Crosstalk artimiausiame linijos gale – nustato kabelio atsparumą triukšmui vidiniams triukšmo šaltiniams. Paprastai jie vertinami atsižvelgiant į kabelį, kurį sudaro kelios vytos poros, kai abipusiai vienos poros trukdžiai gali pasiekti reikšmingas vertes ir sukurti vidinius trukdžius, atitinkančius naudingą signalą.
Duomenų perdavimo patikimumas(arba bitų klaidų dažnis) apibūdina kiekvieno perduodamo duomenų bito sugadinimo tikimybę. Informacinių signalų iškraipymo priežastys yra trikdžiai linijoje, taip pat ribotas pralaidumas. Todėl duomenų perdavimo patikimumo didinimas pasiekiamas padidinus linijos atsparumo triukšmui laipsnį, sumažinant kabelio skersinio perkalbėjimo lygį ir naudojant daugiau plačiajuosčio ryšio linijų.
Įprastoms kabelinio ryšio linijoms be papildomos apsaugos nuo klaidų duomenų perdavimo patikimumas, kaip taisyklė, yra 10 -4 -10 -6. Tai reiškia, kad vidutiniškai iš 10 4 arba 10 6 perduodamų bitų vieno bito reikšmė bus iškraipyta.
Ryšio linijų įranga(duomenų perdavimo įranga – ATD) – kraštinė įranga, tiesiogiai jungianti kompiuterius prie ryšio linijos. Ji yra ryšio linijos dalis ir dažniausiai veikia fiziniame lygmenyje, užtikrindama reikiamos formos ir galios signalo perdavimą ir priėmimą. ADF pavyzdžiai yra modemai, adapteriai, analoginio į skaitmeninį ir skaitmeninį į analoginį keitikliai.
Į ADF neįeina vartotojo duomenų terminalo įranga (DTE), kuri generuoja duomenis perduoti per ryšio liniją ir yra tiesiogiai prijungta prie ADF. DTE apima, pavyzdžiui, vietinio tinklo maršrutizatorių. Atkreipkite dėmesį, kad įrangos skirstymas į APD ir DOD klases yra gana savavališkas.
Tolimojo ryšio linijose naudojama tarpinė įranga, kuri išsprendžia dvi pagrindines problemas: pagerina informacinių signalų kokybę (jų formą, galią, trukmę) ir sukuria nuolatinį sudėtinį kanalą (nuo galo iki galo) ryšiui tarp dviejų. tinklo abonentai. LCS tarpinė įranga nenaudojama, jei fizinės terpės (kabelių, radijo eterio) ilgis yra trumpas, todėl signalai iš vieno tinklo adapterio į kitą gali būti perduodami be tarpinio jų parametrų atkūrimo.
Pasauliniai tinklai užtikrina kokybišką signalų perdavimą šimtus ir tūkstančius kilometrų. Todėl stiprintuvai montuojami tam tikrais atstumais. Norint sukurti tiesioginę liniją tarp dviejų abonentų, naudojami multiplekseriai, demultiplekseriai ir komutatoriai.
Ryšio kanalo tarpinė įranga yra skaidri vartotojui (jis to nepastebi), nors iš tikrųjų sudaro sudėtingą tinklą, vadinamą pirminis tinklas ir yra kompiuterių, telefono ir kitų tinklų kūrimo pagrindas.
Išskirti analoginės ir skaitmeninės ryšio linijos, kuriuose naudojama įvairių tipų tarpinė įranga. Analoginėse linijose tarpinė įranga skirta sustiprinti analoginius signalus, turinčius nuolatinį verčių diapazoną. Didelės spartos analoginiuose kanaluose įgyvendinama dažnių tankinimo technika, kai keli mažos spartos analoginiai abonentiniai kanalai yra multipleksuojami į vieną didelės spartos kanalą. Skaitmeninio ryšio kanaluose, kur stačiakampiai informaciniai signalai turi baigtinį būsenų skaičių, tarpinė įranga pagerina signalų formą ir atkuria jų pasikartojimo periodą. Tai suteikia didelės spartos skaitmeninių kanalų formavimą, veikiantį kanalų laiko tankinimo principu, kai kiekvienam mažos spartos kanalui skiriama tam tikra didelės spartos kanalo laiko dalis.
Perduodant diskrečius kompiuterio duomenis skaitmeninėmis ryšio linijomis, yra apibrėžtas fizinio sluoksnio protokolas, nes linija perduodamų informacinių signalų parametrai yra standartizuoti, o perduodant analoginėmis linijomis – neapibrėžiamas, nes informaciniai signalai turi savavališką forma ir nieko bendro su vienetų ir nulių vaizdavimo būdu duomenų perdavimo įranga nėra.
Ryšio tinkluose rado taikymą: informacijos perdavimo būdai:
· simplex, kai siųstuvas ir imtuvas sujungti vienu ryšio kanalu, kuriuo informacija perduodama tik viena kryptimi (tai būdinga televizijos ryšio tinklams);
· pusiau dvipusis, kai du ryšio mazgai taip pat yra sujungti vienu kanalu, kuriuo informacija perduodama pakaitomis viena kryptimi, o po to priešinga kryptimi (tai būdinga informacijos-nuorodos, užklausų-atsakymų sistemoms);
· dupleksas, kai du ryšio mazgai yra sujungti dviem kanalais (priekinis ryšio kanalas ir grįžtamasis kanalas), kuriais informacija vienu metu perduodama priešingomis kryptimis. Dvipusiai kanalai naudojami sistemose su sprendimų ir informacijos grįžtamuoju ryšiu.
Komutuojami ir dedikuoti ryšio kanalai. TSS išskiriami dedikuoti (neperjungiami) ryšio kanalai ir tie, kurie perjungiami informacijos perdavimo šiais kanalais metu.
Naudojant tam skirtus ryšio kanalus, ryšio mazgų siųstuvų-imtuvų įranga yra nuolat sujungta viena su kita. Tai užtikrina aukštą sistemos pasirengimą informacijos perdavimui, aukštesnę komunikacijos kokybę ir didelio srauto palaikymą. Dėl santykinai didelių tinklų eksploatavimo su dedikuotais ryšio kanalais sąnaudų jų pelningumas pasiekiamas tik pakankamai pilnai apkrovus kanalus.
Komutuojami ryšio kanalai, sukurti tik tam, kol perduodamas fiksuotas informacijos kiekis, pasižymi dideliu lankstumu ir santykinai mažomis sąnaudomis (esant mažam srauto kiekiui). Tokių kanalų trūkumai: laiko praradimas perjungimui (ryšiui tarp abonentų užmegzti), blokavimo galimybė dėl tam tikrų ryšio linijos atkarpų užimtumo, prastesnė ryšio kokybė, didelė kaina su dideliu srautu.
Šaltinio informacija, kurią reikia perduoti ryšio linija, gali būti atskira (kompiuterio išvesties duomenys) arba analoginė (kalba, televizijos vaizdai).
Diskrečių duomenų perdavimas yra pagrįstas dviejų tipų fizinio kodavimo naudojimu:
A) analoginė moduliacija kai kodavimas atliekamas keičiant sinusinio nešiklio signalo parametrus;
b) skaitmeninis kodavimas keičiant stačiakampių informacijos impulsų sekos lygius.
Analoginis moduliavimas lemia daug mažesnio pločio signalo spektrą nei naudojant skaitmeninį kodavimą esant tokiai pačiai informacijos perdavimo spartai, tačiau jo įgyvendinimui reikia sudėtingesnės ir brangesnės įrangos.
Šiuo metu šaltinio duomenys analogine forma vis dažniau perduodami ryšio kanalais diskrečiąja forma (kaip vienetų ir nulių seka), t.y. diskreti moduliacija analoginiai signalai.
Analoginis moduliavimas. Jis naudojamas atskiriems duomenims perduoti siauros dažnių juostos kanalais, kurių tipiškas atstovas yra telefono tinklų vartotojams teikiamas balso dažnio kanalas. Šis kanalas perduoda signalus, kurių dažnis yra nuo 300 iki 3400 Hz, t.y. jo dažnių juostos plotis yra 3100 Hz. Šios juostos visiškai pakanka priimtinos kokybės kalbai perduoti. Ribotas balso kanalo pralaidumas yra susijęs su multipleksavimo ir kanalų perjungimo įrangos naudojimu telefono tinkluose.
Prieš perduodant atskirus duomenis, pirminės dvejetainių skaitmenų sekos nešiklio sinusinė banga yra moduliuojama siuntimo pusėje naudojant moduliatorių-demoduliatorių (modemą). Atvirkštinį konvertavimą (demoduliavimą) atlieka priimantis modemas.
Yra trys galimi būdai konvertuoti skaitmeninius duomenis į analoginę formą arba trys analoginio moduliavimo būdai:
· amplitudės moduliacija, kai kinta tik sinusinių virpesių nešiklio amplitudė pagal perduodamų informacijos bitų seką: pavyzdžiui, perduodant vieną, virpesių amplitudė nustatoma į didelę, o perduodant nulį – maža. , arba visai nėra nešiklio signalo;
· dažnio moduliacija, kai veikiant moduliuojantiems signalams (perduodamiems informaciniams bitams) kinta tik sinusinių virpesių nešiklio dažnis: pavyzdžiui, perduodant nulį jis žemas, o perduodant vieną – aukštas;
· fazinė moduliacija, kai pagal perduodamų informacijos bitų seką keičiasi tik sinusinių virpesių nešiklio fazė: pereinant nuo 1 signalo į signalą 0 arba atvirkščiai, fazė pasikeičia 180°.
Gryna forma amplitudės moduliavimas praktiškai retai naudojamas dėl mažo atsparumo triukšmui. Dažnio moduliacija nereikalauja sudėtingų schemų modemuose ir paprastai naudojama mažos spartos modemuose, veikiančiuose 300 arba 1200 bps. Duomenų perdavimo greičio padidėjimas pasiekiamas naudojant kombinuotus moduliavimo metodus, dažnai amplitudę kartu su faze.
Analoginis diskrečiųjų duomenų perdavimo būdas užtikrina plačiajuostį perdavimą, naudojant skirtingų nešlio dažnių signalus viename kanale. Tai garantuoja daugelio abonentų sąveiką (kiekviena abonentų pora veikia savo dažniu).
Skaitmeninis kodavimas. Skaitmeniniu būdu koduojant diskrečią informaciją, naudojami dviejų tipų kodai:
a) potencialo kodai, kai informaciniams vienetams ir nuliams atvaizduoti naudojama tik signalo potencialo reikšmė, o į jo kritimus neatsižvelgiama;
b) impulsų kodai, kai dvejetainiai duomenys atvaizduojami arba tam tikro poliškumo impulsais, arba potencialo kritimais tam tikra kryptimi.
Šie reikalavimai taikomi skaitmeninio diskrečios informacijos kodavimo metodams, kai dvejetainiams signalams atvaizduoti naudojami stačiakampiai impulsai:
· sinchronizacijos tarp siųstuvo ir imtuvo užtikrinimas;
· gaunamo signalo mažiausio spektro pločio užtikrinimas tuo pačiu bitų dažniu (kadangi siauresnis signalų spektras leidžia pasiekti didesnį duomenų perdavimo greitį to paties pralaidumo linijoje);
· gebėjimas atpažinti perduodamų duomenų klaidas;
· santykinai mažos įgyvendinimo išlaidos.
Fizinio sluoksnio priemonės atpažįsta tik iškraipytus duomenis (klaidų aptikimas), o tai taupo laiką, nes imtuvas, nelaukdamas, kol gautas kadras bus visiškai patalpintas į buferį, atpažinęs klaidingus kadro bitus iš karto jį atmeta. Sudėtingesnė operacija – iškraipytų duomenų taisymas – atliekama aukštesnio lygio protokolais: kanalu, tinklu, transportu ar programa.
Siųstuvo ir imtuvo sinchronizavimas yra būtinas, kad imtuvas tiksliai žinotų, kada skaityti gaunamus duomenis. Laikrodžio signalai sureguliuoja imtuvą prie siunčiamo pranešimo ir palaiko imtuvo sinchronizavimą su gaunamais duomenų bitais. Sinchronizavimo problema lengvai išsprendžiama perduodant informaciją nedideliais atstumais (tarp blokų kompiuterio viduje, tarp kompiuterio ir spausdintuvo), naudojant atskirą laikrodžio ryšio liniją: informacija nuskaitoma tik tuo metu, kai ateina kitas laikrodžio impulsas. Kompiuteriniuose tinkluose jie atsisako naudoti laikrodžio impulsus dėl dviejų priežasčių: taupydami brangiuose kabeliuose esančius laidininkus ir dėl laidininkų charakteristikų nevienalytiškumo (dideliais atstumais netolygus signalo sklidimo greitis gali sukelti signalo desinchronizaciją). laikrodžio impulsai laikrodžio eilutėje ir informacijos impulsai pagrindinėje eilutėje , dėl kurių duomenų bitas bus praleistas arba nuskaitomas dar kartą).
Šiuo metu siųstuvo ir imtuvo sinchronizavimas tinkluose pasiekiamas naudojant savaime sinchronizuojantys kodai(SK). Perduodamų duomenų kodavimas naudojant CS yra užtikrinti reguliarius ir dažnus informacinio signalo lygių pokyčius (perėjimus) kanale. Kiekvienas signalo lygio perėjimas iš aukšto į žemą arba atvirkščiai naudojamas imtuvui reguliuoti. Geriausi signalai yra tie, kurie suteikia signalo lygio perėjimus bent kartą per laikotarpį, reikalingą vienam informacijos bitui gauti. Kuo dažnesni signalo lygio perėjimai, tuo patikimesnis imtuvas sinchronizuojamas ir tuo patikimiau identifikuojami gaunami duomenų bitai.
Nurodyti reikalavimai diskrečios informacijos skaitmeninio kodavimo metodams tam tikru mastu prieštarauja vienas kitam, todėl kiekvienas iš toliau aptartų kodavimo būdų turi savų privalumų ir trūkumų, lyginant su kitais.
Savaiminio laiko kodai. Dažniausiai pasitaikantys yra šie SC:
· potencialo kodas be grįžimo į nulį (NRZ – Non Return to Zero);
· dvipolio impulso kodas (RZ kodas);
· Mančesterio kodas;
· bipolinis kodas su kintamo lygio inversija.
Fig. 32 parodytos žinutės 0101100 kodavimo naudojant šiuos SK schemos.
