7. FIZISKAIS SLĀNIS

7.2. Diskrētās datu pārraides metodes

Pārraidot diskrētus datus pa sakaru kanāliem, tiek izmantoti divi galvenie fiziskās kodēšanas veidi - pamatojoties uz sinusoidālu nesēja signālu un pamatojoties uz taisnstūrveida impulsu secību. Pirmo metodi bieži sauc arī par modulācija vai analogā modulācija , uzsverot faktu, ka kodēšana tiek veikta, mainot analogā signāla parametrus. Otro veidu sauc digitālā kodēšana . Šīs metodes atšķiras pēc iegūtā signāla spektra platuma un to ieviešanai nepieciešamā aprīkojuma sarežģītības.

Izmantojot taisnstūrveida impulsus, iegūtā signāla spektrs ir ļoti plašs. Sinusoīda izmantošana rada šaurāku spektru ar tādu pašu informācijas ātrumu. Tomēr modulācijas ieviešanai ir nepieciešams sarežģītāks un dārgāks aprīkojums nekā taisnstūrveida impulsu ieviešana.

Pašlaik arvien biežāk dati, kuriem sākotnēji ir analogā forma - runa, televīzijas attēls - tiek pārraidīti pa sakaru kanāliem diskrētā veidā, tas ir, vieninieku un nulles secības veidā. Tiek saukts analogās informācijas attēlošanas process diskrētā formā diskrēta modulācija .

Analogā modulācija tiek izmantota, lai pārraidītu diskrētus datus pa kanāliem ar šauru frekvenču joslu - balss frekvences kanālu (publiskie telefonu tīkli). Šis kanāls pārraida frekvences diapazonā no 300 līdz 3400 Hz, tāpēc tā joslas platums ir 3100 Hz.

Ierīci, kas veic nesēja sinusoīda modulēšanas funkcijas raidīšanas pusē un demodulācijas funkcijas uztverošajā pusē sauc. modems (modulators-demodulators).

Analogā modulācija ir fiziskas kodēšanas metode, kurā informācija tiek kodēta, mainot sinusoidāla nesējfrekvences signāla amplitūdu, frekvenci vai fāzi (27. att.).

Plkst amplitūdas modulācija (27. att., b) loģiskajai vienībai tiek izvēlēts viens nesējfrekvences sinusoīda amplitūdas līmenis, bet loģiskajai nullei - cits. Šī metode tīrā veidā praksē tiek izmantota reti, jo ir zema trokšņu imunitāte, bet bieži tiek izmantota kombinācijā ar citu modulācijas veidu - fāzes modulāciju.

Plkst frekvences modulācija (27. att., c) sākotnējo datu vērtības 0 un 1 tiek pārraidītas ar sinusoīdiem ar dažādām frekvencēm - f 0 un f 1,. Šai modulācijas metodei modemos nav nepieciešamas sarežģītas shēmas, un to parasti izmanto maza ātruma modemos, kas darbojas ar 300 vai 1200 bps.

Plkst fāzes modulācija (27. att., d) datu vērtības 0 un 1 atbilst signāliem ar tādu pašu frekvenci, bet ar atšķirīgu fāzi, piemēram, 0 un 180 grādi vai 0, 90, 180 un 270 grādi.

Ātrgaitas modemos bieži tiek izmantotas kombinētās modulācijas metodes, kā likums, amplitūda kombinācijā ar fāzi.

Rīsi. 27. Dažādi modulācijas veidi

Iegūtā modulētā signāla spektrs ir atkarīgs no modulācijas veida un ātruma.

Potenciālajai kodēšanai spektrs tiek tieši iegūts no Furjē formulām periodiskai funkcijai. Ja diskrētos datus pārraida ar bitu ātrumu N bit/s, tad spektru veido nemainīga nulles frekvences komponente un bezgalīga harmoniku virkne ar frekvencēm f 0 , 3f 0 , 5f 0 , 7f 0 , ... , kur f 0 = N/2. Šo harmoniku amplitūdas samazinās diezgan lēni - ar harmonikas amplitūdas f 0 koeficientiem 1/3, 1/5, 1/7, ... (28. att., a). Rezultātā potenciālajam koda spektram ir nepieciešams plašs joslas platums augstas kvalitātes pārraidei. Turklāt jāņem vērā, ka patiesībā signāla spektrs nemitīgi mainās atkarībā no datu rakstura. Tāpēc iegūtā potenciālā koda signāla spektrs patvaļīgu datu pārraides laikā aizņem joslu no kādas vērtības, kas ir tuvu 0 Hz, līdz aptuveni 7f 0 (harmonikas ar frekvencēm virs 7f 0 var neņemt vērā, jo tās dod nelielu ieguldījumu iegūtajā signālā) . Balss frekvences kanālam iespējamā kodēšanas augšējā robeža tiek sasniegta ar datu pārraides ātrumu 971 bps. Rezultātā potenciālie kodi balss frekvenču kanālos nekad netiek izmantoti.

Ar amplitūdas modulāciju spektrs sastāv no nesējfrekvences sinusoīda f c un divas sānu harmonikas: (f c + f m ) un ( f c- f m ), kur f m - sinusoīda informācijas parametra maiņas biežums, kas sakrīt ar datu pārraides ātrumu, izmantojot divus amplitūdas līmeņus (28. att., b). Frekvence f m nosaka līnijas joslas platumu noteiktai kodēšanas metodei. Pie zemas modulācijas frekvences arī signāla spektra platums būs mazs (vienāds ar 2f m ), tāpēc līnija neizkropļo signālus, ja tās joslas platums ir lielāks vai vienāds ar 2f m . Balss frekvences kanālam šī modulācijas metode ir pieņemama ar datu pārraides ātrumu ne vairāk kā 3100/2=1550 bps. Ja datu attēlošanai tiek izmantoti 4 amplitūdas līmeņi, kanāla jauda palielinās līdz 3100 bps.

Rīsi. 28. Signālu spektri potenciālu kodēšanas laikā

un amplitūdas modulācija

Ar fāzes un frekvences modulāciju signāla spektrs ir sarežģītāks nekā ar amplitūdas modulāciju, jo šeit veidojas vairāk nekā divas sānu harmonikas, taču tās ir arī simetriski izvietotas attiecībā pret galveno nesējfrekvenci, un to amplitūdas strauji samazinās. Tāpēc šīs modulācijas ir labi piemērotas arī datu pārraidei pa balss frekvences kanālu.

Ciparu kodējot diskrētu informāciju, tiek izmantoti potenciāla un impulsa kodi. Potenciālos kodos loģisko vieninieku un nulles attēlošanai izmanto tikai signāla potenciāla vērtību, un tā kritumi netiek ņemti vērā. Impulsu kodi ļauj bināros datus attēlot vai nu ar noteiktas polaritātes impulsiem, vai ar impulsa daļu - ar noteikta virziena potenciāla kritumu.

Izmantojot taisnstūrveida impulsus diskrētas informācijas pārraidīšanai, ir jāizvēlas kodēšanas metode, kas vienlaikus sasniegtu vairākus mērķus:

· ar tādu pašu bitu pārraides ātrumu bija iegūtā signāla spektra mazākais platums;

· nodrošināta sinhronizācija starp raidītāju un uztvērēju;

· bija spēja atpazīt kļūdas;

· bija zemas ieviešanas izmaksas.

Šaurāks signālu spektrs ļauj sasniegt lielāku datu pārraides ātrumu tajā pašā līnijā. Bieži vien signāla spektram nav nepieciešama pastāvīga komponenta neesamība.

Raidītāja un uztvērēja sinhronizācija ir nepieciešama, lai uztvērējs precīzi zinātu, kurā brīdī ir nepieciešams nolasīt jaunu informāciju no sakaru līnijas. Šo problēmu ir grūtāk atrisināt tīklos nekā datu apmaiņā starp cieši izvietotām ierīcēm, piemēram, starp blokiem datorā vai starp datoru un printeri. Tāpēc tīklos tiek izmantoti tā sauktie pašsinhronizējošie kodi, kuru signāli nes raidītājam instrukcijas par to, kurā brīdī ir nepieciešams atpazīt nākamo bitu (vai vairākus bitus). Jebkura asa signāla mala - tā sauktā priekšpuse - var būt labs rādītājs uztvērēja sinhronizācijai ar raidītāju.

