Diszkrét adatok kommunikációs csatornákon történő továbbításakor a fizikai kódolás két fő típusát alkalmazzák - az alapján szinuszos vivőjel és téglalap alakú impulzusok sorozatán alapul. Az első módszert gyakran modulációnak vagy analóg modulációnak is nevezik, hangsúlyozva azt a tényt, hogy a kódolás az analóg jel paramétereinek megváltoztatásával történik. A második módszert általában digitális kódolásnak nevezik. Ezek a módszerek a kapott jel spektrumának szélességében és a megvalósításukhoz szükséges berendezések bonyolultságában különböznek egymástól.
Analóg moduláció diszkrét adatok szűk frekvenciasávú csatornákon történő továbbítására szolgál, amelyek tipikus képviselője a nyilvános telefonhálózatok felhasználóinak biztosított hangfrekvenciás csatorna. Egy hangfrekvenciás csatorna tipikus amplitúdó-frekvencia válaszát az ábra mutatja. 2.12. Ez a csatorna 300-3400 Hz tartományban sugároz frekvenciákat, így a sávszélessége 3100 Hz. Modemnek (modulátor - demodulátor) nevezzük azt az eszközt, amely az adó oldalon a vivő szinuszos moduláció, a vevő oldalon a demoduláció funkcióit látja el.
Analóg modulációs módszerek
Az analóg moduláció egy fizikai kódolási módszer, amelyben az információt egy szinuszos vivőjel amplitúdójának, frekvenciájának vagy fázisának megváltoztatásával kódolják.
A diagram (2.13. ábra, a) az eredeti információ biteinek sorozatát mutatja, amelyet egy logikai egység magas szintű potenciáljával, a logikai nulla nulla szintű potenciáljával ábrázol. Ezt a kódolási módszert potenciálkódnak nevezik, amelyet gyakran használnak számítógépblokkok közötti adatátvitelkor.
Az amplitúdómodulációnál (2.13. ábra, b) a vivőfrekvenciás szinusz amplitúdójának egy szintje kerül kiválasztásra egy logikai egységhez, egy másik pedig a logikai nullához. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran más típusú modulációval - fázismodulációval kombinálva.
Frekvenciamodulációval (2.13. ábra, c) a forrásadatok 0 és 1 értékeit különböző frekvenciájú szinuszok továbbítják - f0 és f1. Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolult áramkört a modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos.
Fázismoduláció esetén a 0 és 1 adatértékek azonos frekvenciájú, de különböző fázisú jeleknek felelnek meg, például 0 és 180 fok vagy 0,90, 180 és 270 fok.
A nagysebességű modemek gyakran kombinált modulációs módszereket használnak, általában amplitúdót kombinálva fázissal.
Ha téglalap alakú impulzusokat használ diszkrét információk továbbítására, olyan kódolási módszert kell választani, amely egyszerre több célt is elér:
· a kapott jel legkisebb spektrumszélességével rendelkezett azonos bitsebességgel;
· biztosított a szinkronizálás az adó és a vevő között;
· képes volt felismerni a hibákat;
· alacsony volt az eladási költség.
A szűkebb jelspektrum lehetővé teszi, hogy egy és ugyanazon vonalon (azonos sávszélességgel) nagyobb adatátviteli sebességet érjünk el. Ezenkívül a jel spektrumának gyakran nem kell egyenáramú komponense, azaz egyenáramnak kell lennie az adó és a vevő között. Különösen a transzformátorok különféle galvanikus leválasztó áramkörei akadályozzák meg az egyenáram áthaladását.
Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, hogy mikor kell új információt olvasni a kommunikációs vonalról.
A torz adatok felismerése és kijavítása a fizikai réteg eszközeivel nehezen kivitelezhető, ezért ezt a munkát leggyakrabban a felette lévő protokollok végzik: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás. Másrészt a fizikai réteg hibafelismerése időt takarít meg, mivel a vevő nem várja meg, hogy a keret teljesen bekerüljön a pufferbe, hanem azonnal eldobja, amikor a kereten belüli hibás biteket felismeri.
A kódolási módszerekkel szemben támasztott követelmények egymásnak ellentmondóak, ezért az alábbiakban tárgyalt népszerű digitális kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Diszkrét adatok szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon történő továbbítására szolgál analóg moduláció. Az ilyen vonalak tipikus képviselője a nyilvános telefonhálózatok felhasználói számára elérhető hangfrekvenciás kommunikációs vonal. Ez a kommunikációs vonal analóg jeleket továbbít a 300 és 3400 Hz közötti frekvenciatartományban (így a vonal sávszélessége 3100 Hz). A kommunikációs vonalak sávszélességének szigorú korlátozása ebben az esetben a telefonhálózatokban multiplexelő és csatornakapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

Az adó oldalon a vivő szinuszos moduláció, a vevő oldalon a demoduláció funkcióit ellátó eszközt ún. modem (modulátor-demodulátor).

Az analóg moduláció egy fizikai kódolási módszer, amelyben az információt változtatással kódolják amplitúdók, frekvenciák vagy fázisok szinuszos vivőfrekvenciás jel. Nál nél amplitúdó moduláció egy logikai egységhez a vivőfrekvenciás szinuszos amplitúdó egy szintjét választják ki, a logikai nullánál pedig egy másikat. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran használják más típusú modulációkkal kombinálva. Nál nél frekvencia moduláció a forrásadatok 0 és 1 értékeit különböző frekvenciájú szinuszok továbbítják . Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolult elektronikus áramkört a modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos. Nál nél fázis moduláció A 0 és 1 adatértékek azonos frekvenciájú, de különböző fázisú jeleknek felelnek meg, például 0 és 180 fok vagy 0, 90, 180 és 270 fok. A nagysebességű modemek gyakran kombinált modulációs módszereket használnak, általában amplitúdót kombinálva fázissal. Az adatátviteli sebesség növelésére kombinált modulációs módszereket alkalmaznak. A leggyakoribb módszerek a Kvadratúra amplitúdó moduláció-QAM). Ezek a módszerek a fázismoduláció 8 fáziseltolási értékkel és az amplitúdómoduláció 4 amplitúdószintű kombinációján alapulnak. A lehetséges 32 jelkombináció közül azonban nem mindegyiket használják. Ilyen kódolási redundancia szükséges ahhoz, hogy a modem felismerje az interferencia miatti torzításból adódó hibás jeleket, ami a telefoncsatornákon (különösen a kapcsolt csatornákon) igen jelentős amplitúdójú és időben is tartós.

Nál nél digitális kódolás diszkrét információkat használnak lehetségesÉs impulzus kódokat. BAN BEN lehetséges A kódokban csak a jelpotenciál értékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, ennek teljes impulzusokat képező cseppjeit pedig nem vesszük figyelembe. Impulzus A kódok lehetővé teszik a bináris adatok megjelenítését vagy egy bizonyos polaritású impulzusként, vagy egy impulzus részeként - egy adott irányú potenciálkülönbség.

Ha téglalap alakú impulzusokat használunk diszkrét információk továbbítására, olyan kódolási eljárást kell választani, amely egyszerre több célt is elér: a kapott jel legkisebb spektrumszélessége azonos bitsebességgel; biztosított a szinkronizálás az adó és a vevő között; képes volt felismerni a hibákat; alacsony eladási ára volt.