Ryžiai. 32. Pranešimų kodavimo schemos naudojant savaime sinchronizuojančius kodus
2 Fizinio sluoksnio funkcijos Bitų atvaizdavimas elektriniais/optiniais signalais Bitų kodavimas Bitų sinchronizavimas Bitų perdavimas/priėmimas fiziniais ryšio kanalais Koordinavimas su fizine aplinka Perdavimo greitis Diapazonas Signalų lygiai, jungtys Visuose tinklo įrenginiuose Techninė įranga (tinklo adapteriai) ) Pavyzdys: 10 BaseT – UTP cat 3, 100 omų, 100 m, 10 Mbit/s, MII kodas, RJ-45
5 Duomenų perdavimo įranga Keitiklis Pranešimas - El. signalo kodavimo įrenginys (suspaudimas, koregavimo kodai) Moduliatorius Tarpinė įranga Ryšio kokybės gerinimas - (stiprintuvas) Sudėtinio kanalo kūrimas - (Komutatorius) Kanalų tankinimas - (Multiplekseris) (LAN tinkle gali nebūti PA)
6 Pagrindinės ryšio linijų charakteristikos Pralaidumas (Protokolas) Duomenų perdavimo patikimumas (Protokolas) Skleidimo delsa Amplitudės-dažnio atsakas (AFC) Pralaidumas Silpninimas Triukšmo atsparumas Skersinis pokalbis artimiausiame linijos gale Vieneto kaina
9 Slopinimas A – vienas dažnio atsako taškas A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q 1 pavyzdys: Pin = 10 mW , Pout = 5 mW Silpimas = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q 2 pavyzdys: UTP cat 5 Silpimas >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Paprastai nurodoma A pagrindiniam signalo dažniui = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Paprastai A nurodomas pagrindinio signalo dažniui"> 
11 Atsparumas triukšmui Skaidulinės optikos linijos Kabelių linijos Laidinės oro linijos Radijo linijos (ekranavimas, sukimas) Atsparumas išoriniams trukdžiams Atsparumas vidiniams trukdžiams Artimojo galo skersinio perkalbėjimo slopinimas (NEXT) Tolimojo galo skersinio perkalbėjimo slopinimas (FEXT) (FEXT – dvi poros viena kryptimi )
12 Near End Cross Talk praradimas – NEXT Kelių porų kabeliams NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT 
13 Duomenų perdavimo patikimumas Bit Error Rate – BER Duomenų bitų sugadinimo tikimybė Priežastys: išoriniai ir vidiniai trukdžiai, siauras pralaidumas Kova: didinamas atsparumas triukšmui, mažinamas NEXT trikdžiai, plečiamas dažnių juostos plotis Vyta pora BER ~ Šviesolaidinis kabelis BER ~ Nėra papildomų apsaugos priemonių :: korekciniai kodai, protokolai su pasikartojimu
16 Vytos poros susuktos poros (TP) folijos ekranas, pintas vielos ekranas, izoliuotas laidas išorinis apvalkalas UTP neekranuota vytos poros 1 kategorija, UTP kačių poros apvalkale STP ekranuotos vytos poros tipai 1…9 Kiekviena pora turi savo ekraną Kiekviena pora turi savo pakopą posūkiai, jūsų pačių spalva Atsparumas triukšmui Kaina Klojimo sudėtingumas
18 Skaidulinė optika Bendras vidinis pluošto atspindys dviejų terpių sąsajoje n1 > n2 – (lūžio rodiklis) n1 n2 n2 - (lūžio rodiklis) n1 n2"> n2 - (lūžio rodiklis) n1 n2"> n2 - (lūžio rodiklis) n1 n2" title="18 Fiber Optics Bendras vidinis pluošto atspindys ties dviejų ribos terpė n1 > n2 - (lūžio rodiklis) n1 n2"> title="18 Skaidulinė optika Bendras vidinis pluošto atspindys dviejų terpių sąsajoje n1 > n2 – (lūžio rodiklis) n1 n2"> !}
22 Šviesolaidinis kabelis Multi Mode Fiber MMF50/125, 62.5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km – 1 Gbit/s (2005)
23 Optinio signalo šaltiniai Kanalas: šaltinis - nešiklis - imtuvas (detektorius) Šaltiniai LED (Šviesos diodas) nm nenuoseklus šaltinis - MMF Puslaidininkinis lazerinis koherentinis šaltinis - SMF - Galia = f (t o) Detektoriai Fotodiodai, kontaktiniai diodai, lavinų diodai
25 Struktūrinių kabelių sistemos - SCS Struktūrinių kabelių sistema - SCS Pirmieji LAN - įvairūs kabeliai ir topologijos SCS kabelių sistemos suvienijimas - atvira LAN kabelių infrastruktūra (posistemiai, komponentai, sąsajos) - nepriklausomybė nuo tinklo technologijų - LAN kabeliai, TV, apsaugos sistemos ir tt P. - universalus kabelis be nuorodos į konkrečią tinklo technologiją - Konstruktorius
27 SCS standartai (pagrindiniai) EIA/TIA-568A Komercinių pastatų telekomunikacijų laidų standartas (JAV) CENELEC EN50173 Bendrųjų kabelių schemų našumo reikalavimai (Europa) ISO/IEC IS Informacinė technologija – Bendrieji kabeliai klientų patalpų kabeliams Kiekvienam posistemiui: duomenų perdavimo terpė . Topologija Leistini atstumai (kabelio ilgiai) Vartotojo prisijungimo sąsaja. Kabeliai ir prijungimo įranga. Pralaidumas (našumas). Montavimo praktika (Horizontalus posistemis - UTP, žvaigždutė, 100 m...)
28 Belaidis ryšys Belaidis perdavimas Privalumai: patogumas, nepasiekiamos vietos, mobilumas. greitas dislokavimas... Trūkumai: didelis trukdžių lygis (specialios priemonės: kodai, moduliacija...), kai kurių diapazonų naudojimo sunkumai Ryšio linija: siųstuvas - terpė - imtuvas LAN charakteristikos ~ F(Δf, fн);
34 2. Mobilioji telefonija Teritorijos padalijimas į ląsteles Pakartotinis dažnių naudojimas Mažos galios (matmenys) Centre - Europos bazinė stotis - Pasaulinė mobiliojo ryšio sistema - GSM belaidė telefonija 1. Mažos galios radijo stotis - (ragelis-bazė, 300m) DECT Skaitmeninis Europos belaidis telekomunikacijų tarptinklinis ryšys – perėjimas iš vieno pagrindinio tinklo į kitą – korinio ryšio pagrindas
35 Palydovinis ryšys Palydovo pagrindu (reflektorius-stiprintuvas) Siųstuvai - atsakikliai H~50 MHz (1 palydovas ~ 20 atsakiklių) Dažnių diapazonai: C. Ku, Ka C - Žemyn 3,7 - 4,2 GHz Aukštyn 5,925-6,425 GHz Ku - Žemyn 11,7–12,2 GHz Aukštyn 14,0–14,5 GHz Ka – Žemyn 17,7–21,7 GHz Aukštyn 27,5–30,5 GHz
36 Palydovinis ryšys. Palydovų tipai Palydovinis ryšys: mikrobangų krosnelė – matymo linija Geostacionari Didelė aprėptis Fiksuota, Mažai susidėvi Kartotuvas palydovas, transliacija, maža kaina, kaina nepriklauso nuo atstumo, Momentinio ryšio užmezgimas (Mil) Tz=300ms Žemas saugumas, Iš pradžių didelė antena (bet VSAT) Vidutinės orbitos km Pasaulinė padėties nustatymo sistema GPS – 24 palydovai Žemos orbitos km mažos aprėpties mažos delsos interneto prieiga
40 Išplitusio spektro metodai Specialūs moduliavimo ir kodavimo būdai belaidžiam ryšiui C (bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Galios mažinimas Atsparumas triukšmui Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA
2 tema. Fizinis sluoksnis
Planuoti
Teorinis duomenų perdavimo pagrindas
Informacija gali būti perduodama laidais keičiant bet kokį fizinį dydį, pavyzdžiui, įtampą ar srovę. Pateikdami įtampos arba srovės vertę kaip vienos vertės laiko funkciją, galite modeliuoti signalo elgesį ir atlikti jam matematinę analizę.Furjė serija
XIX amžiaus pradžioje prancūzų matematikas Jeanas-Baptiste'as Furjė įrodė, kad bet kurią periodinę funkciją su periodu T galima išplėsti į seriją (galbūt begalinę), susidedančią iš sinusų ir kosinusų sumų:(2.1)
kur yra pagrindinis dažnis (harmonika) ir yra n-osios harmonikos sinusų ir kosinusų amplitudės, o c yra konstanta. Tokia plėtra vadinama Furjė serija. Funkciją, išplėstą į Furjė eilutę, galima atkurti iš šios serijos elementų, tai yra, jei periodas T ir harmoninės amplitudės yra žinomi, tada pradinę funkciją galima atkurti naudojant serijų sumą (2.1).
Informacinis signalas, kurio trukmė yra ribota (visi informaciniai signalai turi ribotą trukmę), gali būti išplėstas į Furjė seriją, jei įsivaizduosime, kad visas signalas be galo kartojasi vėl ir vėl (ty intervalas nuo T iki 2T visiškai kartojasi). intervalas nuo 0 iki T ir pan.).
Amplitudės gali būti apskaičiuojamos bet kuriai funkcijai. Norėdami tai padaryti, turite padauginti kairę ir dešinę lygties (2.1) puses ir integruoti nuo 0 iki T. Kadangi:
(2.2)
iš serijos liko tik vienas narys. Eilė visiškai išnyksta. Panašiai, padauginus (2.1) lygtį ir integruojant laikui bėgant nuo 0 iki T, galima apskaičiuoti vertes. Jei integruosite abi lygties puses jos nekeisdami, galite gauti konstantos reikšmę Su. Šių veiksmų rezultatai bus tokie:
(2.3.)
Valdoma žiniasklaida
Fizinio tinklo sluoksnio paskirtis yra perkelti neapdorotą bitų srautą iš vienos mašinos į kitą. Perdavimui gali būti naudojamos įvairios fizinės laikmenos, dar vadinamos signalo sklidimo laikmenomis. Kiekvienas iš jų turi būdingą pralaidumo, delsos, kainų ir diegimo bei naudojimo paprastumo rinkinį. Laikmenas galima suskirstyti į dvi grupes: valdomas laikmenas, tokias kaip varinė viela ir šviesolaidinis kabelis, ir nevaldomas laikmenas, tokias kaip radijo ir lazerio spindulio perdavimas be kabelio.Magnetinės laikmenos
Vienas iš paprasčiausių būdų perkelti duomenis iš vieno kompiuterio į kitą – įrašyti juos į magnetinę juostą ar kitą išimamą laikmeną (pvz., perrašomą DVD), fiziškai nunešti tas juostas ir diskus į paskirties vietą ir ten juos perskaityti.Didelis pralaidumas. Standartinėje Ultrium juostinėje kasetėje telpa 200 GB. Apie 1000 šių kasečių telpa į 60x60x60 dėžutę, todėl bendra talpa yra 1600 Tbitų (1,6 Pbits). Juostų dėžė gali būti išsiųsta JAV per 24 valandas per Federal Express arba kitą vežėją. Efektyvus tokio perdavimo pralaidumas yra 1600 Tbit/86400 s arba 19 Gbit/s. Jei kelionės tikslas yra tik valanda kelio, tada pralaidumas bus didesnis nei 400 Gbit/s. Joks kompiuterių tinklas kol kas negali net priartėti prie tokių rodiklių.
Ekonomiškas. Didmeninė kasetės kaina yra apie 40 USD. Juostų dėžutė kainuos 4000 USD, ta pati juosta gali būti naudojama dešimtis kartų. Pridėkite 1000 USD už transportavimą (ir iš tikrųjų daug mažiau) ir gausite apie 5000 USD už 200 TB perkėlimą arba 3 centus už gigabaitą.
Trūkumai. Nors duomenų perdavimo greitis naudojant magnetines juostas yra puikus, tokio perdavimo delsa yra labai didelė. Perdavimo laikas matuojamas minutėmis arba valandomis, o ne milisekundėmis. Daugeliui programų reikia nedelsiant reaguoti iš nuotolinės sistemos (prijungimo režimu).
vytos poros
Vytos poros susideda iš dviejų izoliuotų varinių laidų, kurių įprastas skersmuo yra 1 mm. Vielos yra susuktos viena aplink kitą spiralės pavidalu. Tai leidžia sumažinti kelių netoliese esančių vytų porų elektromagnetinę sąveiką.Taikymas – telefono linija, kompiuterių tinklas. Jis gali perduoti signalą be galios susilpnėjimo kelių kilometrų atstumu. Didesniais atstumais reikalingi kartotuvai. Sujungiamas į kabelį su apsaugine danga. Kabe laidų poros yra susuktos, kad būtų išvengta signalo trukdžių. Galima naudoti tiek analoginiams, tiek skaitmeniniams duomenims perduoti. Pralaidumas priklauso nuo laido skersmens ir ilgio, tačiau daugeliu atvejų kelių megabitų per sekundę greitį galima pasiekti kelių kilometrų atstumu. Dėl gana didelio pralaidumo ir mažos kainos vytos poros kabeliai yra plačiai naudojami ir greičiausiai išliks populiarūs ateityje.
Vytos poros kabeliai būna kelių formų, iš kurių dvi yra ypač svarbios kompiuterių tinklų srityje. 3 kategorijos (CAT 3) vytos poros laidai susideda iš dviejų kartu susuktų izoliuotų laidų. Keturios tokios poros paprastai dedamos kartu į plastikinį apvalkalą.
5 kategorijos vytos poros (CAT 5) yra panašios į 3 kategorijos vytos poros, tačiau turi daugiau apsisukimų viename vielos ilgio centimetre. Tai leidžia dar labiau sumažinti trukdžius tarp skirtingų kanalų ir užtikrinti geresnę signalo perdavimo dideliais atstumais kokybę (1 pav.).
Ryžiai. 1. NTP kategorija 3 (a), UTP kategorija 5 (b).
Visi šie jungčių tipai dažnai vadinami UTP (neekranuota vytos poros – neekranuota vytos poros)
IBM ekranuoti vytos poros kabeliai netapo populiarūs už IBM ribų.
Koaksialinis kabelis
Kita dažna duomenų perdavimo priemonė yra bendraašis kabelis. Jis yra geriau ekranuotas nei vytos poros, todėl gali perduoti duomenis didesniu atstumu didesniu greičiu. Plačiai naudojami dviejų tipų kabeliai. Vienas iš jų, 50 omų, dažniausiai naudojamas tik skaitmeniniams duomenims perduoti. Analoginei informacijai perduoti, taip pat ir kabelinėje televizijoje, dažnai naudojamas kitas kabelio tipas – 75 omų.Kabelio skerspjūvio vaizdas parodytas 2 paveiksle.
Ryžiai. 2. Koaksialinis kabelis.
Koaksialinio kabelio konstrukcija ir specialus ekranavimas užtikrina didelį pralaidumą ir puikų atsparumą triukšmui. Didžiausias pralaidumas priklauso nuo linijos kokybės, ilgio ir signalo ir triukšmo santykio. Šiuolaikinių kabelių dažnių juostos plotis yra apie 1 GHz.
Taikymas – telefono sistemos (magistralinės), kabelinė televizija, regioniniai tinklai.
Skaidulinė optika
Dabartinė šviesolaidinė technologija gali pasiekti iki 50 000 Gbit/s (50 Tbit/s) duomenų perdavimo spartą, o daugelis specialistų yra užsiėmę pažangesnių medžiagų paieškomis. Šiandieninė praktinė 10 Gbps riba yra dėl to, kad negalima greičiau paversti elektros signalų į optinius signalus ir atvirkščiai, nors laboratorijoje viename šviesolaidyje jau buvo pasiekta 100 Gbps sparta.Šviesolaidinė perdavimo sistema susideda iš trijų pagrindinių komponentų: šviesos šaltinio, nešiklio, per kurį sklinda šviesos signalas, ir signalo imtuvo arba detektoriaus. Šviesos impulsas laikomas vienu, o jo nebuvimas – nuliu. Šviesa sklinda itin plonu stiklo pluoštu. Kai į jį patenka šviesa, detektorius generuoja elektros impulsą. Prie vieno optinio pluošto galo prijungus šviesos šaltinį, prie kito – detektorių, gaunama vienkryptė duomenų perdavimo sistema.
Perduodant šviesos signalą, naudojama šviesos atspindžio ir lūžio savybė pereinant iš 2 terpių. Taigi, kai šviesa tiekiama tam tikru kampu į terpės sąsają, šviesos spindulys visiškai atsispindi ir užsifiksuoja skaiduloje (3 pav.).
Ryžiai. 3. Šviesos lūžio savybė.
Šviesolaidinis kabelis yra 2 tipų: daugiamodis - praleidžia šviesos spindulį, vienmodis - plonas iki kelių bangų ilgių ribos, veikia beveik kaip bangolaidis, šviesa juda tiesia linija be atspindžio. Šiuolaikinės vienmodės šviesolaidinės jungtys gali veikti 50 Gbps greičiu iki 100 km atstumu.
Ryšio sistemose naudojami trys bangų ilgių diapazonai: atitinkamai 0,85, 1,30 ir 1,55 µm.
