Fiziksel katmanda transfer yöntemleri. Fiziksel katmanda ayrık verilerin aktarımı

Konu 2. Fiziksel katman

Plan

Veri iletiminin teorik temelleri

Bilgi, gerilim veya akım gibi bazı fiziksel nicelikler değiştirilerek teller üzerinden iletilebilir. Gerilim veya akımın değerini zamanın tek değerli bir fonksiyonu olarak temsil ederek, sinyalin davranışını modellemek ve matematiksel analize tabi tutmak mümkündür.

Fourier serisi

19. yüzyılın başında, Fransız matematikçi Jean-Baptiste Fourier, T periyoduna sahip herhangi bir periyodik fonksiyonun sinüs ve kosinüs toplamlarından oluşan bir diziye (muhtemelen sonsuz) genişletilebileceğini kanıtladı:
(2.1)
temel frekans (harmonik) nerede ve n'inci harmoniğin sinüs ve kosinüslerinin genlikleri ve c bir sabittir. Böyle bir genişlemeye Fourier serisi denir. Fourier serisinde genişletilen fonksiyon, bu serinin elemanları tarafından geri yüklenebilir, yani eğer T periyodu ve harmoniklerin genlikleri biliniyorsa, o zaman orijinal fonksiyon, serinin (2.1) toplamı kullanılarak geri yüklenebilir.
Sonlu bir süreye sahip bir bilgi sinyali (tüm bilgi sinyallerinin sonlu bir süresi vardır), tüm sinyalin sonsuz bir şekilde tekrar tekrar tekrar ettiğini (yani, T'den 2T'ye kadar olan aralığın tamamen tekrarladığını hayal edersek) bir Fourier serisine genişletilebilir. 0'dan T'ye kadar olan aralık, vb.).
Genlikler, verilen herhangi bir fonksiyon için hesaplanabilir. Bunu yapmak için, denklem (2.1)'in sol ve sağ taraflarını çarpmanız ve ardından 0'dan T'ye entegre etmeniz gerekir. Çünkü:
(2.2)
serinin sadece bir üyesi kalır. Çizgi tamamen kaybolur. Benzer şekilde, denklem (2.1) ile çarpılarak ve 0'dan T'ye zaman içinde entegre edilerek, değerler hesaplanabilir. Denklemin her iki parçasını değiştirmeden entegre edersek, sabitin değerini elde edebiliriz. İle birlikte. Bu eylemlerin sonuçları aşağıdaki gibi olacaktır:
(2.3.)

Yönetilen depolama ortamı

Bir ağın fiziksel katmanının amacı, ham veri akışını bir makineden diğerine aktarmaktır. İletim için sinyal yayma ortamı olarak da adlandırılan çeşitli fiziksel ortamlar kullanılabilir. Her birinin karakteristik bir bant genişliği, gecikme, fiyat ve kurulum ve kullanım kolaylığı seti vardır. Medya iki gruba ayrılabilir: bakır tel ve fiber optik kablo gibi yönlendirilebilir medya ve kablosuz radyo ve lazer ışını iletimi gibi yönlendirilmemiş medya.

Manyetik ortam

Verileri bir bilgisayardan diğerine aktarmanın en kolay yollarından biri, onu teybe veya başka bir çıkarılabilir ortama (yeniden yazılabilir DVD gibi) yazmak, bu teypleri ve diskleri fiziksel olarak hedefe aktarmak ve orada okumaktır.
Yüksek verim. Standart bir Ultrium teyp kartuşu 200 GB tutar. Bu kasetlerden yaklaşık 1000 adet 60x60x60 boyutlarında bir kutuya yerleştirilmiştir, bu da toplam 1600 Tbit (1.6 Pbit) kapasite sağlar. Bir kutu kaset, Federal Express veya başka bir şirket tarafından ABD içinde 24 saat içinde sevk edilebilir. Bu iletim için etkin bant genişliği 1600 Tbps/86400 s veya 19 Gbps'dir. Hedef yalnızca bir saat uzaklıktaysa, aktarım hızı 400 Gbps'nin üzerinde olacaktır. Henüz tek bir bilgisayar ağı bu tür göstergelere yaklaşamıyor bile.
Karlılık. Kasetin toptan fiyatı yaklaşık 40 dolar. Bir kutu şerit 4.000 dolara mal olacak ve aynı şerit onlarca kez kullanılabilir. Nakliye için 1000 $ ekleyelim (aslında çok daha az) ve 200 TB veya gigabayt başına 3 sent transfer için yaklaşık 5000 $ kazanalım.
Kusurlar. Manyetik bantlar kullanılarak veri aktarımının hızı mükemmel olsa da, böyle bir aktarımdaki gecikme miktarı çok büyüktür. Aktarım süresi milisaniye olarak değil dakika veya saat olarak ölçülür. Birçok uygulama, uzak sistemden (bağlı modda) anında yanıt gerektirir.

bükülü çift

Bükümlü bir çift, tipik çapı 1 mm olan iki yalıtılmış bakır telden oluşur. Teller spiral şeklinde birbiri etrafında bükülür. Bu, birkaç bitişik bükümlü çiftin elektromanyetik etkileşimini azaltmanıza izin verir.
Uygulama - telefon hattı, bilgisayar ağı. Birkaç kilometrelik bir mesafe boyunca güç zayıflaması olmadan bir sinyal iletebilir. Daha uzun mesafeler için tekrarlayıcılar gereklidir. Koruyucu bir kaplama ile bir kabloda birleştirilirler. Sinyal çakışmasını önlemek için kabloda bir çift tel bükülür. Hem analog hem de dijital verileri iletmek için kullanılabilirler. Bant genişliği, telin çapına ve uzunluğuna bağlıdır, ancak çoğu durumda, birkaç kilometrelik mesafelerde saniyede birkaç megabit elde edilebilir. Oldukça yüksek bant genişliği ve düşük maliyeti nedeniyle, bükümlü çift kablolar yaygın olarak kullanılmaktadır ve gelecekte büyük olasılıkla popüler olmaya devam edecektir.
Bükümlü çift kablolar, ikisi bilgisayar ağı alanında özellikle önemli olan çeşitli biçimlerde gelir. Kategori 3 bükümlü çift (CAT 3), birlikte bükülmüş iki yalıtılmış telden oluşur. Bu tür dört çift genellikle plastik bir kabuk içinde birlikte yerleştirilir.
Kategori 5 bükümlü çift (CAT 5), Kategori 3 bükümlü çifte benzer, ancak tel uzunluğunun santimetresi başına daha fazla dönüşe sahiptir. Bu, farklı kanallar arasındaki paraziti daha da azaltmayı ve uzun mesafelerde iyileştirilmiş sinyal iletim kalitesi sağlamayı mümkün kılar (Şekil 1).

Pirinç. 1. UTP kategorisi 3 (a), UTP kategorisi 5 (b).
Tüm bu tür bağlantılara genellikle UTP (ekransız bükümlü çift - blendajsız bükümlü çift) denir.
IBM'den gelen korumalı bükümlü çift kablolar, IBM dışında popüler olmadı.

Koaksiyel kablo

Diğer bir yaygın veri iletim yolu koaksiyel kablodur. Bükümlü çiftten daha iyi korumalıdır, bu nedenle daha yüksek hızlarda daha uzun mesafelerde veri taşıyabilir. İki tip kablo yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlardan biri, 50 ohm, genellikle yalnızca dijital verilerin iletimi için kullanılır. 75 ohm'luk başka bir kablo türü, genellikle kablolu televizyonda olduğu gibi analog bilgileri iletmek için kullanılır.
Kablonun kesit görünümü Şekil 2'de gösterilmektedir.

Pirinç. 2. Koaksiyel kablo.
Koaksiyel kablonun tasarımı ve özel koruma türü, yüksek bant genişliği ve mükemmel gürültü bağışıklığı sağlar. Maksimum verim, hattın kalitesine, uzunluğuna ve sinyal-gürültü oranına bağlıdır. Modern kabloların bant genişliği yaklaşık 1 GHz'dir.
Uygulama - telefon sistemleri (şebeke), kablolu televizyon, bölgesel ağlar.

Fiber optik

Mevcut fiber optik teknolojisi, 50.000 Gb/sn'ye (50 Tb/sn) kadar veri hızlarına ulaşabiliyor ve birçok kişi daha iyi malzemeler arıyor. Bugünün pratik 10 Gbps sınırı, laboratuvar koşullarında tek bir fiberde 100 Gbps'ye ulaşılmış olmasına rağmen, elektrik sinyallerinin optik sinyallere ve bunun tersinin daha hızlı dönüştürülenememesinden kaynaklanmaktadır.
Bir optik fiber veri iletim sistemi, üç ana bileşenden oluşur: bir ışık kaynağı, ışık sinyalinin yayıldığı bir taşıyıcı ve bir sinyal alıcısı veya dedektör. Bir ışık darbesi bir olarak alınır ve bir darbenin olmaması sıfır olarak alınır. Işık, ultra ince bir cam elyafta yayılır. Işık ona çarptığında, dedektör bir elektrik darbesi üretir. Optik fiberin bir ucuna ışık kaynağı, diğer ucuna detektör takılarak tek yönlü bir veri iletim sistemi elde edilir.
Bir ışık sinyali iletirken, 2 ortamdan geçiş sırasında ışığın yansıma ve kırılma özelliği kullanılır. Böylece, ortam sınırına belirli bir açıyla ışık verildiğinde, ışık demeti tamamen yansıtılır ve fiberde kilitlenir (Şekil 3).

Pirinç. 3. Işığın kırılma özelliği.
2 tip fiber optik kablo vardır: çok modlu - bir ışık demeti iletir, tek modlu - birkaç dalga boyunun sınırına kadar ince, neredeyse bir dalga kılavuzu gibi davranır, ışık yansıma olmadan düz bir çizgide hareket eder. Günümüzün tek modlu fiber bağlantıları, 100 km'ye kadar olan mesafelerde 50 Gbps'de çalışabilir.
İletişim sistemlerinde üç dalga boyu aralığı kullanılır: sırasıyla 0,85, 1,30 ve 1,55 µm.
Fiber optik kablonun yapısı koaksiyel tele benzer. Tek fark, ilkinin bir tarama ızgarasına sahip olmamasıdır.
Fiber optik çekirdeğin merkezinde ışığın yayıldığı bir cam çekirdek bulunur. Çok modlu fiberin çekirdek çapı yaklaşık olarak bir insan saçı kalınlığında olan 50 µm'dir. Tek modlu bir fiberdeki çekirdeğin çapı 8 ila 10 µm arasındadır. Çekirdek, çekirdekten daha düşük kırılma indisine sahip bir cam tabakası ile kaplanmıştır. Işığın çekirdekten kaçmasını daha güvenilir bir şekilde önlemek için tasarlanmıştır. Dış katman, camı koruyan plastik bir kabuktur. Fiber optik çekirdekler genellikle bir dış kılıf tarafından korunan demetler halinde gruplandırılır. Şekil 4, üç çekirdekli bir kabloyu göstermektedir.

