7. FYZICKÁ VRSTVA

7.2. Diskrétne metódy prenosu dát

Pri prenose diskrétnych dát cez komunikačné kanály sa používajú dva hlavné typy fyzického kódovania - založené na sínusovom nosnom signáli a založené na sekvencii pravouhlých impulzov. Prvý spôsob sa často nazýva aj tzv modulácia alebo analógová modulácia , zdôrazňujúc skutočnosť, že kódovanie sa vykonáva zmenou parametrov analógového signálu. Druhý spôsob je tzv digitálne kódovanie . Tieto metódy sa líšia šírkou spektra výsledného signálu a zložitosťou vybavenia potrebného na ich realizáciu.

Pri použití pravouhlých impulzov je spektrum výsledného signálu veľmi široké. Výsledkom použitia sínusoidy je užšie spektrum pri rovnakej informačnej rýchlosti. Implementácia modulácie si však vyžaduje zložitejšie a drahšie vybavenie ako implementácia pravouhlých impulzov.

V súčasnosti sa čoraz častejšie údaje, ktoré majú spočiatku analógovú formu - reč, televízny obraz - prenášajú cez komunikačné kanály v diskrétnej forme, to znamená vo forme postupnosti jednotiek a núl. Proces reprezentácie analógovej informácie v diskrétnej forme sa nazýva diskrétna modulácia .

Analógová modulácia sa používa na prenos diskrétnych dát cez kanály s úzkym frekvenčným pásmom - hlasový frekvenčný kanál (verejné telefónne siete). Tento kanál prenáša frekvencie v rozsahu od 300 do 3400 Hz, takže jeho šírka pásma je 3100 Hz.

Zariadenie, ktoré plní funkcie modulácie nosnej sínusoidy na vysielacej strane a demodulácie na prijímacej strane, sa nazýva modem (modulátor-demodulátor).

Analógová modulácia je metóda fyzického kódovania, pri ktorej sa informácie kódujú zmenou amplitúdy, frekvencie alebo fázy signálu sínusovej nosnej frekvencie (obr. 27).

O amplitúdovej modulácie (obr. 27, b) pre logickú jednotku je zvolená jedna úroveň amplitúdy sínusoidy nosnej frekvencie a pre logickú nulu iná. Táto metóda sa vo svojej čistej forme v praxi používa zriedkavo kvôli nízkej odolnosti voči šumu, ale často sa používa v kombinácii s iným typom modulácie - fázovou moduláciou.

O frekvenčná modulácia (obr. 27, c) hodnoty 0 a 1 počiatočných údajov sú prenášané sínusoidmi s rôznymi frekvenciami - f 0 a f 1,. Tento spôsob modulácie nevyžaduje zložité obvody v modemoch a zvyčajne sa používa v nízkorýchlostných modemoch pracujúcich pri 300 alebo 1200 bps.

O fázová modulácia (obr. 27, d) hodnoty dát 0 a 1 zodpovedajú signálom rovnakej frekvencie, ale s inou fázou, napríklad 0 a 180 stupňov alebo 0, 90, 180 a 270 stupňov.

Vo vysokorýchlostných modemoch sa často používajú kombinované metódy modulácie, spravidla amplitúda v kombinácii s fázou.

Ryža. 27. Rôzne typy modulácie

Spektrum výsledného modulovaného signálu závisí od typu a rýchlosti modulácie.

Pre potenciálne kódovanie sa spektrum získa priamo z Fourierových vzorcov pre periodickú funkciu. Ak sa diskrétne dáta prenášajú bitovou rýchlosťou N bit/s, potom spektrum pozostáva z konštantnej zložky nulovej frekvencie a nekonečného radu harmonických s frekvenciami f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ... , kde f° = N/2. Amplitúdy týchto harmonických klesajú pomerne pomaly - s koeficientmi 1/3, 1/5, 1/7, ... harmonickej amplitúdy f 0 (obr. 28, a). V dôsledku toho potenciálne kódové spektrum vyžaduje širokú šírku pásma pre vysokokvalitný prenos. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy, že v skutočnosti sa spektrum signálu neustále mení v závislosti od charakteru údajov. Preto spektrum výsledného potenciálneho kódového signálu pri prenose ľubovoľných dát zaberá pásmo od nejakej hodnoty blízkej 0 Hz do približne 7f 0 (harmonické s frekvenciami nad 7f 0 možno zanedbať kvôli ich malému príspevku k výslednému signálu) . Pre hlasovo-frekvenčný kanál sa horná hranica pre potenciálne kódovanie dosiahne pri dátovej rýchlosti 971 bps. V dôsledku toho sa potenciálne kódy na hlasových frekvenčných kanáloch nikdy nepoužijú.

Pri amplitúdovej modulácii sa spektrum skladá zo sínusoidy nosnej frekvencie f c a dve bočné harmonické: (f c + f m) a ( f c- f m), kde f m - frekvencia zmeny informačného parametra sínusoidy, ktorá sa zhoduje s rýchlosťou prenosu údajov pri použití dvoch úrovní amplitúdy (obr. 28, b). Frekvencia f m určuje šírku pásma linky pre danú metódu kódovania. Pri nízkej modulačnej frekvencii bude šírka spektra signálu tiež malá (rovná sa 2f m ), takže signály nebudú linkou skreslené, ak je jej šírka pásma väčšia alebo rovná 2f m . Pre hlasový frekvenčný kanál je tento spôsob modulácie prijateľný pri dátovej rýchlosti nie vyššej ako 3100/2=1550 bps. Ak sa na reprezentáciu údajov použijú 4 úrovne amplitúdy, potom sa kapacita kanála zvýši na 3100 bps.

Ryža. 28. Spektrá signálov pri potenciálnom kódovaní

a amplitúdovej modulácie

Pri fázovej a frekvenčnej modulácii je spektrum signálu zložitejšie ako pri amplitúdovej modulácii, keďže sa tu tvoria viac ako dve bočné harmonické, ktoré sú však vzhľadom na hlavnú nosnú frekvenciu umiestnené aj symetricky a ich amplitúdy rýchlo klesajú. Preto sú tieto modulácie tiež vhodné na prenos dát cez hlasovo-frekvenčný kanál.

Pri digitálnom kódovaní diskrétnych informácií sa používajú potenciálne a impulzné kódy. V potenciálových kódoch sa na reprezentáciu logických jednotiek a núl používa iba hodnota potenciálu signálu a jeho poklesy sa neberú do úvahy. Impulzné kódy umožňujú reprezentovať binárne dáta buď impulzmi určitej polarity, alebo časťou impulzu - potenciálnym poklesom určitého smeru.

Pri použití pravouhlých impulzov na prenos diskrétnych informácií je potrebné zvoliť metódu kódovania, ktorá by súčasne dosiahla niekoľko cieľov:

· mal pri rovnakej bitovej rýchlosti najmenšiu šírku spektra výsledného signálu;

· zabezpečovaná synchronizácia medzi vysielačom a prijímačom;

· mal schopnosť rozpoznať chyby;

· mal nízke náklady na realizáciu.

Užšie spektrum signálov umožňuje dosiahnuť vyššiu rýchlosť prenosu dát na tej istej linke. Spektrum signálu často vyžaduje absenciu konštantnej zložky.