Šviesolaidinio kabelio struktūra yra panaši į bendraašio laido struktūrą. Vienintelis skirtumas yra tas, kad pirmasis neturi tinklelio.
Šviesolaidinės šerdies centre yra stiklinė šerdis, per kurią sklinda šviesa. Daugiamodio optinio pluošto šerdies skersmuo yra 50 mikronų, tai yra maždaug lygus žmogaus plauko storiui. Vienmodžio pluošto šerdies skersmuo yra nuo 8 iki 10 mikronų. Šerdis yra padengta stiklo sluoksniu, kurio lūžio rodiklis yra mažesnis nei šerdies. Jis sukurtas taip, kad patikimiau neleistų šviesai išeiti už šerdies. Išorinis sluoksnis yra plastikinis apvalkalas, apsaugantis stiklą. Skaidulinės optikos gijos paprastai sugrupuojamos į ryšulius, apsaugotus išoriniu apvalkalu. 4 paveiksle parodytas trijų gyslų kabelis.
Ryžiai. 4. Trijų gyslų šviesolaidinis kabelis.
Nutrūkus kabelių sekcijas galima sujungti trimis būdais:
- Prie laido galo galima pritvirtinti specialią jungtį, kuria laidas įkišamas į optinį lizdą. Prarandama 10-20% šviesos intensyvumo, tačiau tai leidžia lengvai pakeisti sistemos konfigūraciją.
Sujungimas - du tvarkingai nupjauti kabelio galai klojami vienas šalia kito ir suspaudžiami specialia mova. Geresnis šviesos pralaidumas pasiekiamas sulygiavus kabelio galus. Praradimas - 10% šviesos galios.
Sintezija. Nuostolių praktiškai nėra.
1 lentelė.
Šviesos diodų ir puslaidininkių lazerių naudojimo palyginimo lentelė
Optinio kabelio priėmimo galas yra fotodiodas, kuris sukuria elektros impulsą, kai jį pasiekia šviesa.
Šviesolaidinio kabelio ir varinės vielos lyginamosios charakteristikos.
Optinis pluoštas turi keletą privalumų:- Didelis greitis.
Mažesnis signalo slopinimas, išėjimas iš mažiau kartotuvų (vienas 50 km, o ne 5)
Inertiška išorinei elektromagnetinei spinduliuotei, chemiškai neutrali.
Lengvesnio svorio. 1000 varinių vytų porų, kurių ilgis 1 km, sveria apie 8000 kg. Pora šviesolaidinių kabelių sveria tik 100 kg, o pralaidumas yra didesnis
Mažos montavimo išlaidos
- Sudėtingumas ir kompetencija montavimo metu.
Trapumas
Brangesnis už varį.
perdavimas simplekso režimu, tarp tinklų reikia mažiausiai 2 laidų.
Belaidis ryšys
Elektromagnetinis spektras
Elektronų judėjimas sukuria elektromagnetines bangas, kurios gali sklisti erdvėje (netgi vakuume). Elektromagnetinių virpesių skaičius per sekundę vadinamas dažniu ir matuojamas hercais. Atstumas tarp dviejų vienas po kito einančių maksimumų (arba minimumų) vadinamas bangos ilgiu. Šis kiekis tradiciškai žymimas graikiška raide (lambda).Jei į elektros grandinę įtraukta tinkamo dydžio antena, imtuvas gali sėkmingai priimti elektromagnetines bangas tam tikru atstumu. Visos belaidžio ryšio sistemos yra pagrįstos šiuo principu.
Vakuume visos elektromagnetinės bangos sklinda vienodu greičiu, nepriklausomai nuo jų dažnio. Toks greitis vadinamas šviesos greičiu, – 3*108 m/s. Varyje ar stikle šviesos greitis yra maždaug 2/3 šios vertės ir taip pat šiek tiek priklauso nuo dažnio.
Kiekių ir:
Jei dažnis () matuojamas MHz, o bangos ilgis () metrais, tada.
Visų elektromagnetinių bangų visuma sudaro vadinamąjį nenutrūkstamą elektromagnetinės spinduliuotės spektrą (5 pav.). Radijas, mikrobangų krosnelė, infraraudonieji spinduliai ir matoma šviesa gali būti naudojami informacijai perduoti naudojant bangų amplitudę, dažnį ar fazę. Ultravioletiniai, rentgeno ir gama spinduliai būtų dar geresni dėl savo aukštų dažnių, tačiau jie sunkiai generuojami ir moduliuojami, blogai prasiskverbia pro pastatus, taip pat yra pavojingi viskam, kas gyva. Oficialūs diapazonų pavadinimai pateikti 6 lentelėje.
Ryžiai. 5. Elektromagnetinis spektras ir jo taikymas komunikacijose.
2 lentelė.
Oficialūs ITU grupių pavadinimai
Informacijos, kurią gali nešti elektromagnetinė banga, kiekis yra susijęs su kanalo dažnių diapazonu. Šiuolaikinės technologijos leidžia užkoduoti kelis bitus vienam hercui esant žemiems dažniams. Esant tam tikroms sąlygoms, esant aukštam dažniui, šis skaičius gali padidėti aštuonis kartus.
Žinodami bangos ilgio diapazono plotį, galite apskaičiuoti atitinkamą dažnių diapazoną ir duomenų perdavimo spartą.
Pavyzdys: 1,3 mikrono optinio pluošto kabeliui. Tada 8 bitų/s greičiu, pasirodo, galima gauti 240 Tbit/s perdavimo greitį.
Radijo ryšys
Radijo bangas lengva generuoti, jos sklinda didelius atstumus, prasiskverbia pro sienas, apeina pastatus ir plinta visomis kryptimis. Radijo bangų savybės priklauso nuo dažnio (6 pav.). Dirbant žemais dažniais, radijo bangos gerai sklinda per kliūtis, tačiau tolstant nuo siųstuvo signalo stiprumas ore smarkiai krenta. Galios ir atstumo nuo šaltinio santykis išreiškiamas maždaug taip: 1/r2. Aukštais dažniais radijo bangos paprastai sklinda tik tiesia linija ir atsispindi nuo kliūčių. Be to, juos sugeria, pavyzdžiui, lietus. Visų dažnių radijo signalus trikdo kibirkštinio šepečio varikliai ir kita elektros įranga.Ryžiai. 6. VLF, LF, MF diapazonų bangos lenkiasi aplink žemės paviršiaus nelygumus (a), HF ir VHF diapazonų bangos atsispindi nuo jonosferos ir sugeria žemę (b).
Mikrobangų ryšiai
Didesniais nei 100 MHz dažniais radijo bangos sklinda beveik tiesia linija, todėl jas galima sufokusuoti į siaurus pluoštus. Energiją sutelkus į siaurą spindulį, naudojant parabolinę anteną (kaip gerai žinomą palydovinės televizijos anteną), gaunamas geresnis signalo ir triukšmo santykis, tačiau tokiam ryšiui siunčiančios ir priimančios antenos turi būti gana tiksliai nukreiptos viena į kitą.Skirtingai nuo žemesnio dažnio radijo bangų, mikrobangos prastai sklinda per pastatus. Mikrobangų radijo ryšys tapo taip plačiai naudojamas tarpmiestinėje telefonijoje, mobiliuosiuose telefonuose, televizijos transliacijose ir kitose srityse, kad labai trūko spektro pralaidumo.
Ši jungtis turi daug privalumų, palyginti su optiniu pluoštu. Svarbiausia, kad nereikia tiesti kabelio ir atitinkamai nereikia mokėti už žemės nuomą palei signalo kelią. Užtenka kas 50 km pirkti nedidelius sklypus ir juose įrengti estafečių bokštelius.
Infraraudonųjų ir milimetrų bangos
Infraraudonųjų spindulių ir milimetrinių bangų spinduliavimas nenaudojant kabelio yra plačiai naudojamas ryšiui nedideliais atstumais (pavyzdžiui, nuotolinio valdymo pultai). Jie yra gana kryptingi, pigūs ir lengvai montuojami, tačiau neprasiskverbs į kietus objektus.Infraraudonųjų spindulių ryšiai naudojami stalinių kompiuterių sistemose (pavyzdžiui, norint susieti nešiojamuosius kompiuterius su spausdintuvais), tačiau vis tiek nevaidina reikšmingo vaidmens telekomunikacijose.
Ryšių palydovai
Naudojami šių tipų palydovai: geostacionarieji (GEO), vidutinio aukščio (MEO) ir žemos orbitos (LEO) (7 pav.).Ryžiai. 7. Ryšio palydovai ir jų savybės: orbitos aukštis, delsa, palydovų skaičius, reikalingas visam Žemės rutulio paviršiui padengti.
Viešasis perjungiamas telefono tinklas
Telefono sistemos struktūra
Tipiško vidutinio nuotolio telefono maršruto struktūra parodyta 8 pav.Ryžiai. 8. Tipinis ryšio maršrutas su vidutiniu atstumu tarp abonentų.
Vietinio ryšio linijos: modemai, ADSL, bevielis ryšys
Kadangi kompiuteris veikia su skaitmeniniu signalu, o vietinė telefono linija reiškia analoginio signalo perdavimą, konvertavimui iš skaitmeninio į analoginį ir atgal naudojamas įrenginys - modemas, o pats procesas vadinamas moduliacija / demoduliacija. (9 pav.).Ryžiai. 9. Telefono linijos naudojimas perduodant skaitmeninį signalą.
Yra 3 moduliavimo būdai (10 pav.):
- amplitudės moduliavimas - naudojamos 2 skirtingos signalo amplitudės (0 ir 1),
dažnis - naudojami keli skirtingi signalo dažniai (0 ir 1),
fazė – fazių poslinkiai naudojami pereinant tarp loginių vienetų (0 ir 1). Šlyties kampai - 45, 135, 225, 180.
Ryžiai. 10. Dvejetainis signalas (a); amplitudės moduliavimas (b); dažnio moduliavimas (c); fazės moduliacija.
Visi šiuolaikiniai modemai leidžia perduoti duomenis abiem kryptimis, šis veikimo režimas vadinamas pilnu dvipusiu. Ryšys, leidžiantis nuoseklų perdavimą, vadinamas pusiau dvipusiu. Ryšys, kuriame perdavimas vyksta tik viena kryptimi, vadinamas simpleksu.
Šiuo metu didžiausias modemo greitis yra 56Kb/s. V.90 standartas.
Skaitmeninės abonentinės linijos. xDSL technologija.
Kai greitis per modemus pasiekė ribą, telefono kompanijos pradėjo ieškoti išeities iš šios situacijos. Taigi daugelis pasiūlymų pasirodė bendru pavadinimu xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) – skaitmeninė abonentinė linija, kur vietoj x gali būti ir kitų raidžių. Labiausiai žinoma technologija iš šių pasiūlymų yra ADSL (asimetrinis DSL).Modemų greičio ribojimo priežastis buvo ta, kad jie duomenims perduoti naudojo žmogaus kalbos perdavimo diapazoną – nuo 300 Hz iki 3400 Hz. Kartu su ribiniais dažniais pralaidumas buvo ne 3100 Hz, o 4000 Hz.
Nors pačios vietinės telefono linijos spektras yra 1,1 Hz.
Pirmajame ADSL technologijos pasiūlyme buvo naudojamas visas vietinės telefono linijos spektras, suskirstytas į 3 juostas:
- POTS – įprasto telefono tinklo diapazonas;
išeinantis diapazonas;
įeinantis diapazonas.
Alternatyvus metodas, vadinamas diskrečiąja daugiatone moduliacija, DMT (Discrete MultiTone), susideda iš viso 1,1 MHz vietinės linijos spektro padalijimo į 256 nepriklausomus kanalus, kurių kiekvienas yra 4312,5 Hz. 0 kanalas yra POTS. Kanalai nuo 1 iki 5 nenaudojami, kad balso signalas neturėtų galimybės trukdyti informaciniam signalui. Iš likusių 250 kanalų vienas valdo perdavimą teikėjui, vienas – vartotojui, o visi kiti yra skirti vartotojo duomenims perduoti (11 pav.).
Ryžiai. 11. ADSL veikimas naudojant diskrečiąją daugiatonę moduliaciją.
ADSL standartas leidžia priimti iki 8 Mb/s ir siųsti iki 1 Mb/s. ADSL2+ – išeinantis iki 24 Mb/s, įeinantis iki 1,4 Mb/s.
Įprastą ADSL įrangos konfigūraciją sudaro:
- DSLAM – DSL prieigos multiplekseris;
NID yra tinklo sąsajos įrenginys, atskiriantis telefono bendrovės ir abonento nuosavybės teises.
Splitteris (skirstiklis) – dažnio daliklis, skiriantis POTS juostą ir ADSL duomenis.
Linijos ir sandarikliai
Svarbų vaidmenį telefono sistemoje atlieka išteklių taupymas. Didelės talpos magistralės ir nekokybiškos linijos įrengimo ir priežiūros kaina yra beveik vienoda (tai yra, liūto dalis šių išlaidų tenka tranšėjų kasimui, o ne pačiam variniam ar šviesolaidiniam kabeliui).Dėl šios priežasties telefonų bendrovės kartu sukūrė keletą schemų, skirtų keliams pokalbiams vienu fiziniu kabeliu perduoti. Sutankinimo schemas galima suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas: FDM (Frequency Division Multiplexing) ir TDM (Time Division Multiplexing) (13 pav.).
Naudojant dažnių multipleksavimą, dažnių spektras padalijamas tarp loginių kanalų ir kiekvienas vartotojas gauna išskirtinę nuosavybę į savo subjuostą. Laiko padalijimo tankinimo metu vartotojai paeiliui (cikliškai) naudoja tą patį kanalą, ir kiekvienam trumpam laikui suteikiama visa kanalo talpa.
Šviesolaidiniai kanalai naudoja specialią dažnio padalijimo tankinimo versiją. Tai vadinama spektriniu multipleksavimu (WDM, bangos dalijimosi tankinimu).
Ryžiai. 13. Dažnio tankinimo pavyzdys: pirminiai 1 signalo spektrai (a), dažnio poslinkio spektrai (b), multipleksuotas kanalas (c).
Perjungimas
Vidutinio telefono inžinieriaus požiūriu telefono sistema susideda iš dviejų dalių: išorinės įrangos (vietinės telefono linijos ir magistralinės, už jungiklių ribų) ir vidinės įrangos (jungtuvų), esančios telefono stotyje.Bet kuris ryšio tinklas palaiko tam tikrą perjungimo (ryšio) tarp savo abonentų metodą. Praktiškai neįmanoma kiekvienai sąveikaujančių abonentų porai suteikti savo neperjungiamą fizinio ryšio liniją, kurią jie ilgą laiką galėtų išskirtinai „turėti“. Todėl bet kuris tinklas visada naudoja tam tikrą abonentų perjungimo būdą, kuris užtikrina esamų fizinių kanalų prieinamumą vienu metu kelioms ryšio tarp tinklo abonentų sesijoms.
Telefono sistemose naudojami du skirtingi būdai: grandinės perjungimas ir paketų perjungimas.
Grandinės perjungimas
Grandinės perjungimas apima nuolatinio sudėtinio fizinio kanalo formavimą iš atskirų kanalo sekcijų, sujungtų nuosekliai, kad būtų galima tiesiogiai perduoti duomenis tarp mazgų. Komutuojamame tinkle prieš perduodant duomenis visada būtina atlikti ryšio užmezgimo procedūrą, kurios metu sukuriamas sudėtinis kanalas (14 pav.).Paketų perjungimas
Kai įvyksta paketų perjungimas, visi tinklo vartotojo perduodami pranešimai šaltinio mazge suskaidomi į santykinai mažas dalis, vadinamas paketais. Kiekvienas paketas pateikiamas su antrašte, kurioje nurodoma adreso informacija, reikalinga paketui pristatyti į paskirties mazgą, taip pat paketo numeris, kurį paskirties mazgas naudos pranešimui surinkti. Paketai tinkle transportuojami kaip savarankiški informacijos blokai. Tinklo komutatoriai priima paketus iš galinių mazgų ir, remdamiesi adreso informacija, perduoda juos vienas kitam, o galiausiai ir paskirties mazgui (14 pav.).ir tt................
