Metode prijenosa na fizičkom sloju. Prijenos diskretnih podataka na fizičkom sloju

Tema 2. Fizički sloj

Plan

Teorijske osnove prijenosa podataka

Informacije se mogu prenijeti preko žica promjenom neke fizičke veličine, poput napona ili struje. Predstavljanjem vrijednosti napona ili struje kao jednovrijedne funkcije vremena, moguće je modelirati ponašanje signala i podvrgnuti ga matematičkoj analizi.

Fourierova serija

Početkom 19. stoljeća, francuski matematičar Jean-Baptiste Fourier dokazao je da se svaka periodična funkcija s periodom T može proširiti u niz (moguće beskonačan) koji se sastoji od zbira sinusa i kosinusa:
(2.1)
gdje je osnovna frekvencija (harmonik), i su amplitude sinusa i kosinusa n-tog harmonika, a c je konstanta. Takva ekspanzija se naziva Fourierov red. Funkcija proširena u Fourierov red može se obnoviti elementima ovog niza, odnosno ako su poznati period T i amplitude harmonika, tada se izvorna funkcija može vratiti pomoću sume niza (2.1).
Informacijski signal koji ima konačno trajanje (svi informacijski signali imaju konačno trajanje) može se proširiti u Fourierov niz ako zamislimo da se cijeli signal ponavlja beskonačno iznova i iznova (tj. interval od T do 2T potpuno ponavlja interval od 0 do T, itd.).
Amplitude se mogu izračunati za bilo koju datu funkciju. Da biste to učinili, trebate pomnožiti lijevu i desnu stranu jednačine (2.1) sa, a zatim integrirati od 0 do T. Pošto:
(2.2)
ostao je samo jedan član serije. Linija potpuno nestaje. Slično, množenjem jednačine (2.1) sa i integracijom tokom vremena od 0 do T, mogu se izračunati vrijednosti. Ako integriramo oba dijela jednačine bez promjene, možemo dobiti vrijednost konstante With. Rezultati ovih radnji će biti sljedeći:
(2.3.)

Upravljani medij za pohranu

Svrha fizičkog sloja mreže je prijenos sirovog toka bitova s jedne mašine na drugu. Različiti fizički mediji, koji se nazivaju i mediji za širenje signala, mogu se koristiti za prijenos. Svaki od njih ima karakterističan skup propusnosti, kašnjenja, cijene i jednostavnosti instalacije i korištenja. Mediji se mogu podijeliti u dvije grupe: upravljivi mediji kao što su bakarna žica i optički kabel, i neupravljani mediji kao što su radio i laserski snop prijenosa bez kabela.

Magnetni mediji

Jedan od najlakših načina za prijenos podataka s jednog računala na drugi je da ih zapišete na traku ili drugi prenosivi medij (kao što je DVD koji se može ponovno upisivati), fizički prenijeti te trake i diskove na odredište i tamo ih pročitati.
Visoka propusnost. Standardni Ultrium kazeta trake drži 200 GB. Oko 1000 ovih kaseta smješteno je u kutiju 60x60x60, što daje ukupan kapacitet od 1600 Tbit (1,6 Pbit). Kutija kaseta može biti isporučena unutar SAD-a u roku od 24 sata putem Federal Expressa ili druge kompanije. Efektivni propusni opseg za ovaj prenos je 1600 Tbps/86400 s, ili 19 Gbps. Ako je odredište udaljeno samo sat vremena, onda će propusnost biti preko 400 Gbps. Ni jedna kompjuterska mreža još nije u stanju da se približi ovakvim pokazateljima.
Profitabilnost. Veleprodajna cijena kasete je oko 40 dolara. Kutija traka koštaće 4.000 dolara, a ista traka se može koristiti desetine puta. Dodajmo $1000 za isporuku (zapravo, mnogo manje) i dobijemo oko $5000 za prijenos 200 TB, ili 3 centa po gigabajtu.
Nedostaci. Iako je brzina prijenosa podataka pomoću magnetnih traka odlična, međutim, količina kašnjenja u takvom prijenosu je vrlo velika. Vrijeme prijenosa se mjeri u minutama ili satima, a ne u milisekundama. Mnoge aplikacije zahtijevaju trenutni odgovor udaljenog sistema (u povezanom načinu rada).

upredeni par

Upredeni par se sastoji od dvije izolirane bakarne žice tipičnog prečnika od 1 mm. Žice se uvijaju jedna oko druge u obliku spirale. Ovo vam omogućava da smanjite elektromagnetnu interakciju nekoliko susjednih upredenih parova.
Aplikacija - telefonska linija, kompjuterska mreža. Može prenositi signal bez slabljenja snage na udaljenosti od nekoliko kilometara. Za veće udaljenosti su potrebni repetitori. Kombinuju se u kabl, sa zaštitnim premazom. Par žica je upleten u kabel kako bi se izbjeglo preklapanje signala. Mogu se koristiti za prijenos analognih i digitalnih podataka. Širina pojasa ovisi o promjeru i dužini žice, ali u većini slučajeva, nekoliko megabita u sekundi može se postići na udaljenostima od nekoliko kilometara. Zbog prilično velikog propusnog opsega i niske cijene, kablovi upredene parice se široko koriste i najvjerovatnije će biti popularni i u budućnosti.
Kablovi sa upredenim paricama dolaze u nekoliko oblika, od kojih su dva posebno važna u oblasti računarskog umrežavanja. Upredeni par kategorije 3 (CAT 3) sastoji se od dvije izolirane žice upredene zajedno. Četiri takva para se obično stavljaju zajedno u plastičnu školjku.
Upredeni par kategorije 5 (CAT 5) sličan je upredenom paru kategorije 3, ali ima više zavoja po centimetru dužine žice. Ovo omogućava dalje smanjenje smetnji između različitih kanala i pruža poboljšani kvalitet prenosa signala na velikim udaljenostima (slika 1).

Rice. 1. UTP kategorija 3 (a), UTP kategorija 5 (b).
Sve ove vrste veza se često nazivaju UTP (unshielded twisted pair - unshielded twisted pair)
Oklopljeni kablovi sa upredenim paricama iz IBM-a nisu postali popularni izvan IBM-a.

Koaksijalni kabl

Drugi uobičajeni način prijenosa podataka je koaksijalni kabel. Bolje je zaštićen od upredenog para, tako da može prenositi podatke na veće udaljenosti pri većim brzinama. U širokoj su upotrebi dvije vrste kablova. Jedan od njih, 50-omski, obično se koristi za prijenos isključivo digitalnih podataka. Druga vrsta kabla, 75-om, često se koristi za prenos analognih informacija, kao iu kablovskoj televiziji.
Presjek kabla prikazan je na slici 2.

Rice. 2. Koaksijalni kabl.
Dizajn i posebna vrsta oklopa koaksijalnog kabla obezbeđuju visok propusni opseg i odličnu otpornost na buku. Maksimalna propusnost zavisi od kvaliteta, dužine i odnosa signal/šum linije. Moderni kablovi imaju propusni opseg od oko 1 GHz.
Primena - telefonski sistemi (mrežni), kablovska televizija, regionalne mreže.

optička vlakna

Trenutna tehnologija optičkih vlakana može dostići brzinu podataka do 50.000 Gb/s (50 Tb/s), a mnogi ljudi traže bolje materijale. Današnje praktično ograničenje od 10 Gbps je zbog nemogućnosti bržeg pretvaranja električnih signala u optičke signale i obrnuto, iako je 100 Gbps na jednom vlaknu već postignuto u laboratorijskim uslovima.
Sistem za prijenos podataka optičkim vlaknima sastoji se od tri glavne komponente: izvora svjetlosti, nosača kroz koji se svjetlosni signal širi i prijemnika ili detektora signala. Svjetlosni puls se uzima kao jedan, a odsustvo impulsa se uzima kao nula. Svjetlost se širi u ultra tankom staklenom vlaknu. Kada svjetlost udari u njega, detektor generiše električni impuls. Pričvršćivanjem izvora svjetlosti na jedan kraj optičkog vlakna i detektora na drugi, dobija se jednosmjerni sistem prijenosa podataka.
Prilikom odašiljanja svjetlosnog signala koristi se svojstvo refleksije i prelamanja svjetlosti pri prelasku iz 2 medija. Dakle, kada se svjetlost dovodi pod određenim uglom u odnosu na granicu medija, svjetlosni snop se potpuno odbija i zaključava u vlaknu (slika 3).

Rice. 3. Svojstvo prelamanja svjetlosti.
Postoje 2 vrste optičkog kabla: višemodni - prenosi snop svjetlosti, jednomodni - tanak do granice od nekoliko valnih dužina, djeluje gotovo kao valovod, svjetlost se kreće pravolinijski bez refleksije. Današnje single-mode optičke veze mogu raditi na 50 Gbps na udaljenostima do 100 km.
U komunikacionim sistemima se koriste tri opsega talasnih dužina: 0,85, 1,30 i 1,55 µm, respektivno.
Struktura optičkog kabla je slična koaksijalnoj žici. Jedina razlika je u tome što prvi nema rešetku za sijanje.
U središtu jezgre optičkog vlakna nalazi se stakleno jezgro kroz koje se širi svjetlost. Višemodno vlakno ima prečnik jezgre od 50 µm, što je otprilike debljina ljudske kose. Jezgra jednomodnog vlakna ima prečnik od 8 do 10 µm. Jezgro je prekriveno slojem stakla sa nižim indeksom prelamanja od jezgre. Dizajniran je tako da pouzdanije spriječi izlazak svjetlosti iz jezgre. Vanjski sloj je plastična školjka koja štiti staklo. Jezgra optičkih vlakana obično su grupirana u snopove zaštićene vanjskim omotačem. Slika 4 prikazuje trožilni kabl.