Synchronizácia vysielača a prijímača je potrebná, aby prijímač presne vedel, v akom časovom okamihu je potrebné načítať nové informácie z komunikačnej linky. Tento problém sa v sieťach rieši ťažšie ako pri výmene údajov medzi blízko umiestnenými zariadeniami, napríklad medzi jednotkami v počítači alebo medzi počítačom a tlačiarňou. Preto sa v sieťach používajú takzvané samosynchronizačné kódy, ktorých signály nesú inštrukcie pre vysielač o tom, v akom časovom bode by mal byť rozpoznaný ďalší bit (alebo niekoľko bitov). Akákoľvek ostrá hrana v signáli - takzvaná predná - môže byť dobrou indikáciou pre synchronizáciu prijímača s vysielačom.

Pri použití sínusoidov ako nosného signálu má výsledný kód vlastnosť samosynchronizácie, pretože zmena amplitúdy nosnej frekvencie umožňuje prijímaču určiť okamih, kedy sa objaví vstupný kód.

Požiadavky na metódy kódovania sú navzájom protichodné, takže každá z populárnych metód digitálneho kódovania diskutovaná nižšie má v porovnaní s ostatnými svoje výhody a nevýhody.

Na obr. 29a znázorňuje spôsob potenciálneho kódovania, ktorý sa tiež nazýva kódovanie žiadny návrat na nulu (Nie Návrat do nuly, NRZ) . Priezvisko odráža skutočnosť, že pri vysielaní sekvencie jednotiek sa signál počas cyklu nevráti na nulu. Metóda NRZ sa ľahko implementuje, má dobré rozpoznávanie chýb (v dôsledku dvoch výrazne odlišných potenciálov), ale nemá vlastnosť samosynchronizácie. Pri vysielaní dlhej sekvencie jednotiek alebo núl sa signál na linke nemení, takže prijímač nedokáže zo vstupného signálu určiť časy, kedy je potrebné dáta prečítať. Aj s vysoko presným generátorom hodín sa prijímač môže pomýliť s momentom zberu dát, keďže frekvencie oboch generátorov nie sú nikdy úplne identické. Preto pri vysokých dátových rýchlostiach a dlhých sekvenciách jednotiek alebo núl môže malý nesúlad hodinových frekvencií viesť k chybe v celom hodinovom cykle, a teda k čítaniu nesprávnej bitovej hodnoty.

Ďalšou vážnou nevýhodou metódy NRZ je prítomnosť nízkofrekvenčnej zložky, ktorá sa pri vysielaní dlhých sekvencií jednotiek alebo núl blíži k nule. Z tohto dôvodu mnohé komunikačné kanály, ktoré neposkytujú priame galvanické spojenie medzi prijímačom a zdrojom, nepodporujú tento typ kódovania. V dôsledku toho sa kód NRZ vo svojej čistej forme nepoužíva v sieťach. Napriek tomu sa používajú jeho rôzne modifikácie, pri ktorých odpadá tak zlá samosynchronizácia kódu NRZ, ako aj prítomnosť konštantnej zložky. Atraktivita kódu NRZ, pre ktorú má zmysel ho vylepšovať, spočíva v pomerne nízkej frekvencii základnej harmonickej f 0, ktorá sa rovná N/2 Hz. Iné metódy kódovania, ako napríklad Manchester, majú vyššiu základnú frekvenciu.

Ryža. 29. Spôsoby kódovania diskrétnych údajov

Jednou z modifikácií metódy NRZ je metóda bipolárne kódovanie s alternatívnou inverziou (bipolárny Alternatívny Mark Inversion, AMI). Táto metóda (obr. 29, b) využíva tri úrovne potenciálu - negatívnu, nulovú a pozitívnu. Na zakódovanie logickej nuly sa používa nulový potenciál a logická jednotka je zakódovaná buď pozitívnym, alebo negatívnym potenciálom, pričom potenciál každej novej jednotky je opačný ako potenciál predchádzajúcej.

Kód AMI čiastočne eliminuje DC a nedostatok problémov so samočasovaním, ktoré sú vlastné kódu NRZ. Stáva sa to pri odosielaní dlhých sekvencií jednotiek. Signál na linke je v týchto prípadoch sekvenciou bipolárnych impulzov s rovnakým spektrom ako kód NRZ vysielajúcich striedavo nuly a jednotky, teda bez konštantnej zložky a so základnou harmonickou N/2 Hz (kde N je dátová rýchlosť). Dlhé sekvencie núl sú nebezpečné aj pre kód AMI, ako aj pre kód NRZ - signál degeneruje do konštantného potenciálu nulovej amplitúdy. Preto kód AMI potrebuje ďalšie zlepšenie.

Vo všeobecnosti pre rôzne kombinácie bitov na linke vedie použitie kódu AMI k užšiemu spektru signálu ako pri kóde NRZ, a teda k vyššej priepustnosti linky. Napríklad pri vysielaní striedavých jednotiek a núl má základná harmonická f 0 frekvenciu N/4 Hz. Kód AMI tiež poskytuje niektoré funkcie na rozpoznávanie chybných signálov. Porušenie prísneho striedania polarity signálov teda naznačuje falošný impulz alebo zmiznutie správneho impulzu z vedenia. Takýto signál je tzv zakázaný signál (signál porušenie).

Kód AMI nepoužíva dve, ale tri úrovne signálu na riadok. Dodatočná vrstva vyžaduje zvýšenie výkonu vysielača o približne 3 dB na zabezpečenie rovnakej bitovej vernosti na linke, čo je všeobecná nevýhoda kódov s viacerými stavmi signálu v porovnaní s kódmi, ktoré rozlišujú iba dva stavy.

Existuje kód podobný AMI, ale iba s dvoma úrovňami signálu. Pri vysielaní nuly prenáša potenciál, ktorý bol nastavený v predchádzajúcom cykle (čiže ho nemení) a pri vysielaní jednotky sa potenciál obráti na opačný. Tento kód sa nazýva potenciálny kód s inverziou pri jednote (nie vrátiť do nula s tie obrátený , NRZI ) . Tento kód je užitočný v prípadoch, keď je použitie tretej úrovne signálu vysoko nežiaduce, napríklad v optických kábloch, kde sú spoľahlivo rozpoznané dva stavy signálu - svetlo a tieň.

Okrem potenciálnych kódov sa v sieťach používajú aj impulzné kódy, kedy sú dáta reprezentované plným impulzom alebo jeho časťou – frontom. Najjednoduchší prípad tohto prístupu je bipolárny pulzný kód , v ktorom je jednotka reprezentovaná impulzom jednej polarity a nula je druhá (obr. 29, c). Každý impulz trvá polovicu cyklu. Tento kód má vynikajúce samosynchronizujúce vlastnosti, ale konštantná zložka môže byť prítomná napríklad pri vysielaní dlhej sekvencie jednotiek alebo núl. Okrem toho je jeho spektrum širšie ako spektrum potenciálnych kódov. Takže pri prenose všetkých núl alebo jednotiek sa frekvencia základnej harmonickej kódu bude rovnať N Hz, čo je dvakrát vyššia ako základná harmonická kódu NRZ a štyrikrát vyššia ako základná harmonická kódu AMI. pri vysielaní striedavých jednotiek a núl. Kvôli príliš širokému spektru sa bipolárny pulzný kód používa zriedka.

V lokálnych sieťach bol donedávna najrozšírenejším spôsobom kódovania tzv Manchester kód (Obr. 29, d). Používa sa v technológiách Ethernet a Token Ring.

