Metode transfer pada lapisan fisik. Transfer data diskrit pada lapisan fisik

Topik 2. Lapisan fisik

Rencana

Landasan teoretis transmisi data

Informasi dapat ditransmisikan melalui kabel dengan mengubah beberapa kuantitas fisik, seperti tegangan atau arus. Dengan merepresentasikan nilai tegangan atau arus sebagai fungsi waktu bernilai tunggal, dimungkinkan untuk memodelkan perilaku sinyal dan menjadikannya analisis matematis.

Deret Fourier

Pada awal abad ke-19, matematikawan Prancis Jean-Baptiste Fourier membuktikan bahwa setiap fungsi periodik dengan periode T dapat diperluas menjadi deret (mungkin tak terbatas) yang terdiri dari jumlah sinus dan cosinus:
(2.1)
di mana adalah frekuensi dasar (harmonik), dan adalah amplitudo sinus dan cosinus dari harmonik ke-n, dan c adalah konstanta. Ekspansi seperti ini disebut deret Fourier. Fungsi yang diperluas dalam deret Fourier dapat dipulihkan oleh elemen-elemen deret ini, yaitu, jika periode T dan amplitudo harmonik diketahui, maka fungsi aslinya dapat dipulihkan menggunakan jumlah deret (2.1).
Sinyal informasi yang memiliki durasi terbatas (semua sinyal informasi memiliki durasi yang terbatas) dapat diperluas menjadi deret Fourier jika kita membayangkan bahwa seluruh sinyal berulang tanpa henti berulang-ulang (yaitu, interval dari T ke 2T sepenuhnya mengulangi interval dari 0 ke T, dan lain-lain).
Amplitudo dapat dihitung untuk setiap fungsi yang diberikan. Untuk melakukannya, Anda perlu mengalikan ruas kiri dan kanan persamaan (2.1) dengan, lalu integralkan dari 0 ke T. Karena:
(2.2)
hanya satu anggota seri yang tersisa. Garis menghilang sepenuhnya. Demikian pula, dengan mengalikan persamaan (2.1) dengan dan mengintegrasikan dari waktu ke waktu dari 0 ke T, seseorang dapat menghitung nilainya. Jika kita mengintegrasikan kedua bagian persamaan tanpa mengubahnya, kita bisa mendapatkan nilai konstanta Dengan. Hasil dari tindakan tersebut akan menjadi sebagai berikut:
(2.3.)

Media penyimpanan terkelola

Tujuan dari lapisan fisik jaringan adalah untuk mentransfer bitstream mentah dari satu mesin ke mesin lainnya. Berbagai media fisik, juga disebut media propagasi sinyal, dapat digunakan untuk transmisi. Masing-masing dari mereka memiliki serangkaian karakteristik bandwidth, penundaan, harga, dan kemudahan pemasangan dan penggunaan. Media dapat dibagi menjadi dua kelompok: media yang dapat dikendalikan seperti kabel tembaga dan kabel serat optik, dan media yang tidak dapat dikendalikan seperti transmisi radio dan sinar laser tanpa kabel.

media magnetik

Salah satu cara termudah untuk mentransfer data dari satu komputer ke komputer lain adalah dengan menulisnya ke tape atau media yang dapat dipindahkan lainnya (seperti DVD yang dapat ditulis ulang), secara fisik mentransfer kaset dan disk tersebut ke tujuan, dan membacanya di sana.
Throughput tinggi. Kartrid pita Ultrium standar menampung 200 GB. Sekitar 1000 kaset ini ditempatkan dalam kotak 60x60x60, yang memberikan kapasitas total 1600 Tbit (1,6 Pbit). Sekotak kaset dapat dikirim di AS dalam waktu 24 jam oleh Federal Express atau perusahaan lain. Bandwidth efektif untuk transmisi ini adalah 1600 Tbps/86400 s, atau 19 Gbps. Jika tujuan hanya satu jam perjalanan, maka throughput akan lebih dari 400 Gbps. Belum ada satu pun jaringan komputer yang mampu mendekati indikator tersebut.
Profitabilitas. Harga grosir kaset adalah sekitar $40. Sekotak pita berharga $4.000, dan pita yang sama dapat digunakan puluhan kali. Mari tambahkan $1000 untuk pengiriman (sebenarnya, jauh lebih sedikit) dan dapatkan sekitar $5000 untuk mentransfer 200 TB, atau 3 sen per gigabyte.
Kekurangan. Meskipun kecepatan transfer data menggunakan pita magnetik sangat baik, namun jumlah penundaan dalam transfer semacam itu sangat besar. Waktu transfer diukur dalam menit atau jam, bukan milidetik. Banyak aplikasi memerlukan respons segera dari sistem jarak jauh (dalam mode terhubung).

pasangan bengkok

Twisted pair terdiri dari dua kabel tembaga berinsulasi dengan diameter tipikal 1 mm. Kabel memutar satu di sekitar yang lain dalam bentuk spiral. Ini memungkinkan Anda untuk mengurangi interaksi elektromagnetik dari beberapa pasangan bengkok yang berdekatan.
Aplikasi - saluran telepon, jaringan komputer. Itu dapat mengirimkan sinyal tanpa redaman daya melalui jarak beberapa kilometer. Repeater diperlukan untuk jarak yang lebih jauh. Mereka digabungkan menjadi kabel, dengan lapisan pelindung. Sepasang kabel dipilin di kabel untuk menghindari tumpang tindih sinyal. Mereka dapat digunakan untuk mengirimkan data analog dan digital. Bandwidth tergantung pada diameter dan panjang kabel, tetapi dalam banyak kasus, beberapa megabit per detik dapat dicapai melalui jarak beberapa kilometer. Karena bandwidth yang agak tinggi dan biaya rendah, kabel twisted pair banyak digunakan dan kemungkinan besar akan terus populer di masa depan.
Kabel twisted-pair datang dalam beberapa bentuk, dua di antaranya sangat penting dalam bidang jaringan komputer. Kategori 3 twisted pair (CAT 3) terdiri dari dua kabel berinsulasi yang dipilin bersama. Empat pasangan seperti itu biasanya ditempatkan bersama dalam cangkang plastik.
Kategori 5 twisted pair (CAT 5) mirip dengan Kategori 3 twisted pair, tetapi memiliki lebih banyak lilitan per sentimeter panjang kawat. Hal ini memungkinkan untuk lebih mengurangi interferensi antara saluran yang berbeda dan memberikan peningkatan kualitas transmisi sinyal jarak jauh (Gbr. 1).

Beras. 1. UTP kategori 3 (a), UTP kategori 5 (b).
Semua jenis koneksi ini sering disebut sebagai UTP (unshielded twisted pair – unshielded twisted pair)
Kabel twisted-pair terlindung dari IBM tidak menjadi populer di luar IBM.

Kawat koaksial

Cara umum lainnya untuk transmisi data adalah kabel koaksial. Ini lebih baik terlindung daripada twisted pair, sehingga dapat membawa data jarak yang lebih jauh dengan kecepatan yang lebih tinggi. Dua jenis kabel yang banyak digunakan. Salah satunya, 50-ohm, biasanya digunakan untuk transmisi data digital eksklusif. Jenis kabel lain, 75-ohm, sering digunakan untuk mengirimkan informasi analog, serta di televisi kabel.
Tampilan penampang kabel ditunjukkan pada Gambar 2.

Beras. 2. Kabel koaksial.
Desain dan jenis pelindung khusus dari kabel koaksial memberikan bandwidth tinggi dan kekebalan kebisingan yang sangat baik. Throughput maksimum tergantung pada kualitas, panjang dan rasio signal-to-noise dari saluran. Kabel modern memiliki bandwidth sekitar 1 GHz.
Aplikasi - sistem telepon (listrik), televisi kabel, jaringan regional.

serat optik

Teknologi serat optik saat ini dapat mencapai kecepatan data hingga 50.000 Gb/dtk (50 Tb/dtk), dan banyak orang mencari bahan yang lebih baik. Batas praktis 10 Gbps hari ini adalah karena ketidakmampuan untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik dan sebaliknya lebih cepat, meskipun 100 Gbps pada satu serat telah dicapai dalam kondisi laboratorium.
Sebuah sistem transmisi data serat optik terdiri dari tiga komponen utama: sumber cahaya, pembawa melalui mana sinyal cahaya merambat, dan penerima sinyal, atau detektor. Sebuah pulsa cahaya dianggap sebagai satu, dan ketiadaan pulsa dianggap sebagai nol. Cahaya merambat dalam serat kaca ultra-tipis. Ketika cahaya mengenainya, detektor menghasilkan impuls listrik. Dengan melampirkan sumber cahaya ke salah satu ujung serat optik dan detektor ke ujung lainnya, sistem transmisi data searah diperoleh.
Saat mentransmisikan sinyal cahaya, properti pemantulan dan pembiasan cahaya selama transisi dari 2 media digunakan. Jadi, ketika cahaya disuplai pada sudut tertentu ke batas media, berkas cahaya sepenuhnya dipantulkan dan dikunci dalam serat (Gbr. 3).

Beras. 3. Sifat pembiasan cahaya.
Ada 2 jenis kabel serat optik: multi-mode - mentransmisikan seberkas cahaya, mode tunggal - tipis hingga batas beberapa panjang gelombang, bertindak hampir seperti pemandu gelombang, cahaya bergerak dalam garis lurus tanpa refleksi. Tautan serat mode tunggal saat ini dapat beroperasi pada 50 Gbps untuk jarak hingga 100 km.
Tiga rentang panjang gelombang digunakan dalam sistem komunikasi: masing-masing 0,85, 1,30 dan 1,55 m.
Struktur kabel serat optik mirip dengan kabel koaksial. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa yang pertama tidak memiliki kotak penyaringan.
Di tengah inti serat optik adalah inti kaca tempat cahaya merambat. Serat multimode memiliki diameter inti 50 m, yang kira-kira setebal rambut manusia. Inti dalam serat mode tunggal memiliki diameter 8 hingga 10 m. Inti ditutupi dengan lapisan kaca dengan indeks bias lebih rendah dari inti. Ini dirancang untuk lebih andal mencegah cahaya keluar dari inti. Lapisan luar adalah cangkang plastik yang melindungi kaca. Inti serat optik biasanya dikelompokkan ke dalam bundel yang dilindungi oleh selubung luar. Gambar 4 menunjukkan kabel tiga inti.