Rice. 4. Trožilni optički kabl.
U slučaju prekida, spajanje segmenata kabla može se izvesti na tri načina:

Na kraj kabla se može pričvrstiti poseban konektor kojim se kabl ubacuje u optičku utičnicu. Gubitak je 10-20% intenziteta svjetlosti, ali olakšava promjenu konfiguracije sistema.

Spajanje - dva uredno odrezana kraja kabla polažu se jedan pored drugog i stežu posebnim rukavom. Poboljšani prijenos svjetlosti postiže se poravnavanjem krajeva kabla. Gubitak - 10% snage svjetlosti.

Fuzija. Praktično nema gubitaka.

Za prijenos signala preko optičkog kabla mogu se koristiti dvije vrste izvora svjetlosti: diode koje emituju svjetlost (LED, Light Emitting Diode) i poluvodički laseri. Njihove uporedne karakteristike su date u tabeli 1.

Tabela 1.
Uporedna tabela upotrebe LED i poluprovodničkih lasera
Prijemni kraj optičkog kabla je fotodioda koja generiše električni impuls kada svjetlost padne na njega.

Uporedne karakteristike optičkog kabla i bakrene žice.

Optičko vlakno ima nekoliko prednosti:

Velika brzina.

Manje slabljenja signala, manje izlaza repetitora (jedan na 50 km, a ne 5)

Inertan na spoljašnje elektromagnetno zračenje, hemijski neutralan.

Lakši po težini. 1000 bakrenih upredenih parica dužine 1 km teži oko 8000 kg. Par optičkih kablova teži samo 100 kg sa većim propusnim opsegom

Niski troškovi polaganja

Nedostaci:

Teškoća i kompetentnost u instalaciji.

prijenos u simpleks modu, potrebno je najmanje 2 žice između mreža.

Bežična veza

elektromagnetnog spektra

Kretanje elektrona stvara elektromagnetne valove koji se mogu širiti u svemiru (čak i u vakuumu). Broj oscilacija elektromagnetnih oscilacija u sekundi naziva se frekvencija i mjeri se u hercima. Udaljenost između dva uzastopna maksimuma (ili niskog nivoa) naziva se valna dužina. Ova vrijednost se tradicionalno označava grčkim slovom (lambda).
Ako je antena odgovarajuće veličine uključena u električni krug, tada prijemnik može uspješno primiti elektromagnetne valove na određenoj udaljenosti. Svi bežični komunikacioni sistemi su zasnovani na ovom principu.
U vakuumu, svi elektromagnetski valovi putuju istom brzinom, bez obzira na njihovu frekvenciju. Ova brzina se zove brzina svjetlosti, - 3*108 m/s. U bakru ili staklu brzina svjetlosti je oko 2/3 ove vrijednosti, a malo ovisi i o frekvenciji.
Odnos količina i:

Ako se frekvencija () mjeri u MHz, a valna dužina () u metrima onda.
Ukupnost svih elektromagnetnih talasa čini takozvani kontinuirani spektar elektromagnetnog zračenja (slika 5). Radio, mikrotalasna, infracrvena i vidljiva svetlost mogu se koristiti za prenos informacija korišćenjem amplitude, frekvencije ili fazne modulacije talasa. Ultraljubičasti, rendgenski i gama zraci bi bili još bolji zbog svojih visokih frekvencija, ali ih je teško generirati i modulirati, slabo prolaze kroz zgrade, a uz to su opasni za sva živa bića. Zvanični naziv opsega dat je u tabeli 6.

Rice. 5. Elektromagnetski spektar i njegova primjena u komunikacijama.
Tabela 2.
Zvanični nazivi ITU opsega
Količina informacija koju elektromagnetski talas može prenijeti povezana je s frekvencijskim opsegom kanala. Moderne tehnologije omogućavaju kodiranje nekoliko bitova po hercu na niskim frekvencijama. Pod određenim uslovima, ovaj broj se može povećati osam puta na visokim frekvencijama.
Poznavajući širinu opsega talasnih dužina, moguće je izračunati odgovarajući frekvencijski opseg i brzinu prenosa podataka.

Primjer: Za raspon optičkih kablova od 1,3 mikrona, onda. Tada se ispostavilo da pri 8 bps možete dobiti brzinu prijenosa od 240 Tbps.

Radio komunikacija

Radio talase je lako generisati, putuju na velike udaljenosti, prolaze kroz zidove, obilaze zgrade, šire se u svim pravcima. Svojstva radio talasa zavise od frekvencije (slika 6). Kada rade na niskim frekvencijama, radio talasi dobro prolaze kroz prepreke, ali jačina signala u vazduhu naglo opada kako se udaljavate od predajnika. Odnos snage i udaljenosti od izvora izražava se otprilike na sljedeći način: 1/r2. Na visokim frekvencijama, radio talasi uglavnom putuju samo pravolinijski i odbijaju se od prepreka. Osim toga, apsorbira ih, na primjer, kiša. Radio signali bilo koje frekvencije su podložni smetnjama od motora s varnicom i druge električne opreme.

Rice. 6. Talasi VLF, LF, MF opsega obilaze hrapavost zemljine površine (a), talasi HF i VHF opsega se reflektuju od jonosfere i apsorbuju od zemlje (b).

Komunikacija u mikrotalasnom opsegu

Na frekvencijama iznad 100 MHz, radio talasi se šire gotovo pravolinijski, tako da se mogu fokusirati u uske snopove. Koncentracija energije u obliku uskog snopa pomoću paraboličke antene (poput poznate satelitske antene) dovodi do poboljšanja omjera signal-šum, međutim, za takvu vezu, antene za odašiljanje i prijem moraju biti prilično precizno usmjereni jedno prema drugom.
Za razliku od radio talasa nižih frekvencija, mikrotalasi ne prolaze dobro kroz zgrade. Mikrovalni radio je postao toliko naširoko korišten u telefoniji na daljinu, mobilnim telefonima, televizijskim emisijama i drugim područjima da je postojao ozbiljan nedostatak propusnog opsega.
Ova veza ima niz prednosti u odnosu na optičko vlakno. Glavna je da nema potrebe za polaganjem kabla, pa shodno tome, nema potrebe za plaćanjem zakupa zemljišta duž signalne staze. Dovoljno je kupiti male parcele na svakih 50 km i na njih postaviti relejne stubove.

Infracrveni i milimetarski talasi

Infracrveno i milimetarsko zračenje bez upotrebe kabla široko se koristi za komunikaciju na kratkim udaljenostima (na primjer, daljinski upravljači). Relativno su usmjereni, jeftini i jednostavni za instalaciju, ali neće proći kroz čvrste predmete.
Komunikacija u infracrvenom opsegu se koristi u desktop računarskim sistemima (na primer, za povezivanje laptopa sa štampačima), ali još uvek ne igra značajnu ulogu u telekomunikacijama.

Komunikacijski sateliti

Koriste se E tipovi satelita: geostacionarni (GEO), srednja visina (MEO) i niska orbita (LEO) (slika 7).

Rice. 7. Komunikacioni sateliti i njihova svojstva: visina orbite, kašnjenje, broj satelita potrebnih za pokrivanje cijele površine globusa.

Javna komutirana telefonska mreža

Struktura telefonskog sistema

Struktura tipične telefonske komunikacijske rute na srednjim udaljenostima prikazana je na slici 8.

Rice. 8. Tipična komunikaciona ruta sa prosječnom udaljenosti između pretplatnika.

Lokalne linije: modemi, ADSL, bežični

Pošto računar radi sa digitalnim signalom, a lokalna telefonska linija je prenos analognog signala, modemski uređaj se koristi za pretvaranje digitalnog u analogni i obrnuto, a sam proces se naziva modulacija/demodulacija (Sl. 9) .

Rice. 9. Upotreba telefonske linije prilikom prenosa digitalnog signala.
Postoje 3 metode modulacije (slika 10):

amplitudna modulacija - koriste se 2 različite amplitude signala (za 0 i 1),

frekvencija - koristi se nekoliko različitih frekvencija signala (za 0 i 1),

faza - fazni pomaci se koriste tokom prelaza između logičkih jedinica (0 i 1). Uglovi smicanja - 45, 135, 225, 180.

U praksi se koriste kombinovani modulacioni sistemi.

Rice. 10. Binarni signal (a); amplitudna modulacija (b); frekvencijska modulacija (c); fazna modulacija.
Svi moderni modemi omogućavaju prijenos podataka u oba smjera, ovaj način rada se naziva dupleks. Veza sa mogućnošću serijskog prijenosa naziva se poludupleks. Veza u kojoj se prijenos odvija samo u jednom smjeru naziva se simpleks.
Maksimalna brzina modema koja se trenutno može postići je 56Kb/s. V.90 standard.

Digitalne pretplatničke linije. xDSL tehnologija.

Nakon što je brzina preko modema dostigla svoju granicu, telefonske kompanije počele su tražiti izlaz iz ove situacije. Tako su se mnogi prijedlozi pojavili pod općim nazivom xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) - digitalna pretplatnička linija, gdje umjesto x mogu postojati i druga slova. Najpoznatija tehnologija iz ovih prijedloga je ADSL (Asymmetric DSL).
Razlog za ograničenje brzine modema je to što su za prenos podataka koristili opseg prenosa ljudskog govora - 300 Hz do 3400 Hz. Zajedno sa graničnim frekvencijama, širina pojasa nije bila 3100 Hz, već 4000 Hz.
Iako je spektar lokalne telefonske linije 1,1 Hz.
Prvi prijedlog ADSL tehnologije koristio je cijeli spektar lokalne telefonske linije, koji je podijeljen u 3 opsega:

POTS - domet konvencionalne telefonske mreže;

odlazni raspon;

opseg unosa.

