Átviteli módszerek a fizikai rétegen. Diszkrét adatok átvitele a fizikai rétegen

2. témakör. Fizikai réteg

Terv

Az adatátvitel elméleti alapjai

Az információ vezetékeken keresztül továbbítható bizonyos fizikai mennyiségek, például feszültség vagy áram megváltoztatásával. A feszültség vagy áram értékét az idő egyértékű függvényeként ábrázolva lehetőség nyílik a jel viselkedésének modellezésére és matematikai elemzésére.

Fourier sorozat

A 19. század elején Jean-Baptiste Fourier francia matematikus bebizonyította, hogy bármely T periódusú periodikus függvény kibővíthető szinuszok és koszinuszok összegeiből álló (esetleg végtelen) sorozattá:
(2.1)
ahol az alapfrekvencia (harmonikus), és az n-edik harmonikus szinuszainak és koszinuszainak amplitúdói, c pedig állandó. Az ilyen bővítést Fourier-sorozatnak nevezik. A Fourier-sorral kibővített függvény ennek a sorozatnak az elemeivel állítható vissza, vagyis ha a T periódus és a harmonikusok amplitúdói ismertek, akkor a (2.1) sorozat összegével visszaállítható az eredeti függvény.
Egy véges időtartamú információs jel (minden információs jelnek véges időtartama) Fourier-sorrá bővíthető, ha elképzeljük, hogy a teljes jel végtelenül ismétlődik újra és újra (vagyis a T-től 2T-ig terjedő intervallum teljesen megismétli a intervallum 0-tól T-ig stb.).
Az amplitúdók bármely adott függvényre kiszámíthatók. Ehhez meg kell szorozni a (2.1) egyenlet bal és jobb oldalát, majd integrálni kell 0-ról T-re. Mivel:
(2.2)
a sorozatnak csak egy tagja maradt. A vonal teljesen eltűnik. Hasonlóképpen, ha a (2.1) egyenletet megszorozzuk és 0-ról T-re integráljuk, akkor kiszámíthatjuk az értékeket. Ha az egyenlet mindkét részét változtatás nélkül integráljuk, akkor megkaphatjuk az állandó értékét Val vel. Ezeknek a műveleteknek az eredménye a következő lesz:
(2.3.)

Felügyelt adathordozó

A hálózat fizikai rétegének célja a nyers bitfolyam átvitele egyik gépről a másikra. Az átvitelhez különféle fizikai adathordozók, más néven jelterjedési médiák használhatók. Mindegyikük jellemző sávszélességekkel, késleltetésekkel, árakkal, valamint egyszerű telepítéssel és használattal rendelkezik. Az adathordozók két csoportra oszthatók: irányítható médiák, mint például rézhuzal és optikai kábel, és irányítatlan médiák, például rádió és lézersugár átvitel kábel nélkül.

Mágneses adathordozó

Az egyik legegyszerűbb módja az adatok egyik számítógépről a másikra való átvitelének, ha szalagra vagy más cserélhető adathordozóra (például újraírható DVD-re) írjuk, fizikailag átvisszük ezeket a szalagokat és lemezeket a célhelyre, és ott elolvassuk.
Nagy áteresztőképesség. Egy szabványos Ultrium szalagkazetta 200 GB kapacitású. Körülbelül 1000 ilyen kazettát helyeznek el egy 60x60x60-as dobozban, ami összesen 1600 Tbit (1,6 Pbit) kapacitást ad. Egy doboz kazettát a Federal Express vagy más cég 24 órán belül kiszállíthat az Egyesült Államokon belül. Ennek az átvitelnek a tényleges sávszélessége 1600 Tbps/86400 s vagy 19 Gbps. Ha a cél csak egy óra távolságra van, akkor az átviteli sebesség meghaladja a 400 Gbps-ot. Egyelőre egyetlen számítógépes hálózat sem képes megközelíteni ezeket a mutatókat.
Jövedelmezőség. A kazetta nagykereskedelmi ára körülbelül 40 dollár. Egy doboz szalag 4000 dollárba kerül, és ugyanaz a szalag több tucatszor használható. Adjunk hozzá 1000 dollárt a szállításért (valójában sokkal kevesebbet), és körülbelül 5000 dollárt kapunk 200 TB átviteléért, vagyis gigabájtonként 3 centet.
Hibák. Bár a mágnesszalagos adatátvitel sebessége kiváló, az ilyen átvitel késleltetése nagyon nagy. Az átviteli időt percekben vagy órákban mérik, nem ezredmásodpercekben. Sok alkalmazás azonnali választ igényel a távoli rendszertől (csatlakozott módban).

csavart érpár

Egy csavart érpár két szigetelt rézhuzalból áll, amelyek tipikus átmérője 1 mm. A vezetékek spirál formájában csavarodnak egymás köré. Ez lehetővé teszi több szomszédos csavart érpár elektromágneses kölcsönhatásának csökkentését.
Alkalmazás - telefonvonal, számítógépes hálózat. Több kilométeres távolságra is képes jelet továbbítani teljesítménycsillapítás nélkül. Nagyobb távolságokhoz ismétlőkre van szükség. Kábellé vannak kombinálva, védőbevonattal. A jelek átfedésének elkerülése érdekében a kábelben egy pár vezeték van csavarva. Használhatók analóg és digitális adatok továbbítására is. A sávszélesség a vezeték átmérőjétől és hosszától függ, de a legtöbb esetben másodpercenként több megabit is elérhető több kilométeres távolságon. A meglehetősen nagy sávszélesség és az alacsony költség miatt a sodrott érpárú kábeleket széles körben használják, és valószínűleg a jövőben is népszerűek lesznek.
A sodrott érpárú kábelek többféle formában léteznek, amelyek közül kettő különösen fontos a számítógépes hálózatok területén. A 3. kategóriájú csavart érpár (CAT 3) két szigetelt, egymáshoz csavart vezetékből áll. Négy ilyen pár általában össze van helyezve egy műanyag héjban.
Az 5-ös kategóriájú csavart érpár (CAT 5) hasonló a 3-as kategóriájú csavart érpárhoz, de több fordulattal rendelkezik a vezetékhossz centiméterenként. Ez lehetővé teszi a különböző csatornák közötti interferencia további csökkentését, és jobb jelátviteli minőséget biztosít nagy távolságokon (1. ábra).

Rizs. 1. UTP kategória 3 (a), UTP kategória 5 (b).
Az összes ilyen típusú kapcsolatot gyakran UTP-nek (árnyékolatlan csavart érpárnak – árnyékolatlan csavart érpárnak) nevezik.
Az IBM árnyékolt csavart érpárú kábelei nem váltak népszerűvé az IBM-en kívül.

Koaxiális kábel

Az adatátvitel másik gyakori módja a koaxiális kábel. Jobban árnyékolt, mint a csavart érpár, így nagyobb távolságra is képes adatot továbbítani nagyobb sebességgel. Kétféle kábelt széles körben használnak. Az egyik, 50 ohmos, általában kizárólag digitális adatok továbbítására szolgál. Egy másik típusú, 75 ohmos kábelt gyakran használnak analóg információk továbbítására, valamint a kábeltelevízióban.
A kábel metszetét a 2. ábra mutatja.

Rizs. 2. Koaxiális kábel.
A koaxiális kábel kialakítása és speciális árnyékolása nagy sávszélességet és kiváló zajvédelmet biztosít. A maximális áteresztőképesség a vonal minőségétől, hosszától és jel-zaj viszonyától függ. A modern kábelek sávszélessége körülbelül 1 GHz.
Alkalmazás - telefonrendszerek (hálózati), kábeltelevízió, regionális hálózatok.

száloptika

A jelenlegi száloptikai technológia akár 50 000 Gb/s (50 Tb/s) adatátviteli sebességet is elérhet, és sokan jobb anyagokat keresnek. A mai gyakorlati 10 Gbps-os korlát annak köszönhető, hogy az elektromos jeleket nem lehet gyorsabban optikai jelekké alakítani, és fordítva, bár a 100 Gbps-ot egyetlen optikai szálon már laboratóriumi körülmények között sikerült elérni.
Az optikai szálas adatátviteli rendszer három fő összetevőből áll: egy fényforrásból, egy vivőből, amelyen keresztül a fényjel terjed, és egy jelvevőből vagy detektorból. A fényimpulzust egynek, az impulzus hiányát pedig nullának tekintjük. A fény ultravékony üvegszálban terjed. Amikor fény éri, az érzékelő elektromos impulzust generál. Az optikai szál egyik végére fényforrást, a másikra detektort csatlakoztatva egyirányú adatátviteli rendszert kapunk.
Fényjel továbbításakor a fény visszaverődésének és törésének tulajdonságát használják a 2 közegről történő átmenet során. Így ha a fényt a közeg határához képest bizonyos szögben tápláljuk be, a fénysugár teljesen visszaverődik, és a szálban rögzül (3. ábra).

Rizs. 3. A fénytörés tulajdonsága.
2 féle optikai kábel létezik: többmódusú - fénysugarat továbbít, egymódusú - több hullámhossz határáig vékony, szinte hullámvezetőként működik, a fény visszaverődés nélkül, egyenes vonalban mozog. A mai egymódusú optikai kapcsolatok 50 Gb/s sebességgel képesek működni akár 100 km távolságig.
A kommunikációs rendszerekben három hullámhossz-tartományt használnak: 0,85, 1,30 és 1,55 µm.
Az optikai kábel szerkezete hasonló a koaxiális vezetékéhez. Az egyetlen különbség az, hogy az első nem rendelkezik árnyékoló ráccsal.
A száloptikai mag közepén egy üvegmag található, amelyen keresztül a fény terjed. A multimódusú szál magátmérője 50 µm, ami körülbelül egy emberi hajszál vastagsága. Az egymódusú szálban a mag átmérője 8-10 µm. A magot a magnál alacsonyabb törésmutatójú üvegréteg borítja. Úgy tervezték, hogy megbízhatóbban megakadályozza a fény kijutását a magból. A külső réteg egy műanyag héj, amely védi az üvegezést. A száloptikai magokat általában külső burkolattal védett kötegekbe csoportosítják. A 4. ábrán egy háromeres kábel látható.