Pirinç. 4. Üç çekirdekli fiber optik kablo.
Bir kopukluk durumunda, kablo segmentlerinin bağlantısı üç şekilde gerçekleştirilebilir:

Kablonun optik bir sokete takıldığı kablonun ucuna özel bir konektör takılabilir. Kayıp, ışık yoğunluğunun %10-20'si kadardır, ancak sistem konfigürasyonunu değiştirmeyi kolaylaştırır.

Ekleme - kablonun düzgünce kesilmiş iki ucu yan yana döşenir ve özel bir manşonla sıkıştırılır. Kablonun uçlarını hizalayarak iyileştirilmiş ışık iletimi sağlanır. Kayıp - ışık gücünün %10'u.

Füzyon. Pratik olarak kayıp yok.

Bir fiber optik kablo üzerinden bir sinyal iletmek için iki tür ışık kaynağı kullanılabilir: ışık yayan diyotlar (LED, Işık Yayan Diyot) ve yarı iletken lazerler. Karşılaştırmalı özellikleri tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1.
LED ve yarı iletken lazer kullanımının karşılaştırma tablosu
Optik kablonun alıcı ucu, üzerine ışık düştüğünde elektrik darbesi üreten bir fotodiyottur.

Fiber optik kablo ve bakır telin karşılaştırmalı özellikleri.

Optik fiberin birçok avantajı vardır:

Yüksek hız.

Daha az sinyal zayıflaması, daha az tekrarlayıcı çıkışı (5 değil 50km'de bir)

Harici elektromanyetik radyasyona karşı inert, kimyasal olarak nötr.

Ağırlık olarak daha hafif. 1000 bakır bükümlü çift 1 km uzunluğunda yaklaşık 8000 kg ağırlığındadır. Bir çift fiber optik kablo, daha fazla bant genişliği ile yalnızca 100 kg ağırlığındadır

Düşük döşeme maliyetleri

Kusurlar:

Kurulumda zorluk ve yeterlilik.

tek yönlü modda iletim, ağlar arasında en az 2 kablo gereklidir.

Kablosuz bağlantı

elektromanyetik spektrum

Elektronların hareketi, uzayda (vakumda bile) yayılabilen elektromanyetik dalgalar üretir. Elektromanyetik salınımların saniyedeki salınım sayısına frekans denir ve hertz cinsinden ölçülür. Ardışık iki yüksek (veya düşük) arasındaki mesafeye dalga boyu denir. Bu değer geleneksel olarak Yunan harfiyle (lambda) gösterilir.
Elektrik devresine uygun boyutta bir anten dahil edilirse, elektromanyetik dalgalar alıcı tarafından belirli bir mesafede başarılı bir şekilde alınabilir. Tüm kablosuz iletişim sistemleri bu prensibe dayanmaktadır.
Bir boşlukta, tüm elektromanyetik dalgalar, frekanslarından bağımsız olarak aynı hızda hareket eder. Bu hıza ışık hızı denir, - 3*108 m/s. Bakır veya camda ışığın hızı bu değerin yaklaşık 2/3'ü kadardır ve biraz da frekansa bağlıdır.
Miktarların ilişkisi ve:

Frekans () MHz cinsinden, dalga boyu () ise metre cinsinden ölçülürse.
Tüm elektromanyetik dalgaların toplamı, sözde sürekli elektromanyetik radyasyon spektrumunu oluşturur (Şekil 5). Radyo, mikrodalga, kızılötesi ve görünür ışık, dalgaların genlik, frekans veya faz modülasyonunu kullanarak bilgi iletmek için kullanılabilir. Ultraviyole, X-ışınları ve gama ışınları, yüksek frekansları nedeniyle daha da iyi olurdu, ancak üretilmeleri ve modüle edilmeleri zordur, binalardan iyi geçmezler ve ayrıca tüm canlılar için tehlikelidirler. Aralıkların resmi adı Tablo 6'da verilmiştir.

Pirinç. 5. Elektromanyetik spektrum ve haberleşmedeki uygulaması.
Tablo 2.
Resmi ITU grup isimleri
Bir elektromanyetik dalganın taşıyabileceği bilgi miktarı, kanalın frekans aralığı ile ilgilidir. Modern teknolojiler, düşük frekanslarda hertz başına birkaç bit kodlamayı mümkün kılar. Belirli koşullar altında, bu sayı yüksek frekanslarda sekiz kat artabilir.
Dalga boyu aralığının genişliğini bilerek, karşılık gelen frekans aralığını ve veri hızını hesaplamak mümkündür.

Örnek: 1,3 mikron fiber optik kablo aralığı için. Ardından 8 bps'de 240 Tbps aktarım hızı elde edebileceğiniz ortaya çıkıyor.

Radyo iletişimi

Radyo dalgalarının üretilmesi, uzun mesafeler kat etmesi, duvarlardan geçmesi, binaların etrafından dolaşması ve her yöne yayılması kolaydır. Radyo dalgalarının özellikleri frekansa bağlıdır (Şekil 6). Düşük frekanslarda çalışırken, radyo dalgaları engelleri iyi geçer, ancak vericiden uzaklaştıkça havadaki sinyal gücü keskin bir şekilde düşer. Güç ve kaynağa olan uzaklık oranı yaklaşık olarak şu şekilde ifade edilir: 1/r2. Yüksek frekanslarda, radyo dalgaları genellikle yalnızca düz bir çizgide hareket etme ve engellerden sektirme eğilimindedir. Ek olarak, örneğin yağmur tarafından emilirler. Herhangi bir frekanstaki radyo sinyalleri, kıvılcım fırçası motorlarından ve diğer elektrikli ekipmanlardan kaynaklanan parazitlere maruz kalabilir.

Pirinç. 6. VLF, LF, MF bantlarının dalgaları dünya yüzeyinin pürüzlülüğü çevresinde dolaşır (a), HF ve VHF bantlarının dalgaları iyonosferden yansır ve dünya tarafından emilir (b).

Mikrodalga aralığında iletişim

100 MHz'in üzerindeki frekanslarda, radyo dalgaları neredeyse düz bir çizgide yayılır, böylece dar ışınlara odaklanabilirler. Parabolik bir anten (iyi bilinen uydu televizyon çanağı gibi) kullanan dar bir ışın biçimindeki enerji konsantrasyonu, sinyal-gürültü oranında bir iyileşmeye yol açar, ancak böyle bir bağlantı için verici ve alıcı antenler birbirlerine oldukça doğru bir şekilde işaret edilmelidir.
Düşük frekanslı radyo dalgalarının aksine, mikrodalgalar binalardan iyi geçmez. Mikrodalga radyo uzun mesafeli telefonlarda, cep telefonlarında, televizyon yayınlarında ve diğer alanlarda o kadar yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandı ki, ciddi bir spektrum sıkıntısı vardı.
Bu bağlantının optik fibere göre bir takım avantajları vardır. Bunlardan en önemlisi, kablo döşemeye gerek olmaması ve buna göre sinyal yolu boyunca arazi kiralaması için ödeme yapılmasına gerek olmamasıdır. Her 50 km'de bir küçük araziler satın almak ve üzerlerine röle kuleleri kurmak yeterlidir.

Kızılötesi ve milimetre dalgaları

Kızılötesi ve kablo kullanmadan milimetrik radyasyon, kısa mesafelerde (örneğin, uzaktan kumandalar) iletişim için yaygın olarak kullanılır. Nispeten yönlü, ucuz ve kurulumu kolaydır, ancak katı nesnelerden geçmezler.
Kızılötesi aralıktaki iletişim, masaüstü bilgisayar sistemlerinde (örneğin, dizüstü bilgisayarları yazıcılara bağlamak için) kullanılır, ancak yine de telekomünikasyonda önemli bir rol oynamaz.

İletişim uyduları

E tipi uydular kullanılır: sabit (GEO), orta irtifa (MEO) ve alçak yörünge (LEO) (Şekil 7).

Pirinç. 7. Haberleşme uyduları ve özellikleri: yörünge yüksekliği, gecikme, dünyanın tüm yüzeyini kaplamak için gereken uydu sayısı.

Genel Anahtarlamalı Telefon Ağı

Telefon sistemi yapısı

Orta mesafelerde tipik bir telefon iletişim yolunun yapısı Şekil 8'de gösterilmektedir.

Pirinç. 8. Aboneler arasındaki ortalama mesafeye sahip tipik iletişim rotası.

Yerel hatlar: modemler, ADSL, kablosuz

Bilgisayar dijital bir sinyalle çalıştığından ve yerel telefon hattı bir analog sinyalin iletimi olduğundan, dijitali analoğa dönüştürmek için bir modem cihazı kullanılır ve işlemin kendisine modülasyon / demodülasyon denir (Şekil 9). .

Pirinç. 9. Dijital bir sinyal iletirken telefon hattının kullanılması.
3 modülasyon yöntemi vardır (Şekil 10):

genlik modülasyonu - 2 farklı sinyal genliği kullanılır (0 ve 1 için),

frekans - birkaç farklı sinyal frekansı kullanılır (0 ve 1 için),

mantıksal birimler (0 ve 1) arasındaki geçiş sırasında faz - faz kaymaları kullanılır. Kesme açıları - 45, 135, 225, 180.

Pratikte kombine modülasyon sistemleri kullanılmaktadır.

Pirinç. 10. İkili sinyal (a); genlik modülasyonu (b); frekans modülasyonu (c); faz modülasyonu.
Tüm modern modemler, verileri her iki yönde de aktarmanıza izin verir, bu çalışma moduna çift yönlü denir. Seri iletim özelliğine sahip bir bağlantıya yarı çift yönlü denir. İletimin yalnızca bir yönde gerçekleştiği bağlantıya tek yönlü denir.
Şu anda elde edilebilecek maksimum modem hızı 56Kb/s'dir. V.90 standardı.

Dijital abone hatları. xDSL teknolojisi.

