7. سطح انتقال داده های فیزیکی

7.2. روش های گسسته انتقال داده

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سینوسی سیگنال حاملو بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیل شکل. روش اول اغلب نامیده می شود مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ ، با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم نامیده می شود کدگذاری دیجیتال . این روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. استفاده از موج سینوسی منجر به طیف باریک تری با سرعت انتقال اطلاعات یکسان می شود. با این حال، برای اجرای مدولاسیون، تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نسبت به اجرای پالس‌های مستطیلی مورد نیاز است.

در حال حاضر، به طور فزاینده ای، داده هایی که در ابتدا به شکل آنالوگ بودند - گفتار، تصاویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته، یعنی به صورت دنباله ای از یک ها و صفرها منتقل می شوند. فرآیند نمایش اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسسته .

مدولاسیون آنالوگ برای انتقال داده های گسسته از طریق کانال هایی با باند فرکانس باریک - کانال فرکانس صدا (شبکه های تلفن عمومی) استفاده می شود. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است.

دستگاهی که عملکرد مدولاسیون سینوسی حامل را در سمت فرستنده و دمودولاسیون در سمت گیرنده انجام می دهد، نامیده می شود. مودم (مدولاتور-دمودولاتور).

مدولاسیون آنالوگ یک روش رمزگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود (شکل 27).

در مدولاسیون دامنه (شکل 27، ب) برای یک واحد منطقی، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل، و برای یک صفر منطقی - سطح دیگری انتخاب شده است. این روش به ندرت در شکل خالصدر عمل به دلیل ایمنی کم صدا، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.

در مدولاسیون فرکانس (شکل 27، ج) مقادیر 0 و 1 داده های منبع توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - f 0 و f 1، منتقل می شوند. این روش مدولاسیون نیازی ندارد مدارهای پیچیدهدر مودم ها و معمولاً در مودم های کم سرعت که با سرعت 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود.

در مدولاسیون فاز (شکل 27، د) مقادیر داده 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان، اما با فازهای مختلف، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0، 90، 180، و 270 درجه است.

مودم های پرسرعت اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می کنند که معمولاً دامنه همراه با فاز است.

برنج. 27. انواع مدولاسیون

طیف سیگنال مدوله شده به نوع و سرعت مدولاسیون بستگی دارد.

برای رمزگذاری پتانسیل، طیف مستقیماً از فرمول های فوریه برای تابع تناوبی به دست می آید. اگر داده‌های گسسته با نرخ بیت N بیت/ثانیه ارسال شوند، طیف متشکل از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی‌نهایت هارمونیک با فرکانس‌های f 0، 3f 0، 5f 0، 7f 0، ...، که در آن f 0 = N/2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... از دامنه هارمونیک f 0 (شکل 28، a). در نتیجه، طیف کد بالقوه به پهنای باند وسیعی برای انتقال با کیفیت بالا نیاز دارد. علاوه بر این، باید در نظر داشته باشید که در واقعیت طیف سیگنال به طور مداوم بسته به ماهیت داده ها در حال تغییر است. بنابراین، طیف سیگنال کد بالقوه حاصل هنگام ارسال داده دلخواه، باندی از مقدار مشخصی نزدیک به 0 هرتز تا تقریباً 7f 0 را اشغال می کند (هارمونیک های با فرکانس های بالاتر از 7f 0 به دلیل سهم اندک آنها در سیگنال حاصل می توانند نادیده گرفته شوند). برای یک کانال صوتی، حد بالایی برای کدگذاری بالقوه با نرخ داده 971 bps به دست می آید. در نتیجه، کدهای بالقوه در کانال های صوتی هرگز استفاده نمی شوند.

با مدولاسیون دامنه، طیف از یک موج سینوسی فرکانس حامل تشکیل شده است f باو دو هارمونیک جانبی: (f c + fم ) و ( fج – fم)، کجا fمتر - فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی، که همزمان با نرخ انتقال داده هنگام استفاده از دو سطح دامنه است (شکل 28، ب). فرکانس fمتر ظرفیت خط را برای یک روش کدگذاری معین تعیین می کند. در فرکانس مدولاسیون پایین، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر 2fمتر بنابراین اگر پهنای باند آن بزرگتر یا مساوی 2f باشد سیگنالها توسط یک خط تحریف نمی شوند.متر . برای یک کانال فرکانس صوتی، این روش مدولاسیون در نرخ انتقال داده بیش از 3100/2 = 1550 bps قابل قبول است. اگر از 4 سطح دامنه برای ارائه داده استفاده شود، ظرفیت کانال به 3100 bps افزایش می یابد.

برنج. 28. طيف سيگنال ها در حين كدگذاري بالقوه

و مدولاسیون دامنه

با مدولاسیون فاز و فرکانس، طیف سیگنال پیچیده تر از مدولاسیون دامنه است، زیرا بیش از دو هارمونیک جانبی در اینجا تشکیل می شود، اما آنها نیز به طور متقارن نسبت به فرکانس حامل اصلی قرار دارند و دامنه آنها به سرعت کاهش می یابد. بنابراین، این نوع مدولاسیون برای انتقال داده از طریق کانال صوتی نیز مناسب است.

هنگام رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته، از کدهای پتانسیل و پالس استفاده می شود. در کدهای پتانسیل فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی استفاده می شود و لبه های آن در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس به شما این امکان را می دهند که داده های باینری را یا به عنوان پالس هایی با قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - یک تفاوت پتانسیل در یک جهت خاص نشان دهید.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد:

· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشت.

· همگام سازی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.

· توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.

· قیمت فروش پایینی داشت

محدوده باریک‌تری از سیگنال‌ها به شما امکان می‌دهد در همان خط بیشتر به دست آورید سرعت بالاانتقال داده اغلب لازم است که طیف سیگنال فاقد مولفه DC باشد.

همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند در چه مقطع زمانی لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند. حل این مشکل در شبکه‌ها دشوارتر از مبادله داده‌ها بین دستگاه‌های نزدیک، به عنوان مثال، بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر است. بنابراین، شبکه‌ها از کدهای به اصطلاح خود همگام‌سازی استفاده می‌کنند که سیگنال‌های آن‌ها دستورالعمل‌هایی را برای فرستنده در مورد اینکه بیت بعدی (یا چند بیت) در چه نقطه‌ای از زمان باید شناسایی شود، استفاده می‌کنند. هر تغییر شدید در سیگنال - به اصطلاح لبه - می تواند به عنوان نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد.

هنگام استفاده از سینوسی ها به عنوان سیگنال حامل، کد به دست آمده دارای خاصیت خود همگام سازی است، زیرا تغییر دامنه فرکانس حامل به گیرنده اجازه می دهد تا لحظه ظاهر شدن کد ورودی را تعیین کند.

الزامات روش‌های رمزگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.

در شکل 29، a روش رمزگذاری بالقوه را نشان می دهد که رمزگذاری نیز نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر بازگشت به صفر، NRZ) . نام خانوادگی نشان دهنده این واقعیت است که هنگام ارسال دنباله ای از یک ها، سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد. روش NRZ پیاده سازی آسان است، تشخیص خطای خوبی دارد (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت)، اما خاصیت خود همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از یک یا صفر، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند لحظاتی را که لازم است داده ها را بخواند، از سیگنال ورودی تعیین کند. حتی با یک ژنراتور ساعت با دقت بالا، گیرنده ممکن است در لحظه جمع آوری داده ها اشتباه کند، زیرا فرکانس های دو ژنراتور هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین، در نرخ داده‌های بالا و توالی‌های طولانی یک یا صفر، یک ناهماهنگی کوچک ساعت می‌تواند منجر به خطای کل چرخه ساعت و بر این اساس، خواندن مقدار بیت نادرست شود.