Rizs. 4. Háromerű optikai kábel.
Szakadás esetén a kábelszakaszok csatlakoztatása háromféleképpen történhet:

A kábel végére egy speciális csatlakozó rögzíthető, amellyel a kábel egy optikai aljzatba kerül. A veszteség a fényintenzitás 10-20%-a, de könnyen megváltoztatható a rendszer konfigurációja.

Összeillesztés - a kábel két szépen vágott végét egymás mellé fektetik, és egy speciális karmantyúval rögzítik. A jobb fényáteresztés a kábel végeinek egybeállításával érhető el. Veszteség - a fényerő 10%-a.

Fúzió. Gyakorlatilag nincs veszteség.

Optikai kábelen kétféle fényforrás használható a jel továbbítására: fénykibocsátó diódák (LED, Light Emitting Diode) és félvezető lézerek. Összehasonlító jellemzőiket az 1. táblázat tartalmazza.

Asztal 1.
A LED és a félvezető lézer használatának összehasonlító táblázata
Az optikai kábel vevővége egy fotodióda, amely elektromos impulzust generál, amikor fény esik rá.

Az optikai kábel és a rézhuzal összehasonlító jellemzői.

Az optikai szálnak számos előnye van:

Magassebesség.

Kevesebb jelcsillapítás, kevesebb jelismétlő kimenet (50 km-enként egy, nem 5)

A külső elektromágneses sugárzással szemben közömbös, kémiailag semleges.

Könnyebb súlyú. 1000 réz csavart érpár 1 km hosszú, súlya körülbelül 8000 kg. Egy pár optikai kábel mindössze 100 kg-ot nyom nagyobb sávszélesség mellett

Alacsony fektetési költségek

Hibák:

A telepítés nehézségei és hozzáértése.

szimplex módban történő átvitel, legalább 2 vezeték szükséges a hálózatok között.

Vezetéknélküli kapcsolat

elektromágneses spektrum

Az elektronok mozgása elektromágneses hullámokat generál, amelyek terjedhetnek a térben (még vákuumban is). Az elektromágneses rezgések másodpercenkénti oszcillációinak számát frekvenciának nevezzük, és hertzben mérjük. A két egymást követő magas (vagy mélypont) közötti távolságot hullámhossznak nevezzük. Ezt az értéket hagyományosan a görög betűvel (lambda) jelölik.
Ha az elektromos áramkörben megfelelő méretű antenna van, akkor az elektromágneses hullámokat a vevő bizonyos távolságból sikeresen tudja fogadni. Minden vezeték nélküli kommunikációs rendszer ezen az elven alapul.
Vákuumban minden elektromágneses hullám azonos sebességgel terjed, függetlenül a frekvenciájától. Ezt a sebességet fénysebességnek nevezzük, - 3*108 m/s. Rézben vagy üvegben a fény sebessége ennek az értéknek körülbelül a 2/3-a, és némileg függ a frekvenciától is.
A mennyiségek és:

Ha a frekvenciát () MHz-ben, a hullámhosszt () méterben mérjük, akkor.
Az összes elektromágneses hullám összessége alkotja az elektromágneses sugárzás úgynevezett folytonos spektrumát (5. ábra). Rádió, mikrohullámú, infravörös és látható fény használható információ továbbítására a hullámok amplitúdója, frekvencia vagy fázismodulációja segítségével. Az ultraibolya-, röntgen- és gamma-sugarak magas frekvenciájuk miatt még jobbak lennének, de nehezen generálhatók, modulálhatók, nem haladnak át jól az épületeken, ráadásul minden élőlényre veszélyesek. A tartományok hivatalos neve a 6. táblázatban található.

Rizs. 5. Elektromágneses spektrum és alkalmazása a kommunikációban.
2. táblázat.
Hivatalos ITU zenekarnevek
Az elektromágneses hullám által hordozható információ mennyisége a csatorna frekvenciatartományától függ. A modern technológiák lehetővé teszik több bit/hertz kódolását alacsony frekvenciákon. Bizonyos körülmények között ez a szám a nyolcszorosára nőhet magas frekvenciákon.
A hullámhossz-tartomány szélességének ismeretében ki lehet számítani a megfelelő frekvenciatartományt és adatsebességet.

Példa: 1,3 mikronos optikai kábelek esetén. Aztán 8 bps-nál kiderül, hogy 240 Tbps átviteli sebességet kaphatsz.

Rádióösszeköttetés

A rádióhullámok könnyen generálhatók, nagy távolságokat tesznek meg, áthaladnak a falakon, megkerülik az épületeket, minden irányban terjednek. A rádióhullámok tulajdonságai a frekvenciától függenek (6. ábra). Alacsony frekvencián történő működés esetén a rádióhullámok jól áthaladnak az akadályokon, de a levegőben a jelerősség meredeken csökken, ahogy távolodsz az adótól. A teljesítmény és a forrástól való távolság arányát körülbelül a következőképpen fejezzük ki: 1/r2. Magas frekvenciákon a rádióhullámok általában csak egyenes vonalban terjednek, és visszaverődnek az akadályokról. Ráadásul felszívják őket például az eső. Bármilyen frekvenciájú rádiójelek interferenciának vannak kitéve a szikrakefe-motorokból és más elektromos berendezésekből.

Rizs. 6. A VLF, LF, MF sávok hullámai a földfelszín egyenetlenségeit körbejárják (a), a HF és VHF sávok hullámai az ionoszféráról visszaverődnek és a földben elnyelik (b).

Kommunikáció a mikrohullámú tartományban

100 MHz feletti frekvenciákon a rádióhullámok szinte egyenes vonalban terjednek, így keskeny nyalábokra fókuszálhatók. Az energia keskeny nyaláb formájában történő koncentrálása parabola antennával (mint a jól ismert műholdas televízió antenna) a jel-zaj arány javulásához vezet, azonban egy ilyen kapcsolatnál az adó- és vevőantennák elég pontosan egymásra kell mutatniuk.
Az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámokkal ellentétben a mikrohullámok nem jutnak át jól az épületeken. A mikrohullámú rádiót olyan széles körben alkalmazták a távolsági telefonálásban, a mobiltelefonokban, a televíziós adásokban és más területeken, hogy súlyos sávszélességhiány alakult ki.
Ennek a csatlakozásnak számos előnye van az optikai szálakkal szemben. A legfontosabb az, hogy nem kell kábelt fektetni, és ennek megfelelően nem kell fizetni a jelút mentén lévő földbérletért. Elég 50 km-enként kis telkeket vásárolni és relétornyokat telepíteni rájuk.

Infravörös és milliméteres hullámok

Az infravörös és a milliméteres sugárzást kábel használata nélkül széles körben használják a rövid távolságú kommunikációra (például távirányítók). Viszonylag irányítottak, olcsók és könnyen telepíthetők, de nem mennek át szilárd tárgyakon.
Az infravörös tartományban történő kommunikációt asztali számítógépes rendszerekben használják (például laptopok nyomtatókkal való összekapcsolására), de a távközlésben még mindig nem játszik jelentős szerepet.

Kommunikációs műholdak

E típusú műholdakat használnak: geostacionárius (GEO), közepes magasságú (MEO) és alacsony pályán (LEO) (7. ábra).

Rizs. 7. Kommunikációs műholdak és tulajdonságaik: pályamagasság, késleltetés, a földgömb teljes felületének lefedéséhez szükséges műholdak száma.

Nyilvános kapcsolt telefonhálózat

A telefonrendszer felépítése

Egy tipikus telefonos kommunikációs útvonal felépítése közepes távolságokon a 8. ábrán látható.

Rizs. 8. Tipikus kommunikációs útvonal az előfizetők közötti átlagos távolsággal.

Helyi vonalak: modemek, ADSL, vezeték nélküli

Mivel a számítógép digitális jellel működik, és a helyi telefonvonal az analóg jel átvitele, egy modemeszközt használnak a digitális digitális analóggá alakítására és fordítva, magát a folyamatot pedig modulációnak/demodulációnak nevezik (9. ábra). .

Rizs. 9. Telefonvonal használata digitális jel továbbításakor.
Három modulációs módszer létezik (10. ábra):

amplitúdómoduláció - 2 különböző jelamplitúdót használnak (0-hoz és 1-hez),

frekvencia - több különböző jelfrekvenciát használnak (0-hoz és 1-hez),

fázis - fáziseltolások használatosak a logikai egységek (0 és 1) közötti átmenet során. Nyírási szögek - 45, 135, 225, 180.

A gyakorlatban kombinált modulációs rendszereket alkalmaznak.

Rizs. 10. Bináris jel (a); amplitúdó moduláció (b); frekvencia moduláció (c); fázis moduláció.
Minden modern modem lehetővé teszi az adatok mindkét irányba történő átvitelét, ezt a működési módot duplexnek nevezik. A soros átviteli képességgel rendelkező kapcsolatot félduplexnek nevezzük. Az olyan kapcsolatot, amelyben az átvitel csak egy irányban megy végbe, szimplexnek nevezzük.
A modem maximálisan elérhető sebessége jelenleg 56Kb/s. V.90 szabvány.

Digitális előfizetői vonalak. xDSL technológia.

