Metode de transfer la nivelul fizic. Transfer de date discrete la nivelul fizic

Tema 2. Stratul fizic

Plan

Bazele teoretice ale transmisiei de date

Informațiile pot fi transmise prin fire prin modificarea unei cantități fizice, cum ar fi tensiunea sau curentul. Reprezentând valoarea tensiunii sau a curentului ca o funcție cu o singură valoare a timpului, este posibil să se modeleze comportamentul semnalului și să-l supună analizei matematice.

Seria Fourier

La începutul secolului al XIX-lea, matematicianul francez Jean-Baptiste Fourier a demonstrat că orice funcție periodică cu perioada T poate fi extinsă într-o serie (posibil infinită) constând din sume de sinusuri și cosinusuri:
(2.1)
unde este frecvența fundamentală (armonică) și sunt amplitudinile sinusurilor și cosinusurilor celei de-a n-a armonice, iar c este o constantă. O astfel de expansiune se numește serie Fourier. Funcția extinsă în seria Fourier poate fi restabilită de elementele acestei serii, adică dacă se cunosc perioada T și amplitudinile armonicilor, atunci funcția inițială poate fi restabilită folosind suma seriei (2.1).
Un semnal de informare care are o durată finită (toate semnalele de informație au o durată finită) poate fi extins într-o serie Fourier dacă ne imaginăm că întregul semnal se repetă la nesfârșit iar și iar (adică intervalul de la T la 2T repetă complet interval de la 0 la T și etc.).
Amplitudinile pot fi calculate pentru orice funcție dată. Pentru a face acest lucru, trebuie să înmulțiți părțile stânga și dreaptă ale ecuației (2.1) cu și apoi să integrați de la 0 la T. Deoarece:
(2.2)
rămâne doar un membru al seriei. Linia dispare complet. În mod similar, înmulțind ecuația (2.1) cu și integrând în timp de la 0 la T, se pot calcula valorile. Dacă integrăm ambele părți ale ecuației fără a o modifica, putem obține valoarea constantei Cu. Rezultatele acestor acțiuni vor fi următoarele:
(2.3.)

Suporturi de stocare gestionate

Scopul stratului fizic al unei rețele este de a transfera fluxul de biți brut de la o mașină la alta. Pentru transmisie pot fi utilizate diverse medii fizice, numite și medii de propagare a semnalului. Fiecare dintre ele are un set caracteristic de lățimi de bandă, întârzieri, prețuri și ușurință de instalare și utilizare. Mediile pot fi împărțite în două grupuri: medii orientabile, cum ar fi firul de cupru și cablul cu fibră optică, și mediile nedirecționate, cum ar fi transmisia radio și laser fără cablu.

Medii magnetice

Una dintre cele mai ușoare modalități de a transfera date de la un computer la altul este să le scrieți pe bandă sau pe alte medii amovibile (cum ar fi un DVD reinscriptibil), să transferați fizic acele benzi și discuri la destinație și să le citiți acolo.
Debit ridicat. Un cartuş de bandă Ultrium standard are 200 GB. Aproximativ 1000 dintre aceste casete sunt plasate într-o cutie de 60x60x60, ceea ce oferă o capacitate totală de 1600 Tbit (1,6 Pbit). O cutie de casete poate fi expediată în SUA în 24 de ore de către Federal Express sau o altă companie. Lățimea de bandă efectivă pentru această transmisie este de 1600 Tbps/86400 s sau 19 Gbps. Dacă destinația este la doar o oră distanță, atunci debitul va fi de peste 400 Gbps. Nicio rețea de calculatoare nu este încă capabilă să se apropie de astfel de indicatori.
Rentabilitatea. Prețul cu ridicata al casetei este de aproximativ 40 USD. O cutie de panglici va costa 4.000 de dolari, iar aceeași panglică poate fi folosită de zeci de ori. Să adăugăm 1000 USD pentru expediere (de fapt, mult mai puțin) și să obținem aproximativ 5000 USD pentru transferul a 200 TB, sau 3 cenți per gigaoctet.
Defecte. Deși viteza de transfer de date folosind benzi magnetice este excelentă, totuși, cantitatea de întârziere într-un astfel de transfer este foarte mare. Timpul de transfer este măsurat în minute sau ore, nu în milisecunde. Multe aplicații necesită răspuns imediat din partea sistemului de la distanță (în modul conectat).

pereche răsucită

O pereche răsucită constă din două fire de cupru izolate cu un diametru tipic de 1 mm. Firele se răsucesc una în jurul celeilalte sub formă de spirală. Acest lucru vă permite să reduceți interacțiunea electromagnetică a mai multor perechi răsucite adiacente.
Aplicație - linie telefonică, rețea de calculatoare. Poate transmite un semnal fără atenuare a puterii pe o distanță de câțiva kilometri. Sunt necesare repetoare pentru distanțe mai lungi. Acestea sunt combinate într-un cablu, cu un strat protector. O pereche de fire sunt răsucite în cablu pentru a evita suprapunerea semnalului. Ele pot fi folosite pentru a transmite atât date analogice, cât și digitale. Lățimea de bandă depinde de diametrul și lungimea firului, dar în cele mai multe cazuri, câțiva megabiți pe secundă pot fi atinși pe distanțe de câțiva kilometri. Datorită lățimii de bandă destul de ridicate și costurilor reduse, cablurile perechi răsucite sunt utilizate pe scară largă și, cel mai probabil, vor continua să fie populare în viitor.
Cablurile cu perechi răsucite vin în mai multe forme, dintre care două sunt deosebit de importante în domeniul rețelelor de calculatoare. Perechea răsucită de categoria 3 (CAT 3) constă din două fire izolate răsucite împreună. Patru astfel de perechi sunt de obicei plasate împreună într-o carcasă de plastic.
Perechea răsucită de categoria 5 (CAT 5) este similară cu perechea răsucită de categoria 3, dar are mai multe spire pe centimetru de lungime a firului. Acest lucru face posibilă reducerea în continuare a interferențelor dintre diferite canale și asigurarea unei calități îmbunătățite a transmisiei semnalului pe distanțe lungi (Fig. 1).

Orez. 1. UTP categoria 3 (a), UTP categoria 5 (b).
Toate aceste tipuri de conexiuni sunt adesea denumite UTP (unshielded twisted pair - unshielded twisted pair)
Cablurile ecranate cu perechi răsucite de la IBM nu au devenit populare în afara IBM.

Cablu coaxial

Un alt mijloc comun de transmitere a datelor este cablul coaxial. Este mai bine ecranat decât perechea răsucită, astfel încât poate transporta date pe distanțe mai mari la viteze mai mari. Două tipuri de cabluri sunt utilizate pe scară largă. Unul dintre ele, de 50 ohmi, este folosit de obicei pentru transmiterea datelor exclusiv digitale. Un alt tip de cablu, de 75 ohmi, este adesea folosit pentru a transmite informații analogice, precum și în televiziunea prin cablu.
Vederea în secțiune a cablului este prezentată în Figura 2.

Orez. 2. Cablu coaxial.
Designul și tipul special de ecranare a cablului coaxial asigură o lățime de bandă mare și o imunitate excelentă la zgomot. Debitul maxim depinde de calitatea, lungimea și raportul semnal-zgomot al liniei. Cablurile moderne au o lățime de bandă de aproximativ 1 GHz.
Aplicație - sisteme de telefonie (rețea), televiziune prin cablu, rețele regionale.

fibre optice

Tehnologia actuală cu fibră optică poate atinge rate de date de până la 50.000 Gb/s (50 Tb/s), iar mulți oameni caută materiale mai bune. Limita practică de astăzi de 10 Gbps se datorează incapacității de a converti semnalele electrice în semnale optice și invers mai rapid, deși 100 Gbps pe o singură fibră au fost deja atinse în condiții de laborator.
Un sistem de transmisie a datelor din fibră optică constă din trei componente principale: o sursă de lumină, un purtător prin care se propagă semnalul luminos și un receptor de semnal sau detector. Un impuls de lumină este considerat unul, iar absența unui puls este considerată zero. Lumina se propagă într-o fibră de sticlă ultra-subțire. Când lumina îl lovește, detectorul generează un impuls electric. Prin atașarea unei surse de lumină la un capăt al unei fibre optice și a unui detector la celălalt, se obține un sistem de transmisie unidirecțională a datelor.
La transmiterea unui semnal luminos, se utilizează proprietatea de reflexie și refracție a luminii în timpul tranziției de la 2 medii. Astfel, atunci când lumina este furnizată la un anumit unghi față de limita media, fasciculul de lumină este complet reflectat și blocat în fibră (Fig. 3).

Orez. 3. Proprietatea refracției luminii.
Există 2 tipuri de cablu de fibră optică: multimod - transmite un fascicul de lumină, monomod - subțire la limita mai multor lungimi de undă, acționează aproape ca un ghid de undă, lumina se mișcă în linie dreaptă fără reflexie. Legăturile de fibră monomod de astăzi pot funcționa la 50 Gbps pe distanțe de până la 100 km.
În sistemele de comunicație sunt utilizate trei intervale de lungimi de undă: 0,85, 1,30 și, respectiv, 1,55 µm.
Structura cablului de fibră optică este similară cu cea a firului coaxial. Singura diferență este că primul nu are grilă de screening.
În centrul miezului de fibră optică se află un miez de sticlă prin care se propagă lumina. Fibra multimodală are un diametru al miezului de 50 µm, care este aproximativ grosimea unui păr uman. Miezul dintr-o fibră monomod are un diametru de 8 până la 10 µm. Miezul este acoperit cu un strat de sticlă cu un indice de refracție mai mic decât cel al miezului. Este proiectat pentru a preveni mai fiabil lumina să iasă din miez. Stratul exterior este o carcasă de plastic care protejează geamul. Miezurile de fibră optică sunt de obicei grupate în mănunchiuri protejate de o manta exterioară. Figura 4 prezintă un cablu cu trei fire.

