Ülekandemeetodid füüsilisel kihil. Diskreetsete andmete edastamine füüsilises kihis

Teema 2. Füüsiline kiht

Plaan

Andmeedastuse teoreetilised alused

Teavet saab juhtmete kaudu edastada, muutes mõnda füüsilist suurust, näiteks pinget või voolu. Esitades pinge või voolu väärtust aja üheväärtusliku funktsioonina, on võimalik modelleerida signaali käitumist ja allutada see matemaatilisele analüüsile.

Fourier seeria

19. sajandi alguses tõestas prantsuse matemaatik Jean-Baptiste Fourier, et mis tahes perioodilist funktsiooni perioodiga T saab laiendada reaks (võimalik, et lõpmatuks), mis koosneb siinuste ja koosinuste summadest:
(2.1)
kus on põhisagedus (harmooniline) ja n-nda harmoonilise siinuste ja koosinuste amplituudid ning c on konstant. Sellist laiendust nimetatakse Fourier' seeriaks. Fourier' reas laiendatud funktsiooni saab taastada selle jada elementidega, st kui on teada periood T ja harmooniliste amplituudid, siis saab rea (2.1) summa abil taastada algse funktsiooni.
Teabesignaali, millel on piiratud kestus (kõik infosignaalid on piiratud kestusega), saab laiendada Fourier' jadaks, kui kujutame ette, et kogu signaal kordub lõputult ikka ja jälle (st intervall T kuni 2T kordab täielikult intervall 0 kuni T jne).
Amplituudid saab arvutada mis tahes funktsiooni jaoks. Selleks peate võrrandi (2.1) vasaku ja parema külje korrutama ja seejärel integreerima 0-st T-ni. Kuna:
(2.2)
sarjast on jäänud vaid üks liige. Rida kaob täielikult. Samamoodi saab väärtused arvutada, korrutades võrrandi (2.1) ja integreerides aja jooksul 0-st T-ni. Kui integreerime võrrandi mõlemad osad seda muutmata, saame konstandi väärtuse Koos. Nende toimingute tulemused on järgmised:
(2.3.)

Hallatud andmekandjad

Võrgu füüsilise kihi eesmärk on edastada töötlemata bitivoo ühest masinast teise. Ülekandmiseks saab kasutada erinevaid füüsilisi andmekandjaid, mida nimetatakse ka signaali levikandjaks. Igal neist on iseloomulik ribalaiused, viivitused, hinnad ning paigaldamise ja kasutamise lihtsus. Kandjad võib jagada kahte rühma: juhitavad kandjad, nagu vasktraat ja fiiberoptiline kaabel, ning juhitavad kandjad, nagu raadio- ja laserkiireedastus ilma kaablita.

Magnetkandja

Üks lihtsamaid viise andmete ühest arvutist teise ülekandmiseks on kirjutada need lindile või muule teisaldatavale andmekandjale (nt uuesti kirjutatavale DVD-le), kanda need lindid ja kettad füüsiliselt sihtkohta ja neid seal lugeda.
Kõrge läbilaskevõime. Tavaline Ultriumi lindikassett mahutab 200 GB. Umbes 1000 neid kassette on paigutatud 60x60x60 karpi, mis annab kogumahuks 1600 Tbit (1,6 Pbit). Federal Express või mõni muu ettevõte saab kassette kassette USA piires 24 tunni jooksul kohale toimetada. Selle edastuse efektiivne ribalaius on 1600 Tbps/86400 s ehk 19 Gbps. Kui sihtkoht on vaid tunni kaugusel, siis on läbilaskevõime üle 400 Gbps. Mitte ükski arvutivõrk ei suuda veel selliste näitajate lähedalegi jõuda.
Kasumlikkus. Kasseti hulgimüügihind on umbes 40 dollarit. Karp paelasid läheb maksma 4000 dollarit ja sama linti saab kasutada kümneid kordi. Lisame 1000 dollarit saatmise eest (tegelikult palju vähem) ja saame 200 TB ülekandmise eest umbes 5000 dollarit ehk 3 senti gigabaidi kohta.
Puudused. Kuigi andmete edastamise kiirus magnetlintide abil on suurepärane, on sellise edastuse viivitus väga suur. Edastusaega mõõdetakse minutites või tundides, mitte millisekundites. Paljud rakendused nõuavad kaugsüsteemilt kohest reageerimist (ühendatud režiimis).

keerdpaar

Keerdpaar koosneb kahest isoleeritud vaskjuhtmest, mille tüüpiline läbimõõt on 1 mm. Juhtmed keerduvad spiraali kujul üksteise ümber. See võimaldab teil vähendada mitme külgneva keerdpaari elektromagnetilist vastasmõju.
Rakendus - telefoniliin, arvutivõrk. See suudab edastada signaali ilma võimsuse nõrgenemiseta mitme kilomeetri kaugusel. Pikemate vahemaade jaoks on vaja repiitereid. Need on ühendatud kaitsekattega kaabliks. Signaali kattumise vältimiseks on kaablisse keeratud paar juhet. Neid saab kasutada nii analoog- kui ka digitaalandmete edastamiseks. Ribalaius oleneb traadi läbimõõdust ja pikkusest, kuid enamasti on mitmekilomeetristel vahemaadel võimalik saavutada mitu megabitti sekundis. Üsna suure ribalaiuse ja madala hinna tõttu on keerdpaarkaableid laialdaselt kasutatud ja need on suure tõenäosusega ka tulevikus populaarsed.
Keerdpaarkaableid on mitmel kujul, millest kaks on arvutivõrkude valdkonnas eriti olulised. 3. kategooria keerdpaar (CAT 3) koosneb kahest kokku keeratud isoleeritud juhtmest. Neli sellist paari asetatakse tavaliselt kokku plastikust kesta.
5. kategooria keerdpaar (CAT 5) sarnaneb 3. kategooria keerdpaariga, kuid sellel on rohkem pööreid traadi pikkuse sentimeetri kohta. See võimaldab veelgi vähendada häireid erinevate kanalite vahel ja pakkuda paremat signaaliedastuskvaliteeti pikkadel vahemaadel (joonis 1).

Riis. 1. UTP kategooria 3 (a), UTP kategooria 5 (b).
Kõiki seda tüüpi ühendusi nimetatakse sageli UTP-ks (varjestamata keerdpaar – varjestamata keerdpaar)
IBMi varjestatud keerdpaarkaablid ei muutunud populaarseks väljaspool IBM-i.

Koaksiaalkaabel

Teine levinud andmeedastusviis on koaksiaalkaabel. See on paremini varjestatud kui keerdpaar, nii et see suudab edastada andmeid suuremal kiirusel pikema vahemaa tagant. Laialdaselt kasutatakse kahte tüüpi kaableid. Ühte neist, 50-oomist, kasutatakse tavaliselt ainult digitaalsete andmete edastamiseks. Analoogteabe edastamiseks, aga ka kaabeltelevisioonis kasutatakse sageli teist tüüpi kaablit, 75-oomist.
Kaabli läbilõikevaade on näidatud joonisel 2.

Riis. 2. Koaksiaalkaabel.
Koaksiaalkaabli disain ja eritüüpi varjestus tagavad suure ribalaiuse ja suurepärase mürakindluse. Maksimaalne läbilaskevõime sõltub liini kvaliteedist, pikkusest ja signaali-müra suhtest. Kaasaegsete kaablite ribalaius on umbes 1 GHz.
Kasutusala - telefonisüsteemid (võrk), kaabeltelevisioon, piirkondlikud võrgud.

fiiberoptika

Praegune fiiberoptiline tehnoloogia võib jõuda andmeedastuskiiruseni kuni 50 000 Gb/s (50 Tb/s) ja paljud inimesed otsivad paremaid materjale. Tänane praktiline piir 10 Gbps on tingitud võimetusest muuta elektrilisi signaale optilisteks signaalideks ja vastupidi kiiremini, kuigi 100 Gbps ühel kiul on juba laboritingimustes saavutatud.
Kiudoptiline andmeedastussüsteem koosneb kolmest põhikomponendist: valgusallikast, kandjast, mille kaudu valgussignaal levib, ja signaali vastuvõtjast ehk detektorist. Valgusimpulss loetakse üheks ja impulsi puudumine nulliks. Valgus levib üliõhukeses klaaskius. Kui valgus seda tabab, tekitab detektor elektriimpulsi. Kinnitades optilise kiu ühte otsa valgusallika ja teise otsa detektori, saadakse ühesuunaline andmeedastussüsteem.
Valgussignaali edastamisel kasutatakse valguse peegelduse ja murdumise omadust üleminekul 2 kandjalt. Seega, kui valgust antakse teatud nurga all kandja piiri suhtes, peegeldub valguskiir täielikult ja lukustub kiu sisse (joonis 3).

Riis. 3. Valguse murdumise omadus.
Kiudoptilisi kaableid on 2 tüüpi: mitmemoodiline - edastab valguskiire, ühemoodiline - õhuke mitme lainepikkuse piirini, toimib peaaegu lainejuhina, valgus liigub sirgjooneliselt ilma peegelduseta. Tänapäeva ühemoodilised kiudoptilised ühendused võivad töötada kiirusega 50 Gbps kuni 100 km kaugusel.
Sidesüsteemides kasutatakse kolme lainepikkuse vahemikku: vastavalt 0,85, 1,30 ja 1,55 µm.
Kiudoptilise kaabli struktuur on sarnane koaksiaaljuhtme omaga. Ainus erinevus on see, et esimesel puudub sõelumisvõrk.
Kiudoptilise südamiku keskel on klaasist südamik, mille kaudu valgus levib. Mitmemoodilise kiu südamiku läbimõõt on 50 µm, mis on umbes inimese juuksekarva paksus. Ühemoodilise kiu südamiku läbimõõt on 8–10 µm. Südamik on kaetud klaasikihiga, mille murdumisnäitaja on südamiku omast madalam. See on loodud selleks, et vältida usaldusväärsemalt valguse väljapääsu südamikust. Välimine kiht on plastikust kest, mis kaitseb klaasi. Kiudoptilised südamikud on tavaliselt rühmitatud kimpudeks, mis on kaitstud väliskestaga. Joonisel 4 on kujutatud kolmesooneline kaabel.