Jis naudojamas atskiriems duomenims perduoti siauros dažnių juostos ryšio linijomis analoginė moduliacija. Tipiškas tokių linijų atstovas yra balso dažnio ryšio linija, prieinama viešųjų telefono tinklų vartotojams. Ši ryšio linija perduoda analoginius signalus dažnių diapazone nuo 300 iki 3400 Hz (todėl linijos dažnių juostos plotis yra 3100 Hz). Griežtas ryšio linijų pralaidumo apribojimas šiuo atveju yra susijęs su multipleksavimo ir kanalų perjungimo įrangos naudojimu telefono tinkluose.
Įrenginys, atliekantis nešlio sinusoidinio moduliavimo siunčiančioje pusėje ir demoduliavimo priimančiojoje funkcijas, vadinamas modemas (moduliatorius-demoduliatorius).
Analoginis moduliavimas yra fizinis kodavimo būdas, kai informacija užkoduojama keičiant amplitudės, dažniai arba fazės sinusoidinio nešlio dažnio signalas. At amplitudės moduliacija loginiam vienetui pasirenkamas vienas nešlio dažnio sinusoidės amplitudės lygis, o loginiam nuliui - kitas. Šis metodas praktiškai retai naudojamas gryna forma dėl mažo atsparumo triukšmui, tačiau dažnai naudojamas kartu su kitais moduliavimo tipais. At dažnio moduliacijašaltinio duomenų reikšmės 0 ir 1 perduodamos skirtingų dažnių sinusoidėmis . Šis moduliavimo metodas nereikalauja sudėtingų elektroninių schemų modemuose ir paprastai naudojamas mažos spartos modemuose, veikiančiuose 300 arba 1200 bps. At fazės moduliacija Duomenų reikšmės 0 ir 1 atitinka to paties dažnio, bet skirtingų fazių signalus, pavyzdžiui, 0 ir 180 laipsnių arba 0, 90, 180 ir 270 laipsnių. Didelės spartos modemai dažnai naudoja kombinuotus moduliavimo metodus, dažniausiai amplitudę derinamą su faze. Norint padidinti duomenų perdavimo spartą, naudojami kombinuoti moduliavimo metodai. Labiausiai paplitę metodai yra Kvadratūrinis amplitudės moduliavimas-QAM).Šie metodai yra pagrįsti fazės moduliavimo su 8 fazių poslinkio reikšmėmis ir amplitudės moduliavimo su 4 amplitudės lygiais deriniu. Tačiau iš galimų 32 signalų derinių ne visi naudojami. Toks kodavimo perteklius reikalingas tam, kad modemas atpažintų klaidingus signalus, atsirandančius dėl iškraipymų dėl trukdžių, kurie telefono kanaluose (ypač perjungiamuose) yra labai reikšmingi amplitudės ir ilgaamžiškumo laike.
At skaitmeninis kodavimas naudojama diskreti informacija potencialus Ir pulsas kodai. IN potencialus Koduose loginiams vienetams ir nuliams atvaizduoti naudojama tik signalo potencialo reikšmė, o į jo lašus, kurie sudaro pilnus impulsus, neatsižvelgiama. Pulsas kodai leidžia pavaizduoti dvejetainius duomenis arba kaip tam tikro poliškumo impulsus, arba kaip impulso dalį – potencialų skirtumą tam tikra kryptimi.
Naudojant stačiakampius impulsus diskrečiai informacijai perduoti, reikia pasirinkti kodavimo būdą, kuris vienu metu pasiektų kelis tikslus: turėti mažiausią gaunamo signalo spektrinį plotį esant tokiai pat bitų spartai; numatyta sinchronizacija tarp siųstuvo ir imtuvo; turėjo gebėjimą atpažinti klaidas; turėjo mažas įgyvendinimo išlaidas.
Siauresnis signalo spektras leidžia pasiekti didesnį duomenų perdavimo greitį toje pačioje linijoje (su tuo pačiu pralaidumu). Siųstuvo ir imtuvo sinchronizavimas būtinas, kad imtuvas tiksliai žinotų, kuriuo momentu reikia nuskaityti naują informaciją iš ryšio linijos. Šią problemą sunkiau išspręsti tinkluose nei keičiantis duomenimis tarp arti esančių įrenginių, pavyzdžiui, tarp įrenginių kompiuteryje arba tarp kompiuterio ir spausdintuvo. Mažais atstumais gerai veikia atskira laikrodžio ryšio linija pagrįsta schema, o informacija iš duomenų linijos pašalinama tik tuo metu, kai ateina laikrodžio impulsas. Tinkluose šios schemos naudojimas sukelia sunkumų dėl kabelių laidininkų charakteristikų nevienalytiškumo. Dideliais atstumais dėl netolygaus signalo sklidimo greičio laikrodžio impulsas gali pasirodyti taip vėlai arba prieš atitinkamą duomenų signalą, kad duomenų bitas praleidžiamas arba nuskaitomas dar kartą. Kita priežastis, kodėl tinklai atsisako naudoti laikrodžio impulsus, yra laidininkų taupymas brangiuose kabeliuose. Todėl tinkluose naudojamas vadinamasis savaime sinchronizuojantys kodai, kurių signalai neša instrukcijas siųstuvui, kuriuo momentu reikia atpažinti kitą bitą (arba kelis bitus, jei kodas sufokusuotas į daugiau nei dvi signalo būsenas). Bet koks staigus signalo pokytis – vadinamasis priekyje- gali būti geras signalas sinchronizuoti imtuvą su siųstuvu. Naudojant sinusoidus kaip nešlio signalą, gautas kodas turi savaiminio sinchronizavimo savybę, nes keičiant nešlio dažnio amplitudę imtuvas gali nustatyti įvesties kodo atsiradimo momentą.
Iškraipytus duomenis sunku atpažinti ir taisyti naudojant fizinio sluoksnio priemones, todėl dažniausiai šio darbo imasi aukščiau esantys protokolai: kanalas, tinklas, transportas ar programa. Kita vertus, klaidų atpažinimas fiziniame sluoksnyje taupo laiką, nes imtuvas nelaukia, kol kadras bus visiškai įdėtas į buferį, o iš karto jį išmeta, kai atpažįsta klaidingus kadro bitus.
Kodavimo metodams keliami reikalavimai yra vienas kitam prieštaraujantys, todėl kiekvienas iš toliau aptartų populiarių skaitmeninio kodavimo būdų turi savų privalumų ir trūkumų, lyginant su kitais.
Vienas iš paprasčiausių būdų potencialus kodavimas yra vienpolio potencialo kodas, dar vadinamas kodavimu negrįždamas į nulį (Non Return to Zero-NRZ) (7.1.a pav). Pavardė atspindi tai, kad perduodant vienetų seką, per laikrodžio ciklą signalas negrįžta į nulį. NRZ metodas turi gerą klaidų atpažinimą (dėl dviejų labai skirtingų potencialų), tačiau neturi savaiminio sinchronizavimo savybės. Perduodant ilgą vienetų ar nulių seką, linijos signalas nekinta, todėl imtuvas iš įvesties signalo negali nustatyti momentų, kada reikia dar kartą perskaityti duomenis. Net ir naudojant didelio tikslumo laikrodžio generatorių, imtuvas gali suklysti duomenų rinkimo momentu, nes dviejų generatorių dažniai beveik niekada nėra visiškai identiški. Todėl esant dideliam duomenų perdavimo greičiui ir ilgoms vienetų arba nulių sekoms, mažas laikrodžio neatitikimas gali sukelti viso laikrodžio ciklo paklaidą ir atitinkamai nuskaitytą neteisingą bitų reikšmę.
|
Ryžiai. 7.1. Dvejetainių duomenų kodavimo metodai: a-unipolinis potencialas
cialinis kodas; b- bipolinio potencialo kodas; V- vienpolis im-
pulso kodas; G -bipolinis pulso kodas; d-„Manchester“ kodas;
e- potencialo kodas su keturiais signalo lygiais.
Kitas rimtas NRZ metodo trūkumas yra žemo dažnio komponento buvimas, kuris artėja prie nulio perduodant ilgas vienetų arba nulių sekas. Dėl šios priežasties daugelis ryšio linijų, kurios neužtikrina tiesioginio galvaninio ryšio tarp imtuvo ir šaltinio, nepalaiko tokio kodavimo. Dėl to NRZ kodas tinkluose nenaudojamas gryna forma, tačiau naudojamos įvairios jo modifikacijos, kurios pašalina tiek prastą NRZ kodo savisinchronizaciją, tiek pastovaus komponento buvimą.
Viena iš NRZ metodo modifikacijų yra metodas Dvipolio alternatyvaus ženklo inversija-AMI).Šiuo metodu ( ryžių. 7.1.b) naudojami trys potencialo lygiai – neigiamas, nulis ir teigiamas. Norint užkoduoti loginį nulį, naudojamas nulinis potencialas, o loginis vienetas užkoduojamas arba teigiamu, arba neigiamu potencialu (kiekvieno naujo vieneto potencialas yra priešingas ankstesnio potencialui). AMI kodas iš dalies pašalina DC ir savaiminio sinchronizavimo problemų, būdingų NRZ kodui, trūkumą. Tai atsitinka perduodant ilgas sekas. Tokiais atvejais signalas linijoje yra priešingai poliarizuotų impulsų seka, kurios spektras yra toks pat kaip ir NRZ kodas, perduodantys kintamus nulius ir vienetus, ty be pastovaus komponento ir su pagrindine N/2 Hz harmonika (kur N yra duomenų perdavimo sparta bitais). Ilgos nulių sekos AMI kodui taip pat pavojingos, kaip ir NRZ kodui – signalas išsigimsta į pastovų nulinės amplitudės potencialą. Apskritai, naudojant skirtingus bitų derinius linijoje, naudojant AMI kodą gaunamas siauresnis signalo spektras nei NRZ kodas, taigi ir didesnė linijos talpa. Pavyzdžiui, perduodant kintamus vienetus ir nulius, pagrindinės harmonikos f 0 dažnis yra N/4 Hz. AMI kodas taip pat suteikia tam tikrų galimybių atpažinti klaidingus signalus. Taigi, griežto signalo poliškumo kaitos pažeidimas rodo klaidingą impulsą arba teisingo impulso dingimą iš linijos. Iškviečiamas netinkamo poliškumo signalas draudžiamas signalas (signalo pažeidimas). Kadangi AMI kodas naudoja ne du, o tris signalo lygius linijoje, papildomam lygiui reikia padidinti siųstuvo galią, kad būtų užtikrintas toks pat bitų patikimumas linijoje, o tai yra dažnas kelių signalų būsenų kodų trūkumas, palyginti su kodais, kurie išskirti tik dvi būsenas.
Paprasčiausi metodai pulsas koduotės yra vienpolio impulso kodas, kuriame vienas žymimas impulsu, o nulis – jo nebuvimu ( ryžių. 7.1v), ir bipolinis pulso kodas, kuriame vienas pavaizduotas vieno poliškumo impulsu, o nulis – kito ( ryžių. 7,1 g). Kiekvienas pulsas trunka pusę smūgio. Dvipolio impulso kodas pasižymi geromis savaiminio sinchronizavimo savybėmis, tačiau, pavyzdžiui, perduodant ilgą vienetų arba nulių seką, gali būti pastovaus impulso komponentas. Be to, jo spektras yra platesnis nei potencialių kodų. Taigi, perduodant visus nulius arba vienetus, kodo pagrindinės harmonikos dažnis bus lygus N Hz, kuris yra du kartus didesnis už NRZ kodo pagrindinę harmoniką ir keturis kartus didesnis už AMI kodo pagrindinę harmoniką. kai perduodami kaitaliojantys vienetai ir nuliai. Dėl per plataus spektro bipolinis impulsų kodas naudojamas retai.
Iki šiol vietiniuose tinkluose labiausiai paplitęs kodavimo būdas buvo vadinamasis „ Mančesterio kodas"(ryžių. 7.1d). Mančesterio kodas naudoja potencialų skirtumą, tai yra impulso kraštą, kad užkoduotų vienetus ir nulius. Naudojant Mančesterio kodavimą, kiekvienas matas yra padalintas į dvi dalis. Informacija yra užkoduota potencialių kritimų, atsirandančių kiekvieno laikrodžio ciklo viduryje. Vienetas yra užkoduotas briauna nuo žemo signalo lygio iki aukšto, o nulį užkoduoja atvirkštinė briauna. Kiekvieno laikrodžio ciklo pradžioje gali nukristi viršutinis signalas, jei reikia pavaizduoti kelis vienetus arba nulius iš eilės. Kadangi signalas keičiasi bent kartą per vieno duomenų bito perdavimo ciklą, Mančesterio kodas turi geras savaiminio laiko savybes. Mančesterio kodo pralaidumas yra siauresnis nei bipolinio impulso. Ji taip pat neturi nuolatinės srovės komponento, o pagrindinė harmonika blogiausiu atveju (perduodant vienetų arba nulių seką) turi N Hz dažnį, o geriausiu atveju (perduodant kintamus vienetus ir nulius) lygi N. / 2 Hz, kaip AMI arba NRZ Vidutiniškai Mančesterio kodo pralaidumas yra pusantro karto siauresnis nei dvipolio impulso kodo, o pagrindinė harmonika svyruoja maždaug 3N/4. Kitas Mančesterio kodo privalumas yra tas, kad jis turi tik du signalo lygius, o dvipolio impulso kodas turi tris.
Taip pat yra potencialių kodų su daugiau signalo lygių duomenims koduoti. Parodyta kaip pavyzdys ( 7.1e pav) potencialus kodas 2В1Q su keturiais signalo lygiais duomenų kodavimui. Šiame kode kas du bitai perduodami per vieną taktinį ciklą keturių būsenų signalu. Bitų pora „00“ atitinka -2,5 V potencialą, bitų pora „01“ - -0,833 V potencialą, bitų pora „11“ - +0,833 V potencialą ir pora bitai "10" - +2,5 V potencialas. V Šis kodavimo būdas reikalauja papildomų priemonių, kad būtų galima susidoroti su ilgomis identiškų bitų porų sekomis, nes tada signalas virsta pastoviu komponentu. Atsitiktinai sujungiant bitus, signalo spektras yra dvigubai siauresnis nei NRZ kodo (esant tokiai pačiai bitų spartai, laikrodžio trukmė padvigubėja). Taigi, naudodami pateiktą 2B1Q kodą, duomenis ta pačia linija galite perduoti dvigubai greičiau nei naudodami AMI kodą. Tačiau norint jį įgyvendinti, siųstuvo galia turi būti didesnė, kad imtuvas aiškiai atskirtų keturis lygius trukdžių fone.
Siekiant pagerinti galimus AMI ir 2B1Q tipo kodus, jis naudojamas loginis kodavimas. Loginis kodavimas skirtas pakeisti ilgas bitų sekas, vedančias į pastovų potencialą, su įsiterpusiais. Loginis kodavimas apibūdinamas dviem būdais - atleidimo kodai ir kodavimas.