Orez. 4. Cablu de fibră optică cu trei fire.
În cazul unei întreruperi, conectarea segmentelor de cablu poate fi efectuată în trei moduri:

La capătul cablului poate fi atașat un conector special, cu ajutorul căruia cablul este introdus într-o priză optică. Pierderea este de 10-20% din intensitatea luminii, dar ușurează schimbarea configurației sistemului.

Îmbinare - două capete tăiate frumos ale cablului sunt așezate unul lângă celălalt și prinse cu un manșon special. Transmisia îmbunătățită a luminii se realizează prin alinierea capetelor cablului. Pierdere - 10% din puterea luminii.

Fuziune. Practic nu există nicio pierdere.

Două tipuri de surse de lumină pot fi utilizate pentru a transmite un semnal printr-un cablu de fibră optică: diode emițătoare de lumină (LED, Diode emițătoare de lumină) și lasere cu semiconductor. Caracteristicile lor comparative sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1.
Tabel de comparație a utilizării LED-urilor și laserului semiconductor
Capătul de recepție al unui cablu optic este o fotodiodă care generează un impuls electric atunci când lumina cade pe el.

Caracteristici comparative ale cablului de fibră optică și firului de cupru.

Fibra optică are mai multe avantaje:

De mare viteză.

Mai puțină atenuare a semnalului, mai puține ieșiri de repetoare (unul la 50 km, nu 5)

Inert la radiațiile electromagnetice externe, neutru din punct de vedere chimic.

Mai ușor în greutate. 1000 de perechi răsucite de cupru de 1 km lungime cântăresc aproximativ 8000 kg. O pereche de cabluri de fibră optică cântărește doar 100 kg cu o lățime de bandă mai mare

Costuri reduse de pozare

Defecte:

Dificultate și competență în instalare.

transmisie în modul simplex, este necesar un minim de 2 fire între rețele.

Conexiune fără fir

spectru electromagnetic

Mișcarea electronilor generează unde electromagnetice care se pot propaga în spațiu (chiar și în vid). Numărul de oscilații ale oscilațiilor electromagnetice pe secundă se numește frecvență și se măsoară în herți. Distanța dintre două maxime (sau minime) succesive se numește lungime de undă. Această valoare este indicată în mod tradițional de litera greacă (lambda).
Dacă în circuitul electric este inclusă o antenă de dimensiune adecvată, atunci undele electromagnetice pot fi recepționate cu succes de receptor la o anumită distanță. Toate sistemele de comunicații fără fir se bazează pe acest principiu.
În vid, toate undele electromagnetice se deplasează cu aceeași viteză, indiferent de frecvența lor. Această viteză se numește viteza luminii, - 3*108 m/s. În cupru sau sticlă, viteza luminii este de aproximativ 2/3 din această valoare și depinde, de asemenea, puțin de frecvență.
Relația cantităților și:

Dacă frecvența () este măsurată în MHz, iar lungimea de undă () în metri atunci.
Totalitatea tuturor undelor electromagnetice formează așa-numitul spectru continuu al radiațiilor electromagnetice (Fig. 5). Radio, microunde, infraroșu și lumina vizibilă pot fi folosite pentru a transmite informații folosind modularea în amplitudine, frecvență sau fază a undelor. Radiațiile ultraviolete, razele X și gama ar fi și mai bune datorită frecvențelor lor înalte, dar sunt greu de generat și modulat, nu trec bine prin clădiri și, în plus, sunt periculoase pentru toate viețuitoarele. Denumirea oficială a intervalelor este dată în tabelul 6.

Orez. 5. Spectrul electromagnetic și aplicarea lui în comunicații.
Masa 2.
Denumirile oficiale ale benzilor ITU
Cantitatea de informații pe care o poate transporta o undă electromagnetică este legată de intervalul de frecvență al canalului. Tehnologiile moderne fac posibilă codificarea mai multor biți pe hertz la frecvențe joase. În anumite condiții, acest număr poate crește de opt ori la frecvențe înalte.
Cunoscând lățimea intervalului de lungimi de undă, este posibil să se calculeze intervalul de frecvență și rata de date corespunzătoare.

Exemplu: pentru o gamă de cablu de fibră optică de 1,3 microni, atunci. Apoi, la 8 bps, se dovedește că puteți obține o rată de transfer de 240 Tbps.

Comunicare radio

Undele radio sunt ușor de generat, parcurg distanțe lungi, trec prin pereți, ocolesc clădiri, se propagă în toate direcțiile. Proprietățile undelor radio depind de frecvență (Fig. 6). Când funcționează la frecvențe joase, undele radio trec bine prin obstacole, dar puterea semnalului în aer scade brusc pe măsură ce te îndepărtezi de transmițător. Raportul dintre putere și distanța de la sursă se exprimă aproximativ astfel: 1/r2. La frecvențe înalte, undele radio tind, în general, să se deplaseze numai în linie dreaptă și să sară de obstacole. În plus, ele sunt absorbite, de exemplu, de ploaie. Semnalele radio de orice frecvență sunt supuse interferențelor de la motoarele cu perii cu scânteie și alte echipamente electrice.

Orez. 6. Undele benzilor VLF, LF, MF înconjoară rugozitatea suprafeței pământului (a), undele benzilor HF și VHF sunt reflectate din ionosferă și absorbite de pământ (b).

Comunicare în intervalul de microunde

La frecvențe de peste 100 MHz, undele radio se propagă aproape în linie dreaptă, astfel încât să poată fi focalizate în fascicule înguste. Concentrarea energiei sub formă de fascicul îngust folosind o antenă parabolică (precum binecunoscuta antenă de televiziune prin satelit) duce la o îmbunătățire a raportului semnal-zgomot, dar pentru o astfel de conexiune, antenele de transmisie și recepție trebuie să fie îndreptate destul de precis unul către celălalt.
Spre deosebire de undele radio cu frecvențe mai mici, microundele nu trec bine prin clădiri. Radioul cu microunde a devenit atât de utilizat în telefonia pe distanțe lungi, telefoane mobile, emisiuni de televiziune și alte domenii încât a existat o lipsă gravă de spectru.
Această conexiune are o serie de avantaje față de fibra optică. Principalul este că nu este nevoie să așezați un cablu și, în consecință, nu este nevoie să plătiți pentru închirierea terenului de-a lungul căii de semnal. Este suficient să cumpărați mici terenuri la fiecare 50 de km și să instalați turnuri de releu pe ele.

Unde infraroșii și milimetrice

Radiația infraroșie și milimetrică fără utilizarea unui cablu este utilizată pe scară largă pentru comunicații pe distanțe scurte (de exemplu, telecomenzi). Sunt relativ direcționale, ieftine și ușor de instalat, dar nu vor trece prin obiecte solide.
Comunicarea în intervalul infraroșu este utilizată în sistemele de calcul desktop (de exemplu, pentru a conecta laptopuri cu imprimante), dar încă nu joacă un rol semnificativ în telecomunicații.

Sateliți de comunicații

Se folosesc tipuri E de sateliți: geostaționari (GEO), altitudine medie (MEO) și orbita joasă (LEO) (Fig. 7).

Orez. 7. Sateliți de comunicații și proprietățile acestora: înălțimea orbitei, întârzierea, numărul de sateliți necesari pentru a acoperi întreaga suprafață a globului.

Rețea telefonică publică comutată

Structura sistemului telefonic

Structura unei rute tipice de comunicație telefonică pe distanțe medii este prezentată în Figura 8.

Orez. 8. Rută de comunicație tipică cu o distanță medie între abonați.

Linii locale: modemuri, ADSL, wireless

Deoarece computerul funcționează cu un semnal digital, iar linia telefonică locală este transmisia unui semnal analog, un dispozitiv modem este utilizat pentru a converti digital în analog și invers, iar procesul în sine se numește modulare / demodulare (Fig. 9). .

Orez. 9. Utilizarea unei linii telefonice la transmiterea unui semnal digital.
Există 3 metode de modulare (Fig. 10):

modularea amplitudinii - sunt utilizate 2 amplitudini de semnal diferite (pentru 0 și 1),

frecvență - sunt utilizate mai multe frecvențe de semnal diferite (pentru 0 și 1),

fază - schimbările de fază sunt utilizate în timpul tranziției între unitățile logice (0 și 1). Unghiuri de forfecare - 45, 135, 225, 180.

În practică, sunt utilizate sisteme de modulație combinată.

Orez. 10. Semnal binar (a); modulația de amplitudine (b); modulația de frecvență (c); modularea fazei.
Toate modemurile moderne vă permit să transferați date în ambele direcții, acest mod de operare se numește duplex. O conexiune cu capacitate de transmisie în serie se numește half-duplex. O conexiune în care transmisia are loc într-o singură direcție se numește simplex.
Viteza maximă a modemului care poate fi atinsă în acest moment este de 56 Kb/s. V.90 standard.

Linii digitale de abonat. Tehnologia xDSL.

După ce viteza prin modemuri a atins limita, companiile de telefonie au început să caute o cale de ieșire din această situație. Astfel, multe propuneri au apărut sub denumirea generală xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) - linie digitală de abonat, unde în loc de X pot exista si alte litere. Cea mai cunoscută tehnologie din aceste propuneri este ADSL (Asymmetric DSL).
Motivul pentru limita de viteză a modemurilor a fost că au folosit intervalul de transmisie al vorbirii umane pentru transmisia de date - 300 Hz până la 3400 Hz. Împreună cu frecvențele de limită, lățimea de bandă nu era de 3100 Hz, ci de 4000 Hz.
Deși spectrul liniei telefonice locale este de 1,1 Hz.
Prima propunere de tehnologie ADSL a folosit întregul spectru al liniei telefonice locale, care este împărțită în 3 benzi:

POTS - raza de acțiune a rețelei telefonice convenționale;

interval de ieșire;

domeniul de intrare.