Tehnologija koja koristi različite frekvencije u različite svrhe naziva se frekvencijsko multipleksiranje ili frekvencijsko multipleksiranje.
Alternativni metod koji se zove diskretna višetonska modulacija, DMT (Discrete MultiTone) sastoji se od podjele cijelog spektra lokalne linije širine 1,1 MHz na 256 nezavisnih kanala od 4312,5 Hz svaki. Kanal 0 je POTS. Kanali od 1 do 5 se ne koriste tako da glasovni signal ne može ometati informacijski signal. Od preostalih 250 kanala, jedan je zauzet kontrolom prenosa prema provajderu, jedan - prema korisniku, a svi ostali su dostupni za prenos korisničkih podataka (Sl. 11).

Rice. 11. ADSL rad korištenjem diskretne višetonske modulacije.
ADSL standard vam omogućava da primate do 8 Mb/s, a šaljete do 1 Mb/s. ADSL2+ - odlazni do 24Mb/s, dolazni do 1,4 Mb/s.
Tipična konfiguracija ADSL opreme sadrži:

DSLAM - DSL pristupni multiplekser;

NID je uređaj mrežnog interfejsa koji razdvaja vlasništvo telefonske kompanije i pretplatnika.

Razdjelnik (razdjelnik) je razdjelnik frekvencije koji razdvaja POTS opseg i ADSL podatke.

Rice. 12. Tipična konfiguracija ADSL opreme.

Linije i pečati

Ušteda resursa igra važnu ulogu u telefonskom sistemu. Trošak postavljanja i održavanja okosnice velikog kapaciteta i nekvalitetne linije gotovo je isti (odnosno, lavovski dio ovog troška se troši na kopanje rovova, a ne na sam bakreni ili optički kabel).
Iz tog razloga, telefonske kompanije su sarađivale kako bi razvile nekoliko šema za prenošenje više razgovora preko jednog fizičkog kabla. Šeme multipleksiranja se mogu podijeliti u dvije glavne kategorije FDM (Frequency Division Multiplexing) i TDM (Time Division Multiplexing) (Slika 13).
Kod frekventnog multipleksiranja, frekventni spektar je podijeljen između logičkih kanala, a svaki korisnik dobija isključivo vlasništvo nad svojim podopsegom. U multipleksiranju s vremenskom podjelom, korisnici se izmjenjuju (ciklički) koristeći isti kanal, a svakom se daje puni kapacitet kanala za kratko vrijeme.
Optički kanali koriste posebnu varijantu frekventnog multipleksiranja. Zove se spektralno podjelno multipleksiranje (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Rice. 13. Primjer frekventnog multipleksiranja: originalni spektri 1 signala (a), frekvencijski pomaknuti spektri (b), multipleksirani kanal (c).

Prebacivanje

Sa stanovišta prosječnog telefonskog inženjera, telefonski sistem se sastoji od dva dijela: eksterne opreme (lokalne telefonske linije i kanali, van prekidača) i interne opreme (tabla) smještene na telefonskoj centrali.
Bilo koja komunikaciona mreža podržava neki način prebacivanja (komunikacije) svojih pretplatnika među sobom. Praktično je nemoguće svakom paru pretplatnika koji su u interakciji obezbijediti vlastitu fizičku komunikacionu liniju bez preklapanja, koju bi mogli monopolizirati "svojim" dugo vremena. Stoga se u bilo kojoj mreži uvijek koristi neka metoda prebacivanja pretplatnika, koja osigurava dostupnost dostupnih fizičkih kanala istovremeno za nekoliko komunikacijskih sesija između mrežnih pretplatnika.
U telefonskim sistemima se koriste dvije različite tehnike: komutacija kola i komutacija paketa.

Prekidanje kola

Prebacivanje kola podrazumeva formiranje kontinualnog kompozitnog fizičkog kanala od serijski povezanih pojedinačnih sekcija kanala za direktan prenos podataka između čvorova. U mreži sa komutacijom kola, pre prenosa podataka, uvek je potrebno izvršiti proceduru uspostavljanja veze, tokom koje se kreira kompozitni kanal (Sl. 14).

Paketna komutacija

Kod komutacije paketa, sve poruke koje prenosi korisnik mreže se razbijaju na izvornom čvoru na relativno male dijelove, koji se nazivaju paketi. Svaki paket ima zaglavlje koje specificira informacije o adresi koje su potrebne za isporuku paketa do odredišnog hosta, kao i broj paketa koji će odredišni host koristiti za sastavljanje poruke. Paketi se prenose mrežom kao nezavisne informacijske jedinice. Mrežni komutatori primaju pakete od krajnjih čvorova i, na osnovu informacija o adresi, prenose ih jedni drugima, a na kraju i do odredišnog čvora (slika 14).
itd...................

Početne informacije koje treba prenijeti preko komunikacione linije mogu biti ili diskretne (izlazni podaci računara) ili analogne (govor, televizijska slika).

Prijenos diskretnih podataka zasniva se na korištenju dvije vrste fizičkog kodiranja:

a) analogna modulacija, kada se kodiranje vrši promenom parametara sinusoidnog nosećeg signala;

b) digitalno kodiranje promjenom nivoa niza pravokutnih informacijskih impulsa.

Analogna modulacija dovodi do mnogo manjeg spektra rezultirajućeg signala nego kod digitalnog kodiranja, pri istoj brzini prijenosa informacija, ali njena implementacija zahtijeva složeniju i skuplju opremu.

Trenutno se izvorni podaci, koji imaju analogni oblik, sve više prenose komunikacijskim kanalima u diskretnom obliku (u obliku niza jedinica i nula), odnosno vrši se diskretna modulacija analognih signala.

analogna modulacija. Koristi se za prijenos diskretnih podataka preko kanala sa uskim propusnim opsegom, čiji je tipičan predstavnik glasovni frekvencijski kanal koji se pruža korisnicima telefonskih mreža. Preko ovog kanala se prenose signali frekvencije od 300 do 3400 Hz, odnosno širina mu je 3100 Hz. Takav opseg je sasvim dovoljan za prijenos govora prihvatljivog kvaliteta. Ograničenje propusnog opsega tonskog kanala povezano je sa upotrebom opreme za multipleksiranje i komutaciju kola u telefonskim mrežama.

Prije prijenosa diskretnih podataka na predajnoj strani pomoću modulatora-demodulatora (modema) vrši se modulacija sinusoida nosioca originalnog niza binarnih cifara. Inverznu konverziju (demodulaciju) izvodi modem koji prima.

Postoje tri načina za pretvaranje digitalnih podataka u analogni oblik ili tri metode analogne modulacije:

Amplitudna modulacija, kada se samo amplituda nosioca sinusoidnih oscilacija mijenja u skladu sa redoslijedom prenošenih bitova informacija: na primjer, kada se prenosi jedan, amplituda oscilacije je postavljena na veliku, a kada se prenosi nula, ona je mala, ili postoji nema signala nosioca uopšte;

Frekvencijska modulacija, kada se pod uticajem modulirajućih signala (prenošenih informacionih bitova) menja samo noseća frekvencija sinusoidnih oscilacija: na primer, kada se prenosi nula, ona je niska, a kada se prenosi jedan, visoka;

Fazna modulacija, kada se, u skladu sa slijedom bitova prenesenih informacija, mijenja samo faza nosioca sinusoidnih oscilacija: pri prelasku sa signala 1 na signal 0 ili obrnuto, faza se mijenja za 180 °. U svom čistom obliku, amplitudna modulacija se rijetko koristi u praksi zbog niske otpornosti na buku. Frekvencijska modulacija ne zahtijeva složena kola u modemima i obično se koristi u modemima male brzine koji rade na 300 ili 1200 bps. Povećanje brzine prenosa podataka obezbeđuje se korišćenjem kombinovanih metoda modulacije, češće amplitudne modulacije u kombinaciji sa faznom.

Analogni metod diskretnog prenosa podataka obezbeđuje širokopojasni prenos korišćenjem signala različitih nosećih frekvencija u jednom kanalu. Ovo garantuje interakciju velikog broja pretplatnika (svaki par pretplatnika radi na svojoj frekvenciji).

Digitalno kodiranje. Prilikom digitalnog kodiranja diskretnih informacija koriste se dvije vrste kodova:

a) potencijalni kodovi, kada se za predstavljanje informacijskih jedinica i nula koristi samo vrijednost signalnog potencijala, a njeni padovi se ne uzimaju u obzir;

b) impulsni kodovi, kada su binarni podaci predstavljeni ili impulsima određenog polariteta, ili padovima potencijala određenog smjera.

Sljedeći zahtjevi nameću se metodama digitalnog kodiranja diskretnih informacija kada se koriste pravokutni impulsi za predstavljanje binarnih signala:

Osiguravanje sinhronizacije između predajnika i prijemnika;

Osiguravanje najmanje širine spektra rezultirajućeg signala pri istoj brzini bita (pošto uži spektar signala omogućava da se

mreže sa istim propusnim opsegom postižu veće brzine

prijenos podataka);

Sposobnost prepoznavanja grešaka u prenesenim podacima;

Relativno niski troškovi implementacije.

Pomoću fizičkog sloja vrši se samo prepoznavanje oštećenih podataka (otkrivanje grešaka), čime se štedi vrijeme, jer prijemnik, ne čekajući da se primljeni okvir u potpunosti smjesti u međuspremnik, odmah ga odbacuje kada prepozna pogrešan bitovi u okviru. Složeniju operaciju - ispravljanje oštećenih podataka - obavljaju protokoli višeg nivoa: kanal, mreža, transport ili aplikacija.

Sinhronizacija odašiljača i prijemnika je neophodna kako bi prijemnik tačno znao kada treba pročitati dolazne podatke. Signali sata podešavaju prijemnik na poslanu poruku i održavaju prijemnik sinhronizovan sa dolaznim bitovima podataka. Problem sinhronizacije se lako rešava pri prenosu informacija na kratke udaljenosti (između blokova unutar računara, između računara i štampača) korišćenjem posebne vremenske komunikacione linije: informacija se čita samo u trenutku kada stigne sledeći takt impuls. U računarskim mrežama se odustaje od upotrebe taktnih impulsa iz dva razloga: radi uštede provodnika u skupim kablovima i zbog heterogenosti karakteristika provodnika u kablovima (na velikim udaljenostima, neravnomerna brzina širenja signala može dovesti do desinhronizacije impulsi takta u taktnoj liniji i informacijski impulsi u glavnoj liniji, zbog čega će bit podataka ili biti preskočen ili ponovo pročitan).

