri la destinație și pentru a le citi acolo.
Latime de banda mare. Caseta standard cu panglică Ultrium găzduiește 200 GB. Aproximativ 1000 de casete sunt plasate într-o cutie de 60x60x60, care oferă o capacitate totală de 1600 Tbit (1,6 PBB). O cutie cu casete poate fi livrată în Statele Unite în decurs de 24 de ore de către Serviciul Federal Express sau de altă companie. Lățimea de bandă eficientă cu o astfel de transmisie este de 1600 Tbit / 86 400 S sau 19 GB / s. Dacă destinația este doar o oră de conducere, atunci lățimea de bandă va fi de peste 400 GB / s. Nici o rețea de calculatoare nu este încă capabilă să se apropie de astfel de indicatori.
Eficienţă. Prețul cu ridicata al casetei este de aproximativ 40 de dolari. Cutia cu panglici va costa 4.000 de dolari, în timp ce una și aceeași bandă pot folosi zeci de ori. Am adăugat 1000 de dolari pentru transport (și, de fapt, mult mai puțin) și obținem aproximativ 5.000 de dolari pentru transferul de 200 tb sau 3 cenți pe gigabyte.
Dezavantaje. Deși rata de transfer de date utilizând benzi magnetice este excelentă, cu toate acestea, valoarea întârzierii într-o astfel de transmisie este foarte mare. Timpul de transmisie este măsurat cu minute sau ore, nu milisecunde. Pentru multe aplicații, este necesară o reacție instantanee a sistemului la distanță (în modul conectat).

Twisted paragraf

Perechea răsucite este formată din două fire de cupru izolate, diametrul obișnuit este de 1 mm. Firele răsucite unul în jurul celeilalte sub forma unei spirale. Acest lucru vă permite să reduceți interacțiunea electromagnetică a mai multor cupluri din apropiere.
Aplicație - linie telefonică, rețea de calculatoare. Acesta poate transmite un semnal fără atenuarea puterii la o distanță care constituie câțiva kilometri. La distanțe mai mari, sunt necesare repetoare. Combinate în cablu, cu o acoperire protectoare. În perechea de cablu de fire, suită, pentru a evita suprapunerea semnalului. Pot fi utilizate pentru a transmite date analogice și digitale. Lățimea de bandă depinde de diametrul și lungimea firului, dar în majoritatea cazurilor, o viteză a mai multor megabiți pe secundă poate fi realizată la o distanță de câțiva kilometri pe secundă. Datorită unei lățime de bandă destul de mare și a unui preț mic, perechile răsucite sunt larg răspândite și, cel mai probabil, vor fi populare în viitor.
Perechile răsucite sunt folosite în mai multe versiuni, dintre care două sunt deosebit de importante în domeniul rețelelor de calculatoare. Perechi de categoria 3 răsucite (CAT 3) constau din două fire izolate, soarta unul cu celălalt. Patru astfel de perechi sunt de obicei plasate împreună într-o coajă de plastic.
Peresiunile răsucite din categoria 5 (CAT5) sunt similare cu perechile răsucite ale celei de-a treia categorii, dar au un număr mai mare de rotiri pe centimetrul lungimii firului. Acest lucru îl face și mai puternic pentru a reduce vârfurile între diferite canale și pentru a oferi o calitate îmbunătățită a semnalului pe distanțe lungi (figura 1).

Smochin. 1. UTP Categoria 3 (a), UTP Categoria 5 (B).
Toate aceste tipuri de compuși sunt adesea numite UTP (perechi răsucite neecranate - pereche răsucite neecranată)
Cablurile ecranate din perechile Vatima de IBM Corporation nu au devenit populare în afara companiei IBM.

Cablu coaxial

Un alt mijloc comun de transfer de date este un cablu coaxial. Este mai bine ecranat decât aburul răsucite, prin urmare, poate furniza transmisie de date pentru distanțe mai mari cu viteze mai mari. Două tipuri de cabluri sunt utilizate pe scară largă. Unul dintre ele, 50 OHM, este de obicei folosit pentru a transmite date exclusiv digitale. Un alt tip de cablu, 75-OHM, este adesea folosit pentru a transfera informații analogice, precum și în televiziunea prin cablu.
Tipul de cablu din secțiune este prezentat în Figura 2.