Modemlerin hızı sınıra ulaştıktan sonra telefon şirketleri bu durumdan çıkış yolu aramaya başladılar. Böylece, xDSL genel adı altında birçok teklif ortaya çıktı. xDSL (Dijital Abone Hattı) - yerine dijital abone hattı x başka harfler olabilir. Bu tekliflerden en bilineni ADSL'dir (Asimetrik DSL).
Modemlerin hız sınırının nedeni, veri iletimi için insan konuşmasının iletim aralığını kullanmalarıydı - 300 Hz ila 3400 Hz. Sınır frekanslarıyla birlikte bant genişliği 3100 Hz değil 4000 Hz idi.
Yerel telefon hattının spektrumu 1,1 Hz olmasına rağmen.
ADSL teknolojisinin ilk önerisi, 3 banda bölünmüş yerel telefon hattının tüm spektrumunu kullandı:

POTS - geleneksel telefon ağının aralığı;

giden aralık;

giriş aralığı.

Farklı amaçlar için farklı frekansları kullanan bir teknolojiye frekans çoğullama veya frekans çoğullama denir.
Ayrık çok tonlu modülasyon adı verilen alternatif bir yöntem olan DMT (Ayrık Çok Tonlu), 1,1 MHz genişliğindeki bir yerel hattın tüm spektrumunun her biri 4312,5 Hz'lik 256 bağımsız kanala bölünmesinden oluşur. Kanal 0, POTS'dur. 1'den 5'e kadar olan kanallar, ses sinyalinin bilgi sinyaline müdahale etmemesi için kullanılmaz. Kalan 250 kanaldan biri sağlayıcıya, biri kullanıcıya yönelik aktarım kontrolü ile meşgul ve diğerlerinin tümü kullanıcı verilerini iletmek için kullanılabilir (Şekil 11).

Pirinç. 11. Ayrık çok tonlu modülasyon kullanarak ADSL işlemi.
ADSL standardı, 8 Mb/s'ye kadar almanızı ve 1 Mb/s'ye kadar göndermenizi sağlar. ADSL2+ - 24Mb/s'ye kadar giden, 1.4 Mb/sn'ye kadar gelen.
Tipik bir ADSL ekipmanı yapılandırması şunları içerir:

DSLAM - DSL erişim çoklayıcı;

NID, telefon şirketinin ve abonenin sahipliğini ayıran bir ağ arabirim aygıtıdır.

Ayırıcı (bölücü), POTS bandını ve ADSL verilerini ayıran bir frekans ayırıcıdır.

Pirinç. 12. ADSL ekipmanının tipik konfigürasyonu.

Çizgiler ve mühürler

Kaynak tasarrufu telefon sisteminde önemli bir rol oynar. Yüksek kapasiteli bir omurga ve düşük kaliteli bir hat döşeme ve bakım maliyeti neredeyse aynıdır (yani, bu maliyetin aslan payı, bakır veya fiber optik kablonun kendisine değil, hendek kazmaya harcanır).
Bu nedenle, telefon şirketleri, birden fazla görüşmeyi tek bir fiziksel kablo üzerinden taşımak için çeşitli şemalar geliştirmek için işbirliği yaptılar. Çoğullama şemaları (sıkıştırma) iki ana kategoriye ayrılabilir FDM (Frekans Bölmeli Çoğullama - frekans bölmeli çoğullama) ve TDM (Zaman Bölmeli Çoğullama - zaman bölmeli çoğullama) (Şekil 13).
Frekans çoğullama ile frekans spektrumu mantıksal kanallar arasında bölünür ve her kullanıcı kendi alt bandının özel mülkiyetini alır. Zaman bölmeli çoğullamada, kullanıcılar sırayla (döngüsel olarak) aynı kanalı kullanır ve her birine kısa bir süre için kanalın tam kapasitesi verilir.
Fiber optik kanallar, özel bir frekans çoğullama çeşidi kullanır. Spektral bölmeli çoğullama (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) olarak adlandırılır.

Pirinç. 13. Frekans çoğullamasına bir örnek: 1 sinyalin orijinal spektrumu (a), frekans kaydırmalı spektrum (b), çoğullanmış kanal (c).

Anahtarlama

Ortalama bir telefon mühendisinin bakış açısından, telefon sistemi iki bölümden oluşur: telefon santralinde bulunan harici ekipman (yerel telefon hatları ve ana hatlar, anahtarların dışında) ve dahili ekipman (panolar).
Herhangi bir iletişim ağı, abonelerinin kendi aralarında geçiş yapmasını (iletişimini) destekler. Etkileşim halindeki her bir çift aboneye, uzun süre "kendi" tekelinde tutabilecekleri, kendi anahtarsız fiziksel iletişim hattını sağlamak pratik olarak imkansızdır. Bu nedenle, herhangi bir ağda, her zaman, ağ aboneleri arasında birkaç iletişim oturumu için mevcut fiziksel kanalların kullanılabilirliğini sağlayan bazı abone değiştirme yöntemi kullanılır.
Telefon sistemlerinde iki farklı teknik kullanılmaktadır: devre anahtarlama ve paket anahtarlama.

Devre anahtarlama

Devre anahtarlama, düğümler arasında doğrudan veri iletimi için seri olarak bağlı bireysel kanal bölümlerinden sürekli bir bileşik fiziksel kanalın oluşumunu ifade eder. Devre anahtarlamalı bir ağda, veri iletiminden önce, her zaman bir bileşik kanalın oluşturulduğu bir bağlantı kurma prosedürünün gerçekleştirilmesi gereklidir (Şekil 14).

Paket değiştirme

Paket anahtarlamada, ağ kullanıcısı tarafından iletilen tüm mesajlar kaynak düğümde paket adı verilen nispeten küçük parçalara bölünür. Her paket, paketi hedef ana bilgisayara iletmek için gereken adres bilgilerini ve ayrıca mesajı birleştirmek için hedef ana bilgisayar tarafından kullanılacak paket numarasını belirten bir başlık ile sağlanır. Paketler ağ üzerinde bağımsız bilgi blokları olarak taşınır. Ağ anahtarları paketleri uç düğümlerden alır ve adres bilgilerine dayalı olarak bunları birbirlerine ve nihayetinde hedef düğüme iletir (Şekil 14).
vb.................

Bir iletişim hattı üzerinden iletilmesi gereken ilk bilgiler, ayrık (bilgisayar çıkış verileri) veya analog (konuşma, televizyon görüntüsü) olabilir.

Ayrık verilerin iletimi, iki tür fiziksel kodlamanın kullanımına dayanır:

a) bir sinüzoidal taşıyıcı sinyalin parametreleri değiştirilerek kodlama yapıldığında analog modülasyon;

b) dikdörtgen bilgi darbeleri dizisinin seviyelerini değiştirerek dijital kodlama.

Analog modülasyon, aynı bilgi aktarım hızında, dijital kodlamaya göre elde edilen sinyalin çok daha küçük bir spektrumuna yol açar, ancak uygulanması daha karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir.

Şu anda, analog bir forma sahip olan orijinal veriler, iletişim kanalları üzerinden ayrı bir biçimde (birler ve sıfırlar dizisi şeklinde) giderek daha fazla iletilmektedir, yani analog sinyallerin ayrık modülasyonu gerçekleştirilir.

analog modülasyon. Tipik bir temsilcisi telefon ağlarının kullanıcılarına sağlanan bir ses frekansı kanalı olan dar bir bant genişliğine sahip kanallar üzerinden ayrık verileri iletmek için kullanılır. 300 ila 3400 Hz frekanslı sinyaller bu kanal üzerinden iletilir, yani bant genişliği 3100 Hz'dir. Böyle bir bant, kabul edilebilir kalitede konuşma iletimi için oldukça yeterlidir. Ton kanalının bant genişliği sınırlaması, telefon ağlarında çoğullama ve devre anahtarlama ekipmanının kullanımı ile ilişkilidir.

Verici tarafta ayrık verilerin bir modülatör-demodülatör (modem) kullanılarak iletilmesinden önce, orijinal ikili basamak dizisinin taşıyıcı sinüzoidinin modülasyonu gerçekleştirilir. Ters dönüştürme (demodülasyon) alıcı modem tarafından gerçekleştirilir.

Dijital verileri analog forma dönüştürmenin üç yolu veya üç analog modülasyon yöntemi vardır:

Genlik modülasyonu, iletilen bilgi bitlerinin sırasına göre yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının genliği değiştiğinde: örneğin, bir tane iletirken, salınım genliği büyük ayarlanır ve sıfır iletirken küçüktür veya var hiç taşıyıcı sinyali yok;

Frekans modülasyonu, modüle edici sinyallerin (iletilen bilgi bitleri) etkisi altındayken sadece sinüzoidal salınımların taşıyıcı frekansı değişir: örneğin, sıfır iletildiğinde düşüktür ve bir iletildiğinde yüksektir;

Faz modülasyonu, iletilen bilgi bitlerinin sırasına göre, yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının fazı değiştiğinde: sinyal 1'den sinyal 0'a geçerken veya tam tersi, faz 180 ° değişir. Saf haliyle, genlik modülasyonu, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren kullanılır. Frekans modülasyonu, modemlerde karmaşık devre gerektirmez ve tipik olarak 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır. Veri hızının arttırılması, birleşik modülasyon yöntemlerinin, daha sıklıkla faz ile kombinasyon halinde genlik modülasyonunun kullanılmasıyla sağlanır.

Ayrık veri iletiminin analog yöntemi, bir kanalda farklı taşıyıcı frekansların sinyallerini kullanarak geniş bant iletimi sağlar. Bu, çok sayıda abonenin etkileşimini garanti eder (her abone çifti kendi frekansında çalışır).

Dijital kodlama. Ayrık bilgileri dijital olarak kodlarken, iki tür kod kullanılır:

a) bilgi birimlerini ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanıldığında ve düşüşleri dikkate alınmadığında potansiyel kodlar;

b) ikili veriler belirli bir polaritedeki darbelerle veya belirli bir yöndeki potansiyel düşüşlerle temsil edildiğinde darbe kodları.

İkili sinyalleri temsil etmek için dikdörtgen darbeler kullanılırken ayrık bilgilerin dijital kodlama yöntemlerine aşağıdaki gereksinimler uygulanır:

Verici ve alıcı arasında senkronizasyonun sağlanması;

Aynı bit hızında elde edilen sinyalin en küçük spektrum genişliğinin sağlanması (çünkü daha dar bir sinyal spektrumu,

aynı bant genişliğine sahip ağlar daha yüksek hızlara ulaşır

veri transferi);

İletilen verilerdeki hataları tanıma yeteneği;

Nispeten düşük uygulama maliyeti.

