La transmiterea datelor discrete asupra canalelor de comunicare se utilizează două tipuri principale de codificare fizică - 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 - susținute de canale de comunicare într-o formă discretă, adică sub forma unei secvențe 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.

Pentru codificarea digitalăinformațiile discrete 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 impulsuri fac posibilă prezentarea datelor binare fie prin impulsuri de o anumită polaritate, fie o parte a pulsului peripad-ului unei anumite direcții.

Atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să se aleagă această metodă de codificare, care a atins simultan mai multe scopuri: 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.

Rețelele folosesc așa-numitele 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 picătură de semnal ascuțită - așa-numita față-poate servi ca o indicație bună pentru a sincroniza receptorul cu un transmițător. 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 al cadrului în tampon și o respinge imediat când este posibil. Semn de biți eronat în interiorul cadrului.

Codul potențial fără a reveni la zero, metoda de codificare potențială, denumită și codarea fără a reveni la zero (Non. Întoarcere. 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 NRZPRIST în implementare are o eroare bună recunoaștere (din cauza 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.

Metoda de codificare bipolară cu o inversare alternativă. Una dintre modificările metodei Metoda codarea bipolară cu inversari alternative (Bipolar Alterna. Marcă. Inversiune., Ami.). Această metodă utilizează trei niveluri de potențial negativ, zero și pozitiv. 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. 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 (semnal. Încălcare.). În codami nu sunt utilizate două, dar trei nivele ale semnalului de pe linie. Un nivel suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului de aproximativ 3DB pentru a asigura aceeași fiabilitate a recepției biților pe linie, ceea ce reprezintă un dezavantaj comun al codurilor cu mai multe stări ale semnalului comparativ cu codurile care diferă numai în două stări diferite .

Cod potențial cu inversiune la unul. 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 pentru unul (Non. Întoarcere. la. Zero. cu. ele. 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 ale semnalului și întunericului sunt recunoscute în mod stabil.

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. Cel mai simplu caz al acestei abordări este codul pulsului bipolar.în care unitatea este reprezentată de un impuls al unei polarități și altele zero . 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 armonică principală a codului va fi egală cu NGZ, care este de două ori mai mare decât armonica principală a codului NRZ de patru ori mai mare decât armonica de bază a transmisiei de alternare a codamimi unități și zerouri. 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.Se folosește în tehnologiaThernetTokenring. 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 cu o picătură de la un nivel scăzut de semnal la înălțime și scădere cu zero. 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 transmitere a unui bit de date, codul Manchester are proprietăți bune de auto-sincronizare. Banda de transmisie a codului Manchester este deja decât cea a unui impuls bipolar. 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 cele din urmă, trei nivele ale semnalului sunt folosite pentru a transmite date și în Manchester.

Codul potențial 2B 1Q. Codul potențial cu patru niveluri de semnal pentru codificarea datelor. Acest cod. 2 în 1Q., numele care reflectă esența ei - fiecare dintre cei doi biți (2b) sunt transmise într-un singur ceas printr-un semnal având patru stări (1q). Perechea de biți 00ctent potențialul de -2,5V, perechea de biți 01 constă în potențial-0.833V, pereche 11-Potențială + 0.83V, și pereche 10 -Potențială + 2.5V. În acest caz, metoda de codificare necesită măsuri suplimentare pentru combaterea secvențelor lungi ale acelorași perechi 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, utilizarea codului 2B 1Q poate una și aceeași linie transmit date de două ori mai rapidă decât utilizarea Codaminrzi. 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.

Codificare logicăCodificarea logică este utilizată pentru a îmbunătăți codurile de tip TypeMi, NRZII 2Q.1B. Codificarea logică ar trebui să înlocuiască secvențele lungi ale bitului, conducând la un potențial constant, unități de conectare. După cum sa menționat deja mai sus, două metode sunt caracteristice codificării logice -. Coduri excesive și dezmembrare.

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.

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 transmiterea codurilor 4B / 5V la o viteză de 100 MB / cu un transmițător trebuie 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 supraponderali. 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.

Shambling. 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:

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. De obicei, este suficient să se asigure sincronizarea pe cele două niveluri - biți și cadru, transmițătorul și receptorul au putut 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.În modul asincron, fiecare octet de date este însoțit de semnale speciale "Start" și "Stop". 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.

Cu modul de transmisie sincronă, lipsesc biți de pornire între fiecare pereche de octeți. Concluzii

La transmiterea datelor discrete pe canalul de frecvență tonală îngustă utilizat în telefonie, cele mai adecvate sunt cele mai potrivite metode de modulare în care sinusoidul purtător este modulat de secvența originală a cifrelor binare. Această operațiune este efectuată de dispozitive speciale - modele.

