Желінің жақын шетіндегі қиылысу - ішкі шу көздеріне кабельдің шу иммунитетін анықтайды. Олар әдетте бірнеше бұралған жұптардан тұратын кабельге қатысты бағаланады, бір жұптың екіншісіне өзара араласуы маңызды мәндерге жетіп, пайдалы сигналға сәйкес ішкі кедергілер жасай алады.

Мәліметтерді тасымалдау сенімділігі(немесе бит қателерінің жылдамдығы) әрбір жіберілген деректер биті үшін бүліну ықтималдығын сипаттайды. Ақпараттық сигналдардың бұрмалану себептері желідегі кедергілер, сонымен қатар өткізу қабілетінің шектелуі болып табылады. Сондықтан деректерді беру сенімділігін арттыру желінің шуға төзімділік дәрежесін жоғарылату, кабельдегі айқаспалы байланыс деңгейін төмендету және кең жолақты байланыс желілерін көбірек пайдалану арқылы қол жеткізіледі.

Қатеден қорғаудың қосымша құралдары жоқ кәдімгі кабельдік байланыс желілері үшін деректерді беру сенімділігі, әдетте, 10 -4 -10 -6 құрайды. Бұл орта есеппен жіберілген 10 4 немесе 10 6 биттің бір биттің мәні бұрмаланатынын білдіреді.

Байланыс желісінің жабдықтары(мәліметтерді жіберу жабдығы – АТД) – компьютерлерді байланыс желісіне тікелей қосатын шеткі жабдық. Ол байланыс желісінің бөлігі болып табылады және әдетте физикалық деңгейде жұмыс істейді, қажетті пішін мен қуаттың сигналын беру мен қабылдауды қамтамасыз етеді. ADF үлгілері модемдер, адаптерлер, аналогты-цифрлық және цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер болып табылады.

Құжатты автоматты түрде беру құралына байланыс желісі арқылы беру үшін деректерді генерациялайтын және автоматты түрде автоматты түрде беру құралына тікелей қосылған пайдаланушының деректер терминалы жабдығы (DTE) кірмейді. DTE, мысалы, жергілікті желі маршрутизаторын қамтиды. Жабдықты APD және DOD сыныптарына бөлу өте ерікті екенін ескеріңіз.

Қалааралық байланыс желілерінде екі негізгі мәселені шешетін аралық жабдық қолданылады: ақпараттық сигналдардың сапасын жақсарту (олардың пішіні, қуаты, ұзақтығы) және екі байланыс үшін тұрақты композиттік арнаны (ұшты-ұшты арна) құру. желі абоненттері. LCS-де аралық жабдық пайдаланылмайды, егер физикалық ортаның ұзындығы (кабельдер, радиоауа) қысқа болса, бір желілік адаптерден екіншісіне сигналдар олардың параметрлерін аралық қалпына келтірмей-ақ берілуі мүмкін.

Ғаламдық желілер жүздеген және мыңдаған километрге сигналдардың жоғары сапалы берілуін қамтамасыз етеді. Сондықтан күшейткіштер белгілі бір қашықтықта орнатылады. Екі абоненттің арасында ұшты-соңды желі құру үшін мультиплексорлар, демультиплексорлар және коммутаторлар қолданылады.

Байланыс арнасының аралық жабдығы пайдаланушыға мөлдір (ол оны байқамайды), бірақ шын мәнінде ол күрделі желіні құрайды. негізгі желіжәне компьютерлік, телефондық және басқа желілерді құру үшін негіз ретінде қызмет етеді.

Айыру аналогтық және цифрлық байланыс желілері, аралық жабдықтың әртүрлі түрлерін қолданатын. Аналогтық желілерде аралық жабдық мәндердің үздіксіз диапазоны бар аналогтық сигналдарды күшейтуге арналған. Жоғары жылдамдықты аналогтық арналарда бірнеше төмен жылдамдықты аналогтық абоненттік арналар бір жоғары жылдамдықты арнаға мультиплексирленген кезде жиілікті мультиплекстеу техникасы жүзеге асырылады. Тік бұрышты ақпараттық сигналдардың шекті күйлер саны болатын цифрлық байланыс арналарында аралық жабдық сигналдардың пішінін жақсартады және олардың қайталану кезеңін қалпына келтіреді. Ол әрбір төмен жылдамдықты арнаға жоғары жылдамдықты арна уақытының белгілі бір үлесі бөлінгенде, арналарды уақыттық мультиплекстеу принципі бойынша жұмыс істейтін жоғары жылдамдықты цифрлық арналардың қалыптасуын қамтамасыз етеді.

Дискретті компьютерлік деректерді цифрлық байланыс желілері арқылы беру кезінде физикалық деңгей хаттамасы анықталады, өйткені желі арқылы берілетін ақпараттық сигналдардың параметрлері стандартталған, бірақ аналогтық желілер арқылы таратқанда, ол анықталмайды, өйткені ақпараттық сигналдар ерікті болады. пішінді және деректерді беру жабдығымен бірліктерді және нөлдерді көрсету әдісіне ешқандай қатысы жоқ.

Байланыс желілерінде келесілер қолданылды: ақпаратты беру режимдері:

· симплекс, таратқыш пен қабылдағыш бір байланыс арнасымен қосылған кезде, ол арқылы ақпарат тек бір бағытта беріледі (бұл теледидарлық байланыс желілеріне тән);

· жартылай дуплексті, екі байланыс түйіні де бір арнамен қосылған кезде, олар арқылы ақпарат бір бағытта, содан кейін қарама-қарсы бағытта беріледі (бұл ақпараттық-анықтамалық, сұраныс-жауап жүйелеріне тән);

· дуплексті, екі байланыс түйіні екі арна арқылы қосылғанда (тікелей байланыс арнасы және кері арна), олар арқылы ақпарат бір уақытта қарама-қарсы бағытта беріледі. Дуплексті арналар шешімдер мен ақпараттық кері байланыс бар жүйелерде қолданылады.

Коммутацияланған және бөлінген байланыс арналары. TSS-те бөлінген (коммутацияланбаған) байланыс арналары мен осы арналар арқылы ақпаратты беру ұзақтығына коммутацияланатын арналар арасында айырмашылық жүргізіледі.

Бөлінген байланыс арналарын пайдаланған кезде байланыс түйіндерінің қабылдағыш аппаратурасы бір-бірімен үздіксіз байланыста болады. Бұл жүйенің ақпаратты тасымалдауға дайындығының жоғары деңгейін, байланыстың жоғары сапасын және трафиктің үлкен көлемін қолдауды қамтамасыз етеді. Бөлінген байланыс арналары бар желілерді пайдаланудың салыстырмалы түрде жоғары шығындарына байланысты олардың табыстылығына арналар жеткілікті түрде толық жүктелген жағдайда ғана қол жеткізіледі.

Белгіленген ақпарат көлемін беру ұзақтығы үшін ғана құрылған коммутацияланған байланыс арналары жоғары икемділікпен және салыстырмалы түрде төмен шығындармен (трафиктің шағын көлемімен) сипатталады. Мұндай арналардың кемшіліктері: коммутация уақытының жоғалуы (абоненттер арасындағы байланысты орнату үшін), байланыс желісінің жекелеген учаскелерінің толтырылуына байланысты блоктау мүмкіндігі, байланыс сапасының төмендігі, трафиктің айтарлықтай көлемімен жоғары құны.

Байланыс желісі арқылы берілуі қажет бастапқы ақпарат дискретті (компьютердің шығыс деректері) немесе аналогтық (сөйлеу, теледидар кескіндері) болуы мүмкін.

Дискретті деректерді тасымалдауфизикалық кодтаудың екі түрін қолдануға негізделген:

A) аналогтық модуляциякодтау синусоидалы тасымалдаушы сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылған кезде;

б) сандық кодтаутікбұрышты ақпараттық импульстердің реттілігінің деңгейлерін өзгерту арқылы.

Аналогтық модуляция нәтижесінде бірдей ақпаратты тасымалдау жылдамдығымен цифрлық кодтауға қарағанда ені әлдеқайда аз болатын сигнал спектрі пайда болады, бірақ оны жүзеге асыру күрделі және қымбат жабдықты қажет етеді.

Қазіргі уақытта аналогтық түрдегі бастапқы деректер дискретті түрде (бірлер мен нөлдер тізбегі ретінде) байланыс арналары бойынша көбірек беріледі, яғни. дискретті модуляцияаналогтық сигналдар.

Аналогтық модуляция. Ол дискретті деректерді тар жиілік диапазоны бар арналар бойынша беру үшін қолданылады, оның типтік өкілі телефон желілерін пайдаланушыларға берілетін дауыстық жиілік арнасы болып табылады. Бұл арна жиілігі 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі сигналдарды жібереді, яғни оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц. Бұл жолақ қолайлы сапада сөйлеуді беру үшін жеткілікті. Дауыс арнасының өткізу қабілетінің шектелуі телефон желілерінде мультиплексирлеу және арна коммутациялау жабдығын қолданумен байланысты.

Дискретті деректерді беру алдында екілік цифрлардың бастапқы тізбегінің тасымалдаушы синус толқыны модулятор-демодулятордың (модем) көмегімен жіберуші жағында модуляцияланады. Кері түрлендіру (демодуляция) қабылдаушы модеммен орындалады.

Цифрлық деректерді аналогтық пішінге түрлендірудің үш мүмкін жолы немесе аналогтық модуляцияның үш әдісі бар:

· амплитудалық модуляция, тек синусоидалы тербелістерді тасымалдаушының амплитудасы берілетін ақпарат разрядтарының тізбегіне сәйкес өзгеретін кезде: мысалы, біреуін бергенде тербеліс амплитудасы үлкен, ал нөлді бергенде ол аз болады. , немесе тасымалдаушы сигнал мүлде жоқ;

· жиілікті модуляция, модуляциялаушы сигналдардың (берілетін ақпараттық разрядтардың) әсерінен тек синусоидалы тербелістерді тасымалдаушының жиілігі өзгереді: мысалы, нөлді беру кезінде ол төмен, ал біреуін беру кезінде ол жоғары;

· фазалық модуляция, берілген ақпарат разрядтарының тізбегіне сәйкес тек синусоидалы тербелістер тасымалдаушысының фазасы өзгергенде: 1-сигналдан 0-сигналға ауысқанда немесе керісінше, фаза 180° өзгереді.

Оның таза түрінде амплитудалық модуляция шуға төзімділігі төмен болғандықтан практикада сирек қолданылады. Жиілік модуляциясы модемдерде күрделі схеманы қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады. Мәліметтерді жіберу жылдамдығын арттыруға комбинирленген модуляция әдістерін қолдану арқылы қол жеткізіледі, көбінесе амплитудасы фазамен үйлеседі.

Дискретті деректерді берудің аналогтық әдісі бір арнада әртүрлі тасымалдаушы жиіліктегі сигналдарды пайдалану арқылы кең жолақты беруді қамтамасыз етеді. Бұл абоненттердің үлкен санының өзара әрекеттесуіне кепілдік береді (әрбір абонент жұбы өз жиілігі бойынша жұмыс істейді).

Сандық кодтау. Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде кодтардың екі түрі қолданылады:

а) ақпараттық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигнал потенциалының мәні ғана пайдаланылған және оның төмендеуі ескерілмейтін әлеуетті кодтар;

б) импульстік кодтар, екілік деректер белгілі бір полярлық импульстармен немесе белгілі бір бағыттағы потенциалдық төмендеулермен ұсынылған кезде.

Екілік сигналдарды көрсету үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде дискретті ақпаратты цифрлық кодтау әдістеріне келесі талаптар қойылады:

· таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондауды қамтамасыз ету;

· бірдей разрядтық жылдамдықта алынған сигналдың ең кіші спектрінің енін қамтамасыз ету (себебі сигналдардың тар спектрі өткізу қабілеттілігі бірдей желіде деректерді берудің жоғары жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді);

· берілген деректердегі қателерді тану мүмкіндігі;

· енгізудің салыстырмалы түрде төмен құны.

Физикалық деңгей тек бұрмаланған деректерді тануды (қатені анықтау) білдіреді, бұл уақытты үнемдейді, өйткені қабылдағыш қабылданған кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпестен, кадрдағы қате биттерді тану кезінде оны дереу қабылдамайды. Неғұрлым күрделі операция - бұрмаланған деректерді түзету - жоғары деңгейлі хаттамалармен орындалады: арна, желі, көлік немесе қолданба.

Таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қабылдағыштың кіріс деректерді қашан оқу керектігін білуі үшін қажет. Сағат сигналдары қабылдағышты жіберілген хабарламаға сәйкестендіреді және қабылдағышты кіріс деректер биттерімен синхрондауды сақтайды. Синхрондау мәселесі ақпаратты қысқа қашықтыққа (компьютер ішіндегі блоктар арасында, компьютер мен принтер арасында) жеке сағаттық байланыс желісін пайдалану арқылы жіберу кезінде оңай шешіледі: ақпарат келесі сағат импульсі келген сәтте ғана оқылады. Компьютерлік желілерде олар сағаттық импульстерді екі себеп бойынша пайдаланудан бас тартады: қымбат кабельдердегі өткізгіштерді үнемдеу үшін және кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының біркелкі еместігі үшін (үлкен қашықтықтарда сигналдың таралу жылдамдығының біркелкі емес, сигналдың десинхронизациясына әкелуі мүмкін). тактілік импульстар тактілік жолдағы және ақпараттық импульстар негізгі жолдағы , нәтижесінде деректер биті өткізіп жіберіледі немесе қайта оқылады).

Қазіргі уақытта желілерде таратқыш пен қабылдағышты синхрондау пайдалану арқылы жүзеге асырылады өзін-өзі синхрондау кодтары(СК). CS көмегімен жіберілетін мәліметтерді кодтау арнадағы ақпараттық сигнал деңгейлерінің тұрақты және жиі өзгеруін (ауысуды) қамтамасыз ету болып табылады. Әрбір сигнал деңгейінің жоғарыдан төменге немесе керісінше өтуі қабылдағышты реттеу үшін қолданылады. Ең жақсы сигналдар бір ақпарат разрядын қабылдауға қажетті уақыт аралығында кем дегенде бір рет сигнал деңгейінің ауысуын қамтамасыз ететін сигналдар болып табылады. Сигнал деңгейінің ауысуы неғұрлым жиі болса, қабылдағыш соғұрлым сенімдірек синхрондалады және алынған деректер биттері сенімдірек анықталады.

Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау әдістеріне қойылатын талаптар белгілі бір дәрежеде бір-біріне қайшы келеді, сондықтан төменде қарастырылатын кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

Өздігінен есептелген кодтар. Ең көп таралғандары келесі СК:

· нөлге қайтарылмай ықтимал код (NRZ – Non Return to Zero);

· биполярлық импульстік код (RZ коды);

· Манчестер коды;

· ауыспалы деңгейдегі инверсиясы бар биполярлық код.

Суретте. 32 осы СК арқылы 0101100 хабарламасының кодтау схемаларын көрсетеді.