Riis. 4. Kolmesooneline fiiberoptiline kaabel.
Katkestuse korral saab kaablisegmente ühendada kolmel viisil:

Kaabli otsa saab kinnitada spetsiaalse pistiku, millega juhe optilisse pesasse sisestatakse. Kadu on 10-20% valguse intensiivsusest, kuid see muudab süsteemi konfiguratsiooni muutmise lihtsaks.

Splaissimine - kaks korralikult lõigatud kaabli otsa asetatakse üksteise kõrvale ja kinnitatakse spetsiaalse hülsiga. Parem valguse läbilaskvus saavutatakse kaabli otste joondamisega. Kadu - 10% valgusvõimsusest.

Fusioon. Kaotust praktiliselt pole.

Kiudoptilise kaabli kaudu signaali edastamiseks saab kasutada kahte tüüpi valgusallikaid: valgusdioode (LED, Light Emitting Diode) ja pooljuhtlasereid. Nende võrdlevad omadused on toodud tabelis 1.

Tabel 1.
LED- ja pooljuhtlaseri kasutamise võrdlustabel
Optilise kaabli vastuvõtuots on fotodiood, mis valguse langemisel genereerib elektriimpulsi.

Kiudoptilise kaabli ja vasktraadi võrdlusomadused.

Optilisel kiul on mitmeid eeliseid:

Suur kiirus.

Vähem signaali sumbumist, vähem repiitereid (üks 50 km kohta, mitte 5)

Välise elektromagnetkiirguse suhtes inertne, keemiliselt neutraalne.

Kaalult kergem. 1000 vasest keerdpaari pikkusega 1 km kaaluvad umbes 8000 kg. Paar kiudoptilist kaablit kaalub suurema ribalaiusega vaid 100 kg

Madalad paigalduskulud

Puudused:

Paigaldamise raskus ja pädevus.

edastamiseks simpleksrežiimis, võrkude vahel on vaja vähemalt 2 juhet.

Juhtmeta ühendus

elektromagnetiline spekter

Elektronide liikumine tekitab elektromagnetlaineid, mis võivad kosmoses (isegi vaakumis) levida. Elektromagnetiliste võnkumiste arvu sekundis nimetatakse sageduseks ja seda mõõdetakse hertsides. Kahe järjestikuse kõrge (või madala) vahelist kaugust nimetatakse lainepikkuseks. Seda väärtust tähistatakse traditsiooniliselt kreeka tähega (lambda).
Kui elektriahelasse on kaasatud sobiva suurusega antenn, siis saab elektromagnetlaineid teatud kauguselt vastuvõtja edukalt vastu võtta. Kõik traadita sidesüsteemid põhinevad sellel põhimõttel.
Vaakumis liiguvad kõik elektromagnetlained sama kiirusega, sõltumata nende sagedusest. Seda kiirust nimetatakse valguse kiiruseks, - 3*108 m/s. Vases või klaasis on valguse kiirus umbes 2/3 sellest väärtusest ja see sõltub veidi ka sagedusest.
Koguste ja:

Kui sagedust () mõõdetakse MHz-des ja lainepikkust () meetrites, siis.
Kõikide elektromagnetlainete kogusumma moodustab nn pideva elektromagnetkiirguse spektri (joonis 5). Raadiot, mikrolaineahju, infrapuna- ja nähtavat valgust saab kasutada teabe edastamiseks, kasutades lainete amplituudi-, sagedus- või faasimodulatsiooni. Ultraviolett-, röntgen- ja gammakiirgus oleks oma kõrgete sageduste tõttu veelgi parem, kuid neid on raske genereerida ja moduleerida, nad ei läbi hästi hooneid ning lisaks on nad ohtlikud kõigele elusolendile. Vahemiku ametlik nimetus on toodud tabelis 6.

Riis. 5. Elektromagnetiline spekter ja selle rakendamine sides.
Tabel 2.
ITU bändide ametlikud nimed
Teabe hulk, mida elektromagnetlaine võib kanda, on seotud kanali sagedusvahemikuga. Kaasaegsed tehnoloogiad võimaldavad madalatel sagedustel kodeerida mitu bitti hertsi kohta. Teatud tingimustel võib see arv kõrgetel sagedustel kasvada kaheksa korda.
Teades lainepikkuse vahemiku laiust, on võimalik välja arvutada vastav sagedusvahemik ja andmeedastuskiirus.

Näide: 1,3-mikronilise fiiberoptilise kaabli puhul. Siis 8 bps juures selgub, et saate edastuskiiruseks 240 Tbps.

Raadioside

Raadiolaineid on lihtne tekitada, need liiguvad pikki vahemaid, läbivad seinu, liiguvad ümber hoonete, levivad igas suunas. Raadiolainete omadused sõltuvad sagedusest (joon. 6). Madalatel sagedustel töötades läbivad raadiolained hästi takistusi, kuid signaali tugevus õhus langeb järsult saatjast eemaldudes. Võimsuse ja kauguse suhet allikast väljendatakse ligikaudu järgmiselt: 1/r2. Kõrgetel sagedustel kipuvad raadiolained tavaliselt liikuma ainult sirgjooneliselt ja põrkuvad takistustest tagasi. Lisaks imenduvad need näiteks vihmaga. Mis tahes sagedusega raadiosignaalid võivad häirida sädeharjamootoreid ja muid elektriseadmeid.

Riis. 6. VLF-, LF-, MF-ribade lained lähevad ümber maapinna kareduse (a), HF- ja VHF-ribade lained peegelduvad ionosfäärilt ja neelduvad maapinnale (b).

Side mikrolaineahju piirkonnas

Sagedustel üle 100 MHz levivad raadiolained peaaegu sirgjooneliselt, nii et neid saab teravustada kitsasteks kiirteks. Energia kontsentreerimine kitsa kiire kujul paraboolantenni (nagu tuntud satelliittelevisiooni taldrikul) abil viib signaali-müra suhte paranemiseni, kuid sellise ühenduse jaoks peavad saate- ja vastuvõtuantennid olema üsna täpselt üksteisele suunatud.
Erinevalt madalama sagedusega raadiolainetest ei läbi mikrolained hästi hooneid. Mikrolaineraadiot hakati nii laialdaselt kasutama kaugtelefonides, mobiiltelefonides, telesaadetes ja muudes valdkondades, et tekkis tõsine spektripuudus.
Sellel ühendusel on optilise kiu ees mitmeid eeliseid. Peamine on see, et pole vaja kaablit vedada ja vastavalt sellele pole vaja ka signaalitee ääres maa rendi eest maksta. Piisab, kui osta iga 50 km tagant väikesed maatükid ja paigaldada neile releetornid.

Infrapuna- ja millimeetrilained

Infrapuna- ja millimeetrikiirgust ilma kaablit kasutamata kasutatakse laialdaselt sidepidamiseks lühikestel vahemaadel (näiteks kaugjuhtimispuldid). Need on suhteliselt suunaga, odavad ja kergesti paigaldatavad, kuid ei läbi tahkeid esemeid.
Infrapunaalast sidet kasutatakse lauaarvutisüsteemides (näiteks sülearvutite ühendamiseks printeritega), kuid telekommunikatsioonis see siiski olulist rolli ei mängi.

Sidesatelliidid

Kasutatakse E tüüpi satelliite: geostatsionaarsed (GEO), keskmise kõrgusega (MEO) ja madala orbiidiga (LEO) (joon. 7).

Riis. 7. Sidesatelliidid ja nende omadused: orbiidi kõrgus, viivitus, kogu maakera pinna katmiseks vajalik satelliitide arv.

Avalik kommuteeritud telefonivõrk

Telefonisüsteemi struktuur

Tüüpilise telefonisidemarsruudi struktuur keskmistel vahemaadel on näidatud joonisel 8.

Riis. 8. Tüüpiline sidemarsruut, mille abonentide vahekaugus on keskmine.

Kohalikud liinid: modemid, ADSL, traadita

Kuna arvuti töötab digitaalsignaaliga ja kohalik telefoniliin on analoogsignaali edastamine, kasutatakse digitaalse analoogsignaali teisendamiseks ja vastupidi modemiseadet ning protsessi ennast nimetatakse modulatsiooniks / demodulatsiooniks (joonis 9). .

Riis. 9. Telefoniliini kasutamine digitaalsignaali edastamisel.
Modulatsioonimeetodeid on kolm (joonis 10):

amplituudmodulatsioon - kasutatakse 2 erinevat signaali amplituudi (0 ja 1 jaoks),

sagedus - kasutatakse mitut erinevat signaali sagedust (0 ja 1 jaoks),

faas – loogiliste ühikute (0 ja 1) vahelise ülemineku ajal kasutatakse faasinihkeid. Nihkenurgad - 45, 135, 225, 180.

Praktikas kasutatakse kombineeritud modulatsioonisüsteeme.

Riis. 10. Binaarne signaal (a); amplituudmodulatsioon (b); sagedusmodulatsioon (c); faasimodulatsioon.
Kõik kaasaegsed modemid võimaldavad teil andmeid edastada mõlemas suunas, seda töörežiimi nimetatakse dupleksseks. Jadaedastusvõimalusega ühendust nimetatakse pooldupleksseks. Ühendust, milles edastamine toimub ainult ühes suunas, nimetatakse simpleks.
Hetkel saavutatav maksimaalne modemi kiirus on 56Kb/s. V.90 standard.

Digitaalsed abonendiliinid. xDSL tehnoloogia.

Pärast seda, kui modemite kiirus jõudis oma piirini, hakkasid telefonifirmad sellest olukorrast väljapääsu otsima. Nii ilmus palju ettepanekuid üldnimetuse xDSL all. xDSL (Digital Subscribe Line) - digitaalne abonendiliin, kus selle asemel x võib olla ka teisi tähti. Nendest ettepanekutest tuntuim tehnoloogia on ADSL (asümmeetriline DSL).
Modemite kiiruspiirangu põhjuseks oli see, et nad kasutasid andmeedastuseks inimkõne edastusvahemikku – 300 Hz kuni 3400 Hz. Koos piirsagedustega ei olnud ribalaius 3100 Hz, vaid 4000 Hz.
Kuigi kohaliku telefoniliini spekter on 1,1 Hz.
ADSL-tehnoloogia esimene ettepanek kasutas kogu kohaliku telefoniliini spektrit, mis on jagatud kolmeks ribaks:

POTS - tavapärase telefonivõrgu leviala;

väljuv vahemik;

sisendvahemik.