Pertekliniai kodai yra pagrįsti pradinės bitų sekos suskaidymu į gabalus, dažnai vadinamus simboliais. Tada kiekvienas originalus simbolis pakeičiamas nauju, turinčiu daugiau bitų nei originalas. Pavyzdžiui, 4B/5B loginis kodas pakeičia originalius 4 bitų ilgio simbolius 5 bitų ilgio simboliais. Kadangi gautuose simboliuose yra perteklinių bitų, bendras bitų kombinacijų skaičius juose yra didesnis nei pradiniuose. Taigi 4B/5B kode gautuose simboliuose gali būti 32 bitų derinių, o originaliuose simboliuose tik 16. Todėl gautame kode galima pasirinkti 16 tokių kombinacijų, kuriose nėra daug nulių, ir suskaičiuok likusius draudžiami kodai (kodo pažeidimas). Be nuolatinės srovės komponento pašalinimo ir kodo savaiminio sinchronizavimo, pertekliniai kodai leidžia imtuvui atpažinti sugadintus bitus. Jei imtuvas gauna neteisėtą kodą, tai reiškia, kad signalas linijoje buvo iškraipytas. 4B/5B kodas perduodamas linija naudojant fizinį kodavimą naudojant potencialaus kodavimo metodą, kuris yra jautrus tik ilgoms nulių sekoms. 4B/5B kodo simboliai, 5 bitų ilgio, garantuoja, kad nesvarbu, kaip jie būtų sujungti, eilutėje negali atsirasti daugiau nei trys nuliai iš eilės. Raidė B kodo pavadinime reiškia, kad elementarus signalas turi 2 būsenas (iš anglų kalbos dvejetainis – dvejetainis). Taip pat yra kodų su trimis signalo būsenomis, pavyzdžiui, 8B/6T kode 8 bitų šaltinio informacijos kodavimui naudojamas 6 signalų kodas, kurių kiekvienas turi tris būsenas. 8B/6T kodo dubliavimas yra didesnis nei 4B/5B kodo, nes 256 šaltinio koduose yra 729 (3 iki 6) gaunami simboliai. Peržvalgos lentelės naudojimas yra labai paprastas veiksmas, todėl šis metodas nesukelia sudėtingumo tinklo adapteriams ir jungiklių bei maršrutizatorių sąsajų blokams (žr. 9,11 skyriai).
Kad būtų užtikrintas tam tikras linijos pajėgumas, perteklinį kodą naudojantis siųstuvas turi veikti padidintu laikrodžio dažniu. Taigi, norint perduoti 4B/5B kodus 100 Mbit/s greičiu, siųstuvas turi veikti 125 MHz taktiniu dažniu. Tokiu atveju signalo spektras linijoje išsiplečia lyginant su tuo atveju, kai linija perduodamas grynas, neperteklinis kodas. Nepaisant to, perteklinio potencialo kodo spektras pasirodo siauresnis nei Mančesterio kodo spektras, o tai pateisina papildomą loginio kodavimo etapą, taip pat imtuvo ir siųstuvo veikimą padidintu laikrodžio dažniu.
Kitas loginio kodavimo metodas pagrįstas išankstiniu pradinės informacijos „sumaišymu“, kad vienetų ir nulių atsiradimo eilutėje tikimybė būtų artima. Tokią operaciją atliekantys įrenginiai arba blokai vadinami skremblerius(skraidymas - sąvartynas, netvarkingas surinkimas). At krapštymasis naudojamas gerai žinomas algoritmas, todėl imtuvas, gavęs dvejetainius duomenis, perduoda juos į iššifruotojas, kuri atkuria pradinę bitų seką. Šiuo atveju pertekliniai bitai per liniją neperduodami. Šiuolaikinėse didelės spartos tinklo technologijose vietoj Mančesterio ir dvipolio impulsinio kodavimo naudojami patobulintas potencialus perteklius ir užšifruoti kodai.
7.6. Ryšio linijų tankinimo technologijos
Dėl multipleksavimas(„suspaudimas“) naudoja kelias technologijas. Technologijos dažnismultipleksavimas(dažnio padalijimo tankinimas – FDM) iš pradžių buvo sukurtas telefono tinklams, tačiau naudojamas ir kitų tipų tinklams, pavyzdžiui, kabelinės televizijos tinklams. Ši technologija apima kiekvieno abonentinio kanalo signalų perkėlimą į savo dažnių diapazoną ir signalų siuntimą iš kelių abonentų kanalų vienu metu viena plačiajuosčio ryšio linija. Pavyzdžiui, FDM komutatoriaus įėjimai priima pradinius signalus iš telefono tinklo abonentų. Jungiklis perkelia kiekvieno kanalo dažnį į savo dažnių diapazoną. Paprastai aukšto dažnio diapazonas yra padalintas į juostas, kurios yra skirtos duomenims iš abonentų kanalų perduoti. Ryšio linijoje tarp dviejų FDM komutatorių signalai iš visų abonentinių kanalų perduodami vienu metu, tačiau kiekvienas iš jų užima savo dažnių juostą. Išvesties FDM jungiklis parenka kiekvieno nešlio dažnio moduliuotus signalus ir perduoda juos į atitinkamą išvesties kanalą, prie kurio tiesiogiai prijungtas abonentinis telefonas. FDM jungikliai gali atlikti tiek dinaminį, tiek nuolatinį perjungimą. Dinaminio perjungimo metu vienas abonentas inicijuoja ryšį su kitu abonentu, išsiųsdamas į tinklą skambinto abonento numerį. Jungiklis šiam abonentui dinamiškai paskiria vieną iš laisvų juostų. Nuolat perjungiant juosta priskiriama abonentui ilgam laikui. Perjungimo pagal dažnių padalijimą principas išlieka nepakitęs kitų tipų tinkluose, keičiasi tik atskiram abonento kanalui skirtų juostų ribos, taip pat jų skaičius.
Multipleksavimo technologijalaiko pasidalijimas(Laiko padalijimo tankinimas – TDM) arba laikina multipleksavimas yra pagrįstas TDM įrangos (multiplekserių, jungiklių, demultiplekserių), veikiančios laiko pasidalijimo režimu, naudojimu, pakaitomis aptarnaujančios visus abonentų kanalus ciklo metu. Kiekvienam ryšiui yra skiriamas vienas įrangos veikimo ciklo laiko pjūvis, dar vadinamas laiko tarpas. Laiko tarpo trukmė priklauso nuo įrangos aptarnaujamų abonentų kanalų skaičiaus. TDM tinklai gali palaikyti bet kurį iš jų dinamiškas, arba pastovus perjungimas, o kartais ir abu šie režimai.
Tinklai su dinaminis perjungimas reikalauja išankstinės ryšio tarp abonentų užmezgimo procedūros. Norėdami tai padaryti, iškviesto abonento adresas perduodamas tinklui, kuris praeina per jungiklius ir sukonfigūruoja juos tolesniam duomenų perdavimui. Ryšio užklausa nukreipiama iš vieno jungiklio į kitą ir galiausiai pasiekia skambintą šalį. Tinklas gali atsisakyti užmegzti ryšį, jei reikiamo išvesties kanalo pajėgumai jau išnaudoti. FDM jungiklio išvesties talpa yra lygi dažnių juostų skaičiui, o TDM jungiklio – laiko tarpsnių, į kuriuos padalintas kanalo veikimo ciklas, skaičiui. Tinklas taip pat atsisako prisijungti, jei prašomas abonentas jau užmezgė ryšį su kuo nors kitu. Pirmuoju atveju jie sako, kad jungiklis užimtas, o antruoju - abonentas. Ryšio gedimo galimybė yra grandinės perjungimo metodo trūkumas. Jei ryšys gali būti užmegztas, jam yra skiriama fiksuoto dažnio juosta FDM tinkluose arba fiksuota dažnių juosta TDM tinkluose. Šios vertės išlieka nepakitusios per visą prisijungimo laikotarpį. Garantuotas tinklo pralaidumas užmezgus ryšį yra svarbi savybė, reikalinga tokioms programoms kaip balso ir vaizdo perdavimas arba įrenginių valdymas realiuoju laiku.
Kai yra tik vienas fizinio ryšio kanalas, pavyzdžiui, keičiantis duomenimis naudojant modemus telefono tinkle, dvipusis darbo režimas organizuojamas padalijant kanalą į du loginius antrinius kanalus naudojant FDM arba TDM technologijas. Naudojant FDM technologiją, modemai veikia keturiais dažniais, kad organizuotų dvipusį veikimą dviejų laidų linijoje (du dažniai skirti koduoti vienetus ir nulius perduodant duomenis viena kryptimi, o kiti du dažniai skirti kodavimui, kai perduodama priešinga kryptimi ). TDM technologijoje kai kurie laiko tarpai naudojami duomenims perduoti viena kryptimi, o kai kurie naudojami duomenims perduoti kita kryptimi. Paprastai priešingų krypčių laiko tarpai keičiasi.
Šviesolaidiniuose kabeliuose, siekiant organizuoti dvipusį veikimą, kai naudojamas tik vienas optinis pluoštas, duomenys perduodami viena kryptimi naudojant vieno bangos ilgio šviesos spindulį, o priešinga kryptimi naudojant skirtingą bangos ilgį. Ši technologija iš esmės reiškia FDM metodą, tačiau šviesolaidiniams kabeliams ji vadinama bangos ilgio tankinimo technologijos(bangų padalijimo tankinimas – WDM) arba banga multipleksavimas.
Technologijostanki banga(spektrinis) tankinimas(Tankusis bangų padalijimo tankinimas – DWDM) skirtas sukurti naujos kartos optinius greitkelius, veikiančius kelių gigabitų ir terabitų greičiu. Šis kokybinis našumo šuolis pasiekiamas dėl to, kad informaciją optiniame pluošte vienu metu perduoda daug šviesos bangų. DWDM tinklai veikia kanalų perjungimo principu, kai kiekviena šviesos banga atstovauja atskiram spektriniam kanalui ir neša savo informaciją. Vienas iš pagrindinių DWDM technologijos privalumų – ženkliai padidintas optinio pluošto, kurio teorinis dažnių juostos plotis yra 25 000 GHz, dažninio potencialo panaudojimo rodiklis.
Santrauka
Šiuolaikinėse telekomunikacijų sistemose informacija perduodama elektromagnetinėmis bangomis – elektros, šviesos ar radijo signalais.
Ryšio linijos, priklausomai nuo fizinės informacijos perdavimo terpės tipo, gali būti kabelinės (laidinės) arba belaidės. Kaip ryšio linijos naudojami telefono kabeliai, pagrįsti lygiagrečiais nesusuktais laidininkais, bendraašiai kabeliai, kabeliai su vytų laidų poromis (neekranuoti ir ekranuoti) ir šviesolaidiniai kabeliai. Veiksmingiausi šiandien ir perspektyvūs artimiausioje ateityje yra kabeliai, kurių pagrindą sudaro vytos laidų poros ir šviesolaidiniai kabeliai. Belaidžio ryšio linijos dažniausiai diegiamos perduodant radijo signalus įvairiose radijo bangų juostose. Infraraudonųjų spindulių belaidė technologija naudoja elektromagnetinio spektro dalį tarp matomos šviesos ir trumpiausių mikrobangų bangų ilgių. Labiausiai greita ir triukšmui atspariausia lazerinė technologija yra belaidis ryšys.
Pagrindinės ryšio linijų charakteristikos yra amplitudės-dažnio atsakas, dažnių juostos plotis ir slopinimas tam tikru dažniu.
Ryšio linijos talpa apibūdina didžiausią galimą duomenų perdavimo greitį. Ryšio linijos atsparumas triukšmui lemia jos gebėjimą sumažinti vidinių laidininkų išorinėje aplinkoje sukuriamų trukdžių lygį. Duomenų perdavimo patikimumas apibūdina kiekvieno perduodamo duomenų bito iškraipymo tikimybę.
Atskiros informacijos atvaizdavimas viena ar kita ryšio linijai tiekiamų signalų forma vadinamas fiziniu kodavimu. Loginis kodavimas apima pradinės informacijos bitų pakeitimą nauja bitų seka, kuri neša tą pačią informaciją, bet turi papildomų savybių.
Diskretiesiems duomenims perduoti siauros dažnių juostos ryšio linijomis naudojama analoginė moduliacija, kurios metu informacija užkoduojama keičiant sinusinio nešiklio signalo amplitudę, dažnį ar fazę. Skaitmeniniu būdu koduojant diskrečią informaciją, naudojami potencialo ir impulsų kodai. Ryšio linijoms multipleksuoti naudojamos dažnio, laiko ir bangų tankinimo technologijos.
Testo klausimai ir užduotys
1. Pateikite ryšio linijų klasifikaciją.
2. Apibūdinkite dažniausiai pasitaikančias kabelinio ryšio linijas.
3. Pateikite pagrindines belaidžio ryšio linijas ir pateikite jų lyginamąsias charakteristikas.
4. Dėl kokių fizinių veiksnių ryšio kanalai iškraipo perduodamus signalus?
5. Koks yra ryšio kanalo amplitudės-dažnio atsakas?
6. Kokiais vienetais matuojamas ryšio kanalo pralaidumas?
7. Apibūdinkite sąvoką „ryšio linijos atsparumas triukšmui“.
8. Kas apibrėžia požymį „duomenų perdavimo patikimumas“ ir kokiais vienetais jis matuojamas?
9. Kas yra „analoginė moduliacija“ ir kokie jos tipai naudojami atskiriems duomenims perduoti?
10. Kuris įrenginys atlieka nešlio sinusoidės moduliavimo siunčiančiojoje pusėje ir demoduliavimo priėmimo pusėje funkcijas?
11. Atskirkite skaitmeninių signalų potencialinį ir impulsinį kodavimą.
12. Kas yra savaiminio laiko kodai?
13. Kokiais tikslais naudojamas loginis skaitmeninių signalų kodavimas ir kokie metodai?
14. Apibūdinkite ryšio linijų dažninio tankinimo technologiją.
15. Kokios yra laiko padalijimo tankinimo technologijos ypatybės?
16. Kokia tankinimo technologija naudojama šviesolaidiniuose kabeliuose, siekiant organizuoti dvipusį darbą, kai naudojamas tik vienas optinis pluoštas?
17. Kokiais tikslais sukurta tankiųjų bangų tankinimo technologija?
Perduodant atskirus duomenis ryšio kanalais, naudojami du pagrindiniai fizinio kodavimo tipai – paremti sinusiniu nešiklio signalu ir stačiakampių impulsų seka. Pirmasis metodas dažnai vadinamas moduliacija arba analoginis moduliavimas, pabrėžiant tai, kad kodavimas atliekamas keičiant analoginio signalo parametrus. Antrasis metodas paprastai vadinamas skaitmeninis kodavimas.Šie metodai skiriasi gaunamo signalo spektro pločiu ir jiems įgyvendinti reikalingos įrangos sudėtingumu.
Naudojant stačiakampius impulsus, gaunamo signalo spektras yra labai platus. Tai nenuostabu, jei prisiminsime, kad idealaus impulso spektras yra begalinio pločio. Naudojant sinusinę bangą gaunamas daug mažesnio pločio spektras esant tokiai pačiai informacijos perdavimo spartai. Tačiau norint įgyvendinti sinusoidinę moduliaciją, reikalinga sudėtingesnė ir brangesnė įranga nei stačiakampių impulsų įgyvendinimas.
Šiuo metu vis dažniau duomenys, kurie iš pradžių buvo analogine forma – kalba, televizijos vaizdai – ryšio kanalais perduodami atskira forma, tai yra vienetų ir nulių seka. Analoginės informacijos vaizdavimo diskretine forma procesas vadinamas diskreti moduliacija. Sąvokos „moduliacija“ ir „kodavimas“ dažnai vartojamos pakaitomis.
2.2.1. Analoginis moduliavimas
Analoginė moduliacija naudojama atskiriems duomenims perduoti kanalais su siaura dažnių juosta, kurios tipiškas atstovas yra balso kanalas, prieinami viešųjų telefono tinklų naudotojams. Tipiškas balso dažnio kanalo amplitudės-dažnio atsakas parodytas Fig. 2.12. Šis kanalas perduoda dažnius diapazone nuo 300 iki 3400 Hz, todėl jo dažnių juostos plotis yra 3100 Hz. Nors žmogaus balso diapazonas yra daug platesnis – nuo maždaug 100 Hz iki 10 kHz – priimtina kalbos kokybė, 3100 Hz diapazonas yra geras sprendimas. Griežtas balso kanalo pralaidumo apribojimas yra susijęs su multipleksavimo ir kanalų perjungimo įrangos naudojimu telefono tinkluose.