Күріш. 32. Өзін-өзі синхрондау кодтары арқылы хабарламаларды кодтау схемалары

2 Физикалық деңгейдің функциялары Биттерді электрлік/оптикалық сигналдар арқылы көрсету Биттерді кодтау Биттерді синхрондау Физикалық байланыс арналары арқылы биттерді беру/қабылдау Физикалық ортамен үйлестіру Тасымалдау жылдамдығы диапазон Сигнал деңгейлері, қосқыштар Барлық желілік құрылғыларда Аппараттық қамтамасыз ету (желілік адаптерлер) ) Мысалы: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 Ом, 100м, 10Мбит/с, MII коды, RJ-45

5 Мәліметтерді тасымалдау жабдығы Түрлендіргіш Хабар – Эл. сигнал Кодер (қысу, түзету кодтары) Модулятор Аралық жабдық Байланыс сапасын жақсарту - (Күшейткіш) Композиттік арна жасау - (Ауыстыру) Арналарды мультиплекстеу - (Мультиплексор) (LAN желісінде PA болмауы мүмкін)

6 Байланыс желілерінің негізгі сипаттамалары Өткізу қабілеті (Протокол) Деректерді беру сенімділігі (Протокол) Таралу кідірісі Амплитудалық жиілік реакциясы (AFC) Өткізу қабілетін әлсірету Шуға төзімділік Желінің жақын жеріндегі тоғыспалы Бірлік құны

9 Өсуі A – жиілік жауапындағы бір нүкте A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (дБ) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q 1-мысал: Pin = 10 мВт , Pout =5 мВт Өсу = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 дБ q 2-мысал: UTP cat 5 Өшу >= -23,6 дБ F= 100 МГц, L= 100 М Әдетте A көрсетіледі. сигналдың негізгі жиілігі үшін = -23,6 дБ F= 100 МГц, L= 100 М Әдетте A негізгі сигнал жиілігі үшін көрсетіледі">

11 Шуға төзімділік Талшықты-оптикалық желілер Кабельдік желілер Сымды әуе желілері Радио желілері (Қорғау, бұрау) Сыртқы кедергілерге иммунитет Ішкі кедергілерге иммунитет Near-end айқаспалы сөйлесуді әлсірету (NEXT) Қиыр шеттегі айқас сөйлесуді әлсірету (FEXT) (FEXT - бір бағытта екі жұп )

12 Near End Cross Talk жоғалуы – NEXT Көп жұпты кабельдер үшін NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Деректерді жіберу сенімділігі Бит қатесінің жылдамдығы – BER Деректер битінің бүліну ықтималдығы Себептері: сыртқы және ішкі кедергі, тар өткізу қабілеті Күрес: шуға қарсы иммунитетті арттыру, КЕЛЕСІ кедергілерді азайту, өткізу қабілетін кеңейту Бұрылған жұп BER ~ Талшықты-оптикалық кабель BER ~ Қосымша қорғаныс құралдары жоқ. :: түзету кодтары, қайталанатын хаттамалар

16 Бұралған жұп Бұралған жұп (TP) фольга экраны өрілген сым экраны оқшауланған сым сыртқы қабық UTP экрандалмаған бұралған жұп 1 санат, қабықтағы UTP мысық жұптары STP экрандалған бұралған жұп түрлері 1 түрі…9 Әр жұптың өз экраны бар Әр жұптың өз қадамы бар. бұрылыстар, өз түсіңіз Шуға қарсы иммунитет Құны Төсеу күрделілігі

18 Талшықты оптика Екі ортаның интерфейсіндегі сәуленің толық ішкі шағылысуы n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2 n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2" title="18 Fiber Optics Екі шекарадағы сәуленің толық ішкі шағылыуы. орта n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> title="18 Талшықты оптика Екі ортаның интерфейсіндегі сәуленің толық ішкі шағылысуы n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> !}

22 Талшықты-оптикалық кабель Көп режимді Fiber MMF50/125, 62,5/125, жалғыз режим FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 мкм 1 ГГц – 100 км BaseLH5000 км - 1 Гбит/с (2005) MM SM

23 Оптикалық сигнал көздері Арна: көз - тасымалдаушы - қабылдағыш (детектор) Көздер LED (жарық шығаратын диод) нм когерентсіз көз - MMF Жартылай өткізгіш лазерлік когеренттік көз - SMF - Қуат = f (t o) Детекторлар Фотодиодтар, түйреуіш диодтар, көшкін диодтары

25 Құрылымдық кабельдік жүйелер - SCS Structured Cabling System - SCS Алғашқы жергілікті желілер - әртүрлі кабельдер және топологиялар SCS кабельдік жүйесінің унификациясы - ашық LAN кабельдік инфрақұрылымы (ішкі жүйелер, компоненттер, интерфейстер) - желілік технологиядан тәуелсіздік - LAN кабельдері, теледидарлар, қауіпсіздік жүйелері. және т.б. П. - белгілі бір желілік технологияға сілтемесіз әмбебап кабельдер - Конструктор

27 SCS стандарттары (негізгі) EIA/TIA-568A Коммерциялық ғимараттың телекоммуникация сымдарының стандарты (АҚШ) CENELEC EN50173 Жалпы кабельдік схемалардың өнімділік талаптары (Еуропа) ISO/IEC IS Ақпараттық технологиясы - Тұтынушы үй-жайларының кабельдеріне арналған жалпы кабельдер: Деректерді жіберудің әрбір жүйесі үшін . Топология Рұқсат етілген қашықтықтар (кабель ұзындығы) Пайдаланушы қосылым интерфейсі. Кабельдер және қосу жабдықтары. Өткізу қабілеті (Өнімділік). Орнату тәжірибесі (Көлденең ішкі жүйе - UTP, жұлдыз, 100 м...)

28 Сымсыз байланыс Сымсыз жіберу Артықшылықтары: ыңғайлылық, қол жетпейтін аумақтар, ұтқырлық. жылдам орналастыру... Кемшіліктері: кедергінің жоғары деңгейі (арнайы құралдар: кодтар, модуляция...), кейбір диапазондарды пайдаланудың қиындығы Байланыс желісі: таратқыш – орта – қабылдағыш LAN сипаттамалары ~ F(Δf, fн);

34 2. Ұялы телефония Аумақты ұяшықтарға бөлу Жиіліктерді қайта пайдалану Төмен қуат (өлшемдері) Орталықта - Еуропалық базалық станция - Ұялы телефонға арналған ғаламдық жүйе - GSM сымсыз телефония 1. Төмен қуатты радиостанция - (телефон базасы, 300 м) DECT Сандық еуропалық сымсыз телекоммуникациялық роуминг – бір негізгі желіден екіншісіне ауысу – ұялы байланыстың негізі

35 Спутниктік байланыс Спутник негізіндегі (рефлектор-күшейткіш) Трансиверлер – транспондерлер H~50 МГц (1 спутниктік ~ 20 транспондерлер) Жиілік диапазондары: C. Ku, Ka C - Төмен 3,7 - 4,2 ГГц Жоғары 5,925-6,425 ГГц Ku Төмен 11,7-12,2 ГГц жоғары 14,0-14,5 ГГц Ka - Төмен 17,7-21,7 ГГц жоғары 27,5-30,5 ГГц

36 Спутниктік байланыс. Спутниктердің түрлері Спутниктік байланыстар: микротолқынды – көру сызығы Геостационарлық Үлкен қамту Тұрақты, Төмен тозуы Қайталанатын спутник, хабар тарату, құны төмен, құны қашықтыққа байланысты емес, Жедел байланыс орнату (Мил) Tz=300ms Төмен қауіпсіздік, Бастапқыда үлкен антенна (бірақ VSAT) Орта орбиталық км жаһандық позициялау жүйесі GPS - 24 спутник Төмен орбиталық км төмен қамту төмен кідіріс Интернетке қосылу

40 Спектрдің таралуы әдістері Сымсыз байланыс үшін арнайы модуляция және кодтау әдістері C (бит/с) = Δ F (Гц) * log2 (1+Ps/P N) Қуатты азайту Шуға қарсы иммунитет Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Тақырып 2. Физикалық қабат

Жоспар

Мәліметтерді тасымалдаудың теориялық негіздері

Ақпаратты кернеу немесе ток сияқты кез келген физикалық шаманы өзгерту арқылы сымдар арқылы беруге болады. Кернеу немесе ток мәнін уақыттың бір мәнді функциясы ретінде көрсету арқылы сигналдың әрекетін модельдеуге және оны математикалық талдауға беруге болады.

Фурье қатары

19 ғасырдың басында француз математигі Жан-Батист Фурье T периоды бар кез келген периодтық функцияны синустар мен косинустардың қосындыларынан тұратын қатарға (мүмкін шексіз) кеңейтуге болатындығын дәлелдеді:
(2.1)
мұндағы негізгі жиілік (гармоникалық) және n-ші гармоникалық синустар мен косинустардың амплитудалары, ал с тұрақты шама. Мұндай кеңею Фурье қатары деп аталады. Фурье қатарына кеңейтілген функцияны осы қатардың элементтерінен қалпына келтіруге болады, яғни егер Т периоды мен гармоникалық амплитудалар белгілі болса, онда бастапқы функцияны (2.1) қатарлар қосындысының көмегімен қалпына келтіруге болады.
Ақырғы ұзақтығы бар ақпараттық сигналды (барлық ақпараттық сигналдардың ұзақтығы шектеулі) Фурье қатарына кеңейтуге болады, егер біз бүкіл сигнал шексіз қайта-қайта қайталанады деп елестетсек (яғни Т-дан 2Т-ге дейінгі аралық толығымен қайталанады). 0-ден T аралығы және т.б.).
Кез келген берілген функция үшін амплитудаларды есептеуге болады. Ол үшін (2.1) теңдеудің сол және оң жақтарын көбейтіп, содан кейін 0-ден T-ге дейін интегралдау керек. Өйткені:
(2.2)
серияның бір мүшесі ғана қалды. Жол толығымен жоғалады. Сол сияқты, (2.1) теңдеуді 0-ден T-ге дейін уақыт бойынша интегралдау арқылы мәндерді есептеуге болады. Егер теңдеудің екі жағын өзгертпей интегралдаса, тұрақтының мәнін алуға болады бірге. Бұл әрекеттердің нәтижесі келесідей болады:
(2.3.)

Басқарылатын БАҚ

Желінің физикалық деңгейінің мақсаты шикі бит ағынын бір машинадан екінші машинаға тасымалдау болып табылады. Тасымалдау үшін сигналдың таралу медиасы деп те аталатын әртүрлі физикалық орталар қолданылуы мүмкін. Олардың әрқайсысында өткізу қабілеттілігінің, кідірістің, бағалардың және орнату мен пайдаланудың қарапайымдылығының тән жиынтығы бар. Тасымалдаушыларды екі топқа бөлуге болады: мыс сым және талшықты-оптикалық кабель сияқты басқарылатын тасымалдағыштар және кабельсіз радио және лазер сәулесінің берілістері сияқты басқарылмайтын тасымалдағыштар.

Магниттік орта

Деректерді бір компьютерден екіншісіне тасымалдаудың ең оңай жолдарының бірі - оны магниттік таспаға немесе басқа алынбалы тасымалдағышқа (мысалы, қайта жазылатын DVD дискісіне) жазу, сол таспалар мен дискілерді тағайындалған жерге физикалық түрде тасымалдау және оларды оқу.
Жоғары өткізу қабілеті. Стандартты Ultrium таспа картриджі 200 ГБ сыйымдылығы бар. Бұл кассеталардың 1000-ға жуығы 60x60x60 қорапқа сыйып, жалпы сыйымдылығы 1600 Тбит (1,6 Пбит) береді. Бір қорап таспаны Федералды Экспресс немесе басқа тасымалдаушы арқылы АҚШ ішінде 24 сағат ішінде жөнелтуге болады. Мұндай жіберу үшін тиімді өткізу қабілеттілігі 1600 Тбит/86400 с немесе 19 Гбит/с құрайды. Егер межелі орын бір сағаттық жерде болса, өткізу қабілеті 400 Гбит/с-тан асады. Әзірге ешбір компьютерлік желі мұндай көрсеткіштерге жақындай алмайды.
Экономикалық. Кассетаның көтерме бағасы шамамен 40 долларды құрайды. Таспалардың бір қорабы 4000 доллар тұрады, бір лентаны ондаған рет қолдануға болады. Тасымалдау үшін $1000 қосыңыз (және шын мәнінде әлдеқайда аз) және сіз 200 ТБ тасымалдау үшін шамамен $5000 аласыз немесе гигабайт үшін 3 цент.
Кемшіліктер. Магниттік таспаларды пайдалану арқылы деректерді беру жылдамдығы тамаша болғанымен, мұндай жіберуге қатысты кідіріс өте жоғары. Тасымалдау уақыты миллисекундтармен емес, минуттармен немесе сағаттармен өлшенеді. Көптеген қолданбалар қашықтағы жүйеден дереу жауап беруді қажет етеді (қосылған режимде).

бұралған жұп

Бұралған жұп екі оқшауланған мыс сымнан тұрады, олардың әдеттегі диаметрі 1 мм. Сымдар бір-бірінің айналасында спираль түрінде бұралған. Бұл жақын жерде орналасқан бірнеше бұралған жұптардың электромагниттік әрекеттесуін азайтуға мүмкіндік береді.
Қолдану – телефон желісі, компьютерлік желі. Ол сигналды қуатты әлсіретпей, бірнеше шақырым қашықтыққа жібере алады. Ұзақ қашықтықта қайталағыштар қажет. Қорғаныс жабыны бар кабельге біріктірілген. Кабельде сигнал кедергісін болдырмау үшін жұп сымдар бұралған. Аналогтық және сандық деректерді беру үшін пайдалануға болады. Өткізу қабілеті сымның диаметрі мен ұзындығына байланысты, бірақ көп жағдайда секундына бірнеше мегабит жылдамдыққа бірнеше километр қашықтықта қол жеткізуге болады. Салыстырмалы түрде жоғары өткізу қабілетіне және төмен бағасына байланысты бұралған жұп кабельдер кеңінен қолданылады және болашақта танымал болуы мүмкін.
Бұралған жұп кабельдер бірнеше формада болады, олардың екеуі компьютерлік желілер саласында ерекше маңызды. 3 санаттағы (CAT 3) бұралған жұп сымдар бір-біріне бұралған оқшауланған екі сымнан тұрады. Мұндай төрт жұп әдетте пластикалық қабықшаға біріктіріледі.
5-санаттағы бұралған жұп (CAT 5) 3-санаттағы бұралған жұпқа ұқсас, бірақ сым ұзындығының сантиметріне көбірек бұрылыстар бар. Бұл әртүрлі арналар арасындағы кедергілерді одан әрі азайтуға және ұзақ қашықтыққа сигнал беру сапасын жақсартуға мүмкіндік береді (1-сурет).

Күріш. 1. UTP санаты 3 (а), UTP 5 (b) санаты.
Қосылымдардың осы түрлерінің барлығы жиі UTP деп аталады (экрандалмаған бұралған жұп - экрандалмаған бұралған жұп)
IBM қорғалған бұралған жұп кабельдері IBM-тен тыс танымал бола алмады.

Коаксиалды кабель

Мәліметтерді берудің тағы бір кең таралған құралы коаксиалды кабель болып табылады. Ол бұралған жұпқа қарағанда жақсы қорғалған, сондықтан ол деректерді ұзақ қашықтыққа жоғары жылдамдықпен жібере алады. Кабельдердің екі түрі кеңінен қолданылады. Олардың бірі, 50 Ом, әдетте тек цифрлық деректерді беру үшін пайдаланылады. Кабельдің басқа түрі, 75 Ом, жиі аналогтық ақпаратты беру үшін, сондай-ақ кабельдік теледидарда қолданылады.
Кабельдің көлденең қимасының көрінісі 2-суретте көрсетілген.

Күріш. 2. Коаксиалды кабель.
Коаксиалды кабельдің дизайны мен экрандаудың арнайы түрі жоғары өткізу қабілетін және тамаша шу иммунитетін қамтамасыз етеді. Максималды өткізу қабілеті желінің сапасына, ұзындығына және сигнал-шу қатынасына байланысты. Қазіргі кабельдердің өткізу қабілеттілігі шамамен 1 ГГц.
Қолданылуы – телефон жүйелері (магистральдық), кабельдік теледидар, аймақтық желілер.

Талшықты оптика

Ағымдағы талшықты-оптикалық технология деректерді беру жылдамдығы 50 000 Гбит/с (50 Тбит/с) дейін жетеді және көптеген мамандар жетілдірілген материалдарды іздеумен айналысады. Бүгінгі практикалық шекті 10 Гбит/с электрлік сигналдарды оптикалық сигналдарға және керісінше жылдамырақ түрлендіру мүмкін еместігіне байланысты, дегенмен зертханада бір талшықта 100 Гбит/с жылдамдыққа қол жеткізілді.
Талшықты-оптикалық тарату жүйесі үш негізгі компоненттен тұрады: жарық көзі, жарық сигналы өтетін тасымалдаушы және сигнал қабылдағыш немесе детектор. Жарық импульсі бір, ал импульстің жоқтығы нөл ретінде қабылданады. Жарық өте жұқа шыны талшықта таралады. Жарық түскен кезде детектор электр импульсін тудырады. Оптикалық талшықтың бір ұшына жарық көзін, екіншісіне детекторды қосу арқылы мәліметтерді бір бағытты тасымалдау жүйесі алынады.
Жарық сигналын беру кезінде 2 ортадан өту кезінде жарықтың шағылысу және сыну қасиеті қолданылады. Осылайша, жарық тасушының интерфейсіне белгілі бір бұрышпен берілгенде, жарық сәулесі толығымен шағылысып, талшықта бекітіледі (3-сурет).