Fiziksel katman sayesinde, yalnızca bozuk verinin tanınması (hata tespiti) gerçekleştirilir, bu da zaman kazandırır, çünkü alıcı, alınan çerçevenin tamamen arabelleğe alınmasını beklemeden, hatalı gördüğünde hemen reddeder. çerçevedeki bitler. Daha karmaşık bir işlem - bozuk verilerin düzeltilmesi - daha yüksek seviyeli protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, aktarım veya uygulama.

Alıcının gelen verileri tam olarak ne zaman okuyacağını bilmesi için verici ve alıcının senkronizasyonu gereklidir. Saat sinyalleri alıcıyı iletilen mesaja göre ayarlar ve alıcıyı gelen veri bitleriyle senkronize tutar. Ayrı bir zamanlama iletişim hattı kullanılarak kısa mesafelerde (bilgisayar içindeki bloklar arasında, bir bilgisayar ve bir yazıcı arasında) bilgi aktarırken senkronizasyon sorunu kolayca çözülür: bilgi yalnızca bir sonraki saat darbesi geldiğinde okunur. Bilgisayar ağlarında, saat darbelerinin kullanımı iki nedenden dolayı terk edilir: pahalı kablolardaki iletkenleri korumak adına ve kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin heterojenliği nedeniyle (uzun mesafelerde, eşit olmayan sinyal yayılma hızı, kabloların senkronizasyonunun bozulmasına neden olabilir). saat satırındaki saat darbeleri ve ana satırdaki bilgi darbeleri , bunun sonucunda veri biti atlanır veya yeniden okunur).

Halihazırda, verici ve alıcının ağlarda senkronizasyonu, kendi kendini senkronize eden kodlar (SC) kullanılarak sağlanmaktadır. İletilen verilerin SC kullanılarak kodlanması, kanaldaki bilgi sinyali seviyelerinin düzenli ve sık değişmesini (geçişlerini) sağlamaktır. Alıcıyı kırpmak için yüksekten düşüğe veya tersi her sinyal seviyesi geçişi kullanılır. En iyileri, bir bilgi biti almak için gereken zaman aralığı boyunca en az bir kez bir sinyal seviyesi geçişi sağlayan SC'lerdir. Sinyal seviyesi geçişleri ne kadar sık olursa, alıcının senkronizasyonu o kadar güvenilir olur ve alınan veri bitlerinin tanımlanması o kadar güvenli olur.

Ayrık bilgilerin dijital kodlama yöntemleri için bu gereksinimler, bir dereceye kadar birbiriyle çelişkilidir, bu nedenle aşağıda ele alınan kodlama yöntemlerinin her birinin diğerlerine kıyasla avantajları ve dezavantajları vardır.

Kendi kendini senkronize eden kodlar. En yaygın olanları aşağıdaki SC'lerdir:

Sıfıra dönüşsüz potansiyel kod (NRZ - Sıfıra Dönülmez);

Bipolar nabız kodu (RZ kodu);

Manchester kodu;

Alternatif seviye inversiyonlu bipolar kod.

Şek. 32, bu CK'leri kullanan mesaj 0101100 için kodlama şemalarını gösterir.

SC'yi karakterize etmek ve karşılaştırmak için aşağıdaki göstergeler kullanılır:

Senkronizasyon seviyesi (kalitesi);

Alınan bilgi bitlerinin tanınması ve seçilmesinin güvenilirliği (güveni);

Hat bant genişliği ayarlanmışsa, SC kullanılırken iletişim hattındaki sinyal seviyesinin gerekli değişim hızı;

SC'yi uygulayan ekipmanın karmaşıklığı (ve dolayısıyla maliyeti).

NRZ kodunun kodlanması kolaydır ve uygulanması düşük maliyetlidir. Böyle bir isim aldı, çünkü aynı isme sahip bir dizi bit (birler veya sıfırlar) iletirken, diğer kodlama yöntemlerinde olduğu gibi, sinyal döngü sırasında sıfıra dönmez. Sinyal seviyesi her seri için değişmeden kalır, bu da senkronizasyon kalitesini ve alınan bitlerin tanınmasının güvenilirliğini önemli ölçüde azaltır (alıcının zamanlayıcısı gelen sinyalle yanlış hizalanabilir ve hatların zamansız olarak yoklanması meydana gelebilir).

N^-kodu için aşağıdaki ilişkiler geçerlidir:

burada VI, iletişim hattındaki (baud) sinyal seviyesinin değişim oranıdır;

Y2 - iletişim hattının verimi (bit / s).

Bu kodun kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip olmamasına ek olarak, başka bir ciddi dezavantajı da vardır: uzun birler veya sıfırlar iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığı. Sonuç olarak, saf haliyle NRZ kodu ağlarda kullanılmaz. Kodun zayıf kendi kendine senkronizasyonunun ve sabit bir bileşenin varlığının ortadan kaldırıldığı çeşitli modifikasyonları uygulanır.

RZ kodu veya iki kutuplu darbe kodu (sıfıra dönüş kodu), bir bilgi bitinin iletimi sırasında, aynı adı taşıyan bir dizi bitin veya alternatif bitlerin olup olmadığına bakılmaksızın sinyal seviyesinin iki kez değişmesiyle karakterize edilir. iletilen. Bir birim, bir polaritenin dürtüsü ile temsil edilir ve sıfır, bir diğeri tarafından temsil edilir. Her darbe yarım döngü sürer. Bu tür bir kod mükemmel kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir, ancak oranın sağlanması gerektiğinden uygulanmasının maliyeti oldukça yüksektir.

Bir RZ kodunun spektrumu, potansiyel kodlardan daha geniştir. Çok geniş spektrumu nedeniyle nadiren kullanılır.

Manchester kodu, her bir biti sunarken sinyal seviyesinde bir değişiklik ve aynı ada sahip bir dizi biti iletirken çift bir değişiklik sağlar. Her ölçü iki bölüme ayrılmıştır. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Bir birim düşükten yükseğe geçişle kodlanır ve sıfır ters kenarla kodlanır. Bu kod için hız oranı:

Manchester kodu, bir veri bitinin iletim döngüsü başına sinyal en az bir kez değiştiğinden, iyi kendi kendine saatleme özelliklerine sahiptir. Bant genişliği RZ kodundan daha dardır (ortalama bir buçuk kat). Veri iletimi için üç sinyal seviyesinin kullanıldığı iki kutuplu darbe kodunun aksine (bu bazen çok istenmeyen bir durumdur, örneğin optik kablolarda yalnızca iki durum güvenilir bir şekilde tanınır - aydınlık ve karanlık), Manchester kodunun iki seviyesi vardır.

Manchester kodu, Ethernet ve Token Ring teknolojilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alternatif Düzey Ters Çevirme Bipolar Kodu (AMI kodu), NRZ kodunun bir modifikasyonudur. Üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Birim, pozitif bir potansiyel veya negatif bir potansiyel ile kodlanmıştır. Sıfır potansiyeli, sıfırı kodlamak için kullanılır. Her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyelinin tersi olduğundan, kod, bir dizi birim iletirken iyi senkronizasyon özelliklerine sahiptir. Sıfır sayılarını iletirken, senkronizasyon yoktur. AMI kodunun uygulanması nispeten kolaydır. Onun için

Hat üzerinde çeşitli bit kombinasyonları iletirken, AMI kodunun kullanılması, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumuna ve dolayısıyla daha yüksek bir hat verimine yol açar.

Geliştirilmiş potansiyel kodların (yükseltilmiş Manchester kodu ve AMI kodu), darbe kodlarından daha dar bir spektruma sahip olduğunu ve bu nedenle FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde kullanıldığını unutmayın.

Analog sinyallerin ayrık modülasyonu. Daha önce belirtildiği gibi, modern bilgisayar ağlarının geliştirilmesindeki eğilimlerden biri, dijitalleşmeleri, yani herhangi bir nitelikteki sinyallerin dijital biçimde iletilmesidir. Bu sinyallerin kaynakları bilgisayarlar (ayrık veriler için) veya telefonlar, video kameralar, video ve ses cihazları (analog veriler için) gibi cihazlar olabilir. Yakın zamana kadar (dijital iletişim ağlarının ortaya çıkmasından önce), bölgesel ağlarda her tür veri analog biçimde iletilir ve doğası gereği ayrık olan bilgisayar verileri modemler kullanılarak analog biçime dönüştürülürdü.

Bununla birlikte, analog biçimde bilgi iletimi, iletim sırasında önemli bir bozulma varsa, alınan verilerin kalitesini iyileştirmez. Bu nedenle, ses ve görüntülerin kaydedilmesi ve iletilmesi için analog tekniğin yerini, analog sinyallerin ayrık modülasyonunu kullanan dijital teknoloji almıştır.

Ayrık modülasyon, hem genlik hem de zaman olarak sürekli sinyallerin örneklenmesine dayanır. Analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, 1938'de A.Kh tarafından önerilen darbe kod modülasyonudur (PCM). Reeves (ABD).

PCM kullanırken, dönüştürme işlemi üç aşama içerir: haritalama, niceleme ve kodlama (Şekil 33).

İlk aşama gösterimdir. Orijinal sürekli sinyalin genliği, zaman ayrıklaştırmasının meydana gelmesinden dolayı belirli bir periyot ile ölçülür. Bu aşamada analog sinyal, darbe genlik modülasyonu (PAM) sinyallerine dönüştürülür. Aşamanın yürütülmesi, ana konumu şu olan Nyquist-Kotelnikov haritalama teorisine dayanmaktadır: analog sinyal düzenli aralıklarla (yani, ayrık zaman değerlerinin bir dizisi olarak temsil edilir) frekans ile düzenli aralıklarla görüntülenirse. orijinal sürekli sinyalin en yüksek harmonik spektrumunun frekansının en az iki katıysa, ekran orijinal sinyali geri yüklemek için yeterli bilgiyi içerecektir. Analog telefonda, ses iletimi için, muhatapların tüm ana harmoniklerinin yüksek kaliteli iletimi için yeterli olan 300 ila 3400 Hz aralığı seçilir. Bu nedenle, ses iletimi için PCM yönteminin uygulandığı dijital ağlarda, 8000 Hz'lik bir görüntüleme frekansı benimsenmiştir (bu, bir miktar kalite marjı sağlayan 6800 Hz'den fazladır).

Kuantizasyon adımında, her IAM sinyaline en yakın niceleme seviyesine karşılık gelen nicelenmiş bir değer verilir. IAM sinyal genlik varyasyonunun tüm aralığı, 128 veya 256 nicemleme seviyesine bölünmüştür. Nicemleme seviyeleri ne kadar fazlaysa, IAM sinyal genliği nicelenmiş seviye ile o kadar doğru temsil edilir.