Tehnoloogiat, mis kasutab erinevatel eesmärkidel erinevaid sagedusi, nimetatakse sagedusmultipleksimiseks või sagedusmultipleksimiseks.
Alternatiivne meetod, mida nimetatakse diskreetseks mitmetoonseks modulatsiooniks, DMT (Discrete MultiTone) seisneb 1,1 MHz laiuse kohaliku liini kogu spektri jagamises 256 sõltumatuks kanaliks, millest igaüks on 4312,5 Hz. Kanal 0 on POTS. Kanaleid 1 kuni 5 ei kasutata, et kõnesignaal ei saaks infosignaali segada. Ülejäänud 250 kanalist üks on hõivatud edastamise juhtimisega pakkuja poole, üks - kasutaja poole ja kõik teised on saadaval kasutajaandmete edastamiseks (joonis 11).

Riis. 11. ADSL-i töö diskreetse mitmetoonilise modulatsiooni abil.
ADSL-standard võimaldab teil vastu võtta kuni 8 Mb / s ja saata kuni 1 Mb / s. ADSL2+ – väljuv kuni 24Mb/s, sissetulev kuni 1,4 Mb/s.
Tüüpiline ADSL-seadmete konfiguratsioon sisaldab:

DSLAM – DSL-i juurdepääsu multiplekser;

NID on võrguliidese seade, mis eraldab telefoniettevõtte ja abonendi omandiõiguse.

Jaotur (jaotur) on sagedusjaotur, mis eraldab POTS-riba ja ADSL-i andmed.

Riis. 12. ADSL-seadmete tüüpiline konfiguratsioon.

Jooned ja tihendid

Telefonisüsteemis mängib olulist rolli ressursside säästmine. Suure võimsusega magistraaltoru ja madala kvaliteediga liini paigaldamise ja hooldamise kulud on peaaegu samad (st lõviosa sellest kulust kulub kaevikute kaevamisele, mitte vask- või fiiberoptilisele kaablile endale).
Sel põhjusel on telefonifirmad teinud koostööd, et töötada välja mitu skeemi mitme vestluse edastamiseks ühe füüsilise kaabli kaudu. Multipleksimisskeemid (tihendamine) võib jagada kahte põhikategooriasse FDM (Frequency Division Multiplexing – sagedusjaotusega multipleksimine) ja TDM (Time Division Multiplexing – Time Division Multiplexing) (joon. 13).
Sageduse multipleksimise korral jagatakse sagedusspekter loogiliste kanalite vahel ja iga kasutaja saab oma alamriba ainuomandiõiguse. Ajajaotusega multipleksimise korral kasutavad kasutajad kordamööda (tsükliliselt) sama kanalit ja igaühele antakse lühikeseks ajaks kanali täisvõimsus.
Fiiberoptiliste kanalite puhul kasutatakse sagedusmultipleksimise erivarianti. Seda nimetatakse spektraaljaotusega multipleksimiseks (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Riis. 13. Sageduse multipleksimise näide: 1 signaali originaalspektrid (a), sagedusnihke spektrid (b), multipleksitud kanal (c).

Vahetamine

Telefonisüsteem koosneb keskmise telefoniinseneri seisukohalt kahest osast: välisseadmetest (kohalikud telefoniliinid ja magistraalid, väljaspool lüliteid) ja siseseadmetest (kilbid), mis asuvad telefonikeskjaama juures.
Kõik sidevõrgud toetavad mingil viisil oma abonentide omavahelist vahetamist (suhtlust). Praktiliselt võimatu on pakkuda igale interakteeruva abonendi paarile oma mittekommuteeritud füüsilist sideliini, mida nad saaksid pikaks ajaks monopoliseerida "oma". Seetõttu kasutatakse igas võrgus alati mõnda abonendi vahetamise meetodit, mis tagab saadaolevate füüsiliste kanalite üheaegse kättesaadavuse mitme võrguabonentide vahelise sideseansi jaoks.
Telefonisüsteemides kasutatakse kahte erinevat tehnikat: lülituslülitus ja pakettkommutatsioon.

Ahela ümberlülitamine

Voolulülitus hõlmab pideva liitfüüsilise kanali moodustamist järjestikku ühendatud üksikutest kanaliosadest sõlmedevaheliseks andmeedastuseks. Ahelkommutatsioonivõrgus on alati enne andmeedastust vaja läbi viia ühenduse loomise protseduur, mille käigus luuakse liitkanal (joonis 14).

Pakettvahetus

Pakettkommuteerimisel jagatakse kõik võrgukasutaja edastatavad sõnumid lähtesõlmes suhteliselt väikesteks osadeks, mida nimetatakse pakettideks. Iga pakett on varustatud päisega, mis määrab paketi sihthostile edastamiseks vajaliku aadressiteabe, samuti paketi numbri, mida sihthost kasutab sõnumi koostamiseks. Paketid transporditakse võrgus iseseisvate infoplokkidena. Võrgukommutaatorid võtavad vastu pakette lõppsõlmedest ja edastavad need aadressiteabe põhjal üksteisele ja lõpuks sihtsõlmele (joonis 14).
jne.................

Esialgne informatsioon, mis tuleb sideliini kaudu edastada, võib olla kas diskreetne (arvuti väljundandmed) või analoog (kõne, telepilt).

Diskreetsete andmete edastamine põhineb kahte tüüpi füüsilise kodeeringu kasutamisel:

a) analoogmodulatsioon, kui kodeerimine toimub sinusoidse kandesignaali parameetrite muutmise teel;

b) digitaalne kodeerimine, muutes ristkülikukujuliste infoimpulsside jada tasemeid.

Analoogmodulatsioon annab tulemuseks palju väiksema spektri kui digitaalse kodeerimise korral, sama teabeedastuskiirusega, kuid selle rakendamine nõuab keerukamaid ja kallimaid seadmeid.

Praegu edastatakse analoogkujul algandmeid sidekanalite kaudu üha enam diskreetsel kujul (ühte ja nullide jada kujul), st teostatakse analoogsignaalide diskreetset moduleerimist.

analoogmodulatsioon. Seda kasutatakse diskreetsete andmete edastamiseks kitsa ribalaiusega kanalite kaudu, mille tüüpiline esindaja on telefonivõrkude kasutajatele pakutav kõnesageduskanal. Selle kanali kaudu edastatakse signaale sagedusega 300 kuni 3400 Hz, st selle ribalaius on 3100 Hz. Selline riba on vastuvõetava kvaliteediga kõne edastamiseks täiesti piisav. Toonkanali ribalaiuse piiramine on seotud multipleksimis- ja lülitusseadmete kasutamisega telefonivõrkudes.

Enne diskreetsete andmete edastamist edastaval poolel modulaator-demodulaatori (modemi) abil viiakse läbi algse kahendnumbrite jada kandja sinusoidi modulatsioon. Pöördkonversiooni (demodulatsiooni) teostab vastuvõttev modem.

Digitaalsete andmete analoogvormingusse teisendamiseks on kolm võimalust või analoogmodulatsiooni kolm meetodit:

Amplituudmodulatsioon, kui ainult sinusoidaalsete võnkumiste kandja amplituud muutub vastavalt edastatavate teabebittide järjestusele: näiteks ühe edastamisel määratakse võnkeamplituud suureks ja nulli edastamisel on see väike või on puudub kandja signaal üldse;

Sagedusmodulatsioon, kui moduleerivate signaalide (edatavate infobittide) mõjul muutub ainult siinusvõnkumiste kandesagedus: näiteks nulli edastamisel on see madal, ühe edastamisel kõrge;

Faasimodulatsioon, kui vastavalt edastatud teabebittide järjestusele muutub ainult sinusoidsete võnkumiste kandja faas: signaalilt 1 lülitumisel signaalile 0 või vastupidi, muutub faas 180 ° võrra. Puhtal kujul kasutatakse amplituudmodulatsiooni madala mürakindluse tõttu praktikas harva. Sagedusmodulatsioon ei vaja modemites keerulist vooluringi ja seda kasutatakse tavaliselt madala kiirusega modemites, mis töötavad kiirusel 300 või 1200 bps. Andmeedastuskiiruse suurendamise tagab kombineeritud modulatsioonimeetodite kasutamine, sagedamini amplituudmodulatsioon kombinatsioonis faasiga.

Diskreetse andmeedastuse analoogmeetod tagab lairibaedastuse, kasutades ühes kanalis erineva kandesagedusega signaale. See tagab suure hulga abonentide suhtlemise (iga abonendipaar töötab oma sagedusel).

Digitaalne kodeerimine. Diskreetse teabe digitaalsel kodeerimisel kasutatakse kahte tüüpi koode:

a) potentsiaalikoodid, kui teabeühikute ja nullide esitamiseks kasutatakse ainult signaali potentsiaali väärtust ning selle langusi ei võeta arvesse;

b) impulsskoodid, kui binaarandmeid esitatakse kas teatud polaarsusega impulsside või teatud suuna potentsiaalsete langustena.

Diskreetse teabe digitaalse kodeerimise meetoditele, kui binaarsignaalide esitamiseks kasutatakse ristkülikukujulisi impulsse, esitatakse järgmised nõuded:

Saatja ja vastuvõtja vahelise sünkroniseerimise tagamine;

Saadud signaali väikseima spektri laiuse tagamine sama bitikiirusega (kuna kitsam signaalide spekter võimaldab

sama ribalaiusega võrgud saavutavad suurema kiiruse

andmeedastus);

Võimalus tuvastada edastatud andmetes vigu;

Suhteliselt madalad rakenduskulud.

Füüsilise kihi abil toimub ainult rikutud andmete tuvastamine (tõrketuvastus), mis säästab aega, kuna vastuvõtja, ootamata vastuvõetud kaadri täielikku puhvrisse paigutamist, lükkab selle koheselt tagasi, kui tuvastab viga. bitid kaadris. Keerulisemat toimingut – rikutud andmete parandamist – teostavad kõrgema taseme protokollid: kanal, võrk, transport või rakendus.