Күріш. 3. Жарықтың сыну қасиеті.
Талшықты-оптикалық кабельдің 2 түрі бар: мультимода - жарық сәулесін өткізеді, бір режимді - бірнеше толқын ұзындығының шегіне дейін жұқа, толқын өткізгіш іспетті дерлік әрекет етеді, жарық шағылыспай түзу сызықпен қозғалады. Бүгінгі бір режимді талшықты байланыстар 100 км-ге дейінгі қашықтықта 50 Гбит/с жылдамдықпен жұмыс істей алады.
Байланыс жүйелерінде толқын ұзындығының үш диапазоны қолданылады: сәйкесінше 0,85, 1,30 және 1,55 мкм.
Талшықты-оптикалық кабельдің құрылымы коаксиалды сымға ұқсас. Жалғыз айырмашылығы, біріншісінде скринингтік тор жоқ.
Талшықты-оптикалық ядроның ортасында жарық таралатын шыны өзек орналасқан. Көпмодалы оптикалық талшықта өзек диаметрі 50 микронды құрайды, бұл шамамен адам шашының қалыңдығына тең. Бір режимді талшықтағы өзек диаметрі 8-ден 10 микронға дейін. Өзегі өзекке қарағанда сыну көрсеткіші төмен шыны қабатымен жабылған. Ол жарықтың өзектен тыс шығуын сенімдірек болдырмау үшін жасалған. Сыртқы қабат - бұл әйнекті қорғайтын пластикалық қабық. Талшықты-оптикалық жіптер әдетте сыртқы қабықпен қорғалған байламдарға топтастырылған. 4-суретте үш ядролы кабель көрсетілген.

Күріш. 4. Үш ядролы талшықты-оптикалық кабель.
Үзіліс болған жағдайда кабель бөліктерін үш жолмен қосуға болады:

Кабельдің соңына арнайы қосқышты бекітуге болады, оның көмегімен кабель оптикалық розеткаға салынады. Шығын жарық қарқындылығының 10-20% құрайды, бірақ бұл жүйе конфигурациясын өзгертуді жеңілдетеді.
Қосылу - кабельдің екі ұқыпты кесілген шеті бір-бірінің қасына салынып, арнайы муфтамен қысылады. Жақсартылған жарық беру кабель ұштарын туралау арқылы жүзеге асырылады. Жоғалту - жарық қуатының 10%.
Біріктіру. Іс жүзінде ешқандай шығын жоқ.

Талшықты-оптикалық кабель арқылы сигнал беру үшін жарық көздерінің екі түрін пайдалануға болады: жарық диодтары (жарық диодтар) және жартылай өткізгіш лазерлер. Олардың салыстырмалы сипаттамалары 1-кестеде келтірілген.

1-кесте.
Жарықдиодты және жартылай өткізгіш лазерді қолдануды салыстыру кестесі
Оптикалық кабельдің қабылдағыш ұшы жарық түскен кезде электрлік импульс тудыратын фотодиод болып табылады.

Талшықты-оптикалық кабель мен мыс сымның салыстырмалы сипаттамасы.

Оптикалық талшықтардың бірқатар артықшылықтары бар:

Жоғары жылдамдық.
Сигналдың аз әлсіреуі, аз қайталағыштардан шығу (5 емес, 50 ​​км-ге бір)
Сыртқы электромагниттік сәулеленуге инертті, химиялық бейтарап.
Салмағы бойынша жеңілірек. Ұзындығы 1 км болатын 1000 мыс бұралған жұптың салмағы шамамен 8000 кг. Талшықты-оптикалық кабельдердің жұбының салмағы 100 кг, өткізу қабілеттілігі жоғары
Төмен орнату шығындары

Кемшіліктері:

Орнату кезіндегі күрделілік пен құзыреттілік.
Сынғыштық
Мысқа қарағанда қымбат.
симплекс режимінде беру, желілер арасында кемінде 2 сым қажет.

Сымсыз байланыс

Электромагниттік спектр

Электрондардың қозғалысы кеңістікте (тіпті вакуумда) тарала алатын электромагниттік толқындарды тудырады. Секундына электромагниттік тербелістер саны жиілік деп аталады және герцпен өлшенеді. Кезекті екі максимум (немесе минимум) арасындағы қашықтық толқын ұзындығы деп аталады. Бұл мөлшер дәстүрлі түрде грек әрпімен (лямбда) белгіленеді.
Егер электр тізбегіне сәйкес өлшемдегі антенна қосылса, онда электромагниттік толқындарды қабылдағыш белгілі бір қашықтықта сәтті қабылдай алады. Барлық сымсыз байланыс жүйелері осы принципке негізделген.
Вакуумда барлық электромагниттік толқындар жиілігіне қарамастан бірдей жылдамдықпен таралады. Бұл жылдамдық жарық жылдамдығы деп аталады, - 3*108 м/с. Мыс немесе шыныда жарық жылдамдығы осы мәннің шамамен 2/3 бөлігін құрайды, сонымен қатар жиілікке аздап байланысты.
Шамалар арасындағы байланыс және:

Егер жиілік () МГц-пен, ал толқын ұзындығы () метрмен өлшенсе, онда.
Барлық электромагниттік толқындардың жиынтығы электромагниттік сәулеленудің үздіксіз спектрін құрайды (5-сурет). Радио, микротолқынды пеш, инфрақызыл және көрінетін жарық толқындардың амплитудасы, жиілігі немесе фазалық модуляциясы арқылы ақпаратты беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Ультракүлгін, рентген және гамма-сәулелері жоғары жиіліктеріне байланысты бұдан да жақсырақ болар еді, бірақ оларды жасау және модуляциялау қиын, ғимараттарға жақсы енбейді, сонымен қатар барлық тірі заттар үшін қауіпті. Ауқымдардың ресми атаулары 6-кестеде берілген.

Күріш. 5. Электромагниттік спектр және оның байланыста қолданылуы.
2-кесте.
ITU тобының ресми атаулары
Электромагниттік толқын тасымалдай алатын ақпарат мөлшері арнаның жиілік диапазонына байланысты. Заманауи технологиялар төмен жиіліктерде әр герцке бірнеше биттерді кодтауға мүмкіндік береді. Кейбір жағдайларда бұл сан жоғары жиілікте сегіз есе артуы мүмкін.
Толқын ұзындығы диапазонының енін біле отырып, сәйкес жиілік диапазонын және деректерді беру жылдамдығын есептеуге болады.

Мысал: 1,3 микрон диапазонында талшықты-оптикалық кабель үшін. Содан кейін 8 бит/с жылдамдықта сіз 240 Тбит/с жіберу жылдамдығын ала аласыз.

Радиобайланыс

Радиотолқындар оңай генерацияланады, ұзақ қашықтыққа жүреді, қабырғалардан өтеді, ғимараттарды айналып өтеді және барлық бағытта таралады. Радиотолқындардың қасиеттері жиілікке байланысты (6-сурет). Төмен жиілікте жұмыс істегенде, радиотолқындар кедергілер арқылы жақсы өтеді, бірақ таратқыштан алыстаған сайын ауадағы сигнал күші күрт төмендейді. Қуат пен көзден қашықтығының қатынасы шамамен келесідей өрнектеледі: 1/r2. Жоғары жиіліктерде радиотолқындар әдетте тек түзу сызықта таралады және кедергілерден шағылысады. Сонымен қатар, олар, мысалы, жаңбырмен сіңеді. Барлық жиіліктердің радиосигналдары ұшқын щеткалары қозғалтқыштары мен басқа электр жабдықтарының кедергілеріне ұшырайды.

Күріш. 6. VLF, LF, MF диапазондарының толқындары жердің біркелкі емес бетінің айналасында иіледі (а), HF және VHF диапазондарының толқындары ионосферадан шағылысып, жермен жұтылады (б).

Микротолқынды байланыстар

100 МГц жоғары жиіліктерде радиотолқындар дерлік түзу сызықта таралады, сондықтан оларды тар сәулелерге бағыттауға болады. Параболалық антеннаның көмегімен энергияны тар сәулеге шоғырландыру (белгілі спутниктік теледидарлық антенна сияқты) сигнал-шуыл қатынасын жақсартуға әкеледі, бірақ мұндай байланыс үшін жіберуші және қабылдаушы антенналар бір-біріне дәл бағытталған болуы керек.
Төменгі жиіліктегі радиотолқындардан айырмашылығы, микротолқындар ғимараттар арқылы жақсы таралмайды. Микротолқынды радиобайланыстың қалааралық телефонияда, ұялы телефондарда, теледидар хабарларын таратуда және басқа салаларда кеңінен қолданыла бастағаны соншалық, спектр өткізу қабілетінің тапшылығы байқалды.
Бұл қосылымның оптикалық талшыққа қарағанда бірқатар артықшылықтары бар. Ең бастысы, кабель тартудың қажеті жоқ, сәйкесінше, сигнал жолының бойындағы жерді жалға алу үшін ақы төлеудің қажеті жоқ. Әр 50 шақырым сайын шағын жер телімдерін сатып алып, оларға релелік мұнаралар орнату жеткілікті.

Инфрақызыл және миллиметрлік толқындар

Кабельді қолданбай инфрақызыл және миллиметрлік толқынды сәулелену қысқа қашықтықтағы байланыс үшін кеңінен қолданылады (мысалы, қашықтан басқару құралдары). Олар салыстырмалы түрде бағытталған, арзан және оңай орнатылады, бірақ қатты заттарға енбейді.
Инфрақызыл байланыс жұмыс үстелі есептеу жүйелерінде қолданылады (мысалы, ноутбуктерді принтерлермен байланыстыру үшін), бірақ әлі де телекоммуникацияда маңызды рөл атқармайды.

Байланыс спутниктері

Спутниктердің келесі түрлері қолданылады: геостационарлық (ГЕО), орташа биіктікте (МЭО) және төмен орбиталық (ЛЭО) (7-сурет).

Күріш. 7. Байланыс спутниктері және олардың қасиеттері: орбиталық биіктік, кідіріс, жер шарының бүкіл бетін қамту үшін қажетті серіктердің саны.

Қоғамдық коммутациялық телефон желісі

Телефон жүйесінің құрылымы

Типтік орта қашықтықтағы телефон маршрутының құрылымы 8-суретте көрсетілген.

Күріш. 8. Абоненттер арасындағы орташа қашықтығы бар типтік байланыс маршруты.

Жергілікті байланыс желілері: модемдер, ADSL, сымсыз байланыс

Компьютер цифрлық сигналмен жұмыс істейтіндіктен, ал жергілікті телефон желісі аналогтық сигналдың берілуін білдіретіндіктен, цифрлық сигналдан аналогқа және кері түрлендіруді орындау үшін құрылғы – модем қолданылады, ал процестің өзі модуляция/демодуляция деп аталады. (Cурет 9).

Күріш. 9. Цифрлық сигналды беру кезінде телефон желісін пайдалану.
Модуляцияның 3 әдісі бар (10-сурет):

амплитудалық модуляция - 2 түрлі сигнал амплитудасы қолданылады (0 және 1 үшін),
жиілік - бірнеше әртүрлі сигнал жиіліктері қолданылады (0 және 1 үшін),
фазалық - фазалық ығысулар логикалық бірліктер (0 және 1) арасында ауысу кезінде қолданылады. Ығысу бұрыштары - 45, 135, 225, 180.

Практикада аралас модуляция жүйелері қолданылады.

Күріш. 10. Екілік сигнал (а); амплитудалық модуляция (b); жиілікті модуляция (c); фазалық модуляция.
Барлық заманауи модемдер деректерді екі бағытта да беруге мүмкіндік береді, бұл жұмыс режимі толық дуплексті деп аталады; Тізбекті жіберуге мүмкіндік беретін қосылым жартылай дуплекс деп аталады. Беріліс тек бір бағытта болатын байланыс симплекс деп аталады.
Қазіргі уақытта қол жеткізуге болатын модемнің максималды жылдамдығы - 56 Кбит/с. V.90 стандарты.

Сандық абоненттік желілер. xDSL технологиясы.

Модемдер арқылы жылдамдық шегіне жеткеннен кейін телефон компаниялары бұл жағдайдан шығудың жолын іздей бастады. Осылайша, xDSL жалпы атауымен көптеген ұсыныстар пайда болды. xDSL (Digital Subscribe Line) – цифрлық абоненттік желі, оның орнына xбасқа әріптер болуы мүмкін. Бұл ұсыныстардың ең танымал технологиясы ADSL (Asymmetric DSL) болып табылады.
Модемдердің жылдамдығын шектеудің себебі олар деректерді беру үшін адамның сөйлеуді тарату диапазонын - 300 Гц-тен 3400 Гц-ке дейін пайдаланды. Шекаралық жиіліктермен бірге өткізу қабілеттілігі 3100 Гц емес, 4000 Гц болды.
Жергілікті телефон желісінің спектрінің өзі 1,1 Гц болғанымен.
ADSL технологиясының бірінші ұсынысы 3 диапазонға бөлінген жергілікті телефон желісінің барлық спектрін пайдаланды:

POTS – тұрақты телефон желісінің диапазоны;
шығыс диапазоны;
кіріс ауқымы.

Әртүрлі жиіліктерді әртүрлі мақсаттарда пайдаланатын технология жиілік мультиплексирлеу немесе жиілік мультиплексирлеу деп аталады.
Дискретті мультитонды модуляция, DMT (Discrete MultiTone) деп аталатын балама әдіс 1,1 МГц жергілікті желінің барлық спектрін әрқайсысы 4312,5 Гц 256 тәуелсіз арнаға бөлуден тұрады. 0 арна POTS болып табылады. Дауыстық сигналдың ақпараттық сигналға кедергі жасау мүмкіндігі болмауы үшін 1-ден 5-ке дейінгі арналар пайдаланылмайды. Қалған 250 арнаның біреуі провайдерге, біреуі пайдаланушыға жіберуді басқарумен айналысады, ал қалғандарының барлығы пайдаланушы деректерін жіберу үшін қолжетімді (Cурет 11).

Күріш. 11. Дискретті мультитонды модуляцияны қолдану арқылы ADSL жұмысы.
ADSL стандарты 8 Мбит/с дейін қабылдауға және 1 Мб/с дейін жіберуге мүмкіндік береді. ADSL2+ - шығыс 24 Мб/с дейін, кіріс 1,4 Мб/с дейін.
Әдеттегі ADSL жабдық конфигурациясы мыналарды қамтиды:

DSLAM – DSL қол жеткізу мультиплексоры;
NID – телефон компаниясы мен абоненттің меншік құқығын бөлетін желілік интерфейс құрылғысы.
Бөлгіш (сплиттер) – POTS жолағы мен ADSL деректерін бөлетін жиілік бөлгіш.

Күріш. 12. ADSL жабдығының типтік конфигурациясы.

Сызықтар мен пломбалар

Телефон жүйесінде ресурстарды үнемдеу маңызды рөл атқарады. Өтімділігі жоғары магистральді және сапасыз желіні орнату және ұстау құны бірдей дерлік (яғни, бұл шығынның негізгі үлесі мыс немесе талшықты-оптикалық кабельдің өзіне емес, траншеяларды қазуға кетеді).
Осы себепті телефон компаниялары бір физикалық кабель арқылы бірнеше сөйлесуді өткізудің бірнеше схемаларын бірлесіп әзірледі. Мультиплекстеу схемаларын екі негізгі санатқа бөлуге болады FDM (Жиілікті бөлу мультиплекстеу) және TDM (Time Division Multiplexing) (Cурет 13).
Жиілік мультиплексирлеу кезінде жиілік спектрі логикалық арналар арасында бөлінеді және әрбір пайдаланушы өзінің ішкі жолағына ерекше меншік құқығын алады. Уақытты бөлу мультиплексирлеуінде пайдаланушылар бір арнаны пайдаланып кезекпен (циклдік) әрекет етеді және әрқайсысына қысқа уақыт аралығында арнаның толық сыйымдылығы беріледі.
Талшықты-оптикалық арналар жиілікті бөлу мультиплексациясының арнайы нұсқасын пайдаланады. Оны спектрлік мультиплексирлеу (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) деп атайды.