Kodlama aşamasında, nicelenmiş her eşlemeye 7 bitlik (nicelleme seviyelerinin sayısı 128 ise) veya 8 bitlik (niceleme seviyelerinin sayısı 128 ise) ikili kod atanır. Şek. 33, seviye 43 ile nicelenmiş bir sinyale karşılık gelen 8 elemanlı ikili kod 00101011'in sinyallerini gösterir. 7 elemanlı kodlarla kodlama yapılırken, kanal üzerindeki veri hızı 56 Kbps olmalıdır (bu, görüntüleme frekansının çarpımıdır ve ikili kodun bit derinliği) ve 8 elemanlı kodları kodlarken - 64 Kbps. Standart, dijital telefon ağlarının temel kanalı olarak da adlandırılan 64 kbit/s'lik bir dijital kanaldır.

Bir analog değeri dijital koda dönüştürmek için bu adımları gerçekleştiren cihaza analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) denir. Alıcı tarafta, bir dijital-analog dönüştürücünün (DAC) yardımıyla, bir ters dönüştürme gerçekleştirilir, yani, sürekli bir sinyalin sayısallaştırılmış genlikleri demodüle edilir ve zamanın orijinal sürekli işlevi geri yüklenir.

Modern dijital iletişim ağlarında, ses ölçümlerini daha kompakt bir biçimde, örneğin 4 bitlik bir sayı dizisi olarak temsil etmeyi mümkün kılan diğer ayrık modülasyon yöntemleri de kullanılır. Analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştürme kavramı da kullanılır; burada IAM sinyallerinin kendilerinin nicemlenmediği ve daha sonra kodlandığı, ancak yalnızca değişikliklerinin olduğu ve niceleme düzeylerinin sayısının aynı olduğu varsayılır. Böyle bir kavramın, sinyallerin daha doğru bir şekilde dönüştürülmesine izin verdiği açıktır.

Analog bilgilerin kaydedilmesi, çoğaltılması ve iletilmesi için dijital yöntemler, bir taşıyıcıdan okunan veya bir iletişim hattı aracılığıyla alınan verilerin güvenilirliğini kontrol etme yeteneği sağlar. Bu amaçla, bilgisayar verileriyle aynı kontrol yöntemleri kullanılır (bkz. 4.9).

Kesintisiz bir sinyalin ayrı bir biçimde iletilmesi, alıcının senkronizasyonu için katı gereksinimler getirir. Senkronizasyon gözlenmezse, orijinal sinyal yanlış bir şekilde geri yüklenir ve bu da sesin veya iletilen görüntünün bozulmasına yol açar. Ses ölçümlü çerçeveler (veya diğer analog değerler) senkron olarak geliyorsa, ses kalitesi oldukça yüksek olabilir. Ancak bilgisayar ağlarında çerçeveler hem uç düğümlerde hem de ara anahtarlama cihazlarında (köprüler, anahtarlar, yönlendiriciler) gecikebilir ve bu da ses iletiminin kalitesini olumsuz etkiler. Bu nedenle, sayısallaştırılmış sürekli sinyallerin yüksek kalitede iletimi için özel dijital ağlar (ISDN, ATM, dijital televizyon ağları) kullanılır, ancak Çerçeve Aktarma ağları, içlerindeki çerçeve iletim gecikmeleri kabul edilebilir sınırlar içinde olduğundan, şirket içi telefon konuşmalarını iletmek için hala kullanılmaktadır. .

Hattın yakın ucundaki karışma - kablonun dahili parazit kaynaklarına karşı gürültü bağışıklığını belirler. Genellikle, bir çiftin diğerindeki karşılıklı alıcıları önemli değerlere ulaşabildiğinde ve yararlı sinyalle orantılı dahili gürültü oluşturabildiğinde, birkaç bükümlü çiftten oluşan bir kablo ile ilgili olarak değerlendirilirler.

Veri iletiminin güvenilirliği(veya bit hata oranı), iletilen her veri biti için bozulma olasılığını karakterize eder. Bilgi sinyallerinin bozulmasının nedenleri, hattaki parazitin yanı sıra geçişinin sınırlı bant genişliğidir. Bu nedenle, hattın gürültü bağışıklığının derecesi artırılarak, kablodaki karışma seviyesini azaltarak ve daha geniş bantlı iletişim hatları kullanılarak veri iletiminin güvenilirliğinde bir artış elde edilir.

Ek hata koruması olmayan geleneksel kablo iletişim hatları için, veri iletiminin güvenilirliği kural olarak 10 -4 -10 -6'dır. Bu, ortalama olarak, iletilen 10 4 veya 106 bitten bir bitin değerinin bozulacağı anlamına gelir.

İletişim hattı ekipmanı(veri iletim ekipmanı - ATD), bilgisayarları doğrudan iletişim hattına bağlayan uç ekipmandır. İletişim hattının bir parçasıdır ve genellikle fiziksel düzeyde çalışır, istenen şekil ve güçte bir sinyalin iletilmesini ve alınmasını sağlar. ADF'lere örnek olarak modemler, adaptörler, analogdan dijitale ve dijitalden analoga dönüştürücüler verilebilir.

DTE, iletişim hattı üzerinden iletim için veri üreten ve doğrudan DTE'ye bağlı olan kullanıcının veri terminal ekipmanını (DTE) içermez. Bir DTE, örneğin bir LAN yönlendiricisi içerir. Ekipmanın APD ve OOD sınıflarına bölünmesinin oldukça şartlı olduğunu unutmayın.

Uzun iletişim hatlarında, iki ana görevi çözen ara ekipman kullanılır: bilgi sinyallerinin kalitesini (şekli, gücü, süresi) iyileştirmek ve iki ağ abonesi arasında kalıcı bir bileşik kanal (uçtan uca kanal) oluşturmak . LCN'de, fiziksel ortamın (kablolar, radyo havası) uzunluğu yüksek değilse, ara ekipman kullanılmaz, böylece bir ağ adaptöründen diğerine sinyallerin parametrelerinin ara restorasyonu olmadan iletilebilir.

Küresel ağlarda, yüzlerce ve binlerce kilometre boyunca yüksek kaliteli sinyal iletimi sağlanır. Bu nedenle, amplifikatörler belirli mesafelere kurulur. İki abone arasında bir geçiş hattı oluşturmak için çoklayıcılar, çoğullayıcılar ve anahtarlar kullanılır.

İletişim kanalının ara ekipmanı, gerçekte karmaşık bir ağ oluşturmasına rağmen, kullanıcı için şeffaftır (farketmez). Birincil ağ ve bilgisayar, telefon ve diğer ağlar oluşturmak için temel olarak hizmet vermek.

Ayırt etmek analog ve dijital iletişim hatlarıçeşitli ara ekipman kullananlar. Analog hatlarda, ara ekipman, sürekli bir değer aralığına sahip analog sinyalleri yükseltmek için tasarlanmıştır. Yüksek hızlı analog kanallarda, birkaç düşük hızlı analog abone kanalı bir yüksek hızlı kanala çoğullandığında bir frekans çoğullama tekniği uygulanır. Dikdörtgen bilgi sinyallerinin sonlu sayıda duruma sahip olduğu dijital iletişim kanallarında, ara ekipman sinyallerin şeklini iyileştirir ve tekrarlama sürelerini geri yükler. Her bir düşük hızlı kanala, yüksek hızlı kanalın süresinin belirli bir kısmı tahsis edildiğinde, kanalların zaman çoğullaması prensibi üzerinde çalışan yüksek hızlı dijital kanalların oluşumunu sağlar.

Ayrık bilgisayar verilerinin dijital iletişim hatları üzerinden iletilmesi sırasında, hat tarafından iletilen bilgi sinyallerinin parametreleri standartlaştırıldığı için fiziksel katman protokolü tanımlanır ve analog hatlar üzerinden iletildiğinde, bilgi sinyallerinin keyfi olduğu için tanımlanmaz. şekil ve hiçbir gereklilik yoktur.

Aşağıdakiler iletişim ağlarında kullanılır bilgi aktarım modları:

tek yönlü, verici ve alıcı, bilgilerin yalnızca bir yönde iletildiği bir iletişim kanalı ile bağlandığında (bu, televizyon iletişim ağları için tipiktir);

yarı çift yönlü, iki iletişim düğümü de bir kanalla bağlandığında, bu sayede bilgiler dönüşümlü olarak bir yönde, ardından ters yönde iletilir (bu, bilgi referansı, istek-yanıt sistemleri için tipiktir);

dubleks, iki iletişim düğümü iki kanal (ileri iletişim kanalı ve geri) ile bağlandığında, bu sayede bilgiler aynı anda zıt yönlerde iletilir. Karar ve bilgi geri beslemeli sistemlerde dubleks kanallar kullanılır.

Anahtarlı ve özel iletişim kanalları. TSS'de özel (anahtarsız) iletişim kanalları ve bu kanallar üzerinden bilgi iletimi süresince anahtarlamalı olanlar bulunmaktadır.

Özel iletişim kanalları kullanıldığında, iletişim düğümlerinin alıcı-verici ekipmanı sürekli olarak birbirine bağlıdır. Bu, sistemin bilgi aktarımı için yüksek derecede hazır olmasını, daha yüksek iletişim kalitesini ve büyük miktarda trafik için destek sağlar. Özel iletişim kanallarına sahip ağ işletimlerinin nispeten yüksek maliyetleri nedeniyle, kârlılıkları ancak kanallar tamamen yüklendiğinde elde edilir.

Yalnızca sabit miktarda bilginin iletim süresi için oluşturulan anahtarlı iletişim kanalları, yüksek esneklik ve nispeten düşük maliyet (az miktarda trafik ile) ile karakterize edilir. Bu tür kanalların dezavantajları şunlardır: geçiş için zaman kaybı (aboneler arasında iletişim kurmak için), iletişim hattının bireysel bölümlerinin meşgul olması nedeniyle engelleme olasılığı, düşük iletişim kalitesi, önemli miktarda trafikle yüksek maliyet.

Bir iletişim hattı üzerinden iletilmesi gereken ilk bilgiler, ayrık (bilgisayar çıkış verileri) veya analog (konuşma, televizyon görüntüsü) olabilir.

Ayrık veri iletimi iki tür fiziksel kodlamanın kullanımına dayanır:

a) analog modülasyon sinüzoidal taşıyıcı sinyalin parametreleri değiştirilerek kodlama yapıldığında;

b) dijital kodlama dikdörtgen bilgi darbeleri dizisinin seviyelerini değiştirerek.