Saatja ja vastuvõtja sünkroniseerimine on vajalik selleks, et vastuvõtja teaks täpselt, millal saabuvaid andmeid lugeda. Kellasignaalid häälestavad vastuvõtja edastatud sõnumile ja hoiavad vastuvõtja sünkroonituna sissetulevate andmebittidega. Sünkroonimisprobleem on lihtsalt lahendatav info edastamisel lühikeste vahemaade tagant (plokkide vahel arvuti sees, arvuti ja printeri vahel), kasutades eraldi ajastussideliini: infot loetakse alles järgmise taktimpulsi saabumisel. Arvutivõrkudes loobutakse taktimpulsside kasutamisest kahel põhjusel: juhtide säästmise huvides kallites kaablites ja juhtmete omaduste heterogeensuse tõttu (pika vahemaa tagant võib signaali levimise ebaühtlane kiirus põhjustada taktimpulsside desünkroniseerimine taktireas ja infoimpulsside põhireas , mille tulemusena jäetakse andmebitt kas vahele või loetakse uuesti).

Praegu toimub saatja ja vastuvõtja sünkroniseerimine võrkudes isesünkroniseerivate koodide (SC) abil. Edastatavate andmete kodeerimine SC abil on selleks, et tagada kanali infosignaali tasemete regulaarsed ja sagedased muutused (üleminekud). Iga signaalitaseme üleminekut kõrgelt madalale või vastupidi kasutatakse vastuvõtja trimmimiseks. Parimad on need SC-d, mis pakuvad signaali taseme üleminekut vähemalt korra ühe teabebiti vastuvõtmiseks vajaliku ajavahemiku jooksul. Mida sagedasemad on signaalitaseme üleminekud, seda usaldusväärsem on vastuvõtja sünkroniseerimine ja seda kindlam on vastuvõetud andmebittide tuvastamine.

Need nõuded diskreetse teabe digitaalse kodeerimise meetoditele on teatud määral vastastikku vastuolus, seetõttu on igal allpool vaadeldaval kodeerimismeetodil teistega võrreldes oma eelised ja puudused.

Isesünkroniseeruvad koodid. Kõige tavalisemad on järgmised SC-d:

Potentsiaalne kood ilma nulli tagasipöördumiseta (NRZ - Non Return to Zero);

bipolaarne impulsi kood (RZ kood);

Manchesteri kood;

Bipolaarne kood alternatiivse taseme inversiooniga.

Joonisel fig. 32 näitab neid CK-sid kasutava sõnumi 0101100 kodeerimisskeeme.

SC iseloomustamiseks ja võrdlemiseks kasutatakse järgmisi näitajaid:

Sünkroniseerimise tase (kvaliteet);

Vastuvõetud infobittide äratundmise ja valiku usaldusväärsus (usaldus);

Sideliini signaali taseme nõutav muutumise kiirus SC kasutamisel, kui liini ribalaius on seatud;

SC-d rakendavate seadmete keerukus (ja seega ka hind).

NRZ-koodi on lihtne kodeerida ja selle rakendamine on odav. Ta sai sellise nime, kuna sama nimega bittide (ühte või nullide) jada edastamisel ei naase signaal tsükli jooksul nulli, nagu see on teiste kodeerimismeetodite puhul. Signaali tase jääb iga seeria puhul muutumatuks, mis vähendab oluliselt sünkroniseerimise kvaliteeti ja vastuvõetud bittide äratundmise usaldusväärsust (vastuvõtja taimer võib sissetuleva signaaliga valesti joonduda ja liinide ebaõige pollimine).

N^-koodi puhul kehtivad järgmised seosed:

kus VI on sideliini signaalitaseme muutumise kiirus (baud);

Y2 - sideliini läbilaskevõime (bit / s).

Lisaks sellele, et sellel koodil ei ole isesünkroniseerimise omadust, on sellel veel üks tõsine puudus: madala sagedusega komponendi olemasolu, mis läheneb nullile pikkade ühtede või nullide edastamisel. Seetõttu ei kasutata võrkudes NRZ-koodi puhtal kujul. Rakendatakse selle erinevaid modifikatsioone, mille puhul kõrvaldatakse koodi halb isesünkroniseerimine ja konstantse komponendi olemasolu.

RZ-kood ehk bipolaarne impulsskood (return-to-zero code) erineb selle poolest, et ühe infobiti edastamise ajal muutub signaali tase kaks korda, sõltumata sellest, kas on sama nimega bittide jada või vahelduvad bitid. edastatud. Ühik on esindatud ühe polaarsusega impulsiga ja null on teise polaarsusega. Iga impulss kestab pool tsüklit. Sellisel koodil on suurepärased isesünkroonimisomadused, kuid selle rakendamise maksumus on üsna kõrge, kuna on vaja tagada suhe

RZ-koodi spekter on potentsiaalsete koodide omast laiem. Liiga laia spektri tõttu kasutatakse seda harva.

Manchesteri kood annab iga biti esitamisel signaali taseme muutuse ja sama nimega bittide seeria edastamisel kahekordse muutuse. Iga meede on jagatud kaheks osaks. Teave kodeeritakse potentsiaalsete langustega, mis toimuvad iga tsükli keskel. Üksus kodeeritakse madalast kõrgele üleminekuga ja null kodeeritakse vastupidise üleminekuga. Selle koodi kiiruse suhe on:

Manchesteri koodil on head isekäivitusomadused, kuna signaal muutub vähemalt üks kord ühe andmebiti edastustsükli jooksul. Selle ribalaius on kitsam kui RZ-koodil (keskmiselt poolteist korda). Vastupidiselt bipolaarsele impulsskoodile, kus andmeedastuseks kasutatakse kolme signaalitaset (mis on mõnikord väga ebasoovitav, näiteks tuvastatakse optilistes kaablites järjekindlalt vaid kaks olekut – valgust ja pimedust), on Manchesteri koodil kaks taset.

Manchesteri koodi kasutatakse laialdaselt Etherneti ja Token Ringi tehnoloogiates.

Alternatiivse taseme inversiooni bipolaarne kood (AMI-kood) on NRZ-koodi modifikatsioon. See kasutab kolme potentsiaali taset – negatiivset, nulli ja positiivset. Seade on kodeeritud positiivse või negatiivse potentsiaaliga. Nulli kodeerimiseks kasutatakse nullpotentsiaali. Koodil on ühikute seeriate edastamisel head sünkroonimisomadused, kuna iga uue üksuse potentsiaal on vastupidine eelmise potentsiaalile. Nullide jooksude edastamisel sünkroonimist ei toimu. AMI koodi on suhteliselt lihtne rakendada. Tema jaoks

Erinevate bitikombinatsioonide edastamisel liinil toob AMI koodi kasutamine kaasa kitsama signaalispektri kui NRZ koodi puhul ja seega ka suurema liini läbilaskevõime.

Pange tähele, et täiustatud potentsiaalsetel koodidel (täiendatud Manchesteri kood ja AMI kood) on kitsam spekter kui impulsskoodidel, mistõttu neid kasutatakse kiiretes tehnoloogiates, nagu FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Analoogsignaalide diskreetne modulatsioon. Nagu juba märgitud, on kaasaegsete arvutivõrkude arengu üheks suundumuseks nende digitaliseerimine, st mis tahes laadi signaalide edastamine digitaalsel kujul. Nende signaalide allikad võivad olla arvutid (diskreetsete andmete jaoks) või seadmed, nagu telefonid, videokaamerad, video- ja heliseadmed (analoogandmete jaoks). Kuni viimase ajani (enne digitaalsete sidevõrkude tulekut) edastati territoriaalsetes võrkudes igat tüüpi andmeid analoogkujul ja oma olemuselt diskreetsed arvutiandmed teisendati modemite abil analoogvormingusse.

Analoogsel kujul teabe edastamine ei paranda aga vastuvõetud andmete kvaliteeti, kui edastamise ajal esines olulisi moonutusi. Seetõttu on heli ja pildi salvestamise ja edastamise analoogtehnika asendatud digitaaltehnoloogiaga, mis kasutab analoogsignaalide diskreetset modulatsiooni.

Diskreetne modulatsioon põhineb pidevate signaalide diskreetsel nii amplituudis kui ka ajas. Üks laialdaselt kasutatavaid meetodeid analoogsignaalide digitaalsignaalideks teisendamiseks on impulsskoodmodulatsioon (PCM), mille pakkus välja 1938. aastal A.Kh. Reeves (USA).

PCM-i kasutamisel sisaldab teisendusprotsess kolme etappi: kaardistamine, kvantiseerimine ja kodeerimine (joonis 33).

Esimene etapp on kuvamine. Algse pideva signaali amplituudi mõõdetakse etteantud perioodiga, mille tõttu toimub ajaline diskretiseerimine. Selles etapis muudetakse analoogsignaal impulsi amplituudmodulatsiooni (PAM) signaalideks. Etapi teostamine põhineb Nyquist-Kotelnikovi kaardistamise teoorial, mille põhipositsioon on: kui analoogsignaali kuvatakse (st esitatakse selle diskreetse aja väärtuste jadana) regulaarsel intervallil sagedusega vähemalt kaks korda suurem kui algse pideva signaali kõrgeima harmoonilise spektri sagedus, siis sisaldab ekraan teavet, mis on piisav algse signaali taastamiseks. Analoogtelefoni puhul valitakse kõne edastamiseks vahemik 300 kuni 3400 Hz, millest piisab vestluspartnerite kõigi peamiste harmooniliste kvaliteetseks edastamiseks. Seetõttu kasutatakse digitaalsetes võrkudes, kus kõne edastamiseks kasutatakse PCM-meetodit, kuvamise sageduseks 8000 Hz (see on üle 6800 Hz, mis annab teatud kvaliteedivaru).

Kvantimisetapis antakse igale IAM-signaalile kvantiseeritud väärtus, mis vastab lähimale kvantimistasemele. Kogu IAM-signaali amplituudi variatsiooni vahemik on jagatud 128 või 256 kvantimistasemeks. Mida rohkem on kvantimistasemeid, seda täpsemalt kujutab IAM signaali amplituudi kvantitud tase.

Kodeerimisetapis määratakse igale kvantitud vastendusele 7-bitine (kui kvantimistasemete arv on 128) või 8-bitine (kui kvantimistasemete arv on 128) kahendkood. Joonisel fig. 33 näitab 8-elemendilise binaarkoodi 00101011 signaale, mis vastavad 43. tasemega kvantiseeritud signaalile. 7-elemendiliste koodidega kodeerimisel peaks andmeedastuskiirus kanali üle olema 56 Kbps (see on kuvamissageduse ja kuvamissageduse korrutis). kahendkoodi bitisügavus) ja 8-elemendiliste koodide kodeerimisel - 64 Kbps. Standard on 64 kbit/s digikanal, mida nimetatakse ka digitaalsete telefonivõrkude elementaarkanaliks.