Beras. 4. Kabel serat optik tiga inti.
Jika terjadi putus, penyambungan segmen kabel dapat dilakukan dengan tiga cara:

Konektor khusus dapat dipasang ke ujung kabel, yang dengannya kabel dimasukkan ke dalam soket optik. Kerugiannya adalah 10-20% dari intensitas cahaya, tetapi memudahkan untuk mengubah konfigurasi sistem.

Penyambungan - dua ujung kabel yang dipotong rapi diletakkan bersebelahan dan dijepit dengan selongsong khusus. Transmisi cahaya yang ditingkatkan dicapai dengan menyelaraskan ujung kabel. Rugi - 10% dari daya cahaya.

Fusi. Praktis tidak ada kerugian.

Dua jenis sumber cahaya dapat digunakan untuk mengirimkan sinyal melalui kabel serat optik: dioda pemancar cahaya (LED, Dioda Pemancar Cahaya) dan laser semikonduktor. Karakteristik komparatif mereka diberikan dalam tabel 1.

Tabel 1.
Tabel perbandingan penggunaan laser LED dan semikonduktor
Ujung penerima kabel optik adalah fotodioda yang menghasilkan pulsa listrik ketika cahaya jatuh di atasnya.

Karakteristik komparatif kabel serat optik dan kawat tembaga.

Serat optik memiliki beberapa keunggulan:

Kecepatan tinggi.

Lebih sedikit redaman sinyal, lebih sedikit output repeater (satu per 50km, bukan 5)

Inert terhadap radiasi elektromagnetik eksternal, netral secara kimia.

Lebih ringan dalam berat. 1000 twisted pair tembaga panjang 1 km beratnya sekitar 8000 kg. Sepasang kabel serat optik hanya berbobot 100 kg dengan bandwidth lebih besar

Biaya peletakan rendah

Kekurangan:

Kesulitan dan kompetensi dalam pemasangan.

transmisi dalam mode simpleks, minimal 2 kabel diperlukan antar jaringan.

Koneksi tanpa kabel

spektrum elektromagnetik

Pergerakan elektron menghasilkan gelombang elektromagnetik yang dapat merambat di ruang angkasa (bahkan dalam ruang hampa). Jumlah osilasi osilasi elektromagnetik per detik disebut frekuensi, dan diukur dalam hertz. Jarak antara dua maxima (atau minima) yang berurutan disebut panjang gelombang. Nilai ini secara tradisional dilambangkan dengan huruf Yunani (lambda).
Jika antena dengan ukuran yang sesuai dimasukkan ke dalam rangkaian listrik, maka gelombang elektromagnetik dapat berhasil diterima oleh penerima pada jarak tertentu. Semua sistem komunikasi nirkabel didasarkan pada prinsip ini.
Dalam ruang hampa, semua gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan yang sama, terlepas dari frekuensinya. Kecepatan ini disebut kecepatan cahaya, - 3*108 m/s. Dalam tembaga atau kaca, kecepatan cahaya sekitar 2/3 dari nilai ini, dan juga sedikit bergantung pada frekuensi.
Hubungan besaran, dan:

Jika frekuensi () diukur dalam MHz, dan panjang gelombang () dalam meter maka.
Totalitas semua gelombang elektromagnetik membentuk apa yang disebut spektrum radiasi elektromagnetik kontinu (Gbr. 5). Radio, gelombang mikro, inframerah, dan cahaya tampak dapat digunakan untuk mengirimkan informasi menggunakan amplitudo, frekuensi, atau modulasi fase gelombang. Ultraviolet, sinar-X dan radiasi gamma akan lebih baik karena frekuensinya yang tinggi, tetapi mereka sulit untuk dihasilkan dan dimodulasi, mereka tidak melewati bangunan dengan baik, dan, di samping itu, mereka berbahaya bagi semua makhluk hidup. Nama resmi rentang diberikan pada Tabel 6.

Beras. 5. Spektrum elektromagnetik dan aplikasinya dalam komunikasi.
Meja 2.
Nama band ITU resmi
Jumlah informasi yang dapat dibawa oleh gelombang elektromagnetik terkait dengan rentang frekuensi saluran. Teknologi modern memungkinkan untuk mengkodekan beberapa bit per hertz pada frekuensi rendah. Dalam kondisi tertentu, jumlah ini dapat meningkat delapan kali lipat pada frekuensi tinggi.
Mengetahui lebar rentang panjang gelombang, dimungkinkan untuk menghitung rentang frekuensi dan kecepatan data yang sesuai.

Contoh: Untuk rentang kabel serat optik 1,3 mikron, maka. Kemudian pada 8 bps ternyata Anda bisa mendapatkan transfer rate sebesar 240 Tbps.

Komunikasi radio

Gelombang radio mudah dibangkitkan, menempuh jarak yang jauh, menembus dinding, mengelilingi gedung, menyebar ke segala arah. Sifat gelombang radio tergantung pada frekuensi (Gbr. 6). Saat beroperasi pada frekuensi rendah, gelombang radio melewati rintangan dengan baik, tetapi kekuatan sinyal di udara turun tajam saat Anda menjauh dari pemancar. Rasio daya dan jarak dari sumber dinyatakan kira-kira sebagai berikut: 1/r2. Pada frekuensi tinggi, gelombang radio umumnya cenderung bergerak dalam garis lurus saja dan memantul dari penghalang. Selain itu, mereka diserap, misalnya, oleh hujan. Sinyal radio dari berbagai frekuensi dapat terganggu oleh motor sikat dan peralatan listrik lainnya.

Beras. 6. Gelombang pita VLF, LF, MF mengitari kekasaran permukaan bumi (a), gelombang pita HF dan VHF dipantulkan dari ionosfer dan diserap oleh bumi (b).

Komunikasi dalam jangkauan gelombang mikro

Pada frekuensi di atas 100 MHz, gelombang radio merambat hampir dalam garis lurus, sehingga dapat difokuskan menjadi berkas yang sempit. Konsentrasi energi dalam bentuk sinar sempit menggunakan antena parabola (seperti parabola terkenal) mengarah pada peningkatan rasio signal-to-noise, namun, untuk koneksi seperti itu, antena pemancar dan penerima harus cukup akurat menunjuk satu sama lain.
Tidak seperti gelombang radio dengan frekuensi yang lebih rendah, gelombang mikro tidak melewati bangunan dengan baik. Radio gelombang mikro menjadi begitu banyak digunakan di telepon jarak jauh, telepon seluler, siaran televisi, dan area lain sehingga terjadi kekurangan bandwidth yang parah.
Sambungan ini memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan serat optik. Yang utama adalah tidak perlu memasang kabel, dan karenanya, tidak perlu membayar sewa tanah di sepanjang jalur sinyal. Cukup membeli sebidang tanah kecil setiap 50 km dan memasang menara relai di atasnya.

Gelombang inframerah dan milimeter

Radiasi inframerah dan milimeter tanpa menggunakan kabel banyak digunakan untuk komunikasi jarak pendek (misalnya, remote control). Mereka relatif terarah, murah dan mudah dipasang, tetapi tidak akan melewati benda padat.
Komunikasi dalam jangkauan inframerah digunakan dalam sistem komputasi desktop (misalnya, untuk menghubungkan laptop dengan printer), tetapi masih tidak memainkan peran penting dalam telekomunikasi.

Satelit komunikasi

Jenis satelit yang digunakan adalah: geostasioner (GEO), ketinggian sedang (MEO) dan orbit rendah (LEO) (Gbr. 7).

Beras. 7. Satelit komunikasi dan sifat-sifatnya: ketinggian orbit, penundaan, jumlah satelit yang diperlukan untuk menutupi seluruh permukaan bumi.

Jaringan Telepon Beralih Publik

Struktur sistem telepon

Struktur rute komunikasi telepon pada jarak menengah ditunjukkan pada Gambar 8.

Beras. 8. Rute komunikasi tipikal dengan jarak rata-rata antar pelanggan.

Jalur lokal: modem, ADSL, nirkabel

Karena komputer bekerja dengan sinyal digital, dan saluran telepon lokal adalah transmisi sinyal analog, perangkat modem digunakan untuk mengubah digital ke analog dan sebaliknya, dan proses itu sendiri disebut modulasi / demodulasi (Gbr. 9) .

Beras. 9. Penggunaan saluran telepon saat mengirimkan sinyal digital.
Ada 3 metode modulasi (Gbr. 10):

modulasi amplitudo - 2 amplitudo sinyal yang berbeda digunakan (untuk 0 dan 1),

frekuensi - beberapa frekuensi sinyal yang berbeda digunakan (untuk 0 dan 1),

pergeseran fase - fase digunakan selama transisi antara unit logis (0 dan 1). Sudut geser - 45, 135, 225, 180.

Dalam prakteknya, sistem modulasi gabungan digunakan.

Beras. 10. Sinyal biner (a); modulasi amplitudo (b); modulasi frekuensi (c); modulasi fase.
Semua modem modern memungkinkan Anda untuk mentransfer data di kedua arah, mode operasi ini disebut dupleks. Koneksi dengan kemampuan transmisi serial disebut half-duplex. Sambungan di mana transmisi terjadi hanya dalam satu arah disebut simpleks.
Kecepatan modem maksimum yang dapat dicapai saat ini adalah 56Kb/s. standar V.90.

Jalur pelanggan digital. teknologi xDSL.

Setelah kecepatan modem mencapai batasnya, perusahaan telepon mulai mencari jalan keluar dari situasi ini. Dengan demikian, banyak proposal muncul dengan nama umum xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) - saluran pelanggan digital, di mana alih-alih x mungkin ada surat lain. Teknologi yang paling terkenal dari proposal ini adalah ADSL (Asymmetric DSL).
Alasan batas kecepatan modem adalah karena mereka menggunakan jangkauan transmisi ucapan manusia untuk transmisi data - 300 Hz hingga 3400 Hz. Bersama dengan frekuensi batas, bandwidthnya bukan 3100 Hz, tetapi 4000 Hz.
Meskipun spektrum saluran telepon lokal adalah 1,1 Hz.
Usulan pertama teknologi ADSL menggunakan seluruh spektrum saluran telepon lokal, yang dibagi menjadi 3 band:

POTS - jangkauan jaringan telepon konvensional;

jangkauan keluar;

rentang masukan.