Күріш. 13. Жиілік мультиплексирлеудің мысалы: 1 сигналдың бастапқы спектрлері (а), жиілік ығысқан спектрлер (b), мультиплексирленген арна (c).

Ауыстыру

Орташа телефон инженерінің көзқарасы бойынша телефон жүйесі екі бөліктен тұрады: сыртқы жабдық (жергілікті телефон желілері мен магистральдары, коммутаторлардан тыс) және телефон станциясында орналасқан ішкі жабдық (коммутатор).
Кез келген байланыс желісі өз абоненттері арасындағы коммутацияның (байланыстың) қандай да бір әдісін қолдайды. Өзара әрекеттесетін абоненттердің әрбір жұбын ұзақ уақыт бойы тек «меншіктеуге» болатын жеке қосылмаған физикалық байланыс желісімен қамтамасыз ету іс жүзінде мүмкін емес. Сондықтан, кез келген желі әрқашан абоненттерді ауыстырудың қандай да бір әдісін қолданады, бұл желі абоненттері арасындағы бірнеше байланыс сеанстары үшін бір уақытта бар физикалық арналардың болуын қамтамасыз етеді.
Телефондық жүйелер екі түрлі әдісті қолданады: тізбекті коммутациялау және пакеттік коммутация.

Тізбекті ауыстыру

Тізбекті ауыстыру түйіндер арасында деректерді тікелей тасымалдау үшін тізбектей қосылған жеке арна бөлімдерінен үздіксіз құрама физикалық арнаны қалыптастыруды қамтиды. Тізбекті коммутациялы желіде деректерді беру алдында әрқашан қосылымды орнату процедурасын орындау қажет, оның барысында композиттік арна жасалады (14-сурет).

Пакетті ауыстыру

Пакеттерді ауыстыру орын алған кезде желі пайдаланушысы жіберетін барлық хабарламалар бастапқы түйінде пакеттер деп аталатын салыстырмалы түрде шағын бөліктерге бөлінеді. Әрбір пакет пакетті тағайындалған түйінге жеткізу үшін қажетті мекенжай ақпаратын, сондай-ақ хабарды жинау үшін тағайындалған түйін пайдаланатын пакет нөмірін көрсететін тақырыппен қамтамасыз етіледі. Пакеттер желіде тәуелсіз ақпараттық блоктар ретінде тасымалданады. Желілік коммутаторлар соңғы түйіндерден пакеттерді қабылдайды және адрестік ақпарат негізінде оларды бір-біріне, ең соңында тағайындалған түйінге жібереді (14-сурет).
және т.б.................

Ол тар жиілік диапазоны бар байланыс желілері арқылы дискретті деректерді беру үшін қолданылады аналогтық модуляция. Мұндай желілердің типтік өкілі жалпыға ортақ телефон желілерін пайдаланушыларға қолжетімді болатын дауыстық жиіліктегі байланыс желісі болып табылады. Бұл байланыс желісі 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі жиілік диапазонында аналогтық сигналдарды жібереді (осылайша желінің өткізу қабілеттілігі 3100 Гц құрайды). Байланыс желілерінің өткізу қабілеттілігін қатаң шектеу бұл жағдайда телефон желілерінде мультиплексирлеу және арна коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

Тасымалдаушы жағында синусоидты модуляция және қабылдау жағында демодуляция функцияларын орындайтын құрылғы деп аталады. модем (модулятор-демодулятор).

Аналогтық модуляция - ақпаратты өзгерту арқылы кодталатын физикалық кодтау әдісі амплитудалар, жиіліктернемесе фазаларысинусоидалы тасымалдаушы жиілік сигналы. Сағат амплитудалық модуляциялогикалық бірлік үшін тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі таңдалады, ал логикалық нөл үшін - басқа. Бұл әдіс практикада шуылға төзімділігі төмен болғандықтан таза түрінде сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрлерімен бірге қолданылады. Сағат жиілікті модуляциябастапқы деректердің 0 және 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі . Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі электрондық схемаларды қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады. Сағат фазалық модуляцияДеректер мәндері 0 және 1 бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ фазалары әртүрлі, мысалы 0 және 180 градус немесе 0, 90, 180 және 270 градус. Жоғары жылдамдықты модемдерде жиі аралас модуляция әдістері қолданылады, әдетте амплитудасы фазамен біріктіріледі. Мәліметтерді беру жылдамдығын арттыру үшін аралас модуляция әдістері қолданылады. Ең көп таралған әдістер Квадратуралық амплитудалық модуляция-QAM).Бұл әдістер 8 фазалық ығысу мәндері бар фазалық модуляция және 4 амплитудалық деңгейлі амплитудалық модуляция комбинациясына негізделген. Дегенмен, мүмкін болатын 32 сигнал комбинациясының барлығы бірдей қолданылмайды. Модемге телефон арналарында (әсіресе ауыстырылған) амплитудасы бойынша өте маңызды және уақыт бойынша ұзақ уақытқа созылатын кедергілер салдарынан бұрмалану нәтижесінде пайда болатын қате сигналдарды тануы үшін кодтаудың мұндай артықтығы қажет.

Сағат сандық кодтаудискретті ақпарат пайдаланылады потенциалЖәне импульскодтар. IN потенциалКодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигнал потенциалының мәні ғана пайдаланылады, ал оның толық импульстарды құрайтын тамшылары есепке алынбайды. Импульскодтар екілік деректерді не белгілі бір полярлықтың импульстері ретінде, не импульстің бөлігі ретінде - белгілі бір бағытта потенциалдар айырмасын көрсетуге мүмкіндік береді.

Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір мезгілде бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет: нәтиже сигналының бірдей разрядтық жылдамдықта ең кіші спектрлік еніне ие болу; таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қамтамасыз етілді; қателерді тани білу қабілеті болды; сату бағасы төмен болды.

Сигналдың тар спектрі бір желіде (бірдей өткізу қабілеттілігімен) жоғары деректерді беру жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қабылдаушы байланыс желісінен жаңа ақпаратты уақыттың қай нүктесінде оқу керектігін нақты білуі үшін қажет. Бұл мәселені жақын орналасқан құрылғылар арасында, мысалы, компьютер ішіндегі құрылғылар арасында немесе компьютер мен принтер арасында деректер алмасуға қарағанда, желілерде шешу қиынырақ. Қысқа қашықтықта жеке сағаттық байланыс желісіне негізделген схема жақсы жұмыс істейді, ал ақпарат деректер желісінен тек такт импульсі келген сәтте ғана жойылады. Желілерде бұл схеманы пайдалану кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының гетерогенділігіне байланысты қиындықтар тудырады. Ұзақ қашықтықтарда сигналдың таралу жылдамдығының біркелкі болмауы тактілік импульстің соншалықты кеш келуіне немесе сәйкес деректер сигналының деректер битінің өткізіп жіберуіне немесе қайта оқуға дейін жетуіне әкелуі мүмкін. Желілердің сағат импульстерін пайдаланудан бас тартуының тағы бір себебі - өткізгіштерді қымбат кабельдерде үнемдеу. Сондықтан желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары,олардың сигналдары таратқышқа арналған нұсқауларды қай уақытта келесі битті тану қажет (немесе бірнеше бит, егер код екіден көп сигнал күйіне бағытталған болса). Сигналдың кез келген кенеттен өзгеруі - деп аталады алдыңғы- қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш бола алады. Тасымалдаушы сигнал ретінде синусоидтарды пайдаланған кезде алынған код өзін-өзі синхрондау қасиетіне ие болады, өйткені тасымалдаушы жиілігінің амплитудасын өзгерту қабылдағышқа кіріс кодының пайда болған сәтін анықтауға мүмкіндік береді.

Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің құралдарын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы қиын, сондықтан бұл жұмыс көбінесе жоғарыда орналасқан хаттамалар арқылы жүзеге асырылады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпейді, бірақ кадрдағы қате биттерді таныған кезде оны дереу тастайды.

Кодтау әдістеріне қойылатын талаптар бір-біріне қарама-қайшы, сондықтан төменде талқыланатын танымал цифрлық кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

Ең қарапайым әдістердің бірі потенциалкодтау болып табылады бірполярлы потенциал коды, кодтау деп те аталады нөлге қайтарылмай (Нөлге қайтарылмау-NRZ) (7.1.а сурет). Фамилия бірліктердің тізбегін беру кезінде сағаттық цикл ішінде сигнал нөлге оралмайтынын көрсетеді. NRZ әдісі қателерді жақсы тануға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты), бірақ өзін-өзі синхрондау қасиеті жоқ. Бірлердің немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде желілік сигнал өзгермейді, сондықтан қабылдағыш кіріс сигналынан деректерді қайта оқу қажет болатын уақыт сәттерін анықтай алмайды. Тіпті жоғары дәлдіктегі сағат генераторымен ресивер деректерді жинау сәтінде қателесуі мүмкін, өйткені екі генератордың жиіліктері ешқашан дерлік бірдей болмайды. Сондықтан деректердің жоғары жылдамдықтарында және бір немесе нөлдердің ұзын реттілігінде шағын сағаттық сәйкессіздік бүкіл тактілік циклдің қатесіне және сәйкесінше қате бит мәні оқылатынына әкелуі мүмкін.

a B C D E F

Күріш. 7.1. Екілік деректерді кодтау әдістері: a-бірполярлы потенциал

әлеуметтік кодекс; б- биполярлық потенциал коды; В- бірполярлы им-

импульстік код; Г -биполярлық импульстік код; г-«Манчестер» коды;

e- төрт сигнал деңгейі бар әлеуетті код.

NRZ әдісінің тағы бір елеулі кемшілігі - бір немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде нөлге жақындайтын төмен жиілікті компоненттің болуы. Осыған байланысты қабылдағыш пен көз арасында тікелей гальваникалық байланысты қамтамасыз етпейтін көптеген байланыс желілері кодтаудың бұл түрін қолдамайды. Нәтижесінде, NRZ коды желілерде таза түрде пайдаланылмайды, бірақ NRZ кодының нашар өздігінен синхрондауын да, тұрақты компоненттің болуын да жоққа шығаратын оның әртүрлі модификациялары қолданылады.

NRZ әдісінің модификацияларының бірі әдіс болып табылады Биполярлық балама таңба инверсиясы-AMI).Бұл әдісте ( күріш. 7.1.b) үш потенциалдық деңгей қолданылады – теріс, нөлдік және оң. Логикалық нөлді кодтау үшін нөлдік потенциал пайдаланылады, ал логикалық бірлік оң потенциалмен немесе теріс (әрбір жаңа бірліктің потенциалы алдыңғысының потенциалына қарама-қарсы болуымен) кодталады. AMI коды тұрақты токты және NRZ кодына тән өзін-өзі синхрондау мәселелерінің жоқтығын ішінара жояды. Бұл ұзын тізбектерді беру кезінде орын алады. Бұл жағдайларда желідегі сигнал NRZ кодымен бірдей спектрі бар қарама-қарсы поляризацияланған импульстар тізбегі болып табылады, ауыспалы нөлдер мен бірліктерді жібереді, яғни тұрақты құрамдас бөлігі жоқ және N/2 Гц негізгі гармоникасы бар (мұндағы N – деректерді берудің бит жылдамдығы) . Нөлдердің ұзын тізбегі NRZ коды сияқты AMI коды үшін де қауіпті - сигнал нөлдік амплитуданың тұрақты потенциалына азаяды. Жалпы, желідегі әртүрлі бит комбинациялары үшін AMI кодын пайдалану NRZ кодына қарағанда сигнал спектрінің тар болуына, демек, жоғары желі сыйымдылығына әкеледі. Мысалы, ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника f 0 жиілігі N/4 Гц болады. AMI коды қате сигналдарды тану үшін кейбір мүмкіндіктерді де қамтамасыз етеді. Осылайша, сигнал полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал шақырылады тыйым салынған сигнал (сигналдың бұзылуы). AMI коды желіде екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланатындықтан, қосымша деңгей желідегі бірдей биттік сенімділікті қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын арттыруды талап етеді, бұл тек кодтармен салыстырғанда бірнеше сигнал күйлері бар кодтардың жалпы кемшілігі. екі күйді ажыратады.

Ең қарапайым әдістер импульскодтаулар болып табылады бірполярлы импульстік код,онда біреуі импульспен, ал нөл оның жоқтығымен ( күріш. 7,1в), Және биполярлық импульстік код, онда біреуі бір полярлықтың импульсімен, ал нөл екіншісімен ( күріш. 7,1 г). Әрбір импульс жарты соққыға созылады. Биполярлық импульс коды жақсы өзін-өзі синхрондау қасиеттеріне ие, бірақ тұрақты импульс компоненті болуы мүмкін, мысалы, бір немесе нөлдердің ұзақ тізбегін беру кезінде. Сонымен қатар, оның спектрі ықтимал кодтарға қарағанда кеңірек. Осылайша, барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың іргелі гармоникасының жиілігі NRZ кодының іргелі гармоникасынан екі есе және AMI кодының іргелі гармоникасынан төрт есе жоғары болатын N Гц-ке тең болады. ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде. Оның тым кең спектріне байланысты биполярлық импульстік код сирек қолданылады.

Жергілікті желілерде соңғы уақытқа дейін ең көп тараған кодтау әдісі « Манчестер коды»(күріш. 7.1d). Манчестер коды бірліктерді және нөлдерді кодтау үшін потенциалдар айырмасын, яғни импульстің жиегін пайдаланады. Манчестер кодтауымен әрбір өлшем екі бөлікке бөлінеді. Ақпарат әрбір сағат циклінің ортасында болатын ықтимал құлдыраулармен кодталады. Бір төмен сигнал деңгейінен жоғарыға дейінгі жиекпен кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір сағат циклінің басында бірнеше бірлікті немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, үстеме сигналдың төмендеуі орын алуы мүмкін. Сигнал бір деректер битінің беру цикліне кемінде бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды жақсы уақытты басқару қасиеттеріне ие. Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульске қарағанда тар. Сондай-ақ оның тұрақты ток құрамдас бөлігі жоқ, ал іргелі гармоника ең нашар жағдайда (бірлер немесе нөлдер тізбегін беру кезінде) N Гц жиілігіне ие, ал ең жақсы жағдайда (айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде) ол N-ге тең. / 2 Гц, AMI немесе NRZ сияқты Орташа алғанда, Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульстік кодқа қарағанда бір жарым есе тар және іргелі гармоникалық 3N/4 мәнінің айналасында ауытқиды. Манчестер кодының тағы бір артықшылығы - оның тек екі сигнал деңгейі бар, ал биполярлық импульстік код үшеуі бар.

Сондай-ақ деректерді кодтау үшін сигнал деңгейлері көбірек ықтимал кодтар бар. Мысал ретінде көрсетілген ( 7.1e-сурет) ықтимал код 2В1Qдеректерді кодтауға арналған төрт сигнал деңгейімен. Бұл кодта әрбір екі бит төрт күйлі сигналда бір тактілік циклде беріледі. «00» бит жұбы -2,5 В потенциалға, «01» жұбына -0,833 В потенциалға, «11» жұбына - +0,833 В потенциалға және жұп «10» биттері – +2,5 В потенциалы. V Бұл кодтау әдісі бірдей бит жұптарының ұзақ реттілігімен жұмыс істеу үшін қосымша шараларды қажет етеді, содан бері сигнал тұрақты құрамдас бөлікке айналады. Биттердің кездейсоқ араласуы кезінде сигнал спектрі NRZ кодының спектрінен екі есе тар (бірдей бит жылдамдығында тактілік ұзақтығы екі есе артады). Осылайша, ұсынылған 2B1Q кодын пайдаланып, деректерді бір жол арқылы AMI кодын пайдаланудан екі есе жылдам тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты жоғарырақ болуы керек, сонда төрт деңгей кедергі фонында қабылдағышпен анық ажыратылады.