Seadet, mis teostab neid samme analoogväärtuse digitaalkoodiks teisendamiseks, nimetatakse analoog-digitaalmuunduriks (ADC). Vastuvõtu poolel, kasutades digitaal-analoogmuundurit (DAC), viiakse läbi pöördmuundus, st pideva signaali digiteeritud amplituudid demoduleeritakse ja taastatakse aja algne pidev funktsioon.

Kaasaegsetes digitaalsetes sidevõrkudes kasutatakse ka teisi diskreetse modulatsiooni meetodeid, mis võimaldavad esitada kõnemõõtmisi kompaktsemal kujul, näiteks 4-bitiste numbrite jadana. Kasutatakse ka analoogsignaalide digitaalseks muutmise kontseptsiooni, mille puhul ei kvantiseerita ja seejärel kodeeritakse mitte IAM-signaale endid, vaid ainult nende muutusi ning eeldatakse, et kvantimistasemete arv on sama. On ilmne, et selline kontseptsioon võimaldab signaale suurema täpsusega teisendada.

Analoogteabe salvestamise, taasesitamise ja edastamise digitaalsed meetodid võimaldavad kontrollida kandjalt loetud või sideliini kaudu vastuvõetud andmete usaldusväärsust. Sel eesmärgil kasutatakse samu juhtimismeetodeid, mis arvutiandmete puhul (vt 4.9).

Pideva signaali diskreetsel kujul edastamine seab vastuvõtja sünkroniseerimisele ranged nõuded. Kui sünkroonimist ei järgita, taastatakse algne signaal valesti, mis põhjustab hääle või edastatava pildi moonutamist. Kui häälemõõtmistega (või muude analoogväärtustega) kaadrid saabuvad sünkroonselt, võib kõne kvaliteet olla üsna kõrge. Kuid arvutivõrkudes võivad kaadrid viibida nii lõppsõlmedes kui ka vahepealsetes lülitusseadmetes (sillad, kommutaatorid, ruuterid), mis mõjutab negatiivselt kõne edastamise kvaliteeti. Seetõttu kasutatakse digiteeritud pidevate signaalide kvaliteetseks edastamiseks spetsiaalseid digitaalvõrke (ISDN, ATM, digitaaltelevisiooni võrgud), kuigi ettevõttesiseste telefonivestluste edastamiseks kasutatakse endiselt Frame Relay võrke, kuna kaadriedastusviivitused neis on vastuvõetavad. piirid.

Risttalk liini lähiotsas – määrab kaabli mürakindluse sisemiste häirete allikate suhtes. Tavaliselt hinnatakse neid mitmest keerdpaarist koosneva kaabli suhtes, kui ühe paari vastastikused vastuvõtmised võivad saavutada olulisi väärtusi ja tekitada kasulikule signaalile vastavat sisemist müra.

Andmeedastuse usaldusväärsus(või bitivea määr) iseloomustab iga edastatud andmebiti moonutuse tõenäosust. Infosignaalide moonutamise põhjused on liinil esinevad häired, samuti selle läbimise piiratud ribalaius. Seetõttu saavutatakse andmeedastuse usaldusväärsuse kasv liini mürakindluse suurendamise, kaabli läbirääkimise taseme vähendamise ja lairiba sideliinide kasutamisega.

Tavaliste, ilma täiendava veakaitseta kaabelsideliinide puhul on andmeedastuse usaldusväärsus reeglina 10 -4 -10 -6 . See tähendab, et keskmiselt rikutakse 10 4 või 10 6 edastatud bitist ühe biti väärtus.

Sideliini seadmed(andmeedastusseade – ATD) on ääreseade, mis ühendab arvutid otse sideliiniga. See on osa sideliinist ja töötab tavaliselt füüsilisel tasandil, pakkudes soovitud kuju ja võimsusega signaali edastamist ja vastuvõtmist. ADF-ide näideteks on modemid, adapterid, analoog-digitaal- ja digitaal-analoogmuundurid.

DTE ei sisalda kasutaja andmeterminali (DTE), mis genereerib andmeid sideliini kaudu edastamiseks ja on otse DTE-ga ühendatud. DTE sisaldab näiteks LAN-ruuterit. Pange tähele, et seadmete jaotus APD ja OOD klassidesse on pigem tingimuslik.

Kaugsideliinidel kasutatakse vaheseadmeid, mis lahendavad kaks peamist ülesannet: infosignaalide kvaliteedi (nende kuju, võimsus, kestus) parandamine ja püsiva komposiitkanali (end-to-end kanal) loomine kahe võrgu vahel. tellijad. LCN-is ei kasutata vaheseadmeid, kui füüsilise andmekandja (kaablid, raadioeeter) pikkus ei ole suur, nii et signaale ühest võrguadapterist teise saab edastada ilma nende parameetrite vahepealse taastamiseta.

Globaalsetes võrkudes on tagatud kvaliteetne signaaliedastus sadade ja tuhandete kilomeetrite ulatuses. Seetõttu paigaldatakse võimendid teatud vahemaadele. Läbiva liini loomiseks kahe abonendi vahel kasutatakse multipleksereid, demultipleksereid ja lüliteid.

Sidekanali vaheseade on kasutajale läbipaistev (ta ei märka seda), kuigi tegelikkuses moodustab see keeruka võrgu nn. esmane võrk ning on aluseks arvuti-, telefoni- ja muude võrkude ehitamisel.

Eristama analoog- ja digitaalsed sideliinid, mis kasutavad erinevat tüüpi vaheseadmeid. Analoogliinides on vaheseadmed ette nähtud selliste analoogsignaalide võimendamiseks, millel on pidev väärtuste vahemik. Kiiretes analoogkanalites rakendatakse sagedusmultipleksimise tehnikat, kui mitu madala kiirusega analoog-abonendikanalit multipleksitakse üheks kiireks kanaliks. Digitaalsetes sidekanalites, kus ristkülikukujulistel infosignaalidel on lõplik arv olekuid, parandavad vaheseadmed signaalide kuju ja taastavad nende kordusperioodi. See võimaldab moodustada kiireid digitaalseid kanaleid, mis töötavad kanalite aja multipleksimise põhimõttel, kui igale väikese kiirusega kanalile eraldatakse teatud osa kiire kanali ajast.

Diskreetsete arvutiandmete edastamisel digitaalsete sideliinide kaudu määratletakse füüsilise kihi protokoll, kuna liini poolt edastatavate infosignaalide parameetrid on standarditud ja analoogliinide kaudu edastamisel ei määratleta, kuna infosignaalidel on suvaline kuju ja ei ole, pole nõudeid.

Sidevõrkudes kasutatakse järgmisi teabe edastamise režiimid:

simpleks, kui saatja ja vastuvõtja on ühendatud ühe sidekanaliga, mille kaudu edastatakse teavet ainult ühes suunas (see on tüüpiline televisiooni sidevõrkudele);

pooldupleks, kui kaks sidesõlme on samuti ühendatud ühe kanali kaudu, mille kaudu edastatakse infot vaheldumisi ühes suunas, siis vastupidises suunas (see on tüüpiline info-viite-, päring-vastussüsteemidele);

dupleks, kui kaks sidesõlme on ühendatud kahe kanali kaudu (edasisuunaline sidekanal ja tagurpidi), mille kaudu edastatakse teavet samaaegselt vastassuundades. Duplekskanaleid kasutatakse otsustus- ja infotagasiside süsteemides.

Kommuteeritud ja spetsiaalsed sidekanalid. TSS-is on spetsiaalsed (mittelülitatud) sidekanalid ja need, millel on lülitumine nende kanalite kaudu teabeedastuse ajaks.

Spetsiaalsete sidekanalite kasutamisel on sidesõlmede transiiverseadmed pidevalt üksteisega ühendatud. See tagab süsteemi kõrge valmisoleku teabeedastuseks, kõrgema suhtluskvaliteedi ja suure liikluse toe. Spetsiaalsete sidekanalitega võrkude opereerimise suhteliselt kõrgete kulude tõttu saavutatakse nende tasuvus ainult siis, kui kanalid on täielikult koormatud.

Kommuteeritud sidekanaleid, mis on loodud ainult kindla teabehulga edastamise ajaks, iseloomustab suur paindlikkus ja suhteliselt madal hind (väikese liiklusega). Selliste kanalite puudused on: ajakadu ümberlülitamiseks (abonentidevahelise side loomiseks), blokeerimise võimalus sideliini teatud osade hõivatuse tõttu, madalam sidekvaliteet, kõrged kulud märkimisväärse liiklusega.

Esialgne informatsioon, mis tuleb sideliini kaudu edastada, võib olla kas diskreetne (arvuti väljundandmed) või analoog (kõne, telepilt).

Diskreetne andmeedastus põhineb kahte tüüpi füüsilise kodeeringu kasutamisel:

a) analoogmodulatsioon kui kodeerimine toimub sinusoidse kandesignaali parameetrite muutmisega;

b) digitaalne kodeerimine muutes ristkülikukujuliste infoimpulsside jada tasemeid.

Analoogmodulatsioon annab tulemuseks palju väiksema spektri kui digitaalse kodeerimise korral, sama teabeedastuskiirusega, kuid selle rakendamine nõuab keerukamaid ja kallimaid seadmeid.

Praegu edastatakse lähteandmeid, millel on analoogkuju, üha enam sidekanalite kaudu diskreetsel kujul (ühte ja nullide jada kujul), s.o. diskreetne modulatsioon analoogsignaalid.

Analoogmodulatsioon. Seda kasutatakse diskreetsete andmete edastamiseks kitsa ribalaiusega kanalite kaudu, mille tüüpiline esindaja on telefonivõrkude kasutajatele pakutav kõnesageduskanal. Selle kanali kaudu edastatakse signaale sagedusega 300 kuni 3400 Hz, st selle ribalaius on 3100 Hz. Selline riba on vastuvõetava kvaliteediga kõne edastamiseks täiesti piisav. Toonkanali ribalaiuse piiramine on seotud multipleksimis- ja lülitusseadmete kasutamisega telefonivõrkudes.