Sebuah teknologi yang menggunakan frekuensi yang berbeda untuk tujuan yang berbeda disebut frekuensi multiplexing atau frekuensi multiplexing.
Metode alternatif yang disebut modulasi multinada diskrit, DMT (Discrete MultiTone) terdiri dari membagi seluruh spektrum saluran lokal selebar 1,1 MHz menjadi 256 saluran independen masing-masing 4312,5 Hz. Saluran 0 adalah POTS. Saluran 1 sampai 5 tidak digunakan sehingga sinyal suara tidak dapat mengganggu sinyal informasi. Dari 250 saluran yang tersisa, satu diisi dengan kontrol transmisi ke penyedia, satu - ke pengguna, dan yang lainnya tersedia untuk mentransmisikan data pengguna (Gbr. 11).

Beras. 11. Operasi ADSL menggunakan modulasi multitone diskrit.
Standar ADSL memungkinkan Anda untuk menerima hingga 8 Mb / s, dan mengirim hingga 1 Mb / s. ADSL2+ - keluar hingga 24Mb/dtk, masuk hingga 1,4 Mb/dtk.
Konfigurasi peralatan ADSL tipikal berisi:

DSLAM - multiplexer akses DSL;

NID adalah perangkat antarmuka jaringan yang memisahkan kepemilikan perusahaan telepon dan pelanggan.

Pembagi (splitter) adalah pembagi frekuensi yang memisahkan pita POTS dan data ADSL.

Beras. 12. Konfigurasi khas peralatan ADSL.

Garis dan segel

Menghemat sumber daya memainkan peran penting dalam sistem telepon. Biaya peletakan dan pemeliharaan tulang punggung berkapasitas tinggi dan saluran berkualitas rendah hampir sama (yaitu, bagian terbesar dari biaya ini dihabiskan untuk menggali parit, dan bukan untuk kabel tembaga atau serat optik itu sendiri).
Untuk alasan ini, perusahaan telepon telah berkolaborasi untuk mengembangkan beberapa skema untuk membawa banyak percakapan melalui satu kabel fisik. Skema multiplexing dapat dibagi menjadi dua kategori utama FDM (Frequency Division Multiplexing) dan TDM (Time Division Multiplexing) (Gbr. 13).
Dengan multiplexing frekuensi, spektrum frekuensi dibagi antara saluran logis, dan setiap pengguna menerima kepemilikan eksklusif dari subband-nya. Dalam pembagian waktu multiplexing, pengguna bergiliran (siklis) menggunakan saluran yang sama, dan masing-masing diberi kapasitas saluran penuh untuk waktu yang singkat.
Saluran serat optik menggunakan varian khusus dari multiplexing frekuensi. Ini disebut multiplexing divisi spektral (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Beras. 13. Contoh multiplexing frekuensi: spektrum asli 1 sinyal (a), spektrum pergeseran frekuensi (b), saluran multipleks (c).

Beralih

Dari sudut pandang rata-rata teknisi telepon, sistem telepon terdiri dari dua bagian: peralatan eksternal (saluran dan saluran telepon lokal, di luar sakelar) dan peralatan internal (switchboard) yang terletak di sentral telepon.
Setiap jaringan komunikasi mendukung beberapa cara peralihan (komunikasi) pelanggan mereka di antara mereka sendiri. Praktis tidak mungkin untuk menyediakan setiap pasangan pelanggan yang berinteraksi dengan jalur komunikasi fisik non-switch mereka sendiri, yang dapat mereka monopoli "milik" untuk waktu yang lama. Oleh karena itu, dalam jaringan apa pun, beberapa metode pengalihan pelanggan selalu digunakan, yang memastikan ketersediaan saluran fisik yang tersedia secara bersamaan untuk beberapa sesi komunikasi antara pelanggan jaringan.
Dua teknik yang berbeda digunakan dalam sistem telepon: circuit switching dan packet switching.

Peralihan sirkuit

Circuit switching menyiratkan pembentukan saluran fisik komposit terus menerus dari bagian saluran individu yang terhubung secara serial untuk transmisi data langsung antar node. Dalam jaringan circuit-switched, sebelum transmisi data, selalu perlu untuk melakukan prosedur pembuatan koneksi, di mana saluran komposit dibuat (Gbr. 14).

Pergantian paket

Dalam packet switching, semua pesan yang dikirimkan oleh pengguna jaringan dipecah pada node sumber menjadi bagian-bagian yang relatif kecil, yang disebut paket. Setiap paket dilengkapi dengan header yang menentukan informasi alamat yang diperlukan untuk mengirimkan paket ke host tujuan, serta nomor paket yang akan digunakan oleh host tujuan untuk merakit pesan. Paket diangkut di jaringan sebagai blok informasi independen. Switch jaringan menerima paket dari node akhir dan, berdasarkan informasi alamat, mengirimkannya satu sama lain, dan akhirnya ke node tujuan (Gbr. 14).
dll.................

Informasi awal yang perlu ditransmisikan melalui jalur komunikasi dapat berupa diskrit (data keluaran komputer) atau analog (ucapan, gambar televisi).

Transmisi data diskrit didasarkan pada penggunaan dua jenis pengkodean fisik:

a) modulasi analog, ketika pengkodean dilakukan dengan mengubah parameter sinyal pembawa sinusoidal;

b) pengkodean digital dengan mengubah tingkat urutan pulsa informasi persegi panjang.

Modulasi analog menghasilkan spektrum yang jauh lebih kecil dari sinyal yang dihasilkan dibandingkan dengan pengkodean digital, pada kecepatan transfer informasi yang sama, tetapi implementasinya memerlukan peralatan yang lebih kompleks dan mahal.

Saat ini, data asli, yang memiliki bentuk analog, semakin banyak ditransmisikan melalui saluran komunikasi dalam bentuk diskrit (dalam bentuk urutan satu dan nol), yaitu, dilakukan modulasi diskrit sinyal analog.

modulasi analog. Ini digunakan untuk mengirimkan data diskrit melalui saluran dengan bandwidth sempit, perwakilan khasnya adalah saluran frekuensi suara yang disediakan untuk pengguna jaringan telepon. Sinyal dengan frekuensi 300 hingga 3400 Hz ditransmisikan melalui saluran ini, yaitu bandwidthnya adalah 3100 Hz. Pita seperti itu cukup memadai untuk transmisi ucapan dengan kualitas yang dapat diterima. Keterbatasan bandwidth saluran nada dikaitkan dengan penggunaan peralatan multiplexing dan circuit switching dalam jaringan telepon.

Sebelum transmisi data diskrit di sisi transmisi menggunakan modulator-demodulator (modem) modulasi sinusoid pembawa dari urutan asli digit biner dilakukan. Konversi terbalik (demodulasi) dilakukan oleh modem penerima.

Ada tiga cara untuk mengubah data digital ke bentuk analog, atau tiga metode modulasi analog:

Modulasi amplitudo, ketika hanya amplitudo pembawa osilasi sinusoidal yang berubah sesuai dengan urutan bit informasi yang ditransmisikan: misalnya, ketika mentransmisikan satu, amplitudo osilasi diatur besar, dan ketika mentransmisikan nol, itu kecil, atau ada tidak ada sinyal pembawa sama sekali;

Modulasi frekuensi, ketika di bawah pengaruh sinyal modulasi (bit informasi yang ditransmisikan) hanya frekuensi pembawa osilasi sinusoidal yang berubah: misalnya, ketika nol ditransmisikan, itu rendah, dan ketika satu ditransmisikan, itu tinggi;

Modulasi fase, ketika, sesuai dengan urutan bit informasi yang ditransmisikan, hanya fase pembawa osilasi sinusoidal yang berubah: ketika beralih dari sinyal 1 ke sinyal 0 atau sebaliknya, fase berubah 180 °. Dalam bentuknya yang murni, modulasi amplitudo jarang digunakan dalam praktik karena kekebalan kebisingan yang rendah. Modulasi frekuensi tidak memerlukan sirkuit kompleks dalam modem dan biasanya digunakan pada modem kecepatan rendah yang beroperasi pada 300 atau 1200 bps. Meningkatkan kecepatan data disediakan oleh penggunaan metode modulasi gabungan, lebih sering modulasi amplitudo dalam kombinasi dengan fase.

Metode analog transmisi data diskrit menyediakan transmisi pita lebar dengan menggunakan sinyal frekuensi pembawa yang berbeda dalam satu saluran. Ini menjamin interaksi sejumlah besar pelanggan (setiap pasangan pelanggan beroperasi pada frekuensinya sendiri).

Pengkodean digital. Saat menyandikan informasi diskrit secara digital, dua jenis kode digunakan:

a) kode potensial, ketika hanya nilai potensial sinyal yang digunakan untuk mewakili unit informasi dan nol, dan penurunannya tidak diperhitungkan;

b) kode pulsa, ketika data biner diwakili baik oleh pulsa dari polaritas tertentu, atau dengan penurunan potensial dari arah tertentu.

Persyaratan berikut dikenakan pada metode pengkodean digital informasi diskrit saat menggunakan pulsa persegi panjang untuk mewakili sinyal biner:

Memastikan sinkronisasi antara pemancar dan penerima;

Memastikan lebar spektrum terkecil dari sinyal yang dihasilkan pada bit rate yang sama (karena spektrum sinyal yang lebih sempit memungkinkan seseorang untuk

jaringan dengan bandwidth yang sama mencapai kecepatan yang lebih tinggi

transmisi data);

Kemampuan untuk mengenali kesalahan dalam data yang dikirimkan;

Biaya implementasi yang relatif rendah.

Melalui lapisan fisik, hanya pengenalan data yang rusak (deteksi kesalahan) yang dilakukan, yang menghemat waktu, karena penerima, tanpa menunggu bingkai yang diterima ditempatkan sepenuhnya di buffer, segera menolaknya ketika mengenali kesalahan. bit dalam bingkai. Operasi yang lebih kompleks - koreksi data yang rusak - dilakukan oleh protokol tingkat yang lebih tinggi: saluran, jaringan, transportasi, atau aplikasi.