Trenutno se sinhronizacija predajnika i prijemnika u mrežama ostvaruje korišćenjem samosinhronizujućih kodova (SC). Kodiranjem prenesenih podataka pomoću SC-a se obezbjeđuje redovna i česta promjena (prijelaza) nivoa informacionog signala u kanalu. Svaki prelaz nivoa signala sa visokog na niski ili obrnuto koristi se za trimovanje prijemnika. Najbolji su oni SC koji obezbeđuju prelaz nivoa signala najmanje jednom tokom vremenskog intervala potrebnog za prijem jednog bita informacije. Što su prijelazi nivoa signala češći, to je pouzdanija sinhronizacija prijemnika i sigurnija je identifikacija primljenih bitova podataka.

Ovi zahtjevi za metode digitalnog kodiranja diskretnih informacija su, u određenoj mjeri, međusobno kontradiktorni, stoga svaka od metoda kodiranja koja se razmatraju u nastavku ima svoje prednosti i nedostatke u odnosu na druge.

Samosinhronizujući kodovi. Najčešći su sljedeći SC-ovi:

Potencijalni kod bez povratka na nulu (NRZ - Non Return to Zero);

Bipolarni pulsni kod (RZ kod);

Manchester code;

Bipolarni kod sa inverzijom alternativnog nivoa.

Na sl. 32 prikazuje šeme kodiranja za poruku 0101100 koristeći ove CK-ove.

Sljedeći pokazatelji se koriste za karakterizaciju i poređenje SC:

Nivo (kvalitet) sinhronizacije;

Pouzdanost (pouzdanost) prepoznavanja i odabira primljenih bitova informacija;

Potrebna brzina promjene nivoa signala u komunikacijskoj liniji kada se koristi SC, ako je propusni opseg linije podešen;

Složenost (a time i cijena) opreme koja implementira SC.

NRZ kod je jednostavan za kodiranje i niske cijene za implementaciju. Dobio je takvo ime jer se prilikom prenosa serije bitova istog imena (jedinice ili nule) signal ne vraća na nulu tokom ciklusa, kao što je slučaj u drugim metodama kodiranja. Nivo signala ostaje nepromijenjen za svaku seriju, što značajno smanjuje kvalitetu sinhronizacije i pouzdanost prepoznavanja primljenih bitova (tajmer prijemnika može biti neusklađen sa dolaznim signalom i može doći do neblagovremenog pozivanja linija).

Za N^-kod vrijede sljedeće relacije:

gdje je VI brzina promjene nivoa signala u komunikacijskoj liniji (baud);

Y2 - propusnost komunikacione linije (bit/s).

Pored činjenice da ovaj kod nema svojstvo samosinhronizacije, ima i još jedan ozbiljan nedostatak: prisustvo niskofrekventne komponente koja se približava nuli kada prenosi duge nizove jedinica ili nula. Kao rezultat toga, NRZ kod u svom čistom obliku se ne koristi u mrežama. Primjenjuju se različite njegove modifikacije u kojima se eliminiše loša samosinhronizacija koda i prisustvo konstantne komponente.

RZ kod, ili bipolarni impulsni kod (povratak na nulti kod), karakteriziran je po tome što se tokom prijenosa jednog informacijskog bita nivo signala mijenja dva puta, bez obzira da li se radi o nizu bitova istog imena ili naizmjeničnim bitovima. preneseno. Jedinica je predstavljena impulsom jednog polariteta, a nula je predstavljena drugim. Svaki impuls traje pola ciklusa. Takav kod ima izvrsna svojstva samosinhronizacije, ali je cijena njegove implementacije prilično visoka, jer je potrebno osigurati omjer

Spektar RZ koda je širi od spektra potencijalnih kodova. Zbog preširokog spektra, rijetko se koristi.

Mančesterski kod omogućava promjenu nivoa signala prilikom predstavljanja svakog bita, a kada se prenosi niz bitova istog imena, dvostruku promjenu. Svaka mjera je podijeljena na dva dijela. Informacije su kodirane potencijalnim padovima koji se javljaju u sredini svakog ciklusa. Jedinica je kodirana prijelazom od niske do visoke, a nula je kodirana obrnutim rubom. Odnos brzine za ovaj kod je:

Manchester kod ima dobra svojstva samotaktiranja, jer se signal mijenja najmanje jednom po ciklusu prijenosa jednog bita podataka. Njegov propusni opseg je uži od RZ koda (u prosjeku jedan i po puta). Za razliku od bipolarnog impulsnog koda, gdje se za prijenos podataka koriste tri razine signala (što je ponekad vrlo nepoželjno, na primjer, samo dva stanja se pouzdano prepoznaju u optičkim kablovima - svjetlo i tama), kod Manchestera ima dva nivoa.

Manchester kod se široko koristi u Ethernet i Token Ring tehnologijama.

Bipolarni kod inverzije alternativnog nivoa (AMI kod) je modifikacija NRZ koda. Koristi tri nivoa potencijala - negativan, nulti i pozitivan. Jedinica je kodirana ili pozitivnim ili negativnim potencijalom. Nulti potencijal se koristi za kodiranje nule. Kod ima dobra svojstva sinhronizacije kada se prenosi niz jedinica, jer je potencijal svake nove jedinice suprotan potencijalu prethodne. Prilikom prijenosa niza nula, nema sinhronizacije. AMI kod je relativno lak za implementaciju. Za njega

Prilikom prijenosa različitih kombinacija bitova na liniji, korištenje AMI koda dovodi do užeg spektra signala nego kod NRZ koda, a time i do veće propusnosti linije.

Imajte na umu da poboljšani potencijalni kodovi (modernizirani Manchester kod i AMI kod) imaju uži spektar od impulsnih kodova, pa se koriste u tehnologijama velike brzine kao što su FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Diskretna modulacija analognih signala. Kao što je već navedeno, jedan od trendova u razvoju savremenih računarskih mreža je njihova digitalizacija, odnosno prenos signala bilo koje prirode u digitalnom obliku. Izvori ovih signala mogu biti kompjuteri (za diskretne podatke) ili uređaji kao što su telefoni, kamkorderi, video i audio oprema (za analogne podatke). Do nedavno (prije pojave digitalnih komunikacionih mreža), u teritorijalnim mrežama sve vrste podataka su se prenosile u analognom obliku, a kompjuterski podaci, diskretne prirode, pretvarani su u analogni oblik pomoću modema.

Međutim, prijenos informacija u analognom obliku ne poboljšava kvalitet primljenih podataka ako je tokom prijenosa došlo do značajnog izobličenja. Stoga je analogna tehnika snimanja i prijenosa zvuka i slike zamijenjena digitalnom tehnologijom koja koristi diskretnu modulaciju analognih signala.

Diskretna modulacija se zasniva na uzorkovanju kontinualnih signala iu amplitudi iu vremenu. Jedna od široko korištenih metoda za pretvaranje analognih signala u digitalne je modulacija impulsnog koda (PCM), koju je 1938. godine predložio A.Kh. Reeves (SAD).

Kada se koristi PCM, proces konverzije uključuje tri faze: mapiranje, kvantizacija i kodiranje (slika 33).

Prva faza je prikaz. Amplituda originalnog kontinuiranog signala mjeri se sa datim periodom, zbog čega dolazi do vremenske diskretizacije. U ovoj fazi, analogni signal se pretvara u signale pulsne amplitudne modulacije (PAM). Izvođenje etape zasniva se na Nyquist-Kotelnikovovoj teoriji mapiranja, čija je glavna pozicija: ako se analogni signal prikazuje (tj. predstavljen kao niz njegovih diskretnih vremenskih vrijednosti) u regularnom intervalu sa frekvencijom od najmanje dvostruku frekvenciju najvišeg harmoničkog spektra originalnog kontinuiranog signala, tada će ekran sadržavati informacije dovoljne za vraćanje originalnog signala. U analognoj telefoniji za prenos glasa se bira opseg od 300 do 3400 Hz, što je dovoljno za kvalitetan prenos svih glavnih harmonika sagovornika. Stoga, u digitalnim mrežama u kojima se implementira PCM metoda za prijenos glasa, usvojena je frekvencija prikaza od 8000 Hz (ovo je više od 6800 Hz, što daje određenu marginu kvaliteta).

U koraku kvantizacije, svakom IAM signalu se daje kvantovana vrijednost koja odgovara najbližem nivou kvantizacije. Cijeli raspon varijacije amplitude IAM signala podijeljen je na 128 ili 256 nivoa kvantizacije. Što je više nivoa kvantizacije, to je tačnije amplituda IAM signala predstavljena kvantizovanim nivoom.

U fazi kodiranja, svakom kvantizovanom mapiranju se dodeljuje 7-bitni (ako je broj nivoa kvantizacije 128) ili 8-bitni (ako je broj nivoa kvantizacije 128) binarni kod. Na sl. 33 prikazuje signale 8-elementnog binarnog koda 00101011 koji odgovaraju kvantiziranom signalu sa nivoom 43. Kod kodiranja sa 7-elementnim kodovima, brzina prijenosa podataka preko kanala treba biti 56 Kbps (ovo je proizvod frekvencije prikaza i dubina bita binarnog koda), a kod kodiranja 8-elementnih kodova - 64 Kbps. Standard je digitalni kanal od 64 kbit/s, koji se još naziva i osnovnim kanalom digitalnih telefonskih mreža.