Miután a modemek sebessége elérte a határt, a telefontársaságok elkezdték keresni a kiutat ebből a helyzetből. Így sok javaslat jelent meg xDSL általános néven. xDSL (Digital Subscribe Line) - digitális előfizetői vonal, ahol ahelyett x lehetnek más betűk is. A javaslatok közül a legismertebb technológia az ADSL (aszimmetrikus DSL).
A modemek sebességkorlátozásának oka az volt, hogy az emberi beszéd átviteli tartományát használták adatátvitelre - 300 Hz és 3400 Hz között. A határfrekvenciákkal együtt a sávszélesség nem 3100 Hz, hanem 4000 Hz volt.
Bár a helyi telefonvonal spektruma 1,1 Hz.
Az ADSL technológia első javaslata a helyi telefonvonal teljes spektrumát használta, amely 3 sávra oszlik:

POTS - a hagyományos telefonhálózat hatótávolsága;

kimenő tartomány;

beviteli tartomány.

Az olyan technológiát, amely különböző célokra különböző frekvenciákat használ, frekvencia multiplexelésnek vagy frekvencia multiplexelésnek nevezzük.
A diszkrét többtónusú modulációnak nevezett alternatív módszer, a DMT (Discrete MultiTone) abból áll, hogy egy 1,1 MHz széles helyi vonal teljes spektrumát 256 független, egyenként 4312,5 Hz-es csatornára osztják. A 0. csatorna a POTS. Az 1-5 csatornákat nem használják, így a hangjel nem zavarhatja az információs jelet. A fennmaradó 250 csatornából egy a szolgáltató felé, egy a felhasználó felé átvitelvezérléssel van lefoglalva, az összes többi pedig a felhasználói adatok továbbítására áll rendelkezésre (11. ábra).

Rizs. 11. ADSL működés diszkrét többtónusú modulációval.
Az ADSL szabvány legfeljebb 8 Mb / s fogadást és 1 Mb / s küldést tesz lehetővé. ADSL2+ - kimenő 24 Mb/s-ig, bejövő 1,4 Mb/s-ig.
Egy tipikus ADSL-berendezés konfiguráció a következőket tartalmazza:

DSLAM - DSL hozzáférési multiplexer;

A NID egy hálózati interfész, amely elválasztja a telefontársaság és az előfizető tulajdonjogát.

Az elosztó (splitter) egy frekvenciaelosztó, amely elválasztja a POTS sávot és az ADSL adatokat.

Rizs. 12. Az ADSL berendezések tipikus konfigurációja.

Vonalak és tömítések

Az erőforrás-megtakarítás fontos szerepet játszik a telefonrendszerben. A nagy kapacitású gerincvezeték és a gyenge minőségű vezeték lefektetésének és fenntartásának költsége szinte azonos (vagyis ennek a költségnek az oroszlánrészét árkok ásására költik, és nem magára a réz- vagy optikai kábelre).
Emiatt a telefontársaságok együttműködve több sémát dolgoztak ki több beszélgetés egyetlen fizikai kábelen keresztüli továbbítására. A multiplexelési sémák két fő kategóriába sorolhatók: FDM (Frequency Division Multiplexing) és TDM (Time Division Multiplexing) (13. ábra).
A frekvencia-multiplexeléssel a frekvenciaspektrum fel van osztva a logikai csatornák között, és minden felhasználó kizárólagos tulajdonjogot kap az alsávjához. Az időosztásos multiplexelés során a felhasználók felváltva (ciklikusan) ugyanazt a csatornát használják, és rövid ideig mindegyik megkapja a csatorna teljes kapacitását.
A száloptikai csatornák a frekvencia multiplexelés egy speciális változatát használják. Spektrális osztásos multiplexelésnek (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) hívják.

Rizs. 13. Példa frekvencia multiplexelésre: 1 jel eredeti spektruma (a), frekvenciaeltolásos spektrum (b), multiplex csatorna (c).

Átkapcsolás

Az átlagos telefonmérnök szemszögéből a telefonrendszer két részből áll: a külső berendezésekből (helyi telefonvonalak és fővonalak, a kapcsolókon kívül) és a telefonközponton elhelyezett belső berendezésekből (kapcsolótáblák).
Bármely kommunikációs hálózat támogatja az előfizetőik egymás közötti kapcsolását (kommunikációját). Gyakorlatilag lehetetlen minden kölcsönhatásban lévő előfizetőpárnak saját, nem kapcsolt fizikai kommunikációs vonalat biztosítani, amelyet hosszú időn keresztül monopolizálhatnának a „saját”. Ezért minden hálózatban mindig alkalmaznak valamilyen előfizetőváltási módot, amely biztosítja a rendelkezésre álló fizikai csatornák egyidejű elérhetőségét a hálózati előfizetők közötti több kommunikációs munkamenethez.
A telefonrendszerekben két különböző technikát alkalmaznak: az áramkörkapcsolást és a csomagkapcsolást.

Áramkör kapcsolás

Az áramköri kapcsolás magában foglalja egy folyamatos összetett fizikai csatorna kialakítását a sorosan összekapcsolt egyedi csatornaszakaszokból a csomópontok közötti közvetlen adatátvitel érdekében. Áramkörkapcsolt hálózatban az adatátvitel előtt mindig el kell végezni egy kapcsolatlétesítési eljárást, amely során egy összetett csatorna jön létre (14. ábra).

Csomagváltás

A csomagváltás során a hálózati felhasználó által továbbított összes üzenetet a forráscsomóponton viszonylag kis részekre, csomagokra bontják. Minden csomaghoz tartozik egy fejléc, amely megadja a csomagnak a célállomáshoz való eljuttatásához szükséges címinformációkat, valamint azt a csomagszámot, amelyet a célállomás az üzenet összeállításához fog használni. A csomagok a hálózaton független információs egységekként kerülnek továbbításra. A hálózati kapcsolók csomagokat fogadnak a végcsomópontoktól, és a címinformációk alapján továbbítják egymásnak, végül a célcsomópontnak (14. ábra).
stb.................

A kommunikációs vonalon továbbítandó kezdeti információ lehet diszkrét (számítógépes kimeneti adat) vagy analóg (beszéd, televíziós kép).

A diszkrét adatok továbbítása kétféle fizikai kódoláson alapul:

a) analóg moduláció, ha a kódolás egy szinuszos vivőjel paramétereinek megváltoztatásával történik;

b) digitális kódolás a téglalap alakú információimpulzusok sorozatának szintjének változtatásával.

Az analóg moduláció a kapott jel sokkal kisebb spektrumához vezet, mint a digitális kódolással, azonos információátviteli sebesség mellett, de megvalósítása bonyolultabb és drágább berendezéseket igényel.

Jelenleg az eredeti, analóg formájú adatokat egyre inkább diszkrét formában (egyesek és nullák sorozataként) továbbítják kommunikációs csatornákon, azaz az analóg jelek diszkrét modulációját hajtják végre.

analóg moduláció. Diszkrét adatok továbbítására szolgál szűk sávszélességű csatornákon, amelyek tipikus képviselője a telefonhálózatok felhasználóinak biztosított hangfrekvenciás csatorna. A 300-3400 Hz frekvenciájú jelek ezen a csatornán kerülnek továbbításra, azaz a sávszélessége 3100 Hz. Egy ilyen sáv elégséges az elfogadható minőségű beszédátvitelhez. A hangcsatorna sávszélesség-korlátozása a telefonhálózatokban multiplexelő és áramkörkapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

A diszkrét adatok átvitele előtt az adó oldalon modulátor-demodulátor (modem) segítségével az eredeti bináris számjegysorozat vivő szinuszos modulációját hajtjuk végre. Az inverz konverziót (demodulációt) a fogadó modem végzi.

Három módja van a digitális adatok analóg formába konvertálásának, vagy három módszer az analóg modulációra:

Amplitúdómoduláció, amikor a szinuszos rezgések hordozójának csak az amplitúdója változik az átvitt információs bitek sorrendjének megfelelően: például egy átvitelkor az oszcillációs amplitúdó nagyra van állítva, nulla adásnál kicsi, vagy van egyáltalán nincs vivőjel;

Frekvenciamoduláció, amikor a moduláló jelek (átvitt információs bitek) hatására csak a szinuszos rezgések vivőfrekvenciája változik: például nulla átvitelekor alacsony, egy átvitele esetén magas;

Fázismoduláció, amikor az átvitt információs bitek sorrendjének megfelelően csak a szinuszos rezgések hordozójának fázisa változik: amikor az 1 jelről 0 jelre váltunk, vagy fordítva, a fázis 180 ° -kal változik. Tiszta formájában az amplitúdómodulációt a gyakorlatban ritkán alkalmazzák az alacsony zajtűrés miatt. A frekvenciamoduláció nem igényel bonyolult áramkört a modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos. Az adatsebesség növelését kombinált modulációs eljárások, gyakrabban fázissal kombinált amplitúdómoduláció alkalmazása biztosítja.

A diszkrét adatátvitel analóg módszere széles sávú átvitelt biztosít különböző vivőfrekvenciás jelek egy csatornán történő felhasználásával. Ez nagyszámú előfizető interakcióját garantálja (minden egyes előfizetőpár saját frekvencián működik).

Digitális kódolás. A diszkrét információk digitális kódolásakor kétféle kódot használnak:

a) potenciálkódok, amikor csak a jelpotenciál értékét használjuk az információs egységek és nullák ábrázolására, és ennek esését nem vesszük figyelembe;

b) impulzuskódok, amikor a bináris adatokat vagy egy bizonyos polaritású impulzusok, vagy egy bizonyos irányú potenciálesés reprezentálják.

A következő követelmények vonatkoznak a diszkrét információk digitális kódolásának módszereire, amikor négyszögletes impulzusokat használnak a bináris jelek ábrázolására:

Az adó és a vevő közötti szinkronizálás biztosítása;

Az eredményül kapott jel legkisebb spektrumszélességének biztosítása azonos bitsebességgel (mivel a jelek szűkebb spektruma lehetővé teszi a

az azonos sávszélességű hálózatok nagyobb sebességet érnek el

adatátvitel);

Az átvitt adatok hibáinak felismerése;

Viszonylag alacsony megvalósítási költség.