Sinkronisasi pemancar dan penerima diperlukan agar penerima tahu persis kapan harus membaca data yang masuk. Sinyal clock menyetel penerima ke pesan yang ditransmisikan dan menjaga penerima tetap sinkron dengan bit data yang masuk. Masalah sinkronisasi mudah dipecahkan ketika mentransmisikan informasi jarak pendek (antara blok di dalam komputer, antara komputer dan printer) dengan menggunakan jalur komunikasi waktu terpisah: informasi hanya dibaca pada saat pulsa clock berikutnya tiba. Dalam jaringan komputer, penggunaan pulsa clock ditinggalkan karena dua alasan: demi menghemat konduktor pada kabel yang mahal dan karena heterogenitas karakteristik konduktor dalam kabel (dalam jarak jauh, kecepatan perambatan sinyal yang tidak merata dapat menyebabkan desinkronisasi pulsa clock di jalur clock dan pulsa informasi di jalur utama , sebagai akibatnya bit data akan dilewati atau dibaca ulang).

Saat ini, sinkronisasi pemancar dan penerima dalam jaringan dicapai dengan menggunakan kode sinkronisasi mandiri (SC). Pengkodean data yang ditransmisikan menggunakan SC adalah untuk memastikan perubahan (transisi) yang teratur dan sering dari tingkat sinyal informasi dalam saluran. Setiap transisi level sinyal dari tinggi ke rendah atau sebaliknya digunakan untuk memangkas penerima. Yang terbaik adalah SC yang menyediakan transisi level sinyal setidaknya sekali selama interval waktu yang diperlukan untuk menerima satu bit informasi. Semakin sering transisi level sinyal, semakin dapat diandalkan sinkronisasi penerima dan semakin yakin identifikasi bit data yang diterima.

Persyaratan untuk metode pengkodean digital informasi diskrit ini, sampai batas tertentu, saling bertentangan, oleh karena itu, masing-masing metode pengkodean yang dipertimbangkan di bawah ini memiliki kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan yang lain.

Kode sinkronisasi sendiri. Yang paling umum adalah SC berikut:

Kode potensial tanpa kembali ke nol (NRZ - Non Return to Zero);

Kode pulsa bipolar (kode RZ);

kode Manchester;

Kode bipolar dengan inversi level alternatif.

pada gambar. 32 menunjukkan skema pengkodean untuk pesan 0101100 menggunakan CK ini.

Indikator berikut digunakan untuk mengkarakterisasi dan membandingkan SC:

Tingkat (kualitas) sinkronisasi;

Keandalan (keyakinan) pengenalan dan pemilihan bit informasi yang diterima;

Tingkat perubahan tingkat sinyal yang diperlukan dalam saluran komunikasi saat menggunakan SC, jika bandwidth saluran diatur;

Kompleksitas (dan karenanya biaya) dari peralatan yang mengimplementasikan SC.

Kode NRZ mudah dikodekan dan biaya implementasinya rendah. Itu menerima nama seperti itu karena ketika mentransmisikan serangkaian bit dengan nama yang sama (satu atau nol), sinyal tidak kembali ke nol selama siklus, seperti halnya dalam metode pengkodean lainnya. Level sinyal tetap tidak berubah untuk setiap seri, yang secara signifikan mengurangi kualitas sinkronisasi dan keandalan pengenalan bit yang diterima (pengatur waktu penerima mungkin tidak selaras dengan sinyal yang masuk dan polling saluran yang tidak tepat waktu dapat terjadi).

Untuk kode N^, hubungan berikut berlaku:

di mana VI adalah laju perubahan level sinyal di jalur komunikasi (baud);

Y2 - throughput jalur komunikasi (bit / s).

Selain fakta bahwa kode ini tidak memiliki sifat sinkronisasi sendiri, kode ini juga memiliki kelemahan serius lainnya: adanya komponen frekuensi rendah yang mendekati nol saat mentransmisikan satu atau nol dalam jangka panjang. Akibatnya, kode NRZ dalam bentuk murni tidak digunakan dalam jaringan. Berbagai modifikasinya diterapkan, di mana sinkronisasi kode sendiri yang buruk dan keberadaan komponen konstan dihilangkan.

Kode RZ, atau kode pulsa bipolar (kode kembali ke nol), dicirikan bahwa selama transmisi satu bit informasi, tingkat sinyal berubah dua kali, terlepas dari apakah serangkaian bit dengan nama yang sama atau bit bergantian. ditularkan. Sebuah unit diwakili oleh impuls dari satu polaritas, dan nol diwakili oleh yang lain. Setiap pulsa berlangsung setengah siklus. Kode semacam itu memiliki properti sinkronisasi mandiri yang sangat baik, tetapi biaya implementasinya cukup tinggi, karena perlu untuk memastikan rasionya

Spektrum kode RZ lebih luas daripada kode potensial. Karena spektrumnya yang terlalu luas, jarang digunakan.

Kode Manchester memberikan perubahan level sinyal saat menampilkan setiap bit, dan saat mentransmisikan serangkaian bit dengan nama yang sama, perubahan ganda. Setiap ukuran dibagi menjadi dua bagian. Informasi dikodekan oleh penurunan potensial yang terjadi di tengah setiap siklus. Sebuah unit dikodekan oleh transisi rendah ke tinggi, dan nol dikodekan oleh tepi terbalik. Rasio kecepatan untuk kode ini adalah:

Kode Manchester memiliki sifat self-clocking yang baik, karena sinyal berubah setidaknya sekali per siklus transmisi satu bit data. Bandwidthnya lebih sempit daripada kode RZ (rata-rata satu setengah kali). Berbeda dengan kode pulsa bipolar, di mana tiga level sinyal digunakan untuk transmisi data (yang terkadang sangat tidak diinginkan, misalnya, hanya dua status yang dikenali secara andal dalam kabel optik - terang dan gelap), kode Manchester memiliki dua level.

Kode Manchester banyak digunakan dalam teknologi Ethernet dan Token Ring.

Kode Bipolar Pembalikan Tingkat Alternatif (kode AMI) adalah modifikasi dari kode NRZ. Ia menggunakan tiga tingkat potensi - negatif, nol dan positif. Unit dikodekan baik oleh potensial positif atau negatif. Potensi nol digunakan untuk mengkodekan nol. Kode memiliki sifat sinkronisasi yang baik saat mentransmisikan rangkaian unit, karena potensi setiap unit baru berlawanan dengan potensi unit sebelumnya. Saat mentransmisikan angka nol, tidak ada sinkronisasi. Kode AMI relatif mudah diimplementasikan. Untuk dia

Saat mentransmisikan berbagai kombinasi bit pada saluran, penggunaan kode AMI mengarah ke spektrum sinyal yang lebih sempit daripada kode NRZ, dan karenanya menghasilkan throughput saluran yang lebih tinggi.

Perhatikan bahwa kode potensial yang disempurnakan (kode Manchester dan kode AMI yang dimodernisasi) memiliki spektrum yang lebih sempit daripada kode pulsa, sehingga kode tersebut digunakan dalam teknologi berkecepatan tinggi seperti FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Modulasi diskrit sinyal analog. Seperti yang telah disebutkan, salah satu tren dalam perkembangan jaringan komputer modern adalah digitalisasinya, yaitu transmisi sinyal dalam bentuk apa pun dalam bentuk digital. Sumber sinyal ini dapat berupa komputer (untuk data diskrit) atau perangkat seperti telepon, camcorder, peralatan video dan audio (untuk data analog). Sampai saat ini (sebelum munculnya jaringan komunikasi digital), di jaringan teritorial semua jenis data ditransmisikan dalam bentuk analog, dan data komputer, yang bersifat diskrit, diubah menjadi bentuk analog menggunakan modem.

Namun, transmisi informasi dalam bentuk analog tidak meningkatkan kualitas data yang diterima jika terjadi distorsi yang signifikan selama transmisi. Oleh karena itu, teknik analog untuk merekam dan mentransmisikan suara dan gambar telah digantikan oleh teknologi digital, yang menggunakan modulasi diskrit dari sinyal analog.

Modulasi diskrit didasarkan pada pengambilan sampel sinyal kontinu baik dalam amplitudo maupun waktu. Salah satu metode yang banyak digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital adalah pulse code modulation (PCM), yang diusulkan pada tahun 1938 oleh A.Kh. Reeves (AS).

Saat menggunakan PCM, proses konversi mencakup tiga tahap: pemetaan, kuantisasi, dan penyandian (Gbr. 33).

Tahap pertama adalah tampilan. Amplitudo sinyal kontinu asli diukur dengan periode tertentu, karena diskritisasi waktu terjadi. Pada tahap ini, sinyal analog diubah menjadi sinyal modulasi amplitudo pulsa (PAM). Eksekusi tahap didasarkan pada teori pemetaan Nyquist-Kotelnikov, posisi utamanya adalah: jika sinyal analog ditampilkan (yaitu, direpresentasikan sebagai urutan nilai waktu-diskritnya) pada interval reguler dengan frekuensi setidaknya dua kali frekuensi spektrum harmonik tertinggi dari sinyal kontinu asli, maka tampilan akan berisi informasi yang cukup untuk mengembalikan sinyal asli. Dalam telepon analog, kisaran 300 hingga 3400 Hz dipilih untuk transmisi suara, yang cukup untuk transmisi berkualitas tinggi dari semua harmonik utama lawan bicara. Oleh karena itu, dalam jaringan digital di mana metode PCM diterapkan untuk transmisi suara, frekuensi tampilan 8000 Hz diadopsi (ini lebih dari 6800 Hz, yang memberikan beberapa margin kualitas).

Pada langkah kuantisasi, setiap sinyal IAM diberikan nilai terkuantisasi yang sesuai dengan level kuantisasi terdekat. Seluruh rentang variasi amplitudo sinyal IAM dibagi menjadi 128 atau 256 level kuantisasi. Semakin banyak level kuantisasi, semakin akurat amplitudo sinyal IAM diwakili oleh level terkuantisasi.

Pada tahap pengkodean, setiap pemetaan terkuantisasi diberi kode biner 7-bit (jika jumlah level kuantisasi 128) atau 8-bit (jika jumlah level kuantisasi 128). pada gambar. 33 menunjukkan sinyal kode biner 8 elemen 00101011 yang sesuai dengan sinyal terkuantisasi dengan level 43. Saat mengkodekan dengan kode 7 elemen, kecepatan data melalui saluran harus 56 Kbps (ini adalah produk dari frekuensi tampilan dan kedalaman bit kode biner), dan saat menyandikan kode 8- elemen - 64 Kbps. Standarnya adalah saluran digital 64 kbit/s, yang juga disebut saluran dasar jaringan telepon digital.