Izmantojot sinusoīdus kā nesējsignālu, iegūtajam kodam ir pašsinhronizācijas īpašība, jo nesējfrekvences amplitūdas izmaiņas ļauj uztvērējam noteikt ievades koda parādīšanās brīdi.

Prasības kodēšanas metodēm ir savstarpēji pretrunīgas, tāpēc katrai no tālāk aplūkotajām populārajām digitālās kodēšanas metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi salīdzinājumā ar citām.

Uz att. 29a parādīta potenciālās kodēšanas metode, ko sauc arī par kodēšanu nav atgriešanās uz nulli (Nav Atgriezties uz nulli, NRZ) . Uzvārds atspoguļo faktu, ka, pārraidot vieninieku secību, signāls cikla laikā neatgriežas līdz nullei. NRZ metodi ir viegli ieviest, tai ir laba kļūdu atpazīšana (divu krasi atšķirīgu potenciālu dēļ), bet tai nav pašsinhronizācijas īpašību. Pārraidot garu vieninieku vai nulles secību, signāls līnijā nemainās, līdz ar to uztvērējs pēc ieejas signāla nevar noteikt laiku, kad ir jānolasa dati. Pat ar ļoti precīzu pulksteņa ģeneratoru uztvērējs var kļūdīties ar datu iegūšanas brīdi, jo abu ģeneratoru frekvences nekad nav pilnībā identiskas. Tāpēc pie lieliem datu pārraides ātrumiem un garām vieninieku vai nulles secībām neliela pulksteņa frekvenču neatbilstība var izraisīt kļūdu visā ciklā un attiecīgi nolasīt nepareizu bitu vērtību.

Vēl viens nopietns NRZ metodes trūkums ir zemas frekvences komponenta klātbūtne, kas tuvojas nullei, pārraidot garas vieninieku vai nulles secības. Šī iemesla dēļ daudzi sakaru kanāli, kas nenodrošina tiešu galvanisku savienojumu starp uztvērēju un avotu, neatbalsta šāda veida kodēšanu. Rezultātā NRZ kods tīrā veidā tīklos netiek izmantots. Neskatoties uz to, tiek izmantotas dažādas tā modifikācijas, kurās tiek novērsta gan sliktā NRZ koda pašsinhronizācija, gan pastāvīga komponenta klātbūtne. NRZ koda pievilcība, kuras dēļ ir jēga to uzlabot, slēpjas fundamentālās harmonikas f 0 diezgan zemajā frekvencē, kas ir vienāda ar N/2 Hz. Citām kodēšanas metodēm, piemēram, Mančestrai, ir augstāka pamata frekvence.

Rīsi. 29. Diskrētās datu kodēšanas veidi

Viena no NRZ metodes modifikācijām ir metode bipolārā kodēšana ar alternatīvu inversiju (Bipolāri Alternatīvās zīmes inversija, AMI). Šī metode (29. att., b) izmanto trīs potenciālu līmeņus - negatīvu, nulli un pozitīvu. Lai kodētu loģisko nulli, tiek izmantots nulles potenciāls, un loģiskā vienība tiek kodēta ar pozitīvu vai negatīvu potenciālu, savukārt katras jaunās vienības potenciāls ir pretējs iepriekšējās potenciālam.

AMI kods daļēji novērš līdzstrāvu un NRZ kodam raksturīgo pašregulēšanas problēmu trūkumu. Tas notiek, sūtot garas sērijas. Šajos gadījumos signāls uz līnijas ir bipolāru impulsu secība ar tādu pašu spektru kā NRZ kods, kas pārraida mainīgas nulles un vieniniekus, tas ir, bez konstanta komponenta un ar pamata harmoniku N/2 Hz (kur N ir datu bitu pārraides ātrums). Garas nulles ir bīstamas arī AMI kodam, kā arī NRZ kodam - signāls deģenerējas nemainīgā nulles amplitūdas potenciālā. Tāpēc AMI kods ir jāuzlabo.

Kopumā dažādām bitu kombinācijām līnijā AMI koda izmantošana rada šaurāku signāla spektru nekā NRZ kodam un līdz ar to arī lielāku līnijas caurlaidspēju. Piemēram, pārraidot pārmaiņus vieniniekus un nulles, pamata harmonikai f 0 ir N/4 Hz frekvence. AMI kods nodrošina arī dažas funkcijas kļūdainu signālu atpazīšanai. Tādējādi signālu stingras polaritātes maiņas pārkāpums norāda uz viltus impulsu vai pareiza impulsa pazušanu no līnijas. Tādu signālu sauc aizliegts signāls (signāls pārkāpums).

AMI kods katrā rindā izmanto nevis divus, bet trīs signāla līmeņus. Papildu slānim ir nepieciešams palielināt raidītāja jaudu par aptuveni 3 dB, lai nodrošinātu tādu pašu bitu precizitāti līnijā, kas ir vispārējs trūkums kodiem ar vairākiem signāla stāvokļiem, salīdzinot ar kodiem, kas atšķir tikai divus stāvokļus.

Ir kods, kas līdzīgs AMI, bet tikai ar diviem signāla līmeņiem. Kad tiek pārraidīta nulle, tas pārraida potenciālu, kas tika iestatīts iepriekšējā ciklā (tas ir, tas nemaina to), un, kad tiek pārraidīts viens, potenciāls tiek apgriezts pretējo. Šo kodu sauc potenciālais kods ar inversiju vienotībā (Nav atgriezties uz Nulle ar vieni apgriezts , NRZI ) . Šis kods ir noderīgs gadījumos, kad trešā signāla līmeņa izmantošana ir ļoti nevēlama, piemēram, optiskajos kabeļos, kur tiek droši atpazīti divi signāla stāvokļi - gaisma un ēna.

Papildus potenciālajiem kodiem tīkli izmanto arī impulsu kodus, kad datus attēlo pilns impulss vai tā daļa - fronte. Vienkāršākais šīs pieejas gadījums ir bipolārā pulsa kods , kurā vienība ir attēlota ar vienas polaritātes impulsu, bet nulle ir otra (29. att., c). Katrs impulss ilgst pusi cikla. Šim kodam ir lielisks pašsinhronizācijaīpašības, bet pastāvīgs komponents var būt, piemēram, pārraidot garu vieninieku vai nulles secību. Turklāt tā spektrs ir plašāks nekā potenciālajiem kodiem. Tātad, pārraidot visas nulles vai vieniniekus, koda pamata harmonikas frekvence būs vienāda ar N Hz, kas ir divas reizes augstāka par NRZ koda pamata harmoniku un četras reizes augstāka par AMI koda pamata harmoniku. pārraidot pārmaiņus vieniniekus un nulles. Pārāk plašā spektra dēļ bipolārā impulsa kods tiek izmantots reti.

Vietējos tīklos līdz nesenam laikam visizplatītākā kodēšanas metode bija t.s Mančestras kods (29. att., d). To izmanto Ethernet un Token Ring tehnoloģijās.