Smochin. 2. Cablu coaxial.
Designul și tipul special de ecranare a cablurilor coaxiale oferă o lățime de bandă mare și o imunitate excelentă la zgomot. Lățimea maximă de bandă depinde de raportul de calitate, lungime și semnal-zgomot al liniei. Cablurile moderne au o lățime de bandă de aproximativ 1 GHz.
Aplicație - sisteme de telefonie (autostrăzi), televiziune prin cablu, rețele regionale.

Fibre optice

Tehnologia actuală de fibră optică poate dezvolta rata de transfer de date de până la 50.000 Gbps (50 Tbit / s) și, în același timp, mulți specialiști sunt angajați de căutarea materialelor mai avansate. Prezenta limită practică de 10 Gbps se datorează incapacității de a transforma rapid semnalele electrice în optic și înapoi, deși laboratorul a atins deja viteza de 100 GB / s pe fibră unică.
Sistemul de transmisie a datelor cu fibră optică constă din trei componente principale: sursa de lumină, purtătorul pe care este distribuit semnalul de lumină și receptorul de semnal sau detectorul. Pulsul ușor este luat pe unitate, iar absența unui impuls - pentru zero. Lumina se propagă într-o fibră de sticlă Ultralong. Dacă pe el, detectorul de lumină generează un impuls electric. Conectarea sursei de lumină la un capăt al fibrei optice și detectorul este un sistem unidirecțional de transfer de date.
Când se transferă semnalul luminos, reflexia și refracția luminii sunt utilizate la deplasarea din 2 medii. Astfel, când lumina este aplicată la un anumit unghi, fasciculul luminos este reflectat complet pe limita medii și se blochează în fibră (figura 3).

Smochin. 3. Proprietatea refracției luminii.
Există 2 tipuri de cablu de fibră optică: multi-membru - transmite un fascicul de lumină, unic sau subțire - subțire până la limita mai multor lungimi de undă, acționează aproape ca un ghid de undă, lumina se mișcă într-o linie dreaptă fără reflecție. Liniile de fibră de astăzi cu un singur mod pot funcționa la o viteză de 50 Gbps la o distanță de până la 100 km.
În sistemele de comunicații se utilizează trei gamă de lungimi de undă: 0,85, 1,30 și 1,55 μm, respectiv.
Structura cablului de fibră optică este similară cu structura firei coaxiale. Singura diferență este că nu există o rețea de ecranare în primul.
În centrul venei cu fibră optică există un miez de sticlă, care acoperă lumina. În fibră optică multimodă, diametrul miezului este de 50 μm, ceea ce este aproximativ egal cu grosimea părului uman. Miezul din fibră unică are un diametru de 8 până la 10 microni. Miezul este acoperit cu un strat de sticlă cu cel mai mic decât cel al miezului, indicele de refracție. Acesta este conceput pentru a face o prevenire mai fiabilă a ieșirii luminoase dincolo de miez. Stratul exterior este geamurile de protecție din plastic. Venele de fibră optică sunt, de obicei, grupate în grinzi protejate de carcasa exterioară. Figura 4 prezintă un cablu tricotat.

Smochin. 4. Cablu cu fibră optică triplă.
La rupere, conectarea segmentelor de cablu poate fi efectuată în trei moduri:

Un conector special poate fi atașat la capătul cablului, cu care cablul este introdus în priza optică. Pierdere - 10-20% din puterea luminoasă, dar facilitează modificarea configurației sistemului.
Splicing - două capătul tăiat frumos al cablului așezat unul lângă celălalt și strângeți un ambreiaj special. Îmbunătățirea trecerii luminii se realizează prin alinierea capetelor cablului. Pierdere - 10% din puterea ușoară.
Curgere. Pierderea este practic absentă.

Două tipuri de surse de lumină pot fi utilizate pentru a transmite un semnal peste cablul de fibră optică: diode emițătoare de lumină (LED, diodă de lumină emițătoare) și lasere semiconductoare. Caracteristica lor comparativă este prezentată în tabelul 1.

Tabelul 1.
Tabel comparativ de LED și laser semiconductor
Capătul de primire al cablului optic este un fotodiod care generează un impuls electric atunci când lumina cade pe ea.

Caracteristicile comparative ale cablului cu fibră optică și firul de cupru.