یکی دیگر از معایب جدی روش NRZ وجود یک جزء فرکانس پایین است که هنگام انتقال دنباله های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. به همین دلیل، بسیاری از کانال های ارتباطی که یک اتصال گالوانیکی مستقیم بین گیرنده و منبع ایجاد نمی کنند، از این نوع کدگذاری پشتیبانی نمی کنند. در نتیجه کد NRZ به شکل خالص خود در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود، اصلاحات مختلف آن مورد استفاده قرار می گیرد که هم خود همگام سازی ضعیف کد NRZ و هم وجود یک جزء ثابت را از بین می برد. جذابیت کد NRZ که ارزش بهبود آن را دارد، فرکانس نسبتا پایین هارمونیک بنیادی f 0 است که برابر با N/2 هرتز است. در روش های رمزگذاری دیگر مانند منچستر، هارمونیک بنیادی فرکانس بالاتری دارد.

برنج. 29. روش های کدگذاری گسسته داده ها

یکی از اصلاحات روش NRZ روش است کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین (دوقطبی وارونگی علامت جایگزین، AMI). این روش (شکل 29، ب) از سه سطح پتانسیل - منفی، صفر و مثبت استفاده می کند. برای رمزگذاری یک صفر منطقی، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، و یک پتانسیل منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی، با پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل قبلی است.

کد AMI تا حدی DC و عدم وجود مشکلات خود همگام سازی ذاتی در کد NRZ را حذف می کند. این زمانی اتفاق می افتد که دنباله های طولانی از یک ها ارسال می شود. در این موارد، سیگنال روی خط دنباله ای از پالس های پلاریزه مخالف با طیف مشابه کد NRZ است که صفر و یک های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون مولفه ثابت و با هارمونیک اساسی N/2 هرتز (که در آن N نرخ بیت انتقال داده است). توالی های طولانی صفر برای کد AMI به همان اندازه خطرناک هستند که برای کد NRZ - سیگنال به یک پتانسیل ثابت با دامنه صفر تبدیل می شود. بنابراین، کد AMI نیاز به بهبود بیشتری دارد.

به طور کلی، برای ترکیب های مختلف بیت در یک خط، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تر از کد NRZ و در نتیجه ظرفیت خط بالاتر می شود. برای مثال، هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب، هارمونیک اصلی f 0 دارای فرکانس N/4 هرتز است. کد AMI نیز برخی از قابلیت ها را برای تشخیص سیگنال های اشتباه فراهم می کند. بنابراین، نقض تناوب شدید قطبیت سیگنال نشان دهنده یک پالس کاذب یا ناپدید شدن یک پالس صحیح از خط است. این سیگنال نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت نقض).

کد AMI نه از دو، بلکه از سه سطح سیگنال در خط استفاده می کند. سطح اضافینیاز به افزایش قدرت فرستنده تقریباً 3 دسی بل دارد تا قابلیت اطمینان بیت یکسانی را در خط ایجاد کند، که در مقایسه با کدهایی که فقط دو حالت را از هم متمایز می کنند، یک نقطه ضعف رایج کدهای دارای حالت سیگنال چندگانه است.

کد مشابه AMI وجود دارد، اما تنها با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیلی را که در چرخه قبلی تنظیم شده بود، منتقل می کند (یعنی آن را تغییر نمی دهد) و هنگام انتقال یک، پتانسیل به سمت مقابل معکوس می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (نه برگشت به صفر با آنهایی که معکوس , NRZI ) . این کد در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است، مناسب است، به عنوان مثال، در کابل های نوری، که در آن دو حالت سیگنال به طور مداوم تشخیص داده می شود - نور و سایه.

علاوه بر کدهای بالقوه، کدهای پالس نیز در شبکه ها استفاده می شود، زمانی که داده ها با یک پالس کامل یا بخشی از آن - یک لبه نشان داده می شوند. ساده ترین مورد این رویکرد است کد پالس دوقطبی ، که در آن یکی با یک پالس یک قطبی و صفر با دیگری نشان داده می شود (شکل 29، ج). هر نبض نیم ضرب طول می کشد. این کد عالی است خود همگام سازیویژگی ها، اما ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد، برای مثال، هنگام انتقال یک دنباله طولانی از یک یا صفر. علاوه بر این، طیف آن گسترده تر از کدهای بالقوه است. بنابراین، هنگام انتقال همه صفر یا یک، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر N هرتز خواهد بود که دو برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد AMI است. هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب. به دلیل طیف بسیار گسترده آن، کد پالس دوقطبی به ندرت استفاده می شود.

در شبکه های محلی تا همین اواخر رایج ترین روش رمزگذاری به اصطلاح بود کد منچستر (شکل 29، د). در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

کد منچستر از یک تفاوت پتانسیل، یعنی لبه یک پالس برای رمزگذاری یک ها و صفرها استفاده می کند. با رمزگذاری منچستر، هر اندازه گیری به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت احتمالی که در وسط هر چرخه ساعت رخ می دهد، رمزگذاری می شود. واحد با تفاوت از کدگذاری می شود سطح پایینسیگنال به بالا، و صفر - لبه معکوس. در ابتدای هر چرخه ساعت، اگر بخواهید چندین یک یا صفر را در یک ردیف نشان دهید، ممکن است یک افت سیگنال بالای سر رخ دهد. از آنجایی که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند، کد منچستر خوب است خود همگام سازیخواص پهنای باند کد منچستر از پالس دوقطبی باریک تر است. همچنین مولفه DC ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت (هنگام ارسال دنباله ای از یک یا صفر) دارای فرکانس N هرتز است و در بهترین حالت (هنگام ارسال یک ها و صفرهای متناوب) برابر با N است. / 2 هرتز، مانند AMI یا NRZ به طور متوسط، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریکتر از کد پالس دوقطبی است و هارمونیک بنیادی حول مقدار 3N/4 در نوسان است. کد منچستر مزیت دیگری نسبت به کد پالس دوقطبی دارد. دومی از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می کند، در حالی که سطح منچستر از دو سطح استفاده می کند.

در شکل 29، d یک کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها را نشان می دهد. این یک کد 2B1Q است که نام آن نشان دهنده ماهیت آن است - هر دو بیت (2B) در یک چرخه ساعت توسط سیگنالی با چهار حالت (1Q) منتقل می شود. جفت بیت 00 مربوط به پتانسیل 2.5- ولت، جفت بیت 01 با پتانسیل 0.833- ولت، جفت 11 مربوط به پتانسیل 0.833 ولت و جفت 10 مربوط به پتانسیل 2.5 ولت است. با این کدگذاری روش، اقدامات اضافی برای مبارزه با توالی طولانی از جفت بیت یکسان مورد نیاز است، زیرا در این مورد سیگنال به یک جزء ثابت تبدیل می شود. با درهم‌پاشی تصادفی بیت‌ها، طیف سیگنال دو برابر باریک‌تر از کد NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می‌شود. بنابراین، با استفاده از کد 2B1Q، می توانید داده ها را دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI از طریق یک خط انتقال دهید. با این حال، برای اجرای آن، قدرت فرستنده باید بالاتر باشد تا چهار سطح به وضوح توسط گیرنده در پس زمینه تداخل متمایز شوند.