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 133
Įrenginys, atliekantis nešlio sinusoidinio moduliavimo siunčiančioje pusėje ir demoduliavimo priimančiojoje funkcijas, vadinamas modemas(moduliatorius-demoduliatorius).
Analoginiai moduliavimo metodai
Analoginė moduliacija – tai fizinis kodavimo būdas, kai informacija užkoduojama keičiant sinusinio nešiklio signalo amplitudę, dažnį arba fazę. Pagrindiniai analoginio moduliavimo metodai parodyti fig. 2.13. Diagramoje (2.13 pav., A) rodo šaltinio informacijos bitų seką, vaizduojamą aukšto lygio potencialais loginiam vienetui ir nulinio lygio potencialu loginiam nuliui. Šis kodavimo būdas vadinamas potencialiu kodu, kuris dažnai naudojamas perduodant duomenis tarp kompiuterių blokų.
At amplitudės moduliacija(2.13 pav., 6) loginiam vienetui pasirenkamas vienas nešlio dažnio sinusoidės amplitudės lygis, o loginiam nuliui - kitas. Šis metodas gryna forma praktikoje retai naudojamas dėl mažo atsparumo triukšmui, tačiau dažnai naudojamas kartu su kitu moduliacijos tipu – faziniu moduliavimu.
At dažnio moduliacija(2.13 pav., c) 0 ir 1 šaltinio duomenų reikšmės perduodamos sinusoidėmis su skirtingais dažniais - fo ir fi. Šis moduliavimo metodas nereikalauja sudėtingų schemų modemuose ir paprastai naudojamas mažos spartos modemuose, veikiančiuose 300 arba 1200 bps.
At fazės moduliacija(2.13 pav., d) duomenų reikšmės 0 ir 1 atitinka to paties dažnio, bet skirtingų fazių signalus, pavyzdžiui, 0 ir 180 laipsnių arba 0,90, 180 ir 270 laipsnių.
Didelės spartos modemai dažnai naudoja kombinuotus moduliavimo metodus, dažniausiai amplitudę derinamą su faze.
2 skyrius. Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
Moduliuotas signalo spektras
Gaunamo moduliuoto signalo spektras priklauso nuo moduliacijos tipo ir moduliacijos spartos, tai yra norimos pradinės informacijos bitų spartos.
Pirmiausia apsvarstykime signalo spektrą potencialo kodavimo metu. Tegul loginį vienetą užkoduoja teigiamas potencialas, o loginį nulį – tokio paties dydžio neigiamas potencialas. Norėdami supaprastinti skaičiavimus, darome prielaidą, kad informacija perduodama iš begalinės kintamų vienetų ir nulių sekos, kaip parodyta Fig. 2.13, A. Atminkite, kad šiuo atveju bodo ir bitų per sekundę reikšmės yra vienodos.
Potencialaus kodavimo atveju spektras tiesiogiai gaunamas iš Furjė formulių periodinei funkcijai. Jei atskiri duomenys perduodami N bitų/s bitų sparta, tai spektrą sudaro pastovi nulinio dažnio komponentė ir begalinė harmonikų serija, kurių dažniai fo, 3fo, 5fo, 7fo,..., kur fo = N /2. Šių harmonikų amplitudės mažėja gana lėtai - 1/3, 1/5,1/7,... koeficientais nuo harmonikos fo amplitudės (2.14 pav., A). Dėl to potencialaus kodo spektrui reikalingas platus dažnių juostos plotis, kad būtų galima kokybiškai perduoti. Be to, reikia atsižvelgti į tai, kad iš tikrųjų signalo spektras nuolat kinta priklausomai nuo to, kokie duomenys perduodami ryšio linija. Pavyzdžiui, perduodant ilgą nulių ar vienetų seką, spektras pasislenka žemesnių dažnių link, o kraštutiniu atveju, kai perduodami duomenys susideda tik iš vienetų (arba tik nulių), spektras susideda iš nulinio dažnio harmonikos. Perduodant kintamus vienetus ir nulius, pastovaus komponento nėra. Todėl, perduodant savavališkus duomenis, gauto potencialaus kodo signalo spektras užima juostą nuo tam tikros vertės, artimos 0 Hz, iki maždaug 7fo (harmonikų, kurių dažniai viršija 7fo, galima nepaisyti dėl nedidelio jų indėlio į gaunamą signalą). Balso dažnio kanalui viršutinė galimo kodavimo riba pasiekiama esant 971 bps duomenų perdavimo spartai, o apatinė riba yra nepriimtina bet kokiam greičiui, nes kanalo dažnių juostos plotis prasideda nuo 300 Hz. Dėl to galimi kodai balso kanaluose niekada nenaudojami.
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 135
Taikant amplitudės moduliaciją, spektras susideda iš nešlio dažnio f c sinusoidės ir dviejų šoninių harmonikų: (f c + f m) ir (f c - f m), kur f m yra sinusoidės informacinio parametro kitimo dažnis, kuris sutampa su duomenų perdavimo sparta, kai naudojami du amplitudės lygiai (2.14 pav., 6). Dažnis f m nustato linijos talpą tam tikram kodavimo metodui. Esant mažam moduliacijos dažniui, signalo spektro plotis taip pat bus mažas (lygus 2f m), todėl signalai nebus iškraipyti linijos, jei jos dažnių juostos plotis yra didesnis arba lygus 2f m. Balso dažnio kanalui šis moduliavimo metodas yra priimtinas, kai duomenų perdavimo sparta ne didesnė kaip 3100/2=1550 bps. Jei duomenims pateikti naudojami 4 amplitudės lygiai, kanalo talpa padidėja iki 3100 bps.
Naudojant fazės ir dažnio moduliaciją, signalo spektras yra sudėtingesnis nei naudojant amplitudinę moduliaciją, nes čia susidaro daugiau nei dvi šoninės harmonikos, tačiau jos taip pat yra simetriškai išdėstytos pagrindinio nešiklio dažnio atžvilgiu, o jų amplitudės greitai mažėja. Todėl šie moduliavimo tipai taip pat puikiai tinka duomenų perdavimui balso kanalu.
Norint padidinti duomenų perdavimo spartą, naudojami kombinuoti moduliavimo metodai. Labiausiai paplitę metodai yra kvadratinės amplitudės moduliacija (QAM).Šie metodai yra pagrįsti fazės moduliavimo su 8 fazių poslinkio reikšmėmis ir amplitudės moduliavimo su 4 amplitudės lygiais deriniu. Tačiau iš galimų 32 signalų derinių ne visi naudojami. Pavyzdžiui, koduose Grotelės Leidžiami tik 6, 7 arba 8 deriniai, vaizduojantys pradinius duomenis, o likę deriniai draudžiami. Toks kodavimo perteklius reikalingas tam, kad modemas atpažintų klaidingus signalus, atsirandančius dėl iškraipymų dėl trukdžių, kurie telefono kanaluose, ypač dial-up, yra labai reikšmingi amplitudė ir ilgas laikas.
2.2.2. Skaitmeninis kodavimas
Skaitmeniniu būdu koduojant diskrečią informaciją, naudojami potencialo ir impulsų kodai.
Potencialiuose koduose loginiams vienetams ir nuliams atvaizduoti naudojama tik potenciali signalo reikšmė, o į jo lašus, kurie sudaro pilnus impulsus, neatsižvelgiama. Impulsiniai kodai leidžia pateikti dvejetainius duomenis arba kaip tam tikro poliškumo impulsus, arba kaip impulso dalį – potencialų skirtumą tam tikra kryptimi.
Reikalavimai skaitmeninio kodavimo metodams
Naudojant stačiakampius impulsus atskirai informacijai perduoti, būtina pasirinkti kodavimo metodą, kuris vienu metu pasiekia kelis tikslus:
Esant tokiai pačiai bitų spartai, jis turėjo mažiausią gauto signalo spektro plotį;
Suteikiama sinchronizacija tarp siųstuvo ir imtuvo;
Gebėjimas atpažinti klaidas;
Jo įgyvendinimas buvo mažas.
136 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
Siauresnis signalų spektras leidžia vienai ir ta pačiai linijai (su tuo pačiu pralaidumu) pasiekti didesnį duomenų perdavimo greitį. Be to, dažnai reikalaujama, kad signalo spektras neturėtų nuolatinės srovės komponento, tai yra, kad tarp siųstuvo ir imtuvo būtų nuolatinė srovė. Visų pirma, įvairių transformatorių grandinių naudojimas galvaninė izoliacija neleidžia praeiti nuolatinei srovei.
Siųstuvo ir imtuvo sinchronizavimas būtinas, kad imtuvas tiksliai žinotų, kuriuo momentu reikia nuskaityti naują informaciją iš ryšio linijos. Šią problemą sunkiau išspręsti tinkluose nei keičiantis duomenimis tarp arti esančių įrenginių, pavyzdžiui, tarp kompiuterių viduje esančių įrenginių arba tarp kompiuterio ir spausdintuvo. Mažais atstumais gerai veikia atskira laikrodžio ryšio linija pagrįsta schema (2.15 pav.), todėl informacija iš duomenų linijos pašalinama tik tuo metu, kai ateina laikrodžio impulsas. Tinkluose šios schemos naudojimas sukelia sunkumų dėl kabelių laidininkų charakteristikų nevienalytiškumo. Dideliais atstumais dėl netolygaus signalo sklidimo greičio laikrodžio impulsas gali pasirodyti taip vėlai arba prieš atitinkamą duomenų signalą, kad duomenų bitas praleidžiamas arba nuskaitomas dar kartą. Kita priežastis, kodėl tinklai atsisako naudoti laikrodžio impulsus, yra laidininkų taupymas brangiuose kabeliuose.
Todėl tinkluose naudojamas vadinamasis savaime sinchronizuojantys kodai, kurių signalai neša instrukcijas siųstuvui, kuriuo momentu reikia atpažinti kitą bitą (arba kelis bitus, jei kodas sufokusuotas į daugiau nei dvi signalo būsenas). Bet koks staigus signalo pokytis – vadinamasis kraštas – gali būti geras indikatorius imtuvo sinchronizavimui su siųstuvu.
Naudojant sinusoidus kaip nešlio signalą, gautas kodas turi savaiminio sinchronizavimo savybę, nes keičiant nešlio dažnio amplitudę imtuvas gali nustatyti įvesties kodo atsiradimo momentą.
Iškraipytus duomenis sunku atpažinti ir taisyti naudojant fizinio sluoksnio priemones, todėl dažniausiai šio darbo imasi aukščiau esantys protokolai: kanalas, tinklas, transportas ar programa. Kita vertus, klaidų atpažinimas fiziniame sluoksnyje taupo laiką, nes imtuvas nelaukia, kol kadras bus visiškai įdėtas į buferį, o iš karto jį išmeta, kai atpažįsta klaidingus kadro bitus.
Kodavimo metodams keliami reikalavimai yra vienas kitam prieštaraujantys, todėl kiekvienas iš toliau aptartų populiarių skaitmeninio kodavimo būdų turi savų privalumų ir trūkumų, lyginant su kitais.
______________________________2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai _______137
Potencialus kodas negrįždamas į nulį
Fig. 2.16, ir rodo anksčiau minėtą potencialų kodavimo metodą, dar vadinamą kodavimu negrįždamas į nulį (Non Return to Zero, NRZ). Pavardė atspindi tai, kad perduodant vienetų seką, per laikrodžio ciklą signalas negrįžta į nulį (kaip matysime toliau, kitais kodavimo būdais tokiu atveju grįžtama į nulį). NRZ metodas yra lengvai įgyvendinamas, turi gerą klaidų atpažinimą (dėl dviejų ryškiai skirtingų potencialų), tačiau neturi savaiminio sinchronizavimo savybės. Perduodant ilgą vienetų ar nulių seką, signalas linijoje nekinta, todėl imtuvas iš įvesties signalo negali nustatyti momentų, kada reikia dar kartą perskaityti duomenis. Net ir naudojant didelio tikslumo laikrodžio generatorių, imtuvas gali suklysti duomenų rinkimo momentu, nes dviejų generatorių dažniai niekada nėra visiškai identiški. Todėl esant dideliam duomenų perdavimo greičiui ir ilgoms vienetų arba nulių sekoms, mažas laikrodžio neatitikimas gali sukelti viso laikrodžio ciklo paklaidą ir atitinkamai nuskaitytą neteisingą bitų reikšmę.
Kitas rimtas NRZ metodo trūkumas yra žemo dažnio komponento buvimas, kuris artėja prie nulio perduodant ilgas vienetų arba nulių sekas. Dėl šios priežasties daugelis komunikacijos kanalų nesuteikia
138 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
Tie, kurie užtikrina tiesioginį galvaninį ryšį tarp imtuvo ir šaltinio, nepalaiko tokio kodavimo. Dėl to gryna NRZ kodas tinkluose nenaudojamas. Nepaisant to, naudojamos įvairios jo modifikacijos, kurios pašalina prastą NRZ kodo sinchronizavimą ir nuolatinio komponento buvimą. NRZ kodo patrauklumas, dėl kurio verta jį tobulinti, yra gana žemas pagrindinis dažnis fo, lygus N/2 Hz, kaip buvo parodyta ankstesniame skyriuje. Kituose kodavimo metoduose, tokiuose kaip Mančesteris, pagrindinė harmonika turi didesnį dažnį.
Dvipolio kodavimo metodas su alternatyvia inversija
Viena iš NRZ metodo modifikacijų yra metodas bipolinis kodavimas su alternatyvia inversija (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI).Šiuo metodu (2.16 pav., 6) Naudojami trys potencialo lygiai – neigiamas, nulis ir teigiamas. Norint užkoduoti loginį nulį, naudojamas nulinis potencialas, o loginis - teigiamas arba neigiamas, o kiekvieno naujo vieneto potencialas yra priešingas ankstesnio potencialui.
AMI kodas iš dalies pašalina DC ir savaiminio sinchronizavimo problemų, būdingų NRZ kodui, trūkumą. Tai atsitinka perduodant ilgas sekas. Tokiais atvejais signalas linijoje yra priešingai poliarizuotų impulsų seka, kurios spektras yra toks pat kaip ir NRZ kodas, perduodantys kintamus nulius ir vienetus, ty be pastovaus komponento ir su pagrindine N/2 Hz harmonika (kur N yra duomenų perdavimo sparta bitais). Ilgos nulių sekos AMI kodui taip pat pavojingos, kaip ir NRZ kodui – signalas išsigimsta į pastovų nulinės amplitudės potencialą. Todėl AMI kodą reikia tobulinti toliau, nors užduotis supaprastinta – belieka susitvarkyti su nulių sekomis.
Apskritai, naudojant skirtingus bitų derinius linijoje, naudojant AMI kodą gaunamas siauresnis signalo spektras nei NRZ kodas, taigi ir didesnė linijos talpa. Pavyzdžiui, perduodant kintamus vienetus ir nulius, pagrindinės harmonikos fo dažnis yra N/4 Hz. AMI kodas taip pat suteikia tam tikrų galimybių atpažinti klaidingus signalus. Taigi, griežto signalo poliškumo kaitos pažeidimas rodo klaidingą impulsą arba teisingo impulso dingimą iš linijos. Iškviečiamas netinkamo poliškumo signalas draudžiamas signalas (signalo pažeidimas).
AMI kodas naudoja ne du, o tris signalo lygius linijoje. Papildomam sluoksniui reikia padidinti siųstuvo galią maždaug 3 dB, kad būtų užtikrintas toks pat bitų tikslumas linijoje, o tai yra dažnas kodų su keliomis signalo būsenomis trūkumas, palyginti su kodais, skiriančiais tik dvi būsenas.