V kóde Manchester sa na zakódovanie jednotiek a núl používa potenciálny pokles, teda predná časť impulzu. V kódovaní Manchester sú každé hodiny rozdelené na dve časti. Informácie sú zakódované potenciálnymi kvapkami, ktoré sa vyskytujú uprostred každého cyklu. Jednotka je zakódovaná nízkou až vysokou úrovňou signálu a nula je zakódovaná spätnou hranou. Na začiatku každého cyklu sa môže vyskytnúť hrana servisného signálu, ak potrebujete reprezentovať niekoľko jednotiek alebo núl v rade. Keďže signál sa zmení aspoň raz za prenosový cyklus jedného dátového bitu, Manchester kód má dobrý samosynchronizujúce vlastnosti. Šírka pásma manchesterského kódu je užšia ako u bipolárneho pulzu. Taktiež nemá konštantnú zložku a základná harmonická má v najhoršom prípade (pri prenose postupnosti jednotiek alebo núl) frekvenciu N Hz a v najlepšom prípade (pri vysielaní striedavých jednotiek a núl) sa rovná na N / 2 Hz, ako v kódoch AMI alebo NRZ. V priemere je šírka pásma manchesterského kódu jeden a pol krát užšia ako u bipolárneho pulzného kódu a základná harmonická osciluje okolo 3N/4. Manchester kód má ďalšiu výhodu oproti bipolárnemu pulznému kódu. Ten používa na prenos dát tri úrovne signálu, zatiaľ čo Manchester používa dve.

Na obr. 29, e ukazuje potenciálny kód so štyrmi úrovňami signálu pre kódovanie dát. Ide o kód 2B1Q, ktorého názov odráža jeho podstatu – každé dva bity (2B) sú v jednom cykle prenášané signálom, ktorý má štyri stavy (1Q). Bit 00 je -2,5 V, bit 01 je -0,833 V, bit 11 je +0,833 V a bit 10 je +2,5 V. sekvencie identických párov bitov, pretože v tomto prípade je signál prevedený na konštantnú zložku. Pri náhodnom bitovom vkladaní je spektrum signálu dvakrát užšie ako spektrum NRZ kódu, pretože pri rovnakej bitovej rýchlosti sa trvanie hodín zdvojnásobí. Pomocou kódu 2B1Q teda môžete prenášať dáta po tej istej linke dvakrát rýchlejšie ako pri použití kódu AMI alebo NRZI. Pre jeho realizáciu však musí byť výkon vysielača vyšší, aby boli štyri úrovne prijímačom zreteľne rozlíšené na pozadí rušenia.

Pri prenose diskrétnych dát cez komunikačné kanály sa používajú dva hlavné typy fyzického kódovania - založené na sínusovom nosnom signáli a na základe sekvencie pravouhlých impulzov. Prvá metóda sa často nazýva aj modulácia alebo analógová modulácia, zdôrazňujúc skutočnosť, že kódovanie sa vykonáva zmenou parametrov analógového signálu. Druhý spôsob je zvyčajne tzv digitálne kódovanie. Tieto metódy sa líšia šírkou spektra výsledného signálu a zložitosťou vybavenia potrebného na ich realizáciu.

Pri použití pravouhlých impulzov je spektrum výsledného signálu veľmi široké. To nie je prekvapujúce, ak si spomenieme, že spektrum ideálnej hybnosti má nekonečnú šírku. Výsledkom použitia sínusoidy je oveľa menšie spektrum pri rovnakej informačnej rýchlosti. Implementácia sínusovej modulácie si však vyžaduje zložitejšie a drahšie vybavenie ako implementácia pravouhlých impulzov.

V súčasnosti sa čoraz častejšie údaje, ktoré majú spočiatku analógovú formu - reč, televízny obraz - prenášajú cez komunikačné kanály v diskrétnej forme, to znamená vo forme postupnosti jednotiek a núl. Proces reprezentácie analógovej informácie v diskrétnej forme sa nazýva diskrétna modulácia. Pojmy „modulácia“ a „kódovanie“ sa často používajú zameniteľne.

O digitálne kódovanie používajú sa diskrétne informačné, potenciálové a impulzné kódy. V potenciálových kódoch sa na reprezentáciu logických jednotiek a núl používa iba hodnota potenciálu signálu a jeho kvapky, ktoré tvoria úplné impulzy, sa neberú do úvahy. Impulzné kódy umožňujú, aby binárne dáta boli reprezentované buď impulzmi určitej polarity, alebo časťou impulzu - potenciálnym poklesom určitého smeru.

Pri použití pravouhlých impulzov na prenos diskrétnych informácií je potrebné zvoliť spôsob kódovania, ktorý by súčasne dosiahol niekoľko cieľov: pri rovnakej bitovej rýchlosti mať najmenšiu šírku spektra výsledného signálu; zabezpečovaná synchronizácia medzi vysielačom a prijímačom;

mal schopnosť rozpoznať chyby; mal nízke náklady na realizáciu.

Siete využívajú tzv samosynchronizujúce kódy, ktorých signály nesú pre vysielač indikáciu, v ktorom časovom okamihu je potrebné rozpoznať nasledujúci bit (alebo niekoľko bitov, ak je kód orientovaný na viac ako dva stavy signálu). Akákoľvek ostrá hrana signálu - takzvaná hrana - môže slúžiť ako dobrá indikácia pre synchronizáciu prijímača s vysielačom. Rozpoznanie a korekcia skreslených údajov je ťažké implementovať pomocou fyzickej vrstvy, preto túto prácu najčastejšie vykonávajú protokoly, ktoré ležia vyššie: kanál, sieť, transport alebo aplikácia. Na druhej strane rozpoznávanie chýb na fyzickej vrstve šetrí čas, pretože prijímač nečaká na úplné umiestnenie rámca do vyrovnávacej pamäte, ale odmietne ho hneď po umiestnení. poznať bitové chyby v rámci.

Potenciálny nenávratný kód nuly, metóda potenciálneho kódovania, nazývaná aj kódovanie bez návratu na nulu (Nie vrátiť do nula, NRZ). Priezvisko odráža skutočnosť, že pri vysielaní sekvencie jednotiek sa signál počas cyklu nevráti na nulu (ako uvidíme nižšie, pri iných spôsoboch kódovania dochádza v tomto prípade k návratu na nulu). Metóda NRZ sa ľahko implementuje, má dobré rozpoznávanie chýb (v dôsledku dvoch výrazne odlišných potenciálov), ale nemá vlastnosť samosynchronizácie. Pri vysielaní dlhej sekvencie jednotiek alebo núl sa signál na linke nemení, takže prijímač nedokáže zo vstupného signálu určiť časy, kedy je potrebné dáta znova načítať. Aj s vysoko presným generátorom hodín sa prijímač môže pomýliť s momentom zberu dát, keďže frekvencie oboch generátorov nie sú nikdy úplne identické. Preto pri vysokých dátových rýchlostiach a dlhých sekvenciách jednotiek alebo núl môže malý nesúlad hodinových frekvencií viesť k chybe v celom hodinovom cykle, a teda k čítaniu nesprávnej bitovej hodnoty.

Metóda bipolárneho kódovania s alternatívnou inverziou. Jednou z modifikácií metódy NRZ je metóda bipolárne kódovanie s alternatívnou inverziou (bipolárny Striedavý Marka inverzia, AMI). Táto metóda využíva tri úrovne potenciálu – negatívny, nulový a pozitívny. Na zakódovanie logickej nuly sa používa nulový potenciál a logická jednotka je zakódovaná buď pozitívnym, alebo negatívnym potenciálom, pričom potenciál každej novej jednotky je opačný ako potenciál predchádzajúcej. Porušenie prísneho striedania polarity signálov teda naznačuje falošný impulz alebo zmiznutie správneho impulzu z vedenia. Vyvolá sa signál s nesprávnou polaritou zakázaný signál (signál porušenie). V kóde AMI sa nepoužívajú dve, ale tri úrovne signálu na riadok. Dodatočná vrstva vyžaduje zvýšenie výkonu vysielača o približne 3 dB na zabezpečenie rovnakej bitovej vernosti na linke, čo je všeobecná nevýhoda kódov s viacerými stavmi signálu v porovnaní s kódmi, ktoré rozlišujú iba dva stavy.