Uređaj koji izvodi ove korake pretvaranja analogne vrijednosti u digitalni kod naziva se analogno-digitalni pretvarač (ADC). Na prijemnoj strani, uz pomoć digitalno-analognog pretvarača (DAC), vrši se inverzna konverzija, tj. demoduliraju se digitalizirane amplitude kontinuiranog signala i vraća se izvorna kontinuirana funkcija vremena.

U modernim digitalnim komunikacijskim mrežama koriste se i druge metode diskretne modulacije koje omogućavaju predstavljanje glasovnih mjerenja u kompaktnijem obliku, na primjer, kao niz 4-bitnih brojeva. Koristi se i koncept pretvaranja analognih signala u digitalne, u kojem se ne kvantiziraju i potom kodiraju sami IAM signali, već samo njihove promjene, a broj nivoa kvantizacije se pretpostavlja da je isti. Očigledno je da takav koncept omogućava konverziju signala sa većom preciznošću.

Digitalne metode za snimanje, reprodukciju i prijenos analognih informacija pružaju mogućnost kontrole pouzdanosti podataka koji se čitaju sa nosioca ili primaju putem komunikacijske linije. U tu svrhu koriste se iste metode kontrole kao i za kompjuterske podatke (vidjeti 4.9).

Prijenos kontinuiranog signala u diskretnom obliku nameće stroge zahtjeve za sinhronizaciju prijemnika. Ako se ne poštuje sinhronizacija, originalni signal se neispravno vraća, što dovodi do izobličenja glasa ili slike koja se prenosi. Ako okviri sa glasovnim mjerenjima (ili drugim analognim vrijednostima) stižu sinhrono, tada kvalitet glasa može biti prilično visok. Međutim, u računarskim mrežama, okviri mogu kasniti kako u krajnjim čvorovima tako i u međusklopnim uređajima (mostovi, prekidači, ruteri), što negativno utiče na kvalitet prenosa glasa. Stoga se za kvalitetan prijenos digitaliziranih kontinuiranih signala koriste posebne digitalne mreže (ISDN, ATM, mreže digitalne televizije), iako se Frame Relay mreže i dalje koriste za prijenos unutarkorporativnih telefonskih razgovora, jer su kašnjenja prijenosa okvira u njima unutar prihvatljivih granica. .

Preslušavanje na bližem kraju linije - određuje otpornost kabla na buku na unutrašnje izvore smetnji. Obično se procjenjuju u odnosu na kabel koji se sastoji od nekoliko upredenih parica, kada međusobna hvatanja jednog para na drugom mogu dostići značajne vrijednosti i stvoriti interni šum srazmjeran korisnom signalu.

Pouzdanost prenosa podataka(ili stopa greške u bitu) karakterizira vjerovatnoću izobličenja za svaki preneseni bit podataka. Razlozi za izobličenje informacijskih signala su smetnje na liniji, kao i ograničeni propusni opseg njenog prolaska. Stoga se povećanje pouzdanosti prijenosa podataka postiže povećanjem stepena otpornosti linije na buku, smanjenjem nivoa preslušavanja u kabelu i korištenjem više širokopojasnih komunikacionih linija.

Za konvencionalne kablovske komunikacione linije bez dodatne zaštite od grešaka, pouzdanost prenosa podataka je u pravilu 10 -4 -10 -6 . To znači da će, u prosjeku, od 10 4 ili 10 6 prenesenih bitova vrijednost jednog bita biti oštećena.

Oprema za komunikacijske linije(oprema za prenos podataka - ATD) je rubna oprema koja direktno povezuje računare na komunikacijsku liniju. Dio je komunikacijske linije i obično djeluje na fizičkom nivou, osiguravajući prijenos i prijem signala željenog oblika i snage. Primjeri ADF-a su modemi, adapteri, analogno-digitalni i digitalno-analogni pretvarači.

DTE ne uključuje korisničku terminalnu opremu (DTE), koja generiše podatke za prenos preko komunikacione linije i koja je direktno povezana na DTE. DTE uključuje, na primjer, LAN ruter. Imajte na umu da je podjela opreme na APD i OOD klase prilično uslovna.

Na dugim komunikacijskim linijama koristi se srednja oprema koja rješava dva glavna zadatka: poboljšanje kvalitete informacijskih signala (njihov oblik, snaga, trajanje) i stvaranje stalnog kompozitnog kanala (end-to-end kanala) komunikacije između dva mrežna pretplatnika. . U LCN-u se ne koristi srednja oprema ako dužina fizičkog medija (kablovi, radio zrak) nije velika, tako da se signali s jednog mrežnog adaptera na drugi mogu prenositi bez posrednog obnavljanja njihovih parametara.

U globalnim mrežama osiguran je kvalitetan prijenos signala na stotine i hiljade kilometara. Stoga se pojačala ugrađuju na određenim udaljenostima. Za kreiranje prolazne linije između dva pretplatnika koriste se multiplekseri, demultiplekseri i prekidači.

Međuoprema komunikacionog kanala je transparentna za korisnika (on to ne primjećuje), iako u stvarnosti čini složenu mrežu tzv. primarna mreža i služi kao osnova za izgradnju računarskih, telefonskih i drugih mreža.

Razlikovati analogne i digitalne komunikacione linije, koji koriste različite vrste međuopreme. U analognim linijama, srednja oprema je dizajnirana da pojača analogne signale koji imaju kontinuirani raspon vrijednosti. U analognim kanalima velike brzine implementira se tehnika frekventnog multipleksiranja, kada se nekoliko analognih pretplatničkih kanala male brzine multipleksira u jedan brzi kanal. U digitalnim komunikacijskim kanalima, gdje pravokutni informacijski signali imaju konačan broj stanja, srednja oprema poboljšava oblik signala i vraća njihov period ponavljanja. Omogućava formiranje digitalnih kanala velike brzine, koji rade na principu vremenskog multipleksiranja kanala, kada je svakom kanalu male brzine dodijeljen određeni dio vremena kanala velike brzine.

Prilikom prijenosa diskretnih kompjuterskih podataka preko digitalnih komunikacijskih linija definira se protokol fizičkog sloja, budući da su parametri informacijskih signala koji se prenose linijom standardizirani, a kada se prenose preko analognih linija, nije definiran, jer informacioni signali imaju proizvoljan oblik i nema nema nema zahtjeva.

U komunikacijskim mrežama se koriste sljedeće načini prijenosa informacija:

simpleks, kada su predajnik i prijemnik povezani jednim komunikacijskim kanalom, preko kojeg se informacije prenose samo u jednom smjeru (ovo je tipično za televizijske komunikacijske mreže);

Poludupleks, kada su dva komunikaciona čvora takođe povezana jednim kanalom, preko kojeg se informacije prenose naizmjenično u jednom smjeru, zatim u suprotnom smjeru (ovo je tipično za informacijsko-referentne, zahtjevno-odgovorne sisteme);

dupleks, kada su dva komunikaciona čvora povezana sa dva kanala (prednji komunikacioni kanal i reverzni), preko kojih se informacije istovremeno prenose u suprotnim smerovima. Dupleks kanali se koriste u sistemima sa povratnom spregom odluka i informacija.

Preklopljeni i namjenski kanali komunikacije. U TSS-u postoje namjenski (nekomutirani) komunikacioni kanali i oni sa komutacijom za vrijeme trajanja prijenosa informacija preko ovih kanala.

Kada se koriste namjenski komunikacijski kanali, primopredajna oprema komunikacionih čvorova je stalno povezana jedna s drugom. Time se obezbjeđuje visok stepen spremnosti sistema za prenos informacija, veći kvalitet komunikacije i podrška za veliku količinu saobraćaja. Zbog relativno visokih troškova rada mreža sa namjenskim komunikacionim kanalima, njihova profitabilnost se postiže samo ako su kanali potpuno opterećeni.

Komutirani komunikacioni kanali, kreirani samo za vrijeme prijenosa fiksne količine informacija, odlikuju se velikom fleksibilnošću i relativno niskom cijenom (uz malu količinu prometa). Nedostaci ovakvih kanala su: gubitak vremena za prebacivanje (za uspostavljanje komunikacije između pretplatnika), mogućnost blokiranja zbog zauzetosti pojedinih dionica komunikacione linije, niži kvalitet komunikacije, visoka cijena uz značajnu količinu prometa.

Početne informacije koje treba prenijeti preko komunikacione linije mogu biti ili diskretne (izlazni podaci računara) ili analogne (govor, televizijska slika).

Diskretni prijenos podataka zasniva se na upotrebi dvije vrste fizičkog kodiranja:

a) analogna modulacija kada se kodiranje vrši promjenom parametara sinusoidnog signala nosioca;

b) digitalno kodiranje promjenom nivoa niza pravokutnih informacijskih impulsa.

Trenutno se početni podaci, koji imaju analogni oblik, sve više prenose komunikacijskim kanalima u diskretnom obliku (u obliku niza jedinica i nula), tj. diskretna modulacija analogni signali.

Analogna modulacija. Koristi se za prijenos diskretnih podataka preko kanala sa uskim propusnim opsegom, čiji je tipičan predstavnik glasovni frekvencijski kanal koji se pruža korisnicima telefonskih mreža. Preko ovog kanala se prenose signali frekvencije od 300 do 3400 Hz, odnosno širina mu je 3100 Hz. Takav opseg je sasvim dovoljan za prijenos govora prihvatljivog kvaliteta. Ograničenje propusnog opsega tonskog kanala povezano je sa upotrebom opreme za multipleksiranje i komutaciju kola u telefonskim mrežama.

Postoje tri načina za pretvaranje digitalnih podataka u analogni oblik ili tri metode analogne modulacije:

frekvencijska modulacija, kada se pod djelovanjem modulirajućih signala (prenošenih informacijskih bitova) mijenja samo frekvencija nosioca sinusoidnih oscilacija: na primjer, kada se prenosi nula, ona je niska, a kada se prenosi jedan, visoka;

fazna modulacija, kada se, u skladu sa redoslijedom bitova prenesenih informacija, mijenja samo faza nosioca sinusnih oscilacija: pri prelasku sa signala 1 na signal 0 ili obrnuto, faza se mijenja za 180 °.