O tehnologie care utilizează frecvențe diferite în scopuri diferite se numește multiplexare de frecvență sau multiplexare de frecvență.
O metodă alternativă numită modulare multiton discretă, DMT (Discrete MultiTone) constă în împărțirea întregului spectru al unei linii locale cu o lățime de 1,1 MHz în 256 de canale independente de 4312,5 Hz fiecare. Canalul 0 este POTS. Canalele de la 1 la 5 nu sunt utilizate, astfel încât semnalul vocal să nu interfereze cu semnalul informațional. Dintre celelalte 250 de canale, unul este ocupat cu controlul transmisiei către furnizor, unul - către utilizator, iar toate celelalte sunt disponibile pentru transmiterea datelor utilizatorului (Fig. 11).

Orez. 11. Funcționare ADSL folosind modulație multiton discretă.
Standardul ADSL vă permite să primiți până la 8 Mb/s și să trimiteți până la 1 Mb/s. ADSL2+ - ieșire până la 24 Mb/s, intrare până la 1,4 Mb/s.
O configurație tipică de echipament ADSL conține:

DSLAM - Multiplexor de acces DSL;

NID este un dispozitiv de interfață de rețea care separă proprietatea companiei de telefonie și a abonatului.

Un splitter (splitter) este un splitter de frecvență care separă banda POTS și datele ADSL.

Orez. 12. Configurația tipică a echipamentelor ADSL.

Linii și sigilii

Economisirea resurselor joacă un rol important în sistemul telefonic. Costul așezării și întreținerii unei coloane vertebrale de mare capacitate și a unei linii de calitate scăzută este aproape același (adică partea leului din acest cost este cheltuită pentru săparea șanțurilor și nu pe cablul de cupru sau fibră optică în sine).
Din acest motiv, companiile de telefonie au colaborat pentru a dezvolta mai multe scheme de transmitere a mai multor conversații pe un singur cablu fizic. Schemele de multiplexare (compresie) pot fi împărțite în două categorii principale FDM (Frequency Division Multiplexing - multiplexarea pe diviziune în frecvență) și TDM (Time Division Multiplexing - time division multiplexing) (Fig. 13).
Cu multiplexarea de frecvență, spectrul de frecvență este împărțit între canale logice și fiecare utilizator primește proprietatea exclusivă a sub-benzii sale. În multiplexarea pe diviziune în timp, utilizatorii folosesc pe rând (ciclic) același canal și fiecăruia i se oferă întreaga capacitate a canalului pentru o perioadă scurtă de timp.
Canalele de fibră optică utilizează o variantă specială de multiplexare a frecvenței. Se numește multiplexare prin diviziune spectrală (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Orez. 13. Un exemplu de multiplexare în frecvență: spectre originale ale semnalelor 1 (a), spectre cu deplasare în frecvență (b), canal multiplexat (c).

Comutare

Din punctul de vedere al inginerului de telefonie medie, sistemul de telefonie este alcătuit din două părți: echipamente externe (linii și trunchiuri telefonice locale, în afara comutatoarelor) și echipamente interne (tablete de distribuție) situate la centrala telefonică.
Orice rețele de comunicații acceptă o modalitate de comutare (comunicare) a abonaților lor între ei. Este practic imposibil să ofere fiecărei perechi de abonați care interacționează propria linie de comunicație fizică necomutată, pe care să o monopolizeze „proprie” pentru o lungă perioadă de timp. Prin urmare, în orice rețea, se utilizează întotdeauna o anumită metodă de comutare a abonaților, care asigură disponibilitatea canalelor fizice disponibile simultan pentru mai multe sesiuni de comunicare între abonații rețelei.
În sistemele telefonice sunt utilizate două tehnici diferite: comutarea de circuite și comutarea de pachete.

Comutare circuit

Comutarea circuitelor implică formarea unui canal fizic compozit continuu din secțiuni de canal individuale conectate în serie pentru transmiterea directă a datelor între noduri. Într-o rețea cu comutare de circuite, înainte de transmiterea datelor, este întotdeauna necesar să se efectueze o procedură de stabilire a conexiunii, în timpul căreia se creează un canal compus (Fig. 14).

Comutare de pachete

În comutarea de pachete, toate mesajele transmise de utilizatorul rețelei sunt împărțite la nodul sursă în părți relativ mici, numite pachete. Fiecare pachet este prevăzut cu un antet care specifică informațiile de adresă necesare pentru a livra pachetul către gazda destinație, precum și numărul pachetului care va fi folosit de gazda destinație pentru a asambla mesajul. Pachetele sunt transportate în rețea ca blocuri independente de informații. Switch-urile de rețea primesc pachete de la nodurile terminale și, pe baza informațiilor despre adresă, le transmit unul altuia și, în cele din urmă, la nodul destinație (Fig. 14).
etc.................

Informațiile inițiale care trebuie transmise pe o linie de comunicație pot fi fie discrete (date de ieșire de la computer) fie analogice (vorbire, imagine de televiziune).

Transmiterea datelor discrete se bazează pe utilizarea a două tipuri de codificare fizică:

a) modulația analogică, când codarea se realizează prin modificarea parametrilor unui semnal purtător sinusoidal;

b) codificare digitală prin modificarea nivelurilor secvenței de impulsuri de informații dreptunghiulare.

Modulația analogică duce la un spectru mult mai mic al semnalului rezultat decât în cazul codării digitale, la aceeași rată de transfer de informații, dar implementarea ei necesită echipamente mai complexe și mai costisitoare.

În prezent, datele originale, care au o formă analogică, sunt transmise din ce în ce mai mult pe canalele de comunicație într-o formă discretă (sub forma unei secvențe de unu și zero), adică se realizează modularea discretă a semnalelor analogice.

modulație analogică. Este folosit pentru a transmite date discrete pe canale cu o lățime de bandă îngustă, un reprezentant tipic al căruia este un canal de frecvență vocală furnizat utilizatorilor rețelelor de telefonie. Semnalele cu o frecvență de la 300 la 3400 Hz sunt transmise pe acest canal, adică lățimea de bandă este de 3100 Hz. O astfel de bandă este destul de suficientă pentru transmiterea vorbirii cu o calitate acceptabilă. Limitarea lățimii de bandă a canalului de ton este asociată cu utilizarea echipamentelor de multiplexare și comutare de circuite în rețelele de telefonie.

Înainte de transmiterea datelor discrete pe partea de transmisie, folosind un modulator-demodulator (modem), se efectuează modularea sinusoidei purtătoare a secvenței originale de cifre binare. Conversia inversă (demodularea) este realizată de modemul receptor.

Există trei moduri de a converti datele digitale în formă analogică sau trei metode de modulare analogică:

Modulația de amplitudine, atunci când numai amplitudinea purtătorului oscilațiilor sinusoidale se modifică în conformitate cu succesiunea de biți de informații transmisi: de exemplu, la transmiterea unuia, amplitudinea oscilației este setată la mare, iar la transmiterea zero, este mică sau există nici un semnal purtător;

Modulația de frecvență, atunci când sub influența semnalelor de modulare (biți de informații transmise) se modifică doar frecvența purtătoare a oscilațiilor sinusoidale: de exemplu, când se transmite zero, este scăzut, iar când este transmis unul este ridicat;

Modulația de fază, atunci când, în conformitate cu succesiunea de biți de informații transmise, se modifică numai faza purtătorului oscilațiilor sinusoidale: la trecerea de la semnalul 1 la semnalul 0 sau invers, faza se schimbă cu 180 °. În forma sa pură, modularea de amplitudine este rar utilizată în practică datorită imunității scăzute la zgomot. Modulația în frecvență nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizată în modemurile cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1200 bps. Creșterea ratei de date este asigurată de utilizarea metodelor de modulație combinată, mai des modulația de amplitudine în combinație cu fază.

Metoda analogică de transmisie a datelor discrete oferă transmisie în bandă largă prin utilizarea semnalelor de diferite frecvențe purtătoare într-un canal. Aceasta garantează interacțiunea unui număr mare de abonați (fiecare pereche de abonați funcționează la propria frecvență).

Codare digitală. La codificarea digitală a informațiilor discrete, sunt utilizate două tipuri de coduri:

a) coduri de potențial, când numai valoarea potențialului semnal este utilizată pentru a reprezenta unități de informație și zerouri, iar scăderile acestuia nu sunt luate în considerare;

b) coduri de impulsuri, când datele binare sunt reprezentate fie prin impulsuri de o anumită polaritate, fie prin scăderi de potențial de o anumită direcție.

Următoarele cerințe sunt impuse metodelor de codificare digitală a informațiilor discrete atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare pentru a reprezenta semnale binare:

Asigurarea sincronizării între emițător și receptor;

Asigurarea celei mai mici lățimi de spectru a semnalului rezultat la aceeași rată de biți (deoarece un spectru mai restrâns de semnale permite

rețelele cu aceeași lățime de bandă ating viteze mai mari

transmiterea datelor);

Capacitatea de a recunoaște erorile în datele transmise;

Cost de implementare relativ scăzut.

Prin intermediul stratului fizic se realizează doar recunoașterea datelor corupte (detecția erorilor), ceea ce economisește timp, întrucât receptorul, fără a aștepta ca cadrul primit să fie complet plasat în buffer, îl respinge imediat când recunoaște erori. biți în cadru. O operațiune mai complexă - corectarea datelor corupte - se realizează prin protocoale de nivel superior: canal, rețea, transport sau aplicație.

Sincronizarea emițătorului și receptorului este necesară pentru ca receptorul să știe exact când să citească datele primite. Semnalele de ceas acordă receptorul la mesajul transmis și mențin receptorul sincronizat cu biții de date primite. Problema sincronizării se rezolvă cu ușurință la transmiterea informațiilor pe distanțe scurte (între blocuri din interiorul unui computer, între un computer și o imprimantă) prin utilizarea unei linii de comunicare temporizată separată: informațiile sunt citite numai în momentul în care sosește următorul impuls de ceas. În rețelele de calculatoare, utilizarea impulsurilor de ceas este abandonată din două motive: de dragul economisirii conductoarelor în cabluri scumpe și datorită eterogenității caracteristicilor conductoarelor din cabluri (pe distanțe mari, viteza neuniformă de propagare a semnalului poate duce la desincronizarea impulsurilor de ceas în linia de ceas și a impulsurilor de informații în linia principală, în urma cărora bitul de date va fi fie sărit, fie recitit).