Mančestras kodā potenciāls kritums, tas ir, impulsa priekšpuse, tiek izmantots, lai kodētu vieniniekus un nulles. Mančestras kodējumā katrs pulkstenis ir sadalīts divās daļās. Informācija tiek kodēta ar iespējamiem kritumiem, kas notiek katra cikla vidū. Vienību kodē signāla līmenis no zema līdz augstam, un nulle tiek kodēta ar pretējo malu. Katra cikla sākumā var rasties apkalpošanas signāla mala, ja pēc kārtas ir jāattēlo vairāki vieninieki vai nulles. Tā kā signāls mainās vismaz vienu reizi viena datu bita pārraides ciklā, Mančestras kods ir labs pašsinhronizācijaīpašības. Mančestras koda joslas platums ir šaurāks nekā bipolārā impulsa joslas platums. Tam nav arī nemainīga komponenta, un pamata harmonikai sliktākajā gadījumā (pārraidot vieninieku vai nulles secību) ir N Hz frekvence, un labākajā gadījumā (pārraidot pārmaiņus vieniniekus un nulles) tā ir vienāda. līdz N / 2 Hz, piemēram, AMI kodos vai NRZ. Vidēji Mančestras koda joslas platums ir pusotru reizi šaurāks nekā bipolārā impulsa koda joslas platums, un pamata harmonika svārstās ap 3N/4. Mančestras kodam ir vēl viena priekšrocība salīdzinājumā ar bipolāro impulsu kodu. Pēdējais datu pārraidei izmanto trīs signāla līmeņus, savukārt Mančestra izmanto divus.

Uz att. 29, e parāda potenciālo kodu ar četriem signāla līmeņiem datu kodēšanai. Šis ir 2B1Q kods, kura nosaukums atspoguļo tā būtību – katri divi biti (2B) tiek pārraidīti vienā ciklā ar signālu, kuram ir četri stāvokļi (1Q). Bits 00 ir -2,5 V, bits 01 ir -0,833 V, 11. bits ir +0,833 V un bits 10 ir +2,5 V. identisku bitu pāru sekvences, jo šajā gadījumā signāls tiek pārveidots par nemainīgu komponentu. Izmantojot nejaušu bitu pārklāšanu, signāla spektrs ir divreiz šaurāks nekā NRZ koda spektrs, jo ar tādu pašu bitu pārraides ātrumu pulksteņa ilgums tiek dubultots. Tādējādi, izmantojot kodu 2B1Q, jūs varat pārsūtīt datus pa to pašu līniju divreiz ātrāk nekā izmantojot AMI vai NRZI kodu. Tomēr tā ieviešanai raidītāja jaudai jābūt lielākai, lai uztvērējs uz traucējumu fona skaidri atšķirtu četrus līmeņus.

Pārraidot diskrētus datus pa sakaru kanāliem, tiek izmantoti divi galvenie fiziskās kodēšanas veidi - pamatojoties uz sinusoidālu nesēja signālu un pamatojoties uz taisnstūrveida impulsu secību. Pirmo metodi bieži sauc arī par modulācija vai analogā modulācija, uzsverot faktu, ka kodēšana tiek veikta, mainot analogā signāla parametrus. Otro veidu parasti sauc digitālā kodēšana.Šīs metodes atšķiras pēc iegūtā signāla spektra platuma un to ieviešanai nepieciešamā aprīkojuma sarežģītības.

Izmantojot taisnstūrveida impulsus, iegūtā signāla spektrs ir ļoti plašs. Tas nav pārsteidzoši, ja atceramies, ka ideāla impulsa spektram ir bezgalīgs platums. Sinusoīda izmantošana rada daudz mazāku spektru ar tādu pašu informācijas ātrumu. Tomēr sinusoidālās modulācijas ieviešanai ir nepieciešams sarežģītāks un dārgāks aprīkojums nekā taisnstūrveida impulsu ieviešanai.

Pašlaik arvien biežāk dati, kuriem sākotnēji ir analogā forma - runa, televīzijas attēls - tiek pārraidīti pa sakaru kanāliem diskrētā veidā, tas ir, vieninieku un nulles secības veidā. Tiek saukts analogās informācijas attēlošanas process diskrētā formā diskrēta modulācija. Termini "modulācija" un "kodēšana" bieži tiek lietoti kā sinonīmi.

Plkst digitālā kodēšana izmanto diskrētu informāciju, potenciālu un impulsu kodus. Potenciālos kodos loģisko vieninieku un nulles attēlošanai tiek izmantota tikai signāla potenciāla vērtība, un tā pilieni, kas veido pilnīgus impulsus, netiek ņemti vērā. Impulsu kodi ļauj attēlot bināros datus vai nu ar noteiktas polaritātes impulsiem, vai ar impulsa daļu - noteikta virziena potenciāla kritumu.

Izmantojot taisnstūrveida impulsus diskrētas informācijas pārraidīšanai, ir jāizvēlas kodēšanas metode, kas vienlaikus sasniegtu vairākus mērķus: ar vienādu bitu pārraides ātrumu ir mazākais iegūtā signāla spektra platums; nodrošināta sinhronizācija starp raidītāju un uztvērēju;

Bija spēja atpazīt kļūdas; bija zemas ieviešanas izmaksas.

Tīkli izmanto t.s pašsinhronizācijas kodi, kuru signāli nes raidītājam norādes, kurā brīdī ir nepieciešams atpazīt nākamo bitu (vai vairākus bitus, ja kods ir orientēts uz vairāk nekā diviem signāla stāvokļiem). Jebkura asa signāla mala - tā sauktā mala - var kalpot kā laba norāde uztvērēja sinhronizācijai ar raidītāju. Izkropļotu datu atpazīšana un labošana ir grūti īstenojama ar fiziskā slāņa palīdzību, tāpēc visbiežāk šo darbu veic augstāk esošie protokoli: kanāls, tīkls, transports vai lietojumprogramma. No otras puses, kļūdu atpazīšana fiziskajā slānī ietaupa laiku, jo uztvērējs negaida, kad kadrs tiks pilnībā ievietots buferī, bet gan uzreiz pēc ievietošanas to noraida. zinot bitu kļūdas kadrā.

Potenciālais kods, kas neatgriežas pie nulles, potenciāla kodēšanas metode, ko sauc arī par kodēšanu neatgriežoties uz nulli (Nav atgriezties uz Nulle, NRZ). Uzvārds atspoguļo faktu, ka, pārraidot vieninieku secību, signāls cikla laikā neatgriežas uz nulli (kā redzēsim tālāk, citās kodēšanas metodēs šajā gadījumā notiek atgriešanās pie nulles). NRZ metodi ir viegli ieviest, tai ir laba kļūdu atpazīšana (divu krasi atšķirīgu potenciālu dēļ), bet tai nav pašsinhronizācijas īpašību. Pārraidot garu vieninieku vai nulles secību, signāls līnijā nemainās, tāpēc uztvērējs pēc ieejas signāla nevar noteikt laikus, kad nepieciešams atkārtoti nolasīt datus. Pat ar ļoti precīzu pulksteņa ģeneratoru uztvērējs var kļūdīties ar datu iegūšanas brīdi, jo abu ģeneratoru frekvences nekad nav pilnībā identiskas. Tāpēc pie lieliem datu pārraides ātrumiem un garām vieninieku vai nulles secībām neliela pulksteņa frekvenču neatbilstība var izraisīt kļūdu visā ciklā un attiecīgi nolasīt nepareizu bitu vērtību.

Bipolārās kodēšanas metode ar alternatīvu inversiju. Viena no NRZ metodes modifikācijām ir metode bipolārā kodēšana ar alternatīvu inversiju (Bipolāri Alternate Atzīmēt inversija, AMI). Šī metode izmanto trīs potenciāla līmeņus - negatīvu, nulli un pozitīvu. Lai kodētu loģisko nulli, tiek izmantots nulles potenciāls, un loģiskā vienība tiek kodēta ar pozitīvu vai negatīvu potenciālu, savukārt katras jaunās vienības potenciāls ir pretējs iepriekšējās potenciālam. Tādējādi signālu stingras polaritātes maiņas pārkāpums norāda uz viltus impulsu vai pareiza impulsa pazušanu no līnijas. Tiek izsaukts signāls ar nepareizu polaritāti aizliegts signāls (signāls pārkāpums). AMI kodā vienā rindā tiek izmantoti nevis divi, bet trīs signāla līmeņi. Papildu slānim ir nepieciešams palielināt raidītāja jaudu par aptuveni 3 dB, lai nodrošinātu tādu pašu bitu precizitāti līnijā, kas ir vispārējs trūkums kodiem ar vairākiem signāla stāvokļiem, salīdzinot ar kodiem, kas atšķir tikai divus stāvokļus.