A fizikai réteg segítségével csak a sérült adatok felismerése (hibadetektálás) valósul meg, ami időt takarít meg, mivel a vevő anélkül, hogy megvárná, hogy a vett keret teljesen a pufferbe kerüljön, azonnal elutasítja, ha hibásat észlel. bitek a keretben. Egy bonyolultabb műveletet - a sérült adatok kijavítását - magasabb szintű protokollok hajtják végre: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás.

Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, mikor kell kiolvasnia a bejövő adatokat. Az órajelek ráhangolják a vevőt a továbbított üzenetre, és szinkronban tartják a vevőt a bejövő adatbitekkel. A szinkronizálás problémája könnyen megoldható kis távolságra (számítógépen belüli blokkok között, számítógép és nyomtató között) egy külön időzítő kommunikációs vonal használatával: az információ csak a következő óraimpulzus megérkezésekor kerül olvasásra. Számítógépes hálózatokban az óraimpulzusok használatát két okból hagyják el: a vezetők megtakarítása miatt a drága kábelekben, valamint a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt (nagy távolságokon az egyenetlen jelterjedési sebesség a kábelek deszinkronizálásához vezethet. órajel impulzusok az órasorban és információimpulzusok a fősorban, aminek következtében az adatbit vagy kimarad vagy újraolvasódik).

Jelenleg az adó és a vevő hálózatokban történő szinkronizálása önszinkronizáló kódok (SC) használatával valósul meg. A továbbított adatok SC-vel történő kódolása a csatornában lévő információs jel szintjei rendszeres és gyakori változását (átmenetét) biztosítja. Minden jelszint-átmenet magasról alacsonyra vagy fordítva a vevő beállítására szolgál. A legjobbak azok az SC-k, amelyek legalább egyszer jelszint-átmenetet biztosítanak az egy információs bit fogadásához szükséges időintervallumban. Minél gyakoribbak a jelszint-átmenetek, annál megbízhatóbb a vevő szinkronizálása, és annál biztosabb a vett adatbitek azonosítása.

A diszkrét információk digitális kódolásának módszereivel szemben támasztott követelmények bizonyos mértékig egymásnak ellentmondanak, ezért az alábbiakban tárgyalt kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Önszinkronizáló kódok. A leggyakoribbak a következő SC-k:

Potenciális kód nullához való visszatérés nélkül (NRZ - Non Return to Zero);

Bipoláris impulzuskód (RZ kód);

Manchester kód;

Bipoláris kód alternatív szintű inverzióval.

ábrán. A 32. ábra a 0101100 számú üzenet kódolási sémáját mutatja ezeknek a CK-knak a használatával.

Az SC jellemzésére és összehasonlítására a következő mutatókat használják:

A szinkronizálás szintje (minősége);

A vett információbitek felismerésének és kiválasztásának megbízhatósága (megbízhatósága);

A kommunikációs vonal jelszintjének szükséges változási sebessége az SC használatakor, ha a vonal sávszélessége be van állítva;

Az SC-t megvalósító berendezés összetettsége (és így költsége).

Az NRZ kód könnyen kódolható és alacsony költséggel megvalósítható. Azért kapott ilyen nevet, mert azonos nevű bitsorozat (egyesek vagy nullák) átvitelekor a jel nem tér vissza nullára a ciklus során, ahogy az más kódolási módszereknél történik. A jelszint sorozatonként változatlan marad, ami jelentősen rontja a szinkronizálás minőségét és a vett bitek felismerésének megbízhatóságát (a vevő időzítője rosszul igazodhat a bejövő jelhez, és előfordulhat, hogy a vonalak idő előtti lekérdezése történik).

Az N^-kódra a következő relációk érvényesek:

ahol VI a jelszint változási sebessége a kommunikációs vonalon (baud);

Y2 - a kommunikációs vonal átviteli sebessége (bit / s).

Amellett, hogy ez a kód nem rendelkezik az önszinkronizáció tulajdonságával, van még egy komoly hátránya: egy alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek vagy nullák hosszú sorozatait továbbítják. Ennek eredményeként az NRZ kódot tiszta formájában nem használják a hálózatokban. Különféle módosításait alkalmazzák, amelyekben a kód rossz önszinkronizálása és egy állandó komponens jelenléte kiküszöbölhető.

Az RZ kód vagy bipoláris impulzuskód (return-to-nulla kód) azzal jellemezhető, hogy egy információs bit átvitele során a jelszint kétszer változik, függetlenül attól, hogy azonos nevű bitek sorozata vagy váltakozó bitek vannak. továbbított. Az egységet egy polaritású impulzus képviseli, a nullát pedig egy másik. Minden impulzus fél ciklusig tart. Az ilyen kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik, de megvalósításának költsége meglehetősen magas, mivel biztosítani kell az arányt

Az RZ kód spektruma szélesebb, mint a potenciális kódoké. Túl széles spektruma miatt ritkán használják.

A Manchester kód az egyes bitek bemutatásakor a jelszint változását, az azonos nevű bitsorozat átvitelekor pedig dupla változást biztosít. Minden intézkedés két részre oszlik. Az információkat az egyes ciklusok közepén előforduló potenciális esések kódolják. Egy egység kódolása alacsony-magas közötti átmenettel történik, a nullát pedig fordított átmenet kódolja. Ennek a kódnak a sebességaránya:

A Manchester kód jó önórajellel rendelkezik, mivel a jel egy adatbit átviteli ciklusánként legalább egyszer megváltozik. Sávszélessége szűkebb, mint az RZ kódé (átlagosan másfélszerese). Ellentétben a bipoláris impulzuskóddal, ahol három jelszintet használnak az adatátvitelhez (ami néha nagyon nem kívánatos, például az optikai kábelekben csak két állapotot ismer fel megbízhatóan - a fényt és a sötétséget), a Manchester kódnak két szintje van.

A Manchester kódot széles körben használják az Ethernet és a Token Ring technológiákban.

Az alternatív szintű inverziós bipoláris kód (AMI kód) az NRZ kód módosítása. Három potenciálszintet használ - negatív, nulla és pozitív. Az egység pozitív vagy negatív potenciállal van kódolva. A nulla potenciált nulla kódolására használják. A kód jó szinkronizálási tulajdonságokkal rendelkezik az egységek sorozatának átvitelekor, mivel minden új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával. Nullák továbbításakor nincs szinkronizálás. Az AMI kód viszonylag könnyen implementálható. Neki

Amikor a vonalon különböző bitkombinációkat továbbítunk, az AMI kód használata szűkebb jelspektrumhoz vezet, mint az NRZ kódé, és ennélfogva nagyobb vonali átvitelhez vezet.

Vegye figyelembe, hogy a továbbfejlesztett potenciálkódok (modernizált Manchester kód és AMI kód) szűkebb spektrummal rendelkeznek, mint az impulzuskódok, ezért olyan nagy sebességű technológiákban használják őket, mint az FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Analóg jelek diszkrét modulációja. Mint már említettük, a modern számítógépes hálózatok fejlődésének egyik iránya a digitalizálásuk, azaz bármilyen jelek digitális formában történő továbbítása. Ezeknek a jeleknek a forrásai lehetnek számítógépek (diszkrét adatokhoz) vagy eszközök, például telefonok, videokamerák, video- és audioberendezések (analóg adatok esetén). Egészen a közelmúltig (a digitális kommunikációs hálózatok megjelenése előtt) a területi hálózatokban minden típusú adatot analóg formában továbbítottak, és a diszkrét jellegű számítógépes adatokat modemek segítségével analóg formává alakították át.

Az információ analóg formában történő továbbítása azonban nem javítja a vett adatok minőségét, ha az átvitel során jelentős torzítás történt. Ezért a hang és kép rögzítésének és továbbításának analóg technikáját digitális technológia váltotta fel, amely az analóg jelek diszkrét modulációját használja.

A diszkrét moduláció a folyamatos jelek amplitúdójában és időben történő mintavételezésén alapul. Az analóg jelek digitálissá alakításának egyik széles körben használt módszere az impulzuskód moduláció (PCM), amelyet 1938-ban javasolt A.Kh. Reeves (USA).

PCM használata esetén az átalakítási folyamat három szakaszból áll: leképezés, kvantálás és kódolás (33. ábra).

Az első szakasz a megjelenítés. Az eredeti folytonos jel amplitúdóját egy adott periódussal mérjük, aminek következtében idődiszkretizáció következik be. Ebben a szakaszban az analóg jelet impulzus amplitúdó modulációs (PAM) jelekké alakítják. A szakasz végrehajtása a Nyquist-Kotelnikov leképezés elméletén alapul, melynek fő pozíciója: ha az analóg jelet szabályos időközönként jelenítjük meg (vagyis diszkrét értékeinek sorozataként ábrázoljuk időben). az eredeti folyamatos jel legmagasabb harmonikus spektrumának frekvenciájának legalább kétszeresével, akkor a kijelző az eredeti jel visszaállításához elegendő információt tartalmaz. Az analóg telefonálásban a 300 és 3400 Hz közötti tartományt választják a hangátvitelhez, ami elegendő a beszélgetőpartnerek összes fő harmonikusának kiváló minőségű átviteléhez. Ezért azokban a digitális hálózatokban, ahol a PCM-módszert hangátvitelre valósítják meg, 8000 Hz-es megjelenítési frekvenciát alkalmaznak (ez több mint 6800 Hz, ami némi minőségi különbséget biztosít).

A kvantálási lépésben minden IAM jel a legközelebbi kvantálási szintnek megfelelő kvantált értéket kap. Az IAM jel amplitúdó változásának teljes tartománya 128 vagy 256 kvantálási szintre oszlik. Minél több a kvantálási szint, annál pontosabban ábrázolja az IAM jel amplitúdóját a kvantált szint.