Pentru transferul de date cu viteză redusă, se aplică o modificare a frecvenței sinusoidului purtător. Mai multe modemuri de mare viteză funcționează pe modele combinate ale modulației de amplitudine de cvadratură (QAM), pentru care nivelul de 4 al amplitudinii sinusoidului purtător și 8 nivele de fază este caracteristic. Nu toate metodele posibile de 32 de ori sunt utilizate pentru transferul de date, combinațiile interzise vă permit să recunoașteți datele distorsionate la nivel fizic.

Pe canalele de comunicații 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 polarităților pulsului sau a luifață.

Atunci când se utilizează coduri potențiale, sarcina de sincronizare a receptorului cu un transmițător este deosebit de importantă, deoarece atunci când transmiteți secvențe lungi de zerouri sau unități, semnalul de la intrarea receptorului nu se modifică și receptorul este dificil de determinat momentul îndepărtării următorul bip de date.

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

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

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

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

Distrugerea datelor sursă (coduri de tip 2B 1Q).

Codurile potențiale îmbunătățite au un spectru mai restrâns decât impulsul, astfel încât acestea sunt folosite în tehnologii de mare viteză, cum ar fi FDDI, Fastethernet, Gigabitethernet.

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 sursă care trebuie transmise peste linia de comunicație pot fi fie discrete (ieșire de computere), fie analog (imagine, imagine de televiziune).

Transmisia de date discretă se bazează pe utilizarea a două tipuri de codificare fizică:

a) modularea analogică la codificare se efectuează prin modificarea parametrilor semnalului purtător sinusoidal;

b) codificarea digitală prin schimbarea nivelurilor unei secvențe de impulsuri de informații dreptunghiulare.

Modularea analogică duce la un spectru al semnalului rezultat o lățime mult mai mică decât cu codarea digitală, la aceeași viteză de transmisie a informațiilor, cu toate acestea, necesită un instrument mai complex și mai scump.

În prezent, datele inițiale având o formă analogică sunt transmise din ce în ce mai mult prin canale de comunicație într-o formă discretă (ca o secvență de unități și zerouri), adică modularea discretă a semnalelor analogice.

Modularea analogică. Este folosit pentru a transmite date discrete prin canale cu o bandă îngustă, un reprezentant tipic al căruia este un canal de frecvență tonal furnizat utilizatorilor de rețea de telefonie. Pe acest canal, semnalele sunt transmise cu o frecvență de 300 la 3400 Hz, adică lățimea de bandă este de 3100 Hz. O astfel de bandă este destul de suficientă pentru transmiterea discursului cu o calitate acceptabilă. Limitarea lățimii de bandă a canalului de ton este asociată cu utilizarea etanșării canalului și a echipamentelor de comutare în rețelele de telefonie.

Înainte de transmiterea datelor discrete pe partea de transmisie utilizând un modulator de demodulare (modem), se face modularea sinusidelor purtătoare ale secvenței originale a cifrelor binare. Transformarea inversă (demodularea) este efectuată de modemul de primire.

Trei modalități de conversie a datelor digitale într-o formă analogică sau trei metode de modulare analogice sunt posibile:

Modularea amplitudinii, atunci când amplitudinea oscilațiilor sinusoidale purtătoare se schimbă în conformitate cu secvența biților de informații transmise: de exemplu, atunci când transferul unității de amplitudine de oscilație este mare și când zero este schimbat - mic, sau semnalul purtător este în general absent ;

Modularea frecvenței, când, sub acțiunea semnalelor de modulare (biți de informații transmise), numai frecvența oscilațiilor sinusoidale purtătoare se schimbă: de exemplu, când zero este transferat - scăzut și când unitatea este transmisă - ridicată;

Modularea fazelor, atunci când, în conformitate cu secvența biților de informații transmise, numai faza oscilațiilor sinusoidale purtătoare se modifică: Când treceți de la semnalul 1 la semnalul 0 sau invers, faza variază în 180 °. În forma sa pură, modularea amplitudinii în practică este rar utilizată din cauza imunității scăzute a zgomotului. Modularea frecvenței nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizat în modemuri cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1.200 biți. Creșterea ratei de transfer de date este asigurată prin utilizarea metodelor de modulare combinate, mai des amplitudinea în combinație cu faza.

Metoda analogică pentru transmiterea datelor discrete oferă o transmisie în bandă largă prin utilizarea diferitelor frecvențe de transport într-un singur canal. Acest lucru garantează interacțiunea unui număr mare de abonați (fiecare pereche de abonați lucrează la frecvența sa).