Potenciālais kods ar inversiju pie vienotības. Ir kods, kas līdzīgs AMI, bet tikai ar diviem signāla līmeņiem. Kad tiek pārraidīta nulle, tas pārraida potenciālu, kas tika iestatīts iepriekšējā ciklā (tas ir, tas nemaina to), un, kad tiek pārraidīts viens, potenciāls tiek apgriezts pretējo. Šo kodu sauc potenciālais kods ar inversiju pie vienotības (Nav atgriezties uz Nulle ar vieni apgriezts, NRZI). Šis kods ir noderīgs gadījumos, kad trešā signāla līmeņa izmantošana ir ļoti nevēlama, piemēram, optiskajos kabeļos, kur tiek droši atpazīti divi signāla stāvokļi - gaišs un tumšs.

Bipolārā pulsa kods Papildus potenciālajiem kodiem tīkli izmanto arī impulsu kodus, kad datus attēlo pilns impulss vai tā daļa - fronte. Vienkāršākais šīs pieejas gadījums ir bipolāra pulsa kods, kurā vienība ir attēlota ar vienas polaritātes impulsu, bet nulle ir otra . Katrs impulss ilgst pusi cikla. Šādam kodam ir lieliskas pašpulksteņa īpašības, taču līdzstrāvas komponents var būt, piemēram, pārraidot garu vieninieku vai nulles secību. Turklāt tā spektrs ir plašāks nekā potenciālajiem kodiem. Tātad, pārraidot visas nulles vai vieniniekus, koda pamatharmonikas frekvence būs vienāda ar NHz, kas ir divas reizes lielāka par NRZ koda pamata harmoniku un četras reizes lielāka par AMI koda pamatharmoniku, kad pārsūtot pārmaiņus vieniniekus un nulles. Pārāk plašā spektra dēļ bipolārā impulsa kods tiek izmantots reti.

Mančestras kods. Vietējos tīklos līdz nesenam laikam visizplatītākā kodēšanas metode bija t.s Mančestras kods. To izmanto Ethernet un TokenRing tehnoloģijās. Mančestras kodā potenciālais kritums, tas ir, impulsa priekšpuse, tiek izmantots, lai kodētu vieniniekus un nulles. Mančestras kodējumā katrs pulkstenis ir sadalīts divās daļās. Informācija tiek kodēta ar iespējamiem kritumiem, kas notiek katra cikla vidū. Vienību kodē signāla līmenis no zema līdz augstam, un nulle tiek kodēta ar pretējo malu. Katra cikla sākumā var rasties apkalpošanas signāla mala, ja pēc kārtas ir jāattēlo vairāki vieninieki vai nulles. Tā kā signāls mainās vismaz vienu reizi viena datu bita pārraides ciklā, Mančestras kodam ir labas pašsinhronizācijas īpašības. Mančestras koda joslas platums ir šaurāks nekā bipolārā impulsa joslas platums. Vidēji Mančestras koda joslas platums ir pusotru reizi šaurāks nekā bipolārā impulsa koda joslas platums, un pamata harmonika svārstās ap 3N/4. Mančestras kodam ir vēl viena priekšrocība salīdzinājumā ar bipolāro impulsu kodu. Pēdējais datu pārraidei izmanto trīs signāla līmeņus, savukārt Mančestra izmanto divus.

Potenciālais kods 2B 1Q. Potenciālais kods ar četriem signāla līmeņiem datu kodēšanai. Šis ir kods 2 IN 1J, kura nosaukums atspoguļo tā būtību - katrus divus bitus (2B) vienā ciklā pārraida signāls, kuram ir četri stāvokļi (1Q). Bits 00 ir -2,5 V, bits 01 ir -0,833 V, 11 ir +0,833 V un 10 ir +2,5 V. Izmantojot šo kodēšanas metodi, ir nepieciešami papildu pasākumi, lai tiktu galā ar identisku bitu pāru garām sekvencēm, jo ​​signāls pēc tam tiek pārveidots par nemainīgu komponentu. Izmantojot nejaušu bitu pārklāšanu, signāla spektrs ir divreiz šaurāks nekā NRZ koda spektrs, jo ar tādu pašu bitu pārraides ātrumu pulksteņa ilgums tiek dubultots. Tādējādi, izmantojot kodu 2B 1Q, jūs varat pārsūtīt datus divreiz ātrāk tajā pašā rindā nekā izmantojot AMI vai NRZI kodu. Tomēr tā ieviešanai raidītāja jaudai jābūt lielākai, lai uztvērējs uz traucējumu fona skaidri atšķirtu četrus līmeņus.

Loģiskā kodēšana Loģiskā kodēšana tiek izmantota, lai uzlabotu tādus potenciālos kodus kā AMI, NRZI vai 2Q.1B. Loģiskajai kodēšanai ir jāaizstāj garas bitu sekvences, kas noved pie nemainīga potenciāla, ar mijas bitiem. Kā minēts iepriekš, loģiskajai kodēšanai ir raksturīgas divas metodes -. lieki kodi un kodēšana.

Lieki kodi pamatā ir sākotnējās bitu secības sadalīšana daļās, kuras bieži sauc par rakstzīmēm. Pēc tam katra sākotnējā rakstzīme tiek aizstāta ar jaunu, kurā ir vairāk bitu nekā oriģinālajā.

Lai nodrošinātu noteiktu līnijas jaudu, raidītājam, kas izmanto lieku kodu, jādarbojas ar palielinātu takts frekvenci. Tātad, lai pārraidītu 4V / 5V kodus ar ātrumu 100 Mb / s, raidītājam jādarbojas ar takts frekvenci 125 MHz. Šajā gadījumā signāla spektrs uz līnijas tiek paplašināts, salīdzinot ar gadījumu, kad pa līniju tiek pārraidīts tīrs, nedublīgs kods. Neskatoties uz to, liekā potenciāla koda spektrs izrādās šaurāks nekā Mančestras koda spektrs, kas attaisno loģiskās kodēšanas papildu posmu, kā arī uztvērēja un raidītāja darbību ar palielinātu takts frekvenci.

Skrāpēšana. Vēl viens loģiskās kodēšanas veids ir datu sajaukšana ar skrembleri pirms to ievietošanas ar atklātu kodu. Kodēšanas metodes sastāv no iegūtā koda aprēķinu pa bitiem, pamatojoties uz avota koda bitiem un iegūtā koda bitiem, kas saņemti iepriekšējos ciklos. Piemēram, kodētājs var ieviest šādas attiecības:

Asinhronā un sinhronā pārraide

Kad dati tiek apmainīti fiziskajā slānī, informācijas vienība ir bits, tāpēc fiziskā slāņa līdzekļi vienmēr uztur pa bitu sinhronizāciju starp uztvērēju un raidītāju. Parasti pietiek nodrošināt sinhronizāciju šajos divos līmeņos - bitu un kadru -, lai raidītājs un uztvērējs varētu nodrošināt stabilu informācijas apmaiņu. Tomēr, ja sakaru līnijas kvalitāte ir slikta (tas parasti attiecas uz komutētajiem telefona kanāliem), tiek ieviesti papildu sinhronizācijas līdzekļi baitu līmenī, lai samazinātu aprīkojuma izmaksas un palielinātu datu pārraides uzticamību.

Šo darbības režīmu sauc asinhrons vai starts-stop. Asinhronajā režīmā katru datu baitu pavada īpaši sākuma un apturēšanas signāli. Šo signālu mērķis, pirmkārt, ir informēt uztvērēju par datu ierašanos un, otrkārt, dot uztvērējam pietiekami daudz laika, lai veiktu dažas ar laiku saistītas funkcijas, pirms nāk nākamais baits. Starta signāla ilgums ir viens pulksteņa intervāls, un apturēšanas signāls var ilgt vienu, pusotru vai divus pulksteņus, tāpēc tiek uzskatīts, ka viens, pusotrs vai divi biti tiek izmantoti kā apturēšanas signāls, lai gan šie signāli neatspoguļo lietotāja bitus.