U svom čistom obliku, amplitudna modulacija se rijetko koristi u praksi zbog niske otpornosti na buku. Frekvencijska modulacija ne zahtijeva složena kola u modemima i obično se koristi u modemima male brzine koji rade na 300 ili 1200 bps. Povećanje brzine prenosa podataka obezbeđuje se korišćenjem kombinovanih metoda modulacije, češće amplitudne modulacije u kombinaciji sa faznom.

Digitalno kodiranje. Prilikom digitalnog kodiranja diskretnih informacija koriste se dvije vrste kodova:

a) potencijalni kodovi, kada se za predstavljanje informacijskih jedinica i nula koristi samo vrijednost signalnog potencijala, a njeni padovi se ne uzimaju u obzir;

b) impulsni kodovi, kada su binarni podaci predstavljeni ili impulsima određenog polariteta, ili padovima potencijala određenog smjera.

Sljedeći zahtjevi nameću se metodama digitalnog kodiranja diskretnih informacija kada se koriste pravokutni impulsi za predstavljanje binarnih signala:

osiguravanje sinhronizacije između predajnika i prijemnika;

Osiguravanje najmanje širine spektra rezultirajućeg signala pri istoj brzini bita (pošto uži spektar signala omogućava postizanje veće brzine prijenosa podataka na liniji sa istim propusnim opsegom);

sposobnost prepoznavanja grešaka u prenesenim podacima;

Relativno niska cijena implementacije.

Trenutno se sinhronizacija predajnika i prijemnika u mrežama ostvaruje korišćenjem samosinhronizujući kodovi(SK). Kodiranjem prenesenih podataka pomoću SC-a se obezbjeđuje redovna i česta promjena (prijelaza) nivoa informacionog signala u kanalu. Svaki prelaz nivoa signala sa visokog na niski ili obrnuto koristi se za trimovanje prijemnika. Najbolji su oni SC koji obezbeđuju prelaz nivoa signala najmanje jednom tokom vremenskog intervala potrebnog za prijem jednog bita informacije. Što su prijelazi nivoa signala češći, to je pouzdanija sinhronizacija prijemnika i sigurnija je identifikacija primljenih bitova podataka.

Samosinhronizujući kodovi. Najčešći su sljedeći SC-ovi:

potencijalni kod bez povratka na nulu (NRZ - Non Return to Zero);

bipolarni pulsni kod (RZ kod);

Kod Mančestera

· bipolarni kod sa naizmjeničnom inverzijom nivoa.

Na sl. 32 prikazuje šeme kodiranja za poruku 0101100 koristeći ove CK-ove.

Rice. 32. Šeme kodiranja poruka koje koriste samosinhronizirajuće kodove

Za prijenos diskretnih podataka preko komunikacijskih linija sa uskim frekvencijskim pojasom, analogna modulacija. Tipičan predstavnik takvih linija je komunikaciona linija govorne frekvencije koja je dostupna korisnicima javnih telefonskih mreža. Ova komunikaciona linija emituje analogne signale u frekvencijskom opsegu od 300 do 3400 Hz (dakle je propusni opseg linije 3100 Hz). Strogo ograničenje propusnog opsega komunikacionih linija u ovom slučaju povezano je sa upotrebom opreme za multipleksiranje i komutaciju kola u telefonskim mrežama.

Uređaj koji obavlja funkcije modulacije sinusoida nosioca na strani odašiljanja i demodulacije na strani prijema naziva se modem (modulator-demodulator).

Analogna modulacija je fizička metoda kodiranja u kojoj se informacije kodiraju promjenom amplitude, frekvencije ili faze sinusoidni signal noseće frekvencije. At amplitudna modulacija za logičku se bira jedan nivo amplitude sinusoida noseće frekvencije, a za logičku nulu drugi. Ova metoda se rijetko koristi u praksi u svom čistom obliku zbog niske otpornosti na buku, ali se često koristi u kombinaciji s drugim vrstama modulacije. At frekvencijska modulacija vrijednosti 0 i 1 originalnih podataka prenose sinusoidi s različitim frekvencijama . Ova metoda modulacije ne zahtijeva složenu elektroniku modema i obično se koristi u modemima male brzine koji rade na 300 ili 1200 bps. At fazna modulacija vrijednosti podataka 0 i 1 odgovaraju signalima iste frekvencije, ali različite faze, kao što su 0 i 180 stepeni ili 0, 90, 180 i 270 stepeni. U brzim modemima često se koriste kombinirane metode modulacije, po pravilu, amplituda u kombinaciji s fazom. Kombinovane metode modulacije se koriste za povećanje brzine prenosa podataka. Najčešće metode su Kvadraturna amplitudna modulacija-QAM). Ove metode se baziraju na kombinaciji fazne modulacije sa 8 vrijednosti pomaka faze i amplitudske modulacije sa 4 amplituda. Međutim, ne koriste se sve moguće kombinacije signala od 32. Takva redundantnost kodiranja je potrebna da bi modem prepoznao pogrešne signale, koji su rezultat izobličenja zbog smetnji, a koje su na telefonskim kanalima (posebno komutiranim) vrlo amplitudno značajne i dugotrajne.

At digitalno kodiranje koriste se diskretne informacije potencijal i impuls kodovi. AT potencijal U kodovima se za predstavljanje logičkih jedinica i nula koristi samo vrijednost signalnog potencijala, a njegovi padovi koji formiraju potpune impulse se ne uzimaju u obzir. Puls kodovi omogućavaju da binarni podaci budu predstavljeni ili impulsima određenog polariteta, ili dijelom impulsa - potencijalnim padom određenog smjera.

Prilikom korištenja pravokutnih impulsa za prijenos diskretnih informacija, potrebno je odabrati metodu kodiranja koja bi istovremeno postigla nekoliko ciljeva: imati najmanju širinu spektra rezultirajućeg signala pri istoj brzini bita; obezbeđena sinhronizacija između predajnika i prijemnika; imao sposobnost prepoznavanja grešaka; imao nisku cijenu implementacije.

Uži spektar signala omogućava vam da postignete veću brzinu prijenosa podataka na istoj liniji (sa istim propusnim opsegom). Sinhronizacija predajnika i prijemnika je potrebna kako bi prijemnik tačno znao u kom trenutku je potrebno pročitati novu informaciju sa komunikacione linije. Ovaj problem je teže riješiti u mrežama nego kada komunicirate između uređaja u neposrednoj blizini, kao što su uređaji unutar računara ili između računara i štampača. Na kratkim udaljenostima, shema zasnovana na zasebnoj komunikacijskoj liniji za taktiranje dobro funkcionira, a informacije se uklanjaju iz podatkovne linije samo u trenutku kada stigne impuls takta. U mrežama upotreba ove sheme uzrokuje poteškoće zbog heterogenosti karakteristika vodiča u kablovima. Na velikim udaljenostima, talasi brzine signala mogu uzrokovati da sat stigne tako kasno ili prerano za odgovarajući signal podataka da se bit podataka preskače ili ponovo čita. Još jedan razlog zašto mreže odbijaju da koriste takt impulse je ušteda provodnika u skupim kablovima. Stoga mreže koriste tzv samosinhronizujući kodovi,čiji signali nose indikacije za predajnik u kojem trenutku je potrebno prepoznati sljedeći bit (ili nekoliko bitova, ako je kod orijentiran na više od dva signalna stanja). Svaki nagli pad signala - tzv front- može poslužiti kao dobra indikacija za sinhronizaciju prijemnika sa predajnikom. Kada se sinusoidi koriste kao noseći signal, rezultirajući kod ima svojstvo samosinhronizacije, jer promjena amplitude noseće frekvencije omogućava prijemniku da odredi trenutak kada se pojavi ulazni kod.

Prepoznavanje i ispravljanje izobličenih podataka je teško implementirati putem fizičkog sloja, stoga se najčešće ovaj posao obavlja preko protokola koji se nalaze iznad: kanal, mreža, transport ili aplikacija. S druge strane, prepoznavanje greške na fizičkom sloju štedi vrijeme, jer prijemnik ne čeka da se okvir u potpunosti smjesti u bafer, već ga odbacuje odmah nakon prepoznavanja pogrešnih bitova unutar okvira.

Zahtjevi za metode kodiranja su međusobno kontradiktorni, tako da svaka od popularnih metoda digitalnog kodiranja o kojima se govori u nastavku ima svoje prednosti i nedostatke u odnosu na druge.

Jedna od najjednostavnijih metoda potencijal kodiranje je unipolarni potencijalni kod, koji se naziva i kodiranjem bez vraćanja na nulu (Non Return to Zero-NRZ) (sl.7.1.a). Prezime odražava činjenicu da kada se prenosi niz jedinica, signal se ne vraća na nulu tokom ciklusa. NRZ metoda ima dobru detekciju grešaka (zbog dva oštro različita potencijala), ali nema svojstvo samosinhronizacije. Prilikom odašiljanja dugog niza jedinica ili nula, linijski signal se ne mijenja, tako da prijemnik nije u mogućnosti iz ulaznog signala odrediti vremenske tačke kada je potrebno ponovo pročitati podatke. Čak i sa visoko preciznim generatorom takta, prijemnik može pogriješiti s momentom akvizicije podataka, jer frekvencije dva generatora gotovo nikada nisu potpuno identične. Stoga, pri visokim brzinama podataka i dugim nizovima jedinica ili nula, mala neusklađenost frekvencija takta može dovesti do greške u cijelom ciklusu i, shodno tome, čitanja netačne vrijednosti bita.

a B C D E F

Rice. 7.1. Metode kodiranja binarnih podataka: a-unipolarni potencijal

društveni kod; b- bipolarni potencijalni kod; in- unipolarni im-

pulsni kod; G -bipolarni pulsni kod; d-"Manchester" kod;

e- potencijalni kod sa četiri nivoa signala.