Fibrele optice are o serie de beneficii:

De mare viteză.
Mai puțin slăbirea semnalului, concluzia este mai puțin repetată (una la 50 km și nu 5)
Inert față de radiațiile electromagnetice externe, neutru din punct de vedere chimic.
Mai ușoară în greutate. 1000 perechi de cupru răsucite de o lungime de 1 km cântărește aproximativ 8000 kg. O pereche de cabluri cu fibră optică cântărește doar 100 kg cu o lățime de bandă mai mare
Costuri reduse de garnitură

Dezavantaje:

Complexitate și competență la instalare.
Fragilitate
Mai scump cupru.
transmisia în modul Simplex, între rețele necesită minimum 2 vene.

Conexiune fără fir

Spectru electromagnetic

Mișcarea electronică generează valuri electromagnetice care pot fi distribuite în spațiu (chiar și în vid). Numărul de oscilații ale oscilațiilor electromagnetice pe secundă se numește frecvență și este măsurat în Hertz. Distanța dintre două maxime consecutive (sau minime) este numită o lungime de undă. Această valoare este denotată în mod tradițional de către scrisoarea greacă (Lambda).
Dacă includeți o antenă cu o dimensiune adecvată într-un circuit electric, atunci undele electromagnetice pot fi luate cu succes de către receptor la o anumită distanță. În acest principiu se bazează toate sistemele de comunicații fără fir.
În vacuo, toate undele electromagnetice se aplică la aceeași viteză, indiferent de frecvența lor. Această viteză se numește viteza luminii, - 3 * 108 m / s. În cupru sau sticlă, viteza luminii este de aproximativ 2/3 din această valoare, în plus, depinde ușor de frecvența.
Valorile de comunicare și:

Dacă frecvența () este măsurată în MHz și lungimea de undă () în metri.
Combinația dintre toate undele electromagnetice formează așa-numitul spectru solid de radiație electromagnetică (figura 5). Radio, cuptor cu microunde, benzi infraroșii, precum și luminile vizibile pot fi utilizate pentru a transmite informații folosind amplitudinea, frecvența sau modularea fazelor valurilor. Radiațiile ultraviolete, raze X și gamma ar mulțumi chiar mai bine frecvențelor lor înalte, dar sunt greu de generat și modulate, ele sunt prost trecând prin clădiri și, în plus, sunt periculoase pentru toate lucrurile vii. Numele oficial al intervalelor este prezentat în Tabelul 6.

Smochin. 5. Spectrul electromagnetic și utilizarea acestuia în legătură.
Masa 2.
Numele oficiale ale intervalelor ITU
Cantitatea de informații care pot transporta valul electromagnetic este asociată cu intervalul de frecvență al canalului. Tehnologiile moderne vă permit să codificați mai mulți biți pe Hertz la frecvențe joase. În anumite condiții, acest număr poate crește opt în frecvențe înalte.
Cunoașterea lățimii gamei de lungime de undă, puteți calcula intervalul de frecvență corespunzător și rata de transfer de date.

Exemplu: Pentru 1,3 microni, se obține apoi cablul de fibră optică. Apoi, la 8 biți / s, este posibil să se obțină o rată de transfer de 240 Tbit / s.

Radio

Valurile radio sunt ușor de generat, depășesc distanțele lungi, trec prin pereți, sporesc clădirile, distribuite în toate direcțiile. Proprietatea undelor radio depinde de frecvența (figura 6). Când lucrați la frecvențe joase, valul radio trece prin obstacole, dar puterea semnalului din aer scade brusc pe măsură ce îndepărtează de la emițător. Raportul dintre puterea și distanța de la sursă este aproximativ după cum urmează: 1 / R2. La frecvențe înalte, undele radio tind în general să se răspândească exclusiv într-o linie dreaptă și să reflecteze asupra obstacolelor. În plus, ele sunt absorbite, de exemplu, ploaia. Semnalele radio ale oricăror frecvențe sunt susceptibile la interferența de la motoarele cu perii spumante și alte echipamente electrice.

Smochin. 6. Valurile de VLF, LF, bandele MF sunt nereguli enorme ale suprafeței pământului (a), valurile de benzi HF și VHF sunt reflectate din ionosferă, solul este absorbit (B).