Sinhronās pārsūtīšanas režīmā starp katru baitu pāri nav starta-stop bitu. secinājumus

Pārraidot diskrētus datus pa šaurjoslas balss frekvences kanālu, ko izmanto telefonijā, vispiemērotākās ir analogās modulācijas metodes, kurās nesēja sinusoīdu modulē sākotnējā bināro ciparu secība. Šo darbību veic īpašas ierīces - modemi.

Zema ātruma datu pārraidei tiek izmantota nesēja sinusoīda frekvences maiņa. Lielāka ātruma modemi darbojas ar kombinētām kvadrātiskās amplitūdas modulācijas (QAM) metodēm, kuras raksturo 4 nesēja sinusoidālās amplitūdas līmeņi un 8 fāzes līmeņi. Datu pārraidei netiek izmantotas visas iespējamās 32 QAM metodes kombinācijas, aizliegtās kombinācijas ļauj atpazīt izkropļotus datus fiziskajā līmenī.

Platjoslas sakaru kanālos tiek izmantotas potenciālu un impulsu kodēšanas metodes, kurās dati tiek attēloti ar dažādiem konstanta signāla potenciāla vai impulsa polaritātes līmeņiem vai viņa priekšā.

Izmantojot potenciālos kodus, īpaši svarīgs ir uzdevums sinhronizēt uztvērēju ar raidītāju, jo, pārraidot garas nulles vai vieninieku virknes, signāls uztvērēja ieejā nemainās un uztvērējam ir grūti noteikt raidīšanas brīdi. uzņemot nākamo datu bitu.

Vienkāršākais potenciālais kods ir kods, kas neatgriežas uz nulli (NRZ), taču tas nav pašpulksteņa rādītājs un rada līdzstrāvas komponentu.

Vispopulārākais impulsa kods ir Mančestras kods, kurā informācija tiek pārnesta pēc signāla malas virziena katra cikla vidū. Mančestras kods tiek izmantots Ethernet un TokenRing tehnoloģijās.

Lai uzlabotu potenciālā NRZ koda īpašības, tiek izmantotas loģiskās kodēšanas metodes, kas izslēdz garas nulles. Šīs metodes ir balstītas uz:

Par lieko bitu ieviešanu sākotnējos datos (4V/5V tipa kodi);

Sākotnējo datu kodēšana (piemēram, 2B 1Q).

Uzlabotajiem potenciālajiem kodiem ir šaurāks spektrs nekā impulsa kodiem, tāpēc tos izmanto ātrdarbīgās tehnoloģijās, piemēram, FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.

Šķērsruna līnijas tuvākajā galā - nosaka kabeļa trokšņu noturību pret iekšējiem traucējumu avotiem. Parasti tos novērtē attiecībā uz kabeli, kas sastāv no vairākiem vītā pāriem, kad viena pāra savstarpējie uztveršanas gadījumi var sasniegt ievērojamas vērtības un radīt iekšējo troksni, kas atbilst noderīgajam signālam.

Datu pārraides uzticamība(vai bitu kļūdu līmenis) raksturo kropļojumu iespējamību katram pārraidītajam datu bitam. Informācijas signālu kropļošanas iemesli ir traucējumi līnijā, kā arī ierobežotais tās caurlaides joslas platums. Tāpēc datu pārraides uzticamības palielināšana tiek panākta, palielinot līnijas trokšņu imunitātes pakāpi, samazinot šķērsrunas līmeni kabelī un izmantojot vairāk platjoslas sakaru līniju.

Parastajām kabeļu sakaru līnijām bez papildu kļūdu aizsardzības datu pārraides uzticamība parasti ir 10 -4 -10 -6. Tas nozīmē, ka vidēji no 10 4 vai 10 6 pārraidītajiem bitiem viena bita vērtība tiks bojāta.

Sakaru līniju aprīkojums(datu pārraides iekārta - ATD) ir malas iekārta, kas tieši savieno datorus ar sakaru līniju. Tā ir daļa no sakaru līnijas un parasti darbojas fiziskā līmenī, nodrošinot vajadzīgās formas un jaudas signāla pārraidi un uztveršanu. ADF piemēri ir modemi, adapteri, analogo-digitālo un digitālo-analogo pārveidotāji.

DTE neietver lietotāja datu gala iekārtu (DTE), kas ģenerē datus pārraidei pa sakaru līniju un ir tieši savienota ar DTE. DTE ietver, piemēram, LAN maršrutētāju. Ņemiet vērā, ka iekārtu iedalījums APD un OOD klasēs ir diezgan nosacīts.

Tālsatiksmes sakaru līnijās tiek izmantots starpposma aprīkojums, kas risina divus galvenos uzdevumus: uzlabo informācijas signālu kvalitāti (to formu, jaudu, ilgumu) un izveido pastāvīgu saliktu kanālu (no gala līdz galam) komunikācijai starp diviem tīkliem. abonenti. LCN starpiekārtas netiek izmantotas, ja fiziskā nesēja (kabeļi, radio ēters) garums nav liels, lai signālus no viena tīkla adaptera uz otru varētu pārraidīt bez to parametru starpposma atjaunošanas.

Globālajos tīklos tiek nodrošināta kvalitatīva signāla pārraide simtiem un tūkstošiem kilometru. Tāpēc pastiprinātāji tiek uzstādīti noteiktos attālumos. Lai izveidotu cauruļu līniju starp diviem abonentiem, tiek izmantoti multipleksori, demultiplekseri un slēdži.

Sakaru kanāla starpaprīkojums ir lietotājam caurspīdīgs (viņš to nepamana), lai gan patiesībā veido sarežģītu tīklu, t.s. primārais tīkls un kalpo par pamatu datoru, telefonu un citu tīklu veidošanai.

Atšķirt analogās un digitālās sakaru līnijas, kas izmanto dažāda veida starpiekārtas. Analogajās līnijās starpposma aprīkojums ir paredzēts analogo signālu pastiprināšanai, kuriem ir nepārtraukts vērtību diapazons. Ātrgaitas analogajos kanālos tiek realizēta frekvenču multipleksēšanas tehnika, kad vienā ātrgaitas kanālā tiek multipleksēti vairāki zema ātruma analogie abonentu kanāli. Ciparu sakaru kanālos, kur taisnstūrveida informācijas signāliem ir ierobežots stāvokļu skaits, starpiekārtas uzlabo signālu formu un atjauno to atkārtošanās periodu. Tas nodrošina ātrgaitas digitālo kanālu veidošanos, kas darbojas pēc kanālu multipleksēšanas laika principa, kad katram zema ātruma kanālam tiek atvēlēta noteikta daļa no ātrgaitas kanāla laika.

Pārraidot diskrētos datora datus pa digitālajām sakaru līnijām, tiek definēts fiziskā slāņa protokols, jo līnijas pārraidīto informācijas signālu parametri ir standartizēti, savukārt, pārraidot pa analogajām līnijām, tas nav definēts, jo informācijas signāliem ir patvaļīgs forma un nav, nav nekādu prasību.

Sakaru tīklos tiek izmantoti šādi informācijas pārsūtīšanas režīmi:

simplekss, kad raidītājs un uztvērējs ir savienoti ar vienu sakaru kanālu, pa kuru informācija tiek pārraidīta tikai vienā virzienā (tas ir raksturīgi televīzijas sakaru tīkliem);

pusduplekss, kad divi sakaru mezgli ir savienoti arī ar vienu kanālu, pa kuru informācija tiek pārraidīta pārmaiņus vienā virzienā, tad pretējā virzienā (tas ir raksturīgi informācijas-atsauces, pieprasījuma-atbildes sistēmām);

duplekss, kad divi sakaru mezgli ir savienoti ar diviem kanāliem (uz priekšu sakaru kanāls un reverss), pa kuriem informācija vienlaikus tiek pārraidīta pretējos virzienos. Dupleksos kanālus izmanto sistēmās ar lēmumu un informācijas atgriezenisko saiti.