Codarea digitală. Cu informații discrete care codifică digitale, sunt utilizate două tipuri de coduri:

a) codurile potențiale atunci când numai valoarea potențialului de semnal este aplicată pentru a reprezenta unitățile de informare și zerouri, iar diferențele sale nu sunt luate în considerare;

b) codurile de impuls atunci când datele binare sunt reprezentate fie de impulsuri de o anumită polaritate, fie de potențialul unei anumite direcții.

La metodele de codare digitală a informațiilor discrete atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare, aceste cerințe sunt prezentate pentru a reprezenta semnale binare:

Asigurarea sincronizării între transmițător și receptor;

Asigurarea celei mai mici lățimi ale rezultatului semnalului rezultat la aceeași viteză de biți (deoarece un spectru mai restrâns de semnale permite

cercetarea de la aceeași lățime de bandă pentru a obține o viteză mai mare

transmisia de date);

Capacitatea de a recunoaște erorile în datele transmise;

Costul relativ scăzut al implementării.

Uneltele de straturi fizice recunosc doar datele distorsionate (detectarea erorilor), ceea ce vă permite să economisiți timp, deoarece receptorul, fără a aștepta camera completă a cadrului primit în tampon, aceasta o respinge imediat atunci când recunoașteți biții eronați în cadru. O operație mai complexă este o corectare a datelor distorsionate - efectuate de un protocoale la nivel superior: canal, rețea, transport sau aplicat.

Sincronizarea emițătorului și a receptorului este necesară pentru ca receptorul să știe exact la ce punct trebuie citite datele primite. Setați semnalele de sincronizare Setați receptorul la mesajul transmis și suportați sincronizarea receptorului cu biții de date de primire. Problema de sincronizare este rezolvată cu ușurință la transmiterea informațiilor pentru distanțe scurte (între blocurile din interiorul computerului, între computer și imprimantă) utilizând o legătură tactică separată: informațiile sunt citite numai în momentul impulsului de ceas următor. În rețelele de calculatoare, refuză să folosească impulsuri de tact din două motive: din motive de economisire a conductorilor în cabluri scumpe și datorită neomogenității caracteristicilor conductorilor din cabluri (la distanțe mari, neuniformitatea ratei de propagare a semnalului poate duce la rata de propagare a semnalului Distanța de ceasuri de ceas în linia de tact și impulsurile de informații în linia principală, ca rezultat, bitul de date va fi omite sau citit din nou).

În prezent, sincronizarea transmițătorului și receptorul în rețele este realizată prin utilizarea codurilor de auto-sincronizare (SC). Codificarea datelor transmise utilizând SC este de a furniza modificări regulate și frecvente (tranziții) ale nivelului semnalului informativ în canal. Fiecare tranziție a nivelului de semnal de la mare la scăzut sau invers este utilizată pentru a regla receptorul. Cel mai bun este considerat a fi un astfel de IC, care oferă o tranziție la nivel de semnal cel puțin o dată pe intervalul de timp necesar pentru a primi un biți de informații. Cu cât trece mai des tranzițiile la nivel de semnal, cu atât se efectuează mai fiabil sincronizarea receptorului, iar identificarea biților de date primită este identificată mai încrezătoare.

Aceste cerințe pentru metodele de codificare a informațiilor discrete digitale sunt într-o anumită măsură contradictorie, astfel încât fiecare dintre metodele de codificare luate în considerare are avantajele și dezavantajele sale în comparație cu altele.

Codurile de auto-sincronizare. Cele mai frecvente sunt următoarele SC:

Cod potențial fără a se întoarce la zero (NRZ - non-revenire la zero);

Codul pulsului bipolar (codul RZ);

Codul Manchester;

Cod bipolar cu inversare la nivel alternativ.

În fig. 32 prezintă schemele de codificare ale mesajului 0101100 utilizând aceste SC.

Pentru caracteristicile și evaluarea comparativă a Regatului Unit, acești indicatori sunt utilizați:

Sincronizarea nivelului (calității);

Fiabilitatea (încrederea) recunoașterii și alocării biților de informare primită;

Rata de schimbare a vitezei necesară în linia de comunicație Când utilizați SC, dacă se specifică lățimea de bandă a liniei;

Complexitatea (și, în consecință, costul) a echipamentului care implementează SC.

Codul NRZ se caracterizează prin simplitatea codificării și a valorii costurilor reduse. A primit acest nume deoarece atunci când transmiteți seria de aceleași nume de același nume (unități sau zerouri), semnalul nu se întoarce la zero în timpul ceasului, așa cum este cazul în alte metode de codare. Nivelul semnalului rămâne neschimbat pentru fiecare serie, ceea ce reduce semnificativ calitatea sincronizării și fiabilității recunoașterii biților primiți (nepotrivirea temporizatorului receptorului poate apărea în raport cu semnalul de intrare și la ancheta târzie a liniilor).