Perangkat yang melakukan langkah-langkah ini untuk mengubah nilai analog menjadi kode digital disebut konverter analog-ke-digital (ADC). Di sisi penerima, dengan bantuan konverter digital-ke-analog (DAC), konversi terbalik dilakukan, yaitu, amplitudo digital dari sinyal kontinu didemodulasi, dan fungsi waktu kontinu asli dipulihkan.

Dalam jaringan komunikasi digital modern, metode lain dari modulasi diskrit juga digunakan, yang memungkinkan untuk merepresentasikan pengukuran suara dalam bentuk yang lebih ringkas, misalnya, sebagai urutan angka 4-bit. Konsep mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital juga digunakan, di mana bukan sinyal IAM itu sendiri yang dikuantisasi dan kemudian dikodekan, tetapi hanya perubahannya, dan jumlah level kuantisasi diasumsikan sama. Jelas bahwa konsep seperti itu memungkinkan konversi sinyal dengan akurasi yang lebih besar.

Metode digital untuk merekam, mereproduksi, dan mentransmisikan informasi analog memberikan kemampuan untuk mengontrol keandalan data yang dibaca dari pembawa atau diterima melalui jalur komunikasi. Untuk tujuan ini, metode kontrol yang sama digunakan untuk data komputer (lihat 4.9).

Transmisi sinyal kontinu dalam bentuk diskrit memberlakukan persyaratan ketat pada sinkronisasi penerima. Jika sinkronisasi tidak diamati, sinyal asli dikembalikan dengan tidak benar, yang menyebabkan distorsi suara atau gambar yang ditransmisikan. Jika bingkai dengan pengukuran suara (atau nilai analog lainnya) tiba secara serempak, maka kualitas suara bisa sangat tinggi. Namun, dalam jaringan komputer, frame dapat ditunda baik di node akhir maupun di perangkat switching perantara (jembatan, sakelar, router), yang berdampak negatif pada kualitas transmisi suara. Oleh karena itu, jaringan digital khusus (ISDN, ATM, jaringan televisi digital) digunakan untuk transmisi sinyal kontinu digital berkualitas tinggi, meskipun jaringan Frame Relay masih digunakan untuk mengirimkan percakapan telepon antar perusahaan, karena penundaan transmisi bingkai di dalamnya berada dalam batas yang dapat diterima. .

Crosstalk di dekat ujung saluran - menentukan kekebalan kebisingan kabel terhadap sumber gangguan internal. Biasanya mereka dievaluasi dalam kaitannya dengan kabel yang terdiri dari beberapa pasangan bengkok, ketika pickup timbal balik dari satu pasangan pada yang lain dapat mencapai nilai yang signifikan dan menciptakan kebisingan internal yang sepadan dengan sinyal yang berguna.

Keandalan transmisi data(atau bit error rate) mencirikan probabilitas distorsi untuk setiap bit data yang ditransmisikan. Alasan distorsi sinyal informasi adalah gangguan pada saluran, serta bandwidth yang terbatas dari lintasannya. Oleh karena itu, peningkatan keandalan transmisi data dicapai dengan meningkatkan tingkat kekebalan kebisingan saluran, mengurangi tingkat crosstalk di kabel, dan menggunakan lebih banyak saluran komunikasi broadband.

Untuk jalur komunikasi kabel konvensional tanpa perlindungan kesalahan tambahan, keandalan transmisi data biasanya 10 -4 -10 -6 . Ini berarti, rata-rata, dari 10 4 atau 106 bit yang ditransmisikan, nilai satu bit akan rusak.

Peralatan jalur komunikasi(peralatan transmisi data - ATD) adalah peralatan tepi yang secara langsung menghubungkan komputer ke jalur komunikasi. Ini adalah bagian dari jalur komunikasi dan biasanya beroperasi pada tingkat fisik, menyediakan transmisi dan penerimaan sinyal dari bentuk dan kekuatan yang diinginkan. Contoh ADF adalah modem, adaptor, konverter analog-ke-digital dan digital-ke-analog.

DTE tidak termasuk peralatan terminal data pengguna (DTE), yang menghasilkan data untuk transmisi melalui jalur komunikasi dan terhubung langsung ke DTE. DTE mencakup, misalnya, router LAN. Perhatikan bahwa pembagian peralatan ke dalam kelas APD dan OOD agak bersyarat.

Pada jalur komunikasi yang panjang, peralatan perantara digunakan, yang menyelesaikan dua tugas utama: meningkatkan kualitas sinyal informasi (bentuk, daya, durasi) dan membuat saluran komposit permanen (saluran ujung ke ujung) komunikasi antara dua pelanggan jaringan . Di LCN, peralatan perantara tidak digunakan jika panjang media fisik (kabel, radio udara) tidak tinggi, sehingga sinyal dari satu adaptor jaringan ke adaptor jaringan lainnya dapat ditransmisikan tanpa pemulihan antara parameternya.

Dalam jaringan global, transmisi sinyal berkualitas tinggi melalui ratusan dan ribuan kilometer dipastikan. Oleh karena itu, amplifier dipasang pada jarak tertentu. Untuk membuat saluran melalui antara dua pelanggan, multiplexer, demultiplexer dan switch digunakan.

Peralatan perantara saluran komunikasi transparan bagi pengguna (dia tidak menyadarinya), meskipun pada kenyataannya membentuk jaringan kompleks yang disebut jaringan utama dan berfungsi sebagai dasar untuk membangun komputer, telepon, dan jaringan lainnya.

Membedakan jalur komunikasi analog dan digital, yang menggunakan berbagai jenis peralatan perantara. Pada saluran analog, peralatan perantara dirancang untuk memperkuat sinyal analog yang memiliki rentang nilai yang berkesinambungan. Dalam saluran analog berkecepatan tinggi, teknik multiplexing frekuensi diterapkan, ketika beberapa saluran pelanggan analog berkecepatan rendah dimultipleks menjadi satu saluran berkecepatan tinggi. Dalam saluran komunikasi digital, di mana sinyal informasi persegi panjang memiliki jumlah status yang terbatas, peralatan perantara meningkatkan bentuk sinyal dan mengembalikan periode pengulangannya. Ini menyediakan pembentukan saluran digital berkecepatan tinggi, bekerja berdasarkan prinsip multiplexing waktu saluran, ketika setiap saluran berkecepatan rendah dialokasikan sebagian kecil dari waktu saluran berkecepatan tinggi.

Saat mentransmisikan data komputer diskrit melalui jalur komunikasi digital, protokol lapisan fisik ditentukan, karena parameter sinyal informasi yang ditransmisikan oleh saluran distandarisasi, dan ketika ditransmisikan melalui jalur analog, tidak ditentukan, karena sinyal informasi memiliki sewenang-wenang bentuk dan tidak ada tidak ada persyaratan.

Berikut ini digunakan dalam jaringan komunikasi: mode transfer informasi:

simpleks, ketika pemancar dan penerima dihubungkan oleh satu saluran komunikasi, di mana informasi ditransmisikan hanya dalam satu arah (ini khas untuk jaringan komunikasi televisi);

Half-duplex, ketika dua node komunikasi juga dihubungkan oleh satu saluran, di mana informasi ditransmisikan secara bergantian dalam satu arah, kemudian ke arah yang berlawanan (ini khas untuk referensi informasi, sistem permintaan-respon);

duplex, ketika dua node komunikasi dihubungkan oleh dua saluran (saluran komunikasi maju dan mundur), di mana informasi ditransmisikan secara bersamaan dalam arah yang berlawanan. Saluran dupleks digunakan dalam sistem dengan keputusan dan umpan balik informasi.

Saluran komunikasi yang dialihkan dan didedikasikan. Di TSS, ada saluran komunikasi khusus (non-switched) dan saluran komunikasi dengan switching selama transmisi informasi melalui saluran ini.

Saat menggunakan saluran komunikasi khusus, peralatan transceiver dari node komunikasi terus terhubung satu sama lain. Ini memastikan tingkat kesiapan sistem yang tinggi untuk transfer informasi, kualitas komunikasi yang lebih tinggi, dan dukungan untuk sejumlah besar lalu lintas. Karena biaya yang relatif tinggi dari jaringan operasi dengan saluran komunikasi khusus, profitabilitasnya tercapai hanya jika saluran terisi penuh.

Saluran komunikasi yang dialihkan, dibuat hanya untuk waktu transmisi sejumlah informasi tetap, dicirikan oleh fleksibilitas tinggi dan biaya yang relatif rendah (dengan jumlah lalu lintas yang kecil). Kerugian dari saluran tersebut adalah: hilangnya waktu untuk beralih (untuk membangun komunikasi antar pelanggan), kemungkinan pemblokiran karena kesibukan masing-masing bagian dari jalur komunikasi, kualitas komunikasi yang lebih rendah, biaya tinggi dengan jumlah lalu lintas yang signifikan.

Informasi awal yang perlu ditransmisikan melalui jalur komunikasi dapat berupa diskrit (data keluaran komputer) atau analog (ucapan, gambar televisi).

Transmisi data diskrit didasarkan pada penggunaan dua jenis pengkodean fisik:

sebuah) modulasi analog ketika pengkodean dilakukan dengan mengubah parameter sinyal pembawa sinusoidal;

b) pengkodean digital dengan mengubah tingkat urutan pulsa informasi persegi panjang.

Saat ini, data awal yang berbentuk analog semakin banyak ditransmisikan melalui saluran komunikasi dalam bentuk diskrit (dalam bentuk urutan satu dan nol), yaitu. modulasi diskrit sinyal analog.

Modulasi analog. Ini digunakan untuk mengirimkan data diskrit melalui saluran dengan bandwidth sempit, perwakilan khasnya adalah saluran frekuensi suara yang disediakan untuk pengguna jaringan telepon. Sinyal dengan frekuensi 300 hingga 3400 Hz ditransmisikan melalui saluran ini, yaitu bandwidthnya adalah 3100 Hz. Pita seperti itu cukup memadai untuk transmisi ucapan dengan kualitas yang dapat diterima. Keterbatasan bandwidth saluran nada dikaitkan dengan penggunaan peralatan multiplexing dan circuit switching dalam jaringan telepon.