Komutēti un īpaši saziņas kanāli. TSS ir paredzēti (nepārslēgti) sakaru kanāli un tie, kuriem ir pārslēgšana uz informācijas pārraides laiku pa šiem kanāliem.

Izmantojot speciālos sakaru kanālus, sakaru mezglu raiduztvērēju aprīkojums ir pastāvīgi savienots viens ar otru. Tas nodrošina augstu sistēmas gatavības pakāpi informācijas pārsūtīšanai, augstāku komunikācijas kvalitāti un atbalstu lielam trafika apjomam. Salīdzinoši augsto izmaksu dēļ tīklu ekspluatācijai ar īpašiem sakaru kanāliem to rentabilitāte tiek sasniegta tikai tad, ja kanāli ir pilnībā noslogoti.

Komutācijas sakaru kanāliem, kas izveidoti tikai noteikta apjoma informācijas pārraides laikam, ir raksturīga augsta elastība un salīdzinoši zemas izmaksas (ar nelielu trafika apjomu). Šādu kanālu trūkumi ir: laika zudums pārslēgšanai (sakaru nodibināšanai starp abonentiem), bloķēšanas iespēja atsevišķu sakaru līnijas posmu noslogotības dēļ, zemāka sakaru kvalitāte, augstas izmaksas ar ievērojamu trafika apjomu.

Sākotnējā informācija, kas jāpārraida pa sakaru līniju, var būt diskrēta (datora izvades dati) vai analogā (runa, televīzijas attēls).

Diskrēta datu pārraide pamatā ir divu veidu fiziskās kodēšanas izmantošana:

a) analogā modulācija kad tiek veikta kodēšana, mainot sinusoidālā nesējsignāla parametrus;

b) digitālā kodēšana mainot taisnstūra informācijas impulsu secības līmeņus.

Analogā modulācija rada daudz mazāku iegūtā signāla spektru nekā ar digitālo kodēšanu, ar tādu pašu informācijas pārraides ātrumu, taču tās īstenošanai ir nepieciešams sarežģītāks un dārgāks aprīkojums.

Šobrīd sākotnējie dati, kuriem ir analogā forma, arvien vairāk tiek pārraidīti pa sakaru kanāliem diskrētā veidā (vieninieku un nulles secības veidā), t.i. diskrēta modulācija analogie signāli.

Analogā modulācija. To izmanto, lai pārraidītu diskrētus datus pa kanāliem ar šauru joslas platumu, kuru tipisks pārstāvis ir telefona tīklu lietotājiem nodrošinātais balss frekvences kanāls. Pa šo kanālu tiek pārraidīti signāli ar frekvenci no 300 līdz 3400 Hz, t.i., tā joslas platums ir 3100 Hz. Šāda josla ir diezgan pietiekama runas pārraidei ar pieņemamu kvalitāti. Toņu kanāla joslas platuma ierobežojums ir saistīts ar multipleksēšanas un ķēžu komutācijas iekārtu izmantošanu telefonu tīklos.

Pirms diskrētu datu pārsūtīšanas raidīšanas pusē, izmantojot modulatoru-demodulatoru (modemu), tiek veikta sākotnējās bināro ciparu secības nesēja sinusoīda modulācija. Apgriezto konvertēšanu (demodulāciju) veic saņemošais modems.

Ir trīs veidi, kā pārveidot digitālos datus analogā formā, vai trīs analogās modulācijas metodes:

Amplitūdas modulācija, kad mainās tikai sinusoidālo svārstību nesēja amplitūda atbilstoši pārraidīto informācijas bitu secībai: piemēram, pārraidot vienu, svārstību amplitūda tiek iestatīta liela, un, pārraidot nulli, tā ir maza vai ir vispār nav nesēja signāla;

frekvences modulācija, kad modulējošo signālu (pārraidāmo informācijas bitu) iedarbībā mainās tikai sinusoidālo svārstību nesēja frekvence: piemēram, kad tiek pārraidīta nulle, tā ir zema, un, kad tiek pārraidīta viena, tā ir augsta;

fāzes modulācija, kad saskaņā ar pārraidīto informācijas bitu secību mainās tikai sinusoidālo svārstību nesēja fāze: pārslēdzoties no signāla 1 uz signālu 0 vai otrādi, fāze mainās par 180 °.

Tīrā veidā amplitūdas modulāciju praksē izmanto reti, jo ir zema trokšņa imunitāte. Frekvences modulācijai modemos nav nepieciešamas sarežģītas shēmas, un to parasti izmanto maza ātruma modemos, kas darbojas ar ātrumu 300 vai 1200 bps. Datu ātruma palielināšanu nodrošina kombinēto modulācijas metožu izmantošana, biežāk amplitūdas modulācija kombinācijā ar fāzi.

Diskrētās datu pārraides analogā metode nodrošina platjoslas pārraidi, izmantojot dažādu nesējfrekvenču signālus vienā kanālā. Tas garantē liela skaita abonentu mijiedarbību (katrs abonentu pāris darbojas savā frekvencē).

Digitālā kodēšana. Ciparu kodējot diskrētu informāciju, tiek izmantoti divu veidu kodi:

a) potenciālu kodi, kad informācijas vienību un nulles attēlošanai tiek izmantota tikai signāla potenciāla vērtība un tā kritumi netiek ņemti vērā;

b) impulsu kodi, kad bināros datus attēlo vai nu ar noteiktas polaritātes impulsiem, vai ar noteikta virziena potenciālajiem kritumiem.

Diskrētas informācijas digitālās kodēšanas metodēm, izmantojot taisnstūrveida impulsus, lai attēlotu bināros signālus, tiek izvirzītas šādas prasības:

sinhronizācijas nodrošināšana starp raidītāju un uztvērēju;

Nodrošinot iegūtā signāla mazāko spektra platumu ar tādu pašu bitu pārraides ātrumu (jo šaurāks signālu spektrs ļauj sasniegt lielāku datu pārraides ātrumu līnijā ar tādu pašu joslas platumu);

spēja atpazīt kļūdas pārsūtītajos datos;

Salīdzinoši zemas ieviešanas izmaksas.

Izmantojot fizisko slāni, tiek veikta tikai bojātu datu atpazīšana (kļūdu noteikšana), kas ietaupa laiku, jo uztvērējs, negaidot saņemtā kadra pilnīgu ievietošanu buferī, nekavējoties to noraida, kad atpazīst kļūdainu. biti kadrā. Sarežģītāka darbība - bojātu datu labošana - tiek veikta ar augstāka līmeņa protokoliem: kanālu, tīklu, transportu vai lietojumprogrammu.

Raidītāja un uztvērēja sinhronizācija ir nepieciešama, lai uztvērējs precīzi zinātu, kad nolasīt ienākošos datus. Pulksteņa signāli noregulē uztvērēju uz nosūtīto ziņojumu un uztur uztvērēju sinhronizētu ar ienākošajiem datu bitiem. Sinhronizācijas problēma ir viegli atrisināma, pārraidot informāciju nelielos attālumos (starp blokiem datora iekšienē, starp datoru un printeri), izmantojot atsevišķu laika sakaru līniju: informācija tiek nolasīta tikai tajā brīdī, kad pienāk nākamais pulksteņa impulss. Datortīklos pulksteņa impulsu izmantošana tiek atmesta divu iemeslu dēļ: lai taupītu vadītājus dārgos kabeļos un kabeļu vadītāju īpašību neviendabīguma dēļ (lielos attālumos nevienmērīgs signāla izplatīšanās ātrums var izraisīt pulksteņa impulsu desinhronizācija pulksteņa līnijā un informācijas impulsu galvenajā līnijā, kā rezultātā datu bits tiks vai nu izlaists, vai pārlasīts).