Pentru s ^ -code există un raport

unde VI este viteza de schimbare a nivelului de semnal din linia de comunicare (BOD);

U2 - Lățime de bandă de comunicare (biți).

Pe lângă faptul că acest cod nu are proprietatea de auto-sincronizare, are, de asemenea, un dezavantaj grav diferit: prezența unei componente de frecvență joasă, care se apropie de zero atunci când transmite o serie lungă de unități sau zerouri. Ca rezultat, codul NRZ în formă pură în rețele nu este utilizat. Se aplică diferitele sale modificări, ceea ce elimină auto-nivelarea slabă a codului și prezența unei componente constante.

Codul RZ sau codul de puls bipolar (codul cu o întoarcere la zero) se distinge prin faptul că în timpul transmiterii unui bit de informații, nivelul semnalului se schimbă de două ori, indiferent dacă se transmite seria de biți de același nume sau biți schimbător alternativ. Unitatea este reprezentată de un impuls de o polaritate, iar zero este diferit. Fiecare impuls durează jumătate din ceas. Un astfel de cod are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar costul implementării sale este destul de ridicat, deoarece este necesar pentru a asigura raportul

Spectrul de la codul RZ este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Datorită spectrului prea larg, este rar folosit.

Codul Manchester oferă o modificare a nivelului de semnal atunci când prezintă fiecare bit și atunci când transmiteți seria de aceleași nume - schimbare dublă. Toată lumea este împărțită 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. Raportul de viteze pentru acest cod este:

Codul Manchester are proprietăți bune de auto-sincronizare, deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe tact de transmisie a unui lot de date. Lățimea de bandă este deja decât la codul RZ (în medie de una și jumătate). Spre deosebire de un cod de puls bipolar, unde trei nivele ale semnalului sunt utilizate pentru a transmite date (care uneori sunt foarte nedorite, de exemplu, doar două stări și întuneric sunt recunoscute în mod stabil în cablurile optice), în codul Manchester - două nivele.

Codul Manchester este utilizat pe scară largă în tehnologiile Inel Ethernet și Token.

Codul bipolar cu nivel de inversare alternativ (cod AMI) este una dintre modificările codului NRZ. Utilizează trei niveluri de potențial - negativ, zero și pozitiv. Unitatea este codificată sau potențial pozitiv sau negativ. Codificarea zero utilizează potențial zero. Codul are proprietăți bune de sincronizare la transmiterea seriei de unități, deoarece potențialul fiecărei unități noi este opus potențialului celui precedent. Când treceți o serie de zerouri, lipsește sincronizarea. Codul AMI este relativ ușor de implementat. Pentru el

La transmiterea diferitelor combinații de biți de pe linie, utilizarea codului AMI duce la un spectru mai restrâns al semnalului decât pentru codul NRZ și, prin urmare, la o lățime de bandă mai mare a liniei.

Rețineți că îmbunătățirea codurilor potențiale (codul de manevră modernizat și codul AMI) au un spectru mai restrâns decât pulsat, astfel încât acestea sunt folosite în tehnologii de mare viteză, de exemplu, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Modularea discretă a semnalelor analogice. După cum sa menționat deja, una dintre tendințele dezvoltării rețelelor de calculatoare moderne este digitalizarea lor, adică transmisia în forma digitală a semnalelor de orice natură. Sursele acestor semnale pot fi computere (pentru date discrete) sau dispozitive, cum ar fi telefoane, camere video, echipament de reproducere video și sunet (pentru date analogice). Până de curând (înainte de apariția rețelelor de comunicații digitale) în rețelele teritoriale, toate tipurile de date au fost transmise în formă analogică, iar datele discrete ale computerului din modem au fost transformate într-o formă analogică.

Cu toate acestea, transmiterea informațiilor din formularul analogic nu îmbunătățește calitatea datelor luate dacă au existat denaturarea lor semnificativă în timpul transmisiei. Prin urmare, o tehnologie digitală care utilizează modularea discretă a semnalelor analogice a fost înlocuită cu tehnică analogică pentru înregistrarea și transmiterea sunetului și a imaginii.

Modularea discretă se bazează pe eșantionarea semnalelor continue, atât prin amplitudine, cât și de timp. Una dintre metodele larg răspândite pentru conversia semnalelor analogice la digital este modularea impuls-cod (ICM) propusă în 1938 a.h. Rivis (SUA).