Potencialus kodas su inversija vienu
Yra kodas, panašus į AMI, bet tik su dviem signalo lygiais. Perduodamas nulį, jis perduoda potencialą, kuris buvo nustatytas ankstesniame cikle (tai yra jo nekeičia), o perduodamas vienetą potencialas apverčiamas priešingu. Šis kodas vadinamas potencialus kodas su inversija viename
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 139
(Non Return to Zero with one Inverted, NRZI).Šis kodas patogus tais atvejais, kai trečio signalo lygio naudojimas yra labai nepageidautinas, pavyzdžiui, optiniuose kabeliuose, kur nuosekliai atpažįstamos dvi signalo būsenos – šviesa ir tamsa. Norint pagerinti galimus kodus, tokius kaip AMI ir NRZI, naudojami du metodai. Pirmasis metodas pagrįstas perteklinių bitų, turinčių loginių, įtraukimu į šaltinio kodą. Akivaizdu, kad šiuo atveju ilgos nulių sekos nutrūksta ir kodas tampa savaime sinchronizuojamas bet kokiems perduodamiems duomenims. Taip pat išnyksta pastovus komponentas, o tai reiškia, kad signalo spektras dar labiau susiaurėja. Tačiau šis metodas sumažina naudingą linijos talpą, nes pertekliniai vartotojo informacijos vienetai nėra perduodami. Kitas metodas yra pagrįstas išankstiniu pradinės informacijos „sumaišymu“, kad tikimybė, kad eilutėje pasirodys vienetai ir nuliai, būtų artima. Tokią operaciją atliekantys įrenginiai arba blokai vadinami skremblerius(skraidymas - sąvartynas, netvarkingas surinkimas). Koduojant naudojamas gerai žinomas algoritmas, todėl imtuvas, gavęs dvejetainius duomenis, perduoda juos į iššifruotojas, kuri atkuria pradinę bitų seką. Šiuo atveju pertekliniai bitai per liniją neperduodami. Abu metodai susiję su loginiu, o ne fiziniu kodavimu, nes jie nenustato linijos signalų formos. Išsamiau jie nagrinėjami kitame skyriuje.
Bipolinis pulso kodas
Be potencialių kodų, tinkluose naudojami ir impulsiniai kodai, kai duomenys atvaizduojami pilnu impulsu arba jo dalimi – briauna. Paprasčiausias šio požiūrio atvejis yra bipolinis pulso kodas, kuriame vienas vaizduojamas vieno poliškumo impulsu, o nulis – kito (2.16 pav., V). Kiekvienas pulsas trunka pusę smūgio. Toks kodas pasižymi puikiomis savaiminio sinchronizavimo savybėmis, tačiau pastovus komponentas gali būti, pavyzdžiui, perduodant ilgą vienetų ar nulių seką. Be to, jo spektras yra platesnis nei potencialių kodų. Taigi, perduodant visus nulius arba vienetus, kodo pagrindinės harmonikos dažnis bus lygus N Hz, kuris yra du kartus didesnis už NRZ kodo pagrindinę harmoniką ir keturis kartus didesnis už AMI kodo pagrindinę harmoniką. kai perduodami kaitaliojantys vienetai ir nuliai. Dėl per plataus spektro bipolinis impulsų kodas naudojamas retai.
Mančesterio kodas
Vietiniuose tinkluose dar visai neseniai labiausiai paplitęs kodavimo būdas buvo vadinamasis Mančesterio kodas(2.16 pav., d). Jis naudojamas Ethernet ir Token Ring technologijose.
Mančesterio kodas naudoja potencialų skirtumą, tai yra impulso kraštą, kad užkoduotų vienetus ir nulius. Naudojant Mančesterio kodavimą, kiekvienas matas yra padalintas į dvi dalis. Informacija yra užkoduota potencialių kritimų, atsirandančių kiekvieno laikrodžio ciklo viduryje. Vienetas yra užkoduotas briauna nuo žemo signalo lygio iki aukšto, o nulį užkoduoja atvirkštinė briauna. Kiekvieno laikrodžio ciklo pradžioje gali nukristi viršutinis signalas, jei reikia pavaizduoti kelis vienetus arba nulius iš eilės. Kadangi signalas keičiasi bent kartą per laikrodžio ciklą perduodant vieną duomenų bitą, Mančesterio kodas yra geras
140 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai _____________________________________________
savaime sinchronizuojančios savybės. Mančesterio kodo pralaidumas yra siauresnis nei bipolinio impulso. Ji taip pat neturi nuolatinės srovės komponento, o pagrindinė harmonika blogiausiu atveju (perduodant vienetų arba nulių seką) turi N Hz dažnį, o geriausiu atveju (perduodant kintamus vienetus ir nulius) lygi N. / 2 Hz, kaip AMI arba NRZ Vidutiniškai Mančesterio kodo pralaidumas yra pusantro karto siauresnis nei dvipolio impulso kodo, o pagrindinė harmonika svyruoja maždaug 3N/4. Mančesterio kodas turi dar vieną pranašumą prieš bipolinį impulsų kodą. Pastarasis duomenų perdavimui naudoja tris signalo lygius, o Mančesterio – du.
Potencialus kodas 2B1Q
Fig. 2.16, d rodo potencialų kodą su keturiais signalo lygiais duomenims koduoti. Tai yra kodas 2В1Q kurio pavadinimas atspindi jo esmę – kas du bitai (2B) per vieną taktinį ciklą perduodami keturias būsenas (1Q) turinčiu signalu. Bitų pora 00 atitinka –2,5 V potencialą, 01 bitų pora – –0,833 V, I pora – +0,833 V, o pora 10 – +2,5 V potencialą. Su šiuo kodu metodu, reikalingos papildomos priemonės kovojant su ilgomis identiškų bitų porų sekomis, nes tokiu atveju signalas virsta pastoviu komponentu. Atsitiktinai sujungiant bitus, signalo spektras yra dvigubai siauresnis nei NRZ kodo, nes tuo pačiu bitų dažniu laikrodžio trukmė padvigubėja. Taigi, naudodami kodą 2B1Q, duomenis ta pačia linija galite perduoti du kartus greičiau nei naudodami AMI arba NRZI kodą. Tačiau norint jį įgyvendinti, siųstuvo galia turi būti didesnė, kad imtuvas aiškiai atskirtų keturis lygius trukdžių fone.
2.2.3. Loginis kodavimas
Loginis kodavimas naudojamas siekiant pagerinti galimus kodus, tokius kaip AMI, NRZI arba 2Q1B. Loginis kodavimas turi pakeisti ilgas bitų sekas, vedančias į pastovų potencialą, įsiterpusiais. Kaip minėta aukščiau, loginiam kodavimui būdingi du metodai – pertekliniai kodai ir kodavimas.
Pertekliniai kodai
Pertekliniai kodai yra pagrįsti pradinės bitų sekos suskaidymu į gabalus, dažnai vadinamus simboliais. Tada kiekvienas originalus simbolis pakeičiamas nauju, turinčiu daugiau bitų nei originalas. Pavyzdžiui, FDDI ir Fast Ethernet technologijose naudojamas 4V/5V loginis kodas pakeičia originalius 4 bitų simbolius 5 bitų simboliais. Kadangi gautuose simboliuose yra perteklinių bitų, bendras bitų kombinacijų skaičius juose yra didesnis nei pradiniuose. Taigi 4B/5B kode gautuose simboliuose gali būti 32 bitų derinių, o originaliuose simboliuose tik 16. Todėl gautame kode galima pasirinkti 16 tokių kombinacijų, kuriose nėra daug nulių, ir suskaičiuok likusius draudžiami kodai (kodo pažeidimas). Be to, kad pašalinamas pastovus komponentas ir suteikiamos kodo savaiminio sinchronizavimo savybės, pertekliniai kodai leidžia
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 141
imtuvas gali atpažinti sugadintus bitus. Jei imtuvas gauna neteisėtą kodą, tai reiškia, kad signalas linijoje buvo iškraipytas.
Žemiau pateikiamas šaltinio ir rezultato kodų 4B/5B atitikimas.
Tada 4B/5B kodas perduodamas linija naudojant fizinį kodavimą, naudojant vieną iš galimų kodavimo metodų, kuris yra jautrus tik ilgoms nulių sekoms. 4B/5B kodo simboliai, 5 bitų ilgio, garantuoja, kad nesvarbu, kaip jie būtų sujungti, eilutėje negali atsirasti daugiau nei trys nuliai iš eilės.
Raidė B kodo pavadinime reiškia, kad elementarus signalas turi 2 būsenas – iš anglų kalbos dvejetainio – dvejetainis. Taip pat yra kodų su trimis signalo būsenomis, pavyzdžiui, 8B/6T kode 8 bitų šaltinio informacijos kodavimui naudojamas 6 signalų kodas, kurių kiekvienas turi tris būsenas. 8B/6T kodo dubliavimas yra didesnis nei 4B/5B kodo, nes 256 šaltinio koduose yra 3 6 = 729 gaunami simboliai.
Peržvalgos lentelės naudojimas yra labai paprastas veiksmas, todėl šis metodas nepadaro sudėtingumo tinklo adapteriams ir jungiklių bei maršrutizatorių sąsajų blokams.
Kad būtų užtikrintas tam tikras linijos pajėgumas, perteklinį kodą naudojantis siųstuvas turi veikti padidintu laikrodžio dažniu. Taigi, norint perduoti 4B/5B kodus 100 Mb/s greičiu, siųstuvas turi veikti 125 MHz taktiniu dažniu. Tokiu atveju signalo spektras linijoje išsiplečia lyginant su tuo atveju, kai linija perduodamas grynas, neperteklinis kodas. Nepaisant to, perteklinio potencialo kodo spektras pasirodo siauresnis nei Mančesterio kodo spektras, o tai pateisina papildomą loginio kodavimo etapą, taip pat imtuvo ir siųstuvo veikimą padidintu laikrodžio dažniu.
Skraidymas
Duomenų maišymas naudojant kodavimo įrenginį prieš perduodant juos į eilutę naudojant potencialų kodą yra dar vienas loginio kodavimo būdas.
Iššifravimo metodai apima gauto kodo apskaičiavimą bitais po bitų, remiantis šaltinio kodo bitais ir gauto kodo bitais, gautais ankstesniais laikrodžio ciklais. Pavyzdžiui, kodavimo įrenginys gali įgyvendinti šį ryšį:
Bi - Ai 8 Bi-z f Bi. 5 ,
kur bi yra dvejetainis gauto kodo skaitmuo, gautas i-tuoju kodavimo įrenginio laikrodžio ciklu, ai yra dvejetainis šaltinio kodo skaitmuo, gautas i-uoju laikrodžio ciklu
142 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
kodavimo įrenginio įvestis, B^3 ir Bt .5 - dvejetainiai gauto kodo skaitmenys, gauti ankstesniuose kodavimo cikluose, atitinkamai 3 ir 5 laikrodžio ciklais anksčiau nei dabartinis laikrodžio ciklas, 0 - išskirtinė ARBA operacija (2 modulio papildymas) .
Pavyzdžiui, pradinei sekai 110110000001 kodavimo priemonė pateiks tokį rezultato kodą:
bi = ai - 1 (pirmieji trys gauto kodo skaitmenys sutaps su pradiniu, nes dar nėra būtinų ankstesnių skaitmenų)
Taigi kodavimo įrenginio išvestis bus seka 110001101111, kurioje nėra šešių nulių sekos šaltinio kode.
Gavęs gautą seką, imtuvas perduoda ją iššifravimo įrenginiui, kuris atkuria pradinę seką pagal atvirkštinį ryšį:
Skirtingi kodavimo algoritmai skiriasi terminų, suteikiančių gautą kodo skaitmenį, skaičiumi ir poslinkiu tarp terminų. Taigi ISDN tinkluose, perduodant duomenis iš tinklo abonentui, naudojama transformacija su 5 ir 23 pozicijų poslinkiais, o perduodant duomenis iš abonento į tinklą – su 18 ir 23 pozicijų poslinkiais.
Yra paprastesnių būdų, kaip tvarkyti vienetų sekas, taip pat klasifikuojamas kaip kodavimas.
Bipoliniam AMI kodui tobulinti naudojami du metodai, pagrįsti dirbtiniu nulių sekos iškraipymu neleistinais simboliais.
Fig. 2.17 paveiksle parodytas B8ZS (dvipolis su 8 nulių pakeitimu) ir HDB3 (didelio tankio dvipolio 3 nulių) metodo naudojimas AMI kodui reguliuoti. Šaltinio kodas susideda iš dviejų ilgų nulių sekų: pirmuoju atveju - nuo 8, o antruoju - nuo 5.
B8ZS kodas taiso tik sekas, kurias sudaro 8 nuliai. Norėdami tai padaryti, po pirmųjų trijų nulių vietoj likusių penkių nulių jis įterpia penkis skaitmenis: V-1*-0-V-1*. V čia reiškia vieneto signalą, kuris yra draudžiamas tam tikram poliškumo ciklui, ty signalą, kuris nekeičia ankstesnio vieneto poliškumo, 1* yra teisingo poliškumo vieneto signalas, o žvaigždutė žymi, kad
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 143
Faktas yra tas, kad šio ciklo šaltinio kode buvo ne vienetas, o nulis. Dėl to 8 laikrodžio ciklų metu imtuvas pastebi 2 iškraipymus – labai mažai tikėtina, kad tai atsitiko dėl linijos triukšmo ar kitų perdavimo gedimų. Todėl imtuvas tokius pažeidimus laiko 8 iš eilės nulių užkodavimu ir, gavęs, pakeičia juos originaliais 8 nuliais. B8ZS kodas yra sudarytas taip, kad jo pastovioji sudedamoji dalis būtų lygi nuliui bet kuriai dvejetainių skaitmenų sekai.
HDB3 kodas pataiso bet kokius keturis iš eilės pradinės sekos nulius. HDB3 kodo generavimo taisyklės yra sudėtingesnės nei B8ZS kodo. Kas keturi nuliai pakeičiami keturiais signalais, kuriuose yra vienas V signalas. Be to, pakeitimui naudojami du keturių ciklų kodų modeliai. Jei prieš pakeitimą šaltinio kode buvo nelyginis vienetų skaičius, tada naudojama OOOV seka, o jei vienetų skaičius buvo lyginis, naudojama seka 1*OOV.
Patobulinti kandidatų kodai turi gana siaurą pralaidumą bet kokioms vienetų ir nulių sekoms, kurios atsiranda perduodamuose duomenyse. Fig. 2.18 paveiksle pavaizduoti skirtingų kodų signalų spektrai, gauti perduodant savavališkus duomenis, kuriuose vienodai tikėtini įvairūs nulių ir vienetų deriniai šaltinio kode. Braižant grafikus, spektras buvo suvidurkintas visoms galimoms pradinių sekų rinkiniams. Natūralu, kad gauti kodai gali turėti skirtingą nulių ir vienetų pasiskirstymą. Iš pav. 2.18 rodo, kad potencialus NRZ kodas turi gerą spektrą su vienu trūkumu – jis turi pastovų komponentą. Kodai, gauti iš potencialo loginiu kodavimu, turi siauresnį spektrą nei Mančesteris, net esant padidintam laikrodžio dažniui (paveiksle 4B/5B kodo spektras turėtų maždaug sutapti su B8ZS kodu, bet jis pasislinkęs
144 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
į aukštesnių dažnių sritį, nes jo laikrodžio dažnis, palyginti su kitais kodais, padidėja 1/4). Tai paaiškina galimų perteklinių ir užšifruotų kodų naudojimą šiuolaikinėse technologijose, tokiose kaip FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN ir kt., o ne Mančesterio ir dvipolio impulsinio kodavimo.
2.2.4. Diskretus analoginių signalų moduliavimas
Viena pagrindinių tinklo technologijų plėtros tendencijų – tiek diskrečiųjų, tiek analoginių duomenų perdavimas viename tinkle. Diskrečiųjų duomenų šaltiniai yra kompiuteriai ir kiti skaičiavimo įrenginiai, o analoginių duomenų šaltiniai – tokie įrenginiai kaip telefonai, vaizdo kameros, garso ir vaizdo atkūrimo įranga. Ankstyvosiose šios problemos sprendimo stadijose teritoriniuose tinkluose visų tipų duomenys buvo perduodami analogine forma, o diskretiško pobūdžio kompiuteriniai duomenys buvo konvertuojami į analoginę formą naudojant modemus.