Pašlaik raidītāja un uztvērēja sinhronizācija tīklos tiek panākta, izmantojot pašsinhronizācijas kodi(SK). Pārraidāmo datu kodēšana, izmantojot SC, nodrošina regulāras un biežas informācijas signāla līmeņu izmaiņas (pārejas) kanālā. Katra signāla līmeņa pāreja no augsta uz zemu vai otrādi tiek izmantota uztvērēja apgriešanai. Vislabākie ir tie SC, kas nodrošina signāla līmeņa pāreju vismaz vienu reizi laika intervālā, kas nepieciešams viena informācijas bita saņemšanai. Jo biežāk notiek signāla līmeņa pārejas, jo drošāka ir uztvērēja sinhronizācija un drošāka ir saņemto datu bitu identifikācija.

Šīs prasības diskrētās informācijas digitālās kodēšanas metodēm ir zināmā mērā savstarpēji pretrunīgas, tāpēc katrai no tālāk aplūkotajām kodēšanas metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi salīdzinājumā ar citām.

Pašsinhronizējošie kodi. Visizplatītākie ir šādi SC:

potenciālais kods bez atgriešanās uz nulli (NRZ - Non Return to Zero);

bipolārā impulsa kods (RZ kods);

Mančestras kods

· bipolārais kods ar mainīga līmeņa inversiju.

Uz att. 32 parāda kodēšanas shēmas ziņojumam 0101100, izmantojot šos CK.

Rīsi. 32. Ziņojumu kodēšanas shēmas, izmantojot pašsinhronizējošos kodus

2 Fiziskā slāņa funkcijas Bitu attēlojums ar elektriskiem/optiskiem signāliem Bitu kodēšana Bitu sinhronizācija Bitu pārraide/uztveršana pa fiziskajiem sakaru kanāliem Koordinācija ar fizisko nesēju Raidīšanas ātrums Attālums Signālu līmeņi, savienotāji Visās tīkla ierīcēs Aparatūras realizācija (tīkla adapteri) ) Piemērs: 10 BaseT — UTP 3. kat., 100 omi, 100 m, 10 Mbps, MII kods, RJ-45

5 Datu pārraides iekārtas Pārveidotāja Ziņojums - El. signāls Kodētājs (kompresijas, korekcijas kodi) Modulators Starpnieku aprīkojums Sakaru kvalitātes uzlabošana - (Pastiprinātājs) Kompozīto kanālu izveide - (Slēdzis) Kanālu multipleksēšana - (Multiplekseris) (PA var nebūt pieejams LAN)

6 Sakaru līniju galvenie raksturlielumi Joslas platums (Protokols) Datu pārraides uzticamība (Protokols) Izplatīšanās aizkave Frekvences reakcija (AFC) Joslas platums Vājināšanās Trokšņu noturība Šķērsruna līnijas tuvākajā galā Vienības izmaksas

9 Vājināšanās A — viens punkts uz frekvences raksturlīkni A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q 1. piemērs: Pin = 10 mW, Mencas = 5 mW Vājināšanās = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q 2. piemērs: UTP cat 5 Vājināšanās >= -23,6 dB F= 100MHz, L= 100M Parasti A tiek norādīts kā pamata vērtība signāla frekvence. \u003d -23,6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Parasti signāla galvenajai frekvencei norāda A ">

11 Trokšņu noturība Optisko šķiedru līnijas Kabeļu līnijas Vadu gaisvadu līnijas Radiosaites (ekrāni, vērpjot) Ārējo traucējumu noturība Iekšējo traucējumu noturība Tuvējā gala šķērsrunas vājināšanās (NEXT) Tālajā galā šķērsrunas vājināšanās (FEXT) (FEXT — divi pāri vienā virzienā)

12 Near End Cross Talk zudums (NEXT) Vairāku pāru kabeļiem NEXT = 10 log Pout/Pout dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Datu pārraides uzticamība Bit Error Rate - BER Datu bitu izkropļojumu iespējamība Cēloņi: ārējie un iekšējie traucējumi, šaurs joslas platums Cīņa: paaugstināta trokšņu noturība, samazināti traucējumi NEXT, palielināts joslas platums Vītā pāra kabelis BER ~ Optiskās šķiedras kabelis BER ~ Bez papildu aizsardzības: : koriģējošie kodi, protokoli ar atkārtošanos

16 Vītā pāra vītā pāra (TP) folijas vairogs pīts stiepļu vairogs izolēts stieples ārējais apvalks UTP neekranēts vītā pāra 1. kategorija, UTP apvalkotā vītā pāra kategorija STP ekranēta vītā pāra tipi 1...9. Katram pārim ir savs vairogs Katram pārim ir savs vairogs , sava krāsa Traucējumu noturība Izmaksas Ieklāšanas sarežģītība

18 Šķiedru optika Kopējais staru kūļa iekšējais atstarojums saskarnē starp diviem medijiem n1 > n2 - (refrakcijas koeficients) n1 n2 n2 - (refrakcijas indekss) n1 n2"> n2 - (refrakcijas indekss) n1 n2"> n2 - (refrakcijas indekss) n1 n2" title="(!LANG:18 Fiber Optics Kopējais staru kūļa iekšējais atstarojums uz divu robežu vide n1 > n2 - (refrakcijas indekss) n1 n2"> title="18 Šķiedru optika Kopējais staru kūļa iekšējais atstarojums saskarnē starp diviem medijiem n1 > n2 - (refrakcijas koeficients) n1 n2"> !}

22 Optisko šķiedru kabelis Multi Mode Fiber MMF50/125, 62.5/125, viena režīma FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000km - 1 Gbps (2005) MM

23 Optiskā signāla avoti Kanāls: avots - nesējs - uztvērējs (detektors) Avoti LED (LED-Light Emitting Diod) nm nesakarīgs avots - MMF Pusvadītāju lāzera koherentais avots - SMF - Jauda = f (t o) Detektori Fotodiodes, pin diodes, lavīnu diodes

25 Strukturētās kabeļu sistēmas - SCS Strukturētā kabeļu sistēma - SCS Pirmie LAN - dažādi kabeļi un topoloģijas SCS kabeļu sistēmu apvienošana - atvērta LAN kabeļu infrastruktūra (apakšsistēmas, komponenti, saskarnes) - neatkarība no tīkla tehnoloģijām - LAN kabeļi, TV, drošības sistēmas u.c. P. - universāls kabeļu savienojums bez atsauces uz konkrētu tīkla tehnoloģiju - Konstruktors

27 SCS standarti (pamats) EIA/TIA-568A Komerciālo ēku telekomunikāciju elektroinstalācijas standarts (ASV) CENELEC EN50173 Vispārējo kabeļu shēmu veiktspējas prasības (Eiropa) ISO/IEC IS Informācijas tehnoloģija — Vispārējie kabeļi klientu telpu kabeļiem Katrai apakšsistēmai: sakaru vide . Topoloģija Pieļaujamie attālumi (kabeļu garumi) Lietotāja savienojuma interfeiss. Kabeļi un savienojuma aprīkojums. Joslas platums (veiktspēja). Uzstādīšanas prakse (Horizontālā apakšsistēma - UTP, zvaigzne, 100 m...)