Şu anda, analog bir forma sahip olan ilk veriler, iletişim kanalları üzerinden ayrı bir biçimde (birler ve sıfırlar dizisi şeklinde), yani. ayrık modülasyon analog sinyaller.

Analog modülasyon. Tipik bir temsilcisi telefon ağlarının kullanıcılarına sağlanan bir ses frekansı kanalı olan dar bir bant genişliğine sahip kanallar üzerinden ayrık verileri iletmek için kullanılır. 300 ila 3400 Hz frekanslı sinyaller bu kanal üzerinden iletilir, yani bant genişliği 3100 Hz'dir. Böyle bir bant, kabul edilebilir kalitede konuşma iletimi için oldukça yeterlidir. Ton kanalının bant genişliği sınırlaması, telefon ağlarında çoğullama ve devre anahtarlama ekipmanının kullanımı ile ilişkilidir.

Dijital verileri analog forma dönüştürmenin üç yolu veya üç analog modülasyon yöntemi vardır:

frekans modülasyonu, modüle edici sinyallerin (iletilen bilgi bitlerinin) etkisi altındayken, yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının frekansı değişir: örneğin, sıfır iletildiğinde, düşüktür ve bir iletildiğinde, yüksektir;

faz modülasyonu, iletilen bilgi bitlerinin sırasına göre, yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının fazı değiştiğinde: sinyal 1'den sinyal 0'a geçerken veya tam tersi, faz 180 ° değişir.

Saf haliyle, genlik modülasyonu, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren kullanılır. Frekans modülasyonu, modemlerde karmaşık devre gerektirmez ve tipik olarak 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır. Veri hızının arttırılması, birleşik modülasyon yöntemlerinin, daha sıklıkla faz ile kombinasyon halinde genlik modülasyonunun kullanılmasıyla sağlanır.

Dijital kodlama. Ayrık bilgileri dijital olarak kodlarken, iki tür kod kullanılır:

a) bilgi birimlerini ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanıldığında ve düşüşleri dikkate alınmadığında potansiyel kodlar;

b) ikili veriler belirli bir polaritedeki darbelerle veya belirli bir yöndeki potansiyel düşüşlerle temsil edildiğinde darbe kodları.

İkili sinyalleri temsil etmek için dikdörtgen darbeler kullanılırken ayrık bilgilerin dijital kodlama yöntemlerine aşağıdaki gereksinimler uygulanır:

verici ve alıcı arasında senkronizasyonun sağlanması;

Aynı bit hızında elde edilen sinyalin en küçük spektrum genişliğinin sağlanması (çünkü daha dar bir sinyal spektrumu, aynı bant genişliğine sahip bir hatta daha yüksek bir veri hızının elde edilmesini sağlar);

iletilen verilerdeki hataları tanıma yeteneği;

Nispeten düşük uygulama maliyeti.

Şu anda, ağlarda verici ve alıcının senkronizasyonu, kullanılarak sağlanmaktadır. kendi kendini senkronize eden kodlar(SK). İletilen verilerin SC kullanılarak kodlanması, kanaldaki bilgi sinyali seviyelerinin düzenli ve sık değişmesini (geçişlerini) sağlamaktır. Alıcıyı kırpmak için yüksekten düşüğe veya tersi her sinyal seviyesi geçişi kullanılır. En iyileri, bir bilgi biti almak için gereken zaman aralığı boyunca en az bir kez bir sinyal seviyesi geçişi sağlayan SC'lerdir. Sinyal seviyesi geçişleri ne kadar sık olursa, alıcının senkronizasyonu o kadar güvenilir olur ve alınan veri bitlerinin tanımlanması o kadar güvenli olur.

Kendi kendini senkronize eden kodlar. En yaygın olanları aşağıdaki SC'lerdir:

sıfıra dönüşsüz potansiyel kod (NRZ - Sıfıra Dönülmez);

bipolar darbe kodu (RZ kodu);

Manchester kodu

· Değişken düzey ters çevirmeli bipolar kod.

Şek. 32, bu CK'leri kullanan mesaj 0101100 için kodlama şemalarını gösterir.

Pirinç. 32. Kendi kendini senkronize eden kodları kullanan mesaj kodlama şemaları

Dar bir frekans bandına sahip haberleşme hatları üzerinden ayrık verilerin iletimi için, analog modülasyon. Bu tür hatların tipik bir temsilcisi, genel telefon ağlarının kullanıcılarına sunulan bir ses frekansı iletişim hattıdır. Bu iletişim hattı, 300 ila 3400 Hz frekans aralığında analog sinyalleri iletir (dolayısıyla hattın bant genişliği 3100 Hz'dir). Bu durumda iletişim hatlarının katı bant genişliği sınırlaması, telefon ağlarında çoğullama ve devre anahtarlama ekipmanının kullanımı ile ilişkilidir.

Verici tarafta bir taşıyıcı sinüzoidi modüle etme ve alıcı tarafta demodülasyon işlevlerini yerine getiren bir cihaza denir. modem (modülatör-demodülatör).

Analog modülasyon, bilgilerin değiştirilerek kodlandığı fiziksel bir kodlama yöntemidir. genlikler, frekanslar veya aşamalar taşıyıcı frekansın sinüzoidal bir sinyali. saat genlik modülasyonu mantıksal olan için, taşıyıcı frekansı sinüzoidinin genliğinin bir seviyesi ve mantıksal bir sıfır için bir diğeri seçilir. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren kullanılır, ancak genellikle diğer modülasyon türleri ile birlikte kullanılır. saat frekans modülasyonu orijinal verilerin 0 ve 1 değerleri farklı frekanslarda sinüzoidler tarafından iletilir . Bu modülasyon yöntemi, karmaşık modem elektroniği gerektirmez ve tipik olarak 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır. saat faz modülasyonu 0 ve 1 veri değerleri, 0 ve 180 derece veya 0, 90, 180 ve 270 derece gibi aynı frekansta ancak farklı fazdaki sinyallere karşılık gelir. Yüksek hızlı modemlerde, bir kural olarak, faz ile kombinasyon halinde genlik genellikle kombine modülasyon yöntemleri kullanılır. Veri hızını artırmak için birleşik modülasyon yöntemleri kullanılır. En yaygın yöntemler Dörtlü Genlik Modülasyonu-KAM). Bu yöntemler, 8 faz kayma değeri ile faz modülasyonu ve 4 genlik seviyesi ile genlik modülasyonu kombinasyonuna dayanmaktadır. Ancak, olası 32 sinyal kombinasyonunun tümü kullanılmaz. Bu tür kodlama fazlalığı, modemin, telefon kanallarında (özellikle anahtarlamalı kanallarda) genlik ve zaman açısından çok önemli olan, parazit nedeniyle bozulmanın sonucu olan hatalı sinyalleri tanıması için gereklidir.

saat dijital kodlama ayrık bilgi kullanılır potansiyel ve dürtü kodlar. AT potansiyel Kodlarda, mantıksal birler ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeleri oluşturan düşüşleri dikkate alınmaz. Nabız kodlar, ikili verilerin belirli bir polaritedeki darbelerle veya darbenin bir kısmıyla - belirli bir yöndeki potansiyel düşüşle - temsil edilmesine izin verir.

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanırken, aynı anda birkaç hedefe ulaşacak bir kodlama yöntemi seçmek gerekir: aynı bit hızında elde edilen sinyalin spektrumunun en küçük genişliğine sahip olmak; verici ve alıcı arasında sağlanan senkronizasyon; hataları tanıma yeteneğine sahipti; düşük bir uygulama maliyeti vardı.

Daha dar bir sinyal spektrumu, aynı hat üzerinde (aynı bant genişliği ile) daha yüksek bir veri aktarım hızı elde etmenizi sağlar. Alıcının, iletişim hattından yeni bilgileri tam olarak hangi noktada okuması gerektiğini tam olarak bilmesi için verici ve alıcının senkronizasyonu gereklidir. Bu sorunu ağlarda çözmek, bilgisayar içindeki aygıtlar veya bilgisayar ile yazıcı arasındaki gibi yakın mesafedeki aygıtlar arasında iletişim kurmaktan daha zordur. Kısa mesafelerde, ayrı bir saatli iletişim hattına dayanan bir şema iyi çalışır ve bilgi veri hattından yalnızca bir saat darbesi geldiği anda kaldırılır. Ağlarda, bu şemanın kullanımı, kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin heterojenliği nedeniyle zorluklara neden olur. Uzun mesafelerde, sinyal hızı dalgalanmaları, saatin karşılık gelen veri sinyali için çok geç veya çok erken gelmesine, bir veri bitinin atlanmasına veya yeniden okunmasına neden olabilir. Ağların saat darbelerini kullanmayı reddetmesinin bir başka nedeni de iletkenleri pahalı kablolarda saklamaktır. Bu nedenle, ağlar sözde kendi kendini senkronize eden kodlar, sinyaller, verici için bir sonraki biti (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna yönlendirilmişse birkaç biti) tanımanın gerekli olduğu zaman için göstergeler taşır. Sinyalde herhangi bir keskin düşüş - sözde ön- alıcının verici ile senkronizasyonu için iyi bir gösterge olarak hizmet edebilir. Taşıyıcı sinyal olarak sinüzoidler kullanıldığında, elde edilen kod kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahiptir, çünkü taşıyıcı frekansın genliğinde bir değişiklik alıcının giriş kodunun göründüğü anı belirlemesine izin verir.

Bozuk verilerin tanınması ve düzeltilmesinin fiziksel katman aracılığıyla uygulanması zordur, bu nedenle çoğu zaman bu çalışma, kanal, ağ, taşıma veya uygulama gibi yukarıda yer alan protokoller tarafından üstlenilir. Öte yandan, fiziksel katmanda hata tanıma, alıcı çerçevenin arabelleğe tamamen yerleştirilmesini beklemediği, ancak çerçeve içindeki hatalı bitlerin algılanması üzerine hemen reddettiği için zaman kazandırır.