A szűkebb jelspektrum lehetővé teszi nagyobb adatátviteli sebesség elérését ugyanazon a vonalon (azonos sávszélesség mellett). Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, hogy mikor kell új információt olvasni a kommunikációs vonalról. Ezt a problémát nehezebb megoldani hálózatokban, mint a közeli eszközök közötti adatcsere során, például a számítógépen belüli eszközök vagy a számítógép és a nyomtató között. Kis távolságokon jól működik egy külön órajeles kommunikációs vonalra épülő séma, és csak az óraimpulzus megérkezésekor távolodik el az adatvonalról az információ. A hálózatokban ennek a sémának a használata nehézségeket okoz a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt. Nagy távolságokon az egyenetlen jelterjedési sebesség miatt az óraimpulzus olyan későn vagy a megfelelő adatjel előtt érkezik meg, hogy az adatbit kihagyásra kerül, vagy újra kiolvasható. Egy másik ok, amiért a hálózatok megtagadják az óraimpulzusok használatát, az, hogy a vezetőket drága kábelekben kell megtakarítani. Ezért a hálózatok ún önszinkronizáló kódok, amelyek jelei utasításokat hordoznak az adó számára, hogy mely időpontban szükséges felismerni a következő bitet (vagy több bitet, ha a kód kettőnél több jelállapotra fókuszál). Bármilyen hirtelen jelváltozás - az ún elülső- jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálásához. Ha szinuszokat használunk vivőjelként, a kapott kód önszinkronizációs tulajdonsággal rendelkezik, mivel a vivőfrekvencia amplitúdójának megváltoztatása lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza a bemeneti kód megjelenésének pillanatát.

A torz adatok felismerése és kijavítása a fizikai réteg eszközeivel nehezen kivitelezhető, ezért ezt a munkát leggyakrabban a felette lévő protokollok végzik: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás. Másrészt a fizikai réteg hibafelismerése időt takarít meg, mivel a vevő nem várja meg, hogy a keret teljesen bekerüljön a pufferbe, hanem azonnal eldobja, amikor a kereten belüli hibás biteket felismeri.

A kódolási módszerekkel szemben támasztott követelmények egymásnak ellentmondóak, ezért az alábbiakban tárgyalt népszerű digitális kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Az egyik legegyszerűbb módszer lehetséges kódolás az unipoláris potenciálkód, más néven kódolás nullához való visszatérés nélkül (Non Return to Zero-NRZ) (7.1.a ábra). A vezetéknév azt a tényt tükrözi, hogy egyesek sorozatának továbbításakor a jel nem tér vissza nullára az órajel ciklusa alatt. Az NRZ módszer jó hibafelismeréssel rendelkezik (két élesen eltérő potenciál miatt), de nem rendelkezik az önszinkronizáció tulajdonságával. Egyesek vagy nullák hosszú sorozatának továbbításakor a vonaljel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni a bemeneti jelből azokat az időpillanatokat, amikor szükséges az adatok újbóli kiolvasása. A vevő még nagy pontosságú óragenerátor esetén is hibázhat az adatgyűjtés pillanatában, mivel a két generátor frekvenciája szinte soha nem teljesen azonos. Ezért nagy adatsebesség és hosszú egyesek vagy nullák sorozata esetén egy kis órajel-eltérés egy teljes óraciklus hibájához, és ennek megfelelően hibás bitértékhez vezethet.

a B C D E F

Rizs. 7.1. Bináris adatkódolási módszerek: a-unipoláris potenciál

ciális kód; b- bipoláris potenciál kód; V- egypólusú im-

impulzus kód; G -bipoláris impulzuskód; d-"Manchester" kód;

e- potenciálkód négy jelszinttel.

Az NRZ-módszer másik komoly hátránya egy alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek vagy nullák hosszú sorozatait továbbítják. Emiatt sok olyan kommunikációs vonal, amely nem biztosít közvetlen galvanikus kapcsolatot a vevő és a forrás között, nem támogatja az ilyen típusú kódolást. Ennek eredményeként az NRZ kódot nem tiszta formájában használják a hálózatokban, hanem különféle módosításait alkalmazzák, amelyek kiküszöbölik az NRZ kód rossz önszinkronizálását és egy állandó komponens jelenlétét.

Az NRZ módszer egyik módosítása a módszer Bipoláris alternatív jel inverziója-AMI). Ebben a módszerben ( rizs. 7.1.b) három potenciálszintet használnak - negatív, nulla és pozitív. A logikai nulla kódolásához nulla potenciált használnak, a logikai egységet pedig pozitív vagy negatív potenciál kódolja (az egyes új egységek potenciálja ellentétes az előző potenciáljával). Az AMI kód ​​részben kiküszöböli a DC-t és az NRZ kódban rejlő önszinkronizálási problémák hiányát. Ez akkor fordul elő, ha hosszú sorozatokat küldünk. Ezekben az esetekben a vonalon a jel az NRZ kóddal azonos spektrumú, ellentétes polaritású impulzusok sorozata, amelyek váltakozó nullákat és egyeseket adnak át, azaz állandó komponens nélkül és N/2 Hz alapharmonikussal (ahol N az adatátvitel bitsebessége). A nullák hosszú sorozatai ugyanolyan veszélyesek az AMI kódra, mint az NRZ kódra – a jel állandó nulla amplitúdójú potenciállá degenerálódik. Általánosságban elmondható, hogy egy vonal különböző bitkombinációinál az AMI kód ​​használata szűkebb jelspektrumot eredményez, mint az NRZ kód, és ezáltal nagyobb vonalkapacitást. Például váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az f 0 alapharmonikus frekvenciája N/4 Hz. Az AMI kód ​​bizonyos képességeket is biztosít a hibás jelek felismerésére. Így a jel polaritás szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet hívják tiltott jelzés (jelsértés). Mivel az AMI kód ​​nem két, hanem három jelszintet használ a vonalon, a további szinthez az adóteljesítmény növelése szükséges, hogy ugyanazt a bitmegbízhatóságot biztosítsa a vonalon, ami a több jelállapotú kódok általános hátránya azokhoz képest, amelyek csak két állapotot különböztet meg.

A legegyszerűbb módszerek impulzus kódolások vannak unipoláris impulzuskód, amelyben az egyet a lendület, a nullát pedig a hiánya képviseli ( rizs. 7,1V), És bipoláris impulzuskód, amelyben az egyiket egy, a nullát egy másik polaritású impulzus képviseli ( rizs. 7,1 g). Minden impulzus fél ütemig tart. A bipoláris impulzuskód jó önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik, de előfordulhat állandó impulzuskomponens, például egyek vagy nullák hosszú sorozatának továbbításakor. Ráadásul spektruma szélesebb, mint a potenciális kódoké. Így az összes nulla vagy egyes átvitelekor a kód alapharmonikusának frekvenciája N Hz lesz, ami kétszerese az NRZ kód alapharmonikusának és négyszerese az AMI kód ​​alapharmonikusának. váltakozó egyesek és nullák továbbításakor. Túl széles spektruma miatt a bipoláris impulzuskódot ritkán használják.