Tačiau tobulėjant analoginių duomenų rinkimo ir perdavimo technologijai tapo aišku, kad jų perdavimas analogine forma nepagerina kitame laido gale gaunamų duomenų kokybės, jei perdavimo metu jie buvo gerokai iškraipyti. Pats analoginis signalas nerodo, kad įvyko iškraipymas ar kaip jį ištaisyti, nes signalo forma gali būti bet kokia, įskaitant ir imtuvo aptiktą. Linijų, ypač teritorinių, kokybės gerinimas reikalauja milžiniškų pastangų ir investicijų. Todėl analoginė garso ir vaizdo įrašymo ir perdavimo technologija buvo pakeista skaitmenine. Ši technika naudoja vadinamąjį diskrečiąjį originalių laiko nepertraukiamų analoginių procesų moduliavimą.
Diskretieji moduliavimo metodai yra pagrįsti nepertraukiamų procesų amplitudės ir laiko atranka (2.19 pav.). Pažvelkime į kibirkšties moduliavimo principus naudodami pavyzdį impulsų kodo moduliavimas, PCM (impulso amplitudės moduliavimas, PAM), kuri plačiai naudojama skaitmeninėje telefonijoje.
Pradinės tolydžios funkcijos amplitudė matuojama tam tikru periodu – dėl to laike atsiranda diskretizacija. Tada kiekvienas matavimas vaizduojamas kaip tam tikro bitų gylio dvejetainis skaičius, o tai reiškia diskretavimą pagal funkcijų reikšmes - nuolatinis galimų amplitudės reikšmių rinkinys pakeičiamas atskiru jo reikšmių rinkiniu. Panašią funkciją atliekantis įrenginys vadinamas analoginis-skaitmeninis keitiklis (ADC). Po to matavimai perduodami ryšio kanalais vienetų ir nulių seka. Šiuo atveju naudojami tie patys kodavimo metodai, kaip ir perduodant iš pradžių diskrečią informaciją, tai yra, pavyzdžiui, metodai, pagrįsti B8ZS arba 2B1Q kodu.
Priimančiojoje linijos pusėje kodai konvertuojami į pradinę bitų seką ir iškviečiama speciali įranga keitiklis iš skaitmeninio į analogą (DAC), demoduliuoja suskaitmenintas nuolatinio signalo amplitudes, atkurdamas pirminę nuolatinio laiko funkciją.
Diskreti moduliacija yra pagrįsta Nyquist-Kotelnikovo kartografavimo teorija. Remiantis šia teorija, analoginė nuolatinio laiko funkcija, perduodama kaip jos laiko diskrečiųjų reikšmių seka, gali būti tiksliai atkurta, jei diskretizavimo dažnis buvo du ar daugiau kartų didesnis už pradinės funkcijos aukščiausio harmoninio spektro dažnį.
Jei ši sąlyga neįvykdyta, atkurta funkcija labai skirsis nuo pradinės.
Skaitmeninių analoginės informacijos įrašymo, atkūrimo ir perdavimo metodų pranašumas yra galimybė kontroliuoti duomenų, nuskaitomų iš laikmenos arba gaunamų per ryšio liniją, tikslumą. Norėdami tai padaryti, galite naudoti tuos pačius metodus, kurie naudojami kompiuterio duomenims (ir išsamiau aptariami toliau) - apskaičiuojant kontrolinę sumą, pakartotinai persiunčiant sugadintus kadrus, naudojant savaime taisančius kodus.
Aukštos kokybės balso perdavimui PCM metodas naudoja 8000 Hz garso virpesių amplitudės kvantavimo dažnį. Taip yra dėl to, kad analoginėje telefonijoje balso perdavimui buvo pasirinktas diapazonas nuo 300 iki 3400 Hz, kuris pakankamai kokybiškai perteikia visas pagrindines pašnekovų harmonikas. Pagal Nyquist-Koteltkov teorema aukštos kokybės balso perdavimui
146 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
pakanka pasirinkti diskretizavimo dažnį, kuris yra du kartus didesnis už didžiausią nuolatinio signalo harmoniką, tai yra 2 x 3400 = 6800 Hz. Faktiškai pasirinktas 8000 Hz diskretizavimo dažnis suteikia tam tikrą kokybės ribą. PCM metodas paprastai naudoja 7 arba 8 kodo bitus, kad pavaizduotų vieno mėginio amplitudę. Atitinkamai, tai suteikia 127 arba 256 garso signalo gradacijas, kurių visiškai pakanka kokybiškam balso perdavimui. Naudojant PCM metodą, vienam balso kanalui reikalingas 56 arba 64 Kbps pralaidumas, priklausomai nuo to, kiek bitų yra pavaizduotas kiekvienas pavyzdys. Jei naudojamas šiems tikslams
7 bitai, tada, kai matavimo perdavimo dažnis yra 8000 Hz, gauname:
8000 x 7 = 56000 bps arba 56 Kbps; ir 8 bitų atveju:
8000 x 8 – 64000 bps arba 64 Kbps.
Standartas yra 64 Kbps skaitmeninis kanalas, dar vadinamas elementarus skaitmeninių telefono tinklų kanalas.
Nepertraukiamo signalo perdavimas diskrečiu pavidalu reikalauja, kad tinklai griežtai laikytųsi 125 μs laiko intervalo (atitinkančio 8000 Hz atrankos dažnį) tarp gretimų matavimų, tai yra, tam reikia sinchroninio duomenų perdavimo tarp tinklo mazgų. Jei gaunamų matavimų sinchronizavimas nepalaikomas, pradinis signalas atkuriamas neteisingai, o tai lemia skaitmeniniais tinklais perduodamos balso, vaizdo ar kitos multimedijos informacijos iškraipymą. Taigi, 10 ms sinchronizavimo iškraipymas gali sukelti „aido“ efektą, o poslinkiai tarp matavimų 200 ms lemia ištartų žodžių atpažinimo praradimą. Tuo pačiu metu vieno matavimo praradimas, išlaikant sinchroniškumą tarp kitų matavimų, praktiškai neturi jokios įtakos atkuriamam garsui. Taip nutinka dėl išlyginimo įtaisų skaitmeniniuose į analoginius keitikliuose, kurie yra pagrįsti bet kokio fizinio signalo inercijos savybe – garso virpesių amplitudė negali akimirksniu pasikeisti dideliu kiekiu.
Signalo kokybei po DAC įtakos turi ne tik į jo įvestį gaunamų matavimų sinchronizavimas, bet ir šių matavimų amplitudių atrankos paklaida.
Nyquist-Kotelnikovo teoremos 8 skiltyje daroma prielaida, kad funkcijos amplitudės išmatuotos tiksliai, tuo pačiu metu, naudojant ribotos bitų talpos dvejetainius skaičius jiems saugoti, šias amplitudes šiek tiek iškraipoma. Atitinkamai rekonstruotas nuolatinis signalas yra iškraipomas, kuris vadinamas diskretizavimo triukšmu (amplitude).
Yra ir kitų diskrečiųjų moduliavimo metodų, kurie gali pateikti balso matavimus kompaktiškesne forma, pavyzdžiui, 4 bitų arba 2 bitų skaičių seka. Tokiu atveju vienam balso kanalui reikia mažesnio pralaidumo, pavyzdžiui, 32 Kbps, 16 Kbps ar net mažiau. Nuo 1985 m. naudojamas CCITT balso kodavimo standartas, vadinamas Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM). ADPCM kodai yra pagrįsti skirtumų tarp nuoseklių balso matavimų, kurie vėliau perduodami tinklu, nustatymu. ADPCM kodas naudoja 4 bitus vienam skirtumui išsaugoti ir perduoda balsą 32 Kbps greičiu. Modernesnis metodas – linijinis nuspėjamasis kodavimas (LPC) – rečiau atrenka pradinę funkciją, tačiau naudoja metodus signalo amplitudės kitimo krypčiai numatyti. Naudodami šį metodą galite sumažinti balso perdavimo greitį iki 9600 bps.
2.2. Atskirų duomenų perdavimo fiziniu lygiu metodai 147
Skaitmenine forma pateikiami nuolatiniai duomenys gali būti lengvai perduodami kompiuterių tinklu. Norėdami tai padaryti, pakanka įdėti kelis matavimus į kokios nors standartinės tinklo technologijos rėmelį, pateikti kadre teisingą paskirties adresą ir išsiųsti jį gavėjui. Gavėjas turi išgauti iš kadro matavimus ir pateikti juos kvantavimo dažniu (balsui – 8000 Hz dažniu) į skaitmeninį-analoginį keitiklį. Kai ateina kiti kadrai su balso matavimais, operacija turi būti kartojama. Jei kadrai atkeliauja pakankamai sinchroniškai, balso kokybė gali būti gana aukšta. Tačiau, kaip jau žinome, kadrai kompiuterių tinkluose gali vėluoti tiek galiniuose mazguose (laukiant prieigos prie bendro naudojimo), tiek tarpiniuose ryšio įrenginiuose – tiltuose, komutatoriuose ir maršrutizatoriuose. Todėl balso kokybė, perduodama skaitmeniniu būdu kompiuterių tinklais, dažniausiai yra prasta. Aukštos kokybės suskaitmenintų nuolatinių signalų – balso, vaizdo – perdavimui šiandien naudojami specialūs skaitmeniniai tinklai, tokie kaip ISDN, ATM, skaitmeninės televizijos tinklai. Nepaisant to, įmonių viduje vykstančių telefono pokalbių perdavimui šiandien būdingi kadrų perdavimo tinklai, kurių kadrų perdavimo delsos patenka į priimtinas ribas.
2.2.5. Asinchroninis ir sinchroninis perdavimas
Keičiant duomenis fiziniame lygmenyje, informacijos vienetas yra bitas, todėl fizinis sluoksnis visada palaiko bitų sinchronizaciją tarp imtuvo ir siųstuvo.
Duomenų ryšio sluoksnis veikia duomenų rėmeliuose ir užtikrina imtuvo ir siųstuvo kadrų lygio sinchronizavimą. Imtuvo pareigos apima pirmojo kadro baito pradžios atpažinimą, kadro laukų ribų atpažinimą ir kadro pabaigos atpažinimą.
Paprastai pakanka užtikrinti sinchronizaciją šiais dviem lygiais – bitų ir kadrų – kad siųstuvas ir imtuvas galėtų užtikrinti stabilų informacijos mainus. Tačiau kai ryšio linijos kokybė yra prasta (dažniausiai tai taikoma telefono ryšio kanalams), baitų lygiu įvedamos papildomos sinchronizavimo priemonės, leidžiančios sumažinti įrangos kainą ir padidinti duomenų perdavimo patikimumą.
Šis veikimo būdas vadinamas asinchroninis arba startas-stop. Kita šio veikimo režimo naudojimo priežastis yra įrenginių, kurie atsitiktiniu laiku generuoja duomenų baitus. Taip veikia ekrano ar kito galinio įrenginio klaviatūra, iš kurios žmogus įveda duomenis apdoroti kompiuteriu.
Asinchroniniu režimu kiekvieną duomenų baitą lydi specialūs „start“ ir „stop“ signalai (2.20 pav., A).Šių signalų paskirtis, pirma, informuoti imtuvą apie duomenų gavimą ir, antra, suteikti imtuvui pakankamai laiko atlikti kai kurias su sinchronizacija susijusias funkcijas, kol ateina kitas baitas. Pradinio signalo trukmė yra vienas laikrodžio intervalas, o sustabdymo signalas gali trukti vieną, pusantro ar du laikrodžio periodus, todėl sakoma, kad kaip sustabdymo signalas naudojamas vienas, pusantro arba du bitai. , nors šie signalai neatspindi vartotojo bitų.
Aprašytas režimas vadinamas asinchroniniu, nes kiekvienas baitas gali būti šiek tiek pasislinkęs laike, palyginti su ankstesnio bitų laikrodžiais.
148 2 skyrius Diskretaus duomenų perdavimo pagrindai
baitas. Šis asinchroninis baitų perdavimas neturi įtakos gautų duomenų teisingumui, nes kiekvieno baito pradžioje dėl „pradžios“ bitų atsiranda papildoma imtuvo sinchronizacija su šaltiniu. Daugiau "laisvų" laiko nuokrypių lemia mažą asinchroninės sistemos įrangos kainą.
Sinchroninio perdavimo režimu tarp kiekvienos baitų poros nėra pradžios-stop bitų. Vartotojo duomenys renkami į kadrą, prieš kurį pateikiami sinchronizacijos baitai (2.20 pav., b). Sinchronizavimo baitas yra baitas, turintis žinomą kodą, pvz., 0111110, kuris praneša gavėjui apie duomenų rėmelio atėjimą. Jį gavęs imtuvas turi įvesti baitų sinchronizaciją su siųstuvu, tai yra teisingai suprasti kito kadro baito pradžią. Kartais naudojami keli sinchronizavimo baitai, kad būtų užtikrintas patikimesnis imtuvo ir siųstuvo sinchronizavimas. Kadangi perduodant ilgą kadrą imtuvas gali turėti problemų su bitų sinchronizavimu, tokiu atveju naudojami savaime sinchronizuojantys kodai.
» Perduodant diskrečius duomenis siaurajuosčiu balso dažnio kanalu, naudojamu telefonijoje, tinkamiausi metodai yra analoginė moduliacija, kai nešlio sinusoidas moduliuojamas originalia dvejetainių skaitmenų seka. Šią operaciją atlieka specialūs įrenginiai – modemai.
* Mažos spartos duomenų perdavimui taikomas nešiklio sinusoido dažnio pakeitimas. Didesnės spartos modemai veikia taikant kombinuotus kvadratinės amplitudės moduliacijos (QAM) metodus, kuriems būdingi 4 nešiklio sinusoidinės amplitudės lygiai ir 8 fazės lygiai. Ne visos iš 32 galimų QAM metodo kombinacijų naudojamos duomenims perduoti. Draudžiami deriniai leidžia atpažinti iškraipytus duomenis fiziniu lygmeniu.
* Plačiajuosčio ryšio kanaluose naudojami potencialų ir impulsų kodavimo metodai, kuriuose duomenys atvaizduojami skirtingais pastovaus signalo potencialo lygiais arba impulso ar jo fronto poliškumu.
* Naudojant potencialius kodus, imtuvo sinchronizavimo su siųstuvu užduotis yra ypač svarbi, nes perduodant ilgas nulių ar vienetų sekas, signalas imtuvo įėjime nesikeičia ir imtuvui sunku nustatyti momentą. gauti kitą duomenų bitą.
___________________________________________2.3. Duomenų ryšio sluoksnio perdavimo metodai _______149
* Paprasčiausias potencialo kodas yra negrįžimo į nulį (NRZ) kodas, tačiau jis nėra savaime įsijungiantis ir sukuria nuolatinės srovės komponentą.
» Populiariausias impulsinis kodas yra Mančesterio kodas, kuriame informacija perduodama signalo kritimo kryptimi kiekvieno laikrodžio ciklo viduryje. Mančesterio kodas naudojamas Ethernet ir Token Ring technologijose.
» Siekiant pagerinti potencialaus NRZ kodo savybes, naudojami loginio kodavimo metodai, kurie pašalina ilgas nulių sekas. Šie metodai yra pagrįsti:
Dėl perteklinių bitų įvedimo į pradinius duomenis (4B/5B tipo kodai);
Pradinių duomenų šifravimas (2B1Q tipo kodai).
» Patobulinti potencialūs kodai turi siauresnį spektrą nei impulsiniai kodai, todėl jie naudojami didelės spartos technologijose, tokiose kaip FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.