A kódolási szakaszban minden kvantált leképezéshez 7 bites (ha a kvantálási szintek száma 128) vagy 8 bites (ha a kvantálási szintek száma 128) bináris kódot rendelnek. ábrán. A 33. ábra a 8 elemű 00101011 bináris kód jeleit mutatja, amelyek egy 43-as szintű kvantált jelnek felelnek meg. 7 elemű kódokkal történő kódolás esetén a csatornán keresztüli adatsebesség 56 Kbps legyen (ez a megjelenítési frekvencia és a a bináris kód bitmélysége), 8 elemű kódok kódolásakor pedig 64 Kbps. A szabvány egy 64 kbit/s sebességű digitális csatorna, amelyet a digitális telefonhálózatok elemi csatornájának is neveznek.

Az analóg érték digitális kóddá alakításának ezen lépéseit végrehajtó eszközt analóg-digitális konverternek (ADC) nevezik. A vevő oldalon egy digitális-analóg konverter (DAC) segítségével inverz konverziót hajtanak végre, azaz a folytonos jel digitalizált amplitúdóit demodulálják, és visszaállítják az eredeti folytonos időfüggvényt.

A modern digitális kommunikációs hálózatokban más diszkrét modulációs módszereket is alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik a hangmérések kompaktabb formában történő megjelenítését, például 4 bites számsorozatként. Használják az analóg jelek digitálissá alakításának koncepcióját is, amelyben nem magukat az IAM jeleket kvantálják, majd kódolják, hanem csak azok változásait, és a kvantálási szintek számát azonosnak tételezzük fel. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen koncepció lehetővé teszi a jelek nagyobb pontosságú átalakítását.

Az analóg információk rögzítésére, reprodukálására és továbbítására szolgáló digitális módszerek lehetővé teszik a hordozóról olvasott vagy kommunikációs vonalon fogadott adatok megbízhatóságának ellenőrzését. Erre a célra ugyanazokat az ellenőrzési módszereket alkalmazzuk, mint a számítógépes adatoknál (lásd 4.9).

A folyamatos jel diszkrét formában történő továbbítása szigorú követelményeket támaszt a vevő szinkronizálásával szemben. Ha a szinkronizálás nem figyelhető meg, az eredeti jel helytelenül áll vissza, ami a hang vagy az átvitt kép torzulásához vezet. Ha a hangméréseket (vagy más analóg értékeket) tartalmazó keretek szinkronban érkeznek, akkor a hangminőség meglehetősen magas lehet. A számítógépes hálózatokban azonban mind a végcsomópontokban, mind a közbenső kapcsolóberendezésekben (hidak, kapcsolók, útválasztók) késhetnek a keretek, ami negatívan befolyásolja a hangátvitel minőségét. Ezért speciális digitális hálózatokat (ISDN, ATM, digitális televíziós hálózatok) használnak a digitalizált folyamatos jelek jó minőségű továbbítására, bár a Frame Relay hálózatokat továbbra is a vállalaton belüli telefonbeszélgetések továbbítására használják, mivel ezekben a keretátviteli késések elfogadható határokon belül vannak. .

Áthallás a vonal közeli végén – meghatározza a kábel zajállóságát a belső interferenciaforrásokkal szemben. Általában egy több csavart érpárból álló kábelhez viszonyítva értékelik, amikor az egyik pár kölcsönös átvétele a másikon jelentős értékeket érhet el, és a hasznos jellel arányos belső zajt hozhat létre.

Az adatátvitel megbízhatósága(vagy bithibaarány) jellemzi az egyes átvitt adatbitek torzításának valószínűségét. Az információs jelek torzulásának oka a vonalon fellépő interferencia, valamint az áthaladásának korlátozott sávszélessége. Ezért az adatátvitel megbízhatóságának növelése a vonal zajállóságának növelésével, a kábel áthallás szintjének csökkentésével és több szélessávú kommunikációs vonal használatával érhető el.

A hagyományos kábeles kommunikációs vonalak esetében, amelyek nem tartalmaznak további hibavédelmi eszközöket, az adatátvitel megbízhatósága általában 10 -4 -10 -6. Ez azt jelenti, hogy átlagosan 10 4 vagy 10 6 átvitt bitből egy bit értéke sérül.

Kommunikációs vonal berendezések(adatátviteli berendezés - ATD) az a szélső berendezés, amely közvetlenül csatlakoztatja a számítógépeket a kommunikációs vonalhoz. A kommunikációs vonal része, és általában fizikai szinten működik, biztosítva a kívánt alakú és teljesítményű jel átvitelét és vételét. Az ADF-ekre példák a modemek, adapterek, analóg-digitális és digitális-analóg átalakítók.

A DTE nem tartalmazza a felhasználó adatvégberendezését (DTE), amely adatokat generál a kommunikációs vonalon keresztüli továbbításhoz, és közvetlenül kapcsolódik a DTE-hez. A DTE például egy LAN-útválasztót tartalmaz. Vegye figyelembe, hogy a berendezések felosztása APD és OOD osztályokra meglehetősen feltételes.

A hosszú kommunikációs vonalakon köztes berendezéseket használnak, amelyek két fő feladatot oldanak meg: javítják az információs jelek minőségét (alakja, teljesítménye, időtartama) és állandó kompozit csatornát (végponttól végpontig tartó csatorna) hoznak létre két hálózati előfizető között. . Az LCN-ben nem használnak köztes berendezéseket, ha a fizikai közeg (kábelek, rádiós levegő) hossza nem nagy, így a jelek egyik hálózati adapterről a másikra továbbíthatók anélkül, hogy a paramétereiket köztes helyre állítanák.

A globális hálózatokban a kiváló minőségű jelátvitel több száz és több ezer kilométeren keresztül biztosított. Ezért az erősítőket bizonyos távolságokra telepítik. Két előfizető közötti átmenő vonal létrehozásához multiplexereket, demultiplexereket és switcheket használnak.

A kommunikációs csatorna köztes berendezése a felhasználó számára transzparens (nem veszi észre), bár a valóságban egy összetett hálózatot alkot, ún. elsődleges hálózat valamint számítógépes, telefon- és egyéb hálózatok kiépítésének alapjául szolgál.

Megkülönböztetni analóg és digitális kommunikációs vonalak, amelyek különféle típusú köztes berendezéseket használnak. Analóg vonalakban a közbenső berendezést úgy tervezték, hogy erősítse a folyamatos értéktartományú analóg jeleket. A nagy sebességű analóg csatornákban frekvencia multiplexelési technikát valósítanak meg, amikor több kis sebességű analóg előfizetői csatornát multiplexelnek egyetlen nagy sebességű csatornává. A digitális kommunikációs csatornákban, ahol a téglalap alakú információs jeleknek véges számú állapota van, a köztes berendezések javítják a jelek alakját és visszaállítják az ismétlési periódusukat. Ez biztosítja a nagy sebességű digitális csatornák kialakítását, a csatornák időmultiplexelésének elve alapján, amikor minden kis sebességű csatornához a nagy sebességű csatorna idejének egy bizonyos részét osztják ki.

Diszkrét számítógépes adatok digitális kommunikációs vonalakon történő továbbításakor a fizikai réteg protokoll definiálva van, mivel a vonal által továbbított információs jelek paraméterei szabványosak, analóg vonalon továbbítva pedig nem, mivel az információs jeleknek tetszőleges forma és nincsenek nincsenek követelmények.

A kommunikációs hálózatokban a következők használatosak információátviteli módok:

szimplex, amikor az adót és a vevőt egy kommunikációs csatorna köti össze, amelyen keresztül az információ csak egy irányban kerül továbbításra (ez jellemző a televíziós kommunikációs hálózatokra);

félduplex, amikor két kommunikációs csomópontot is egy csatorna köt össze, amelyen keresztül az információ továbbítása felváltva egy irányba, majd ellenkező irányban történik (ez jellemző az információ-referencia, kérés-válasz rendszerekre);

duplex, amikor két kommunikációs csomópont két csatornával van összekötve (előremenő kommunikációs csatorna és visszirányú kommunikáció), amelyeken keresztül az információ egyidejűleg, ellentétes irányban továbbítható. A duplex csatornákat döntési és információs visszacsatolású rendszerekben használják.

Kapcsolt és dedikált kommunikációs csatornák. A TSS-ben vannak dedikált (nem kapcsolt) kommunikációs csatornák és azok, amelyek átkapcsolnak az információátvitel idejére ezeken a csatornákon.

Dedikált kommunikációs csatornák használatakor a kommunikációs csomópontok adó-vevő berendezései folyamatosan kapcsolódnak egymáshoz. Ez biztosítja a rendszer magas fokú felkészültségét az információátvitelre, magasabb kommunikációs minőséget és nagy forgalom támogatását. A dedikált kommunikációs csatornákkal rendelkező hálózatok üzemeltetésének viszonylag magas költségei miatt ezek jövedelmezősége csak a csatornák teljes terhelése mellett érhető el.

A csak meghatározott mennyiségű információ továbbítására létrehozott kapcsolt kommunikációs csatornákat nagy rugalmasság és viszonylag alacsony költség (kis forgalom mellett) jellemzi. Az ilyen csatornák hátrányai: időveszteség a váltáshoz (az előfizetők közötti kommunikáció kialakításához), a blokkolás lehetősége a kommunikációs vonal egyes szakaszainak elfoglaltsága miatt, alacsonyabb kommunikációs minőség, magas költségek jelentős forgalom mellett.

A kommunikációs vonalon továbbítandó kezdeti információ lehet diszkrét (számítógépes kimeneti adat) vagy analóg (beszéd, televíziós kép).

Diszkrét adatátvitel kétféle fizikai kódolás használatán alapul:

a) analóg moduláció amikor a kódolás a szinuszos vivőjel paramétereinek megváltoztatásával történik;

b) digitális kódolás a téglalap alakú információimpulzusok sorozatának szintjeinek változtatásával.

Jelenleg az analóg formájú kiindulási adatok egyre inkább diszkrét formában (egyesek és nullák sorozataként) kerülnek továbbításra kommunikációs csatornákon, pl. diszkrét moduláció analóg jelek.