În prezent, sincronizarea emițătorului și receptorului în rețele se realizează prin utilizarea codurilor de auto-sincronizare (SC). Codarea datelor transmise cu ajutorul SC este de a asigura schimbări (tranziții) regulate și frecvente ale nivelurilor semnalului informațional din canal. Fiecare tranziție a nivelului de semnal de la înalt la scăzut sau invers este utilizată pentru a regla receptorul. Cele mai bune sunt acele SC-uri care asigură o tranziție la nivel de semnal cel puțin o dată în intervalul de timp necesar pentru a primi un bit de informații. Cu cât trecerile la nivel de semnal sunt mai frecvente, cu atât sincronizarea receptorului este mai fiabilă și cu atât identificarea biților de date recepționați este mai sigură.

Aceste cerințe pentru metodele de codificare digitală a informațiilor discrete sunt reciproc contradictorii într-o anumită măsură, prin urmare, fiecare dintre metodele de codare considerate mai jos are avantajele și dezavantajele sale în comparație cu altele.

Coduri de auto-sincronizare. Cele mai comune sunt următoarele SC:

Cod potențial fără revenire la zero (NRZ - Non Return to Zero);

Cod puls bipolar (cod RZ);

codul Manchester;

Cod bipolar cu inversare de nivel alternativ.

Pe fig. 32 prezintă schemele de codificare pentru mesajul 0101100 folosind aceste CK-uri.

Următorii indicatori sunt utilizați pentru a caracteriza și compara SC:

Nivelul (calitatea) de sincronizare;

Fiabilitatea (încrederea) recunoașterii și selecției biților de informații recepționați;

Rata necesară de modificare a nivelului semnalului în linia de comunicație la utilizarea SC, dacă este setată lățimea de bandă a liniei;

Complexitatea (și, prin urmare, costul) echipamentului care implementează SC.

Codul NRZ este ușor de codificat și cu un cost redus de implementat. A primit un astfel de nume deoarece la transmiterea unei serii de biți cu același nume (uni sau zerouri), semnalul nu revine la zero în timpul ciclului, așa cum este cazul în alte metode de codare. Nivelul semnalului rămâne neschimbat pentru fiecare serie, ceea ce reduce semnificativ calitatea sincronizării și fiabilitatea recunoașterii biților recepționați (temporizatorul receptorului se poate alinia greșit cu semnalul de intrare și poate apărea interogarea intempestivă a liniilor).

Pentru codul N^, sunt valabile următoarele relații:

unde VI este rata de modificare a nivelului semnalului în linia de comunicație (baud);

Y2 - debitul liniei de comunicație (bit / s).

Pe lângă faptul că acest cod nu are proprietatea de auto-sincronizare, are și un alt dezavantaj serios: prezența unei componente de joasă frecvență care se apropie de zero la transmiterea unor ture lungi de unu sau zero. Drept urmare, codul NRZ în forma sa pură nu este utilizat în rețele. Se aplică diversele sale modificări, în care se elimină auto-sincronizarea proastă a codului și prezența unei componente constante.

Codul RZ, sau codul de impuls bipolar (codul de întoarcere la zero), diferă prin aceea că, în timpul transmiterii unui bit de informație, nivelul semnalului se schimbă de două ori, indiferent dacă sunt o serie de biți cu același nume sau biți alternativi. transmise. O unitate este reprezentată de un impuls de o polaritate, iar un zero este reprezentat de alta. Fiecare puls durează o jumătate de ciclu. Un astfel de cod are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar costul implementării sale este destul de mare, deoarece este necesar să se asigure raportul

Spectrul unui cod RZ este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Datorită spectrului prea larg, este rar folosit.

Codul Manchester oferă o modificare a nivelului semnalului la prezentarea fiecărui bit, iar la transmiterea unei serii de biți cu același nume, o modificare dublă. Fiecare măsură este împărțită în două părți. Informațiile sunt codificate de potențiale scăderi care apar la mijlocul fiecărui ciclu. O unitate este codificată printr-o tranziție scăzută la mare, iar un zero este codificat printr-o tranziție inversă. Raportul de viteză pentru acest cod este:

Codul Manchester are proprietăți bune de auto-clockare, deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe ciclu de transmitere a unui bit de date. Lățimea de bandă este mai îngustă decât cea a codului RZ (în medie de o dată și jumătate). Spre deosebire de codul de impuls bipolar, unde sunt utilizate trei niveluri de semnal pentru transmisia de date (ceea ce uneori este foarte nedorit, de exemplu, doar două stări sunt recunoscute în mod constant în cablurile optice - lumină și întuneric), codul Manchester are două niveluri.

Codul Manchester este utilizat pe scară largă în tehnologiile Ethernet și Token Ring.

Codul bipolar de inversare de nivel alternativ (codul AMI) este o modificare a codului NRZ. Utilizează trei niveluri de potențial - negativ, zero și pozitiv. Unitatea este codificată fie de un potențial pozitiv, fie de unul negativ. Potențialul zero este folosit pentru a codifica zero. Codul are proprietăți de sincronizare bune la transmiterea unor serii de unități, deoarece potențialul fiecărei unități noi este opus potențialului celei anterioare. Atunci când se transmit runde de zero, nu există sincronizare. Codul AMI este relativ ușor de implementat. Pentru el

La transmiterea diferitelor combinații de biți pe linie, utilizarea codului AMI duce la un spectru de semnal mai îngust decât pentru codul NRZ și, prin urmare, la un randament de linie mai mare.

Rețineți că codurile potențiale îmbunătățite (codul Manchester actualizat și codul AMI) au un spectru mai îngust decât codurile cu impulsuri, așa că sunt utilizate în tehnologii de mare viteză, cum ar fi FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Modularea discretă a semnalelor analogice. După cum sa menționat deja, una dintre tendințele de dezvoltare a rețelelor moderne de calculatoare este digitalizarea acestora, adică transmiterea de semnale de orice natură în formă digitală. Sursele acestor semnale pot fi computere (pentru date discrete) sau dispozitive precum telefoane, camere video, echipamente video și audio (pentru date analogice). Până de curând (înainte de apariția rețelelor de comunicații digitale), în rețelele teritoriale toate tipurile de date erau transmise în formă analogică, iar datele computerizate, de natură discretă, erau convertite în formă analogică cu ajutorul modemurilor.

Cu toate acestea, transmiterea de informații în formă analogică nu îmbunătățește calitatea datelor primite dacă a existat o distorsiune semnificativă în timpul transmisiei. Prin urmare, tehnica analogică de înregistrare și transmitere a sunetului și a imaginilor a fost înlocuită cu tehnologia digitală, care utilizează modularea discretă a semnalelor analogice.

Modulația discretă se bazează pe eșantionarea semnalelor continue atât în amplitudine, cât și în timp. Una dintre metodele utilizate pe scară largă pentru conversia semnalelor analogice în cele digitale este modularea codului de impulsuri (PCM), propusă în 1938 de A.Kh. Reeves (SUA).

Când se utilizează PCM, procesul de conversie include trei etape: mapare, cuantizare și codificare (Fig. 33).

Prima etapă este afișarea. Amplitudinea semnalului continuu original este măsurată cu o perioadă dată, datorită căreia apare discretizarea timpului. În această etapă, semnalul analogic este convertit în semnale de modulare a amplitudinii impulsului (PAM). Execuția etapei se bazează pe teoria cartografierii Nyquist-Kotelnikov, a cărei poziție principală este: dacă semnalul analogic este afișat (adică, reprezentat ca o secvență a valorilor sale în timp discret) pe un interval regulat cu o frecvență de de cel puțin două ori frecvența celui mai înalt spectru armonic al semnalului continuu original, atunci afișajul va conține informații suficiente pentru a restabili semnalul original. În telefonia analogică, pentru transmisia vocală se alege intervalul de la 300 la 3400 Hz, ceea ce este suficient pentru transmiterea de înaltă calitate a tuturor armonicilor principale ale interlocutorilor. Prin urmare, în rețelele digitale în care este implementată metoda PCM pentru transmisia vocală, se adoptă o frecvență de afișare de 8000 Hz (aceasta este mai mare de 6800 Hz, ceea ce oferă o anumită marjă de calitate).

În etapa de cuantizare, fiecărui semnal IAM i se dă o valoare cuantificată corespunzătoare celui mai apropiat nivel de cuantizare. Întregul interval de variație a amplitudinii semnalului IAM este împărțit în 128 sau 256 de niveluri de cuantizare. Cu cât sunt mai multe niveluri de cuantizare, cu atât mai precis amplitudinea semnalului IAM este reprezentată de nivelul cuantificat.

În etapa de codificare, fiecărei mapări cuantificate i se atribuie un cod binar de 7 biți (dacă numărul de niveluri de cuantizare este 128) sau de 8 biți (dacă numărul de niveluri de cuantizare este 128). Pe fig. 33 arată semnalele codului binar cu 8 elemente 00101011 corespunzătoare unui semnal cuantificat cu nivelul 43. La codificarea cu coduri cu 7 elemente, rata de date pe canal ar trebui să fie de 56 Kbps (acesta este produsul dintre frecvența de afișare și adâncimea de biți a codului binar), iar la codificarea codurilor cu 8 elemente - 64 Kbps. Standardul este un canal digital de 64 kbit/s, care este numit și canalul elementar al rețelelor de telefonie digitală.