A helyi hálózatokban egészen a közelmúltig a leggyakoribb kódolási módszer az ún. Manchester kód"(rizs. 7.1d). A manchesteri kód potenciálkülönbséget, vagyis az impulzus szélét használja egyesek és nullák kódolására. Manchesteri kódolással minden ütem két részre oszlik. Az információkat az egyes óraciklusok közepén fellépő potenciálesések kódolják. Az egyest egy él kódolja alacsony jelszintről magasra, a nullát pedig egy fordított él kódolja. Minden órajelciklus elején előfordulhat többletjelesés, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia. Mivel a jel egy adatbit átviteli ciklusánként legalább egyszer változik, a Manchester kód jó önidőzítő tulajdonságokkal rendelkezik. A Manchester kód sávszélessége szűkebb, mint a bipoláris impulzusé. Egyenáramú komponense sincs, és az alapharmonikus a legrosszabb esetben (egyesek vagy nullák sorozatának átvitelekor) N Hz frekvenciájú, legjobb esetben pedig (váltakozó egyesek és nullák átvitelekor) N / 2 Hz, mint az AMI vagy az NRZ A manchesteri kód sávszélessége átlagosan másfélszer szűkebb, mint a bipoláris impulzuskódé, az alapharmonikus pedig 3N/4 érték körül ingadozik. A Manchester kód másik előnye, hogy csak két jelszinttel rendelkezik, míg a bipoláris impulzuskód három.

Vannak olyan potenciális kódok is, amelyek több jelszinttel rendelkeznek az adatok kódolásához. Példaként látható ( 7.1e ábra) potenciális kód 2В1Q négy jelszinttel az adatkódoláshoz. Ebben a kódban minden két bit egy órajelben négyállapotú jelben kerül továbbításra. A „00” bitpár -2,5 V potenciálnak, a „01” bitpárnak – a -0,833 V potenciálnak, a „11” bitpárnak a +0,833 V-os potenciálnak, egy pár pedig „10” bit - +2,5 V potenciál. V Ez a kódolási módszer további intézkedéseket igényel az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ekkor a jel állandó komponenssé válik. A bitek véletlenszerű interleavelésével a jelspektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ kódé (ugyanolyan bitsebesség mellett az órajel időtartama megduplázódik). Így a bemutatott 2B1Q kóddal kétszer olyan gyorsan lehet adatokat továbbítani ugyanazon a vonalon, mint az AMI kóddal. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy szintet a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.

A lehetséges AMI és 2B1Q típuskódok javítására használják logikai kódolás. A logikai kódolást arra tervezték, hogy az állandó potenciálhoz vezető hosszú bitszekvenciákat váltsa ki egymást közbeiktatott bitekkel. A logikai kódolást két módszer jellemzi: redundancia kódok és kódolás.

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat darabokra bontásán alapulnak, amelyeket gyakran szimbólumoknak neveznek. Ezután minden eredeti karakter lecserélődik egy új karakterre, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti. Például a 4B/5B logikai kód lecseréli az eredeti 4 bites szimbólumokat 5 bites szimbólumokra. Mivel az így kapott szimbólumok redundáns biteket tartalmaznak, a bennük lévő bitkombinációk teljes száma nagyobb, mint az eredetiekben. Így egy 4B/5B kódban a kapott szimbólumok 32 bites kombinációt tartalmazhatnak, míg az eredeti szimbólumok csak 16-ot. Ezért a kapott kódban 16 olyan kombinációt lehet kiválasztani, amelyek nem tartalmaznak nagy számú nullát, ill. számold a többit tiltott kódok (kódsértés). A DC komponens kiiktatása és a kód önszinkronizálása mellett a redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára a sérült bitek felismerését. Ha a vevő illegális kódot kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon. A 4B/5B kódot a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják, olyan potenciálkódolási módszerrel, amely csak a hosszú nullák sorozatára érzékeny. Az 5 bites 4B/5B kódszimbólumok garantálják, hogy akárhogyan is kombinálják őket, háromnál több nulla egymás után nem jelenhet meg a sorban. A kód nevében a B betű azt jelenti, hogy az elemi jelnek 2 állapota van (az angol binárisból - bináris). Vannak három jelállapotú kódok is, például a 8B/6T kódban 8 bites forrásinformáció kódolására egy 6 jelből álló kódot használnak, amelyek mindegyikének három állapota van. A 8B/6T kód redundanciája nagyobb, mint a 4B/5B kódé, mivel 256 forráskód esetében 729 (3 6 hatványig) eredő szimbólum van. A keresőtábla használata nagyon egyszerű művelet, így ez a megközelítés nem bonyolítja a hálózati adaptereket és a kapcsolók és útválasztók interfész blokkjait (lásd szakaszok 9,11).

Egy adott vonalkapacitás biztosításához egy redundáns kódot használó adónak megnövelt órajelen kell működnie. Tehát a 4B/5B kódok 100 Mbit/s sebességű továbbításához az adónak 125 MHz órajelen kell működnie. Ebben az esetben a vonalon lévő jel spektruma kitágul ahhoz képest, amikor egy tiszta, nem redundáns kódot továbbítanak a vonalon. Ennek ellenére a redundáns potenciálkód spektruma szűkebbnek bizonyul, mint a Manchester kód spektruma, ami indokolja a logikai kódolás további szakaszát, valamint a vevő és az adó megnövelt órajel-frekvencián történő működését.

A logikai kódolás másik módja az eredeti információ előzetes „keverésén” alapul, így az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a sorban közel kerül. Az ilyen műveleteket végrehajtó eszközöket vagy blokkokat hívják scramblers(kavarás - szemétlerakás, rendetlen összeszerelés). Nál nél tülekedés jól ismert algoritmust használnak, így a vevő a bináris adat vétele után továbbítja azokat dekódoló, amely visszaállítja az eredeti bitsorozatot. Ebben az esetben a felesleges bitek nem kerülnek átvitelre a vonalon. A modern nagysebességű hálózati technológiákban javított potenciális redundanciát és kódolt kódokat használnak a Manchester és a bipoláris impulzuskódolás helyett.

7.6. Kommunikációs vonali multiplexelési technológiák

Mert multiplexelés A kommunikációs vonalak („tömörítése”) számos technológiát alkalmaz. Technológia frekvenciamultiplexelés(Frekvenciaosztásos multiplexelés - FDM) eredetileg telefonhálózatokhoz fejlesztették ki, de más típusú hálózatokhoz is használják, például kábeltelevíziós hálózatokhoz. Ez a technológia magában foglalja az egyes előfizetői csatornák jeleinek átvitelét a saját frekvenciatartományába, és több előfizetői csatorna jeleinek egyidejű továbbítását egy szélessávú kommunikációs vonalon. Például egy FDM kapcsoló bemenetei kezdeti jeleket fogadnak a telefonhálózat előfizetőitől. A kapcsoló minden csatorna frekvenciáját átviszi a saját frekvenciatartományába. Jellemzően a nagyfrekvenciás tartomány sávokra van felosztva, amelyek az előfizetői csatornák adatainak továbbítására vannak kijelölve. A két FDM switch közötti kommunikációs vonalon az összes előfizetői csatorna jelei egyidejűleg továbbításra kerülnek, de mindegyik saját frekvenciasávot foglal el. A kimeneti FDM kapcsoló kiválasztja az egyes vivőfrekvenciák modulált jeleit, és továbbítja azokat a megfelelő kimeneti csatornára, amelyhez az előfizetői telefon közvetlenül kapcsolódik. Az FDM kapcsolók dinamikus és állandó kapcsolást is végezhetnek. A dinamikus kapcsolásnál az egyik előfizető a hívott előfizető számának a hálózatba küldésével kapcsolatot kezdeményez egy másik előfizetővel. A kapcsoló dinamikusan kiosztja az egyik szabad sávot ennek az előfizetőnek. Folyamatos kapcsolás mellett a sávot hosszú időre az előfizetőhöz rendelik. A frekvenciaosztáson alapuló kapcsolás elve a többi hálózattípusban változatlan, csak az egyes előfizetői csatornákhoz kiosztott sávok határai, illetve azok száma változik.