Ada tiga cara untuk mengubah data digital ke bentuk analog, atau tiga metode modulasi analog:

modulasi frekuensi, ketika di bawah aksi sinyal modulasi (bit informasi yang ditransmisikan) hanya frekuensi pembawa osilasi sinusoidal yang berubah: misalnya, ketika nol ditransmisikan, itu rendah, dan ketika satu ditransmisikan, itu tinggi;

modulasi fase, ketika, sesuai dengan urutan bit informasi yang ditransmisikan, hanya fase pembawa osilasi sinusoidal yang berubah: ketika beralih dari sinyal 1 ke sinyal 0 atau sebaliknya, fase berubah 180 °.

Dalam bentuknya yang murni, modulasi amplitudo jarang digunakan dalam praktik karena kekebalan kebisingan yang rendah. Modulasi frekuensi tidak memerlukan sirkuit kompleks dalam modem dan biasanya digunakan pada modem kecepatan rendah yang beroperasi pada 300 atau 1200 bps. Meningkatkan kecepatan data disediakan oleh penggunaan metode modulasi gabungan, lebih sering modulasi amplitudo dalam kombinasi dengan fase.

Pengkodean digital. Saat menyandikan informasi diskrit secara digital, dua jenis kode digunakan:

a) kode potensial, ketika hanya nilai potensial sinyal yang digunakan untuk mewakili unit informasi dan nol, dan penurunannya tidak diperhitungkan;

b) kode pulsa, ketika data biner diwakili baik oleh pulsa dari polaritas tertentu, atau dengan penurunan potensial dari arah tertentu.

Persyaratan berikut dikenakan pada metode pengkodean digital informasi diskrit saat menggunakan pulsa persegi panjang untuk mewakili sinyal biner:

memastikan sinkronisasi antara pemancar dan penerima;

Memastikan lebar spektrum terkecil dari sinyal yang dihasilkan pada laju bit yang sama (karena spektrum sinyal yang lebih sempit memungkinkan laju data yang lebih tinggi dicapai pada saluran dengan bandwidth yang sama);

kemampuan untuk mengenali kesalahan dalam data yang dikirimkan;

Biaya implementasi yang relatif rendah.

Saat ini, sinkronisasi pemancar dan penerima dalam jaringan dicapai dengan menggunakan kode sinkronisasi sendiri(SK). Pengkodean data yang ditransmisikan menggunakan SC adalah untuk memastikan perubahan (transisi) yang teratur dan sering dari tingkat sinyal informasi dalam saluran. Setiap transisi level sinyal dari tinggi ke rendah atau sebaliknya digunakan untuk memangkas penerima. Yang terbaik adalah SC yang menyediakan transisi level sinyal setidaknya sekali selama interval waktu yang diperlukan untuk menerima satu bit informasi. Semakin sering transisi level sinyal, semakin dapat diandalkan sinkronisasi penerima dan semakin yakin identifikasi bit data yang diterima.

Kode sinkronisasi sendiri. Yang paling umum adalah SC berikut:

kode potensial tanpa kembali ke nol (NRZ - Non Return to Zero);

kode pulsa bipolar (kode RZ);

Kode Manchester

· kode bipolar dengan inversi level bolak-balik.

pada gambar. 32 menunjukkan skema pengkodean untuk pesan 0101100 menggunakan CK ini.

Beras. 32. Skema pengkodean pesan menggunakan kode sinkronisasi sendiri

Untuk transmisi data diskrit melalui jalur komunikasi dengan pita frekuensi sempit, modulasi analog. Perwakilan khas dari saluran tersebut adalah saluran komunikasi frekuensi suara yang tersedia bagi pengguna jaringan telepon umum. Saluran komunikasi ini mentransmisikan sinyal analog dalam rentang frekuensi dari 300 hingga 3400 Hz (dengan demikian bandwidth saluran adalah 3100 Hz). Keterbatasan bandwidth jalur komunikasi dalam hal ini terkait dengan penggunaan peralatan multiplexing dan circuit switching dalam jaringan telepon.

Perangkat yang melakukan fungsi memodulasi sinusoid pembawa di sisi transmisi dan mendemodulasi di sisi penerima disebut modem (modulator-demodulator).

Modulasi analog adalah metode pengkodean fisik di mana informasi dikodekan dengan mengubah amplitudo, frekuensi atau fase sinyal sinusoidal dari frekuensi pembawa. Pada modulasi amplitudo untuk yang logis, satu tingkat amplitudo sinusoid frekuensi pembawa dipilih, dan untuk nol logis, yang lain. Metode ini jarang digunakan dalam praktik dalam bentuk murni karena kekebalan kebisingan yang rendah, tetapi sering digunakan dalam kombinasi dengan jenis modulasi lainnya. Pada modulasi frekuensi nilai 0 dan 1 dari data asli ditransmisikan oleh sinusoida dengan frekuensi yang berbeda . Metode modulasi ini tidak memerlukan elektronik modem yang rumit dan biasanya digunakan pada modem kecepatan rendah yang beroperasi pada 300 atau 1200 bps. Pada modulasi fase nilai data 0 dan 1 sesuai dengan sinyal frekuensi yang sama tetapi fase yang berbeda, seperti 0 dan 180 derajat atau 0, 90, 180 dan 270 derajat. Dalam modem berkecepatan tinggi, metode modulasi gabungan sering digunakan, sebagai aturan, amplitudo dalam kombinasi dengan fase. Metode modulasi gabungan digunakan untuk meningkatkan kecepatan data. Metode yang paling umum adalah Modulasi Amplitudo Kuadrat-QAM). Metode ini didasarkan pada kombinasi modulasi fasa dengan nilai pergeseran 8 fasa dan modulasi amplitudo dengan 4 level amplitudo. Namun, tidak semua dari 32 kombinasi sinyal yang mungkin digunakan. Redundansi pengkodean tersebut diperlukan modem untuk mengenali sinyal yang salah, yang merupakan hasil dari distorsi akibat interferensi, yang pada saluran telepon (terutama yang diaktifkan) sangat signifikan dalam amplitudo dan waktu yang lama.

Pada pengkodean digital informasi diskrit digunakan potensi dan impuls kode. PADA potensi Dalam kode, hanya nilai potensi sinyal yang digunakan untuk mewakili yang logis dan nol, dan penurunannya, yang membentuk pulsa lengkap, tidak diperhitungkan. Detak kode memungkinkan data biner untuk diwakili baik oleh pulsa dari polaritas tertentu, atau oleh bagian dari pulsa - penurunan potensial dari arah tertentu.

Saat menggunakan pulsa persegi panjang untuk mengirimkan informasi diskrit, perlu untuk memilih metode pengkodean yang secara bersamaan akan mencapai beberapa tujuan: memiliki lebar spektrum terkecil dari sinyal yang dihasilkan pada bit rate yang sama; menyediakan sinkronisasi antara pemancar dan penerima; memiliki kemampuan untuk mengenali kesalahan; memiliki biaya implementasi yang rendah.

Spektrum sinyal yang lebih sempit memungkinkan Anda mencapai kecepatan transfer data yang lebih tinggi pada saluran yang sama (dengan bandwidth yang sama). Sinkronisasi pemancar dan penerima diperlukan agar penerima tahu persis pada titik waktu mana perlu membaca informasi baru dari jalur komunikasi. Masalah ini lebih sulit dipecahkan dalam jaringan daripada saat berkomunikasi antar perangkat dalam jarak dekat, seperti antara perangkat di dalam komputer atau antara komputer dan printer. Pada jarak pendek, skema berdasarkan jalur komunikasi clocking terpisah bekerja dengan baik, dan informasi dihapus dari jalur data hanya pada saat pulsa clock tiba. Dalam jaringan, penggunaan skema ini menyebabkan kesulitan karena heterogenitas karakteristik konduktor dalam kabel. Pada jarak yang jauh, riak kecepatan sinyal dapat menyebabkan jam tiba sangat terlambat atau terlalu dini untuk sinyal data yang sesuai sehingga bit data dilewati atau dibaca ulang. Alasan lain mengapa jaringan menolak menggunakan pulsa clock adalah untuk menghemat konduktor dalam kabel yang mahal. Oleh karena itu, jaringan menggunakan apa yang disebut kode sinkronisasi sendiri, sinyal yang membawa indikasi untuk pemancar pada titik waktu apa yang diperlukan untuk mengenali bit berikutnya (atau beberapa bit, jika kode diorientasikan ke lebih dari dua status sinyal). Setiap penurunan tajam dalam sinyal - yang disebut depan- dapat berfungsi sebagai indikasi yang baik untuk sinkronisasi penerima dengan pemancar. Saat menggunakan sinusoida sebagai sinyal pembawa, kode yang dihasilkan memiliki sifat sinkronisasi sendiri, karena perubahan amplitudo frekuensi pembawa memungkinkan penerima untuk menentukan saat kode input muncul.

Pengenalan dan koreksi data yang terdistorsi sulit diimplementasikan melalui lapisan fisik, oleh karena itu, paling sering pekerjaan ini dilakukan oleh protokol yang terletak di atas: saluran, jaringan, transportasi atau aplikasi. Di sisi lain, pengenalan kesalahan pada lapisan fisik menghemat waktu, karena penerima tidak menunggu bingkai ditempatkan sepenuhnya di buffer, tetapi langsung menolaknya setelah mengenali bit yang salah di dalam bingkai.

Persyaratan untuk metode pengkodean saling bertentangan, sehingga masing-masing metode pengkodean digital populer yang dibahas di bawah ini memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri dibandingkan dengan yang lain.

Salah satu metode paling sederhana potensi pengkodean adalah kode potensial unipolar, juga disebut pengkodean tanpa kembali ke nol (Non Return to Zero-NRZ) (gbr.7.1.a). Nama belakang mencerminkan fakta bahwa ketika urutan yang ditransmisikan, sinyal tidak kembali ke nol selama siklus. Metode NRZ memiliki deteksi kesalahan yang baik (karena dua potensi yang sangat berbeda), tetapi tidak memiliki properti sinkronisasi sendiri. Saat mentransmisikan urutan panjang satu atau nol, sinyal saluran tidak berubah, sehingga penerima tidak dapat menentukan dari sinyal input titik waktu kapan perlu membaca data lagi. Bahkan dengan generator clock yang sangat akurat, penerima dapat membuat kesalahan dengan momen akuisisi data, karena frekuensi kedua generator hampir tidak pernah sepenuhnya identik. Oleh karena itu, pada kecepatan data tinggi dan urutan panjang satu atau nol, ketidakcocokan kecil frekuensi clock dapat menyebabkan kesalahan dalam seluruh siklus dan, karenanya, membaca nilai bit yang salah.

a B C D E F

Beras. 7.1. Metode pengkodean data biner: a-potensi unipolar-

kode sosial; b- kode potensial bipolar; di- unipolar im-

kode pulsa; G -kode pulsa bipolar; d-kode "Manchester";

e- kode potensial dengan empat level sinyal.