Dispozitivul care efectuează acești pași de conversie a unei valori analogice într-un cod digital se numește convertor analog-digital (ADC). Pe partea de recepție, folosind un convertor digital-analogic (DAC), se efectuează o conversie inversă, adică amplitudinile digitizate ale unui semnal continuu sunt demodulate și funcția continuă inițială a timpului este restabilită.

În rețelele de comunicații digitale moderne, sunt utilizate și alte metode de modulare discretă, care fac posibilă reprezentarea măsurătorilor vocale într-o formă mai compactă, de exemplu, ca o secvență de numere pe 4 biți. Se folosește și conceptul de conversie a semnalelor analogice în cele digitale, în care nu semnalele IAM în sine sunt cuantificate și apoi codificate, ci doar modificările lor, iar numărul de niveluri de cuantizare se presupune a fi același. Este evident că un astfel de concept permite conversia semnalelor cu o mai mare acuratețe.

Metodele digitale pentru înregistrarea, reproducerea și transmiterea informațiilor analogice oferă capacitatea de a controla fiabilitatea datelor citite de la un purtător sau primite printr-o linie de comunicație. În acest scop, se folosesc aceleași metode de control ca și pentru datele computerizate (vezi 4.9).

Transmiterea unui semnal continuu într-o formă discretă impune cerințe stricte privind sincronizarea receptorului. Dacă sincronizarea nu este respectată, semnalul original este restabilit incorect, ceea ce duce la distorsiunea vocii sau a imaginii transmise. Dacă cadrele cu măsurători vocale (sau alte valori analogice) ajung sincron, atunci calitatea vocii poate fi destul de ridicată. Cu toate acestea, în rețelele de calculatoare, cadrele pot fi întârziate atât în nodurile finale, cât și în dispozitivele intermediare de comutare (punți, comutatoare, routere), ceea ce afectează negativ calitatea transmisiei vocii. Prin urmare, pentru transmisia de înaltă calitate a semnalelor continue digitalizate, se folosesc rețele digitale speciale (ISDN, ATM, rețele de televiziune digitală), deși rețelele Frame Relay sunt încă folosite pentru a transmite convorbiri telefonice intracorporate, deoarece întârzierile de transmisie a cadrelor în acestea sunt acceptabile. limite.

Crosstalk la capătul apropiat al liniei - determină imunitatea la zgomot a cablului la sursele interne de interferență. De obicei, acestea sunt evaluate în raport cu un cablu format din mai multe perechi răsucite, atunci când capturile reciproce ale unei perechi pe alta pot atinge valori semnificative și pot crea zgomot intern proporțional cu semnalul util.

Fiabilitatea transmiterii datelor(sau rata de eroare a biților) caracterizează probabilitatea de distorsiune pentru fiecare bit de date transmis. Motivele distorsiunii semnalelor informaționale sunt interferența pe linie, precum și lățimea de bandă limitată a trecerii acesteia. Prin urmare, o creștere a fiabilității transmisiei de date este obținută prin creșterea gradului de imunitate la zgomot al liniei, reducerea nivelului de diafonie în cablu și utilizarea mai multor linii de comunicație în bandă largă.

Pentru liniile de comunicație prin cablu convenționale fără protecție suplimentară împotriva erorilor, fiabilitatea transmisiei datelor este, de regulă, 10 -4 -10 -6 . Aceasta înseamnă că, în medie, din 10 4 sau 10 6 biți transmiși, valoarea unui bit va fi coruptă.

Echipamente de linie de comunicație(echipament de transmisie de date - ATD) este echipamentul de margine care conectează direct computerele la linia de comunicație. Face parte din linia de comunicație și funcționează de obicei la nivel fizic, asigurând transmiterea și recepția unui semnal de forma și puterea dorite. Exemple de ADF sunt modemurile, adaptoarele, convertoarele analog-digital și digital-analogic.

DTE nu include echipamentul terminal de date (DTE) al utilizatorului, care generează date pentru transmisie prin linia de comunicație și este conectat direct la DTE. Un DTE include, de exemplu, un router LAN. Rețineți că împărțirea echipamentelor în clase APD și OOD este mai degrabă condiționată.

Echipamentele intermediare sunt utilizate pe liniile de comunicație la distanță lungă, ceea ce rezolvă două sarcini principale: îmbunătățirea calității semnalelor informaționale (forma, puterea, durata acestora) și crearea unui canal compus permanent (canal end-to-end) de comunicare între două rețele. abonati. În LCN, echipamentele intermediare nu sunt utilizate dacă lungimea mediului fizic (cabluri, aer radio) nu este mare, astfel încât semnalele de la un adaptor de rețea la altul să poată fi transmise fără restabilirea intermediară a parametrilor acestora.

În rețelele globale, transmisia de semnal de înaltă calitate este asigurată pe sute și mii de kilometri. Prin urmare, amplificatoarele sunt instalate la anumite distanțe. Pentru a crea o linie de trecere între doi abonați, se folosesc multiplexoare, demultiplexoare și comutatoare.

Echipamentul intermediar al canalului de comunicație este transparent pentru utilizator (nu îl observă), deși în realitate formează o rețea complexă numită rețeaua primarăși servind drept bază pentru construirea de computere, telefonie și alte rețele.

Distinge linii de comunicații analogice și digitale, care folosesc diverse tipuri de echipamente intermediare. În liniile analogice, echipamentele intermediare sunt concepute pentru a amplifica semnale analogice care au o gamă continuă de valori. În canalele analogice de mare viteză, este implementată o tehnică de multiplexare a frecvenței, atunci când mai multe canale analogice de abonat de viteză mică sunt multiplexate într-un canal de mare viteză. În canalele de comunicații digitale, unde semnalele de informații dreptunghiulare au un număr finit de stări, echipamentele intermediare îmbunătățesc forma semnalelor și restaurează perioada de repetiție a acestora. Acesta asigură formarea de canale digitale de mare viteză, lucrând pe principiul multiplexării în timp a canalelor, atunci când fiecărui canal de viteză mică i se alocă o anumită fracțiune din timpul canalului de mare viteză.

La transmiterea datelor computerizate discrete prin linii de comunicație digitale, se definește protocolul de nivel fizic, deoarece parametrii semnalelor de informații transmise de linie sunt standardizați, iar atunci când sunt transmise pe linii analogice, acesta nu este definit, deoarece semnalele de informații au un caracter arbitrar. formă și nu există, nu există cerințe.

Următoarele sunt utilizate în rețelele de comunicații moduri de transfer de informații:

simplex, atunci când emițătorul și receptorul sunt conectate printr-un canal de comunicație, prin care informațiile sunt transmise într-o singură direcție (acest lucru este tipic pentru rețelele de comunicații de televiziune);

semi-duplex, atunci când două noduri de comunicație sunt de asemenea conectate printr-un canal, prin care informațiile sunt transmise alternativ într-o direcție, apoi în direcția opusă (acest lucru este tipic pentru sistemele de informații-referință, cerere-răspuns);

duplex, când două noduri de comunicație sunt conectate prin două canale (canal de comunicare înainte și invers), prin care informațiile sunt transmise simultan în direcții opuse. Canalele duplex sunt utilizate în sistemele cu feedback de decizie și informații.

Canale de comunicare schimbate și dedicate. În TSS, există canale de comunicare dedicate (necomutate) și cele cu comutare pe durata transmiterii informațiilor pe aceste canale.

Când se utilizează canale de comunicație dedicate, echipamentul transceiver al nodurilor de comunicație este conectat în mod constant unul la celălalt. Acest lucru asigură un grad ridicat de pregătire a sistemului pentru transferul de informații, o calitate mai bună a comunicației și suport pentru o cantitate mare de trafic. Datorită costurilor relativ mari de operare a rețelelor cu canale de comunicații dedicate, profitabilitatea acestora se realizează doar dacă canalele sunt încărcate complet.

Canalele de comunicație comutate, create numai pentru timpul de transmitere a unei cantități fixe de informații, se caracterizează prin flexibilitate ridicată și cost relativ scăzut (cu o cantitate mică de trafic). Dezavantajele unor astfel de canale sunt: pierderea timpului de comutare (pentru stabilirea comunicării între abonați), posibilitatea blocării din cauza aglomerației anumitor secțiuni ale liniei de comunicație, calitatea comunicației mai scăzută, costul ridicat cu o cantitate semnificativă de trafic.

Informațiile inițiale care trebuie transmise pe o linie de comunicație pot fi fie discrete (date de ieșire de la computer) fie analogice (vorbire, imagine de televiziune).

Transmitere de date discrete se bazează pe utilizarea a două tipuri de codificare fizică:

A) modulație analogică când codarea se realizează prin modificarea parametrilor semnalului purtător sinusoidal;

b) codificare digitală prin modificarea nivelurilor secvenței impulsurilor de informații dreptunghiulare.

În prezent, datele inițiale, care au o formă analogică, sunt transmise din ce în ce mai mult pe canalele de comunicație într-o formă discretă (sub forma unei secvențe de unu și zero), adică. modulație discretă semnale analogice.

Modulație analogică. Este folosit pentru a transmite date discrete pe canale cu o lățime de bandă îngustă, un reprezentant tipic al căruia este un canal de frecvență vocală furnizat utilizatorilor rețelelor de telefonie. Semnalele cu o frecvență de la 300 la 3400 Hz sunt transmise pe acest canal, adică lățimea de bandă este de 3100 Hz. O astfel de bandă este destul de suficientă pentru transmiterea vorbirii cu o calitate acceptabilă. Limitarea lățimii de bandă a canalului de ton este asociată cu utilizarea echipamentelor de multiplexare și comutare de circuite în rețelele de telefonie.

Există trei moduri de a converti datele digitale în formă analogică sau trei metode de modulare analogică:

modulația de frecvență, când sub acțiunea semnalelor de modulare (biți de informații transmise) se modifică doar frecvența purtătorului oscilațiilor sinusoidale: de exemplu, când se transmite zero, este scăzut, iar când este transmis unul este mare;

modularea de fază, atunci când, în conformitate cu succesiunea biților de informații transmise, se modifică numai faza purtătorului oscilațiilor sinusoidale: la trecerea de la semnalul 1 la semnalul 0 sau invers, faza se schimbă cu 180 °.