Multiplex technológiaidőosztás(Időosztásos multiplexelés - TDM) vagy ideiglenes multiplexelés TDM berendezések (multiplexerek, kapcsolók, demultiplexerek) használatán alapul, időmegosztásos üzemmódban működik, felváltva kiszolgálja az összes előfizetői csatornát egy ciklus alatt. Minden kapcsolathoz a berendezés működési ciklusának egy időszelete van hozzárendelve, más néven időrés. Egy időrés időtartama a berendezés által kiszolgált előfizetői csatornák számától függ. A TDM hálózatok bármelyiket támogathatják dinamikus, vagy állandó váltás, és néha mindkét mód.

Hálózatok dinamikus kapcsolás előfizetők közötti kapcsolat létesítéséhez előzetes eljárást igényelnek. Ehhez a hívott előfizető címét továbbítják a hálózatnak, amely áthalad a kapcsolókon, és konfigurálja azokat a későbbi adatátvitelhez. A kapcsolódási kérelmet egyik kapcsolóról a másikra irányítják, és végül eléri a hívott felet. A hálózat megtagadhatja a kapcsolat létrehozását, ha a szükséges kimeneti csatorna kapacitása már kimerült. FDM kapcsoló esetén a kimeneti kapacitás megegyezik a frekvenciasávok számával, TDM kapcsoló esetén pedig azoknak az időréseknek a számával, amelyekre a csatorna működési ciklusa fel van osztva. A hálózat akkor is megtagadja a csatlakozást, ha a kért előfizető mással már kapcsolatot létesített. Az első esetben azt mondják, hogy a kapcsoló foglalt, a másodikban pedig az előfizető. Az áramköri kapcsolási mód hátránya a csatlakozás meghibásodásának lehetősége. Ha a kapcsolat létrejöhet, akkor az FDM hálózatokban fix frekvenciasávot, a TDM hálózatokban pedig fix sávszélességet kap. Ezek az értékek a csatlakozási időszak alatt változatlanok maradnak. A kapcsolat létrejöttét követően garantált hálózati átviteli sebesség olyan fontos tulajdonság, amely olyan alkalmazásokhoz szükséges, mint a hang- és képátvitel vagy a valós idejű létesítményvezérlés.

Ha csak egy fizikai kommunikációs csatorna van, például amikor telefonhálózaton keresztül modemekkel cserélünk adatot, a duplex üzemmód úgy van megszervezve, hogy a csatornát FDM vagy TDM technológiákkal két logikai alcsatornára osztjuk. Az FDM technológia használatakor a modemek négy frekvencián működnek a kétvezetékes vonal duplex működésének megszervezése érdekében (két frekvencia az egyesek és nullák kódolására szolgál egyirányú adatátvitelkor, a másik két frekvencia pedig az ellenkező irányú átvitel kódolására szolgál ). A TDM technológiában egyes időréseket az egyik irányú adatátvitelre, néhányat pedig a másik irányú adatátvitelre használnak. Jellemzően ellentétes irányú időrések váltakoznak.

Az optikai kábelekben a duplex működés megszervezése érdekében, ha csak egy optikai szálat használnak, az adatok továbbítása egy irányban egy hullámhosszúságú fénysugárral, az ellenkező irányba pedig eltérő hullámhosszon történik. Ez a technológia lényegében az FDM-módszerre utal, de az optikai kábeleknél az ún hullámhossz multiplexelési technológiák(Hullámosztásos multiplexelés - WDM) vagy hullám multiplexelés.

Technológiasűrű hullám(spektrális) multiplexelés(Sűrű hullámosztásos multiplexelés - DWDM) célja az optikai autópályák új generációjának létrehozása, amely több gigabites és terabites sebességgel működik. Ez a minőségi ugrás a teljesítményben annak köszönhető, hogy az optikai szálban lévő információt egyidejűleg nagyszámú fényhullám továbbítja. A DWDM hálózatok a csatornaváltás elvén működnek, minden fényhullám külön spektrális csatornát képvisel, és saját információt hordoz. A DWDM technológia egyik fő előnye az optikai szál frekvenciapotenciáljának kihasználtságának jelentős növekedése, amelynek elméleti sávszélessége 25 000 GHz.

Összegzés

A modern távközlési rendszerekben az információ továbbítása elektromágneses hullámokon – elektromos, fény- vagy rádiójeleken keresztül történik.

A kommunikációs vonalak az információ továbbítására szolgáló fizikai közeg típusától függően lehetnek kábelesek (vezetékesek) vagy vezeték nélküliek. Kommunikációs vonalként párhuzamos sodratlan vezetékeken alapuló telefonkábeleket, koaxiális kábeleket, sodrott érpáron alapuló (árnyékolatlan és árnyékolt) kábeleket és száloptikai kábeleket használnak. A ma leghatékonyabbak és a közeljövőben ígéretesek a sodrott érpáron alapuló kábelek és az optikai kábelek. A vezeték nélküli kommunikációs vonalakat leggyakrabban rádiójelek továbbításával valósítják meg különböző rádióhullám-sávokban. Az infravörös vezeték nélküli technológia az elektromágneses spektrumnak a látható fény és a mikrohullámok legrövidebb hullámhossza közötti részét használja. A leggyorsabb és leginkább zajálló lézertechnológia a vezeték nélküli kommunikáció.

A kommunikációs vonalak fő jellemzői az amplitúdó-frekvencia válasz, a sávszélesség és a csillapítás egy bizonyos frekvencián.

Egy kommunikációs vonal kapacitása a lehetséges legnagyobb adatátviteli sebességet jellemzi rajta. A kommunikációs vonal zajtűrése határozza meg, hogy képes-e csökkenteni a külső környezetben a belső vezetékeken keletkező interferencia szintjét. Az adatátvitel megbízhatósága minden egyes átvitt adatbit esetében jellemzi a torzítás valószínűségét.

A kommunikációs vonalra továbbított jelek diszkrét információinak ilyen vagy olyan formában történő megjelenítését fizikai kódolásnak nevezzük. A logikai kódolás során az eredeti információ bitjeit egy új bitsorozatra cserélik, amely ugyanazt az információt hordozza, de további tulajdonságokkal rendelkezik.

A szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon történő diszkrét adatok továbbítására analóg modulációt alkalmaznak, amelyben az információt egy szinuszos vivőjel amplitúdójának, frekvenciájának vagy fázisának megváltoztatásával kódolják. A diszkrét információk digitális kódolásakor potenciál- és impulzuskódokat használnak. A kommunikációs vonalak multiplexelésére frekvencia-, idő- és hullámmultiplexelési technológiákat használnak.

Tesztkérdések és feladatok

1. Adja meg a kommunikációs vonalak osztályozását!

2. Ismertesse a leggyakoribb kábeles kommunikációs vonalakat!

3. Mutassa be a fő vezeték nélküli kommunikációs vonalakat, és adja meg azok összehasonlító jellemzőit.

4. Milyen fizikai tényezők miatt torzítják a kommunikációs csatornák az átvitt jeleket?

5. Mi a kommunikációs csatorna amplitúdó-frekvencia válasza?

6. Milyen mértékegységekben mérik egy kommunikációs csatorna áteresztőképességét?

7. Ismertesse a „kommunikációs vonal zajtűrésének” fogalmát!

8. Mit definiál az „adatátvitel megbízhatósága” jellemző, és milyen mértékegységekben mérik?

9. Mi az „analóg moduláció”, és milyen fajtái használhatók diszkrét adatok továbbítására?

10. Melyik eszköz látja el azt a funkciót, hogy adó oldalon moduláljon egy vivő szinuszoidot, vevő oldalon pedig demoduláljon?