Kodlama yöntemleri için gereksinimler karşılıklı olarak çelişkilidir, bu nedenle aşağıda tartışılan popüler dijital kodlama yöntemlerinin her birinin diğerlerine kıyasla kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

En basit yöntemlerden biri potansiyel kodlama tek kutuplu potansiyel kodu kodlama da denir sıfıra dönmeden (Sıfıra Dönülmez-NRZ) (şekil 7.1.a). Soyadı, birler dizisi iletildiğinde, sinyalin döngü sırasında sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır. NRZ yöntemi iyi bir hata tespitine sahiptir (kesinlikle farklı iki potansiyel nedeniyle), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletirken, hat sinyali değişmez, bu nedenle alıcı, verileri tekrar okumak gerektiğinde giriş sinyalinden zaman noktalarını belirleyemez. Son derece hassas bir saat üreteci ile bile, iki üretecin frekansları neredeyse hiçbir zaman tamamen aynı olmadığı için alıcı veri toplama anında hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek veri hızlarında ve uzun birler veya sıfır dizilerinde, saat frekanslarının küçük bir uyumsuzluğu, tüm döngüde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına neden olabilir.

bir B C D E F

Pirinç. 7.1. İkili veri kodlama yöntemleri: a-tek kutuplu potens

sosyal kod; b- bipolar potansiyel kodu; içinde- tek kutuplu im-

darbe kodu; G -bipolar nabız kodu; d-"Manchester" kodu;

e- dört sinyal seviyeli potansiyel kod.

NRZ yönteminin bir diğer ciddi dezavantajı, uzun birler veya sıfır dizileri iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığıdır. Bu nedenle, alıcı ve kaynak arasında doğrudan bir galvanik bağlantı sağlamayan birçok iletişim hattı bu tür kodlamayı desteklemez. Sonuç olarak, NRZ kodu saf haliyle ağlarda kullanılmaz, ancak hem NRZ kodunun zayıf kendi kendine senkronizasyonunun hem de sabit bir bileşenin varlığının ortadan kaldırıldığı çeşitli modifikasyonları kullanılır.

NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri, yöntemdir. alternatif inversiyonlu bipolar potansiyel kodlaması (Bipolar Alternate Mark Inversion-BEN MİYİM). Bu yöntemde ( pilav. 7.1.b) üç potansiyel düzeyi kullanılır - negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal sıfırı kodlamak için sıfır potansiyeli kullanılır ve mantıksal birim ya pozitif potansiyel ya da negatif potansiyel ile kodlanır (bu durumda, her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyelinin tersidir). AMI kodu, DC'yi ve NRZ kodunda bulunan otomatik zamanlama sorunlarının eksikliğini kısmen ortadan kaldırır. Bu, uzun diziler gönderirken olur. Bu durumlarda, hattaki sinyal, NRZ kodu ile aynı spektruma sahip, alternatif sıfırlar ve birler ileten, yani sabit bir bileşen olmadan ve N/2 Hz'lik bir temel harmoniğe sahip bir bipolar darbe dizisidir (burada N veri bit hızı) . Uzun sıfır dizileri, AMI kodu için olduğu kadar NRZ kodu için de tehlikelidir - sinyal, sabit bir sıfır genlik potansiyeline dönüşür. Genel olarak, hattaki çeşitli bit kombinasyonları için, AMI kodunun kullanımı, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumuna ve dolayısıyla daha yüksek bir hat verimine yol açar. Örneğin, alternatif birler ve sıfırlar iletirken, temel harmonik f 0, N/4 Hz'lik bir frekansa sahiptir. AMI kodu ayrıca hatalı sinyalleri tanımak için bazı özellikler sağlar. Bu nedenle, sinyallerin polaritesinin katı değişiminin ihlali, yanlış bir darbeyi veya hattan doğru bir darbenin kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal denir yasak sinyal (sinyal ihlali). AMI kodu, hat başına iki değil, üç sinyal seviyesi kullandığından, ek seviye, hatta aynı bit doğruluğunu sağlamak için verici gücünde bir artış gerektirir; bu, yalnızca iki durumu ayırt eder.

En basit yöntemler dürtüsel kodlamalar tek kutuplu darbe kodu, burada bir momentum ile temsil edilir ve sıfır, yokluğu ile temsil edilir ( pilav. 7.1v), ve bipolar darbe kodu, birimin bir polarite darbesi ile temsil edildiği ve sıfırın diğeri olduğu ( pilav. 7.1g). Her darbe yarım döngü sürer. Bipolar darbe kodu iyi kendi kendine saatleme özelliklerine sahiptir, ancak örneğin uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletirken bir DC darbe bileşeni mevcut olabilir. Ayrıca, spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Bu nedenle, tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı, NRZ kodunun temel harmoniğinden iki kat ve AMI kodunun temel harmoniğinden dört kat daha yüksek olan N Hz'ye eşit olacaktır. alternatif birler ve sıfırlar iletirken. Çok geniş spektrum nedeniyle, bipolar darbe kodu nadiren kullanılır.

Yerel ağlarda, yakın zamana kadar en yaygın kodlama yöntemi " Manchester kodu"(pilav. 7.1e). Manchester kodunda, potansiyel bir düşüş, yani darbenin ön tarafı, birleri ve sıfırları kodlamak için kullanılır. Manchester kodlamasında her saat iki parçaya bölünmüştür. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Bir birim düşükten yükseğe geçişle kodlanır ve sıfır ters kenarla kodlanır. Her döngünün başında, arka arkaya birkaç bir veya sıfırı temsil etmeniz gerekiyorsa, bir hizmet sinyali kenarı oluşabilir. Sinyal, bir veri bitinin iletim döngüsü başına en az bir kez değiştiğinden, Manchester kodu iyi kendi kendine saatleme özelliklerine sahiptir. Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbenin bant genişliğinden daha dardır. Ayrıca sabit bir bileşeni yoktur ve en kötü durumda (bir veya sıfır dizisini iletirken) temel harmonik N Hz frekansına sahiptir ve en iyi durumda (alternatif olanları ve sıfırları iletirken) eşittir AMI kodlarında veya NRZ'de olduğu gibi N / 2 Hz'ye. Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbe kodunun bant genişliğine göre bir buçuk kat daha dardır ve temel harmonik 3N/4 civarında salınım yapar. Manchester kodunun bir başka avantajı, sadece iki sinyal seviyesine sahip olması, bipolar darbe kodunun ise üç olmasıdır.

Verileri kodlamak için çok sayıda sinyal seviyesine sahip potansiyel kodlar da vardır. Örnek olarak gösterilen ( şekil 7.1e) potansiyel kod 2B1Q veri kodlaması için dört sinyal seviyesi ile. Bu kodda, her iki bit, bir döngüde dört duruma sahip bir sinyal ile iletilir. Bir çift "00", -2,5 V'luk bir potansiyele, bir çift "01" biti - -0.833 V'luk bir potansiyele, bir çift "11" biti - +0.833 V'lik bir potansiyele ve bir çift bitler "10" - +2,5 V'luk bir potansiyel. Bu kodlama yöntemi, uzun özdeş bit çiftleri dizileriyle başa çıkmak için ek önlemler gerektirir, çünkü o zaman sinyal sabit bir bileşene dönüşür. Rastgele bit serpiştirme ile sinyal spektrumu, NRZ kodunun iki katı kadar dardır (aynı bit hızında, döngü süresi iki katına çıkar). Böylece, sunulan 2B1Q kodunu kullanarak, aynı hat üzerinden AMI koduna göre iki kat daha hızlı veri aktarımı yapmak mümkündür. Bununla birlikte, uygulanması için, verici gücü daha yüksek olmalıdır, böylece dört seviye, alıcı tarafından parazit arka planına karşı açıkça ayırt edilebilir.

AMI ve 2B1Q gibi potansiyel kodları geliştirmek için, mantıksal kodlama. Mantık kodlaması, uzun bit dizilerini değiştirmek için tasarlanmıştır, bu da aralarında serpiştirilmiş sabit bir potansiyele yol açar. Mantıksal kodlama için iki yöntem karakteristiktir - gereksiz kodlar ve karıştırma.

gereksiz kodlar orijinal bit dizisini, genellikle karakter olarak adlandırılan bölümlere ayırmaya dayanır. Daha sonra her orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yenisiyle değiştirilir. Örneğin, bir 4B/5B mantık kodu, orijinal 4 bitlik karakterleri 5 bitlik karakterlerle değiştirir. Ortaya çıkan semboller fazla bitler içerdiğinden, içlerindeki toplam bit kombinasyonlarının sayısı orijinal olanlardan daha fazladır. Böylece, 4B / 5B kodunda, ortaya çıkan semboller 32 bit kombinasyon içerebilirken, orijinal semboller - sadece 16. Bu nedenle, ortaya çıkan kodda, çok sayıda sıfır içermeyen bu tür 16 kombinasyon seçebilirsiniz ve gerisini say yasak kodlar (kod ihlali). DC'yi kaldırmaya ve kodu kendi kendine senkronize etmeye ek olarak, fazlalık kodlar alıcının bozuk bitleri tanımasını sağlar. Alıcı yasak bir kod alırsa, hattaki sinyal bozulmuş demektir. 4V/5V kodu, yalnızca uzun sıfır dizilerine duyarlı potansiyel kodlama yöntemlerinden biri kullanılarak fiziksel kodlama kullanılarak hat üzerinden iletilir. 5 bit uzunluğundaki 4V/5V kod sembolleri, bunların herhangi bir kombinasyonu için satırda arka arkaya üç sıfırdan fazlasının oluşamayacağını garanti eder. Kod adındaki B harfi, temel sinyalin 2 durumu olduğu anlamına gelir (İngilizce ikili - ikiliden). Ayrıca, örneğin 8B / 6T kodunda, 8 bitlik ilk bilgiyi kodlamak için üç sinyal durumuna sahip kodlar vardır, her biri üç duruma sahip olan 6 sinyalden oluşan bir kod kullanılır. 8B/6T kodunun fazlalığı, 256 kaynak kodu için 729 (3 üzeri 6'nın gücü) sonuç sembolü olduğundan, 4B/5B kodundan daha yüksektir. Arama tablosunu kullanmak çok basit bir işlemdir, bu nedenle bu yaklaşım ağ bağdaştırıcılarını ve anahtarların ve yönlendiricilerin arayüz bloklarını karmaşıklaştırmaz (bkz. bölümler 9,11).

Belirli bir hat kapasitesi sağlamak için, fazlalık kod kullanan bir verici, artırılmış bir saat frekansında çalışmalıdır. Bu nedenle, 4V / 5V kodlarını 100 Mbps hızında iletmek için vericinin 125 MHz saat frekansında çalışması gerekir. Bu durumda, hat üzerindeki sinyalin spektrumu, hat üzerinden saf, yedekli olmayan bir kodun iletildiği duruma kıyasla genişletilir. Bununla birlikte, gereksiz potansiyel kodun spektrumunun, mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcı ve vericinin artan bir saat frekansında çalışmasını haklı çıkaran Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkıyor.