Әлеуетті AMI және 2B1Q типті кодтарын жақсарту үшін ол пайдаланылады логикалық кодтау. Логикалық кодтау тұрақты потенциалға әкелетін биттердің ұзын тізбегін кесілгендермен ауыстыруға арналған. Логикалық кодтау екі әдіспен сипатталады: артық кодтар және шифрлау.

Артық кодтарбастапқы бит тізбегін жиі таңбалар деп аталатын бөліктерге бөлуге негізделген. Содан кейін әрбір түпнұсқа таңба түпнұсқадан көбірек биттері бар жаңасымен ауыстырылады. Мысалы, 4B/5B логикалық коды бастапқы 4 биттік ұзындықты таңбаларды 5 биттік таңбалармен ауыстырады. Алынған таңбалар артық биттерді қамтитындықтан, олардағы бит комбинацияларының жалпы саны бастапқыдан көп. Осылайша, 4B/5B кодында алынған символдар 32 биттік комбинацияларды қамтуы мүмкін, ал бастапқы символдар тек 16-ны қамтиды. Сондықтан алынған кодта нөлдердің көп санын қамтымайтын 16 осындай комбинацияны таңдауға болады және қалғанын есепте тыйым салынған кодтар (кодты бұзу).Тұрақты ток құрамдас бөлігін жоюдан және кодты өздігінен синхрондаумен қатар, артық кодтар ресиверге бүлінген биттерді тануға мүмкіндік береді. Егер қабылдағыш заңсыз код алса, бұл сигнал желіде бұрмаланғанын білдіреді. 4B/5B коды нөлдердің ұзын тізбегіне ғана сезімтал әлеуетті кодтау әдісін пайдаланып физикалық кодтау арқылы желі арқылы беріледі. Ұзындығы 5 бит болатын 4B/5B код таңбалары олардың қалай біріктірілгеніне қарамастан, жолда үш нөлден көп қатардан көрінбейтініне кепілдік береді. Кодтың атауындағы В әрпі элементар сигналдың 2 күйі бар екенін білдіреді (ағылшын тілінен екілік - екілік). Сигналдың үш күйі бар кодтар да бар, мысалы, 8В/6Т кодында бастапқы ақпаратты 8 бит кодтау үшін әрқайсысының үш күйі бар 6 сигналдың коды пайдаланылады. 8B/6T кодының артықтығы 4B/5B кодынан жоғары, өйткені 256 бастапқы код үшін 729 (6-ның дәрежесіне 3) нәтижелі таңба бар. Іздеу кестесін пайдалану өте қарапайым операция болып табылады, сондықтан бұл тәсіл желілік адаптерлерге және коммутаторлар мен маршрутизаторлардың интерфейс блоктарына күрделілік әкелмейді (қараңыз). 9,11 тараулар).

Берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін артық кодты пайдаланатын таратқыш жоғарылатылған тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Сонымен, 4B/5B кодтарын 100 Мбит/с жылдамдықпен жіберу үшін таратқыш 125 МГц тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі бойымен таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Осыған қарамастан артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша сатысын, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиілікте жұмысын негіздейді.

Логикалық кодтаудың тағы бір әдісі сызықта бір мен нөлдің пайда болу ықтималдылығы жақын болуы үшін бастапқы ақпаратты алдын ала «араластыруға» негізделген. Осындай операцияны орындайтын құрылғылар немесе блоктар деп аталады скремблер(скрембл – үйінді, ретсіз құрастыру). Сағат шиеленісу белгілі алгоритм пайдаланылады, сондықтан қабылдағыш екілік мәліметтерді алып, оны келесіге жібереді. дескрамблер,бастапқы бит тізбегін қалпына келтіреді. Бұл жағдайда артық биттер желі арқылы берілмейді. Жақсартылған ықтимал артық және шифрланған кодтар Манчестер және биполярлық импульстік кодтау орнына заманауи жоғары жылдамдықты желілік технологияларда қолданылады.

7.6. Байланыс желісін мультиплекстеу технологиялары

Үшін мультиплекстеубайланыс желілерін («сығу») бірнеше технологияларды пайдаланады. Технология жиілігімультиплекстеу(Жиілікті бөлу мультиплекстеу - FDM) бастапқыда телефон желілері үшін әзірленген, бірақ кабельдік теледидар желілері сияқты желілердің басқа түрлері үшін де қолданылады. Бұл технология әрбір абоненттік арнаның сигналдарын өзінің жиілік диапазонына беруді және бір кең жолақты байланыс желісінде бірнеше абоненттік арналардың сигналдарын бір уақытта жіберуді қамтиды. Мысалы, FDM коммутаторының кірістері телефон желісінің абоненттерінен бастапқы сигналдарды қабылдайды. Коммутатор әрбір арнаның жиілігін өзінің жиілік диапазонына ауыстырады. Әдетте, жоғары жиілік диапазоны абоненттік арналардан деректерді беру үшін бөлінген жолақтарға бөлінеді. Екі FDM коммутаторы арасындағы байланыс желісінде барлық абоненттік арналардан сигналдар бір уақытта беріледі, бірақ олардың әрқайсысы өзінің жиілік диапазонын алады. FDM шығыс қосқышы әрбір тасымалдаушы жиілігінің модуляцияланған сигналдарын таңдайды және оларды абоненттік телефон тікелей қосылған сәйкес шығыс арнасына жібереді. FDM қосқыштары динамикалық және тұрақты коммутацияны орындай алады. Динамикалық коммутацияда бір абонент желіге шақырылған абоненттің нөмірін жіберу арқылы екінші абонентпен қосылуды бастайды. Коммутатор бос жолақтардың бірін осы абонентке динамикалық түрде бөледі. Тұрақты ауысу кезінде жолақ абонентке ұзақ мерзімге тағайындалады. Желілердің басқа түрлерінде жиілікті бөлуге негізделген коммутация принципі өзгеріссіз қалады, тек жеке абоненттік арнаға бөлінген жолақтардың шекаралары, сондай-ақ олардың саны өзгереді;

Мультиплекстеу технологиясыуақытты бөлісу(Уақытқа бөлуді мультиплекстеу - TDM) немесе уақытша мультиплекстеууақытты бөлісу режимінде жұмыс істейтін, цикл барысында кезекпен барлық абоненттік арналарға қызмет көрсететін TDM жабдығын (мультиплексорлар, коммутаторлар, демультиплексорлар) пайдалануға негізделген. Әрбір қосылымға жабдықтың жұмыс циклінің бір уақыт бөлігі бөлінеді, оны да атайды уақыт аралығы. Уақыт аралығының ұзақтығы жабдық қызмет көрсететін абоненттік арналардың санына байланысты. TDM желілері екеуін де қолдай алады динамикалық,немесе тұрақтыауысу, кейде осы режимдердің екеуі де.

бар желілер динамикалық ауысуабоненттер арасында байланыс орнатудың алдын ала процедурасын талап етеді. Ол үшін шақырылатын абоненттің мекенжайы коммутаторлар арқылы өтетін желіге беріледі және оларды келесі деректерді беру үшін конфигурациялайды. Қосылу сұрауы бір коммутатордан екіншісіне бағытталады және ақырында шақырылатын тарапқа жетеді. Қажетті шығыс арнасының сыйымдылығы әлдеқашан таусылған болса, желі қосылымды орнатудан бас тартуы мүмкін. FDM қосқышы үшін шығыс сыйымдылығы жиілік диапазондарының санына тең, ал TDM қосқышы үшін арнаның жұмыс циклі бөлінген уақыт слоттарының санына тең. Сұралған абонент басқа біреумен байланыс орнатқан болса, желі қосылудан бас тартады. Бірінші жағдайда олар коммутатор бос емес деп айтады, ал екіншісінде - абонент. Қосылымның үзілу мүмкіндігі тізбекті ауыстыру әдісінің кемшілігі болып табылады. Егер қосылымды орнату мүмкін болса, онда оған FDM желілерінде тіркелген жиілік диапазоны немесе TDM желілерінде тіркелген өткізу қабілеттілігі бөлінеді. Бұл мәндер қосылу кезеңінде өзгеріссіз қалады. Байланыс орнатылғаннан кейін кепілдендірілген желі өткізу қабілеті дауыс және бейне жіберу немесе нақты уақыттағы қондырғыны басқару сияқты қолданбалар үшін қажетті маңызды сипат болып табылады.

Бір ғана физикалық байланыс арнасы болған кезде, мысалы, телефон желісі арқылы модемдерді пайдаланып деректермен алмасу кезінде, FDM немесе TDM технологиялары арқылы арнаны екі логикалық ішкі арнаға бөлу арқылы дуплексті жұмыс режимі ұйымдастырылады. FDM технологиясын пайдаланған кезде модемдер екі сымды желіде дуплексті жұмысты ұйымдастыру үшін төрт жиілікте жұмыс істейді (екі жиілік деректерді бір бағытта жіберу кезінде бір және нөлдерді кодтауға арналған, ал қалған екі жиілік қарама-қарсы бағытта жіберу кезінде кодтауға арналған). ). TDM технологиясында кейбір уақыт слоттары деректерді бір бағытта жіберу үшін, ал кейбіреулері басқа бағытта деректерді беру үшін пайдаланылады. Әдетте, қарама-қарсы бағыттағы уақыт аралықтары кезектесіп отырады.

Талшықты-оптикалық кабельдерде тек бір оптикалық талшықты пайдаланған кезде дуплексті жұмысты ұйымдастыру үшін деректер бір толқын ұзындығының жарық сәулесін пайдаланып бір бағытта, ал басқа толқын ұзындығын пайдаланып, қарама-қарсы бағытта беріледі. Бұл технология негізінен FDM әдісіне жатады, бірақ талшықты-оптикалық кабельдер үшін ол деп аталады толқын ұзындығын мультиплекстеу технологиялары(толқынды бөлу мультиплекстеу - WDM) немесе толқын мультиплекстеу.

Технологиятығыз толқын(спектрлік) мультиплекстеу(Тығыз толқынды бөлу мультиплекстеу - DWDM) көп гигабиттік және терабиттік жылдамдықта жұмыс істейтін оптикалық магистральдардың жаңа буынын жасауға арналған. Өнімділіктегі бұл сапалы секіріс оптикалық талшықтағы ақпарат бір уақытта көптеген жарық толқындары арқылы берілетіндігінің арқасында қол жеткізілді. DWDM желілері арналарды ауыстыру принципі бойынша жұмыс істейді, әрбір жарық толқыны жеке спектрлік арнаны білдіреді және өз ақпаратын тасымалдайды. DWDM технологиясының негізгі артықшылықтарының бірі – теориялық өткізу қабілеті 25 000 ГГц болатын оптикалық талшықтың жиілік потенциалын пайдалану жылдамдығының айтарлықтай артуы.

Түйіндеме

Қазіргі телекоммуникациялық жүйелерде ақпарат электромагниттік толқындар – электрлік, жарық немесе радиосигналдар арқылы беріледі.

Ақпаратты беруге арналған физикалық ортаның түріне байланысты байланыс желілері кабельді (сымды) немесе сымсыз болуы мүмкін. Байланыс желісі ретінде параллель бұрылмаған өткізгіштерге негізделген телефон кабельдері, коаксиалды кабельдер, бұралған жұп өткізгіштерге негізделген кабельдер (экрандалмаған және экрандалған), талшықты-оптикалық кабельдер қолданылады. Бүгінгі таңда ең тиімді және жақын болашақта перспективті - бұралған жұп өткізгіштер мен талшықты-оптикалық кабельдер негізіндегі кабельдер. Сымсыз байланыс желілері көбінесе әртүрлі радиотолқын диапазонында радиосигналдарды беру арқылы жүзеге асырылады. Инфрақызыл сымсыз технология электромагниттік спектрдің көрінетін жарық пен микротолқындардың ең қысқа толқын ұзындығы арасындағы бөлігін пайдаланады. Ең жоғары жылдамдықты және шуға төзімді лазерлік технология - сымсыз байланыс.

Байланыс желілерінің негізгі сипаттамалары амплитудалық-жиіліктік жауап, өткізу қабілеттілігі және белгілі бір жиіліктегі әлсіреу болып табылады.

Байланыс желісінің өткізу қабілеті оның бойымен деректерді берудің максималды мүмкін жылдамдығын сипаттайды. Байланыс желісінің шуға төзімділігі оның ішкі өткізгіштерге сыртқы ортада пайда болатын кедергі деңгейін төмендету қабілетін анықтайды. Мәліметтерді тасымалдау сенімділігі әрбір жіберілетін деректер битінің бұрмалану ықтималдығын сипаттайды.

Дискретті ақпаратты байланыс желісіне берілетін сигналдардың бір немесе басқа нысанында көрсету физикалық кодтау деп аталады. Логикалық кодтау бастапқы ақпараттың биттерін бірдей ақпаратты тасымалдайтын, бірақ қосымша қасиеттері бар биттердің жаңа тізбегімен ауыстыруды қамтиды.

Дискретті деректерді тар жиілік диапазоны бар байланыс желілері арқылы беру үшін ақпарат синусоидалы тасымалдаушы сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы кодталатын аналогтық модуляция қолданылады. Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде потенциалдық және импульстік кодтар қолданылады. Байланыс желілерін мультиплекстеу үшін жиілік, уақыт және толқындық мультиплекстеу технологиялары қолданылады.

Тест сұрақтары мен тапсырмалар

1. Байланыс желілерінің классификациясын беріңіз.

2. Ең көп таралған кабельдік байланыс желілерін сипаттаңыз.

3. Негізгі сымсыз байланыс желілерін көрсетіңіз және олардың салыстырмалы сипаттамасын беріңіз.

4. Байланыс арналары берілетін сигналдарды қандай физикалық факторлардың әсерінен бұрмалайды?

5. Байланыс арнасының амплитудалық-жиілік реакциясы дегеніміз не?

6. Байланыс арнасының өткізу қабілеті қандай бірліктермен өлшенеді?

7. «Байланыс желісінің шуының иммунитеті» түсінігіне сипаттама беріңіз.

8. «Деректерді жіберу сенімділігі» сипаттамасы немен анықталады және ол қандай бірліктермен өлшенеді?

9. «Аналогтық модуляция» дегеніміз не және дискретті деректерді беру үшін оның қандай түрлері қолданылады?

10. Тасымалдаушы синусоидты жіберуші жағында модуляциялау және қабылдау жағында оны демодуляциялау функцияларын қандай құрылғы орындайды?

11. Цифрлық сигналдардың потенциалдық және импульстік кодтауын ажыратыңыз.

12. Өзіндік уақыт кодтары дегеніміз не?

13. Цифрлық сигналдарды логикалық кодтау қандай мақсатта қолданылады және қандай әдістер қолданылады?

14. Байланыс желілерін жиілікті мультиплекстеу технологиясын сипаттаңыз.

15. Уақытты бөлу мультиплекстеу технологиясының ерекшеліктері қандай?

16. Тек бір оптикалық талшықты пайдаланған кезде дуплексті жұмысты ұйымдастыру үшін талшықты-оптикалық кабельдерде қандай мультиплекстеу технологиясы қолданылады?

17. Тығыз толқынды мультиплекстеу технологиясы қандай мақсаттарда жасалды?

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екі негізгі түрі қолданылады - синусоидалы тасымалдаушы сигналға негізделген және тік бұрышты импульстар тізбегіне негізделген. Бірінші әдіс жиі аталады модуляциянемесе аналогтық модуляция,кодтау аналогтық сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылатынын атап көрсетеді. Екінші әдіс әдетте аталады сандық кодтау.Бұл әдістер алынған сигналдың спектрінің енімен және оларды жүзеге асыру үшін қажетті жабдықтың күрделілігімен ерекшеленеді.

Тік бұрышты импульстарды пайдаланған кезде алынған сигналдың спектрі өте кең. Идеал импульс спектрінің шексіз ені бар екенін есте ұстасақ, бұл таңқаларлық емес. Синус толқынын пайдалану бірдей ақпаратты тасымалдау жылдамдығында әлдеқайда аз ені спектріне әкеледі. Дегенмен, синусоидалы модуляцияны жүзеге асыру үшін тікбұрышты импульстарды жүзеге асыруға қарағанда күрделі және қымбат жабдық қажет.