Potenciálny kód s inverziou pri jednote. Existuje kód podobný AMI, ale iba s dvoma úrovňami signálu. Pri vysielaní nuly prenáša potenciál, ktorý bol nastavený v predchádzajúcom cykle (čiže ho nemení) a pri vysielaní jednotky sa potenciál obráti na opačný. Tento kód sa nazýva potenciálny kód s inverziou na jednotke (Nie vrátiť do nula s tie obrátený, NRZI). Tento kód je užitočný v prípadoch, keď je použitie tretej úrovne signálu vysoko nežiaduce, napríklad v optických kábloch, kde sú spoľahlivo rozpoznané dva stavy signálu - svetlý a tmavý.

Bipolárny pulzný kód Okrem potenciálnych kódov siete využívajú aj impulzné kódy, kedy sú dáta reprezentované plným impulzom alebo jeho časťou – frontom. Najjednoduchší prípad tohto prístupu je bipolárny pulzný kód, v ktorom je jednotka reprezentovaná impulzom jednej polarity a nula je druhá . Každý impulz trvá polovicu cyklu. Takýto kód má vynikajúce vlastnosti automatického taktovania, ale môže byť prítomná jednosmerná zložka, napríklad pri vysielaní dlhej sekvencie jednotiek alebo núl. Okrem toho je jeho spektrum širšie ako spektrum potenciálnych kódov. Takže pri prenose všetkých núl alebo jednotiek sa frekvencia základnej harmonickej kódu bude rovnať NHz, čo je dvakrát vyššia ako základná harmonická kódu NRZ a štyrikrát vyššia ako základná harmonická kódu AMI, keď vysielanie striedavých jednotiek a núl. Kvôli príliš širokému spektru sa bipolárny pulzný kód používa zriedka.

Manchester kód. V lokálnych sieťach bol donedávna najrozšírenejším spôsobom kódovania tzv Manchester kód. Používa sa v technológiách Ethernet a TokenRing. V kóde Manchester sa na zakódovanie jednotiek a núl používa potenciálny pokles, teda predná časť impulzu. V kódovaní Manchester sú každé hodiny rozdelené na dve časti. Informácie sú zakódované potenciálnymi kvapkami, ktoré sa vyskytujú uprostred každého cyklu. Jednotka je zakódovaná nízkou až vysokou úrovňou signálu a nula je zakódovaná spätnou hranou. Na začiatku každého cyklu sa môže vyskytnúť hrana servisného signálu, ak potrebujete reprezentovať niekoľko jednotiek alebo núl v rade. Keďže signál sa mení aspoň raz za prenosový cyklus jedného dátového bitu, Manchester kód má dobré samosynchronizačné vlastnosti. Šírka pásma manchesterského kódu je užšia ako u bipolárneho pulzu. V priemere je šírka pásma manchesterského kódu jeden a pol krát užšia ako u bipolárneho pulzného kódu a základná harmonická osciluje okolo 3N/4. Manchester kód má ďalšiu výhodu oproti bipolárnemu pulznému kódu. Ten používa na prenos dát tri úrovne signálu, zatiaľ čo Manchester používa dve.

Potenciálny kód 2B 1Q. Potenciálny kód so štyrmi úrovňami signálu na kódovanie údajov. Toto je kód 2 V 1Q, ktorého názov odráža jeho podstatu - každé dva bity (2B) sú v jednom cykle prenášané signálom, ktorý má štyri stavy (1Q). Bit 00 je -2,5 V, bit 01 je -0,833 V, 11 je +0,833 V a 10 je +2,5 V. Pri tejto metóde kódovania sú potrebné dodatočné opatrenia na zvládnutie dlhých sekvencií identických párov bitov, pretože signál sa potom konvertuje na konštantnú zložku. Pri náhodnom bitovom vkladaní je spektrum signálu dvakrát užšie ako spektrum NRZ kódu, pretože pri rovnakej bitovej rýchlosti sa trvanie hodín zdvojnásobí. Pomocou kódu 2B 1Q teda môžete prenášať dáta na tej istej linke dvakrát rýchlejšie ako pri použití kódu AMI alebo NRZI. Pre jeho realizáciu však musí byť výkon vysielača vyšší, aby boli štyri úrovne prijímačom zreteľne rozlíšené na pozadí rušenia.

Logické kódovanie Logické kódovanie sa používa na zlepšenie potenciálnych kódov ako AMI, NRZI alebo 2Q.1B. Logické kódovanie by malo nahradiť dlhé sekvencie bitov vedúce ku konštantnému potenciálu rozptýlenými. Ako je uvedené vyššie, pre logické kódovanie sú charakteristické dve metódy -. redundantné kódy a scrambling.

Nadbytočné kódy sú založené na rozdelení pôvodnej sekvencie bitov na časti, ktoré sa často nazývajú znaky. Potom sa každý pôvodný znak nahradí novým, ktorý má viac bitov ako pôvodný.

Na zabezpečenie danej kapacity linky musí vysielač využívajúci redundantný kód pracovať so zvýšenou hodinovou frekvenciou. Takže na prenos 4V / 5V kódov rýchlosťou 100 Mb/s musí vysielač pracovať s hodinovou frekvenciou 125 MHz. V tomto prípade je spektrum signálu na linke rozšírené v porovnaní s prípadom, keď je po linke prenášaný čistý, neredundantný kód. Napriek tomu sa spektrum redundantného potenciálneho kódu ukazuje byť užšie ako spektrum manchesterského kódu, čo odôvodňuje dodatočnú fázu logického kódovania, ako aj prevádzku prijímača a vysielača pri zvýšenej frekvencii hodín.

Miešanie. Ďalším spôsobom logického kódovania je miešanie údajov pomocou scramblera pred ich vložením do riadku s úprimným kódom. Metódy skramblovania spočívajú vo výpočte bitu po bite výsledného kódu na základe bitov zdrojového kódu a bitov výsledného kódu získaných v predchádzajúcich cykloch. Napríklad scrambler môže implementovať nasledujúci vzťah:

Asynchrónny a synchrónny prenos

Keď sa dáta vymieňajú na fyzickej vrstve, jednotkou informácie je bit, takže prostriedky fyzickej vrstvy vždy udržiavajú bitovú synchronizáciu medzi prijímačom a vysielačom. Zvyčajne stačí zabezpečiť synchronizáciu na týchto dvoch úrovniach – bitovej a rámcovej – aby vysielač a prijímač mohli zabezpečiť stabilnú výmenu informácií. Ak je však kvalita komunikačnej linky nízka (zvyčajne to platí pre komutované telefónne kanály), zavádzajú sa dodatočné prostriedky synchronizácie na úrovni bajtov, aby sa znížili náklady na vybavenie a zvýšila spoľahlivosť prenosu dát.

Tento režim prevádzky sa nazýva asynchrónne alebo štart stop. V asynchrónnom režime je každý bajt dát sprevádzaný špeciálnymi signálmi štart a stop. Účelom týchto signálov je po prvé upozorniť prijímač na príchod dát a po druhé poskytnúť prijímaču dostatok času na vykonanie niektorých funkcií súvisiacich s časovaním pred príchodom ďalšieho bajtu. Štartovací signál má trvanie jedného hodinového intervalu a stop signál môže trvať jeden, jeden a pol alebo dve hodiny, takže jeden, jeden a pol alebo dva bity sa používajú ako stop signál, hoci tieto signály nepredstavujú užívateľské bity.