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود -مستقرسیگنال حامل سینوسی و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیل شکل. روش اول اغلب نامیده می شود مدولاسیونیا مدولاسیون آنالوگ،با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم معمولا نامیده می شود کدگذاری دیجیتالاین روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. اگر به یاد بیاوریم که طیف یک پالس ایده آل دارای عرض بی نهایت است، تعجب آور نیست. استفاده از موج سینوسی منجر به طیفی با عرض بسیار کوچکتر در همان سرعت انتقال اطلاعات می شود. با این حال، برای اجرای مدولاسیون سینوسی، تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نسبت به اجرای پالس‌های مستطیلی مورد نیاز است.

در حال حاضر، به طور فزاینده ای، داده هایی که در ابتدا به شکل آنالوگ بودند - گفتار، تصاویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته، یعنی به صورت دنباله ای از یک ها و صفرها منتقل می شوند. فرآیند نمایش اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسستهاصطلاحات "مدولاسیون" و "کدگذاری" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.

در کدگذاری دیجیتالکدهای پتانسیل و پالس برای اطلاعات گسسته استفاده می شوند. در کدهای پتانسیل، فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی استفاده می شود و افت آن که پالس های کامل را تشکیل می دهد، در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس به شما این امکان را می دهند که داده های باینری را یا به عنوان پالس هایی با قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - یک افت بالقوه در یک جهت خاص نشان دهید.

هنگام استفاده از پالس های مستطیل شکل برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد: داشتن کوچکترین عرض طیفی سیگنال حاصل با نرخ بیت یکسان. همگام سازی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.

دارای توانایی تشخیص اشتباهات؛ قیمت فروش پایینی داشت

شبکه ها به اصطلاح استفاده می کنند کدهای خود همگام،سیگنال‌های آن دستورالعمل‌هایی را برای فرستنده حمل می‌کنند که در چه نقطه‌ای از زمان لازم است بیت بعدی (یا چند بیت، اگر کد روی بیش از دو حالت سیگنال متمرکز شده است) تشخیص داده شود. هر تغییر شدید در سیگنال - به اصطلاح لبه - می تواند به عنوان نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد. تشخیص و تصحیح داده های تحریف شده با استفاده از ابزارهای لایه فیزیکی دشوار است، بنابراین اغلب این کار توسط پروتکل هایی انجام می شود که در بالا قرار دارند: کانال، شبکه، حمل و نقل یا برنامه. از سوی دیگر، تشخیص خطا روشن است سطح فیزیکیدر زمان صرفه جویی می شود، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم به طور کامل در بافر قرار گیرد، اما بلافاصله پس از قرار دادن آن را رد می کند. آگاهی از بیت های اشتباه درون قاب

کد بالقوه بدون بازگشت به صفر، روش رمزگذاری بالقوه، همچنین رمزگذاری نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر برگشت به صفر, NRZ). نام خانوادگی نشان دهنده این واقعیت است که هنگام ارسال دنباله ای از یک ها، سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر برنمی گردد (همانطور که در زیر خواهیم دید، در سایر روش های رمزگذاری بازگشت به صفر در این مورد رخ می دهد). روش NRZ برای پیاده سازی ساده است، دارای تشخیص خطای خوبی است (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت)، اما خاصیت خود همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از یک یا صفر، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند لحظاتی را که لازم است دوباره داده ها را بخواند، از سیگنال ورودی تعیین کند. حتی با یک ژنراتور ساعت با دقت بالا، گیرنده ممکن است در لحظه جمع آوری داده ها اشتباه کند، زیرا فرکانس های دو ژنراتور هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین، در نرخ داده‌های بالا و توالی‌های طولانی یک یا صفر، یک ناهماهنگی کوچک ساعت می‌تواند منجر به خطای کل چرخه ساعت و بر این اساس، خواندن مقدار بیت نادرست شود.

روش کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین. یکی از اصلاحات روش NRZ است کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین (دوقطبی متناوب علامت وارونگی, AMI). این روش از سه سطح پتانسیل منفی، صفر و مثبت استفاده می کند. برای رمزگذاری یک صفر منطقی، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، و یک پتانسیل منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی، با پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل قبلی است. بنابراین، نقض تناوب شدید قطبیت سیگنال نشان دهنده یک پالس کاذب یا ناپدید شدن یک پالس صحیح از خط است. سیگنالی با قطبیت نادرست نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت نقض). کد AMI نه از دو، بلکه از سه سطح سیگنال در خط استفاده می کند. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده تقریباً 3 دسی بل دارد تا وفاداری بیت یکسانی را در خط ایجاد کند، که در مقایسه با کدهایی که فقط دو حالت را از هم متمایز می کنند، یک نقطه ضعف رایج کدهای با حالت های سیگنال متعدد است.

کد بالقوه با وارونگی در یک. کد مشابه AMI وجود دارد، اما تنها با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیلی را که در چرخه قبلی تنظیم شده بود، منتقل می کند (یعنی آن را تغییر نمی دهد) و هنگام انتقال یک، پتانسیل به سمت مقابل معکوس می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (غیر برگشت به صفر با آنهایی که معکوس, NRZI). این کد در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است، مناسب است، به عنوان مثال در کابل های نوری، که در آن دو حالت سیگنال - نور و تاریکی - به طور پایدار تشخیص داده می شوند.

کد پالس دوقطبیعلاوه بر کدهای بالقوه، از کدهای پالس نیز در شبکه ها استفاده می شود، زمانی که داده ها توسط یک پالس کامل یا بخشی از آن - جلو نمایش داده می شود. ساده ترین مورد این رویکرد است کد پالس دوقطبی،که در آن یکی با یک پالس با یک قطب و صفر با دیگری نشان داده می شود . هر نبض نیم ضرب طول می کشد. چنین کدی دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است، اما ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد، به عنوان مثال، هنگام انتقال یک دنباله طولانی از یک یا صفر. علاوه بر این، طیف آن گسترده تر از کدهای بالقوه است. بنابراین، هنگام انتقال همه صفرها یا یکها، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر NHz خواهد بود که دو برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد AMI است. انتقال یکها و صفرهای متناوب به دلیل طیف بسیار گسترده آن، کد پالس دوقطبی به ندرت استفاده می شود.

کد منچستردر شبکه های محلی تا همین اواخر رایج ترین روش رمزگذاری به اصطلاح بود کد منچستردر فناوری های اترنت و TokenRing استفاده می شود. کد منچستر از یک تفاوت پتانسیل، یعنی لبه یک پالس برای رمزگذاری یک ها و صفرها استفاده می کند. با رمزگذاری منچستر، هر اندازه گیری به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت احتمالی که در وسط هر چرخه ساعت رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک واحد توسط یک لبه از سطح سیگنال پایین به یک بالا و صفر توسط یک لبه معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه ساعت، اگر بخواهید چندین یک یا صفر را در یک ردیف نشان دهید، ممکن است یک افت سیگنال بالای سر رخ دهد. از آنجایی که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند، کد منچستر دارای ویژگی های خود همگام سازی خوبی است. پهنای باند کد منچستر از پالس دوقطبی باریک تر است. به طور متوسط، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریکتر از کد پالس دوقطبی است و هارمونیک بنیادی حول مقدار 3N/4 در نوسان است. کد منچستر مزیت دیگری نسبت به کد پالس دوقطبی دارد. دومی از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می کند و سطح منچستر از دو سطح استفاده می کند.