Қазіргі уақытта аналогтық формада болған деректер - сөйлеу, теледидарлық бейнелер - байланыс арналары арқылы дискретті түрде, яғни бірліктер мен нөлдердің тізбегі ретінде беріледі. Аналогты ақпаратты дискретті түрде көрсету процесі деп аталады дискретті модуляция.«Модуляция» және «кодтау» терминдері жиі синоним ретінде қолданылады.

2.2.1. Аналогтық модуляция

Аналогтық модуляция тар жиілік диапазоны бар арналар бойынша дискретті деректерді беру үшін қолданылады, оның типтік өкілі дауыс арнасы,жалпыға ортақ телефон желілерін пайдаланушыларға қолжетімді болды. Дауыс жиілігі арнасының типтік амплитудалық-жиілік реакциясы суретте көрсетілген. 2.12. Бұл арна 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазондағы жиіліктерді жібереді, сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц. Сөйлеудің қолайлы сапасы үшін адам даусының әлдеқайда кең диапазоны бар - шамамен 100 Гц-тен 10 кГц-ке дейін - 3100 Гц диапазоны жақсы шешім болып табылады. Дауыс арналарының өткізу қабілеттілігін қатаң шектеу телефон желілерінде мультиплексирлеу және арналарды коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 133

Тасымалдаушы жағында синусоидты модуляция және қабылдау жағында демодуляция функцияларын орындайтын құрылғы деп аталады. модем(модулятор-демодулятор).

Аналогтық модуляция әдістері

Аналогтық модуляция – синусоидалы тасымалдаушы сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы ақпарат кодталатын физикалық кодтау әдісі. Аналогтық модуляцияның негізгі әдістері суретте көрсетілген. 2.13. Диаграмма бойынша (2.13-сурет, A)логикалық үшін жоғары деңгейлі потенциалдармен және логикалық нөл үшін нөлдік потенциалдармен ұсынылған бастапқы ақпарат биттерінің тізбегін көрсетеді. Бұл кодтау әдісі компьютер блоктары арасында деректерді тасымалдау кезінде жиі қолданылатын потенциалды код деп аталады.

Сағат амплитудалық модуляция(2.13-сурет, 6) логикалық бірлік үшін тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі таңдалады, ал логикалық нөл үшін - басқа. Бұл әдіс төмен шуыл иммунитетіне байланысты оның таза түрінде практикада сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрімен - фазалық модуляциямен бірге қолданылады.

Сағат жиілікті модуляция(2.13, в-сурет) бастапқы деректердің 0 және 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі - fo және fi. Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі схемаларды қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады.

Сағат фазалық модуляция(2.13, г-сурет) 0 және 1 деректер мәндері бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ фазалары әртүрлі, мысалы 0 және 180 градус немесе 0,90,180 және 270 градус.

Жоғары жылдамдықты модемдерде жиі аралас модуляция әдістері қолданылады, әдетте амплитудасы фазамен біріктіріледі.

2-тарау. Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Модуляцияланған сигнал спектрі

Алынған модуляцияланған сигналдың спектрі модуляция түріне және модуляция жылдамдығына, яғни бастапқы ақпараттың қажетті разрядтық жылдамдығына байланысты.

Алдымен потенциалды кодтау кезінде сигналдың спектрін қарастырайық. Логикалық оң потенциалмен, ал логикалық нөл бірдей шамадағы теріс потенциалмен кодталсын. Есептеулерді жеңілдету үшін ақпарат 1-суретте көрсетілгендей ауыспалы бірліктер мен нөлдердің шексіз тізбегінен тұратын беріледі деп есептейміз. 2.13, А.Бұл жағдайда жіберу және секундына бит мәндері бірдей екенін ескеріңіз.

Потенциалды кодтау үшін спектр периодтық функция үшін Фурье формулаларынан тікелей алынады. Егер дискретті деректер N бит/с бит жылдамдығымен берілсе, онда спектр нөлдік жиіліктің тұрақты құрамдас бөлігінен және fo, 3fo, 5fo, 7fo,... жиіліктері бар гармоникалықтардың шексіз қатарынан тұрады, мұндағы fo = N /2. Бұл гармоникалардың амплитудалары өте баяу төмендейді - коэффиценттері 1/3, 1/5,1/7,... fo гармоникалық амплитудасынан (2.14-сурет, A).Нәтижесінде потенциалды код спектрі жоғары сапалы жіберу үшін кең өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Сонымен қатар, шын мәнінде сигнал спектрі байланыс желісі арқылы қандай деректер жіберілетініне байланысты үнемі өзгеретінін ескеру қажет. Мысалы, нөлдердің немесе бірлердің ұзақ тізбегін беру спектрді төменгі жиіліктерге қарай жылжытады, ал жіберілетін деректер тек біреулерден (немесе тек нөлдерден) тұратын төтенше жағдайда спектр нөлдік жиіліктің гармониясынан тұрады. Ауыспалы және нөлдерді беру кезінде тұрақты компонент болмайды. Демек, ерікті деректерді беру кезінде пайда болатын потенциалдық код сигналының спектрі 0 Гц-ке жақын белгілі бір мәннен шамамен 7fo-ға дейінгі жолақты алады (7fo-ден жоғары жиіліктегі гармоникаларды олардың пайда болатын сигналға аз үлес қосуына байланысты елемеуге болады). Дауыс жиілігі арнасы үшін әлеуетті кодтаудың жоғарғы шегіне 971 бит/с деректер жылдамдығы үшін қол жеткізіледі, ал төменгі шек кез келген жылдамдық үшін қабылданбайды, өйткені арна өткізу қабілеті 300 Гц-тен басталады. Нәтижесінде дауыстық арналардағы ықтимал кодтар ешқашан пайдаланылмайды.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 135

Амплитудалық модуляция кезінде спектр f c тасымалдаушы жиілігінің синусоидынан және екі бүйірлік гармоникадан тұрады: (f c + f m) және (f c - f m), мұндағы f m - синусоидтың ақпараттық параметрінің өзгеру жиілігі, ол сәйкес келеді. екі амплитудалық деңгейді пайдаланған кезде деректерді беру жылдамдығы (2.14-сурет, 6). f m жиілігі берілген кодтау әдісі үшін желінің өткізу қабілетін анықтайды. Кішігірім модуляция жиілігінде сигнал спектрінің ені де аз болады (2f м-ге тең), сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 2f м-ден үлкен немесе оған тең болса, сигналдар сызықпен бұрмаланбайды. Дауыс жиілігі арнасы үшін бұл модуляция әдісі 3100/2=1550 бит/с аспайтын деректерді беру жылдамдығында қолайлы. Деректерді ұсыну үшін 4 амплитудалық деңгей пайдаланылса, арнаның өткізу қабілеті 3100 бит/с дейін артады.

Фазалық және жиілік модуляциясы кезінде сигнал спектрі амплитудалық модуляцияға қарағанда күрделірек, өйткені мұнда екіден астам бүйірлік гармоникалар түзіледі, бірақ олар сонымен қатар негізгі тасымалдаушы жиілікке қатысты симметриялы орналасқан және олардың амплитудалары тез төмендейді. Сондықтан модуляцияның бұл түрлері дауыс жиілігі арнасы арқылы деректерді беру үшін де қолайлы.

Мәліметтерді беру жылдамдығын арттыру үшін аралас модуляция әдістері қолданылады. Ең көп таралған әдістер квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM).Бұл әдістер 8 фазалық ығысу мәндері бар фазалық модуляция және 4 амплитудалық деңгейлі амплитудалық модуляция комбинациясына негізделген. Дегенмен, мүмкін болатын 32 сигнал комбинациясының барлығы бірдей қолданылмайды. Мысалы, кодтарда ТорлыБастапқы деректерді көрсету үшін тек 6, 7 немесе 8 комбинацияға рұқсат етіледі, ал қалған комбинацияларға тыйым салынады. Мұндай кодтаудың артықтығы модемге телефон арналарында, әсіресе теру арналарында, амплитудасы бойынша өте маңызды және уақыт бойынша ұзақ болатын кедергілер салдарынан бұрмаланулардан туындайтын қате сигналдарды тану үшін қажет.

2.2.2. Сандық кодтау

Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде потенциалдық және импульстік кодтар қолданылады.

Потенциалды кодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигналдың потенциалдық мәні ғана пайдаланылады, ал толық импульстарды құрайтын оның тамшылары есепке алынбайды. Импульстік кодтар екілік деректерді не белгілі бір полярлықтың импульстері ретінде, не импульстің бөлігі ретінде – белгілі бір бағыттағы потенциалдар айырмасын көрсетуге мүмкіндік береді.

Сандық кодтау әдістеріне қойылатын талаптар

Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір уақытта бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет:

Бірдей разрядтық жылдамдықта ол алынған сигналдың спектрінің ең кіші еніне ие болды;

Таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қамтамасыз етілген;

Қателерді тани білу қабілеті бар;

Оны жүзеге асырудың төмен құны болды.

136 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Сигналдардың тар спектрі бір желіде (бірдей өткізу қабілеттілігімен) жоғары деректерді беру жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сигнал спектрінде тұрақты ток компонентінің болмауы, яғни таратқыш пен қабылдағыш арасында тұрақты токтың болуы жиі талап етіледі. Атап айтқанда, әртүрлі трансформатор схемаларын пайдалану гальваникалық оқшаулаутұрақты токтың өтуіне жол бермейді.

Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қабылдаушы байланыс желісінен жаңа ақпаратты уақыттың қай нүктесінде оқу керектігін нақты білуі үшін қажет. Жақын орналасқан құрылғылар арасында, мысалы, компьютер ішіндегі блоктар арасында немесе компьютер мен принтер арасында деректер алмасуға қарағанда, бұл мәселені желілерде шешу қиынырақ. Қысқа қашықтықта жеке сағаттық байланыс желісіне негізделген схема жақсы жұмыс істейді (2.15-сурет), осылайша ақпарат деректер желісінен такт импульсі келген сәтте ғана жойылады. Желілерде бұл схеманы пайдалану кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының гетерогенділігіне байланысты қиындықтар тудырады. Ұзақ қашықтықтарда сигналдың таралу жылдамдығының біркелкі болмауы тактілік импульстің соншалықты кеш келуіне немесе сәйкес деректер сигналының деректер битінің өткізіп жіберуіне немесе қайта оқуға дейін жетуіне әкелуі мүмкін. Желілердің сағат импульстерін пайдаланудан бас тартуының тағы бір себебі - өткізгіштерді қымбат кабельдерде үнемдеу.

Сондықтан желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары,олардың сигналдары таратқышқа арналған нұсқауларды қай уақытта келесі битті тану қажет (немесе бірнеше бит, егер код екіден көп сигнал күйіне бағытталған болса). Сигналдың кез келген күрт өзгеруі - жиек деп аталатын - қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш бола алады.

Тасымалдаушы сигнал ретінде синусоидтарды пайдаланған кезде алынған код өзін-өзі синхрондау қасиетіне ие болады, өйткені тасымалдаушы жиілігінің амплитудасын өзгерту қабылдағышқа кіріс кодының пайда болған сәтін анықтауға мүмкіндік береді.

Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің құралдарын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы қиын, сондықтан бұл жұмыс көбінесе жоғарыда орналасқан хаттамалар арқылы жүзеге асырылады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпейді, бірақ кадрдағы қате биттерді таныған кезде оны дереу тастайды.

Кодтау әдістеріне қойылатын талаптар бір-біріне қарама-қайшы, сондықтан төменде талқыланатын танымал цифрлық кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

______________________________2.2. Физикалық деңгейде дискретті мәліметтерді беру әдістері _______137

Нөлге қайтарусыз ықтимал код

Суретте. 2.16 және кодтау деп те аталатын бұрын айтылған әлеуетті кодтау әдісін көрсетеді нөлге оралмай (Non Return to Zero, NRZ).Фамилия бірліктердің тізбегін жіберген кезде сағаттық цикл ішінде сигнал нөлге оралмайтындығын көрсетеді (төменде көретініміздей, басқа кодтау әдістерінде бұл жағдайда нөлге қайтару орын алады). NRZ әдісін жүзеге асыру оңай, қатені жақсы тануға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты), бірақ өзін-өзі синхрондау қасиеті жоқ. Бірлердің немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде желідегі сигнал өзгермейді, сондықтан қабылдағыш кіріс сигналынан деректерді қайта оқу қажет болатын уақыт сәттерін анықтай алмайды. Тіпті жоғары дәлдіктегі сағат генераторымен де қабылдағыш деректерді жинау сәтінде қателесуі мүмкін, өйткені екі генератордың жиілігі ешқашан толығымен бірдей болмайды. Сондықтан деректердің жоғары жылдамдықтарында және бір немесе нөлдердің ұзын реттілігінде шағын сағаттық сәйкессіздік бүкіл тактілік циклдің қатесіне және сәйкесінше қате бит мәні оқылатынына әкелуі мүмкін.

NRZ әдісінің тағы бір елеулі кемшілігі - бір немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде нөлге жақындайтын төмен жиілікті компоненттің болуы. Осыған байланысты көптеген байланыс арналары қамтамасыз етілмейді

138 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Қабылдағыш пен көз арасында тікелей гальваникалық байланысты қамтамасыз ететіндер кодтаудың бұл түрін қолдамайды. Нәтижесінде NRZ коды желілерде оның таза түрінде пайдаланылмайды. Осыған қарамастан, NRZ кодының нашар өзін-өзі синхрондауын да, тұрақты компоненттің болуын да жоққа шығаратын оның әртүрлі модификациялары қолданылады. NRZ кодының тартымдылығы оны жақсартуды қажет етеді, алдыңғы бөлімде көрсетілгендей N/2 Гц-ке тең fo өте төмен іргелі жиілік. Манчестер сияқты басқа кодтау әдістерінде негізгі гармоника жоғары жиілікке ие.

Альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау әдісі

NRZ әдісінің модификацияларының бірі әдіс болып табылады альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау (Биполярлық Alternate Mark Inversion, AMI).Бұл әдісте (2.16-сурет, 6) Үш потенциалдық деңгей қолданылады – теріс, нөлдік және оң. Логикалық нөлді кодтау үшін нөлдік потенциал пайдаланылады, ал логикалық потенциал оң потенциалмен немесе теріс арқылы кодталады, әрбір жаңа бірліктің потенциалы алдыңғысының потенциалына қарама-қарсы болады.

AMI коды тұрақты токты және NRZ кодына тән өзін-өзі синхрондау мәселелерінің жоқтығын ішінара жояды. Бұл ұзын тізбектерді беру кезінде орын алады. Бұл жағдайларда желідегі сигнал NRZ кодымен бірдей спектрі бар қарама-қарсы поляризацияланған импульстар тізбегі болып табылады, ауыспалы нөлдер мен бірліктерді жібереді, яғни тұрақты құрамдас бөлігі жоқ және N/2 Гц негізгі гармоникасы бар (мұндағы N – деректерді берудің бит жылдамдығы) . Нөлдердің ұзын тізбегі NRZ коды сияқты AMI коды үшін де қауіпті - сигнал нөлдік амплитуданың тұрақты потенциалына азаяды. Сондықтан, AMI коды одан әрі жетілдіруді қажет етеді, дегенмен тапсырма жеңілдетілген - тек нөлдер тізбегімен айналысу ғана қалады.

Жалпы алғанда, желідегі әртүрлі бит комбинациялары үшін AMI кодын пайдалану NRZ кодына қарағанда сигнал спектрінің тар болуына, демек, жоғары желі сыйымдылығына әкеледі. Мысалы, ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника fo N/4 Гц жиілігіне ие. AMI коды қате сигналдарды тану үшін кейбір мүмкіндіктерді де қамтамасыз етеді. Осылайша, сигнал полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал шақырылады тыйым салынған сигнал (сигналдың бұзылуы).

AMI коды желіде екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланады. Қосымша қабат желіде бірдей бит дәлдігін қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын шамамен 3 дБ арттыруды талап етеді, бұл тек екі күйді ажырататын кодтармен салыстырғанда бірнеше сигнал күйі бар кодтардың жалпы кемшілігі болып табылады.