V režime synchrónneho prenosu nie sú medzi každým párom bajtov žiadne štart-stop bity. závery

Pri prenose diskrétnych dát cez úzkopásmový hlasovo-frekvenčný kanál používaný v telefónii sú najvhodnejšie metódy analógovej modulácie, pri ktorých je nosná sínusoida modulovaná pôvodnou sekvenciou binárnych číslic. Túto operáciu vykonávajú špeciálne zariadenia - modemy.

Pri nízkorýchlostnom prenose dát sa využíva zmena frekvencie nosnej sínusoidy. Vyššie rýchlostné modemy pracujú na kombinovaných metódach kvadratúrnej amplitúdovej modulácie (QAM), ktoré sa vyznačujú 4 úrovňami nosnej sínusovej amplitúdy a 8 úrovňami fázy. Nie všetkých 32 možných kombinácií metódy QAM sa používa na prenos dát, zakázané kombinácie umožňujú rozpoznať skreslené dáta na fyzickej úrovni.

Na širokopásmových komunikačných kanáloch sa používajú metódy potenciálového a pulzného kódovania, v ktorých sú dáta reprezentované rôznymi úrovňami konštantného potenciálu signálu alebo polarity pulzu resp. jeho vpredu.

Pri použití potenciálnych kódov je úloha synchronizácie prijímača s vysielačom mimoriadne dôležitá, pretože pri vysielaní dlhých sekvencií núl alebo jednotiek sa signál na vstupe prijímača nemení a pre prijímač je ťažké určiť okamih vyzdvihnutie ďalšieho dátového bitu.

Najjednoduchším potenciálnym kódom je nenávratný kód (NRZ), ale nie je samotaktný a vytvára jednosmernú zložku.

Najpopulárnejším impulzným kódom je kód Manchester, v ktorom je informácia prenášaná smerom hrany signálu v strede každého cyklu. Manchester kód sa používa v technológiách Ethernet a TokenRing.

Na zlepšenie vlastností potenciálneho kódu NRZ sa používajú metódy logického kódovania, ktoré vylučujú dlhé sekvencie núl. Tieto metódy sú založené na:

O zavedení redundantných bitov do pôvodných dát (kódy typu 4V/5V);

Zakódovanie pôvodných údajov (kódy ako 2B 1Q).

Vylepšené potenciálne kódy majú užšie spektrum ako pulzné kódy, preto sa používajú vo vysokorýchlostných technológiách ako FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.

Presluchy na blízkom konci linky – určuje odolnosť kábla voči rušeniu voči vnútorným zdrojom rušenia. Zvyčajne sa hodnotia vo vzťahu ku káblu, ktorý pozostáva z niekoľkých krútených párov, kedy vzájomné snímanie jedného páru na druhom môže dosiahnuť významné hodnoty a vytvárať vnútorný šum úmerný užitočnému signálu.

Spoľahlivosť prenosu dát(alebo bitová chybovosť) charakterizuje pravdepodobnosť skreslenia pre každý prenášaný dátový bit. Dôvodom skreslenia informačných signálov je rušenie na linke, ako aj obmedzená šírka pásma jej prechodu. Zvýšenie spoľahlivosti prenosu dát sa preto dosahuje zvýšením stupňa odolnosti linky proti šumu, znížením úrovne presluchov v kábli a použitím väčšieho množstva širokopásmových komunikačných liniek.

Pre bežné káblové komunikačné linky bez dodatočnej ochrany proti chybám je spoľahlivosť prenosu dát spravidla 10 -4 -10 -6. To znamená, že v priemere z 10 4 alebo 10 6 prenášaných bitov sa poškodí hodnota jedného bitu.

Zariadenie komunikačnej linky(zariadenie na prenos dát - ATD) je okrajové zariadenie, ktoré priamo spája počítače s komunikačnou linkou. Je súčasťou komunikačného vedenia a zvyčajne funguje na fyzickej úrovni, pričom zabezpečuje prenos a príjem signálu požadovaného tvaru a výkonu. Príkladmi ADF sú modemy, adaptéry, analógovo-digitálne a digitálno-analógové prevodníky.

DTE nezahŕňa dátové koncové zariadenie (DTE) užívateľa, ktoré generuje dáta na prenos po komunikačnej linke a je pripojené priamo k DTE. DTE zahŕňa napríklad LAN router. Upozorňujeme, že rozdelenie vybavenia do tried APD a OOD je skôr podmienené.

Na dlhých komunikačných linkách sa používa medziľahlé zariadenie, ktoré rieši dve hlavné úlohy: zlepšenie kvality informačných signálov (ich tvar, výkon, trvanie) a vytvorenie trvalého kompozitného kanála (end-to-end kanál) komunikácie medzi dvoma účastníkmi siete. . V LCN sa medzizariadenia nepoužívajú, ak dĺžka fyzického média (káble, rádiový vzduch) nie je veľká, takže signály z jedného sieťového adaptéra do druhého možno prenášať bez prechodnej obnovy ich parametrov.

V globálnych sieťach je zabezpečený kvalitný prenos signálu na stovky a tisíce kilometrov. Preto sú zosilňovače inštalované v určitých vzdialenostiach. Na vytvorenie priechodného vedenia medzi dvoma účastníkmi sa používajú multiplexory, demultiplexory a prepínače.

Medzizariadenie komunikačného kanála je pre užívateľa transparentné (nevšimne si to), hoci v skutočnosti tvorí komplexnú sieť tzv. primárna sieť a slúži ako základ pre budovanie počítačových, telefónnych a iných sietí.

Rozlišovať analógové a digitálne komunikačné linky, ktoré využívajú rôzne typy medzizariadení. V analógových vedeniach je medziľahlé zariadenie navrhnuté na zosilnenie analógových signálov, ktoré majú súvislý rozsah hodnôt. Vo vysokorýchlostných analógových kanáloch je implementovaná technika frekvenčného multiplexovania, keď je niekoľko nízkorýchlostných analógových účastníckych kanálov multiplexovaných do jedného vysokorýchlostného kanála. V digitálnych komunikačných kanáloch, kde majú pravouhlé informačné signály konečný počet stavov, medziľahlé zariadenie zlepšuje tvar signálov a obnovuje ich opakovanie. Zabezpečuje vytváranie vysokorýchlostných digitálnych kanálov, pracujúcich na princípe časového multiplexovania kanálov, kedy každému nízkorýchlostnému kanálu je pridelený určitý zlomok času vysokorýchlostnému kanálu.

Pri prenose diskrétnych počítačových údajov cez digitálne komunikačné linky je definovaný protokol fyzickej vrstvy, pretože parametre informačných signálov prenášaných linkou sú štandardizované a pri prenose cez analógové linky nie je definovaný, pretože informačné signály majú ľubovoľnú tvar a neexistujú žiadne požiadavky.

Nasledujúce sa používajú v komunikačných sieťach režimy prenosu informácií:

simplex, keď sú vysielač a prijímač prepojené jedným komunikačným kanálom, cez ktorý sa informácie prenášajú iba jedným smerom (to je typické pre televízne komunikačné siete);

Half-duplex, keď sú dva komunikačné uzly tiež spojené jedným kanálom, cez ktorý sa informácie prenášajú striedavo v jednom smere, potom v opačnom smere (to je typické pre informačno-referenčné systémy, požiadavky a odpovede);

duplex, keď sú dva komunikačné uzly spojené dvoma kanálmi (dopredný komunikačný kanál a spätný), cez ktoré sa súčasne prenášajú informácie v opačných smeroch. Duplexné kanály sa používajú v systémoch s rozhodovacou a informačnou spätnou väzbou.