11. Tegyen különbséget a digitális jelek potenciál- és impulzuskódolása között!

12. Mik azok az önidőzített kódok?

13. Milyen célra használják a digitális jelek logikai kódolását és milyen módszereket alkalmaznak?

14. Ismertesse a kommunikációs vonalak frekvencia-multiplexelésének technológiáját!

15. Melyek az időosztásos multiplexelési technológia jellemzői?

16. Milyen multiplexelési technológiát alkalmaznak az optikai kábelekben a duplex működés megszervezésére, ha csak egy optikai szálat használnak?

17. Milyen célokra fejlesztették ki a sűrűhullámú multiplexelési technológiát?

A kommunikációs vonalon továbbított információ általában speciális kódolás alá esik, ami segít az átvitel megbízhatóságának növelésében. Ebben az esetben a kódolás és dekódolás további hardverköltségei elkerülhetetlenek, és a hálózati adapterek költsége nő.

A hálózaton keresztül továbbított információ kódolása a maximálisan megengedett átviteli sebesség és a használt átviteli közeg áteresztőképessége közötti összefüggéshez kapcsolódik. Például különböző kódok esetén a maximális átviteli sebesség ugyanazon a kábelen kétszeresére is eltérhet. A hálózati berendezések összetettsége és az információátvitel megbízhatósága is közvetlenül függ a kiválasztott kódtól.

A diszkrét adatok kommunikációs csatornákon történő továbbításához az eredeti diszkrét adatok két fizikai kódolási módszerét alkalmazzák - egy szinuszos vivőjelen és egy téglalap alakú impulzussorozaton alapulóan. Az első módszert gyakran ún analóg moduláció, mert A kódolás az analóg jel paramétereinek (amplitúdó, fázis, frekvencia) megváltoztatásával történik. A második módszer az ún digitális kódolás. Jelenleg az analóg formában lévő adatok (beszéd, televíziókép) kommunikációs csatornákon keresztül, diszkrét formában kerülnek továbbításra. Az analóg információ diszkrét formában való megjelenítésének folyamatát ún diszkrét moduláció.

5.1Analóg moduláció

A diszkrét adatok szinuszos jelként való megjelenítését ún analóg moduláció. Az analóg moduláció lehetővé teszi az információ szinuszos jelként való megjelenítését különböző amplitúdó-, fázis- vagy frekvenciaszintekkel. Használhatja a változó paraméterek kombinációit is - amplitúdó és frekvencia, amplitúdó-fázis. Például, ha négy amplitúdószintű és négy frekvenciaszintű szinuszos jelet generál, az információs paraméter 16 állapotát adja meg, ami változásonként 4 bit információt jelent.

Az analóg modulációnak három fő módja van:

amplitúdó,

frekvencia,

Amplitúdó moduláció (AM) Az amplitúdómodulációnál a vivőfrekvenciás szinuszhullám egyik amplitúdószintje kerül kiválasztásra a logikai szintnek, a másik pedig a logikai nullának (lásd 5.1. ábra). A jel frekvenciája állandó marad. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran más típusú modulációval - fázismodulációval kombinálva.

Rizs. 5.1 A moduláció különböző típusai

Frekvencia moduláció. ( Világbajnokság) Frekvenciamodulációval a forrásadatok logikai 0 és logikai 1 értékei különböző frekvenciájú szinuszokként kerülnek átvitelre - f 1 és f 2 (lásd 5.1. ábra). A jel amplitúdója állandó marad. Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolult áramkört a modemekben, és általában alacsony sebességű modemekben használják.

Fázis moduláció. (FM) Fázismoduláció esetén a 0 és 1 logikai értékek azonos frekvenciájú, de különböző fázisú (invertált) jeleknek felelnek meg, például 0 és 180 fok vagy 0,90, 180 és 270 fok. A kapott jel úgy néz ki, mint egy fordított szinuszos sorozat (lásd az 5.1. ábrát). A jel amplitúdója és frekvenciája állandó marad.

Az átviteli sebesség növelésére (az információs paraméter ciklusonkénti bitszámának növelésére) kombinált modulációs módszereket alkalmaznak. A leggyakoribb módszerek kvadratúra amplitúdó moduláció (Kuadratúra Amplitúdó Moduláció,QAM). Ezek a módszerek a fázismodulációt 8 fáziseltolási értékkel és az amplitúdómodulációt 4 amplitúdószinttel kombinálják. Ezzel a módszerrel 32 jelkombináció lehetséges. És bár nem mindegyiket használják, a sebesség így is jelentősen megnő, és a redundancia miatt az adatátvitel során fellépő hibák kontrollálhatók. Például egyes kódokban csak 6, 7 vagy 8 kombináció engedélyezett az eredeti adatok megjelenítésére, a többi kombináció pedig tilos. Ilyen kódolási redundanciára van szükség ahhoz, hogy a modem felismerje az interferencia okozta torzulásokból eredő hibás jeleket, amelyek a telefoncsatornákon, különösen a betárcsázós csatornákon amplitúdójukban és időben nagyon jelentősek.

Határozzuk meg, hogy mely vonalakon működhet az analóg moduláció, és ez a módszer mennyiben elégíti ki egy adott átviteli vonal áteresztőképességét, amelynél figyelembe vesszük a kapott jelek spektrumát. Vegyük például az amplitúdómodulációs módszert. A kapott jel spektruma az amplitúdómoduláció során a vivőfrekvencia szinuszából áll f Val velés két oldalharmonikus:

(f Val vel -f m ) És (f Val vel + f m ), Ahol f m- modulációs frekvencia (a szinusz információs paraméterének változása), amely két amplitúdószint használata esetén egybeesik az adatátviteli sebességgel.

Rizs. 5.2 Jelspektrum amplitúdómodulációval

Frekvencia f m meghatározza egy adott kódolási módszer vonalkapacitását. Alacsony modulációs frekvencia esetén a jel spektrum szélessége is kicsi lesz (egyenlő a 2f m lásd 5.2. ábra), ezért a jeleket nem torzítja a vonal, ha a sávszélessége nagyobb vagy egyenlő 2f m .

Így az amplitúdómodulációval a kapott jel szűk spektrumú.

A fázis- és frekvenciamodulációnál a jelspektrum bonyolultabb, mint az amplitúdómodulációnál, hiszen itt kettőnél több oldalharmonikus képződik, de ezek is szimmetrikusan helyezkednek el a fő vivőfrekvenciához képest, és amplitúdójuk gyorsan csökken. Ezért ezek a modulációs típusok alkalmasak szűk sávszélességű vonalakon történő adatátvitelre is. Az ilyen vonalak tipikus képviselője a nyilvános telefonhálózatok felhasználóinak biztosított hangfrekvenciás csatorna.

A hangfrekvenciás csatorna tipikus amplitúdó-frekvencia válaszából látható, hogy ez a csatorna 300 és 3400 Hz közötti frekvenciákat sugároz, így a sávszélessége 3100 Hz (lásd 5.3. ábra).