کد پتانسیل 2B 1Q. کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها. این کد است 2 در 1س, نامی که ماهیت آن را منعکس می کند - هر دو بیت (2B) در یک سیکل ساعت توسط یک سیگنال دارای چهار حالت (1Q) منتقل می شود. جفت بیت 00 با پتانسیل 2.5- ولت، جفت بیت 01 با پتانسیل 0.833- ولت، جفت 11 با پتانسیل +0.833 ولت و جفت 10 با پتانسیل +2.5 ولت مطابقت دارد. با این روش کدگذاری، اقدامات اضافی برای مقابله با دنباله های طولانی از جفت بیت های یکسان مورد نیاز است، زیرا در این حالت سیگنال به یک جزء ثابت تبدیل می شود. با تناوب تصادفی بیت ها، طیف سیگنال دو برابر باریک تر از کد NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می شود. بنابراین، با استفاده از کد 2B 1Q، می توانید داده ها را دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI از طریق یک خط انتقال دهید. با این حال، برای اجرای آن، قدرت فرستنده باید بالاتر باشد تا چهار سطح به وضوح توسط گیرنده در پس زمینه تداخل متمایز شوند.

کدگذاری منطقیکدگذاری منطقی برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI، NRZI یا 2Q.1B استفاده می شود. کدگذاری منطقی باید جایگزین توالی‌های طولانی بیت‌هایی شود که به پتانسیل ثابت منتهی می‌شوند با توالی‌های پراکنده. همانطور که در بالا ذکر شد، کدگذاری منطقی با دو روش مشخص می شود -. کدهای اضافی و تقلب

کدهای اضافیبر اساس شکستن دنباله بیت اصلی به تکه‌هایی است که اغلب نماد نامیده می‌شوند. سپس هر کاراکتر اصلی با یک کاراکتر جدید جایگزین می‌شود که بیت‌های بیشتری نسبت به نسخه اصلی دارد.

برای اطمینان از ظرفیت خط معین، فرستنده ای که از کد اضافی استفاده می کند باید با فرکانس ساعت افزایش یافته کار کند. بنابراین، برای انتقال کدهای 4V/5V با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه، فرستنده باید در فرکانس ساعت 125 مگاهرتز کار کند. در این حالت، طیف سیگنال روی خط در مقایسه با حالتی که یک کد خالص و غیر زائد در طول خط ارسال می‌شود، گسترش می‌یابد. با این وجود، طیف کد پتانسیل اضافی باریکتر از طیف کد منچستر است که مرحله اضافی کدگذاری منطقی و همچنین عملکرد گیرنده و فرستنده را در فرکانس ساعت افزایش یافته توجیه می کند.

تقلا کردن. به هم ریختن داده ها با یک اسکرامبلر قبل از ارسال آن به خط با استفاده از یک کد بالقوه، راه دیگری برای رمزگذاری منطقی است. روش‌های درهم‌سازی شامل محاسبه بیت به بیت کد حاصل بر اساس بیت‌های کد منبع و بیت‌های کد به‌دست‌آمده در چرخه‌های ساعت قبلی است. به عنوان مثال، یک Scrambler ممکن است رابطه زیر را پیاده سازی کند:

انتقال ناهمزمان و سنکرون

هنگام تبادل داده در لایه فیزیکی، واحد اطلاعات کمی است، بنابراین لایه فیزیکی همیشه همگام سازی بیت را بین گیرنده و فرستنده حفظ می کند. معمولاً کافی است از همگام سازی در این دو سطح - بیت و فریم - اطمینان حاصل شود تا فرستنده و گیرنده بتوانند تبادل پایدار اطلاعات را تضمین کنند. با این حال، هنگامی که کیفیت خط ارتباطی ضعیف است (معمولاً این مورد در مورد کانال های شماره گیری تلفن صدق می کند)، ابزارهای همگام سازی اضافی در سطح بایت برای کاهش هزینه تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان انتقال داده ها معرفی می شوند.

این حالت کار نامیده می شود نامتقارنیا شروع پایان.در حالت ناهمزمان، هر بایت داده با سیگنال های شروع و توقف ویژه همراه است. هدف از این سیگنال ها، اولاً اطلاع دادن به گیرنده از ورود داده ها و ثانیاً دادن زمان کافی به گیرنده برای انجام برخی از عملکردهای مرتبط با همگام سازی قبل از رسیدن بایت بعدی است. مدت زمان سیگنال شروع یک بازه ساعت است و سیگنال توقف می تواند یک، یک و نیم یا دو دوره ساعت طول بکشد، بنابراین گفته می شود که یک، یک و نیم یا دو بیت به عنوان سیگنال توقف استفاده می شود. ، اگرچه این سیگنال ها بیت های کاربر را نشان نمی دهند.

در حالت انتقال همزمان، بین هر جفت بایت، هیچ بیت شروع توقفی وجود ندارد. نتیجه گیری

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق یک کانال باند باریک فرکانس صوتی که در تلفن استفاده می شود، مناسب ترین روش ها مدولاسیون آنالوگ است که در آن سینوسی حامل توسط دنباله اصلی ارقام باینری مدوله می شود. این عملیات توسط دستگاه های ویژه - مودم ها انجام می شود.

برای انتقال داده با سرعت کم، از تغییر فرکانس سینوسی حامل استفاده می شود. مودم های سرعت بالاتر با استفاده از روش های ترکیبی مدولاسیون دامنه مربعی (QAM) کار می کنند که با 4 سطح دامنه سینوسی حامل و 8 سطح فاز مشخص می شود. همه 32 ترکیب ممکن از روش QAM برای انتقال داده استفاده نمی شوند، ترکیبات ممنوعه تشخیص داده های خراب را در سطح فیزیکی ممکن می کند.

در کانال های ارتباطی پهن باند، از روش های کدگذاری پتانسیل و پالس استفاده می شود که در آن داده ها با سطوح مختلف پتانسیل سیگنال ثابت یا قطبیت پالس یا خودجلو

هنگام استفاده از کدهای بالقوه، وظیفه همگام سازی گیرنده با فرستنده اهمیت ویژه ای پیدا می کند، زیرا هنگام انتقال دنباله های طولانی صفر یا یک، سیگنال در ورودی گیرنده تغییر نمی کند و برای گیرنده دشوار است که لحظه لحظه را تعیین کند. برداشتن بیت داده بعدی

ساده ترین کد پتانسیل، کد غیر بازگشت به صفر (NRZ) است، اما خود کلاکینگ نیست و یک جزء DC تولید می کند.

محبوب ترین کد پالس کد منچستر است که در آن اطلاعات با جهت افت سیگنال در وسط هر سیکل ساعت حمل می شود. کد منچستر در فناوری های اترنت و TokenRing استفاده می شود.

برای بهبود ویژگی‌های یک کد NRZ بالقوه، از روش‌های کدگذاری منطقی استفاده می‌شود که دنباله‌های طولانی صفر را حذف می‌کند. این روش ها بر اساس موارد زیر است:

در مورد معرفی بیت های اضافی به داده های منبع (کدهای نوع 4B/5B)؛

درهم ریختن داده های منبع (کدهایی مانند 2B 1Q).

کدهای پتانسیل بهبودیافته طیف باریک تری نسبت به کدهای پالسی دارند، بنابراین در فناوری های پرسرعت مانند FDDI، FastEthernet، GigabitEthernet استفاده می شوند.

Crosstalk در انتهای نزدیک خط - ایمنی کابل را نسبت به نویزهای داخلی تعیین می کند. آنها معمولاً در رابطه با یک کابل متشکل از چندین جفت پیچ خورده ارزیابی می شوند، زمانی که تداخل متقابل یک جفت به جفت دیگر می تواند به مقادیر قابل توجهی برسد و تداخل داخلی متناسب با سیگنال مفید ایجاد کند.