Digitaalsete andmete analoogvormingusse teisendamiseks on kolm võimalust või analoogmodulatsiooni kolm meetodit:

sagedusmodulatsioon, kui moduleerivate signaalide (edastatavate infobittide) toimel muutub ainult sinusoidaalsete võnkumiste kandja sagedus: näiteks nulli edastamisel on see madal ja ühe edastamisel kõrge;

faasimodulatsioon, kui vastavalt edastatud teabebittide järjestusele muutub ainult siinusvõnkumiste kandja faas: signaalilt 1 lülitumisel signaalile 0 või vastupidi muutub faas 180 ° võrra.

Puhtal kujul kasutatakse amplituudmodulatsiooni madala mürakindluse tõttu praktikas harva. Sagedusmodulatsioon ei vaja modemites keerulist vooluringi ja seda kasutatakse tavaliselt madala kiirusega modemites, mis töötavad kiirusel 300 või 1200 bps. Andmeedastuskiiruse suurendamise tagab kombineeritud modulatsioonimeetodite kasutamine, sagedamini amplituudmodulatsioon kombinatsioonis faasiga.

Digitaalne kodeerimine. Diskreetse teabe digitaalsel kodeerimisel kasutatakse kahte tüüpi koode:

a) potentsiaalikoodid, kui teabeühikute ja nullide esitamiseks kasutatakse ainult signaali potentsiaali väärtust ning selle langusi ei võeta arvesse;

b) impulsskoodid, kui binaarandmeid esitatakse kas teatud polaarsusega impulsside või teatud suuna potentsiaalsete langustena.

Diskreetse teabe digitaalse kodeerimise meetoditele, kui binaarsignaalide esitamiseks kasutatakse ristkülikukujulisi impulsse, esitatakse järgmised nõuded:

saatja ja vastuvõtja vahelise sünkroniseerimise tagamine;

Saadud signaali väikseima spektri laiuse tagamine sama bitikiirusega (kuna kitsam signaalide spekter võimaldab sama ribalaiusega liinil saavutada suuremat andmeedastuskiirust);

võime tuvastada edastatud andmetes vigu;

Suhteliselt madalad rakendamiskulud.

Praegu on saatja ja vastuvõtja sünkroniseerimine võrkudes saavutatud kasutades isesünkroonivad koodid(SK). Edastatavate andmete kodeerimine SC abil on selleks, et tagada kanali infosignaali tasemete regulaarsed ja sagedased muutused (üleminekud). Iga signaalitaseme üleminekut kõrgelt madalale või vastupidi kasutatakse vastuvõtja trimmimiseks. Parimad on need SC-d, mis pakuvad signaali taseme üleminekut vähemalt korra ühe teabebiti vastuvõtmiseks vajaliku ajavahemiku jooksul. Mida sagedasemad on signaalitaseme üleminekud, seda usaldusväärsem on vastuvõtja sünkroniseerimine ja seda kindlam on vastuvõetud andmebittide tuvastamine.

Isesünkroniseeruvad koodid. Kõige tavalisemad on järgmised SC-d:

potentsiaalne kood ilma nulli naasmiseta (NRZ - Non Return to Zero);

bipolaarne impulsi kood (RZ-kood);

Manchesteri kood

· bipolaarne kood vahelduva taseme inversiooniga.

Joonisel fig. 32 näitab neid CK-sid kasutava sõnumi 0101100 kodeerimisskeeme.

Riis. 32. Sõnumite kodeerimisskeemid, mis kasutavad isesünkroniseerivaid koode

Diskreetsete andmete edastamiseks kitsa sagedusribaga sideliinide kaudu, analoogmodulatsioon. Selliste liinide tüüpiline esindaja on üldkasutatavate telefonivõrkude kasutajatele kättesaadavaks tehtud kõnesageduslik sideliin. See sideliin edastab analoogsignaale sagedusvahemikus 300 kuni 3400 Hz (seega on liini ribalaius 3100 Hz). Sideliinide range ribalaiuse piiramine on antud juhul seotud multipleksimis- ja lülitusseadmete kasutamisega telefonivõrkudes.

Seadet, mis täidab edastaval poolel kande-sinusoidi moduleerimise ja vastuvõtupoolel demoduleerimise funktsioone, nimetatakse nn. modem (modulaator-demodulaator).

Analoogmodulatsioon on füüsiline kodeerimismeetod, milles teavet kodeeritakse muutmise teel amplituudid, sagedused või faasid kandesageduse siinussignaal. Kell amplituudmodulatsioon loogilise jaoks valitakse üks kandesageduse sinusoidi amplituudi tase ja loogilise nulli jaoks teine. Seda meetodit kasutatakse vähese mürakindluse tõttu puhtal kujul praktikas harva, kuid sageli kasutatakse seda koos teist tüüpi modulatsiooniga. Kell sagedusmodulatsioon algandmete väärtused 0 ja 1 edastatakse erinevate sagedustega sinusoididega . See modulatsioonimeetod ei nõua keerukat modemi elektroonikat ja seda kasutatakse tavaliselt madala kiirusega modemites, mis töötavad kiirusel 300 või 1200 bps. Kell faasimodulatsioon Andmeväärtused 0 ja 1 vastavad sama sagedusega, kuid erineva faasiga signaalidele, näiteks 0 ja 180 kraadi või 0, 90, 180 ja 270 kraadi. Kiirmodemites kasutatakse sageli kombineeritud modulatsioonimeetodeid, reeglina amplituudi kombinatsioonis faasiga. Andmeedastuskiiruse suurendamiseks kasutatakse kombineeritud modulatsioonimeetodeid. Kõige tavalisemad meetodid on Kvadratuuri amplituudi modulatsioon-QAM). Need meetodid põhinevad 8 faasinihke väärtusega faasimodulatsiooni ja 4 amplituuditasemega amplituudmodulatsiooni kombinatsioonil. Siiski ei kasutata kõiki 32 võimalikust signaalikombinatsioonist. Selline kodeerimise liiasus on vajalik selleks, et modem tunneks ära häiretest tingitud moonutuste tagajärjel tekkinud ekslikud signaalid, mis telefonikanalitel (eriti kommuteeritavatel) on amplituudilt väga olulised ja ajaliselt pikad.

Kell digitaalne kodeerimine kasutatakse diskreetset teavet potentsiaal ja impulss koodid. AT potentsiaal Koodides kasutatakse loogiliste ühtede ja nullide esitamiseks ainult signaali potentsiaali väärtust ning selle langusi, mis moodustavad terviklikud impulsid, ei võeta arvesse. Pulss koodid võimaldavad binaarandmeid esitada kas teatud polaarsusega impulsside või impulsi osaga - teatud suuna potentsiaalse langusega.

Ristkülikukujuliste impulsside kasutamisel diskreetse teabe edastamiseks on vaja valida kodeerimismeetod, mis saavutaks samaaegselt mitu eesmärki: sama bitikiiruse juures oleks saadava signaali spektri väikseim laius; tagatud sünkroniseerimine saatja ja vastuvõtja vahel; omas oskust vigu ära tunda; rakendamiskulud olid madalad.

Kitsam signaalispekter võimaldab saavutada samal liinil (sama ribalaiusega) suurema andmeedastuskiiruse. Saatja ja vastuvõtja sünkroniseerimine on vajalik selleks, et vastuvõtja teaks täpselt, millisel ajahetkel on vaja sideliinilt uut infot lugeda. Seda probleemi on võrkudes keerulisem lahendada kui vahetus läheduses asuvate seadmete vahel, näiteks arvutis olevate seadmete vahel või arvuti ja printeri vahel. Lühikestel vahemaadel toimib hästi eraldi taktilisel sideliinil põhinev skeem ja info eemaldatakse andmeliinilt alles kellimpulsi saabumisel. Võrkudes põhjustab selle skeemi kasutamine raskusi kaablite juhtmete omaduste heterogeensuse tõttu. Pikkade vahemaade tagant võivad signaali kiiruse pulsatsioonid põhjustada selle, et kell saabub vastava andmesignaali jaoks nii hilja või liiga vara, et andmebitt jäetakse vahele või loetakse uuesti. Teine põhjus, miks võrgud keelduvad kellampulsse kasutamast, on juhtide säästmine kallites kaablites. Seetõttu kasutavad võrgud nn isesünkroonivad koodid, mille signaalid kannavad saatja jaoks indikatsioone, millisel ajahetkel on vaja ära tunda järgmine bitt (või mitu bitti, kui kood on orienteeritud enam kui kahele signaali olekule). Igasugune signaali järsk langus – nn ees- võib olla hea indikaator vastuvõtja ja saatja sünkroniseerimiseks. Sinusoidide kasutamisel kandesignaalina on saadud koodil isesünkroniseerumise omadus, kuna kandesageduse amplituudi muutus võimaldab vastuvõtjal määrata sisendkoodi ilmumise hetke.

Moonutatud andmete tuvastamine ja parandamine on füüsilise kihi abil raskesti teostatav, seetõttu teevad seda tööd enamasti ülalolevad protokollid: kanal, võrk, transport või rakendus. Teisest küljest säästab veatuvastus füüsilisel kihil aega, kuna vastuvõtja ei oota kaadri täielikku puhverdamist, vaid lükkab selle kohe tagasi, kui kaadris tuvastatakse vigased bitid.

Kodeerimismeetoditele esitatavad nõuded on üksteisele vasturääkivad, seega on igal allpool käsitletud populaarsel digitaalsel kodeerimismeetodil teistega võrreldes oma eelised ja puudused.

Üks lihtsamaid meetodeid potentsiaal kodeerimine on unipolaarne potentsiaalkood, mida nimetatakse ka kodeerimiseks ilma nulli naasmata (Non Return to Zero-NRZ) (joonis 7.1.a). Perekonnanimi peegeldab tõsiasja, et kui edastatakse ühtede jada, ei naase signaal tsükli jooksul nulli. NRZ meetodil on hea veatuvastus (kahe järsult erineva potentsiaali tõttu), kuid sellel puudub isesünkroniseerimisomadus. Pika ühtede või nullide jada edastamisel liinisignaal ei muutu, mistõttu ei ole vastuvõtjal võimalik sisendsignaalist määrata ajapunkte, millal on vaja andmeid uuesti lugeda. Isegi ülitäpse kellageneraatori puhul võib vastuvõtja andmete hankimise hetkega eksida, kuna kahe generaatori sagedused pole peaaegu kunagi täiesti identsed. Seetõttu võib suurtel andmeedastuskiirustel ja pikkadel ühtede või nullide jadade korral väike taktsageduste ebakõla kaasa tuua vea terves tsüklis ja sellest tulenevalt vale bitiväärtuse lugemise.

a B C D E F

Riis. 7.1. Binaarandmete kodeerimise meetodid: a-unipolaarne potentsiaal

sotsiaalkood; b- bipolaarne potentsiaalkood; sisse- unipolaarne im-

impulsi kood; G -bipolaarne impulsi kood; d-"Manchesteri" kood;

e- potentsiaalne kood nelja signaalitasemega.