Rizs. 5.3 A hangfrekvencia-csatorna frekvenciaválasza

Bár az emberi hangnak sokkal szélesebb tartománya van - körülbelül 100 Hz-től 10 kHz-ig - az elfogadható beszédminőség érdekében, a 3100 Hz-es tartomány jó megoldás. A hangcsatorna sávszélességének szigorú korlátozása a multiplexelő és csatornakapcsoló berendezések telefonhálózatokban történő használatához kapcsolódik.

Így egy hangfrekvenciás csatorna esetében az amplitúdómoduláció legfeljebb 3100/2=1550 bit/s adatátviteli sebességet biztosít. Ha több szintű információs paramétert használ (4 amplitúdószint), akkor a hangfrekvenciás csatorna áteresztőképessége megduplázódik.

Leggyakrabban az analóg kódolást használják szűk sávszélességű csatornán, például globális hálózatok telefonvonalain történő információtovábbításkor. A helyi hálózatokban ritkán használják a kódoló és dekódoló berendezések magas összetettsége és költsége miatt.

Jelenleg szinte minden analóg jelekkel működő berendezést drága mikroáramkörök alapján fejlesztenek DSP (digitális jelprocesszor). Ebben az esetben a jel modulálása és továbbítása után demodulációt kell végrehajtani a vétel során, és ez ismét drága berendezés. Az adó oldalon a vivő szinuszos moduláció, a vevő oldalon a demoduláció funkció ellátására egy speciális eszközt használnak, amely ún. modem (modulátor-demodulátor). Egy 56 000 bps-os modem 100 dollárba, egy 100 Mbps-os hálózati kártya 10 dollárba kerül.

Befejezésül bemutatjuk az analóg moduláció előnyeit és hátrányait.

Az analóg modulációnak számos információs paramétere van: amplitúdó, fázis, frekvencia. Ezen paraméterek mindegyike több állapotot is felvehet a vivőjel változásánként. Így a kapott jel másodpercenként nagy számú bitet tud továbbítani.

Az analóg moduláció szűk spektrumú jelet ad, ezért ott jó, ahol gyenge vonalakon kell dolgozni (szűk sávszélességgel), ott nagy átviteli sebességet képes biztosítani. Az analóg moduláció jó vonalakon is működhet; itt különösen fontos az analóg moduláció másik előnye - a spektrum eltolása a kívánt területre, a használt vonal sávszélességétől függően.

Az analóg modulációt nehéz megvalósítani, és az erre szolgáló berendezés nagyon drága.

Az analóg modulációt ott alkalmazzák, ahol nem lehet elkerülni, de a helyi hálózatokban más kódolási módszereket alkalmaznak, amelyek megvalósítása egyszerű és olcsó berendezéseket igényel. Ezért leggyakrabban a helyi hálózatokban, amikor adatátvitelt végeznek kommunikációs vonalakon, a második fizikai kódolási módszert használják - a digitális kódolást.

5. 2.Digitális kódolás

Digitális kódolás- információ megjelenítése téglalap alakú impulzusokkal. Digitális kódolási használatra lehetségesÉs impulzus kódokat.

Potenciális kódok. A potenciálkódokban csak az órajel-periódus alatti jelpotenciál értékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, és ennek a befejezett impulzusokat képező cseppjeit nem vesszük figyelembe. Csak az számít, hogy a kapott jel milyen értéket képvisel az órajel periódusában.

Impulzus kódok. Az impulzuskódok a logikai nullát és a logikai egyest egy bizonyos polaritású impulzusként vagy egy impulzus részeként képviselik - egy adott irányú potenciálkülönbség. Az impulzuskód értéke magában foglalja a teljes impulzust a cseppekkel együtt.

Határozzuk meg a digitális kódolás követelményeit. Például diszkrét adatokat (logikai nullák és egyesek sorozatát) kell átvinnünk az egyik számítógép kimenetéről - a forrásból - egy másik számítógép - a vevő - bemenetére egy kommunikációs vonalon keresztül.

1. Az adatok továbbítására olyan kommunikációs vonalaink vannak, amelyek nem haladnak át minden frekvencián, típusuktól függően bizonyos kapacitással rendelkeznek. Ezért az adatok kódolásakor figyelembe kell venni, hogy a kódolt adatokat a kommunikációs vonal „átadja”.

2. A diszkrét adatok sorozatait meghatározott frekvenciájú digitális impulzusok formájában kell kódolni. Ebben az esetben természetesen a legjobb elérni:

a) a kódolt jelek frekvenciáit alacsonyan kell tartani, hogy általában megfeleljenek a kommunikációs kapcsolatok sávszélességének.

b) hogy a kódolt jelek nagy átviteli sebességet biztosítsanak.

Szóval jó kódnak kell lennie kevesebb Hertz és több bit másodpercenként.

3. A továbbítandó adat logikai nullák és egyesek előre nem láthatóan változó sorozata.

Kódoljuk ezeket az adatokat digitális impulzusokkal egy bizonyos módon, hogyan határozhatjuk meg, hogy a kapott jel milyen frekvenciájú? A digitális kód maximális frekvenciájának meghatározásához elegendő figyelembe venni az eredményül kapott jelet olyan privát sorozatok kódolásakor, mint például:

logikai nullák sorozata

a logikaiak sorozata

logikai nullák és egyesek váltakozó sorozata

Ezután meg kell bontani a jelet a Fourier-módszerrel, meg kell találni a spektrumot, meg kell határozni az egyes harmonikusok frekvenciáit és meg kell találni a jel teljes frekvenciáját; fontos, hogy a jel fő spektruma a kommunikáció sávszélességébe essen. vonal. Ahhoz, hogy mindezen számításokat ne végezzük el, elég megpróbálni meghatározni a jelspektrum alapharmonikusát, ehhez ki kell tippelni a jel alakjából az első szinuszost, amely követi alakjának kontúrját, majd keresse meg ennek a szinuszos periódusát. A periódus két jelváltozás közötti távolság. Ezután meghatározhatja a jel spektrum alapharmonikusának frekvenciáját as F = 1/T, Ahol F- gyakoriság, T- jelzési periódus. A további számítások megkönnyítése érdekében feltételezzük, hogy a jel változásának bitsebessége egyenlő N.

Ilyen számítások végezhetők minden egyes digitális kódolási módszerre a kapott jel frekvenciájának meghatározására. A digitális kódolás eredményeként kapott jel téglalap alakú impulzusok meghatározott sorozata. Ahhoz, hogy a téglalap alakú impulzusok sorozatát szinuszok összegeként ábrázoljuk a spektrum megtalálásához, nagy számú ilyen szinuszra van szükség. A négyszögjelek sorozatának spektruma általában sokkal szélesebb, mint a modulált jeleké.

Ha digitális kódot alkalmazunk az adatátvitelre hangfrekvenciás csatornán, akkor a lehetséges kódolás felső határa 971 bps adatátviteli sebességnél érhető el, az alsó határ pedig bármilyen sebességnél elfogadhatatlan, mivel a csatorna sávszélessége 300 Hz.

Ezért digitális kódok hangfrekvenciás csatornákon egyszerűen soha nem használják őket. De nagyon jól működnek olyan helyi hálózatokban, amelyek nem használnak telefonvonalat adatátvitelre.

És így, A digitális kódolás széles sávszélességet igényel a kiváló minőségű átvitelhez.