قابلیت اطمینان انتقال داده ها(یا نرخ خطای بیت) احتمال خرابی را برای هر بیت داده ارسال شده مشخص می کند. دلایل اعوجاج سیگنال های اطلاعاتی تداخل در خط و همچنین پهنای باند محدود است. بنابراین، افزایش قابلیت اطمینان انتقال داده با افزایش درجه ایمنی خط از نویز، کاهش سطح تداخل در کابل و استفاده از خطوط ارتباطی پهنای باند بیشتر حاصل می شود.

برای خطوط ارتباطی کابلی معمولی بدون وجوه اضافیحفاظت از خطا، قابلیت اطمینان انتقال داده ها، به عنوان یک قاعده، 10 -4 -10 -6 است. به این معنی که به طور متوسط ​​از 10 بیت ارسالی 4 یا 10 6 مقدار یک بیت مخدوش می شود.

تجهیزات خطوط ارتباطی(تجهیزات انتقال داده - ATD) تجهیزات لبه ای است که مستقیماً رایانه ها را به خط ارتباطی متصل می کند. این بخشی از خط ارتباطی است و معمولاً در سطح فیزیکی عمل می کند و از انتقال و دریافت سیگنال با شکل و قدرت مورد نیاز اطمینان حاصل می کند. نمونه هایی از ADF ها مودم ها، آداپتورها، مبدل های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ هستند.

ADF شامل تجهیزات پایانه داده کاربر (DTE) نمی شود که داده ها را برای انتقال از طریق خط ارتباطی تولید می کند و مستقیماً به ADF متصل می شود. یک DTE برای مثال شامل یک روتر شبکه محلی است. توجه داشته باشید که تقسیم تجهیزات به کلاس های APD و DOD کاملاً دلخواه است.

در خطوط ارتباطی راه دور، از تجهیزات میانی استفاده می شود که دو مشکل اصلی را حل می کند: بهبود کیفیت سیگنال های اطلاعاتی (شکل، قدرت، مدت زمان آنها) و ایجاد یک کانال ترکیبی دائمی (کانال انتها به انتها) برای ارتباط بین دو. مشترکین شبکه در یک LCS، اگر طول رسانه فیزیکی (کابل ها، هوای رادیویی) کوتاه باشد، از تجهیزات میانی استفاده نمی شود، به طوری که سیگنال ها از یک آداپتور شبکه به دیگری می توانند بدون بازیابی متوسط ​​پارامترهای آنها منتقل شوند.

که در شبکه های جهانیانتقال سیگنال با کیفیت بالا در طول صدها و هزاران کیلومتر تضمین می شود. بنابراین تقویت کننده ها در فواصل معین نصب می شوند. برای ایجاد یک خط سرتاسر بین دو مشترک از مالتی پلکسرها، دی مالتی پلکسرها و سوئیچ ها استفاده می شود.

تجهیزات میانی کانال ارتباطی برای کاربر شفاف است (او متوجه آن نمی شود)، اگرچه در واقع یک شبکه پیچیده به نام شبکه اولیهو به عنوان پایه ای برای ساخت شبکه های کامپیوتری، تلفن و سایر شبکه ها عمل می کند.

تمیز دادن خطوط ارتباطی آنالوگ و دیجیتال، که از انواع تجهیزات میانی استفاده می کنند. در خطوط آنالوگ، تجهیزات میانی برای تقویت سیگنال های آنالوگ با دامنه مقادیر پیوسته طراحی شده اند. در کانال های آنالوگ پرسرعت، تکنیک مالتی پلکس فرکانس زمانی اجرا می شود که چندین کانال مشترک آنالوگ کم سرعت در یک کانال پرسرعت مالتی پلکس شوند. در کانال های ارتباطی دیجیتال، جایی که سیگنال های اطلاعاتی مستطیلی شکلدارای تعداد محدودی از حالت ها، تجهیزات میانی شکل سیگنال ها را بهبود می بخشد و دوره تکرار آنها را بازیابی می کند. آموزش با سرعت بالا را ارائه می دهد کانال های دیجیتال، کار بر روی اصل مالتی پلکس شدن زمانی کانال ها، زمانی که به هر کانال کم سرعت سهم مشخصی از زمان یک کانال پرسرعت اختصاص می یابد.

هنگام انتقال داده های کامپیوتری گسسته از طریق خطوط ارتباطی دیجیتال، پروتکل لایه فیزیکی تعریف می شود، زیرا پارامترهای سیگنال های اطلاعاتی ارسال شده توسط خط استاندارد شده است، اما هنگام انتقال از طریق خطوط آنالوگ، تعریف نشده است، زیرا سیگنال های اطلاعاتی دلخواه دارند. شکل و هیچ ارتباطی با روش نمایش یک و صفر توسط تجهیزات انتقال داده وجود ندارد.

موارد زیر در شبکه های ارتباطی کاربرد پیدا کرده اند: حالت های انتقال اطلاعات:

· سیمپلکس، هنگامی که فرستنده و گیرنده توسط یک کانال ارتباطی متصل می شوند، که از طریق آن اطلاعات فقط در یک جهت منتقل می شود (این برای شبکه های ارتباطی تلویزیونی معمول است).

· نیمه دوبلکس، زمانی که دو گره ارتباطی نیز توسط یک کانال به هم متصل می شوند، که از طریق آن اطلاعات به طور متناوب در یک جهت و سپس در جهت مخالف منتقل می شود (این برای سیستم های مرجع اطلاعات، درخواست-پاسخ معمول است).

· دوبلکس، زمانی که دو گره ارتباطی توسط دو کانال (یک کانال ارتباطی رو به جلو و یک کانال معکوس) به هم متصل می شوند، که از طریق آنها اطلاعات به طور همزمان در جهت های مخالف منتقل می شود. کانال های دوبلکس در سیستم هایی با بازخورد تصمیم و اطلاعات استفاده می شوند.

کانال های ارتباطی سوئیچ و اختصاصی. در TSS، بین کانال های ارتباطی اختصاصی (غیر سوئیچ) و کانال های دارای سوئیچ برای مدت زمان انتقال اطلاعات از طریق این کانال ها تمایز قائل می شود.

هنگام استفاده از کانال های ارتباطی اختصاصی، تجهیزات فرستنده و گیرنده گره های ارتباطی به طور مداوم به یکدیگر متصل می شوند. این امر درجه بالایی از آمادگی سیستم را برای انتقال اطلاعات، بیشتر تضمین می کند کیفیت بالاارتباطات، پشتیبانی از حجم زیادی از ترافیک. با توجه به هزینه های نسبتاً بالای شبکه های عملیاتی با کانال های ارتباطی اختصاصی، سودآوری آنها تنها در صورتی حاصل می شود که کانال ها به اندازه کافی بارگذاری شوند.

کانال های ارتباطی سوئیچ، که فقط برای مدت زمان انتقال مقدار ثابتی از اطلاعات ایجاد می شوند، با انعطاف پذیری بالا و هزینه نسبتا کم (با حجم کم ترافیک) مشخص می شوند. معایب چنین کانال هایی: از دست دادن زمان برای سوئیچینگ (برای برقراری ارتباط بین مشترکین)، امکان مسدود شدن به دلیل اشغال برخی از بخش های خط ارتباطی، کیفیت پایین تر ارتباط، هزینه بالا با حجم قابل توجه ترافیک.

اطلاعات منبعی که باید از طریق یک خط ارتباطی منتقل شود می تواند گسسته (داده های خروجی کامپیوتر) یا آنالوگ (گفتار، تصاویر تلویزیونی) باشد.

انتقال داده های گسستهمبتنی بر استفاده از دو نوع کدگذاری فیزیکی است:

آ) مدولاسیون آنالوگهنگامی که کدگذاری با تغییر پارامترهای یک سیگنال حامل سینوسی انجام می شود.