Kerugian serius lain dari metode NRZ adalah adanya komponen frekuensi rendah yang mendekati nol ketika mentransmisikan urutan panjang satu atau nol. Karena itu, banyak jalur komunikasi yang tidak menyediakan sambungan galvanik langsung antara penerima dan sumber tidak mendukung pengkodean jenis ini. Akibatnya, kode NRZ dalam bentuknya yang murni tidak digunakan dalam jaringan, tetapi berbagai modifikasi digunakan, di mana sinkronisasi mandiri yang buruk dari kode NRZ dan keberadaan komponen konstan dihilangkan.

Salah satu modifikasi metode NRZ adalah metode pengkodean potensial bipolar dengan inversi alternatif (Bipolar Alternate Mark Inversion-AM). Dalam metode ini ( Nasi. 7.1.b) tiga tingkat potensial digunakan - negatif, nol dan positif. Untuk mengkodekan nol logis, potensi nol digunakan, dan unit logis dikodekan baik oleh potensi positif atau negatif (dalam hal ini, potensi setiap unit baru berlawanan dengan potensi yang sebelumnya). Kode AMI sebagian menghilangkan DC dan kurangnya masalah self-time yang melekat dalam kode NRZ. Ini terjadi ketika mengirim urutan yang panjang. Dalam kasus ini, sinyal pada saluran adalah urutan pulsa bipolar dengan spektrum yang sama dengan kode NRZ yang mentransmisikan nol dan satu bergantian, yaitu, tanpa komponen konstan dan dengan harmonik dasar N/2 Hz (di mana N adalah kecepatan bit data). Urutan nol yang panjang juga berbahaya untuk kode AMI, dan juga untuk kode NRZ - sinyal merosot menjadi potensi konstan amplitudo nol. Secara umum, untuk kombinasi bit yang berbeda pada saluran, penggunaan kode AMI mengarah ke spektrum sinyal yang lebih sempit daripada kode NRZ, dan karenanya menghasilkan throughput saluran yang lebih tinggi. Misalnya, ketika mentransmisikan satu dan nol bolak-balik, harmonik dasar f 0 memiliki frekuensi N/4 Hz. Kode AMI juga menyediakan beberapa fitur untuk mengenali sinyal yang salah. Dengan demikian, pelanggaran terhadap pergantian polaritas sinyal yang ketat menunjukkan impuls yang salah atau hilangnya impuls yang benar dari saluran. Sinyal dengan polaritas yang salah disebut sinyal terlarang (pelanggaran sinyal). Karena kode AMI tidak menggunakan dua, tetapi tiga level sinyal per baris, level tambahan memerlukan peningkatan daya pemancar untuk memberikan fidelitas bit yang sama pada saluran, yang merupakan kelemahan umum kode dengan beberapa status sinyal dibandingkan dengan kode yang hanya membedakan dua negara.

Metode paling sederhana impulsif pengkodean adalah kode pulsa unipolar, di mana satu diwakili oleh momentum dan nol diwakili oleh ketidakhadirannya ( Nasi. 7.1v), dan kode pulsa bipolar, di mana unit diwakili oleh pulsa satu polaritas, dan nol - yang lain ( Nasi. 7.1g). Setiap pulsa berlangsung setengah siklus. Kode pulsa bipolar memiliki sifat self-clocking yang baik, tetapi komponen pulsa DC mungkin ada, misalnya, ketika mentransmisikan rangkaian satu atau nol yang panjang. Selain itu, spektrumnya lebih luas daripada kode potensial. Jadi, ketika mentransmisikan semua nol atau satu, frekuensi harmonik dasar kode akan sama dengan N Hz, yang dua kali lebih tinggi dari harmonik dasar kode NRZ dan empat kali lebih tinggi dari harmonik dasar kode AMI saat mentransmisikan satu dan nol bergantian. Karena spektrum yang terlalu luas, kode pulsa bipolar jarang digunakan.

Di jaringan lokal, hingga saat ini, metode pengkodean yang paling umum adalah yang disebut " kode manchester"(Nasi. 7.1e). Dalam kode Manchester, penurunan potensial, yaitu, bagian depan pulsa, digunakan untuk mengkodekan satu dan nol. Dalam pengkodean Manchester, setiap jam dibagi menjadi dua bagian. Informasi dikodekan oleh penurunan potensial yang terjadi di tengah setiap siklus. Sebuah unit dikodekan oleh transisi rendah ke tinggi, dan nol dikodekan oleh tepi terbalik. Pada awal setiap siklus, tepi sinyal layanan dapat terjadi jika Anda perlu merepresentasikan beberapa angka satu atau nol secara berurutan. Karena sinyal berubah setidaknya sekali per siklus transmisi dari satu bit data, kode Manchester memiliki sifat self-clocking yang baik. Bandwidth kode Manchester lebih sempit daripada pulsa bipolar. Itu juga tidak memiliki komponen konstan, dan harmonik dasar dalam kasus terburuk (ketika mentransmisikan urutan satu atau nol) memiliki frekuensi N Hz, dan dalam kasus terbaik (saat mentransmisikan satu dan nol bergantian) itu sama ke N / 2 Hz, seperti dalam kode AMI atau NRZ. Rata-rata, bandwidth kode Manchester adalah satu setengah kali lebih sempit daripada kode pulsa bipolar, dan harmonik fundamental berosilasi sekitar 3N/4. Keuntungan lain dari kode Manchester adalah hanya memiliki dua level sinyal, sedangkan kode pulsa bipolar memiliki tiga.

Ada juga kode potensial dengan sejumlah besar level sinyal untuk menyandikan data. Ditampilkan sebagai contoh ( gambar 7.1e) kode potensial 2B1Q dengan empat level sinyal untuk pengkodean data. Dalam kode ini, setiap dua bit ditransmisikan dalam satu siklus oleh sinyal yang memiliki empat status. Sepasang bit "00" sesuai dengan potensi -2,5 V, sepasang bit "01" - potensi -0,833 V, sepasang bit "11" - potensi +0,833 V, dan sepasang bit "10" - potensi +2,5 V. Metode pengkodean ini memerlukan tindakan tambahan untuk menangani rangkaian panjang pasangan bit yang identik, sejak itu sinyal berubah menjadi komponen konstan. Dengan interleaving bit acak, spektrum sinyal dua kali lebih sempit dari kode NRZ (pada bit rate yang sama, waktu siklus menjadi dua kali lipat). Jadi, dengan menggunakan kode 2B1Q yang disajikan, dimungkinkan untuk mentransfer data melalui saluran yang sama dua kali lebih cepat menggunakan kode AMI. Namun untuk implementasinya, daya pemancar harus lebih tinggi agar keempat level tersebut dapat dibedakan dengan jelas oleh penerima dengan latar belakang interferensi.

Untuk meningkatkan kode potensial seperti AMI dan 2B1Q, pengkodean logis. Pengkodean logika dirancang untuk menggantikan urutan bit yang panjang, yang mengarah ke potensi konstan, diselingi dengan yang. Dua metode adalah karakteristik untuk pengkodean logis - kode dan pengacakan yang berlebihan.

Kode berlebihan didasarkan pada pemisahan urutan asli bit menjadi bagian-bagian, yang sering disebut karakter. Kemudian setiap karakter asli diganti dengan yang baru yang memiliki bit lebih banyak dari aslinya. Misalnya, kode logika 4B/5B menggantikan karakter 4-bit asli dengan karakter 5-bit. Karena simbol yang dihasilkan mengandung bit yang berlebihan, jumlah total kombinasi bit di dalamnya lebih besar daripada yang asli. Jadi, dalam kode 4B / 5B, simbol yang dihasilkan dapat berisi kombinasi 32 bit, sedangkan simbol asli - hanya 16. Oleh karena itu, dalam kode yang dihasilkan, Anda dapat memilih 16 kombinasi yang tidak mengandung banyak angka nol, dan menghitung sisanya kode terlarang (pelanggaran kode). Selain menghapus DC dan membuat kode menyinkronkan sendiri, kode redundan memungkinkan penerima mengenali bit yang rusak. Jika penerima menerima kode terlarang, itu berarti sinyal telah terdistorsi di saluran. Kode 4B/5B ditransmisikan melalui saluran menggunakan pengkodean fisik menggunakan salah satu metode pengkodean potensial yang sensitif hanya untuk urutan nol yang panjang. Simbol kode 4V/5V, panjang 5 bit, menjamin bahwa tidak lebih dari tiga nol berturut-turut dapat muncul pada baris untuk kombinasi apa pun. Huruf B dalam nama kode berarti bahwa sinyal dasar memiliki 2 status (dari biner bahasa Inggris - biner). Ada juga kode dengan tiga status sinyal, misalnya, dalam kode 8B / 6T, untuk mengkodekan 8 bit informasi awal, digunakan kode 6 sinyal, yang masing-masing memiliki tiga status. Redundansi kode 8B/6T lebih tinggi daripada kode 4B/5B, karena ada 729 (3 pangkat 6) yang dihasilkan simbol untuk 256 kode sumber. Menggunakan tabel pencarian adalah operasi yang sangat sederhana, sehingga pendekatan ini tidak mempersulit adaptor jaringan dan blok antarmuka sakelar dan router (lihat. bagian 9,11).

Untuk menyediakan kapasitas saluran tertentu, pemancar yang menggunakan kode redundan harus beroperasi pada frekuensi clock yang meningkat. Jadi, untuk mentransmisikan kode 4V / 5V dengan kecepatan 100 Mbps, pemancar harus beroperasi pada frekuensi clock 125 MHz. Dalam hal ini, spektrum sinyal pada saluran diperluas dibandingkan dengan kasus ketika kode murni non-redundan ditransmisikan melalui saluran. Namun demikian, spektrum kode potensial yang berlebihan ternyata lebih sempit daripada spektrum kode Manchester, yang membenarkan tahap tambahan pengkodean logis, serta pengoperasian penerima dan pemancar pada frekuensi clock yang meningkat.