4. Amikor egy forráscsomóponttól egy vevő csomóponthoz kommunikációs vonalakon továbbítunk információt, olyan átviteli módot kell biztosítani, amelyben a vevő mindig pontosan tudja, hogy melyik időpontban kap adatot a forrástól, azaz szükséges biztosít szinkronizálás forrás és vevő. A hálózatokban a szinkronizálás problémája nehezebben oldható meg, mint a számítógépen belüli blokkok közötti adatcsere vagy a számítógép és a nyomtató között. Kis távolságokon jól működik egy külön óra kommunikációs vonalon alapuló séma. Egy ilyen sémában az információ csak abban a pillanatban kerül ki az adatsorból, amikor megérkezik az óraimpulzus (lásd 5.4. ábra).

Rizs. 5.4 Vevő és adó szinkronizálása rövid távolságokon

Ez a szinkronizálási lehetőség egyáltalán nem alkalmas egyetlen hálózatra sem a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt. Nagy távolságokon az egyenetlen jelterjedési sebesség miatt az óraimpulzus olyan későn vagy a megfelelő adatjel előtt érkezik meg, hogy az adatbit kihagyásra kerül, vagy újra kiolvasható. A másik ok, amiért a hálózatok megtagadják az időzítési impulzusok használatát, a vezetők megtakarítása a drága kábelekben. Ezért a hálózatok ún önszinkronizáló kódok.

Önidőzített kódok- olyan jelek, amelyek utasításokat hordoznak a vevő számára, hogy mely időpontban szükséges felismerni a következő bitet (vagy több bitet, ha a kód kettőnél több jelállapotra fókuszál). Bármilyen hirtelen jelváltozás - az ún elülső- jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálásához. Példa az önidőzített kódra a szinuszhullám. Mivel a vivőfrekvencia amplitúdójának megváltoztatása lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza a bemeneti kód megjelenésének pillanatát. De ez az analóg modulációra vonatkozik. A digitális kódolásban is vannak olyan technikák, amelyek önidőzített kódokat hoznak létre, de erről később.

És így, egy jó digitális kódnak biztosítania kell a szinkronizálást

Miután megvizsgáltuk a jó digitális kód követelményeit, térjünk át maguknak a digitális kódolási módszereknek a megfontolására

5. 2.1 Potenciális kód nulla NRZ-hez való visszatérés nélkül

Ez a kód azért kapta a nevét, mert egyesek sorozatának továbbításakor a jel nem tér vissza nullára az órajel ciklusa alatt (amint azt alább látni fogjuk, más kódolási módszereknél ilyenkor történik vissza nullára).

NRZ kód (nullához nem visszatérő)- nullára való visszatérés nélkül - ez a legegyszerűbb kétszintű kód. A kapott jelnek két potenciálszintje van:

A nulla az alsó, az egy a felső szintnek felel meg. Az információátmenetek a bithatárokon történnek.

Tekintsük a kódon keresztüli adatátvitel három speciális esetét NRZ: nullák és egyesek váltakozó sorozata, nullák és egyesek sorozata (lásd 5.5,a ábra).

Rizs. 5.5 NRZ kód

Próbáljuk meg eldönteni, hogy ez a kód megfelel-e a felsorolt ​​követelményeknek. Ehhez minden bemutatott esetben meg kell határozni a spektrum alapharmonikusát a potenciálkódolás során, hogy pontosabban meg lehessen határozni, hogy melyik NRZ kódnak vannak követelményei a használt kommunikációs vonalhoz.

Az első eset - az információ továbbítása váltakozó egyesek és nullák végtelen sorozatából áll (lásd 5.5. ábra, b).

Ezen az ábrán látható, hogy egyesek és nullák váltakozása esetén két 0 és 1 bit kerül átvitelre egy órajelben. 4.22, b Mikor N- az átvitel bitsebessége, ennek a szinuszos periódusa egyenlő T=2N. Az alapharmonikus frekvencia ebben az esetben egyenlő f 0 = N/2.

Amint láthatja, ennek a kódnak a sorozata esetén az adatátviteli sebesség kétszerese a jelfrekvenciának.

Nulla és egyes sorozatok átvitelekor a kapott jel egyenáram, a jelváltozás frekvenciája nulla f 0 = 0 .

Az aktuális jel spektruma folyamatosan változik attól függően, hogy milyen adatot továbbítanak a kommunikációs vonalon, és óvakodni kell a hosszú nullák vagy egyesek sorozataitól, amelyek a jelspektrumot alacsonyabb frekvenciák felé tolják el. Mert Az NRZ kódnak állandó összetevője van, amikor nullák vagy egyesek hosszú sorozatait továbbítja.

A jelelméletből ismert, hogy a szélességi követelményeken túl egy másik nagyon fontos követelmény is megfogalmazódik a továbbított jel spektrumával szemben. állandó komponens hiánya(egyenáram jelenléte a vevő és az adó között), mert a különféle transzformátor csomópontok a kommunikációs vezeték nem engedi át az egyenáramot.

Következésképpen bizonyos információkat ez a kommunikációs vonal egyszerűen figyelmen kívül hagy. Ezért a gyakorlatban már a kódolási szakaszban mindig megpróbálnak megszabadulni egy állandó komponens jelenlététől a vivőjel spektrumában.

Így azonosítottunk egy másik követelményt a jó digitális kóddal szemben a digitális kódnak ne legyen állandó összetevője.

Az NRZ másik hátránya: szinkronizálás hiánya. Ebben az esetben csak további szinkronizálási módszerek segítenek, amelyekről később beszélünk.

Az NRZ kód egyik fő előnye az egyszerűsége. A téglalap alakú impulzusok generálásához két tranzisztorra van szükség, és összetett mikroáramkörökre van szükség az analóg moduláció megvalósításához. A potenciális jelet nem kell kódolni és dekódolni, mivel ugyanazt a módszert használják a számítógépen belüli adatátvitelre.

A fentiek eredményeként számos olyan következtetést vonunk le, amelyek segítséget nyújtanak más digitális kódolási módszerek mérlegelésekor:

Az NRZ nagyon könnyen megvalósítható és jó hibafelismeréssel rendelkezik (két élesen eltérő potenciál miatt).

Az NRZ egyenáramú komponenssel rendelkezik a nullák és egyesek átvitelekor, ami lehetetlenné teszi a transzformátor leválasztású vezetékekben történő átvitelt.

Az NRZ nem önidőzített kód, és ez megnehezíti az átvitelt bármely vonalon.

Az NRZ kód vonzereje, ami miatt érdemes továbbfejleszteni, az f® alapharmonikus meglehetősen alacsony frekvenciája, amely N/2 Hz-nek felel meg, ahogy fentebb is látható. Tehát a kód NRZ alacsony frekvencián működik 0 és N/2 Hz között.

Ennek eredményeként az NRZ kódot tiszta formájában nem használják a hálózatokban. Azonban különféle módosításait használják, amelyek sikeresen kiküszöbölik mind az NRZ-kód rossz önszinkronizálását, mind az állandó komponens jelenlétét.

A következő digitális kódolási módszereket azzal a céllal fejlesztették ki, hogy valamilyen módon javítsák az NRZ kód képességét

5. 2.2. Bipoláris kódolási módszer alternatív inverziós AMI-vel

Bipoláris Alternate Mark Inversion (AMI) módszer az NRZ módszer módosítása.

Ez a módszer három potenciálszintet használ - negatív, nulla és pozitív. A három jelszint hátránya a kódnak, mivel a három szint megkülönböztetéséhez jobb jel-zaj arányra van szükség a vevő bemenetén. A további réteghez az adóteljesítmény körülbelül 3 dB-lel történő növelésére van szükség ahhoz, hogy ugyanazt a bithűséget biztosítsa a vonalon, ami a többállapotú kódok általános hátránya a kétszintű kódokhoz képest. Az AMI kódban nulla potenciált használnak a logikai nulla kódolására, a logikai potenciált pedig pozitív vagy negatív potenciál kódolja, ahol minden egyes új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával.