Comunicarea în cuptorul cu microunde

La frecvențele de peste 100 MHz, undele radio se aplică aproape într-o linie dreaptă, astfel încât acestea pot fi concentrate în grinzi înguste. Concentrația de energie sub formă de fascicul îngustă utilizând o antenă parabolică (ca o placă de televiziune de satelit bine cunoscută) conduce la o îmbunătățire a raportului semnal-zgomot, totuși, pentru o astfel de conexiune, de transmisie și de primire a antenelor trebuie să fie destul de precis îndreptat unul de celălalt.
Spre deosebire de undele radio cu frecvențe mai mici, microundele sunt puțin trec prin clădiri. Comunicarea radio cu microunde a devenit atât de larg utilizată în telefonie pe distanțe lungi, telefoane mobile, difuzare de televiziune și alte zone pe care lipsa lățimii spectrului a devenit puternic simțită.
Această relație are mai multe avantaje față de fibră. Principalul lucru este că nu este necesar să se așeze cablul, respectiv, nu trebuie să plătiți pentru închirierea de terenuri pe calea semnalului. Este suficient să cumpărați terenuri mici la fiecare 50 km și să setați turnul releului pe ele.

Infraroșu și valuri de milimetru

Radiația infraroșu și milimetru fără utilizarea cablului este utilizat pe scară largă pentru comunicarea la distanțe scurte (un exemplu de telecomenzi la distanță). Ele sunt direcționate relativ, ieftine și ușor de instalat, dar nu trec prin obiecte solide.
Conexiunea în infraroșu este aplicată în sistemele de calcul desktop (de exemplu, pentru a comunica laptopurile cu imprimante), dar totuși nu joacă un rol semnificativ în telecomunicații.

Sateliți de comunicare

Se utilizează tipuri de sateliți: Geo (Geo), medieval (meo) și low-bit (LEO) (fig.7).

Smochin. 7. Sateliții de comunicare și proprietățile acestora: înălțimea orbitei, întârzierea, numărul de sateliți necesari pentru a acoperi întreaga suprafață a globului.

Rețeaua publică de telefonie publică

Structura sistemului de telefonie

Structura unui traseu tipic de telefon pentru distanțe medii este prezentată în Figura 8.

Smochin. 8. Traseul tipic de comunicare la o distanță medie între abonați.

Linii de comunicare locală: Modemuri, ADSL, Comunicare fără fir

Deoarece computerul funcționează cu un semnal digital, iar linia telefonică locală este transmisia unui semnal analogic pentru a efectua conversia digitală la analog și înapoi dispozitivul este un modem, iar procesul în sine se numește modulare / demodulare (figura 9 ).

Smochin. 9. Utilizarea unei linii telefonice la transmiterea unui semnal digital.
Există 3 metode de modulare (fig.10):

modularea amplitudinii - 2 amplificări de semnal diferite sunt utilizate (pentru 0 și 1),
frecvența - se utilizează mai multe frecvențe de semnal diferite (pentru 0 și 1),
schimburile de fază de fază sunt utilizate la comutarea între unitățile logice (0 și 1). Unghiuri de schimbare - 45, 135, 225, 180.

În practică, se utilizează sisteme de modulare combinate.

Smochin. 10. semnalul binar (A); Modularea amplitudinii (B); modularea frecvenței (B); Modularea fazelor.
Toate modemurile moderne permit datele să transmită date în ambele direcții, un astfel de mod de funcționare se numește duplex. Conectarea cu posibilitatea transmiterii alternative se numește jumatate duplex. Conexiunile în care numai într-o singură direcție se numește simplex.
Modul maxim de modemuri care pot fi realizate la ora curentă este de 56kb / s. Standard V.90.

Linii digitale de abonat. Tehnologie xDSL.

După ce viteza prin modemuri a atins limitele sale, companiile de telefonie au început să caute o cale de ieșire din această situație. Astfel, multe propuneri au apărut sub numele general al XDSL. XDSL (linia digitală Abonare) - linia de abonat digital, unde în schimb x. Ar putea fi alte scrisori. Cea mai faimoasă tehnologie din aceste propuneri este ADSL (Asymmetric DSL).
Motivul pentru limita de viteză a modemurilor a fost că au folosit gama de transmisie a discursului uman - 300Hz la 3400 Hz. Împreună cu frecvențele de frontieră, lățimea de bandă nu a fost de 3100 Hz, dar 4000 Hz.
Deși linia telefonică locală este de 1.100.
Prima ofertă de tehnologie ADSL a folosit întreaga gamă de linii telefonice locale, care este împărțită în 3 intervale:

Vase - gama unei rețele de telefonie regulate;
interval de ieșire;
gama de intrare.