Cara lain dari pengkodean logis didasarkan pada "pencampuran" awal dari informasi awal sedemikian rupa sehingga probabilitas munculnya satu dan nol pada baris menjadi dekat. Perangkat atau blok yang melakukan operasi ini disebut pengacak(scramble - dump, perakitan tidak teratur). Pada berebut algoritma terkenal digunakan, sehingga penerima, setelah menerima data biner, mentransmisikannya ke pengurai, yang mengembalikan urutan bit asli. Kelebihan bit tidak ditransmisikan melalui saluran. Peningkatan potensi redundansi dan kode acak digunakan dalam teknologi jaringan berkecepatan tinggi modern, bukan "Manchester" dan pengkodean pulsa bipolar.

7.6. Teknologi Multiplexing Jalur Komunikasi

Untuk multiplexing("pemadatan") jalur komunikasi, beberapa teknologi digunakan. Teknologi frekuensimultiplexing(Multipleks Divisi Frekuensi - FDM) awalnya dikembangkan untuk jaringan telepon, tetapi juga digunakan untuk jenis jaringan lain, seperti jaringan televisi kabel. Teknologi ini mengasumsikan transfer sinyal dari setiap saluran pelanggan ke rentang frekuensinya sendiri dan transmisi sinyal secara simultan dari beberapa saluran pelanggan dalam satu jalur komunikasi broadband. Misalnya, input sakelar FDM menerima sinyal awal dari pelanggan jaringan telepon. Sakelar melakukan terjemahan frekuensi setiap saluran dalam pita frekuensinya sendiri. Biasanya, rentang frekuensi tinggi dibagi menjadi pita yang dialokasikan untuk transmisi data dari saluran pelanggan. Di jalur komunikasi antara dua sakelar FDM, sinyal dari semua saluran pelanggan ditransmisikan secara bersamaan, tetapi masing-masing menempati pita frekuensinya sendiri. Sakelar FDM keluaran memisahkan sinyal termodulasi dari setiap frekuensi pembawa dan mentransmisikannya ke saluran keluaran yang sesuai di mana telepon pelanggan terhubung secara langsung. Sakelar FDM dapat melakukan peralihan dinamis dan permanen. Dalam switching dinamis, satu pelanggan memulai koneksi dengan pelanggan lain dengan mengirimkan nomor pelanggan yang dipanggil ke jaringan. Sakelar secara dinamis mengalokasikan salah satu pita gratis ke pelanggan ini. Dengan perpindahan konstan, band ditugaskan ke pelanggan untuk waktu yang lama. Prinsip peralihan berdasarkan pembagian frekuensi tetap tidak berubah dalam jaringan dari jenis yang berbeda, hanya batas-batas pita yang dialokasikan untuk saluran pelanggan yang terpisah, serta jumlahnya, yang berubah.

Teknologi multipleksBerbagi waktu(Multipleks Pembagian Waktu - TDM) atau sementara multiplexing didasarkan pada penggunaan peralatan TDM (multiplexer, switch, demultiplexer) yang beroperasi dalam mode time-sharing, melayani semua saluran pelanggan secara bergantian selama satu siklus. Setiap koneksi dialokasikan satu bagian waktu dari siklus operasi perangkat keras, juga disebut slot waktu. Durasi slot waktu tergantung pada jumlah saluran pelanggan yang dilayani oleh peralatan. Jaringan TDM dapat mendukung keduanya dinamis, atau permanen switching, dan terkadang kedua mode ini.

Jaringan dengan peralihan dinamis memerlukan prosedur awal untuk membangun koneksi antara pelanggan. Untuk melakukan ini, alamat pelanggan yang dipanggil ditransmisikan ke jaringan, yang melewati sakelar dan mengonfigurasinya untuk transmisi data berikutnya. Permintaan koneksi dialihkan dari satu sakelar ke sakelar lain dan akhirnya mencapai pihak yang dipanggil. Jaringan dapat menolak untuk membuat sambungan jika kapasitas saluran keluaran yang diperlukan telah habis. Untuk sakelar FDM, kapasitas output sama dengan jumlah pita frekuensi, dan untuk sakelar TDM, itu sama dengan jumlah slot waktu di mana siklus operasi saluran dibagi. Jaringan juga menolak koneksi jika pelanggan yang diminta telah membuat koneksi dengan orang lain. Dalam kasus pertama, mereka mengatakan bahwa sakelar sedang sibuk, dan yang kedua - pelanggan. Kemungkinan kegagalan koneksi adalah kelemahan dari metode circuit switching. Jika koneksi dapat dibuat, maka dialokasikan bandwidth tetap di jaringan FDM atau bandwidth tetap di jaringan TDM. Nilai-nilai ini tetap tidak berubah selama periode koneksi. Throughput jaringan yang terjamin setelah sambungan dibuat merupakan fitur penting yang diperlukan untuk aplikasi seperti transmisi suara dan video atau kontrol objek waktu nyata.

Jika hanya ada satu saluran komunikasi fisik, misalnya, ketika bertukar data menggunakan modem melalui jaringan telepon, operasi dupleks diatur berdasarkan pembagian saluran menjadi dua subsaluran logis menggunakan teknologi FDM atau TDM. Saat menggunakan teknologi FDM, modem untuk mengatur operasi dupleks pada saluran dua kabel beroperasi pada empat frekuensi (dua frekuensi - untuk penyandian satu dan nol saat mentransmisikan data dalam satu arah, dan dua frekuensi lainnya - untuk penyandian saat mentransmisikan dalam arah yang berlawanan ). Dalam teknologi TDM, beberapa slot waktu digunakan untuk mentransfer data ke satu arah, dan beberapa digunakan untuk mentransfer data ke arah lain. Biasanya, slot waktu dari arah yang berlawanan bergantian.

Dalam kabel serat optik untuk organisasi operasi dupleks saat hanya menggunakan satu serat optik, transmisi data dalam satu arah dilakukan menggunakan berkas cahaya dari satu panjang gelombang, dan dalam arah yang berlawanan - panjang gelombang yang berbeda. Teknologi ini pada dasarnya terkait dengan metode FDM, tetapi untuk kabel serat optik disebut teknologi multiplexing panjang gelombang(Multiplexing Divisi Gelombang - WDM) atau melambai multiplexing.

Teknologigelombang padat(spektral) multiplexing(Multiplexing Divisi Gelombang Padat - DWDM) dirancang untuk menciptakan generasi baru tulang punggung optik yang beroperasi pada kecepatan multi-gigabit dan terabit. Lompatan kualitatif dalam kinerja disediakan karena fakta bahwa informasi dalam serat optik ditransmisikan secara bersamaan oleh sejumlah besar gelombang cahaya. Jaringan DWDM beroperasi berdasarkan prinsip switching sirkuit, dengan setiap gelombang cahaya mewakili saluran spektral terpisah dan membawa informasinya sendiri. Salah satu keunggulan utama teknologi DWDM adalah peningkatan yang signifikan dalam faktor pemanfaatan potensi frekuensi serat optik, bandwidth teoritisnya adalah 25.000 GHz.

Ringkasan

Dalam sistem telekomunikasi modern, informasi ditransmisikan melalui gelombang elektromagnetik - sinyal listrik, cahaya atau radio.

Jalur komunikasi, tergantung pada jenis media transmisi informasi fisik, dapat berupa kabel (wired) atau nirkabel. Sebagai jalur komunikasi, kabel telepon berdasarkan konduktor non-twist paralel paralel, kabel koaksial, kabel berdasarkan pasangan konduktor bengkok (tanpa pelindung dan terlindung), kabel serat optik digunakan. Yang paling efektif saat ini dan menjanjikan dalam waktu dekat adalah kabel berdasarkan pasangan konduktor bengkok dan kabel serat optik. Jalur komunikasi nirkabel paling sering diimplementasikan dengan mentransmisikan sinyal radio di berbagai pita gelombang radio. Teknologi komunikasi nirkabel inframerah menggunakan bagian dari spektrum elektromagnetik antara cahaya tampak dan gelombang mikro terpendek. Yang paling berkecepatan tinggi dan tahan kebisingan adalah teknologi laser komunikasi nirkabel.

Karakteristik utama dari jalur komunikasi adalah respon frekuensi, bandwidth dan atenuasi pada frekuensi tertentu.

Throughput jalur komunikasi mencirikan kecepatan transfer data maksimum yang mungkin di atasnya. Kekebalan kebisingan dari saluran komunikasi menentukan kemampuannya untuk mengurangi tingkat interferensi yang dihasilkan di lingkungan eksternal pada konduktor internal. Keandalan transmisi data mencirikan kemungkinan distorsi untuk setiap bit data yang ditransmisikan.

Representasi informasi diskrit dalam satu atau lain bentuk sinyal yang diterapkan pada jalur komunikasi disebut pengkodean fisik. Pengkodean logis melibatkan penggantian bit dari informasi asli dengan urutan bit baru yang membawa informasi yang sama tetapi memiliki properti tambahan.

Untuk mengirimkan data diskrit melalui jalur komunikasi dengan pita frekuensi sempit, modulasi analog digunakan, di mana informasi dikodekan dengan mengubah amplitudo, frekuensi, atau fase sinyal frekuensi pembawa sinusoidal. Saat menyandikan informasi diskrit secara digital, kode potensial dan impuls digunakan. Untuk multiplexing jalur komunikasi teknologi frekuensi, waktu dan multiplexing gelombang digunakan.

Kontrol pertanyaan dan tugas

1. Berikan klasifikasi jalur komunikasi.

2. Jelaskan jalur komunikasi kabel yang paling umum.

3. Sajikan jalur komunikasi nirkabel utama dan berikan karakteristik komparatifnya.

4. Karena faktor fisik apa saluran komunikasi mendistorsi sinyal yang ditransmisikan?

5. Apa karakteristik frekuensi amplitudo dari saluran komunikasi?

6. Dalam satuan apa bandwidth saluran komunikasi diukur?

7. Jelaskan konsep "kekebalan kebisingan dari jalur komunikasi."

8. Apa yang menentukan karakteristik "keandalan transmisi data" dan dalam satuan apa diukur?

9. Apa yang dimaksud dengan "modulasi analog" dan jenis apa yang digunakan untuk mengirimkan data diskrit?

10. Perangkat apa yang melakukan fungsi memodulasi sinusoid pembawa di sisi transmisi dan mendemodulasinya di sisi penerima?

11. Nyatakan perbedaan antara pengkodean potensial dan impuls sinyal digital.