Još jedan ozbiljan nedostatak NRZ metode je prisustvo komponente niske frekvencije koja se približava nuli kada se prenosi duge sekvence jedinica ili nula. Zbog toga mnoge komunikacijske linije koje ne pružaju direktnu galvansku vezu između prijemnika i izvora ne podržavaju ovu vrstu kodiranja. Kao rezultat toga, NRZ kod se u svom čistom obliku ne koristi u mrežama, već se koriste njegove različite modifikacije, u kojima se eliminiraju i loša samosinhronizacija NRZ koda i prisutnost konstantne komponente.

Jedna od modifikacija NRZ metode je metoda kodiranje bipolarnog potencijala s alternativnom inverzijom (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI). U ovoj metodi ( pirinač. 7.1.b) koriste se tri potencijalna nivoa - negativan, nulti i pozitivan. Za kodiranje logičke nule koristi se nulti potencijal, a logička jedinica se kodira ili pozitivnim ili negativnim potencijalom (u ovom slučaju potencijal svake nove jedinice je suprotan potencijalu prethodne). AMI kod djelimično eliminiše DC i nedostatak problema sa samotempiranjem koji su svojstveni NRZ kodu. Ovo se dešava kada se šalju dugi nizovi jedinica. U tim slučajevima, signal na liniji je niz bipolarnih impulsa sa istim spektrom kao i NRZ kod koji prenosi naizmjenično nule i jedinice, odnosno bez konstantne komponente i sa osnovnim harmonikom od N/2 Hz (gdje je N brzina prijenosa podataka). Dugi nizovi nula opasni su i za AMI kod, kao i za NRZ kod - signal se degeneriše u konstantan potencijal nulte amplitude. Općenito, za različite kombinacije bitova na liniji, upotreba AMI koda dovodi do užeg spektra signala nego kod NRZ koda, a time i do veće propusnosti linije. Na primjer, pri prenosu naizmjeničnih jedinica i nula, osnovni harmonik f 0 ima frekvenciju od N/4 Hz. AMI kod takođe pruža neke karakteristike za prepoznavanje pogrešnih signala. Dakle, kršenje striktne izmjene polariteta signala ukazuje na lažni impuls ili nestanak ispravnog impulsa iz linije. Poziva se signal s neispravnim polaritetom zabranjen signal (kršenje signala). Pošto AMI kod koristi ne dva, već tri nivoa signala po liniji, dodatni nivo zahteva povećanje snage predajnika da bi se obezbedila ista vernost bita na liniji, što je generalni nedostatak kodova sa višestrukim statusima signala u poređenju sa kodovima koji samo razlikuju dva stanja.

Najjednostavnije metode impulsivno kodiranja su unipolarni pulsni kod, u kojoj je jedinica predstavljena impulsom, a nula je predstavljena njegovim odsustvom ( pirinač. 7.1v), i bipolarni pulsni kod, u kojoj je jedinica predstavljena impulsom jednog polariteta, a nula - drugog ( pirinač. 7.1g). Svaki impuls traje pola ciklusa. Bipolarni impulsni kod ima dobra svojstva samotaktiranja, ali komponenta istosmjernog impulsa može biti prisutna, na primjer, kada se prenosi dugačak niz jedinica ili nula. Osim toga, njegov spektar je širi od spektra potencijalnih kodova. Dakle, prilikom prijenosa svih nula ili jedinica, frekvencija osnovnog harmonika koda bit će jednaka N Hz, što je dva puta više od osnovnog harmonika NRZ koda i četiri puta veće od osnovnog harmonika AMI koda pri prenosu naizmjeničnih jedinica i nula. Zbog preširokog spektra, bipolarni impulsni kod se rijetko koristi.

U lokalnim mrežama donedavno je najčešća metoda kodiranja bila tzv. Manchester kod"(pirinač. 7.1e). U Manchesterskom kodu, pad potencijala, odnosno prednji dio impulsa, koristi se za kodiranje jedinica i nula. U Manchester kodiranju, svaki sat je podijeljen na dva dijela. Informacije su kodirane potencijalnim padovima koji se javljaju u sredini svakog ciklusa. Jedinica je kodirana prijelazom od niske do visoke, a nula je kodirana obrnutim rubom. Na početku svakog ciklusa može doći do ruba servisnog signala ako trebate predstaviti nekoliko jedinica ili nula u nizu. Budući da se signal mijenja najmanje jednom po ciklusu prijenosa jednog bita podataka, Manchester kod ima dobra svojstva samotakta. Propusnost koda iz Manchestera je uža od širine bipolarnog impulsa. Također nema konstantnu komponentu, a osnovni harmonik u najgorem slučaju (pri prijenosu niza jedinica ili nula) ima frekvenciju od N Hz, au najboljem slučaju (pri prijenosu naizmjeničnih jedinica i nula) jednak je do N / 2 Hz, kao u AMI kodovima ili NRZ. U prosjeku, propusni opseg Mančesterskog koda je jedan i po puta uži od onog kod bipolarnog impulsnog koda, a osnovni harmonik oscilira oko 3N/4. Još jedna prednost Mančesterskog koda je što ima samo dva nivoa signala, dok bipolarni impulsni kod ima tri.

Postoje i potencijalni kodovi sa velikim brojem nivoa signala za kodiranje podataka. Prikazano kao primjer ( sl. 7.1e) potencijalni kod 2B1Q sa četiri nivoa signala za kodiranje podataka. U ovom kodu, svaka dva bita se prenose u jednom ciklusu signalom koji ima četiri stanja. Par bitova "00" odgovara potencijalu od -2,5 V, par bitova "01" - potencijal od -0,833 V, par bitova "11" - potencijal od +0,833 V i par bitova bitovi "10" - potencijal od +2,5 V. Ova metoda kodiranja zahtijeva dodatne mjere za rješavanje dugih nizova identičnih parova bitova, pošto se tada signal pretvara u konstantnu komponentu. Sa nasumičnim preplitanjem bitova, spektar signala je dvostruko uži od spektra NRZ koda (pri istoj brzini bita, vrijeme ciklusa se udvostručuje). Dakle, korištenjem predstavljenog 2B1Q koda, moguće je prenijeti podatke preko iste linije dvostruko brže nego korištenjem AMI koda. Međutim, za njegovu implementaciju, snaga odašiljača mora biti veća kako bi prijemnik jasno razlikovao četiri nivoa na pozadini smetnji.

Za poboljšanje potencijalnih kodova kao što su AMI i 2B1Q, logičko kodiranje. Logičko kodiranje je dizajnirano da zamijeni duge nizove bitova, što dovodi do konstantnog potencijala, isprepletenog s jednim. Za logičko kodiranje karakteristične su dvije metode - suvišni kodovi i kodiranje.

Redundantni kodovi zasnivaju se na cijepanju originalnog niza bitova na dijelove, koji se često nazivaju znakovima. Zatim se svaki originalni znak zamjenjuje novim koji ima više bitova od originala. Na primjer, 4B/5B logički kod zamjenjuje originalne 4-bitne znakove sa 5-bitnim znakovima. Budući da rezultirajući simboli sadrže suvišne bitove, ukupan broj bitova u njima je veći nego u originalnim. Dakle, u kodu 4B / 5B, rezultirajući simboli mogu sadržavati 32 bitne kombinacije, dok originalni simboli - samo 16. Stoga, u rezultirajućem kodu možete odabrati 16 takvih kombinacija koje ne sadrže veliki broj nula, a računaj ostalo zabranjeni kodovi (kršenje koda). Pored uklanjanja DC-a i samosinhronizacije koda, redundantni kodovi omogućavaju prijemniku da prepozna oštećene bitove. Ako prijemnik primi zabranjeni kod, to znači da je signal na liniji izobličen. 4B/5B kod se prenosi preko linije koristeći fizičko kodiranje koristeći jednu od potencijalnih metoda kodiranja koja je osjetljiva samo na duge nizove nula. Simboli koda 4V/5V dužine 5 bita osiguravaju da bilo koja njihova kombinacija na liniji ne može ispuniti više od tri nule u nizu. Slovo B u kodnom nazivu znači da elementarni signal ima 2 stanja (od engleskog binary - binary). Postoje i kodovi sa tri stanja signala, na primjer, u kodu 8B / 6T, za kodiranje 8 bitova početnih informacija koristi se kod od 6 signala, od kojih svaki ima tri stanja. Zalihost koda 8B/6T je veća od one kod 4B/5B, budući da postoji 729 (3 na stepen od 6) rezultirajućih simbola za 256 izvornih kodova. Korištenje tabele pretraživanja je vrlo jednostavna operacija, tako da ovaj pristup ne komplikuje mrežne adaptere i blokove interfejsa prekidača i rutera (vidi. odjeljci 9,11).

Da bi se obezbijedio zadani kapacitet linije, predajnik koji koristi redundantni kod mora raditi na povećanoj frekvenciji takta. Dakle, za prijenos kodova od 4V / 5V brzinom od 100 Mbps, predajnik mora raditi na frekvenciji takta od 125 MHz. U ovom slučaju, spektar signala na liniji je proširen u odnosu na slučaj kada se preko linije prenosi čisti, neredundantni kod. Ipak, ispostavlja se da je spektar redundantnog potencijalnog koda uži od spektra koda Manchester, što opravdava dodatnu fazu logičkog kodiranja, kao i rad prijemnika i predajnika na povećanoj frekvenciji takta.