În forma sa pură, modularea de amplitudine este rar utilizată în practică datorită imunității scăzute la zgomot. Modulația în frecvență nu necesită circuite complexe în modemuri și este de obicei utilizată în modemurile cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1200 bps. Creșterea ratei de date este asigurată de utilizarea metodelor de modulație combinată, mai des modulația de amplitudine în combinație cu fază.

Codare digitală. La codificarea digitală a informațiilor discrete, sunt utilizate două tipuri de coduri:

a) coduri de potențial, când numai valoarea potențialului semnal este utilizată pentru a reprezenta unități de informație și zerouri, iar scăderile acestuia nu sunt luate în considerare;

b) coduri de impulsuri, când datele binare sunt reprezentate fie prin impulsuri de o anumită polaritate, fie prin scăderi de potențial de o anumită direcție.

Următoarele cerințe sunt impuse metodelor de codificare digitală a informațiilor discrete atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare pentru a reprezenta semnale binare:

asigurarea sincronizării între emițător și receptor;

Asigurarea celei mai mici lățimi de spectru a semnalului rezultat la aceeași rată de biți (deoarece un spectru mai restrâns de semnale permite să se realizeze o rată de date mai mare pe o linie cu aceeași lățime de bandă);

capacitatea de a recunoaște erorile în datele transmise;

Cost relativ scăzut de implementare.

În prezent, sincronizarea emițătorului și receptorului în rețele se realizează prin utilizare coduri de auto-sincronizare(SK). Codarea datelor transmise cu ajutorul SC este de a asigura schimbări (tranziții) regulate și frecvente ale nivelurilor semnalului informațional din canal. Fiecare tranziție a nivelului de semnal de la înalt la scăzut sau invers este utilizată pentru a regla receptorul. Cele mai bune sunt acele SC-uri care asigură o tranziție la nivel de semnal cel puțin o dată în intervalul de timp necesar pentru a primi un bit de informații. Cu cât trecerile la nivel de semnal sunt mai frecvente, cu atât sincronizarea receptorului este mai fiabilă și cu atât identificarea biților de date recepționați este mai sigură.

Coduri de auto-sincronizare. Cele mai comune sunt următoarele SC:

cod potențial fără revenire la zero (NRZ - Non Return to Zero);

cod puls bipolar (cod RZ);

Codul Manchester

· cod bipolar cu inversare de nivel alternativ.

Pe fig. 32 prezintă schemele de codificare pentru mesajul 0101100 folosind aceste CK-uri.

Orez. 32. Scheme de codificare a mesajelor folosind coduri de auto-sincronizare

Pentru transmiterea de date discrete prin linii de comunicație cu o bandă de frecvență îngustă, modulație analogică. Un reprezentant tipic al unor astfel de linii este o linie de comunicație voce-frecvență pusă la dispoziția utilizatorilor rețelelor publice de telefonie. Această linie de comunicație transmite semnale analogice în intervalul de frecvență de la 300 la 3400 Hz (astfel, lățimea de bandă a liniei este de 3100 Hz). Limitarea strictă a lățimii de bandă a liniilor de comunicație în acest caz este asociată cu utilizarea echipamentelor de multiplexare și comutare de circuite în rețelele de telefonie.

Un dispozitiv care îndeplinește funcțiile de modulare a unui sinusoid purtător pe partea de transmisie și demodularea pe partea de recepție se numește modem (modulator-demodulator).

Modulația analogică este o metodă de codare fizică în care informațiile sunt codificate prin schimbare amplitudini, frecvente sau faze un semnal sinusoidal al frecvenței purtătoare. La modulație de amplitudine pentru unul logic se selectează un nivel al amplitudinii sinusoidei frecvenței purtătoare, iar pentru un zero logic, altul. Această metodă este rar folosită în practică în forma sa pură din cauza imunității scăzute la zgomot, dar este adesea folosită în combinație cu alte tipuri de modulație. La modulația de frecvență valorile 0 și 1 ale datelor originale sunt transmise prin sinusoide cu frecvențe diferite . Această metodă de modulare nu necesită electronică complexă a modemului și este utilizată în mod obișnuit în modemurile cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1200 bps. La modularea fazei valorile datelor 0 și 1 corespund unor semnale cu aceeași frecvență, dar cu fază diferită, cum ar fi 0 și 180 de grade sau 0, 90, 180 și 270 de grade. În modemurile de mare viteză, metodele de modulație combinată sunt adesea folosite, de regulă, amplitudinea în combinație cu faza. Metode de modulare combinate sunt utilizate pentru a crește rata de date. Cele mai comune metode sunt Modularea amplitudinii în cuadratura-QAM). Aceste metode se bazează pe o combinație de modulare de fază cu 8 valori de defazare și modulare de amplitudine cu 4 niveluri de amplitudine. Cu toate acestea, nu sunt utilizate toate cele 32 de combinații de semnale posibile. O astfel de redundanță de codare este necesară pentru ca modemul să recunoască semnale eronate, care sunt rezultatul distorsiunii datorate interferențelor, care pe canalele telefonice (în special pe cele comutate) sunt foarte semnificative ca amplitudine și lungi în timp.

La codificare digitală sunt folosite informații discrete potenţialși impuls coduri. LA potenţialÎn coduri, doar valoarea potențialului semnal este folosită pentru a reprezenta cele logice și zerouri, iar picăturile sale, care formează impulsuri complete, nu sunt luate în considerare. Puls codurile permit ca datele binare să fie reprezentate fie prin impulsuri cu o anumită polaritate, fie printr-o parte a pulsului - o scădere potențială a unei anumite direcții.

Atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să se aleagă o metodă de codare care să atingă simultan mai multe obiective: la aceeași rată de biți, să aibă cea mai mică lățime a spectrului semnalului rezultat; asigurat sincronizarea între emițător și receptor; avea capacitatea de a recunoaște greșelile; a avut un cost redus de implementare.

Un spectru de semnal mai restrâns vă permite să obțineți o rată de transfer de date mai mare pe aceeași linie (cu aceeași lățime de bandă). Sincronizarea emițătorului și receptorului este necesară, astfel încât receptorul să știe exact în ce moment este necesar să citească informații noi de pe linia de comunicație. Această problemă este mai dificil de rezolvat în rețele decât atunci când se comunică între dispozitive aflate în imediata apropiere, cum ar fi între dispozitivele din interiorul unui computer sau între un computer și o imprimantă. La distanțe scurte, o schemă bazată pe o linie de comunicare separată de ceas funcționează bine, iar informațiile sunt eliminate din linia de date numai în momentul în care sosește un impuls de ceas. În rețele, utilizarea acestei scheme provoacă dificultăți din cauza eterogenității caracteristicilor conductoarelor din cabluri. Pe distanțe lungi, ondulațiile vitezei semnalului pot face ca ceasul să ajungă atât de târziu sau prea devreme pentru semnalul de date corespunzător încât un bit de date este sărit sau recitit. Un alt motiv pentru care rețelele refuză să folosească impulsuri de ceas este acela de a salva conductorii în cabluri scumpe. Prin urmare, rețelele folosesc așa-numitele coduri de auto-sincronizare, ale căror semnale poartă indicații pentru transmițător în ce moment în timp este necesar să recunoască următorul bit (sau mai mulți biți, dacă codul este orientat către mai mult de două stări de semnal). Orice scădere bruscă a semnalului - așa-numitul față- poate servi ca un bun indiciu pentru sincronizarea receptorului cu transmițătorul. Când se utilizează sinusoide ca semnal purtător, codul rezultat are proprietatea de auto-sincronizare, deoarece o modificare a amplitudinii frecvenței purtătoare permite receptorului să determine momentul în care apare codul de intrare.

Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate este dificil de implementat prin intermediul stratului fizic, prin urmare, cel mai adesea această muncă este întreprinsă de protocoalele care se află mai sus: canal, rețea, transport sau aplicație. Pe de altă parte, recunoașterea erorilor la nivelul fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă ca cadrul să fie complet tamponat, ci îl respinge imediat când biții eronați sunt recunoscuți în cadrul cadrului.

Cerințele pentru metodele de codificare sunt reciproc contradictorii, astfel încât fiecare dintre metodele de codare digitală populare discutate mai jos are propriile avantaje și dezavantaje în comparație cu altele.

Una dintre cele mai simple metode potenţial codificarea este cod de potențial unipolar, numită și codificare fără a reveni la zero (Non Return to Zero-NRZ) (fig.7.1.a). Numele de familie reflectă faptul că atunci când se transmite o secvență de unii, semnalul nu revine la zero în timpul ciclului. Metoda NRZ are o detectare bună a erorilor (datorită a două potențiale puternic diferite), dar nu are proprietatea de auto-sincronizare. La transmiterea unei secvențe lungi de unu sau zero, semnalul de linie nu se modifică, astfel încât receptorul nu este capabil să determine din semnalul de intrare momentele de timp în care este necesar să citească din nou datele. Chiar și cu un generator de ceas foarte precis, receptorul poate face o greșeală în momentul achiziției datelor, deoarece frecvențele celor două generatoare nu sunt aproape niciodată complet identice. Prin urmare, la rate mari de date și secvențe lungi de unu sau zero, o mică nepotrivire a frecvențelor de ceas poate duce la o eroare într-un întreg ciclu și, în consecință, la citirea unei valori de bit incorecte.

a B C D E F

Orez. 7.1. Metode de codificare a datelor binare: a-potențial unipolar

codul social; b- cod potenţial bipolar; în- im- unipolar

cod puls; G -codul pulsului bipolar; d-codul „Manchester”;

e- cod potențial cu patru niveluri de semnal.