Prepínané a vyhradené komunikačné kanály. V TSS sú vyhradené (neprepínané) komunikačné kanály a tie s prepínaním po dobu prenosu informácií cez tieto kanály.

Pri použití vyhradených komunikačných kanálov sú zariadenia transceiveru komunikačných uzlov neustále navzájom prepojené. To zabezpečuje vysoký stupeň pripravenosti systému na prenos informácií, vyššiu kvalitu komunikácie a podporu veľkého objemu prevádzky. Vzhľadom na relatívne vysoké náklady na prevádzku sietí s vyhradenými komunikačnými kanálmi je ich ziskovosť dosiahnutá len pri plnom zaťažení kanálov.

Komutované komunikačné kanály vytvorené len na dobu prenosu fixného množstva informácií sa vyznačujú vysokou flexibilitou a relatívne nízkou cenou (s malým objemom prevádzky). Nevýhody takýchto kanálov sú: strata času na prepínanie (na nadviazanie komunikácie medzi účastníkmi), možnosť blokovania z dôvodu vyťaženosti jednotlivých úsekov komunikačnej linky, nižšia kvalita komunikácie, vysoké náklady so značným objemom prevádzky.

Počiatočné informácie, ktoré je potrebné preniesť cez komunikačnú linku, môžu byť buď diskrétne (výstupné údaje počítača) alebo analógové (reč, televízny obraz).

Diskrétny prenos dát je založený na použití dvoch typov fyzického kódovania:

a) analógová modulácia keď sa kódovanie vykonáva zmenou parametrov sínusového nosného signálu;

b) digitálne kódovanie zmenou úrovní postupnosti pravouhlých informačných impulzov.

Analógová modulácia vedie k oveľa menšiemu spektru výsledného signálu ako pri digitálnom kódovaní pri rovnakej rýchlosti prenosu informácií, ale jej implementácia vyžaduje zložitejšie a drahšie vybavenie.

V súčasnosti sa počiatočné dáta, ktoré majú analógovú formu, čoraz častejšie prenášajú cez komunikačné kanály v diskrétnej forme (vo forme postupnosti jednotiek a núl), t.j. diskrétna modulácia analógové signály.

Analógová modulácia. Používa sa na prenos diskrétnych dát cez kanály s úzkou šírkou pásma, ktorých typickým predstaviteľom je hlasový frekvenčný kanál poskytovaný používateľom telefónnych sietí. Týmto kanálom sa prenášajú signály s frekvenciou 300 až 3400 Hz, t.j. jeho šírka pásma je 3100 Hz. Takéto pásmo úplne postačuje na prenos reči s prijateľnou kvalitou. Obmedzenie šírky pásma tónového kanála je spojené s použitím zariadení na multiplexovanie a prepínanie okruhov v telefónnych sieťach.

Pred prenosom diskrétnych dát na vysielacej strane pomocou modulátora-demodulátora (modemu) sa vykoná modulácia nosnej sínusoidy pôvodnej sekvencie binárnych číslic. Inverznú konverziu (demoduláciu) vykonáva prijímací modem.

Existujú tri spôsoby prevodu digitálnych údajov na analógovú formu alebo tri spôsoby analógovej modulácie:

Amplitúdová modulácia, kedy sa mení iba amplitúda nositeľa sínusových kmitov v súlade s postupnosťou prenášaných informačných bitov: napríklad pri vysielaní jednotky je amplitúda oscilácie nastavená veľká a pri vysielaní nuly je malá, resp. žiadny nosný signál vôbec;

frekvenčná modulácia, kedy sa vplyvom modulačných signálov (prenášaných informačných bitov) mení len nosná frekvencia sínusových kmitov: napríklad pri vysielaní nuly je nízka a pri vysielaní je vysoká;

fázová modulácia, kedy sa v súlade so sekvenciou prenášaných informačných bitov mení len fáza nositeľa sínusových kmitov: pri prepnutí zo signálu 1 na signál 0 alebo naopak sa fáza zmení o 180°.

Vo svojej čistej forme sa amplitúdová modulácia v praxi používa len zriedka kvôli nízkej odolnosti voči šumu. Frekvenčná modulácia nevyžaduje zložité obvody v modemoch a zvyčajne sa používa v nízkorýchlostných modemoch pracujúcich pri 300 alebo 1200 bps. Zvýšenie rýchlosti prenosu dát je zabezpečené použitím kombinovaných modulačných metód, častejšie amplitúdovej modulácie v kombinácii s fázou.

Analógová metóda prenosu diskrétnych údajov poskytuje širokopásmový prenos pomocou signálov s rôznymi nosnými frekvenciami v jednom kanáli. To zaručuje interakciu veľkého počtu účastníkov (každý pár účastníkov pracuje na svojej vlastnej frekvencii).

Digitálne kódovanie. Pri digitálnom kódovaní diskrétnych informácií sa používajú dva typy kódov:

a) potenciálne kódy, keď sa na reprezentáciu informačných jednotiek a núl používa iba hodnota potenciálu signálu a jeho poklesy sa neberú do úvahy;

b) impulzné kódy, keď binárne dáta sú reprezentované buď impulzmi určitej polarity, alebo potenciálnymi poklesmi určitého smeru.

Nasledujúce požiadavky sú kladené na metódy digitálneho kódovania diskrétnych informácií pri použití pravouhlých impulzov na reprezentáciu binárnych signálov:

zabezpečenie synchronizácie medzi vysielačom a prijímačom;

Zabezpečenie najmenšej šírky spektra výsledného signálu pri rovnakej bitovej rýchlosti (keďže užšie spektrum signálov umožňuje dosiahnuť vyššiu dátovú rýchlosť na linke s rovnakou šírkou pásma);

schopnosť rozpoznať chyby v prenášaných údajoch;

Relatívne nízke náklady na realizáciu.

Prostredníctvom fyzickej vrstvy sa vykonáva iba rozpoznanie poškodených dát (detekcia chýb), čo šetrí čas, pretože prijímač bez čakania na úplné umiestnenie prijatého rámca do vyrovnávacej pamäte ho okamžite odmietne, keď rozpozná chybný bitov v ráme. Zložitejšia operácia - oprava poškodených dát - je vykonávaná protokolmi vyššej úrovne: kanál, sieť, transport alebo aplikácia.

Synchronizácia vysielača a prijímača je nevyhnutná, aby prijímač presne vedel, kedy má čítať prichádzajúce dáta. Hodinové signály naladia prijímač na prenášanú správu a udržujú prijímač synchronizovaný s prichádzajúcimi dátovými bitmi. Problém synchronizácie je ľahko vyriešený pri prenose informácií na krátke vzdialenosti (medzi blokmi vo vnútri počítača, medzi počítačom a tlačiarňou) pomocou samostatnej časovacej komunikačnej linky: informácie sa čítajú až v momente, keď príde ďalší hodinový impulz. V počítačových sieťach sa od používania hodinových impulzov upúšťa z dvoch dôvodov: z dôvodu úspory vodičov v drahých kábloch a z dôvodu heterogenity charakteristík vodičov v kábloch (na veľké vzdialenosti môže nerovnomerná rýchlosť šírenia signálu viesť k desynchronizácii hodinové impulzy v hodinovom riadku a informačné impulzy v hlavnom riadku, v dôsledku čoho bude dátový bit buď preskočený, alebo prečítaný).