Veel üks NRZ-meetodi tõsine puudus on madala sagedusega komponendi olemasolu, mis läheneb nullile pikkade ühtede või nullide jadade edastamisel. Seetõttu ei toeta paljud sideliinid, mis ei paku otsest galvaanilist ühendust vastuvõtja ja allika vahel, seda tüüpi kodeerimist. Sellest tulenevalt ei kasutata võrkudes NRZ koodi puhtal kujul, vaid kasutatakse selle erinevaid modifikatsioone, mille puhul on välistatud nii NRZ koodi kehv isesünkroniseerimine kui ka konstantse komponendi olemasolu.

Üks NRZ-meetodi modifikatsioone on meetod bipolaarne potentsiaali kodeerimine alternatiivse inversiooniga (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI). Selle meetodi puhul ( riis. 7.1.b) kasutatakse kolme potentsiaalset taset – negatiivne, null ja positiivne. Loogilise nulli kodeerimiseks kasutatakse nullpotentsiaali ja loogiline üksus kodeeritakse kas positiivse või negatiivse potentsiaaliga (sel juhul on iga uue ühiku potentsiaal vastupidine eelmise potentsiaalile). AMI-kood kõrvaldab osaliselt alalisvoolu ja NRZ-koodile omaste iseajastusprobleemide puudumise. See juhtub pikkade järjestuste saatmisel. Nendel juhtudel on liinil olev signaal bipolaarsete impulsside jada, millel on sama spekter kui NRZ-koodil, mis edastavad vahelduvaid nulle ja ühtesid, st ilma konstantse komponendita ja põhiharmoonikuga N/2 Hz (kus N on andmete bitikiirus). Pikad nullide jadad on ohtlikud ka AMI koodile, aga ka NRZ koodile – signaal degenereerub konstantseks nullamplituudiga potentsiaaliks. Üldiselt annab AMI-koodi kasutamine liini erinevate bitikombinatsioonide puhul kitsama signaalispektri kui NRZ-koodi puhul ja seega ka suurema liini läbilaskevõime. Näiteks vahelduvate ühtede ja nullide edastamisel on põhiharmooniku f 0 sagedus N/4 Hz. AMI-kood pakub ka mõningaid funktsioone vigaste signaalide tuvastamiseks. Seega näitab signaalide polaarsuse range vaheldumise rikkumine valeimpulsi või õige impulsi kadumist liinilt. Kutsutakse vale polaarsusega signaali keelatud signaal (signaali rikkumine). Kuna AMI-kood kasutab rea kohta mitte kahte, vaid kolme signaalitaset, nõuab täiendav tase saatja võimsuse suurendamist, et tagada liinil sama bititäpsus, mis on mitme signaali olekuga koodide üldine puudus võrreldes koodidega, mis ainult eristada kahte olekut.

Lihtsamad meetodid impulsiivne kodeeringud on unipolaarne impulsi kood, kus ühte tähistab impulss ja nulli selle puudumist ( riis. 7,1 V) ja bipolaarne pulsikood, milles ühikut esindab ühe polaarsusega impulss ja null - teise ( riis. 7,1 g). Iga impulss kestab pool tsüklit. Bipolaarsel impulsskoodil on head isefikseeruvad omadused, kuid alalisvooluimpulsi komponent võib esineda näiteks pika ühtede või nullide jada edastamisel. Lisaks on selle spekter potentsiaalsete koodide omast laiem. Seega on kõigi nullide või ühtede edastamisel koodi põhiharmooniku sagedus võrdne N Hz-ga, mis on kaks korda kõrgem NRZ-koodi põhiharmoonilisest ja neli korda kõrgem AMI-koodi põhiharmoonilisest. vahelduvate ühtede ja nullide edastamisel. Liiga laia spektri tõttu kasutatakse bipolaarset impulsi koodi harva.

Kohalikes võrkudes oli kuni viimase ajani kõige levinum kodeerimismeetod nn. Manchesteri kood"(riis. 7.1e). Manchesteri koodis kasutatakse ühtede ja nullide kodeerimiseks potentsiaalset langust, see tähendab impulsi esiosa. Manchesteri kodeeringus on iga kell jagatud kaheks osaks. Teave kodeeritakse potentsiaalsete langustega, mis toimuvad iga tsükli keskel. Üksus kodeeritakse madalast kõrgele üleminekuga ja null kodeeritakse vastupidise üleminekuga. Iga tsükli alguses võib tekkida teenindussignaali serv, kui peate esitama mitu ühte või nulli järjest. Kuna signaal muutub vähemalt üks kord ühe andmebiti edastustsükli jooksul, on Manchesteri koodil head isekäivitusomadused. Manchesteri koodi ribalaius on kitsam kui bipolaarse impulsi ribalaius. Samuti ei ole sellel konstantset komponenti ning põhiharmooniku sagedus on halvimal juhul (ühte või nullide jada edastamisel) N Hz ning parimal juhul (vahelduvate ühtede ja nullide edastamisel) on see võrdne N / 2 Hz, nagu AMI koodide või NRZ puhul. Manchesteri koodi ribalaius on keskmiselt poolteist korda kitsam kui bipolaarsel impulsskoodil ja põhiharmooniline võnkub 3N/4 ümber. Manchesteri koodi teine eelis on see, et sellel on ainult kaks signaalitaset, samas kui bipolaarsel impulsskoodil on kolm.

Andmete kodeerimiseks on ka suure hulga signaalitasemetega potentsiaalseid koode. Näidatud näitena ( joonis 7.1e) potentsiaalne kood 2B1Q nelja signaalitasemega andmete kodeerimiseks. Selles koodis edastatakse iga kahe biti ühe tsükli jooksul signaal, millel on neli olekut. Bitipaar "00" vastab potentsiaalile -2,5 V, bitipaar "01" - potentsiaalile -0,833 V, bitipaar "11" - potentsiaalile +0,833 V ja paarile bitid "10" - potentsiaal +2,5 V. See kodeerimismeetod nõuab täiendavaid meetmeid, et tulla toime identsete bitipaaride pikkade jadadega, kuna siis muutub signaal konstantseks komponendiks. Juhusliku biti põimimise korral on signaali spekter kaks korda kitsam kui NRZ koodil (sama bitikiiruse korral kahekordistub tsükli aeg). Seega on esitatud 2B1Q koodi kasutades võimalik andmeid üle sama liini edastada kaks korda kiiremini kui AMI koodi kasutades. Kuid selle rakendamiseks peab saatja võimsus olema suurem, et vastuvõtja häirete taustal neli taset selgelt eristaks.

Võimalike koodide, nagu AMI ja 2B1Q, täiustamiseks loogiline kodeerimine. Loogiline kodeerimine on mõeldud pikkade bitijadade asendamiseks, mis viib konstantse potentsiaalini, mis on segatud bititega. Loogilisele kodeerimisele on iseloomulikud kaks meetodit - üleliigsed koodid ja skrambleerimine.

Üleliigsed koodid põhinevad algse bittide jada jagamisel osadeks, mida sageli nimetatakse tähemärkideks. Seejärel asendatakse iga algne märk uuega, millel on rohkem bitte kui originaalis. Näiteks 4B/5B loogikakood asendab algsed 4-bitised märgid 5-bitiste tähemärkidega. Kuna saadud sümbolid sisaldavad üleliigseid bitte, on bitikombinatsioonide koguarv neis suurem kui algsetes. Niisiis võivad 4B / 5B koodis saadud sümbolid sisaldada 32 bitiseid kombinatsioone, algsed sümbolid aga ainult 16. Seetõttu saate saadud koodist valida 16 sellist kombinatsiooni, mis ei sisalda suurt arvu nulle ja loe ülejäänud keelatud koodid (koodi rikkumine). Lisaks alalisvoolu eemaldamisele ja koodi isesünkroniseerimisele võimaldavad üleliigsed koodid vastuvõtjal rikutud bitte ära tunda. Kui vastuvõtja saab keelatud koodi, tähendab see, et signaal on liinil moonutatud. 4V/5V kood edastatakse üle liini, kasutades füüsilist kodeerimist, kasutades ühte potentsiaalsetest kodeerimismeetoditest, mis on tundlik ainult pikkade nullide jadade suhtes. 4V/5V koodisümbolid, 5 bitti pikad, garanteerivad, et reas ei tohi ühegi kombinatsiooni korral esineda rohkem kui kolm nulli järjest. Täht B koodinimes tähendab, et elementaarsignaalil on 2 olekut (inglise keelest binary - binary). Samuti on olemas kolme signaali olekuga koode, näiteks koodis 8B / 6T kasutatakse 8 biti algteabe kodeerimiseks 6 signaali koodi, millest igaühel on kolm olekut. 8B/6T koodi liiasus on suurem kui 4B/5B koodil, kuna 256 lähtekoodi jaoks on 729 (3 astmeni 6) sümbolit. Otsingutabeli kasutamine on väga lihtne toiming, nii et see lähenemisviis ei muuda lülitite ja ruuterite võrguadaptereid ega liideseplokke keeruliseks (vt. jaotised 9,11).

Antud liinivõimsuse tagamiseks peab üleliigset koodi kasutav saatja töötama suurendatud taktsagedusel. Nii et 4V / 5V koodide edastamiseks kiirusega 100 Mbps peab saatja töötama 125 MHz taktsagedusel. Sel juhul laieneb liinil oleva signaali spekter võrreldes juhtumiga, kui üle liini edastatakse puhas, mitteliigne kood. Sellegipoolest osutub üleliigse potentsiaalkoodi spekter kitsamaks kui Manchesteri koodi spekter, mis õigustab loogilise kodeerimise täiendavat etappi, aga ka vastuvõtja ja saatja töötamist suurenenud taktsagedusel.