Mantıksal kodlamanın başka bir yöntemi, satır üzerinde birler ve sıfırların oluşma olasılıkları yakın olacak şekilde ilk bilgilerin ön "karıştırılmasına" dayanır. Bu işlemi gerçekleştiren cihazlara veya bloklara denir. karıştırıcılar(karıştırma - boşaltma, düzensiz montaj). saat karıştırma iyi bilinen bir algoritma kullanılır, bu nedenle ikili verileri alan alıcı bunları iletir. şifre çözücü, orijinal bit dizisini geri yükler. Fazla bitler hat üzerinden iletilmez. Modern yüksek hızlı ağ teknolojilerinde "Manchester" ve bipolar darbe kodlaması yerine geliştirilmiş potansiyel artıklık ve şifreli kodlar kullanılır.

7.6. Haberleşme Hattı Çoğullama Teknolojileri

İçin çoğullama iletişim hatlarının ("sıkıştırılması"), çeşitli teknolojiler kullanılır. teknoloji Sıklıkçoğullama(Frekans Bölmeli Çoğullama - FDM) orijinal olarak telefon ağları için geliştirilmiştir, ancak kablolu televizyon ağları gibi diğer ağ türleri için de kullanılır. Bu teknoloji, her abone kanalının sinyallerinin kendi frekans aralığına aktarılmasını ve bir geniş bant iletişim hattında birden fazla abone kanalından gelen sinyallerin aynı anda iletilmesini varsayar. Örneğin, bir FDM anahtarının girişleri, telefon şebekesi abonelerinden ilk sinyalleri alır. Anahtar, her kanalın kendi frekans bandında bir frekans çevirisini gerçekleştirir. Tipik olarak, yüksek frekans aralığı, abone kanallarından veri iletimi için tahsis edilen bantlara bölünür. İki FDM anahtarı arasındaki iletişim hattında, tüm abone kanallarının sinyalleri aynı anda iletilir, ancak her biri kendi frekans bandını işgal eder. Çıkış FDM anahtarı, her bir taşıyıcı frekansın modüle edilmiş sinyallerini ayırır ve bunları abone telefonunun doğrudan bağlı olduğu ilgili çıkış kanalına iletir. FDM anahtarları hem dinamik hem de kalıcı anahtarlama gerçekleştirebilir. Dinamik anahtarlamada bir abone, aranan abone numarasını şebekeye göndererek başka bir aboneyle bağlantı başlatır. Anahtar, serbest bantlardan birini bu aboneye dinamik olarak tahsis eder. Sürekli anahtarlama ile bant aboneye uzun süre atanır. Frekans bölünmesine dayalı anahtarlama ilkesi, farklı türdeki ağlarda değişmeden kalır, yalnızca ayrı bir abone kanalına tahsis edilen bantların sınırları ve sayıları değişir.

Çoğullama Teknolojisizaman paylaşımı(Zaman Bölmeli Çoğullama - TDM) veya geçici çoğullama zaman paylaşımı modunda çalışan TDM ekipmanının (çoğullayıcılar, anahtarlar, çoğullayıcılar) kullanımına dayalıdır ve bir döngü sırasında sırayla tüm abone kanallarına hizmet verir. Her bağlantıya, donanım işlem döngüsünün bir zaman dilimi olarak da adlandırılan bir zaman dilimi tahsis edilir. zaman dilimi. Zaman diliminin süresi, ekipman tarafından hizmet verilen abone kanallarının sayısına bağlıdır. TDM ağları her ikisini de destekleyebilir dinamik, veya devamlı anahtarlama ve bazen bu modların her ikisi.

ile ağlar dinamik anahtarlama aboneler arasında bir bağlantı kurmak için bir ön prosedür gerektirir. Bunu yapmak için, aranan abonenin adresi, anahtarlardan geçen ve bunları sonraki veri iletimi için yapılandıran ağa iletilir. Bağlantı isteği bir anahtardan diğerine yönlendirilir ve sonunda aranan tarafa ulaşır. Gerekli çıkış kanalının kapasitesi zaten tükenmişse, ağ bağlantı kurmayı reddedebilir. Bir FDM anahtarı için, çıkış kapasitesi frekans bantlarının sayısına eşittir ve bir TDM anahtarı için, kanal işlem döngüsünün bölündüğü zaman dilimlerinin sayısına eşittir. Şebeke ayrıca, talep edilen abone başka biriyle bağlantı kurduysa bağlantıyı reddeder. İlk durumda, anahtarın meşgul olduğunu ve ikincisinde abone olduğunu söylüyorlar. Bağlantı hatası olasılığı, devre anahtarlama yönteminin bir dezavantajıdır. Bir bağlantı kurulabiliyorsa, FDM ağlarında sabit bir bant genişliği veya TDM ağlarında sabit bir bant genişliği tahsis edilir. Bu değerler bağlantı süresi boyunca değişmeden kalır. Bağlantı kurulduktan sonra garantili ağ çıkışı, ses ve video iletimi veya gerçek zamanlı nesne kontrolü gibi uygulamalar için gerekli olan önemli bir özelliktir.

Yalnızca bir fiziksel iletişim kanalı varsa, örneğin telefon ağı üzerinden modemler kullanılarak veri alışverişi yapılırken, FDM veya TDM teknolojileri kullanılarak kanalın iki mantıksal alt kanala bölünmesi temelinde çift yönlü işlem düzenlenir. FDM teknolojisini kullanırken, iki telli bir hat üzerinde dupleks işlemi organize etmek için modemler dört frekansta çalışır (birleri kodlamak için iki frekans ve bir yönde veri iletirken sıfırlar ve zıt yönde iletirken kodlama için diğer iki frekans). TDM teknolojisinde bazı zaman dilimleri bir yönde veri iletimi için, bazıları ise diğer yönde veri iletimi için kullanılır. Genellikle zıt yönlerdeki zaman dilimleri değişir.

Fiber optik kablolarda, yalnızca bir optik fiber kullanıldığında, çift yönlü işlemin organizasyonu için, bir yönde veri iletimi, bir dalga boyunda bir ışık ışını kullanılarak ve zıt yönde - farklı bir dalga boyunda gerçekleştirilir. Bu teknoloji esasen FDM yöntemiyle ilgilidir, ancak fiber optik kablolar için buna denir. dalga boyu çoğullama teknolojileri(Dalga Bölmeli Çoğullama - WDM) veya dalga çoğullama.

teknolojiyoğun dalga(spektral) çoğullama(Yoğun Dalga Bölmeli Çoğullama - DWDM), çoklu gigabit ve terabit hızlarında çalışan yeni nesil optik omurgalar oluşturmak için tasarlanmıştır. Optik fiberdeki bilgilerin aynı anda çok sayıda ışık dalgası tarafından iletilmesi nedeniyle performansta böyle bir niteliksel sıçrama sağlanır. DWDM ağları, her bir ışık dalgasının ayrı bir spektral kanalı temsil ettiği ve kendi bilgisini taşıdığı devre anahtarlama ilkesine göre çalışır. DWDM teknolojisinin ana avantajlarından biri, teorik bant genişliği 25.000 GHz olan optik fiberin frekans potansiyelinin kullanım faktöründe önemli bir artış olmasıdır.

Özet

Modern telekomünikasyon sistemlerinde bilgi elektromanyetik dalgalar - elektrik, ışık veya radyo sinyalleri yoluyla iletilir.

Fiziksel bilgi aktarım ortamının türüne bağlı olarak iletişim hatları kablolu (kablolu) veya kablosuz olabilir. İletişim hatları olarak, paralel bükümsüz iletkenlere dayalı telefon kabloları, koaksiyel kablolar, bükümlü iletken çiftlerine (ekransız ve ekranlı) dayalı kablolar, fiber optik kablolar kullanılır. Bugün en etkili ve yakın gelecekte umut vaat eden kablolar, bükülü iletken çiftlerine ve fiber optik kablolara dayalı kablolardır. Kablosuz iletişim hatları çoğunlukla radyo sinyallerinin çeşitli radyo dalgası bantlarında iletilmesiyle gerçekleştirilir. Kızılötesi kablosuz iletişim teknolojisi, elektromanyetik spektrumun görünür ışık ile en kısa mikrodalgalar arasındaki kısmını kullanır. En yüksek hızlı ve gürültüye dayanıklı, kablosuz iletişimin lazer teknolojisidir.

İletişim hatlarının temel özellikleri, belirli bir frekansta frekans yanıtı, bant genişliği ve zayıflamadır.

Bir iletişim hattının çıktısı, onun üzerinden mümkün olan maksimum veri aktarım hızını karakterize eder. Bir iletişim hattının gürültü bağışıklığı, dış ortamda dahili iletkenler üzerinde oluşturulan parazit seviyesini azaltma yeteneğini belirler. Veri iletiminin güvenilirliği, iletilen her veri biti için bozulma olasılığını karakterize eder.

Ayrık bilgilerin, iletişim hattına uygulanan sinyallerin şu veya bu şekilde temsiline fiziksel kodlama denir. Mantıksal kodlama, orijinal bilginin bitlerini, aynı bilgiyi taşıyan ancak ek özelliklere sahip yeni bir bit dizisi ile değiştirmeyi içerir.

Ayrık verileri dar bir frekans bandıyla iletişim hatları üzerinden iletmek için, bilgilerin bir sinüzoidal taşıyıcı frekans sinyalinin genliği, frekansı veya fazı değiştirilerek kodlandığı analog modülasyon kullanılır. Ayrık bilgileri dijital olarak kodlarken, potansiyel ve dürtü kodları kullanılır. İletişim hatlarının çoğullanması için frekans, zaman ve dalga çoğullama teknolojileri kullanılır.

Kontrol soruları ve görevleri

1. Haberleşme hatlarının sınıflandırılmasını veriniz.

2. En yaygın kablo iletişim hatlarını tanımlayın.

3. Ana kablosuz iletişim hatlarını sunarak karşılaştırmalı özelliklerini verir.

4. İletişim kanalları iletilen sinyalleri hangi fiziksel faktörlerden dolayı bozar?

5. Bir iletişim kanalının genlik-frekans özelliği nedir?

6. İletişim kanalının bant genişliği hangi birimlerde ölçülür?

7. "İletişim hattının gürültü bağışıklığı" kavramını açıklayın.

8. "Veri iletim güvenilirliğini" ne belirler ve hangi birimlerde ölçülür?

9. "Analog modülasyon" nedir ve ayrık verileri iletmek için ne türleri kullanılır?

10. Verici tarafta taşıyıcı sinüzoidi modüle etme ve alıcı tarafta onu demodüle etme işlevlerini hangi cihaz gerçekleştirir?

11. Sayısal sinyallerin potansiyel ve darbe kodlaması arasındaki farkı belirtin.