Tehnologia în care se utilizează frecvențe diferite în scopuri diferite se numește sigiliu de frecvență sau multiplexare de frecvență.
Metoda alternativă numită modulare multitoni discretă, DMT (Multitone discrete) constă în separarea întregului spectru local de linie 1.1 MHz pe 256 de canale independente de 4312,5 Hz în fiecare. Canalul 0 este ghivece. Canalele de la 1 la 5 nu sunt utilizate astfel încât semnalul vocal să nu aibă capacitatea de a interfera cu informațiile. Din celelalte 250 de canale, unul este angajat în controlul transferului către furnizor, unul - către utilizator și toate celelalte sunt disponibile pentru transferul datelor de utilizator (figura 11).

Smochin. 11. Funcționarea ADSL utilizând modulație multitoniuală discretă.
Standardul ADSL vă permite să luați până la 8 MB / s și să trimiteți la 1MB / s. ADSL2 + - ieșire la 24MB / C, intrare la 1,4 MB / s.
Configurația tipică a hardware-ului ADSL conține:

DSLAM - Multiplexer de acces DSL;
NID - o rețea de împerechere cu o rețea, împărtășește proprietatea unei companii de telefonie și a abonatului.
Splitterul (splitter) este separatorul de frecvență care separă banda de ghivece și datele ADSL.

Smochin. 12. Configurația tipică a echipamentului ADSL.

Mainstrouri și sigilii

Economiile de resurse joacă un rol important în sistemul de telefonie. Costul de stabilire și menținere a unei linii de înaltă capacitate de mare capacitate și de calitate scăzută este, de asemenea, același (adică ponderea leului din acest cost merge pe șanțurile de săpat și nu la cablul de cupru sau fibră optică).
Din acest motiv, companiile de telefonie au dezvoltat în comun câteva scheme de transmisie a mai multor conversații pe un cablu fizic. Schemele multiplexare (etanșare) pot fi împărțite în două categorii principale FDM (multiplexare cu multiplexare cu divizare de frecvență - TDM (multiplexarea diviziunii timpului - multiplexare cu etanșare temporară) (figura 13).
Dacă sigiliul de frecvență, spectrul de frecvență este împărțit între canalele logice ale RI, fiecare utilizator primește sub-banda în posesia excepțională. Când multiplexarea cu etanșare temporară, utilizatorii iau rotiri (ciclic) utilizează același canal, iar fiecare într-o perioadă scurtă de timp este prevăzută cu toată lățimea de bandă de canale.
În canalele cu fibră optică, se utilizează o variantă specială a etanșării frecvenței. Se numește sigiliu spectral (WDM, multiplexing de diviziune de undă).

Smochin. 13. Un exemplu de sigiliu de frecvență: Spectrele Sursă 1 semnale (A), Spectrele deplasate în frecvență (b), canalul compactat (B).

Comutare

Din punct de vedere al inginerului de telefonie medie, sistemul de telefonie este alcătuit din două părți: echipamente externe (linii telefonice locale și autostrăzi, întrerupătoare) și echipamente interne (comutatoare) situate pe schimbul de telefon.
Orice rețele de comunicații susțin o metodă de comutare (comunicare) a abonaților lor între ei. Este aproape imposibil să se ofere fiecărei perechi de abonați care interacționează propria linie de comunicare fizică necommuită, pe care ar putea fi monopol "propria" de mult timp. Prin urmare, orice rețea de comutare a abonaților este utilizată întotdeauna în orice rețea, care asigură disponibilitatea canalelor fizice disponibile în același timp pentru mai multe sesiuni de comunicare între abonații de rețea.
Două recepții diferite sunt utilizate în sistemele telefonice: comutarea canalelor și comutarea la pachete.

Comutarea canalelor

Comutarea canalelor implică formarea unui canal fizic compus continuu de la canale individuale conectate secvențial pentru transmiterea directă a datelor între noduri. În rețeaua de returnare a rețelei, înainte de a transfera date, este întotdeauna necesar să se efectueze o procedură compusă în procedeul din care este creat canalul compozit (fig.14).

Ambalajele de comutare

La comutarea pachetelor, toate mesajele transmise de utilizator sunt rupte în nodul sursă pentru părțile relativ mici, numite pachete. Fiecare pachet este livrat cu titlul, ceea ce indică informațiile de adresă necesare pentru a livra pachetul de noduri de destinație, precum și numărul pachetului care urmează să fie utilizat de către nodul de destinație pentru a construi un mesaj. Pachetele sunt transportate în rețea ca blocuri de informații independente. Întrerupătoarele de rețea ia pachetele de la nodurile finale și pe baza informațiilor despre adresa le transmite reciproc și, în cele din urmă - nodul de destinație (fig.14).
etc .................