Analóg moduláció. Diszkrét adatok továbbítására szolgál szűk sávszélességű csatornákon, amelyek tipikus képviselője a telefonhálózatok felhasználóinak biztosított hangfrekvenciás csatorna. A 300-3400 Hz frekvenciájú jelek ezen a csatornán kerülnek továbbításra, azaz a sávszélessége 3100 Hz. Egy ilyen sáv elégséges az elfogadható minőségű beszédátvitelhez. A hangcsatorna sávszélesség-korlátozása a telefonhálózatokban multiplexelő és áramkörkapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

Három módja van a digitális adatok analóg formába konvertálásának, vagy három módszer az analóg modulációra:

frekvenciamoduláció, amikor a moduláló jelek (átvitt információs bitek) hatására csak a szinuszos rezgések vivőjének frekvenciája változik: például nulla átvitelekor alacsony, egy átvitele esetén pedig magas;

fázismoduláció, amikor az átvitt információs bitek sorrendjének megfelelően csak a szinuszos rezgések hordozójának fázisa változik: amikor az 1 jelről a 0 jelre váltunk, vagy fordítva, a fázis 180 ° -kal változik.

Tiszta formájában az amplitúdómodulációt a gyakorlatban ritkán alkalmazzák az alacsony zajtűrés miatt. A frekvenciamoduláció nem igényel bonyolult áramkört a modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos. Az adatsebesség növelését kombinált modulációs eljárások, gyakrabban fázissal kombinált amplitúdómoduláció alkalmazása biztosítja.

Digitális kódolás. A diszkrét információk digitális kódolásakor kétféle kódot használnak:

a) potenciálkódok, amikor csak a jelpotenciál értékét használjuk az információs egységek és nullák ábrázolására, és ennek esését nem vesszük figyelembe;

b) impulzuskódok, amikor a bináris adatokat vagy egy bizonyos polaritású impulzusok, vagy egy bizonyos irányú potenciálesés reprezentálják.

A következő követelmények vonatkoznak a diszkrét információk digitális kódolásának módszereire, amikor négyszögletes impulzusokat használnak a bináris jelek ábrázolására:

az adó és a vevő közötti szinkronizálás biztosítása;

A keletkező jel legkisebb spektrumszélességének biztosítása azonos bitsebességgel (mivel a szűkebb jelspektrum lehetővé teszi, hogy azonos sávszélességű vonalon nagyobb adatsebesség érhető el);

a továbbított adatok hibáinak felismerésének képessége;

Viszonylag alacsony megvalósítási költség.

Jelenleg az adó és a vevő szinkronizálása a hálózatokban a használatával történik önszinkronizáló kódok(SK). A továbbított adatok SC-vel történő kódolása a csatornában lévő információs jel szintjei rendszeres és gyakori változását (átmenetét) biztosítja. Minden jelszint-átmenet magasról alacsonyra vagy fordítva a vevő beállítására szolgál. A legjobbak azok az SC-k, amelyek legalább egyszer jelszint-átmenetet biztosítanak az egy információs bit fogadásához szükséges időintervallumban. Minél gyakoribbak a jelszint-átmenetek, annál megbízhatóbb a vevő szinkronizálása, és annál biztosabb a vett adatbitek azonosítása.

Önszinkronizáló kódok. A leggyakoribbak a következő SC-k:

potenciálkód nullához való visszatérés nélkül (NRZ - Non Return to Zero);

bipoláris impulzuskód (RZ kód);

A manchesteri kód

· bipoláris kód váltakozó szintű inverzióval.

ábrán. A 32. ábra a 0101100 számú üzenet kódolási sémáját mutatja ezeknek a CK-knak a használatával.

Rizs. 32. Üzenetkódolási sémák önszinkronizáló kódokat használva

Diszkrét adatok átviteléhez szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon, analóg moduláció. Az ilyen vonalak tipikus képviselője a nyilvános telefonhálózatok felhasználói számára elérhető hangfrekvenciás kommunikációs vonal. Ez a kommunikációs vonal analóg jeleket továbbít a 300 és 3400 Hz közötti frekvenciatartományban (így a vonal sávszélessége 3100 Hz). A kommunikációs vonalak szigorú sávszélesség-korlátozása ebben az esetben a telefonhálózatokban multiplexelő és áramkörkapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

Az adó oldalon vivő szinusz moduláció, a vevő oldalon demodulálás funkciót ellátó eszközt ún. modem (modulátor-demodulátor).

Az analóg moduláció egy fizikai kódolási módszer, amelyben az információt változtatással kódolják amplitúdók, frekvenciák vagy fázisok a vivőfrekvencia szinuszos jele. Nál nél amplitúdó moduláció logikai egyhez a vivőfrekvenciás szinusz amplitúdójának egy szintje van kiválasztva, logikai nullához pedig egy másik. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran használják más típusú modulációkkal kombinálva. Nál nél frekvencia moduláció az eredeti adatok 0 és 1 értékeit különböző frekvenciájú szinuszok továbbítják . Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolult modemelektronikát, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos. Nál nél fázis moduláció A 0 és 1 adatértékek azonos frekvenciájú, de különböző fázisú jeleknek felelnek meg, például 0 és 180 fok vagy 0, 90, 180 és 270 fok. A nagysebességű modemekben gyakran alkalmaznak kombinált modulációs módszereket, általában amplitúdót a fázissal kombinálva. Az adatsebesség növelésére kombinált modulációs módszereket alkalmaznak. A leggyakoribb módszerek a Kvadratúra amplitúdó moduláció-QAM). Ezek a módszerek a fázismoduláció 8 fáziseltolási értékkel és az amplitúdómoduláció 4 amplitúdószintű kombinációján alapulnak. A lehetséges 32 jelkombináció közül azonban nem mindegyiket használják. Ilyen kódolási redundanciára van szükség ahhoz, hogy a modem felismerje a hibás jeleket, amelyek az interferencia miatti torzítás eredményeként jönnek létre, és amelyek a telefoncsatornákon (különösen a kapcsolt csatornákon) igen jelentős amplitúdójúak és hosszú ideig tartanak.

Nál nél digitális kódolás diszkrét információkat használnak lehetségesés impulzus kódokat. NÁL NÉL lehetséges A kódokban csak a jelpotenciál értékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, ennek teljes impulzusokat képező cseppjeit pedig nem vesszük figyelembe. Impulzus A kódok lehetővé teszik a bináris adatok megjelenítését vagy egy bizonyos polaritású impulzusokkal, vagy az impulzus egy részével - egy bizonyos irányú potenciáleséssel.

Ha téglalap alakú impulzusokat használunk diszkrét információk továbbítására, olyan kódolási módszert kell választani, amely egyszerre több célt is elér: azonos bitsebességgel, a kapott jel spektrumának legkisebb szélessége legyen; biztosított az adó és a vevő közötti szinkronizálás; képes volt felismerni a hibákat; alacsony volt a megvalósítás költsége.

A szűkebb jelspektrum lehetővé teszi nagyobb adatátviteli sebesség elérését ugyanazon a vonalon (azonos sávszélesség mellett). Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, mikor kell új információt olvasni a kommunikációs vonalról. Ezt a problémát nehezebb megoldani hálózatokban, mint a közeli eszközök közötti kommunikáció során, például a számítógépen belüli eszközök vagy a számítógép és a nyomtató között. Kis távolságokon jól működik egy külön órajeles kommunikációs vonalra épülő séma, és az információ csak akkor távolodik el az adatvonalról, amikor egy órajel impulzus érkezik. A hálózatokban ennek a sémának a használata nehézségeket okoz a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt. Nagy távolságokon a jelsebesség hullámzása miatt az óra olyan későn vagy túl korán érkezik meg a megfelelő adatjelhez, hogy egy adatbit kihagyásra vagy újraolvasásra kerül. Egy másik ok, amiért a hálózatok megtagadják az óraimpulzusok használatát, az, hogy a vezetőket drága kábelekben kell megtakarítani. Ezért a hálózatok az ún önszinkronizáló kódok, amelyek jelei jelzéseket hordoznak az adó számára, hogy mikor kell felismerni a következő bitet (vagy több bitet, ha a kód kettőnél több jelállapotra van orientálva). Bármilyen éles jelesés - az ún elülső- jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálásához. Ha szinuszokat használunk vivőjelként, a kapott kód önszinkronizációs tulajdonsággal rendelkezik, mivel a vivőfrekvencia amplitúdójának változása lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza a bemeneti kód megjelenésének pillanatát.

A torz adatok felismerése és kijavítása a fizikai réteg segítségével nehezen kivitelezhető, ezért ezt a munkát leggyakrabban a felette lévő protokollok végzik: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás. Másrészt a fizikai réteg hibafelismerése időt takarít meg, mivel a vevő nem várja meg a keret teljes pufferelését, hanem azonnal elutasítja, ha a kereten belül hibás biteket ismer fel.

A kódolási módszerekkel szemben támasztott követelmények egymásnak ellentmondóak, ezért az alábbiakban tárgyalt népszerű digitális kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Az egyik legegyszerűbb módszer lehetséges kódolás az unipoláris potenciálkód, más néven kódolás nullához való visszatérés nélkül (Non Return to Zero-NRZ) (ábra 7.1.a). A vezetéknév azt a tényt tükrözi, hogy az egyesek sorozatának továbbításakor a jel nem tér vissza nullára a ciklus során. Az NRZ módszer jó hibadetektálással rendelkezik (két élesen eltérő potenciál miatt), de nem rendelkezik az önszinkronizációs tulajdonsággal. Egyesek vagy nullák hosszú sorozatának továbbításakor a vonaljel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni a bemeneti jelből azokat az időpontokat, amikor szükséges az adatok újbóli kiolvasása. Még egy nagy pontosságú órajelgenerátornál is hibázhat a vevő az adatgyűjtés pillanatában, hiszen a két generátor frekvenciája szinte soha nem teljesen azonos. Ezért nagy adatsebesség és hosszú egyesek vagy nullák sorozata esetén az órafrekvenciák kis eltérése hibához vezethet egy teljes ciklusban, és ennek megfelelően hibás bitérték kiolvasásához vezethet.

a B C D E F

Rizs. 7.1. Bináris adatkódolási módszerek: a-egypólusú potenciál

szociális kód; b- bipoláris potenciál kód; ban ben- egypólusú im-

impulzus kód; G -bipoláris impulzuskód; d-"Manchester" kód;

e- potenciálkód négy jelszinttel.