Un alt dezavantaj serios al metodei NRZ este prezența unei componente de frecvență joasă care se apropie de zero atunci când transmit secvențe lungi de unu sau zero. Din această cauză, multe linii de comunicație care nu asigură o conexiune galvanică directă între receptor și sursă nu acceptă acest tip de codificare. Drept urmare, codul NRZ în forma sa pură nu este utilizat în rețele, dar sunt utilizate diversele sale modificări, în care sunt eliminate atât autosincronizarea slabă a codului NRZ, cât și prezența unei componente constante.

Una dintre modificările metodei NRZ este metoda Codarea potențialului bipolar cu inversare alternativă (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI).În această metodă ( orez. 7.1.b) sunt utilizate trei niveluri potențiale - negativ, zero și pozitiv. Pentru a codifica un zero logic, se folosește un potențial zero, iar o unitate logică este codificată fie de un potențial pozitiv, fie de unul negativ (în acest caz, potențialul fiecărei unități noi este opus potențialului precedent). Codul AMI elimină parțial DC și lipsa problemelor de sincronizare automată inerente codului NRZ. Acest lucru se întâmplă la trimiterea unor secvențe lungi. În aceste cazuri, semnalul de pe linie este o secvență de impulsuri bipolare cu același spectru ca și codul NRZ care transmit alternativ zero și unu, adică fără componentă constantă și cu o armonică fundamentală de N/2 Hz (unde N este rata de biți a datelor). Secvențele lungi de zerouri sunt, de asemenea, periculoase pentru codul AMI, precum și pentru codul NRZ - semnalul degenerează într-un potențial constant de amplitudine zero. În general, pentru diferite combinații de biți de pe linie, utilizarea codului AMI duce la un spectru de semnal mai îngust decât pentru codul NRZ și, prin urmare, la un randament de linie mai mare. De exemplu, la transmiterea unora și zerouri alternative, armonica fundamentală f 0 are o frecvență de N/4 Hz. Codul AMI oferă și câteva caracteristici pentru recunoașterea semnalelor eronate. Astfel, o încălcare a alternanței stricte a polarității semnalelor indică un impuls fals sau dispariția unui impuls corect din linie. Se numește un semnal cu polaritate incorectă semnal interzis (încălcarea semnalului). Deoarece codul AMI utilizează nu două, ci trei niveluri de semnal pe linie, nivelul suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului pentru a oferi aceeași fidelitate a biților pe linie, ceea ce este un dezavantaj general al codurilor cu stări multiple de semnal în comparație cu codurile care numai disting două stări.

Cele mai simple metode impulsiv codificările sunt cod puls unipolar,în care unul este reprezentat de impuls și zero este reprezentat de absența lui ( orez. 7,1v), și codul pulsului bipolar, în care unitatea este reprezentată de un impuls de o polaritate, iar zero - cealaltă ( orez. 7,1 g). Fiecare puls durează o jumătate de ciclu. Codul de impuls bipolar are proprietăți bune de auto-tac, dar o componentă de impuls DC poate fi prezentă, de exemplu, atunci când se transmite o secvență lungă de unu sau zero. În plus, spectrul său este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Deci, la transmiterea tuturor zerourilor sau unuurilor, frecvența armonicii fundamentale a codului va fi egală cu N Hz, care este de două ori mai mare decât armonica fundamentală a codului NRZ și de patru ori mai mare decât armonica fundamentală a codului AMI la transmiterea alternante a unor şi zerouri. Din cauza spectrului prea larg, codul pulsului bipolar este rar folosit.

În rețelele locale, până de curând, cea mai comună metodă de codare a fost așa-numita „ codul Manchester"(orez. 7.1e). În codul Manchester, o scădere de potențial, adică partea din față a pulsului, este folosită pentru a codifica unii și zerourile. În codificarea Manchester, fiecare ceas este împărțit în două părți. Informațiile sunt codificate de potențiale scăderi care apar la mijlocul fiecărui ciclu. O unitate este codificată printr-o tranziție scăzută la mare, iar un zero este codificat printr-o tranziție inversă. La începutul fiecărui ciclu, poate apărea o margine de semnal de serviciu dacă trebuie să reprezentați mai multe uni sau zerouri la rând. Deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe ciclu de transmisie a unui bit de date, codul Manchester are proprietăți bune de auto-tac. Lățimea de bandă a codului Manchester este mai îngustă decât cea a pulsului bipolar. De asemenea, nu are o componentă constantă, iar armonica fundamentală în cel mai rău caz (când se transmite o secvență de uni sau zerouri) are o frecvență de N Hz, iar în cel mai bun caz (când se transmite alternant uni și zerouri) este egală. la N / 2 Hz, ca în codurile AMI sau NRZ. În medie, lățimea de bandă a codului Manchester este de o ori și jumătate mai îngustă decât cea a codului de impuls bipolar, iar armonica fundamentală oscilează în jurul valorii de 3N/4. Un alt avantaj al codului Manchester este că are doar două niveluri de semnal, în timp ce codul pulsului bipolar are trei.

Există, de asemenea, coduri potențiale cu un număr mare de nivele de semnal pentru codificarea datelor. Arată ca exemplu ( fig 7.1e) cod potențial 2B1Q cu patru nivele de semnal pentru codificarea datelor. În acest cod, fiecare doi biți sunt transmisi într-un ciclu de un semnal care are patru stări. O pereche de biți „00” corespunde unui potențial de -2,5 V, o pereche de biți „01” - un potențial de -0,833 V, o pereche de biți „11” - un potențial de +0,833 V și o pereche de biți „00” biți „10” - un potențial de +2,5 V. Această metodă de codare necesită măsuri suplimentare pentru a trata secvențe lungi de perechi de biți identice, de atunci semnalul se transformă într-o componentă constantă. Cu intercalarea aleatoare a biților, spectrul semnalului este de două ori mai îngust decât cel al codului NRZ (la aceeași rată de biți, timpul ciclului este dublat). Astfel, folosind codul 2B1Q prezentat, este posibil să transferați date pe aceeași linie de două ori mai rapid decât folosind codul AMI. Cu toate acestea, pentru implementarea sa, puterea emițătorului trebuie să fie mai mare, astfel încât cele patru niveluri să fie clar distinse de receptor pe fundalul interferenței.

Pentru a îmbunătăți codurile potențiale precum AMI și 2B1Q, codificare logica. Codarea logică este concepută pentru a înlocui secvențele lungi de biți, conducând la un potențial constant, intercalate cu unii. Două metode sunt caracteristice pentru codarea logică - coduri redundante și amestecare.

Coduri redundante se bazează pe împărțirea secvenței originale de biți în porțiuni, care sunt adesea numite caractere. Apoi fiecare caracter original este înlocuit cu unul nou care are mai mulți biți decât originalul. De exemplu, un cod logic 4B/5B înlocuiește caracterele originale de 4 biți cu caractere de 5 biți. Deoarece simbolurile rezultate conțin biți redundanți, numărul total de combinații de biți din ele este mai mare decât în cele originale. Deci, în codul 4B / 5B, simbolurile rezultate pot conține combinații de 32 de biți, în timp ce simbolurile originale - doar 16. Prin urmare, în codul rezultat, puteți selecta 16 astfel de combinații care nu conțin un număr mare de zerouri și numără restul coduri interzise (încălcarea codului).În plus față de eliminarea DC și de a face codul să se autosincronizeze, codurile redundante permit receptorului să recunoască biții corupti. Dacă receptorul primește un cod interzis, înseamnă că semnalul a fost distorsionat pe linie. Codul 4V/5V este transmis pe linie folosind codificare fizică folosind una dintre metodele de codificare potențiale care este sensibilă numai la secvențe lungi de zerouri. Simbolurile de cod 4V/5V, lungi de 5 biți, garantează că nu pot apărea mai mult de trei zerouri la rând pe linie pentru orice combinație a acestora. Litera B din numele de cod înseamnă că semnalul elementar are 2 stări (din engleză binar - binar). Există, de asemenea, coduri cu trei stări de semnal, de exemplu, în codul 8B / 6T, pentru a codifica 8 biți de informații inițiale, se utilizează un cod de 6 semnale, fiecare având trei stări. Redundanța codului 8B/6T este mai mare decât cea a codului 4B/5B, deoarece există 729 (3 la puterea lui 6) simboluri rezultate pentru 256 de coduri sursă. Utilizarea tabelului de căutare este o operațiune foarte simplă, astfel încât această abordare nu complică adaptoarele de rețea și blocurile de interfață ale comutatoarelor și routerelor (vezi. secțiunile 9,11).

Pentru a oferi o capacitate de linie dată, un transmițător care utilizează un cod redundant trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas crescută. Deci, pentru a transmite coduri 4V / 5V la o rată de 100 Mbps, transmițătorul trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas de 125 MHz. În acest caz, spectrul semnalului pe linie este extins în comparație cu cazul în care un cod pur, neredundant este transmis pe linie. Cu toate acestea, spectrul codului potențial redundant se dovedește a fi mai îngust decât spectrul codului Manchester, ceea ce justifică etapa suplimentară de codificare logică, precum și funcționarea receptorului și emițătorului la o frecvență de ceas crescută.

O altă modalitate de codificare logică se bazează pe „amestecarea” preliminară a informațiilor inițiale în așa fel încât probabilitățile de apariție a unor și zerouri pe linie să devină apropiate. Sunt apelate dispozitivele sau blocurile care efectuează această operație scramblers(scramble - groapa, asamblare dezordonată). La încurcătură se folosește un algoritm binecunoscut, astfel încât receptorul, după ce a primit date binare, le transmite către descifrator, care restabilește secvența inițială de biți. Biții în exces nu sunt transmisi pe linie. Redundanța potențială îmbunătățită și codurile amestecate sunt utilizate în tehnologiile moderne de rețea de mare viteză în loc de codarea „Manchester” și a impulsurilor bipolare.