ب) کدگذاری دیجیتالبا تغییر سطوح توالی پالس های اطلاعاتی مستطیلی شکل.

مدولاسیون آنالوگ منجر به طیف سیگنالی می شود که عرض آن بسیار کمتر از کدگذاری دیجیتال با سرعت انتقال اطلاعات یکسان است، اما اجرای آن به تجهیزات پیچیده و گرانتر نیاز دارد.

در حال حاضر، داده های منبع به شکل آنالوگ به طور فزاینده ای از طریق کانال های ارتباطی به شکل گسسته (به عنوان دنباله ای از یک ها و صفرها) منتقل می شود. مدولاسیون گسستهسیگنال های آنالوگ

مدولاسیون آنالوگ. برای انتقال داده های گسسته از طریق کانال هایی با باند فرکانسی باریک استفاده می شود که نماینده معمولی آن کانال فرکانس صوتی ارائه شده به کاربران شبکه های تلفنی است. این کانال سیگنال هایی را با فرکانس 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، یعنی پهنای باند آن 3100 هرتز است. این باند برای انتقال گفتار با کیفیت قابل قبول کاملاً کافی است. پهنای باند محدود کانال صوتی با استفاده از تجهیزات مالتی پلکس و سوئیچینگ کانال در شبکه های تلفن همراه است.

قبل از انتقال داده های گسسته، موج سینوسی حامل دنباله اصلی ارقام باینری در سمت فرستنده با استفاده از یک مدولاتور-دمدولاتور (مودم) مدوله می شود. تبدیل معکوس (دمدولاسیون) توسط مودم گیرنده انجام می شود.

سه روش ممکن برای تبدیل داده های دیجیتال به شکل آنالوگ یا سه روش مدولاسیون آنالوگ وجود دارد:

مدولاسیون دامنه، زمانی که فقط دامنه حامل تغییر می کند نوسانات سینوسیمطابق با دنباله بیت های اطلاعات ارسال شده: به عنوان مثال، هنگام انتقال یک واحد، دامنه نوسان روی بزرگ تنظیم می شود و هنگام انتقال صفر، کوچک است یا اصلاً سیگنال حامل وجود ندارد.

· مدولاسیون فرکانس، هنگامی که تحت تأثیر سیگنال های تعدیل کننده (بیت های اطلاعات ارسال شده) فقط فرکانس حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: به عنوان مثال، هنگام انتقال صفر کم است و هنگام انتقال یک زیاد است.

· مدولاسیون فاز، زمانی که مطابق با دنباله بیت های اطلاعات ارسالی، فقط فاز حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: هنگام حرکت از سیگنال 1 به سیگنال 0 یا بالعکس، فاز 180 درجه تغییر می کند.

در شکل خالص خود، مدولاسیون دامنه به ندرت در عمل به دلیل ایمنی کم نویز استفاده می شود. مدولاسیون فرکانس به مدارهای پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های کم سرعت که در 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود. افزایش سرعت انتقال داده با استفاده از روش‌های مدولاسیون ترکیبی، اغلب دامنه در ترکیب با فاز، حاصل می‌شود.

روش آنالوگانتقال داده گسسته با استفاده از سیگنال های فرکانس های حامل مختلف در یک کانال، انتقال پهن باند را فراهم می کند. این تعامل را تضمین می کند مقدار زیادمشترکین (هر جفت مشترک با فرکانس خاص خود کار می کند).

کدگذاری دیجیتال. هنگام رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته، از دو نوع کد استفاده می شود:

الف) کدهای بالقوه، زمانی که فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش اطلاعات یک و صفر استفاده می شود و افت آن در نظر گرفته نمی شود.

ب) کدهای پالس، زمانی که داده های باینری یا با پالس هایی با قطبیت معین یا با افت پتانسیل در یک جهت مشخص نمایش داده می شوند.

الزامات زیر برای روش های رمزگذاری دیجیتال اطلاعات گسسته هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای نمایش سیگنال های باینری اعمال می شود:

· اطمینان از همگام سازی بین فرستنده و گیرنده.

· اطمینان از کوچکترین پهنای طیف سیگنال حاصل با همان نرخ بیت (زیرا طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا سرعت انتقال داده بالاتری در خطی با پهنای باند یکسان حاصل شود).

· توانایی تشخیص خطاها در داده های ارسالی.

· هزینه نسبتا پایین اجرا.

لایه فیزیکی به این معنی است که فقط داده های تحریف شده را تشخیص دهد (تشخیص خطا) که باعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا گیرنده بدون اینکه منتظر بماند تا فریم دریافتی به طور کامل در بافر قرار گیرد، بلافاصله هنگام تشخیص بیت های اشتباه در قاب آن را رد می کند. یک عملیات پیچیده تر - تصحیح داده های تحریف شده - توسط پروتکل های سطح بالاتر انجام می شود: کانال، شبکه، حمل و نقل یا برنامه.

همگام سازی بین فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند چه زمانی باید داده های دریافتی را بخواند. سیگنال های ساعت گیرنده را با پیام ارسالی هماهنگ می کنند و گیرنده را با بیت های داده ورودی هماهنگ می کنند. هنگام انتقال اطلاعات به آسانی مشکل همگام سازی حل می شود مسافت های کوتاه(بین بلوک های داخل کامپیوتر، بین کامپیوتر و چاپگر) با استفاده از یک خط ارتباطی ساعتی جداگانه: اطلاعات فقط در لحظه ای که پالس ساعت بعدی می رسد خوانده می شود. در شبکه های کامپیوتری، آنها از استفاده از پالس های ساعت به دو دلیل خودداری می کنند: به دلیل صرفه جویی در هادی ها در کابل های گران قیمت و به دلیل ناهمگونی ویژگی های هادی ها در کابل ها (در فواصل زیاد، سرعت نابرابر انتشار سیگنال می تواند منجر به عدم هماهنگی سیگنال شود. پالس های ساعت در خط ساعت و پالس های اطلاعات در خط اصلی، در نتیجه بیت داده یا رد می شود یا دوباره خوانده می شود).

در حال حاضر همگام سازی فرستنده و گیرنده در شبکه ها با استفاده از آن انجام می شود کدهای خود همگام سازی(SK). کدگذاری داده های ارسالی با استفاده از CS برای اطمینان از تغییرات منظم و مکرر (انتقال) در سطوح سیگنال اطلاعاتی در کانال است. هر انتقال سطح سیگنال از بالا به پایین یا برعکس برای تنظیم گیرنده استفاده می شود. بهترین سیگنال ها آنهایی هستند که حداقل یک بار در بازه زمانی مورد نیاز برای دریافت یک بیت اطلاعات، انتقال سطح سیگنال را فراهم می کنند. هرچه انتقال سطح سیگنال بیشتر باشد، گیرنده قابل اطمینان‌تر همگام‌سازی می‌شود و بیت‌های داده دریافتی با اطمینان بیشتری شناسایی می‌شوند.

الزامات مشخص شده برای روش‌های رمزگذاری دیجیتال اطلاعات گسسته تا حدی متضاد متقابل است، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.

کدهای خود زمان. رایج ترین آنها SC زیر هستند:

· کد بالقوه بدون بازگشت به صفر (NRZ – Non Return to Zero).

کد پالس دوقطبی (کد RZ)؛

· کد منچستر؛

· کد دوقطبی با وارونگی سطح متناوب.

در شکل شکل 32 طرح های رمزگذاری پیام 0101100 را با استفاده از این SK ها نشان می دهد.