Az NRZ-módszer másik komoly hátránya egy alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek vagy nullák hosszú sorozatait továbbítják. Emiatt sok olyan kommunikációs vonal, amely nem biztosít közvetlen galvanikus kapcsolatot a vevő és a forrás között, nem támogatja az ilyen típusú kódolást. Ennek eredményeként az NRZ kód tiszta formájában nem kerül felhasználásra a hálózatokban, hanem különféle módosításait alkalmazzák, amelyekben mind az NRZ-kód rossz önszinkronizálása, mind az állandó komponens jelenléte kiküszöbölhető.

Az NRZ módszer egyik módosítása a módszer bipoláris potenciálkódolás alternatív inverzióval (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI). Ebben a módszerben ( rizs. 7.1.b) három potenciálszintet használnak - negatív, nulla és pozitív. A logikai nulla kódolásához nulla potenciált használnak, a logikai egységet pedig pozitív vagy negatív potenciál kódolja (ebben az esetben minden új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával). Az AMI kód részben kiküszöböli a DC-t és az NRZ kódban rejlő önidőzítési problémák hiányát. Ez akkor fordul elő, ha hosszú sorozatokat küldünk. Ezekben az esetekben a vonalon lévő jel bipoláris impulzusok sorozata, amelyek spektruma megegyezik az NRZ kóddal váltakozó nullákat és egyeseket továbbító, azaz állandó komponens nélkül és N/2 Hz alapharmonikussal (ahol N az adatátviteli sebesség). A hosszú nullák sorozata veszélyes az AMI kódra, valamint az NRZ kódra is - a jel állandó nulla amplitúdójú potenciállá degenerálódik. Általánosságban elmondható, hogy a vonalon lévő bitek különböző kombinációinál az AMI kód használata szűkebb jelspektrumhoz vezet, mint az NRZ kódé, és ennélfogva nagyobb vonali átviteli sebességhez vezet. Például váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az f 0 alapharmonikus frekvenciája N/4 Hz. Az AMI kód néhány funkciót is biztosít a hibás jelek felismerésére. Így a jelek polaritásának szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet hívják tiltott jelzés (jelsértés). Mivel az AMI kód nem két, hanem három jelszintet használ soronként, a további szint az adóteljesítmény növelését igényli, hogy ugyanazt a bithűséget biztosítsa a vonalon, ami a több jelállapotú kódok általános hátránya azokhoz képest, amelyek csak megkülönböztetni két állapotot.

A legegyszerűbb módszerek impulzív kódolások vannak unipoláris impulzuskód, amelyben az egyet a lendület, a nullát pedig a hiánya képviseli ( rizs. 7,1V), és bipoláris impulzuskód, amelyben az egységet egy polaritású impulzus képviseli, és nulla - a másik ( rizs. 7,1 g). Minden impulzus fél ciklusig tart. A bipoláris impulzuskód jó önórajelező tulajdonságokkal rendelkezik, de előfordulhat egy egyenáramú impulzuskomponens, például egy hosszú egyesek vagy nullák sorozatának továbbításakor. Ráadásul spektruma szélesebb, mint a potenciális kódoké. Tehát az összes nulla vagy egyes átvitelekor a kód alapharmonikusának frekvenciája N Hz lesz, ami kétszerese az NRZ kód alapharmonikusának és négyszerese az AMI kód alapharmonikusának. váltakozó egyesek és nullák továbbításakor. A túl széles spektrum miatt a bipoláris impulzuskódot ritkán használják.

A helyi hálózatokban egészen a közelmúltig a leggyakoribb kódolási módszer az ún. Manchester kód"(rizs. 7.1d). A manchesteri kódban a potenciálesés, vagyis az impulzus eleje az egyesek és nullák kódolására szolgál. A manchesteri kódolásban minden óra két részre van osztva. Az információkat az egyes ciklusok közepén előforduló potenciális esések kódolják. Egy egység kódolása alacsony-magas közötti átmenettel történik, a nullát pedig fordított átmenet kódolja. Minden ciklus elején előfordulhat egy szolgáltatási jel él, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia. Mivel a jel egy adatbit átviteli ciklusánként legalább egyszer változik, a Manchester kód jó önórajelező tulajdonságokkal rendelkezik. A Manchester kód sávszélessége szűkebb, mint a bipoláris impulzusé. Ezen kívül nincs állandó komponense, és az alapharmonikus a legrosszabb esetben (egyesek vagy nullák sorozatának átvitelekor) N Hz frekvenciájú, legjobb esetben pedig (váltakozó egyesek és nullák adásakor) egyenlő N / 2 Hz-re, mint az AMI kódokban vagy az NRZ-ben. A manchesteri kód sávszélessége átlagosan másfélszer szűkebb, mint a bipoláris impulzuskódé, az alapharmonikus pedig 3N/4 körül ingadozik. A Manchester kód másik előnye, hogy csak két jelszinttel rendelkezik, míg a bipoláris impulzuskód három.

Vannak olyan potenciális kódok is, amelyek nagy számú jelszinttel rendelkeznek az adatok kódolására. Példaként látható ( 7.1e ábra) potenciális kód 2B1Q négy jelszinttel az adatkódoláshoz. Ebben a kódban minden két bitet egy ciklusban továbbít egy jel, amelynek négy állapota van. A "00" bitpár -2,5 V, a "01" bitpár -0,833 V, a "11" bitpár - a +0,833 V potenciál és egy pár "01" bit "10" - a potenciál +2,5 V. Ez a kódolási módszer további intézkedéseket igényel az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ekkor a jel állandó komponenssé válik. Véletlenszerű bitbeillesztésnél a jelspektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ kódé (ugyanolyan bitsebesség mellett a ciklusidő megduplázódik). Így a bemutatott 2B1Q kóddal kétszer olyan gyorsan lehet adatokat továbbítani ugyanazon a vonalon, mint az AMI kóddal. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy szintet a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.

A lehetséges kódok, például az AMI és a 2B1Q javítása érdekében, logikai kódolás. A logikai kódolást úgy tervezték, hogy helyettesítse a hosszú bitsorozatokat, amelyek állandó potenciálhoz vezetnek, amelyet bitekkel tarkítanak. A logikai kódolásra két módszer jellemző: redundáns kódok és kódolás.

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat részekre való felosztásán alapulnak, amelyeket gyakran karaktereknek neveznek. Ezután minden eredeti karakter lecserélődik egy új karakterre, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti. Például egy 4B/5B logikai kód lecseréli az eredeti 4 bites karaktereket 5 bites karakterekre. Mivel az így kapott szimbólumok redundáns biteket tartalmaznak, a bennük lévő bitkombinációk teljes száma nagyobb, mint az eredetiekben. Tehát a 4B / 5B kódban a kapott szimbólumok 32 bites kombinációt tartalmazhatnak, míg az eredeti szimbólumok csak 16-ot. Ezért a kapott kódban 16 olyan kombinációt választhat ki, amelyek nem tartalmaznak nagy számú nullát, és számold a többit tiltott kódok (kódsértés). A DC eltávolítása és a kód önszinkronizálása mellett a redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára a sérült bitek felismerését. Ha a vevő tiltott kódot kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon. A 4V/5V-os kódot a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják a potenciális kódolási módszerek egyikével, amely csak a hosszú nullák sorozatára érzékeny. Az 5 bites 4V/5V kódszimbólumok garantálják, hogy ezek kombinációja esetén legfeljebb három nulla fordulhat elő a sorban. A kódnévben szereplő B betű azt jelenti, hogy az elemi jelnek 2 állapota van (az angol binárisból - bináris). Vannak három jelállapotú kódok is, például a 8B / 6T kódban 8 bit kezdeti információ kódolásához 6 jelből álló kódot használnak, amelyek mindegyikének három állapota van. A 8B/6T kód redundanciája magasabb, mint a 4B/5B kódé, mivel 256 forráskódhoz 729 (3 6 hatványig) eredő szimbóluma van. A keresőtábla használata nagyon egyszerű művelet, így ez a megközelítés nem bonyolítja a kapcsolók és útválasztók hálózati adaptereit és interfészblokkjait (lásd. szakaszok 9,11).

Egy adott vonalkapacitás biztosításához egy redundáns kódot használó adónak megnövelt órajelen kell működnie. Tehát a 4V / 5V kódok 100 Mbps sebességű továbbításához az adónak 125 MHz órajelen kell működnie. Ebben az esetben a vonalon lévő jel spektruma kibővül ahhoz az esethez képest, amikor egy tiszta, nem redundáns kódot továbbítanak a vonalon. Ennek ellenére a redundáns potenciálkód spektruma szűkebbnek bizonyul, mint a Manchester kód spektruma, ami indokolja a logikai kódolás további szakaszát, valamint a vevő és az adó megnövelt órajel-frekvencián történő működését.

A logikai kódolás másik módja a kiindulási információk előzetes „keverésén” alapul, oly módon, hogy az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a sorban közel kerüljön. Azokat az eszközöket vagy blokkokat, amelyek ezt a műveletet végrehajtják, hívják scramblers(kavarás - szemétlerakás, rendetlen összeszerelés). Nál nél tülekedés jól ismert algoritmust használnak, így a vevő a bináris adatokat fogadva továbbítja azokat dekódoló, amely visszaállítja az eredeti bitsorozatot. A felesleges biteket nem továbbítják a vonalon. Javított potenciális redundanciát és kódolt kódokat használnak a modern nagy sebességű hálózati technológiákban a "Manchester" és a bipoláris impulzuskódolás helyett.