28 Bezvadu sakari Bezvadu pārraides priekšrocības: Ērtības, nepieejamas vietas, mobilitāte. ātra izvēršana ... Trūkumi: augsts traucējumu līmenis (speciālie līdzekļi: kodi, modulācija ...), grūtības izmantot dažus diapazonus Sakaru līnija: raidītājs - vide - uztvērējs LAN raksturojums ~ F (Δf, fn);

34 2. Mobilā telefonija Teritorijas sadalīšana šūnās Frekvenču atkārtota izmantošana Maza jauda (izmēri) Centrā - bāzes stacija Eiropa - Global System for Mobile - GSM Bezvadu telefona sakari 1. Mazjaudas radiostacija - (klausule-bāze, 300m) DECT Digital Eiropas bezvadu telekomunikāciju viesabonēšana — pārslēgšanās no viena pamattīkla uz citu — mobilo sakaru pamats

35 Satelīta sakari Pamatojoties uz satelītu (atstarotājs-pastiprinātājs) Raiduztvērēji - retranslatori H ~ 50 MHz (1 satelīts ~ 20 transponderi) Frekvenču diapazoni: C. Ku, Ka C - Uz leju 3,7 - 4,2 GHz Augšup 5,925-6,425 GHz Ku - Uz leju 11,7-12,2 GHz Augšup 14,0-14,5 GHz Ka - Uz leju 17,7-21,7 GHz Augšup 27,5-30,5 GHz

36 Satelīta sakari. Satelītu veidi Satelītu sakari: mikroviļņu - redzamības līnija Ģeostacionārs Liels pārklājums Fiksēts, Zems nodilums Sekotājs satelīts, apraide, zemas izmaksas, izmaksas neatkarīgi no attāluma, Tūlītēja savienojuma izveide (milj.) T3=300 ms Zema drošība, Sākotnēji liela antena (bet VSAT) MEO km Globālās pozicionēšanas sistēma GPS - 24 satelīti LEO km zema pārklājuma zema latentuma interneta piekļuve

40 Spektra izkliedes tehnika Īpašas modulācijas un kodēšanas metodes bezvadu sakariem C (bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Jaudas samazināšanas trokšņu imunitāte Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Lappuse 27 no 27 Datu pārraides fiziskā bāze(Sakaru līnijas,)

Datu pārraides fiziskā bāze

Jebkurai tīkla tehnoloģijai ir jānodrošina uzticama un ātra diskrētu datu pārraide pa sakaru līnijām. Un, lai gan starp tehnoloģijām ir lielas atšķirības, tās balstās uz vispārējiem diskrētās datu pārraides principiem. Šie principi ir ietverti metodēs bināro vieninieku un nulles attēlošanai, izmantojot impulsu vai sinusoidālus signālus dažāda fiziska rakstura sakaru līnijās, kļūdu noteikšanas un labošanas metodes, kompresijas metodes un komutācijas metodes.

līnijassavienojumiem

Primārie tīkli, līnijas un sakaru kanāli

Aprakstot tehnisko sistēmu, kas pārraida informāciju starp tīkla mezgliem, literatūrā var atrast vairākus nosaukumus: sakaru līnija, salikts kanāls, kanāls, saite. Bieži vien šie termini tiek lietoti kā sinonīmi, un daudzos gadījumos tas nerada problēmas. Tajā pašā laikā to lietošanā ir specifika.

Saite(saite) ir segments, kas nodrošina datu pārraidi starp diviem blakus esošajiem tīkla mezgliem. Tas ir, saite nesatur starpposma komutācijas un multipleksēšanas ierīces.

kanālu(kanāls) visbiežāk apzīmē saites joslas platuma daļu, ko neatkarīgi izmanto pārslēgšanā. Piemēram, primārā tīkla saite var sastāvēt no 30 kanāliem, no kuriem katra joslas platums ir 64 Kb/s.

Salikts kanāls(shēma) ir ceļš starp diviem tīkla gala mezgliem. Saliktu saiti veido atsevišķas starpposma saites un iekšējie savienojumi slēdžos. Bieži vien epitets "salikts" tiek izlaists un termins "kanāls" tiek lietots, lai apzīmētu gan saliktu kanālu, gan kanālu starp blakus esošajiem mezgliem, tas ir, saites ietvaros.

Sakaru līnija var izmantot kā sinonīmu jebkuram no pārējiem trim terminiem.

Uz att. ir parādīti divi sakaru līnijas varianti. Pirmajā gadījumā ( a) līnija sastāv no kabeļa segmenta, kura garums ir vairāki desmiti metru un ir saite. Otrajā gadījumā (b) saite ir salikta saite, kas izvietota ķēdes komutācijas tīklā. Tāds tīkls varētu būt primārais tīkls vai telefona tīklu.

Tomēr datortīklam šī līnija ir saite, jo tā savieno divus blakus esošos mezglus, un visas pārslēgšanas starpiekārtas šiem mezgliem ir caurspīdīgas. Šeit ir acīmredzams iemesls savstarpējai nesaprašanai datorspeciālistu un primāro tīklu speciālistu terminu līmenī.

Primārie tīkli ir īpaši izveidoti, lai nodrošinātu datu pārraides pakalpojumus datortīkliem un telefona tīkliem, kuri šādos gadījumos darbojas "virs" primārajiem tīkliem un ir pārklājuma tīkli.

Sakaru līniju klasifikācija

Sakaru līnija parasti sastāv no fiziska nesēja, caur kuru tiek pārraidīti elektriskās informācijas signāli, datu pārraides iekārtas un starpiekārtas. Datu pārraides fiziskais nesējs (fiziskais datu nesējs) var būt kabelis, tas ir, vadu, izolācijas un aizsargapvalku un savienotāju kopums, kā arī zemes atmosfēra vai kosmosa telpa, caur kuru izplatās elektromagnētiskie viļņi.

Pirmajā gadījumā tiek runāts par vadu vide, un otrajā - bezvadu.

Mūsdienu telekomunikāciju sistēmās informācija tiek pārraidīta, izmantojot elektriskā strāva vai spriegums, radiosignāli vai gaismas signāli- visi šie fizikālie procesi ir dažādu frekvenču elektromagnētiskā lauka svārstības.

Vadu (gaisvadu) līnijas saites ir vadi bez izolējošām vai ekranējošām bizēm, kas ielikti starp stabiem un karājas gaisā. Arī nesenā pagātnē šādas sakaru līnijas bija galvenās telefona vai telegrāfa signālu pārraidīšanai. Mūsdienās vadu sakaru līnijas strauji tiek aizstātas ar kabeļu līnijām. Bet dažviet tie joprojām ir saglabāti un, ja nav citu iespēju, tos turpina izmantot datoru datu pārraidei. Šo līniju ātruma īpašības un trokšņu noturība atstāj daudz vēlamo.

kabeļu līnijas ir diezgan sarežģīta struktūra. Kabelis sastāv no vadītājiem, kas ietverti vairākos izolācijas slāņos: elektriskā, elektromagnētiskā, mehāniskā un, iespējams, klimatiskā. Turklāt kabeli var aprīkot ar savienotājiem, kas ļauj ātri pieslēgt tam dažādu aprīkojumu. Datoru (un telekomunikāciju) tīklos tiek izmantoti trīs galvenie kabeļu veidi: kabeļi, kuru pamatā ir vītā vara vadu pāri - neekranēts vītā pāra(Unshielded Twisted Pair, UTP) un ekranēts vītā pāra(ekranēts vītā pāra, STP), koaksiālie kabeļi ar vara serdi, optiskās šķiedras kabeļiem. Tiek saukti arī pirmie divi kabeļu veidi vara kabeļi.

radio kanāliem zemes un satelītu sakari tiek veidoti, izmantojot radioviļņu raidītāju un uztvērēju. Ir daudz dažādu veidu radio kanālu, kas atšķiras gan izmantotā frekvenču diapazonā, gan kanālu diapazonā. Apraides radio joslas(garie, vidējie un īsie viļņi), ko sauc arī par AM grupas, vai amplitūdas modulācijas diapazoni (Amplitude Modulation, AM), nodrošina tālsatiksmes sakarus, bet ar zemu datu pārraides ātrumu. Ātrāki kanāli ir tie, kas izmanto ļoti augsti frekvenču diapazoni(Very High Frequency, VHF), kas izmanto frekvences modulāciju (Frequency Modulation, FM). Izmanto arī datu pārsūtīšanai. īpaši augstas frekvenču joslas(Ultra High Frequency, UHF), ko sauc arī par mikroviļņu diapazoni(vairāk nekā 300 MHz). Frekvencēs virs 30 MHz signālus vairs neatstaro Zemes jonosfēra, un stabilai komunikācijai ir nepieciešama redzamības līnija starp raidītāju un uztvērēju. Tādēļ šādas frekvences izmanto vai nu satelīta kanālus, vai mikroviļņu kanālus, vai vietējos vai mobilos tīklus, ja šis nosacījums ir izpildīts.