برنج. 32. طرح های رمزگذاری پیام با استفاده از کدهای خود همگام

2 توابع لایه فیزیکی نمایش بیت ها توسط سیگنال های الکتریکی/اپتیکی کدگذاری بیت ها همگام سازی بیت ها انتقال/دریافت بیت ها از طریق کانال های ارتباطی فیزیکی هماهنگی با محیط فیزیکی محدوده سرعت انتقال سطوح سیگنال، کانکتورها در تمامی دستگاه های شبکه پیاده سازی سخت افزار ( آداپتورهای شبکه) مثال: 10 BaseT - UTP cat 3، 100 اهم، 100 متر، 10 مگابیت بر ثانیه، کد MII، RJ-45

5 پیام مبدل تجهیزات انتقال داده - ال. رمزگذار سیگنال (فشرده سازی، کدهای تصحیح) مدولاتور تجهیزات میانی بهبود کیفیت ارتباط - (تقویت کننده) ایجاد یک کانال ترکیبی - (سوئیچ) مالتی پلکس شدن کانال - (مولتی پلکسر) (PA ممکن است در شبکه LAN وجود نداشته باشد)

6 ویژگی اصلی خطوط ارتباطی خروجی (پروتکل) قابلیت اطمینان انتقال داده (پروتکل) تأخیر انتشار پاسخ دامنه-فرکانس (AFC) تضعیف پهنای باند ایمنی نویز تداخل در انتهای خط هزینه واحد

9 تضعیف A – یک نقطه در پاسخ فرکانس A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q مثال 1: پین = 10 mW , Pout =5 mW تضعیف = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q مثال 2: UTP cat 5 تضعیف >= -23.6 دسی بل F= 100 مگاهرتز، L= 100 M به طور معمول نشان می دهد A برای فرکانس اصلی سیگنال = -23.6 dB F = 100 MHz، L = 100 M معمولاً A برای فرکانس سیگنال اصلی نشان داده می شود.

11 مصونیت نویز خطوط فیبر نوری خطوط کابل خطوط هوایی سیمی خطوط رادیویی (محافظت، چرخاندن) مصونیت در برابر تداخل خارجی ایمنی در برابر تداخل داخلی تضعیف تداخل تداخل انتهایی (NEXT) تضعیف تداخل در انتهای دور (FEXT) (FEXT - دو جفت در یک جهت )

12 از دست دادن نزدیک پایانی متقاطع – NEXT برای کابل‌های چند جفتی NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 قابلیت اطمینان انتقال داده نرخ خطای بیت – BER احتمال خرابی بیت داده علل: تداخل خارجی و داخلی، پهنای باند باریک مبارزه: افزایش ایمنی نویز، کاهش تداخل NEXT، گسترش پهنای باند جفت پیچ خورده BER ~ کابل فیبر نوری ابزار حفاظت اضافی BER~ وجود ندارد. :: کدهای اصلاحی، پروتکل های با تکرار

16 جفت پیچ خورده جفت تابیده (TP) صفحه نمایش فویل بافته شده با صفحه سیم بافته غلاف سیم عایق بندی شده UTP Unshielded Twisted Pair رده 1، جفت گربه UTP در غلاف STP Shielded Twisted Pair نوع 1...9 هر جفت صفحه نمایش خاص خود را دارد. پیچ و تاب، رنگ خود را ایمنی سر و صدا هزینه تخمگذار پیچیدگی

18 فیبر نوری بازتاب کل داخلی یک پرتو در رابط دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2 n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> n2 - (ضریب شکست) n1 n2" title="18 فیبر نوری بازتاب کلی یک پرتو در مرز دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> title="18 فیبر نوری بازتاب کل داخلی یک پرتو در رابط دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> !}

22 کابل فیبر نوری Multi Mode Fiber MMF50/125, 62.5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 μm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s MM (2005)

23 منابع سیگنال نوری کانال: منبع - حامل - گیرنده (آشکارساز) منابع LED (دیود ساطع نور) منبع ناهمدوس نانومتری - MMF منبع منسجم لیزر نیمه هادی - SMF - قدرت = f (t o) آشکارسازها فتودیودها، دیودهای پین، دیودهای بهمنی

25 سیستم های کابل کشی ساخت یافته - سیستم کابل کشی ساختار یافته SCS - SCS اولین شبکه های محلی - کابل ها و توپولوژی های مختلف یکپارچه سازی سیستم کابلی SCS - زیرساخت کابل کشی باز LAN (زیر سیستم ها، اجزاء، رابط ها) - استقلال از فناوری شبکه- کابل های LAN، تلویزیون، سیستم های امنیتی و غیره - کابل کشی جهانی بدون ارجاع به یک فناوری شبکه خاص - سازنده

27 استاندارد SCS (اساسی) EIA/TIA-568A استاندارد سیم‌کشی مخابرات ساختمان تجاری (ایالات متحده آمریکا) CENELEC EN50173 الزامات عملکرد طرح‌های کابل‌کشی عمومی (اروپا) فناوری اطلاعات ISO/IEC IS - کابل‌کشی عمومی برای انتقال محل مشتری کابل‌کشی منبع داده: . توپولوژی فاصله های مجاز (طول کابل) رابط اتصال کاربر. کابل ها و تجهیزات اتصال. توان عملیاتی (عملکرد). تمرین نصب (زیر سیستم افقی - UTP، ستاره، 100 متر ...)

28 ارتباطات بی سیم مزایای انتقال بی سیم: راحتی، مناطق غیر قابل دسترس، تحرک. استقرار سریع... معایب: سطح تداخل بالا (وسایل ویژه: کدها، مدولاسیون...)، مشکل در استفاده از برخی محدوده ها خط ارتباط: فرستنده - متوسط ​​- ویژگی های LAN گیرنده ~ F(Δf, fн);

34 2. تلفن همراه تقسیم قلمرو به سلول ها استفاده مجدد از فرکانس ها توان کم (ابعاد) در مرکز - ایستگاه پایه اروپا - سیستم جهانی موبایل - GSM Wireless ارتباطات تلفنی 1. ایستگاه رادیویی کم مصرف - (پایه گوشی، 300 متر) رومینگ دیجیتال اروپایی بی سیم DECT - جابجایی از یک شبکه اصلیبه دیگری - پایه ارتباط سلولی

35 ارتباطات ماهواره ای بر اساس یک ماهواره (بازتاب دهنده-تقویت کننده) فرستنده - فرستنده H~50 مگاهرتز (1 ماهواره ~ 20 فرستنده) محدوده فرکانس: C. Ku، Ka C - پایین 3.7 - 4.2 گیگاهرتز بالا 5.925-6.425 گیگاهرتز پایین 11.7-12.2 گیگاهرتز بالا 14.0-14.5 گیگاهرتز Ka - پایین 17.7-21.7 گیگاهرتز بالا 27.5-30.5 گیگاهرتز

36 ارتباطات ماهواره ای. انواع ماهواره ارتباطات ماهواره ای: مایکروویو - خط دید زمین ثابت پوشش بزرگ ثابت، کم سایش ماهواره تکرار کننده، پخش، کم هزینه، هزینه بستگی به فاصله ندارد، برقراری اتصال فوری (Mil) Tz=300ms امنیت پایین، آنتن در ابتدا بزرگ (اما VSAT) کیلومتر مدار میانی سیستم موقعیت یاب جهانی GPS - 24 ماهواره کیلومتر مدار پایین پوشش کم با تأخیر کم دسترسی به اینترنت

40 تکنیک طیف گسترده روش های خاصمدولاسیون و کدنویسی برای ارتباطات بی سیم C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) کاهش قدرت مصونیت نویز Stealth OFDM، FHSS (Blue-Tooth)، DSSS، CDMA

صفحه 27 از جانب 27 مبنای فیزیکی انتقال داده ها(خطوط ارتباطی)

مبنای فیزیکی انتقال داده ها

هر فناوری شبکه باید از انتقال مطمئن و سریع داده های گسسته از طریق خطوط ارتباطی اطمینان حاصل کند. اگرچه تفاوت های زیادی بین فناوری ها وجود دارد، اما آنها بر اساس اصول مشترک انتقال گسسته داده ها هستند. این اصول در روش‌هایی برای نمایش یک‌ها و صفرها با استفاده از سیگنال‌های پالسی یا سینوسی در خطوط ارتباطی با ماهیت‌های فیزیکی مختلف، روش‌های تشخیص و تصحیح خطا، روش‌های فشرده‌سازی و روش‌های سوئیچینگ گنجانده شده‌اند.