V súčasnosti sa synchronizácia vysielača a prijímača v sieťach dosahuje pomocou samosynchronizujúce kódy(SK). Kódovanie prenášaných dát pomocou SC má zabezpečiť pravidelné a časté zmeny (prechody) úrovní informačného signálu v kanáli. Každý prechod úrovne signálu z vysokej na nízku alebo naopak sa používa na trimovanie prijímača. Najlepšie sú tie SC, ktoré poskytujú prechod úrovne signálu aspoň raz počas časového intervalu potrebného na prijatie jedného informačného bitu. Čím častejšie sú prechody úrovne signálu, tým spoľahlivejšia je synchronizácia prijímača a tým spoľahlivejšia je identifikácia prijatých dátových bitov.

Tieto požiadavky na metódy digitálneho kódovania diskrétnych informácií sú do určitej miery vzájomne protichodné, preto každá z nižšie uvažovaných metód kódovania má v porovnaní s ostatnými svoje výhody a nevýhody.

Samosynchronizujúce kódy. Najbežnejšie sú tieto SC:

potenciálny kód bez návratu na nulu (NRZ - Non Return to Zero);

bipolárny pulzný kód (RZ kód);

Manchesterský kód

· bipolárny kód so striedavou inverziou úrovní.

Na obr. 32 ukazuje schémy kódovania pre správu 0101100 s použitím týchto CK.

Ryža. 32. Schémy kódovania správ využívajúce samosynchronizujúce kódy

2 Funkcie fyzickej vrstvy Reprezentácia bitov elektrickými/optickými signálmi Kódovanie bitov Synchronizácia bitov Prenos/príjem bitov cez fyzické komunikačné kanály Koordinácia s fyzickým médiom Prenosová rýchlosť Vzdialenosť Úrovne signálov, konektory Vo všetkých sieťových zariadeniach Hardvérová implementácia (sieťové adaptéry ) Príklad: 10 BaseT - UTP kat. 3, 100 ohmov, 100 m, 10 Mbps, MII kód, RJ-45

5 Zariadenie na prenos dát Správa prevodníka - El. signál Kódovač (kompresia, korekčné kódy) Modulátor Sprostredkovateľské vybavenie Zlepšenie kvality komunikácie - (Zosilňovač) ​​Vytvorenie kompozitného kanála - (Prepínač) Multiplexovanie kanálov - (Multiplexer) (PA nemusí byť k dispozícii v LAN)

6 Hlavné charakteristiky komunikačných liniek Šírka pásma (Protokol) Spoľahlivosť prenosu dát (Protokol) Oneskorenie šírenia Frekvenčná odozva (AFC) Šírka pásma Útlm Odolnosť proti šumu Presluchy na blízkom konci linky Jednotková cena

9 Útlm A - jeden bod na frekvenčnú odozvu A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Príklad 1: Pin = 10 mW, Útlm =5 mW Útlm = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Príklad 2: UTP kat. 5 Útlm >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Zvyčajne sa uvádza A pre základné frekvencia signálu. \u003d -23,6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Zvyčajne sa pre hlavnú frekvenciu signálu uvádza A ">

11 Imunita Optické vedenia Káblové vedenia Drôtové vzdušné vedenia Rádiové spojenia (tienenie, skrútenie) Imunita voči vonkajšiemu rušeniu Imunita voči vnútornému rušeniu Útlm presluchu na blízkom konci (NEXT) Útlm presluchu na ďalekom konci (FEXT) (FEXT - Dva páry v jednom smere)

12 Strata krížového hovoru na blízkom konci (NEXT) Pre viacpárové káble NEXT = 10 log Pout/Pout dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Spoľahlivosť prenosu dát Bit Error Rate - BER Pravdepodobnosť skreslenia dátového bitu Príčiny: vonkajšie a vnútorné rušenie, úzka šírka pásma Boj: zvýšená odolnosť proti šumu, znížené rušenie NEXT, zvýšená šírka pásma Krútený pár BER ~ Kábel z optických vlákien BER ~ Bez dodatočnej ochrany:: opravné kódy, protokoly s opakovaním

16 Twisted Pair Twisted Pair (TP) fólia tienenie opletený drôt tienenie izolovaný drôt vonkajší plášť UTP netienený skrútený pár kategória 1, kategória UTP opláštený pár STP Typy 1…9 Každý pár má svoje vlastné tienenie Každý pár má svoje vlastné stúpanie krútenia , vlastná farba Odolnosť proti rušeniu Náklady Zložitosť pokládky

18 Vláknová optika Celkový vnútorný odraz lúča na rozhraní medzi dvoma médiami n1 > n2 - (index lomu) n1 n2 n2 - (index lomu) n1 n2"> n2 - (index lomu) n1 n2"> n2 - (index lomu) n1 n2" title="(!LANG:18 Vláknová optika Celkový vnútorný odraz lúča na hranici dvoch média n1 > n2 - (index lomu) n1 n2"> title="18 Vláknová optika Celkový vnútorný odraz lúča na rozhraní medzi dvoma médiami n1 > n2 - (index lomu) n1 n2"> !}

22 Optický kábel Multi Mode Fiber MMF50/125, 62,5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbps (2005) MMSM

23 Zdroje optického signálu Kanál: zdroj - nosný - prijímač (detektor) Zdroje LED (LED- Light Emitting Diod) nm nekoherentný zdroj - MMF Polovodičový laserový koherentný zdroj - SMF - Výkon = f (t o) Detektory Fotodiódy, kolíkové diódy, lavínové diódy

25 Štruktúrované kabelážne systémy - SCS Structured Cabling System - SCS First LANs - rôzne káble a topológie Zjednotenie systému kabeláže SCS - otvorená infraštruktúra kabeláže LAN (subsystémy, komponenty, rozhrania) - nezávislosť od sieťovej technológie - LAN káble, TV, bezpečnostné systémy atď. P. - univerzálna kabeláž bez odkazu na konkrétnu sieťovú technológiu - Constructor

27 Normy SCS (jadro) EIA/TIA-568A Norma pre telekomunikačné vedenie komerčných budov (USA) CENELEC EN50173 Požiadavky na výkon všeobecných káblových schém (Európa) Informačné technológie ISO/IEC IS - Všeobecná kabeláž pre káblové rozvody v priestoroch zákazníka Pre každý subsystém: Komunikačné médium . Topológia Povolené vzdialenosti (dĺžky káblov) Užívateľské rozhranie. Káble a spojovacie zariadenia. Šírka pásma (výkon). Inštalačná prax (Horizontálny subsystém - UTP, hviezda, 100 m...)