Teine loogilise kodeerimise viis põhineb esialgse info esialgsel "segamisel" selliselt, et joonele ühtede ja nullide ilmumise tõenäosus muutub lähedaseks. Nimetatakse seadmeid või plokke, mis seda toimingut sooritavad scramblerid(rüselus – prügimägi, korratu kokkupanek). Kell rabelemine kasutatakse tuntud algoritmi, nii et vastuvõtja, olles saanud binaarandmed, edastab need deskrambler, mis taastab algse bitijada. Üleliigseid bitte üle liini ei edastata. Kaasaegsetes kiirete võrgutehnoloogiates kasutatakse "Manchesteri" ja bipolaarse impulsskodeerimise asemel täiustatud potentsiaalset liiasust ja skrambleeritud koode.

7.6. Sideliinide multipleksimise tehnoloogiad

Sest multipleksimine sideliinide ("tihendamiseks") kasutatakse mitmeid tehnoloogiaid. Tehnoloogia sagedusmultipleksimine(sagedusjaotusega multipleksimine – FDM) töötati algselt välja telefonivõrkude jaoks, kuid seda kasutatakse ka teist tüüpi võrkude, näiteks kaabeltelevisioonivõrkude jaoks. See tehnoloogia eeldab iga abonendikanali signaalide edastamist oma sagedusvahemikku ja signaalide samaaegset edastamist mitmest abonendikanalist ühes lairiba sideliinis. Näiteks võtavad FDM-lüliti sisendid vastu telefonivõrgu abonentide algsignaale. Lüliti teostab iga kanali sageduse translatsiooni oma sagedusribas. Tavaliselt jagatakse kõrgsagedusala sagedusaladeks, mis on eraldatud abonendikanalitelt andmete edastamiseks. Kahe FDM-lüliti vahelises sideliinis edastatakse samaaegselt kõigi abonendikanalite signaale, kuid igaüks neist hõivab oma sagedusriba. Väljund-FDM-lüliti eraldab iga kandesageduse moduleeritud signaalid ja edastab need vastavale väljundkanalile, millega abonenditelefon on otse ühendatud. FDM-lülitid võivad teostada nii dünaamilist kui ka püsivat ümberlülitamist. Dünaamilise kommutatsiooni korral algatab üks abonent ühenduse teise abonendiga, saates helistatud abonendinumbri võrku. Lüliti eraldab sellele abonendile dünaamiliselt ühe vabadest ribadest. Pideva ümberlülitamise korral määratakse riba abonendile pikka aega. Sagedusjaotusel põhineva ümberlülitamise põhimõte jääb erinevat tüüpi võrkudes muutumatuks, muutuvad ainult eraldi abonendikanalile eraldatud sagedusalade piirid ja ka nende arv.

Multipleksimise tehnoloogiaajajagamine(Ajajaotusega multipleksimine – TDM) või ajutine multipleksimine põhineb ajajagamisrežiimis töötavate TDM-seadmete (multiplekserid, kommutaatorid, demultiplekserid) kasutamisel, mis teenindavad tsükli jooksul kordamööda kõiki abonendikanaleid. Igale ühendusele eraldatakse riistvara töötsükli üks ajalõik, mida nimetatakse ka ajapilu. Ajapilu kestus sõltub seadmete poolt teenindatavate abonendikanalite arvust. TDM-võrgud võivad toetada mõlemat dünaamiline, või püsivümberlülitamist ja mõnikord mõlemat režiimi.

Võrgud koos dünaamiline ümberlülitamine nõuda abonentidevahelise ühenduse loomiseks eelprotseduuri. Selleks edastatakse helistatud abonendi aadress võrku, mis läbib lüliteid ja konfigureerib need järgnevaks andmeedastuseks. Ühendustaotlus suunatakse ühelt kommutaatorilt teisele ja jõuab lõpuks helistaja poole. Võrk võib keelduda ühenduse loomisest, kui vajaliku väljundkanali võimsus on juba ammendatud. FDM-lüliti puhul on väljundvõimsus võrdne sagedusribade arvuga ja TDM-lüliti puhul ajapilude arvuga, milleks kanali töötsükkel on jagatud. Võrk keeldub ühenduse loomisest ka juhul, kui taotletud abonent on juba loonud ühenduse kellegi teisega. Esimesel juhul ütlevad nad, et lüliti on hõivatud, ja teisel juhul - abonent. Ühenduse katkemise võimalus on ahela ümberlülitusmeetodi puuduseks. Kui ühendust saab luua, eraldatakse sellele FDM-võrkudes fikseeritud ribalaius või TDM-võrkudes fikseeritud ribalaius. Need väärtused jäävad muutumatuks kogu ühendusperioodi vältel. Garanteeritud võrgu läbilaskevõime pärast ühenduse loomist on oluline funktsioon, mis on vajalik selliste rakenduste jaoks nagu kõne- ja videoedastus või objektide reaalajas juhtimine.

Kui on olemas ainult üks füüsiline sidekanal, näiteks modemite kaudu andmevahetusel telefonivõrgu kaudu, korraldatakse duplekstöö kanali jagamisel kaheks loogiliseks alamkanaliks, kasutades FDM- või TDM-tehnoloogiaid. FDM-tehnoloogia kasutamisel töötavad kahejuhtmelisel liinil duplekstöö korraldamiseks mõeldud modemid neljal sagedusel (kaks sagedust - ühtede ja nullide kodeerimiseks andmete ühes suunas edastamisel ja ülejäänud kaks sagedust - kodeerimiseks, kui edastatakse vastassuunas ). TDM-tehnoloogias kasutatakse mõnda ajapilu andmete edastamiseks ühes suunas ja mõnda kasutatakse andmete edastamiseks teises suunas. Tavaliselt vahelduvad vastassuunalised ajapilud.

Kiudoptilistes kaablites duplekstöö korraldamiseks ainult ühe optilise kiu kasutamisel toimub andmeedastus ühes suunas, kasutades ühe lainepikkusega valguskiirt ja vastupidises suunas - erineva lainepikkusega. See tehnoloogia on sisuliselt seotud FDM-meetodiga, kuid fiiberoptiliste kaablite puhul nimetatakse seda lainepikkuse multipleksimise tehnoloogiad(Lainejaotusega multipleksimine – WDM) või Laine multipleksimine.

Tehnoloogiatihe laine(spektri)multipleksimine(Tihe lainejaotusega multipleksimine – DWDM) on loodud uue põlvkonna optiliste magistraalvõrkude loomiseks, mis töötavad mitme gigabiti ja terabiti kiirusega. Selline kvalitatiivne jõudlushüpe on tingitud asjaolust, et optilises kius olevat teavet edastab samaaegselt suur hulk valguslaineid. DWDM-võrgud töötavad vooluahela ümberlülitamise põhimõttel, kusjuures iga valguslaine esindab eraldi spektrikanalit ja kannab oma teavet. DWDM-tehnoloogia üks peamisi eeliseid on optilise kiu, mille teoreetiline ribalaius on 25 000 GHz, sageduspotentsiaali kasutusteguri oluline kasv.

Kokkuvõte

Kaasaegsetes telekommunikatsioonisüsteemides edastatakse teavet elektromagnetlainete kaudu – elektri-, valgus- või raadiosignaalide kaudu.

Sideliinid võivad olenevalt teabe edastamiseks kasutatava füüsilise andmekandja tüübist olla kaabliga (juhtmega) või juhtmeta. Sideliinidena kasutatakse paralleelsetel mittekeerdjuhtidel põhinevaid telefonikaableid, koaksiaalkaableid, keerdpaaridel põhinevaid kaableid (varjestamata ja varjestatud), fiiberoptilisi kaableid. Tänapäeval kõige tõhusamad ja lähitulevikus paljutõotavad on keerdpaaridel põhinevad kaablid ja fiiberoptilised kaablid. Traadita sideliine rakendatakse kõige sagedamini raadiosignaalide edastamise teel erinevates raadiolaine sagedusalades. Infrapuna traadita andmeedastustehnoloogia kasutab osa elektromagnetilisest spektrist nähtava valguse ja lühimate mikrolainete vahel. Kõige kiirem ja mürakindlam on traadita side lasertehnoloogia.

Sideliinide peamised omadused on sageduskarakteristik, ribalaius ja sumbumine teatud sagedusel.

Sideliini läbilaskevõime iseloomustab maksimaalset võimalikku andmeedastuskiirust selle kaudu. Sideliini mürakindlus määrab selle võime vähendada väliskeskkonnas sisejuhtidel tekkivate häirete taset. Andmeedastuse usaldusväärsus iseloomustab moonutuste tõenäosust iga edastatud andmebiti puhul.

Diskreetse teabe esitamist ühel või teisel kujul sideliinile rakendatavatest signaalidest nimetatakse füüsiliseks kodeerimiseks. Loogiline kodeerimine hõlmab algse teabe bittide asendamist uue bitijadaga, mis kannab sama teavet, kuid millel on täiendavad omadused.

Diskreetsete andmete edastamiseks kitsa sagedusribaga sideliinide kaudu kasutatakse analoogmodulatsiooni, mille käigus kodeeritakse informatsioon sinusoidse kandesagedussignaali amplituudi, sageduse või faasi muutmisega. Diskreetse teabe digitaalsel kodeerimisel kasutatakse potentsiaali- ja impulsskoode. Sideliinide multipleksimiseks kasutatakse sageduse, aja ja laine multipleksimise tehnoloogiaid.

Kontrollküsimused ja ülesanded

1. Esitage sideliinide klassifikatsioon.

2. Kirjeldage levinumaid kaabelsideliine.

3. Esitage peamised traadita sideliinid ja esitage nende võrdlusomadused.

4. Milliste füüsiliste tegurite tõttu moonutavad sidekanalid edastatavaid signaale?

5. Mis on sidekanali amplituud-sageduskarakteristik?

6. Millistes ühikutes mõõdetakse sidekanali ribalaiust?

7. Kirjeldage mõistet "sideliini mürakindlus".

8. Mis määrab tunnuse "andmeedastuskindlus" ja millistes ühikutes seda mõõdetakse?

9. Mis on "analoogmodulatsioon" ja mis tüüpi seda kasutatakse diskreetsete andmete edastamiseks?

10. Milline seade täidab edastaval poolel kande-sinusoidi moduleerimise ja vastuvõtupoolel demoduleerimise funktsioone?

11. Märkige digitaalsete signaalide potentsiaali- ja impulsskodeerimise erinevus.