Drugi način logičkog kodiranja zasniva se na preliminarnom "miješanju" početnih informacija na način da se vjerovatnoće pojave jedinica i nula na liniji približe. Pozivaju se uređaji ili blokovi koji izvode ovu operaciju scramblers(scramble - demp, neuredno sklapanje). At scrambling koristi se dobro poznati algoritam, pa ih prijemnik, nakon što je primio binarne podatke, prenosi na dekoder, koji vraća originalnu sekvencu bitova. Višak bitova se ne prenosi preko linije. Poboljšana potencijalna redundantnost i kodirani kodovi se koriste u modernim mrežnim tehnologijama velike brzine umjesto "Manchester" i bipolarnog impulsnog kodiranja.

7.6. Tehnologije multipleksiranja komunikacijskih linija

Za multipleksiranje("zbijanje") komunikacionih linija, koristi se nekoliko tehnologija. Tehnologija frekvencijamultipleksiranje(Multipleksiranje s podjelom frekvencije - FDM) je prvobitno razvijen za telefonske mreže, ali se koristi i za druge vrste mreža, kao što su mreže kablovske televizije. Ova tehnologija pretpostavlja prijenos signala svakog pretplatničkog kanala u svoj frekventni opseg i istovremeni prijenos signala sa više pretplatničkih kanala u jednoj širokopojasnoj komunikacijskoj liniji. Na primjer, ulazi FDM prekidača primaju početne signale od pretplatnika telefonske mreže. Prekidač vrši translaciju frekvencije svakog kanala u svom frekvencijskom opsegu. Obično je visokofrekventni opseg podijeljen na opsege koji su dodijeljeni za prijenos podataka sa pretplatničkih kanala. U komunikacijskoj liniji između dva FDM prekidača istovremeno se prenose signali svih pretplatničkih kanala, ali svaki od njih zauzima svoj frekvencijski opseg. Izlazni FDM prekidač odvaja modulirane signale svake noseće frekvencije i prenosi ih na odgovarajući izlazni kanal na koji je pretplatnički telefon direktno povezan. FDM prekidači mogu obavljati i dinamičko i trajno prebacivanje. Kod dinamičkog prebacivanja, jedan pretplatnik inicira vezu sa drugim pretplatnikom slanjem pozvanog pretplatničkog broja u mrežu. Prekidač dinamički dodjeljuje jedan od slobodnih opsega ovom pretplatniku. Uz konstantno prebacivanje, opseg je dodijeljen pretplatniku na duže vrijeme. Princip komutacije zasnovan na frekvencijskoj podjeli ostaje nepromijenjen u mrežama drugog tipa, mijenjaju se samo granice opsega dodijeljenih posebnom pretplatničkom kanalu, kao i njihov broj.

Multipleksna tehnologijadijeljenje vremena(Multipleksiranje s vremenskim podjelom - TDM) ili privremeni multipleksiranje zasniva se na upotrebi TDM opreme (multiplekseri, prekidači, demultiplekseri) koja radi u režimu dijeljenja vremena, opslužujući redom sve pretplatničke kanale tokom ciklusa. Svakoj vezi se dodjeljuje jedan vremenski odsječak ciklusa rada hardvera, koji se također naziva vremenski slot. Trajanje vremenskog slota zavisi od broja pretplatničkih kanala koje opslužuje oprema. TDM mreže mogu podržavati bilo koje dinamičan, ili trajno prebacivanje, a ponekad i oba ova načina.

Mreže sa dinamičko prebacivanje zahtijevaju preliminarnu proceduru za uspostavljanje veze između pretplatnika. Da bi se to učinilo, adresa pozvanog pretplatnika se prenosi u mrežu, koja prolazi kroz prekidače i konfigurira ih za naknadni prijenos podataka. Zahtjev za povezivanje se usmjerava s jednog prekidača na drugi i na kraju stiže do pozvane strane. Mreža može odbiti uspostavljanje veze ako je kapacitet potrebnog izlaznog kanala već iscrpljen. Za FDM prekidač, izlazni kapacitet je jednak broju frekvencijskih opsega, a za TDM prekidač jednak je broju vremenskih slotova na koje je podijeljen ciklus rada kanala. Mreža također odbija vezu ako je traženi pretplatnik već uspostavio vezu s nekim drugim. U prvom slučaju kažu da je prekidač zauzet, au drugom - pretplatnik. Mogućnost kvara veze je nedostatak metode komutacije kola. Ako se veza može uspostaviti, tada joj se dodjeljuje fiksni propusni opseg u FDM mrežama ili fiksni propusni opseg u TDM mrežama. Ove vrijednosti ostaju nepromijenjene tokom cijelog perioda povezivanja. Garantovana mrežna propusnost nakon uspostavljanja veze je važna karakteristika potrebna za aplikacije kao što su prenos glasa i videa ili kontrola objekata u realnom vremenu.

Ako postoji samo jedan fizički komunikacioni kanal, na primjer, pri razmjeni podataka pomoću modema preko telefonske mreže, dupleks rad se organizira na osnovu podjele kanala na dva logička podkanala korištenjem FDM ili TDM tehnologija. Kada se koristi FDM tehnologija, modemi za organiziranje dupleks rada na dvožičnoj liniji rade na četiri frekvencije (dvije frekvencije - za kodiranje jedinica i nule pri prijenosu podataka u jednom smjeru, a druge dvije frekvencije - za kodiranje u suprotnom smjeru ). U TDM tehnologiji, neki vremenski intervali se koriste za prijenos podataka u jednom smjeru, a neki se koriste za prijenos podataka u drugom smjeru. Obično se izmjenjuju vremenski intervali suprotnih smjerova.

U optičkim kablovima za organizaciju dupleksnog rada kada se koristi samo jedno optičko vlakno, prijenos podataka u jednom smjeru vrši se pomoću svjetlosnog snopa jedne valne dužine, au suprotnom smjeru - različite valne dužine. Ova tehnologija je u suštini povezana sa FDM metodom, ali za optičke kablove se zove tehnologije multipleksiranja talasnih dužina(Multipleksiranje s podjelom talasa - WDM) ili talas multipleksiranje.

Tehnologijagusti talas(spektralno)multipleksiranje(Multipleksiranje gustog talasa - DWDM) je dizajniran za stvaranje nove generacije optičkih okosnica koje rade na višegigabitnim i terabbitnim brzinama. Takav kvalitativni skok u performansama postiže se zbog činjenice da se informacija u optičkom vlaknu istovremeno prenosi velikim brojem svjetlosnih valova. DWDM mreže funkcionišu na principu komutacije kola, pri čemu svaki svetlosni talas predstavlja poseban spektralni kanal i nosi sopstvene informacije. Jedna od glavnih prednosti DWDM tehnologije je značajno povećanje faktora iskorištenja frekvencijskog potencijala optičkog vlakna, čiji je teoretski propusni opseg 25.000 GHz.

Sažetak

U savremenim telekomunikacionim sistemima informacije se prenose putem elektromagnetnih talasa - električnih, svetlosnih ili radio signala.

Komunikacijske linije, ovisno o vrsti fizičkog medija za prijenos informacija, mogu biti kabelske (žične) ili bežične. Kao komunikacioni vodovi koriste se telefonski kablovi na bazi paralelnih neupredenih provodnika, koaksijalni kablovi, kablovi na bazi upredenih parova provodnika (neoklopljeni i oklopljeni), optički kablovi. Najefikasniji danas i obećavajući u bliskoj budućnosti su kablovi na bazi upredenih parova provodnika i kablovi od optičkih vlakana. Bežične komunikacione linije najčešće se realizuju prenosom radio signala u različitim radio talasnim opsezima. Infracrvena bežična komunikaciona tehnologija koristi dio elektromagnetnog spektra između vidljive svjetlosti i najkraćih mikrovalova. Najbrza i najotpornija na buku je laserska tehnologija bežične komunikacije.

Glavne karakteristike komunikacionih linija su frekvencijski odziv, propusni opseg i slabljenje na određenoj frekvenciji.

Propusnost komunikacijske linije karakterizira maksimalnu moguću brzinu prijenosa podataka preko nje. Otpornost komunikacione linije na buku određuje njenu sposobnost da smanji nivo smetnji koje se stvaraju u spoljašnjem okruženju na unutrašnjim provodnicima. Pouzdanost prijenosa podataka karakterizira vjerovatnoću izobličenja za svaki preneseni bit podataka.

Predstavljanje diskretnih informacija u jednom ili drugom obliku signala primijenjenih na komunikacijsku liniju naziva se fizičko kodiranje. Logičko kodiranje uključuje zamjenu bitova originalne informacije novom sekvencom bita koja nosi iste informacije, ali ima dodatna svojstva.

Za prijenos diskretnih podataka preko komunikacijskih linija s uskim frekvencijskim pojasom koristi se analogna modulacija u kojoj se informacija kodira promjenom amplitude, frekvencije ili faze signala sinusoidne noseće frekvencije. Kod digitalnog kodiranja diskretnih informacija koriste se potencijalni i impulsni kodovi. Za multipleksiranje komunikacionih linija koriste se tehnologije frekvencijskog, vremenskog i talasnog multipleksiranja.

Kontrolna pitanja i zadaci

1. Navedite klasifikaciju komunikacijskih linija.

2. Opišite najčešće kablovske komunikacione linije.

3. Predstaviti glavne bežične komunikacione linije i dati njihove uporedne karakteristike.

4. Zbog kojih fizičkih faktora komunikacioni kanali izobličuju signale koji se prenose?

5. Koja je amplitudno-frekvencijska karakteristika komunikacijskog kanala?

6. U kojim jedinicama se mjeri propusni opseg komunikacionog kanala?

7. Opišite koncept "otpornosti komunikacijske linije na buku".

8. Šta određuje karakteristiku "pouzdanost prenosa podataka" i u kojim jedinicama se ona mjeri?

9. Šta je "analogna modulacija" i koje vrste se koriste za prijenos diskretnih podataka?

10. Koji uređaj obavlja funkcije modulacije sinusoida nosioca na strani odašiljanja i demodulacije na strani prijema?

11. Navedite razliku između potencijalnog i impulsnog kodiranja digitalnih signala.