28 Bezdrôtová komunikácia Výhody bezdrôtového prenosu: Pohodlie, neprístupné oblasti, mobilita. rýchle nasadenie ... Nevýhody: vysoká miera rušenia (špeciálne prostriedky: kódy, modulácia ...), ťažkosti pri používaní niektorých rozsahov Komunikačná linka: vysielač - médium - prijímač Charakteristika LAN ~ F (Δf, fn);

34 2. Mobilná telefónia Rozdelenie územia na bunky Opätovné využitie frekvencií Nízky výkon (rozmery) V strede - základňová stanica Európa - Globálny systém pre mobily - GSM Bezdrôtová telefónna komunikácia 1. Rádiová stanica s nízkym výkonom - (základňa slúchadla, 300 m) DECT Digital European Cordless Telecommunication Roaming – prepínanie z jednej základnej siete do druhej – základ mobilnej komunikácie

35 Satelitná komunikácia Na základe satelitu (reflektor-zosilňovač) ​​Vysielače - transpondéry H ~ 50 MHz (1 satelit ~ 20 transpondérov) Frekvenčné rozsahy: C. Ku, Ka C - Down 3,7 - 4,2 GHz Up 5,925-6,425 GHz Ku - Zníženie 11,7-12,2 GHz Nárast 14,0-14,5 GHz Ka - Zníženie 17,7-21,7 GHz Nárast 27,5-30,5 GHz

36 Satelitná komunikácia. Typy satelitov Satelitná komunikácia: mikrovlnná - priama viditeľnosť Geostacionárna Veľké pokrytie Pevné, Nízke opotrebovanie Nasledovný satelit, vysielanie, nízke náklady, náklady nezávislé od vzdialenosti, Okamžité vytvorenie spojenia (Mil) T3=300 ms Nízka bezpečnosť, Spočiatku veľká anténa (ale VSAT) MEO km Globálny pozičný systém GPS - 24 satelitov LEO km nízke pokrytie nízka latencia Internetový prístup

40 Technika rozprestretého spektra Špeciálne modulačné a kódovacie techniky pre bezdrôtovú komunikáciu C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Zníženie výkonu Odolnosť voči šumu Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Stránka 27 od 27 Fyzický základ prenosu dát(Komunikačné linky,)

Fyzický základ prenosu dát

Akákoľvek sieťová technológia musí poskytovať spoľahlivý a rýchly prenos diskrétnych dát cez komunikačné linky. A hoci sú medzi technológiami veľké rozdiely, sú založené na všeobecných princípoch diskrétneho prenosu dát. Tieto princípy sú obsiahnuté v metódach reprezentácie binárnych jednotiek a núl pomocou impulzných alebo sínusových signálov v komunikačných linkách rôzneho fyzikálneho charakteru, metódach detekcie a korekcie chýb, kompresných metódach a prepínacích metódach.

linkyspojenia

Primárne siete, linky a komunikačné kanály

Pri popise technického systému, ktorý prenáša informácie medzi sieťovými uzlami, možno v literatúre nájsť niekoľko názvov: komunikačná linka, kompozitný kanál, kanál, odkaz. Tieto výrazy sa často používajú zameniteľne av mnohých prípadoch to nespôsobuje problémy. Zároveň existujú špecifiká v ich používaní.

Odkaz(link) je segment, ktorý zabezpečuje prenos dát medzi dvoma susednými sieťovými uzlami. To znamená, že spojenie neobsahuje medziľahlé spínacie a multiplexné zariadenia.

kanál(kanál) najčastejšie označujú časť šírky pásma linky, ktorá sa používa nezávisle pri prepínaní. Napríklad primárne sieťové spojenie môže pozostávať z 30 kanálov, z ktorých každý má šírku pásma 64 Kbps.

Kompozitný kanál(obvod) je cesta medzi dvoma koncovými uzlami siete. Zložené spojenie je tvorené jednotlivými medzičlánkami a vnútornými spojeniami v prepínačoch. Často sa epiteton „kompozitný" vynecháva a výraz „kanál" sa používa na označenie tak zloženého kanála, ako aj kanála medzi susednými uzlami, tj v rámci spojenia.

Komunikačná linka možno použiť ako synonymum pre ktorýkoľvek z ostatných troch výrazov.

Na obr. sú znázornené dva varianty komunikačnej linky. V prvom prípade ( a) vedenie pozostáva z káblového segmentu s dĺžkou niekoľkých desiatok metrov a je spojnicou. V druhom prípade (b) je spoj zložený spoj nasadený v sieti s prepínaním okruhov. Takáto sieť by mohla byť primárna sieť alebo telefónnej siete.

Pre počítačovú sieť je však táto linka prepojením, pretože spája dva susedné uzly a všetky spínacie medzizariadenia sú pre tieto uzly transparentné. Dôvod vzájomného nedorozumenia na úrovni počítačových špecialistov a primárnych sieťových špecialistov je tu zrejmý.

Primárne siete sú špeciálne vytvorené za účelom poskytovania služieb prenosu dát pre počítačové a telefónne siete, o ktorých sa hovorí, že v takýchto prípadoch fungujú „nad“ primárnymi sieťami a sú prekryvné siete.

Klasifikácia komunikačných liniek

Komunikačná linka vo všeobecnosti pozostáva z fyzického média, cez ktoré sa prenášajú elektrické informačné signály, zariadenia na prenos údajov a medzizariadenia. Fyzickým médiom na prenos dát (fyzickým médiom) môže byť kábel, teda súprava vodičov, izolačných a ochranných plášťov a konektorov, ako aj zemská atmosféra alebo vonkajší priestor, ktorým sa šíria elektromagnetické vlny.

V prvom prípade sa hovorí o káblové prostredie, a v druhom - bezdrôtový.

V moderných telekomunikačných systémoch sa informácie prenášajú pomocou elektrický prúd alebo napätie, rádiové signály alebo svetelné signály- všetky tieto fyzikálne procesy sú oscilácie elektromagnetického poľa rôznych frekvencií.

Drôtové (nadzemné) vedenia Spojky sú drôty bez akýchkoľvek izolačných alebo tieniacich opletení, položené medzi stĺpmi a zavesené vo vzduchu. Aj v nedávnej minulosti boli takéto komunikačné linky hlavnými na prenos telefónnych alebo telegrafných signálov. V súčasnosti sa káblové komunikačné linky rýchlo nahrádzajú káblovými. Na niektorých miestach sú však stále zachované a pri absencii iných možností sa naďalej používajú na prenos počítačových údajov. Kvalita otáčok a odolnosť proti hluku týchto liniek zanecháva veľa požiadaviek.

káblové vedenia majú pomerne zložitú štruktúru. Kábel sa skladá z vodičov uzavretých v niekoľkých vrstvách izolácie: elektrickej, elektromagnetickej, mechanickej, prípadne klimatickej. Okrem toho môže byť kábel vybavený konektormi, ktoré vám umožnia rýchlo k nemu pripojiť rôzne zariadenia. V počítačových (a telekomunikačných) sieťach sa používajú tri hlavné typy káblov: káble založené na krútených pároch medených drôtov - netienená krútená dvojlinka(Unshielded Twisted Pair, UTP) a tienený krútený pár(tienený krútený pár, STP), koaxiálne káble s medeným jadrom, káble z optických vlákien. Prvé dva typy káblov sú tiež tzv medené káble.

rozhlasové kanály pozemná a satelitná komunikácia sa vytvára pomocou vysielača a prijímača rádiových vĺn. Existuje široká škála typov rádiových kanálov, ktoré sa líšia použitým frekvenčným rozsahom a rozsahom kanálov. Vysielanie rádiových pásiem(dlhé, stredné a krátke vlny), tiež tzv AM kapely, alebo rozsahy amplitúdovej modulácie (Amplitude Modulation, AM), poskytujú komunikáciu na veľké vzdialenosti, ale pri nízkej rýchlosti prenosu dát. Rýchlejšie kanály sú tie, ktoré používajú veľmi vysoké frekvenčné rozsahy(Very High Frequency, VHF), ktorý využíva frekvenčnú moduláciu (Frequency Modulation, FM). Používa sa aj na prenos dát. ultravysoké frekvenčné pásma(Ultra High Frequency, UHF), tiež tzv mikrovlnné rozsahy(viac ako 300 MHz). Pri frekvenciách nad 30 MHz už nie sú signály odrážané zemskou ionosférou a stabilná komunikácia vyžaduje priamu viditeľnosť medzi vysielačom a prijímačom. Preto takéto frekvencie využívajú buď satelitné kanály, alebo mikrovlnné kanály, alebo lokálne alebo mobilné siete, kde je táto podmienka splnená.