7.6. Kommunikációs vonali multiplexelési technológiák

Mert multiplexelés A kommunikációs vonalak ("tömörítése") számos technológiát alkalmaznak. Technológia frekvenciamultiplexelés(Frekvenciaosztásos multiplexelés - FDM) eredetileg telefonhálózatokhoz fejlesztették ki, de más típusú hálózatokhoz is használják, például kábeltelevíziós hálózatokhoz. Ez a technológia feltételezi az egyes előfizetői csatornák jeleinek átvitelét a saját frekvenciatartományába, és több előfizetői csatorna jeleinek egyidejű továbbítását egy szélessávú kommunikációs vonalon. Például egy FDM kapcsoló bemenetei kezdeti jeleket fogadnak a telefonhálózat előfizetőitől. A kapcsoló minden csatornán a saját frekvenciasávjában hajtja végre a frekvencia transzlációt. Jellemzően a nagyfrekvenciás tartomány sávokra van osztva, amelyeket az előfizetői csatornákról származó adatok továbbítására osztanak ki. A két FDM switch közötti kommunikációs vonalon az összes előfizetői csatorna jeleit egyidejűleg továbbítják, de mindegyik saját frekvenciasávot foglal el. A kimeneti FDM kapcsoló elválasztja az egyes vivőfrekvenciák modulált jeleit, és továbbítja azokat a megfelelő kimeneti csatornára, amelyre az előfizetői telefon közvetlenül csatlakozik. Az FDM kapcsolók dinamikus és állandó kapcsolást is végezhetnek. A dinamikus kapcsolásnál az egyik előfizető a hívott előfizetői szám hálózatba küldésével kapcsolatot kezdeményez egy másik előfizetővel. A kapcsoló dinamikusan kiosztja az egyik szabad sávot ennek az előfizetőnek. Állandó kapcsolással a sáv hosszú időre az előfizetőhöz van rendelve. A frekvenciaosztáson alapuló kapcsolás elve az eltérő típusú hálózatokban változatlan marad, csak a külön előfizetői csatornához lekötött sávok határai, illetve azok száma változik.

Multiplex technológiaidőosztás(Időosztásos multiplexelés - TDM) vagy ideiglenes multiplexelés időmegosztásos üzemmódban működő TDM berendezések (multiplexerek, kapcsolók, demultiplexerek) használatán alapul, amelyek egy ciklus során sorra kiszolgálják az összes előfizetői csatornát. Minden kapcsolathoz a hardverműködési ciklus egy időszeletje van hozzárendelve, más néven időrés. Az időrés időtartama a berendezés által kiszolgált előfizetői csatornák számától függ. A TDM hálózatok bármelyiket támogathatják dinamikus, vagy állandó váltás, és néha mindkét mód.

Hálózatok dinamikus kapcsolás előfizetők közötti kapcsolat létesítéséhez előzetes eljárást igényelnek. Ehhez a hívott előfizető címét továbbítják a hálózatnak, amely áthalad a kapcsolókon, és konfigurálja azokat a későbbi adatátvitelhez. A kapcsolódási kérelmet egyik kapcsolóról a másikra irányítják, és végül eléri a hívott felet. A hálózat megtagadhatja a kapcsolat létrehozását, ha a szükséges kimeneti csatorna kapacitása már kimerült. FDM kapcsoló esetén a kimeneti kapacitás megegyezik a frekvenciasávok számával, TDM kapcsoló esetén pedig azoknak az időréseknek a számával, amelyekre a csatorna működési ciklusa fel van osztva. A hálózat akkor is megtagadja a csatlakozást, ha a kért előfizető mással már kapcsolatot létesített. Az első esetben azt mondják, hogy a kapcsoló foglalt, a másodikban pedig az előfizető. Az áramköri kapcsolási mód hátránya a csatlakozás meghibásodásának lehetősége. Ha létre lehet hozni egy kapcsolatot, akkor az FDM hálózatokban rögzített sávszélességet, a TDM hálózatokban pedig fix sávszélességet kap. Ezek az értékek a csatlakozási időszak alatt változatlanok maradnak. A garantált hálózati átvitel a kapcsolat létrejötte után olyan fontos funkció, amely olyan alkalmazásokhoz szükséges, mint a hang- és videóátvitel vagy a valós idejű objektumvezérlés.

Ha csak egy fizikai kommunikációs csatorna van, például a telefonhálózaton keresztüli modemekkel történő adatcserénél, a duplex működés a csatorna két logikai alcsatornára való felosztása alapján történik FDM vagy TDM technológiák segítségével. Az FDM technológia használatakor a kétvezetékes vonalon a duplex működés megszervezésére szolgáló modemek négy frekvencián működnek (két frekvencia az egyesek és nullák kódolására az adatok egyirányú átvitelekor, a másik két frekvencia pedig a kódoláshoz, ha az ellenkező irányba). A TDM technológiában egyes időréseket az egyik irányú adatátvitelre, néhányat pedig a másik irányú adatátvitelre használnak. Általában az ellenkező irányú idősávok váltakoznak.

A duplex működés megszervezésére szolgáló száloptikai kábelekben, ha csak egy optikai szálat használnak, az adatátvitelt egy irányban egy hullámhosszú fénysugárral, az ellenkező irányban pedig egy másik hullámhosszúságú fénysugárral hajtják végre. Ez a technológia lényegében az FDM-módszerhez kapcsolódik, de az optikai kábeleknél az ún hullámhossz multiplexelési technológiák(Hullámosztásos multiplexelés - WDM) vagy hullám multiplexelés.

Technológiasűrű hullám(spektrális) multiplexelés(Sűrű hullámosztásos multiplexelés - DWDM) célja az optikai gerinchálózatok új generációjának létrehozása, amely több gigabites és terabites sebességgel működik. Egy ilyen minőségi ugrás a teljesítményben annak a ténynek köszönhető, hogy az optikai szálban lévő információt egyidejűleg nagyszámú fényhullám továbbítja. A DWDM hálózatok az áramköri kapcsolás elvén működnek, minden fényhullám külön spektrális csatornát képvisel, és saját információt hordoz. A DWDM technológia egyik fő előnye a 25 000 GHz elméleti sávszélességű optikai szál frekvenciapotenciáljának kihasználtsági tényezőjének jelentős növekedése.

Összegzés

A modern távközlési rendszerekben az információ továbbítása elektromágneses hullámokon – elektromos, fény- vagy rádiójeleken keresztül történik.

A kommunikációs vonalak az információátvitel fizikai közegének típusától függően lehetnek kábelesek (vezetékesek) vagy vezeték nélküliek. Kommunikációs vonalként párhuzamos, nem sodrott vezetékeken alapuló telefonkábeleket, koaxiális kábeleket, sodrott érpáron alapuló kábeleket (árnyékolatlan és árnyékolt), száloptikai kábeleket használnak. A ma leghatékonyabbak és a közeljövőben ígéretesek a sodrott érpáron alapuló kábelek és az optikai kábelek. A vezeték nélküli kommunikációs vonalakat leggyakrabban rádiójelek továbbításával valósítják meg különböző rádióhullám-sávokban. Az infravörös vezeték nélküli kommunikációs technológia az elektromágneses spektrumnak a látható fény és a legrövidebb mikrohullámok közötti részét használja. A leggyorsabb és leginkább zajálló a vezeték nélküli kommunikáció lézertechnológiája.

A kommunikációs vonalak fő jellemzői a frekvenciaválasz, a sávszélesség és a csillapítás egy bizonyos frekvencián.

A kommunikációs vonal áteresztőképessége a rajta keresztül elérhető maximális adatátviteli sebességet jellemzi. A kommunikációs vonal zajtűrése határozza meg, hogy képes-e csökkenteni a külső környezetben a belső vezetőkön keltett interferencia szintjét. Az adatátvitel megbízhatósága minden egyes átvitt adatbit esetében jellemzi a torzítás valószínűségét.

A diszkrét információnak a kommunikációs vonalra adott jelek ilyen vagy olyan formában történő megjelenítését fizikai kódolásnak nevezzük. A logikai kódolás magában foglalja az eredeti információ bitjeinek helyettesítését egy új bitsorozattal, amely ugyanazt az információt hordozza, de további tulajdonságokkal rendelkezik.

A szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon történő diszkrét adatok továbbításához analóg modulációt használnak, amelyben az információt a szinuszos vivőfrekvenciás jel amplitúdójának, frekvenciájának vagy fázisának megváltoztatásával kódolják. A diszkrét információk digitális kódolásakor potenciál- és impulzuskódokat használnak. A kommunikációs vonalak multiplexeléséhez frekvencia, idő és hullám multiplexelési technológiát alkalmaznak.

Ellenőrző kérdések és feladatok

1. Adja meg a kommunikációs vonalak osztályozását!

2. Ismertesse a leggyakoribb kábeles kommunikációs vonalakat!

3. Mutassa be a fő vezeték nélküli kommunikációs vonalakat, és adja meg azok összehasonlító jellemzőit.

4. Milyen fizikai tényezők miatt torzítják a kommunikációs csatornák az átvitt jeleket?

5. Mi a kommunikációs csatorna amplitúdó-frekvencia jellemzője?

6. Milyen mértékegységekben mérik a kommunikációs csatorna sávszélességét?

7. Ismertesse a "kommunikációs vonal zajtűrésének" fogalmát.

8. Mi határozza meg a jellemző "adatátviteli megbízhatóságot" és milyen mértékegységekben mérik?

9. Mi az "analóg moduláció", és milyen típusai használhatók diszkrét adatok továbbítására?

10. Melyik eszköz látja el azt a funkciót, hogy adó oldalon modulálja a vivő szinuszoidot, vevő oldalon pedig demodulálja?

11. Adja meg a különbséget a digitális jelek potenciál- és impulzuskódolása között!