خطوطارتباطات

شبکه های اولیه، خطوط و کانال های ارتباطی

هنگام توصیف سیستم فنی، که اطلاعات را بین گره های شبکه منتقل می کند، چندین نام را می توان در ادبیات پیدا کرد: خط ارتباطی، کانال ترکیبی، کانال، لینک.اغلب این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده می شوند و در بسیاری از موارد این مشکلی ایجاد نمی کند. در عین حال، ویژگی هایی در استفاده از آنها وجود دارد.

ارتباط دادن(پیوند) قطعه ای است که انتقال داده را بین دو گره شبکه همسایه فراهم می کند. یعنی لینک شامل دستگاه های سوئیچینگ و مالتی پلکس میانی نیست.

کانال(کانال) اغلب قسمتی از پهنای باند پیوند را نشان می دهد که به طور مستقل در هنگام سوئیچینگ استفاده می شود. به عنوان مثال، یک پیوند در شبکه اصلی ممکن است از 30 کانال تشکیل شده باشد که هر کدام دارای توان عملیاتی 64 کیلوبیت بر ثانیه

کانال کامپوزیت(مدار) مسیری است بین دو گره انتهایی یک شبکه. یک کانال ترکیبی توسط پیوندهای میانی فردی و اتصالات داخلی در سوئیچ ها تشکیل می شود. اغلب نام "کامپوزیت" حذف می شود و اصطلاح "کانال" برای اشاره به کانال ترکیبی و کانال بین گره های همسایه، یعنی در یک پیوند استفاده می شود.

خط ارتباطیمی تواند به عنوان مترادف برای هر یک از سه اصطلاح دیگر استفاده شود.

در شکل دو گزینه خط ارتباطی نشان داده شده است. در حالت اول ( آ) این خط از یک بخش کابل به طول چند ده متر تشکیل شده است و یک پیوند است. در حالت دوم (ب)، خط ارتباطی یک کانال ترکیبی است که در یک شبکه سوئیچ مدار مستقر شده است. چنین شبکه ای می تواند باشد شبکه اولیهیا شبکه تلفن

با این حال برای شبکه کامپیوتریاین خط نشان دهنده یک پیوند است، زیرا دو گره مجاور را به هم متصل می کند و تمام تجهیزات میانی سوئیچینگ برای این گره ها شفاف هستند. دلیل سوء تفاهم متقابل در سطح اصطلاحات بین متخصصان کامپیوتر و متخصصان شبکه اولیه در اینجا واضح است.

شبکه های اولیه به طور خاص به منظور ارائه خدمات کانال انتقال داده برای شبکه های کامپیوتری و تلفنی ایجاد می شوند که در چنین مواردی گفته می شود "در بالای" شبکه های اولیه کار می کنند و شبکه های پوششی

طبقه بندی خطوط ارتباطی

خط ارتباطی به طور کلی شامل یک رسانه فیزیکی است که از طریق آن سیگنال های اطلاعات الکتریکی، تجهیزات انتقال داده و تجهیزات میانی منتقل می شود. رسانه فیزیکی برای انتقال داده ها (رسانه های ذخیره سازی فیزیکی) می تواند یک کابل باشد، یعنی مجموعه ای از سیم ها، غلاف های عایق و محافظ و رابط های اتصال، و همچنین جو زمین یا فضای بیرونی که از طریق آن امواج الکترومغناطیسی منتشر می شود.

در مورد اول صحبت می کنیم محیط سیمی،و در دوم - در مورد بي سيم.

در سیستم های مخابراتی مدرن، اطلاعات با استفاده از انتقال داده می شود جریان یا ولتاژ الکتریکی، سیگنال های رادیویی یا سیگنال های نوری- تمام این فرآیندهای فیزیکی نوسانات میدان الکترومغناطیسی فرکانس های مختلف را نشان می دهند.

خطوط سیمی (سربار).اتصالات، سیم‌هایی هستند که بدون هیچ گونه قیطان عایق یا محافظ، بین قطب‌ها قرار گرفته و در هوا آویزان شده‌اند. حتی در گذشته نه چندان دور، این گونه خطوط ارتباطی اصلی ترین خطوط انتقال سیگنال های تلفن یا تلگراف بودند. امروزه خطوط ارتباطی سیمی به سرعت با خطوط کابلی جایگزین می شوند. اما در برخی جاها هنوز حفظ می شوند و در غیاب امکانات دیگر، همچنان برای انتقال داده های رایانه ای استفاده می شوند. سرعت و مقاومت در برابر نویز این خطوط چیزهای زیادی را برای شما باقی می گذارد.

خطوط کابلطراحی نسبتا پیچیده ای دارند کابل شامل هادی هایی است که در چندین لایه عایق محصور شده اند: الکتریکی، الکترومغناطیسی، مکانیکی و احتمالاً آب و هوایی. علاوه بر این، کابل را می توان به کانکتورهایی مجهز کرد که به شما امکان می دهد تجهیزات مختلف را به سرعت به آن متصل کنید. سه نوع کابل اصلی مورد استفاده در شبکه های کامپیوتری (و مخابراتی) وجود دارد: کابل های مبتنی بر جفت سیم های مسی پیچ خورده - سیم بهم تابیده بدون محافظ(Unshielded Twisted Pair, UTP) و جفت پیچ خورده محافظ(جفت پیچ خورده محافظ، STP)، کابل های کواکسیالبا هسته مسی، کابل فیبر نوری. دو نوع اول کابل نیز نامیده می شود کابل های مسی

کانال های رادیوییزمین و ارتباطات ماهواره ایبا استفاده از فرستنده و گیرنده امواج رادیویی تشکیل می شوند. انواع مختلفی از کانال های رادیویی وجود دارد که هم در محدوده فرکانس مورد استفاده و هم در محدوده کانال متفاوت هستند. پخش باندهای رادیویی(امواج بلند، متوسط ​​و کوتاه)، همچنین نامیده می شود باندهای AM،یا دامنه مدولاسیون دامنه (Amplitude Modulation، AM)، فراهم می کند ارتباط از راه دور، اما با سرعت انتقال داده پایین. سریع ترین کانال ها آنهایی هستند که استفاده می کنند محدوده فرکانس بسیار بالا(فرکانس بسیار بالا، VHF)، که برای آن از مدولاسیون فرکانس (FM) استفاده می شود. همچنین برای انتقال داده ها استفاده می شود محدوده فرکانس فوق العاده بالا(فرکانس فوق العاده بالا، UHF)، همچنین نامیده می شود باندهای مایکروویو(بیش از 300 مگاهرتز). در فرکانس‌های بالاتر از 30 مگاهرتز، سیگنال‌ها دیگر توسط یونوسفر زمین منعکس نمی‌شوند و ارتباطات پایدار نیازمند دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده است. بنابراین چنین فرکانس هایی یا توسط کانال های ماهواره ای یا کانال های رله رادیویی و یا محلی یا شبکه های تلفن همراه، جایی که این شرط برقرار است.