7.6. Tehnologii de multiplexare a liniilor de comunicație

Pentru multiplexarea(„compactarea”) liniilor de comunicație se folosesc mai multe tehnologii. Tehnologie frecvențămultiplexarea(Multiplexarea cu diviziune în frecvență - FDM) a fost dezvoltat inițial pentru rețelele de telefonie, dar este folosit și pentru alte tipuri de rețele, cum ar fi rețelele de televiziune prin cablu. Această tehnologie presupune transferul semnalelor fiecărui canal de abonat pe propriul său domeniu de frecvență și transmiterea simultană a semnalelor de la mai multe canale de abonat într-o linie de comunicație în bandă largă. De exemplu, intrările unui comutator FDM primesc semnale inițiale de la abonații rețelei telefonice. Comutatorul efectuează o translație de frecvență a fiecărui canal în propria sa bandă de frecvență. De obicei, intervalul de înaltă frecvență este împărțit în benzi care sunt alocate pentru transmiterea datelor de la canalele de abonat. În linia de comunicație dintre două comutatoare FDM, semnalele tuturor canalelor de abonat sunt transmise simultan, dar fiecare dintre ele ocupă propria sa bandă de frecvență. Comutatorul FDM de ieșire separă semnalele modulate ale fiecărei frecvențe purtătoare și le transmite către canalul de ieșire corespunzător la care este conectat direct telefonul abonatului. Comutatoarele FDM pot efectua atât comutare dinamică, cât și permanentă. În comutarea dinamică, un abonat inițiază o conexiune cu un alt abonat prin trimiterea în rețea a numărului de abonat apelat. Comutatorul alocă dinamic una dintre benzile libere acestui abonat. Cu comutare constantă, banda este atribuită abonatului pentru o lungă perioadă de timp. Principiul comutării pe baza diviziunii de frecvență rămâne neschimbat în rețelele de alt tip, se modifică doar limitele benzilor alocate unui canal separat de abonat, precum și numărul acestora.

Tehnologia de multiplexareîmpărțirea timpului(Multiplexarea cu diviziune în timp - TDM) sau temporar multiplexarea se bazează pe utilizarea echipamentelor TDM (multiplexoare, comutatoare, demultiplexoare) care funcționează în modul de partajare a timpului, deservind pe rând toate canalele de abonat pe parcursul unui ciclu. Fiecărei conexiuni i se alocă o porțiune de timp a ciclului de operare hardware, numită și interval de timp. Durata intervalului de timp depinde de numărul de canale de abonați deservite de echipament. Rețelele TDM pot suporta ambele dinamic, sau permanent comutare și, uneori, ambele moduri.

Rețele cu comutare dinamică necesită o procedură prealabilă pentru stabilirea unei legături între abonați. Pentru a face acest lucru, adresa abonatului apelat este transmisă rețelei, care trece prin comutatoare și le configurează pentru transmisia ulterioară a datelor. Solicitarea de conectare este direcționată de la un comutator la altul și ajunge în cele din urmă la partea apelată. Rețeaua poate refuza stabilirea unei conexiuni dacă capacitatea canalului de ieșire necesar a fost deja epuizată. Pentru un comutator FDM, capacitatea de ieșire este egală cu numărul de benzi de frecvență, iar pentru un comutator TDM, este egală cu numărul de intervale de timp în care este împărțit ciclul de funcționare a canalului. De asemenea, rețeaua refuză conexiunea dacă abonatul solicitat a stabilit deja o conexiune cu altcineva. În primul caz, ei spun că comutatorul este ocupat, iar în al doilea - abonatul. Posibilitatea defecțiunii conexiunii este un dezavantaj al metodei de comutare a circuitului. Dacă se poate stabili o conexiune, atunci i se alocă o lățime de bandă fixă în rețelele FDM sau o lățime de bandă fixă în rețelele TDM. Aceste valori rămân neschimbate pe toată perioada conexiunii. Debitul de rețea garantat după stabilirea unei conexiuni este o caracteristică importantă necesară pentru aplicații precum transmisia vocală și video sau controlul obiectelor în timp real.

Dacă există un singur canal de comunicație fizică, de exemplu, la schimbul de date folosind modemuri prin rețeaua telefonică, operațiunea duplex este organizată pe baza împărțirii canalului în două subcanale logice folosind tehnologii FDM sau TDM. Atunci când se utilizează tehnologia FDM, modemurile pentru organizarea funcționării duplex pe o linie cu două fire funcționează la patru frecvențe (două frecvențe - pentru codificarea unor și zerouri la transmiterea datelor într-o direcție, iar celelalte două frecvențe - pentru codare atunci când se transmit în sens opus ). În tehnologia TDM, unele intervale de timp sunt folosite pentru a transfera date într-o direcție, iar unele sunt folosite pentru a transfera date în cealaltă direcție. De obicei, se alternează intervalele de timp din direcții opuse.

În cablurile cu fibră optică pentru organizarea operațiunii duplex atunci când se utilizează o singură fibră optică, transmisia de date într-o direcție se realizează folosind un fascicul de lumină de o lungime de undă, iar în direcția opusă - o lungime de undă diferită. Această tehnologie este în esență legată de metoda FDM, dar pentru cablurile de fibră optică se numește tehnologii de multiplexare a lungimii de undă(Multiplexarea cu diviziune a undelor - WDM) sau val multiplexarea.

Tehnologieval densmultiplexarea (spectrală).(Multiplexarea cu diviziune a undelor dense - DWDM) este proiectat pentru a crea o nouă generație de backbone optice care funcționează la viteze multi-gigabit și terabit. Un astfel de salt calitativ în performanță este oferit datorită faptului că informația dintr-o fibră optică este transmisă simultan de un număr mare de unde luminoase. Rețelele DWDM funcționează pe principiul comutării circuitelor, fiecare undă luminoasă reprezentând un canal spectral separat și purtând propriile sale informații. Unul dintre principalele avantaje ale tehnologiei DWDM este o creștere semnificativă a factorului de utilizare a potențialului de frecvență al fibrei optice, a cărei lățime de bandă teoretică este de 25.000 GHz.

rezumat

În sistemele moderne de telecomunicații, informațiile sunt transmise prin unde electromagnetice – semnale electrice, luminoase sau radio.

Liniile de comunicație, în funcție de tipul de mediu fizic pentru transmiterea informațiilor, pot fi prin cablu (cu fir) sau fără fir. Ca linii de comunicatie se folosesc cabluri telefonice pe baza de conductoare paralele nerasucite, cabluri coaxiale, cabluri pe baza de perechi de conductori rasucite (neecranate si ecranate), cabluri de fibra optica. Cele mai eficiente astăzi și promițătoare în viitorul apropiat sunt cablurile bazate pe perechi răsucite de conductori și cablurile de fibră optică. Liniile de comunicație fără fir sunt cel mai adesea implementate prin transmiterea de semnale radio în diferite benzi de unde radio. Tehnologia de transmisie a datelor fără fir în infraroșu folosește o parte a spectrului electromagnetic dintre lumina vizibilă și cele mai scurte microunde. Cea mai mare viteză și cea mai rezistentă la zgomot este tehnologia laser a comunicațiilor fără fir.

Principalele caracteristici ale liniilor de comunicație sunt răspunsul în frecvență, lățimea de bandă și atenuarea la o anumită frecvență.

Debitul unei linii de comunicație caracterizează rata maximă posibilă de transfer de date peste aceasta. Imunitatea la zgomot a unei linii de comunicație determină capacitatea acesteia de a reduce nivelul de interferență generat în mediul extern pe conductorii interni. Fiabilitatea transmisiei datelor caracterizează probabilitatea de distorsiune pentru fiecare bit de date transmis.

Reprezentarea informațiilor discrete într-o formă sau alta a semnalelor aplicate liniei de comunicație se numește codare fizică. Codarea logică implică înlocuirea biților din informația originală cu o nouă secvență de biți care poartă aceeași informație, dar are proprietăți suplimentare.

Pentru a transmite date discrete prin linii de comunicație cu o bandă de frecvență îngustă, se utilizează modulația analogică, în care informațiile sunt codificate prin modificarea amplitudinii, frecvenței sau fazei unui semnal de frecvență purtătoare sinusoidal. La codificarea digitală a informațiilor discrete, se folosesc coduri de potențial și de impuls. Pentru multiplexarea liniilor de comunicație se folosesc tehnologii de multiplexare în frecvență, timp și unde.

Controlați întrebările și sarcinile

1. Dați clasificarea liniilor de comunicare.

2. Descrieți cele mai comune linii de comunicație prin cablu.

3. Prezentați principalele linii de comunicații fără fir și dați caracteristicile comparative ale acestora.

4. Din cauza ce factori fizici canalele de comunicare distorsionează semnalele transmise?

5. Care este caracteristica amplitudine-frecvență a unui canal de comunicare?

6. În ce unități se măsoară lățimea de bandă a canalului de comunicație?

7. Descrieți conceptul de „imunitate la zgomot a liniei de comunicație”.

8. Ce determină caracteristica „fiabilitatea transmisiei datelor” și în ce unități se măsoară?

9. Ce este „modulația analogică” și ce tipuri de ea sunt folosite pentru a transmite date discrete?

10. Ce dispozitiv îndeplinește funcțiile de modulare a sinusoidului purtător pe partea de transmisie și demodularea acestuia pe partea de recepție?

11. Precizați diferența dintre codarea potențială și a impulsurilor semnalelor digitale.

12. Ce sunt codurile de auto-sincronizare?

13. Care este scopul codificării logice a semnalelor digitale și ce metode sunt folosite?

14. Descrieți tehnologia multiplexării în frecvență a liniilor de comunicație.

15. Care sunt caracteristicile tehnologiei de multiplexare pe diviziune în timp?

16. Ce tehnologie de multiplexare este utilizată în cablurile de fibră optică pentru a organiza operațiunile duplex atunci când se utilizează o singură fibră optică?

17. Care este scopul tehnologiei de multiplexare a undelor dense?