Бірде инверсиясы бар ықтимал код

AMI-ге ұқсас код бар, бірақ тек екі сигнал деңгейі бар. Нөлді беру кезінде ол алдыңғы циклде орнатылған потенциалды жібереді (яғни оны өзгертпейді), ал бірді бергенде потенциал қарама-қарсыға ауыстырылады. Бұл код деп аталады бірінде инверсиясы бар әлеуетті код

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 139

(Төңкерілгендермен нөлге қайта оралмау, NRZI).Бұл код үшінші сигнал деңгейін пайдалану өте қажет емес жағдайларда ыңғайлы, мысалы, екі сигнал күйі - жарық пен қараңғылық дәйекті түрде танылатын оптикалық кабельдерде. AMI және NRZI сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін екі әдіс қолданылады. Бірінші әдіс бастапқы кодқа логикалық биттерді қамтитын артық биттерді қосуға негізделген. Әлбетте, бұл жағдайда нөлдердің ұзын тізбегі үзіледі және код кез келген жіберілген деректер үшін өзін-өзі синхрондауға айналады. Тұрақты компонент те жоғалады, яғни сигнал спектрі одан да тарылады. Бірақ бұл әдіс желінің пайдалы сыйымдылығын азайтады, өйткені пайдаланушы ақпаратының артық бірліктері тасымалданбайды. Басқа әдіс сызықта бір мен нөлдің пайда болу ықтималдылығы жақын болуы үшін бастапқы ақпаратты алдын ала «араластыруға» негізделген. Осындай операцияны орындайтын құрылғылар немесе блоктар деп аталады скремблер(скрембл – үйінді, ретсіз құрастыру). Шифрлеу кезінде белгілі алгоритм қолданылады, сондықтан қабылдағыш екілік деректерді алып, оны келесіге жібереді. дескрамблер,бастапқы бит тізбегін қалпына келтіреді. Бұл жағдайда артық биттер желі арқылы берілмейді. Екі әдіс те физикалық емес, логикалық кодтауға жатады, өйткені олар сызықтағы сигналдардың пішінін анықтамайды. Олар келесі тарауда толығырақ зерттеледі.

Биполярлық импульстік код

Потенциалды кодтардан басқа импульстік кодтар деректер толық импульспен немесе оның бір бөлігімен – жиекпен ұсынылғанда желілерде де қолданылады. Бұл тәсілдің ең қарапайым жағдайы биполярлық импульстік код,онда біреуі бір полярлық импульспен, ал нөл екіншісімен көрсетіледі (2.16-сурет, V).Әрбір импульс жарты соққыға созылады. Мұндай кодтың тамаша өзін-өзі синхрондау қасиеттері бар, бірақ тұрақты компонент, мысалы, бір немесе нөлдердің ұзақ тізбегін беру кезінде болуы мүмкін. Сонымен қатар, оның спектрі ықтимал кодтарға қарағанда кеңірек. Осылайша, барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың іргелі гармоникасының жиілігі NRZ кодының іргелі гармоникасынан екі есе және AMI кодының іргелі гармоникасынан төрт есе жоғары болатын N Гц-ке тең болады. ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде. Оның тым кең спектріне байланысты биполярлық импульстік код сирек қолданылады.

Манчестер коды

Жергілікті желілерде соңғы уақытқа дейін ең көп тараған кодтау әдісі деп аталатын әдіс болды Манчестер коды(2.16, г-сурет). Ол Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

Манчестер коды бірліктерді және нөлдерді кодтау үшін потенциалдар айырмасын, яғни импульстің жиегін пайдаланады. Манчестер кодтауымен әрбір өлшем екі бөлікке бөлінеді. Ақпарат әрбір сағат циклінің ортасында болатын ықтимал құлдыраулармен кодталады. Бір төмен сигнал деңгейінен жоғарыға дейінгі жиекпен кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір сағат циклінің басында бірнеше бірлікті немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, үстеме сигналдың төмендеуі орын алуы мүмкін. Сигнал бір бит деректерді берудің тактілік цикліне кемінде бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды жақсы

140 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері _____________________________________________

өзін-өзі синхрондау қасиеттері. Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульске қарағанда тар. Сондай-ақ оның тұрақты ток құрамдас бөлігі жоқ, ал іргелі гармоника ең нашар жағдайда (бірлер немесе нөлдер тізбегін беру кезінде) N Гц жиілігіне ие, ал ең жақсы жағдайда (айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде) ол N-ге тең. / 2 Гц, AMI немесе NRZ сияқты Орташа алғанда, Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульстік кодқа қарағанда бір жарым есе тар және іргелі гармоникалық 3N/4 мәнінің айналасында ауытқиды. Манчестер кодының биполярлық импульстік кодқа қарағанда тағы бір артықшылығы бар. Соңғысы деректерді беру үшін үш сигнал деңгейін пайдаланады, ал Манчестердікі екеуін пайдаланады.

Потенциалды код 2B1Q

Суретте. 2.16, гдеректерді кодтау үшін төрт сигнал деңгейі бар әлеуетті кодты көрсетеді. Бұл код 2В1Qоның атауы оның мәнін көрсетеді - әрбір екі бит (2В) бір тактілік циклде төрт күйі (1Q) бар сигнал арқылы беріледі. 00 бит жұбы -2,5 В потенциалға, 01 бит жұбы -0,833 В потенциалға сәйкес келеді, I жұп +0,833 В потенциалға сәйкес келеді, ал 10 жұп +2,5 В потенциалына сәйкес келеді. Осы кодтаумен әдісімен бірдей бит жұптарының ұзақ реттілігімен күресу үшін қосымша шаралар қажет, өйткені бұл жағдайда сигнал тұрақты компонентке айналады. Биттердің кездейсоқ араласуы кезінде сигнал спектрі NRZ кодының спектрінен екі есе тар, өйткені бірдей бит жылдамдығында тактілік ұзақтығы екі есе артады. Осылайша, 2B1Q кодын пайдаланып, AMI немесе NRZI кодын пайдаланудан екі есе жылдам бір жол арқылы деректерді тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты жоғарырақ болуы керек, сонда төрт деңгей кедергі фонында қабылдағышпен анық ажыратылады.

2.2.3. Логикалық кодтау

Логикалық кодтау AMI, NRZI немесе 2Q1B сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін қолданылады. Логикалық кодтау тұрақты потенциалға әкелетін биттердің ұзын тізбегін кесілгендермен ауыстыруы керек. Жоғарыда айтылғандай, логикалық кодтау екі әдіспен сипатталады - артық кодтар және шифрлау.

Артық кодтар

Артық кодтарбастапқы бит тізбегін жиі таңбалар деп аталатын бөліктерге бөлуге негізделген. Содан кейін әрбір түпнұсқа таңба түпнұсқадан көбірек биттері бар жаңасымен ауыстырылады. Мысалы, FDDI және Fast Ethernet технологияларында қолданылатын 4V/5V логикалық код бастапқы 4-биттік таңбаларды 5-биттік белгілермен ауыстырады. Алынған таңбалар артық биттерді қамтитындықтан, олардағы бит комбинацияларының жалпы саны бастапқыдан көп. Осылайша, 4B/5B кодында алынған символдар 32 биттік комбинацияларды қамтуы мүмкін, ал бастапқы символдар тек 16-ны қамтиды. Сондықтан алынған кодта нөлдердің көп санын қамтымайтын 16 осындай комбинацияны таңдауға болады және қалғанын есепте тыйым салынған кодтар (кодты бұзу).Тұрақты компонентті жоюдан және кодтың өзін-өзі синхрондау қасиеттерін беруден басқа, артық кодтар

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 141

қабылдағыш зақымдалған биттерді тани алады. Егер қабылдағыш заңсыз код алса, бұл сигнал желіде бұрмаланғанын білдіреді.

4B/5B бастапқы және нәтиже кодтары арасындағы сәйкестік төменде берілген.

Содан кейін 4B/5B коды нөлдердің ұзын тізбегіне ғана сезімтал болатын ықтимал кодтау әдістерінің бірін пайдаланып физикалық кодтауды пайдаланып желі арқылы беріледі. Ұзындығы 5 бит болатын 4B/5B код таңбалары олардың қалай біріктірілгеніне қарамастан, жолда үш нөлден көп қатардан көрінбейтініне кепілдік береді.

Кодтың атауындағы В әрпі элементар сигналдың 2 күйі бар екенін білдіреді - ағылшын тілінен екілік - екілік. Сигналдың үш күйі бар кодтар да бар, мысалы, 8В/6Т кодында бастапқы ақпаратты 8 бит кодтау үшін әрқайсысының үш күйі бар 6 сигналдың коды пайдаланылады. 8B/6T кодының артықтығы 4B/5B кодынан жоғары, өйткені 256 бастапқы код үшін 3 6 =729 нәтижелі таңба бар.

Іздеу кестесін пайдалану өте қарапайым операция болып табылады, сондықтан бұл тәсіл желілік адаптерлерге және коммутаторлар мен маршрутизаторлардың интерфейс блоктарына күрделілік әкелмейді.

Берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін артық кодты пайдаланатын таратқыш жоғарылатылған тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Сонымен, 4B/5B кодтарын 100 Мб/с жылдамдықпен жіберу үшін таратқыш 125 МГц тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі бойымен таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Осыған қарамастан артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша сатысын, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиілікте жұмысын негіздейді.

Скремблинг

Потенциалды кодты пайдаланып желіге бермес бұрын деректерді скрамблермен араластыру логикалық кодтаудың тағы бір тәсілі болып табылады.

Шифрлеу әдістері бастапқы кодтың биттеріне және алдыңғы тактілік циклдерде алынған нәтиже кодының биттеріне негізделген нәтиже кодының биттік есебін қамтиды. Мысалы, скремблер келесі қатынасты жүзеге асыруы мүмкін:

Би - Ай 8 Би-з ф Би. 5 ,

мұндағы bi - скрамблердің i-ші тактілік циклінде алынған нәтиже кодының екілік цифры, ai - i-ші тактілік циклде алынған бастапқы кодтың екілік саны.

142 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

скрамблердің кірісі, B^3 және B t .5 - скрамблердің алдыңғы циклдарында алынған нәтиже кодының екілік сандары, сәйкесінше ағымдағы такт циклінен 3 және 5 тактілік циклдер, 0 - эксклюзивті НЕМЕСЕ операциясы (қосымша модуль 2) .

Мысалы, 110110000001 бастапқы реттілігі үшін скрамблер келесі нәтиже кодын береді:

bi = ai - 1 (алынған кодтың алғашқы үш саны бастапқымен сәйкес келеді, өйткені әлі қажетті алдыңғы сандар жоқ)

Осылайша, скрамблердің шығысы бастапқы кодта бар алты нөл тізбегін қамтымайтын 110001101111 тізбегі болады.

Алынған тізбекті алғаннан кейін қабылдағыш оны кері қатынасқа негізделген бастапқы ретті қалпына келтіретін дескрамблерге жібереді:

Әртүрлі шифрлеу алгоритмдері нәтиже кодының цифрын беретін терминдер санымен және терминдер арасындағы жылжумен ерекшеленеді. Осылайша, ISDN желілерінде деректерді желіден абонентке беру кезінде 5 және 23 позициялардың ауысуы бар түрлендіру қолданылады, ал абоненттен желіге деректерді беру кезінде 18 және 23 позициялардың ауысуымен қолданылады.

Бірліктер тізбегімен жұмыс істеудің қарапайым әдістері бар, олар сонымен қатар шифрлеу ретінде жіктеледі.

Биполярлық AMI кодын жақсарту үшін заңсыз таңбалармен нөлдер тізбегін жасанды түрде бұрмалауға негізделген екі әдіс қолданылады.

Суретте. 2.17-суретте AMI кодын реттеу үшін B8ZS (8-нөлдік алмастырумен биполярлық) әдісін және HDB3 (жоғары тығыздықтағы биполярлық 3-нөлдер) әдісін пайдалану көрсетілген. Бастапқы код нөлдердің екі ұзын тізбегінен тұрады: бірінші жағдайда - 8-ден, ал екіншісінде - 5-тен.

B8ZS коды тек 8 нөлден тұратын тізбектерді түзетеді. Ол үшін алғашқы үш нөлден кейін қалған бес нөлдің орнына бес цифрды енгізеді: V-1*-0-V-1*. V мұнда берілген полярлық цикл үшін тыйым салынған бірлік сигналды білдіреді, яғни алдыңғы бірліктің полярлығын өзгертпейтін сигнал, 1* дұрыс полярлықтың бірлік сигналы, ал жұлдызша белгісі мынаны белгілейді.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 143

Өйткені, бұл циклде бастапқы кодта бірлік емес, нөл болған. Нәтижесінде 8 сағаттық циклде қабылдағыш 2 бұрмалануды байқайды - бұл желі шуына немесе басқа жіберу ақауларына байланысты болғаны екіталай. Сондықтан қабылдаушы мұндай бұзушылықтарды 8 реттік нөлді кодтау деп санайды және қабылдағаннан кейін оларды бастапқы 8 нөлмен ауыстырады. B8ZS коды оның тұрақты құрамдас бөлігі екілік цифрлардың кез келген тізбегі үшін нөлге тең болатындай етіп құрастырылған.

HDB3 коды бастапқы реттіліктегі кез келген төрт нөлді түзетеді. HDB3 кодын жасау ережелері B8ZS кодына қарағанда күрделірек. Әрбір төрт нөл төрт сигналмен ауыстырылады, онда бір V сигналы бар тұрақты ток құрамдас бөлігін басу үшін V сигналының полярлығы кезекпен ауыстырылады. Сонымен қатар, ауыстыру үшін төрт циклды кодтардың екі үлгісі пайдаланылады. Егер ауыстыру алдында бастапқы кодта бірліктердің тақ саны болса, онда OOOV тізбегі пайдаланылады, ал бірліктер саны жұп болса, 1*OOV тізбегі пайдаланылады.

Жақсартылған кандидат кодтары жіберілетін деректерде кездесетін бір және нөлдердің кез келген тізбегі үшін өте тар өткізу қабілеттілігіне ие. Суретте. 2.18-суретте бастапқы кодтағы нөлдер мен бірліктердің әртүрлі комбинациялары бірдей ықтимал болатын ерікті деректерді беру кезінде алынған әртүрлі кодтардың сигналдарының спектрлері көрсетілген. Графиктерді құру кезінде спектр бастапқы реттіліктердің барлық мүмкін жиынтықтары бойынша орташаланған. Әрине, алынған кодтар нөлдер мен бірліктердің әртүрлі таралуына ие болуы мүмкін. Суреттен. 2.18 потенциалдық NRZ кодының бір кемшілігі бар жақсы спектрі бар екенін көрсетеді - оның тұрақты құрамдас бөлігі бар. Логикалық кодтау арқылы потенциалдан алынған кодтар Манчестерге қарағанда тар спектрге ие, тіпті ұлғайтылған тактілік жиілікте де (суретте 4B/5B кодының спектрі шамамен B8ZS кодымен сәйкес келуі керек, бірақ ол ауыстырылған

144 2-тарау Дискретті деректерді беру негіздері

жоғары жиіліктер аймағына, өйткені оның тактілік жиілігі басқа кодтармен салыстырғанда 1/4-ке артады). Бұл Манчестер және биполярлық импульстік кодтау орнына FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN және т.б. сияқты заманауи технологияларда ықтимал артық және шифрланған кодтарды пайдалануды түсіндіреді.

2.2.4. Аналогтық сигналдардың дискретті модуляциясы

Желілік технологиялардың дамуының негізгі тенденцияларының бірі бір желіде дискретті де, аналогтық мәліметтерді де беру болып табылады. Дискретті деректердің көздері компьютерлер және басқа есептеу құрылғылары, ал аналогтық деректер көздері телефондар, бейне камералар, аудио және бейне ойнату жабдықтары сияқты құрылғылар болып табылады. Территориялық желілерде бұл мәселені шешудің алғашқы кезеңдерінде деректердің барлық түрлері аналогтық түрде берілсе, дискретті сипатқа ие компьютерлік деректер модемдердің көмегімен аналогтық түрге ауыстырылды.