Când se utilizează IRM, procesul de conversie include trei etape: cartografierea, cuantificarea și codarea (fig.33).

Prima etapă este afișajul. Amplitudinea semnalului continuu inițial este măsurată într-o anumită perioadă, datorită care apare eșantionarea de timp. În acest stadiu, un semnal analogic este transformat în semnale de modulare a amplitudinii semnalului (EAM). Execuția scenei se bazează pe teoria cartografiei Nyquist Kotelnikov, poziția principală a căreia se află: Dacă este afișat un semnal analogic (adică se pare sub forma unei secvențe de valorile sale discrete) la un interval regulat cu A Frecvența de cel puțin două ori mai mare frecvență a celui mai mare armonică spectrul semnalului continuu inițial, cartografia va conține informații suficiente pentru a restabili semnalul sursă. În telefonia analogică, în telefonul analogic este selectat o gamă de la 300 la 3400 Hz, care este suficientă pentru transmiterea de înaltă calitate a tuturor armonicii majore ale interlocutorilor. Prin urmare, în rețelele digitale, în cazul în care metoda ICM este implementată pentru transmisia vocală, frecvența afișajului este egală cu 8000 Hz (aceasta este mai mare de 6800 Hz, care asigură o marjă de calitate).

La etapa de cuantificare, fiecare semnal are o valoare cuantificată corespunzătoare celui mai apropiat nivel de cuantificare. Întreaga gamă de modificări în amplitudinea semnalelor EAM este împărțită în 128 sau 256 nivele de cuantificare. Nivelurile mai de cuantificare, cu atât mai precis amplitudinea EAM - semnalul pare a fi un nivel cuantificat.

La etapa de codificare, fiecare afișaj cuantificat este setat la o corespondență pe 7 biți (dacă numărul de niveluri de cuantificare este de 128) sau un cod binar de 8 biți (cu cuantificare cu 256 de pași). În fig. 33 prezintă semnalele de cod binar de 8 elemente 00101011 care corespund unui semnal cuantificat cu un nivel 43. La codificarea cu coduri cu 7 elemente, rata de date a canalului ar trebui să fie de 56 kbps (acesta este un produs al frecvenței afișajului pe bit de cod binar ) și când codifică coduri de 8- elemente - 64 kbps. Standardul este canalul digital 64 Kbps, numit și canalul elementar al rețelelor de telefonie digitală.

Dispozitivul care efectuează etapele specificate de conversie a valorii analogice într-un cod digital se numește un convertor analog-digital (ADC). Pe partea de primire utilizând un convertor analogic digital (DAC) se efectuează o transformare inversă, adică o demodulare a amplitudinilor digitizate ale semnalului continuu, restabilind funcția de timp continuu inițială.

În rețelele moderne de comunicații digitale, se utilizează alte metode de modulare discrete, ceea ce face posibilă prezentarea unor voci în formă mai compactă, de exemplu, sub forma unei secvențe de numere de 4 cifre. Acest concept de conversie a semnalelor analogice în digital, în care semnalele în sine sunt numite și apoi sunt codificate, dar numai modificările lor sunt codificate, iar numărul de niveluri de cuantificare este acceptat la fel. Evident, un astfel de concept vă permite să transformați semnalele cu o precizie mai mare.

Metodele digitale pentru înregistrarea, redarea și transmiterea informațiilor analogice oferă posibilitatea de a controla fiabilitatea datelor din partea media sau a datelor obținute pe linia de date. În acest scop, aceleași metode de control sunt utilizate ca și pentru datele informatice (a se vedea punctul 4.9).

Transmisia semnalului continuu în formularul discret pune cerințe stricte pentru sincronizarea receptorului. În cazul nerespectării sincronicității, semnalul inițial este restabilit incorect, ceea ce duce la voci sau imaginea transmisă. Dacă cadrele cu măsurători vocale (sau alt analog) vor ajunge sincron, atunci calitatea vocii poate fi destul de mare. Cu toate acestea, în rețelele de calculatoare, personalul poate fi întârziat atât în \u200b\u200bnodurile finale, cât și în dispozitivele intermediare de comutare (poduri, comutatoare, routere), ceea ce afectează negativ calitatea vocii. Prin urmare, pentru transmiterea de înaltă calitate a semnalelor continue digitizate, se utilizează rețelele digitale speciale (ISDN, ATM, rețelele de televiziune digitale, deși rețelele de releu cadru sunt utilizate pentru a transmite conversații telefonice intra-corporative, deoarece întârzierile de transfer cadru în ele sunt acceptabile limite.

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 codarea logică, deoarece forma semnalelor pe linie nu sunt definite.

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.

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 .................