Дегенмен, аналогтық деректерді жинау және беру технологиясы дамыған сайын, оны аналогтық түрде беру, тасымалдау кезінде айтарлықтай бұрмаланса, желінің екінші жағында алынған деректердің сапасын жақсартпайтыны белгілі болды. Аналогтық сигналдың өзі бұрмалаудың орын алғанын немесе оны түзету жолын көрсетпейді, өйткені сигнал пішіні кез келген болуы мүмкін, оның ішінде қабылдағыш анықтаған. Желілердің, әсіресе аумақтық желілердің сапасын арттыру орасан зор күш пен инвестицияны қажет етеді. Сондықтан дыбыс пен бейнені жазу мен таратудың аналогтық технологиясы цифрлық технологиямен ауыстырылды. Бұл әдіс бастапқы уақытты үздіксіз аналогтық процестердің дискретті модуляциясы деп аталады.

Дискретті модуляция әдістері амплитудада да, уақыт бойынша да үздіксіз процестерді таңдауға негізделген (2.19-сурет). Мысал арқылы ұшқын модуляциясының принциптерін қарастырайық импульстік код модуляциясы, PCM (импульстік амплитудалық модуляция, PAM),сандық телефонияда кеңінен қолданылады.

Бастапқы үздіксіз функцияның амплитудасы берілген периодпен өлшенеді - осыған байланысты дискретизация уақыт бойынша жүреді. Содан кейін әрбір өлшем белгілі бір бит тереңдігінің екілік саны ретінде көрсетіледі, бұл функция мәндері бойынша дискретизацияны білдіреді - мүмкін амплитудалық мәндердің үздіксіз жиынтығы оның мәндерінің дискретті жиынтығымен ауыстырылады. Ұқсас функцияны орындайтын құрылғы деп аталады аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC).Осыдан кейін өлшемдер байланыс арналары бойынша бір және нөл тізбегі түрінде беріледі. Бұл жағдайда бастапқы дискретті ақпаратты беру жағдайындағыдай кодтау әдістері қолданылады, яғни, мысалы, B8ZS немесе 2B1Q кодына негізделген әдістер.

Жолдың қабылдау жағында кодтар бастапқы разрядтық тізбегіне түрлендіріледі және арнайы жабдық деп аталады. цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC),бастапқы үздіксіз уақыт функциясын қалпына келтіре отырып, үздіксіз сигналдың цифрланған амплитудаларын демодуляциялайды.

Дискретті модуляция негізделген Найквист-Котельников картасының теориясы.Бұл теорияға сәйкес, оның уақыттық-дискретті мәндерінің тізбегі ретінде берілген аналогтық үздіксіз функция, егер дискреттеу жылдамдығы бастапқы функцияның ең жоғары гармоникалық спектрінің жиілігінен екі немесе одан да көп есе жоғары болса, дәл қалпына келтірілуі мүмкін.

Егер бұл шарт орындалмаса, қалпына келтірілген функция бастапқыдан айтарлықтай ерекшеленеді.

Аналогты ақпаратты жазудың, көбейтудің және берудің цифрлық әдістерінің артықшылығы тасымалдаушыдан оқылатын немесе байланыс желісі арқылы алынған мәліметтердің дәлдігін бақылау мүмкіндігі болып табылады. Ол үшін компьютер деректері үшін қолданылатын әдістерді қолдануға болады (және төменде толығырақ қарастырылады) - бақылау сомасын есептеу, бүлінген кадрларды қайта жіберу, өзін-өзі түзететін кодтарды пайдалану.

Дауысты жоғары сапалы беру үшін PCM әдісі 8000 Гц дыбыс тербелістерінің амплитудасының кванттау жиілігін пайдаланады. Бұл аналогтық телефонияда дауысты жіберу үшін 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазон таңдалғанымен байланысты, ол әңгімелесушілердің барлық негізгі гармоникаларын жеткілікті сапамен жеткізеді. Сәйкес Найквист-Котелтков теоремасыжоғары сапалы дауыс беру үшін

146 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

үзіліссіз сигналдың ең жоғары гармониясынан екі есе артық, яғни 2 x 3400 = 6800 Гц дискреттеу жиілігін таңдау жеткілікті. Іс жүзінде таңдалған 8000 Гц іріктеу жиілігі кейбір сапа шегін қамтамасыз етеді. PCM әдісі әдетте бір үлгінің амплитудасын көрсету үшін 7 немесе 8 бит кодты пайдаланады. Тиісінше, бұл дыбыстық сигналдың 127 немесе 256 градациясын береді, бұл жоғары сапалы дауысты беру үшін жеткілікті. PCM әдісін пайдаланған кезде бір дауыстық арна әрбір үлгінің қанша битпен ұсынылғанына байланысты 56 немесе 64 Кбит/с өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Осы мақсаттар үшін пайдаланылса

7 бит, содан кейін 8000 Гц өлшеу жиілігімен біз аламыз:

8000 x 7 = 56000 бит/с немесе 56 Кбит/с; және 8 бит жағдайында:

8000 x 8 - 64000 бит/с немесе 64 Кбит/с.

Стандарт 64 Кбит/с сандық арна болып табылады, оны да атайды сандық телефон желілерінің элементарлы арнасы.

Үздіксіз сигналды дискретті түрде беру желілерден іргелес өлшемдер арасында 125 мкс (8000 Гц іріктеу жиілігіне сәйкес) уақыт аралығын қатаң сақтауды талап етеді, яғни желі түйіндері арасында деректерді синхронды жіберуді талап етеді. Келіп түскен өлшемдердің синхронизациясы сақталмаса, бастапқы сигнал дұрыс емес қалпына келтіріледі, бұл цифрлық желілер арқылы берілетін дауыстың, кескіннің немесе басқа мультимедиялық ақпараттың бұрмалануына әкеледі. Осылайша, 10 мс синхрондау бұрмалануы «жаңғырық» әсеріне әкелуі мүмкін, ал 200 мс өлшемдер арасындағы ауысулар айтылған сөздерді танудың жоғалуына әкеледі. Сонымен бірге бір өлшемнің жоғалуы басқа өлшемдер арасындағы синхрондылықты сақтай отырып, қайта шығарылатын дыбысқа іс жүзінде ешқандай әсер етпейді. Бұл кез келген физикалық сигналдың инерциялық қасиетіне негізделген цифрлық-аналогтық түрлендіргіштердегі тегістеу құрылғыларының арқасында пайда болады - дыбыс тербелістерінің амплитудасы бірден үлкен мөлшерге өзгере алмайды.

DAC-дан кейінгі сигналдың сапасына оның кірісіне келетін өлшемдердің синхрондылығы ғана емес, сонымен бірге осы өлшемдердің амплитудаларының дискретизация қателігі де әсер етеді.

Найквист-Котельников теоремасының 8-і функцияның амплитудалары дәл өлшенеді деп болжайды, сонымен бірге оларды сақтау үшін шектеулі разрядты екілік сандарды пайдалану бұл амплитудаларды біршама бұрмалайды. Сәйкесінше қайта құрастырылған үздіксіз сигнал бұрмаланады, ол дискретизация шуы (амплитудада) деп аталады.

4-биттік немесе 2-биттік сандар тізбегі сияқты дауыс өлшемдерін неғұрлым жинақы түрде көрсете алатын басқа дискретті модуляция әдістері бар. Бұл жағдайда бір дауыстық арна аз өткізу қабілеттілігін қажет етеді, мысалы 32 Кбит/с, 16 Кбит/с немесе одан да аз. 1985 жылдан бастап адаптивті дифференциалды импульстік код модуляциясы (ADPCM) деп аталатын CCITT дауысты кодтау стандарты қолданылды. ADPCM кодтары кейіннен желі арқылы берілетін дауысты өлшеулер арасындағы айырмашылықтарды табуға негізделген. ADPCM коды бір айырмашылықты сақтау үшін 4 битті пайдаланады және дауысты 32 Кбит/с жылдамдықпен жібереді. Неғұрлым заманауи әдіс, сызықтық болжамды кодтау (LPC) бастапқы функцияны сирек таңдайды, бірақ сигнал амплитудасының өзгеру бағытын болжау әдістерін пайдаланады. Бұл әдісті қолдану арқылы дауысты жіберу жылдамдығын 9600 бит/с дейін төмендетуге болады.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 147

Цифрлық нысанда ұсынылған үздіксіз деректер компьютерлік желі арқылы оңай тасымалдана алады. Ол үшін кейбір стандартты желілік технологияның фрейміне бірнеше өлшемдерді орналастыру, кадрға дұрыс тағайындалған мекенжайды беру және оны алушыға жіберу жеткілікті. Алушы кадрдан өлшемдерді шығарып, оларды кванттау жиілігінде (дауыс үшін - 8000 Гц жиілікте) цифрлық-аналогтық түрлендіргішке жіберуі керек. Дауыс өлшемдері бар келесі кадрлар келген кезде операция қайталануы керек. Егер кадрлар жеткілікті түрде синхронды түрде келсе, дауыс сапасы айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, біз білетіндей, компьютерлік желілердегі кадрлар соңғы түйіндерде де (ортақ ортаға кіруді күту кезінде) және аралық байланыс құрылғыларында - көпірлерде, коммутаторларда және маршрутизаторларда кешіктірілуі мүмкін. Сондықтан компьютерлік желілер арқылы сандық түрде жіберілген кезде дауыс сапасы әдетте нашар. Цифрланған үздіксіз сигналдарды - дауысты, кескінді жоғары сапалы тарату үшін бүгінгі күні ISDN, ATM, цифрлық теледидар желілері сияқты арнайы цифрлық желілер қолданылады. Осыған қарамастан, корпоративішілік телефон сөйлесулерінің берілуі бүгінгі таңда кадрды жіберу кідірістері рұқсат етілген шектерде болатын кадрлық релелік желілермен сипатталады.

2.2.5. Асинхронды және синхронды беріліс

Физикалық деңгейде деректермен алмасу кезінде ақпарат бірлігі бит болып табылады, сондықтан физикалық деңгей әрқашан қабылдағыш пен таратқыш арасындағы бит синхрондауды сақтайды.

Деректерді байланыстыру деңгейі деректердің кадрларында жұмыс істейді және қабылдағыш пен таратқыш арасындағы кадр деңгейіндегі синхрондауды қамтамасыз етеді. Қабылдаушының міндеттеріне кадрдың бірінші байтының басын тану, кадр өрістерінің шекараларын тану және кадрдың соңын тану жатады.

Әдетте таратқыш пен қабылдағыш ақпараттың тұрақты алмасуын қамтамасыз ете алуы үшін осы екі деңгейде – разряд пен фреймде – синхрондауды қамтамасыз ету жеткілікті. Дегенмен, байланыс желісінің сапасы нашар болған кезде (әдетте бұл телефонмен теру арналарына қатысты), жабдықтың құнын төмендету және мәліметтерді беру сенімділігін арттыру үшін байт деңгейінде қосымша синхрондау құралдары енгізіледі.

Бұл жұмыс режимі деп аталады асинхрондынемесе старт-стоп.Бұл жұмыс режимін пайдаланудың тағы бір себебі - кездейсоқ уақытта деректер байттарын генерациялайтын құрылғылардың болуы. Дисплейдің немесе басқа терминалдық құрылғының пернетақтасы осылай жұмыс істейді, одан адам компьютермен өңдеу үшін деректерді енгізеді.

Асинхронды режимде деректердің әрбір байты арнайы «бастау» және «тоқтату» сигналдарымен бірге жүреді (2.20-сурет, A).Бұл сигналдардың мақсаты, біріншіден, қабылдаушыға мәліметтердің келуі туралы хабарлау, екіншіден, келесі байт келгенге дейін қабылдағышқа синхрондаумен байланысты кейбір функцияларды орындауға жеткілікті уақыт беру. Бастау сигналы бір тактілік интервалдың ұзақтығына ие, ал тоқтату сигналы бір, бір жарым немесе екі тактілік периодқа созылуы мүмкін, сондықтан тоқтату сигналы ретінде бір, бір жарым немесе екі бит қолданылады деп айтылады. , дегенмен бұл сигналдар пайдаланушы биттерін көрсетпейді.

Сипатталған режим асинхронды деп аталады, өйткені әрбір байт алдыңғысының биттік сағаттарына қатысты уақыт бойынша аздап ығысуы мүмкін.

148 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

байт. Байттардың бұл асинхронды берілуі алынған деректердің дұрыстығына әсер етпейді, өйткені әрбір байттың басында ресивердің көзмен қосымша синхрондауы «бастау» биттерінің арқасында орын алады. Көбірек «бос» уақыт рұқсаттары асинхронды жүйе жабдықтарының төмен құнын анықтайды.

Синхронды жіберу режимінде әрбір байт жұбының арасында бастау-тоқтату биттері болмайды. Пайдаланушы деректері синхрондау байттары бар фреймге жиналады (2.20-сурет, б).Синхрондау байты – 0111110 сияқты белгілі кодты қамтитын байт, ол қабылдаушыға деректер кадрының келуі туралы хабарлайды. Оны қабылдағаннан кейін қабылдағыш таратқышпен байт синхронизациясын енгізуі керек, яғни кадрдың келесі байтының басын дұрыс түсінуі керек. Кейде қабылдағыш пен таратқыш арасында сенімді синхрондауды қамтамасыз ету үшін бірнеше синхрондау байты пайдаланылады. Ұзын кадрды беру кезінде ресиверде бит синхрондау проблемалары болуы мүмкін болғандықтан, бұл жағдайда өздігінен синхрондау кодтары қолданылады.

» Телефонияда қолданылатын тар жолақты дауыстық жиілік арнасы арқылы дискретті деректерді беру кезінде аналогтық модуляция ең қолайлы әдістер болып табылады, онда тасымалдаушы синусоид екілік цифрлардың бастапқы тізбегі арқылы модуляцияланады. Бұл операция арнайы құрылғылар - модемдер арқылы жүзеге асырылады.

* Төмен жылдамдықты деректерді беру үшін тасымалдаушы синусоид жиілігін өзгерту қолданылады. Жоғары жылдамдықты модемдер тасымалдаушы синусоид амплитудасының 4 деңгейімен және фазаның 8 деңгейімен сипатталатын аралас квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM) әдістерін пайдалана отырып жұмыс істейді. QAM әдісінің мүмкін болатын 32 комбинациясының барлығы деректерді беру үшін пайдаланылмайды, тыйым салынған комбинациялар физикалық деңгейде бұрмаланған деректерді тануға мүмкіндік береді;

* Кең жолақты байланыс арналарында деректер тұрақты сигнал потенциалының әртүрлі деңгейлерімен немесе импульстің немесе оның фронтының полярлығымен ұсынылатын потенциалды және импульстік кодтау әдістері қолданылады.

* Потенциалды кодтарды пайдаланған кезде қабылдағышты таратқышпен синхрондау тапсырмасы ерекше маңызға ие, өйткені нөлдердің немесе бірлердің ұзын тізбегін беру кезінде қабылдағыш кірісіндегі сигнал өзгермейді және қабылдағышқа сәтті анықтау қиын. келесі деректер битін алу үшін.

___________________________________________2.3. Мәліметтерді байланыстыру деңгейінің берілу әдістері _______149

* Ең қарапайым әлеуетті код - нөлге қайтарылмайтын (NRZ) коды, бірақ ол өздігінен жұмыс істемейді және тұрақты ток компонентін шығарады.

» Ең танымал импульс коды – Манчестер коды, онда ақпарат әр сағат циклінің ортасында сигналдың түсу бағыты бойынша тасымалданады. Манчестер коды Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

» Потенциалды NRZ кодының қасиеттерін жақсарту үшін нөлдердің ұзын тізбегін жоятын логикалық кодтау әдістері пайдаланылады. Бұл әдістер мыналарға негізделген:

Бастапқы деректерге артық биттерді енгізу туралы (4В/5В типті кодтар);

Бастапқы деректерді шифрлау (2B1Q типті кодтар).

» Жақсартылған әлеуетті кодтар импульстік кодтарға қарағанда тар спектрге ие, сондықтан олар FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet сияқты жоғары жылдамдықты технологияларда қолданылады.