Rizs. 5.6 AMI kód

Ez a kódolási technika részben kiküszöböli az állandó komponensből és az önszinkronizálás hiányából adódó problémákat, amelyek az NRZ kódban rejlőek, amikor egységek hosszú sorozatait továbbítják. De az állandó komponens problémája a nullák szekvenciáinak továbbításakor továbbra is fennáll neki (lásd 5.6. ábra).

Tekintsük a kód speciális eseteit, és határozzuk meg mindegyikre a kapott jel spektrumának alapharmonikusát. Nullák sorozatával - jel - egyenáram - fo = 0 (5.7a ábra)

Rizs. 5.7 Az AMI fő spektrumfrekvenciáinak meghatározása

Emiatt az AMI kód ​​is további fejlesztést igényel. Egyesek sorozatának továbbításakor a vonalon a jel többpólusú impulzusok sorozata, amelyek spektruma megegyezik az NRZ kóddal, váltakozó nullákat és egyeseket továbbít, azaz állandó komponens nélkül és fo = N alapharmonikussal. /2 Hz.

Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az alapharmonikus fo = N/4 Hz, ami fele az NRZ kódnak.

Általánosságban elmondható, hogy egy vonal különböző bitkombinációinál az AMI kód ​​használata szűkebb jelspektrumot eredményez, mint az NRZ kód, és ezáltal nagyobb vonalkapacitást. Az AMI kód ​​bizonyos képességeket is biztosít a hibás jelek felismerésére. Így a jel polaritás szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet tiltott jelnek nevezzük. (jelzés megsértése).

A következő következtetések vonhatók le:

Az AMI kiküszöböli az egyenáramú komponenst az egyek sorozatának átvitelekor;

Az AMI szűk spektrumú - N/4 - N/2;

Az AMI részben kiküszöböli a szinkronizálási problémákat

Az AMI nem két, hanem három jelszintet használ a vonalon és ez a hátránya, de a következő módszerrel ezt sikerült kiküszöbölni.

5. 2.3 Potenciálkód inverzióval NRZI egységgel

Ez a kód teljesen hasonló az AMI kódhoz, de csak két jelszintet használ. Nulla átvitelekor az előző ciklusban beállított potenciált továbbítja (vagyis nem változtatja meg), az egyes továbbításakor pedig az ellenkezőjére fordítja a potenciált.

Ezt a kódot hívják potenciális kód inverzióval egynél (Non Return to Zero egyesekkel fordított, NRZI).

Kényelmes olyan esetekben, amikor a harmadik jelszint használata nagyon nem kívánatos, például optikai kábeleknél, ahol két jelállapot következetesen felismerhető - világos és sötét.

Rizs. 5.8 NRZI kód

Az NRZI kód ​​a kapott jel alakjában különbözik az AMI kódtól, de ha minden esetre kiszámítjuk az alapharmonikusokat, akkor kiderül, hogy ugyanazok. Váltakozó egyesek és nullák sorozata esetén a jel alapfrekvenciája fo=N/4.(lásd 5.9,a ábra). Egységek sorozatához - fo=N/2. A nullák sorozata esetén ugyanaz a hátrány marad fo=0- egyenáram a vezetékben.

Rizs. 5.9. Az NRZI fő spektrumfrekvenciáinak meghatározása

A következtetések a következők:

NRZI - ugyanazokat a képességeket biztosítja, mint az AMI kód, de csak két jelszintet használ, ezért alkalmasabb a további fejlesztésekre. Az NRZI hátrányai egy állandó komponens nullák sorozatával és a szinkronizálás hiánya az átvitel során. Az NRZI kód ​​központi szerepet kapott a magasabb szinteken továbbfejlesztett kódolási módszerek fejlesztésében.

5. 2.4 MLT3 kód

Háromszintű átviteli kód MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) sok közös vonása van az NRZI kóddal. Legfontosabb különbsége a három jelszint.

Az egyik az egyik jelszintről a másikra való átmenetnek felel meg. A lineáris jel szintjének változása csak akkor következik be, ha a bemeneten egy érkezik, azonban az NRZI kódtól eltérően a generálási algoritmust úgy választják meg, hogy két szomszédos változás mindig ellentétes irányú legyen.

Rizs. 5.10 Potenciális MLT-3 kód

Tekintsünk speciális eseteket, mint minden korábbi példában.

Nullák átvitelekor a jelnek is van állandó komponense, a jel nem változik - fo = 0 Hz (Lásd 5.10. ábra). Az összes átvitelekor az információátmenetek a bithatáron rögzülnek, és egy jelciklus négy bitet tartalmaz. Ebben az esetben fo=N/4 Hz - maximális kódfrekvencia MLT-3 az összes egység átvitelekor (5.11. ábra, a).

Rizs. 5.11 A fő spektrum frekvenciáinak meghatározása a MLT-3

Váltakozó sorozat esetén a kód MLT-3 maximális frekvenciája egyenlő fo=N/8, ami kétszer kisebb, mint az NRZI kód, ezért ennek a kódnak szűkebb a sávszélessége.

Ahogy észrevette, az MLT-3 kód hátránya, akárcsak az NRZI kód, a szinkronizálás hiánya. Ezt a problémát további adattranszformáció segítségével oldják meg, amely kiküszöböli a hosszú nullák sorozatát és a deszinkronizálás lehetőségét. Az általános következtetés a következőképpen vonható le - háromszintű kódolás használata MLT-3 lehetővé teszi a lineáris jel órajelének csökkentését és ezáltal az átviteli sebesség növelését.

5. 2.5 Bipoláris impulzuskód

A potenciális kódokon kívül impulzuskódokat is használnak, amikor az adatokat egy teljes impulzus vagy annak egy része - egy él - képviseli.

Ennek a megközelítésnek a legegyszerűbb esete az bipoláris impulzuskód, amelyben az egyiket egy, a nullát egy másik polaritású impulzus képviseli. Minden impulzus fél ütemig tart (5.12. ábra). A bipoláris impulzuskód egy háromszintű kód. Tekintsük a kapott jeleket, amikor bipoláris kódolással továbbítjuk az adatokat, ugyanilyen speciális esetekben.

Rizs. 5.12 Bipoláris impulzuskód

A kód különlegessége, hogy mindig van egy átmenet (pozitív vagy negatív) a bit közepén. Ezért minden bit fel van címkézve. A vevő magából a jelből tud kinyerni egy óraimpulzust (strob), amelynek impulzusismétlési gyakorisága van. Az összerendelés minden biten megtörténik, ami biztosítja, hogy a vevő szinkronban legyen az adóval. Az ilyen kódokat, amelyek villogót tartalmaznak, hívnak önszinkronizáló. Tekintsük minden esetben a jelek spektrumát (5.13. ábra). Az összes nulla vagy egyes átvitelekor a kód alapharmonikusának frekvenciája fo=N Hz, amely kétszerese az NRZ kód alapharmonikusának és négyszerese az AMI kód ​​alapharmonikusának. Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor - fo=N/2

Rizs. 5.13 A fő spektrum frekvenciáinak meghatározása bipoláris impulzuskódhoz.

A kód ezen hátránya nem növeli az adatátviteli sebességet, és egyértelműen jelzi, hogy az impulzusos kódok lassabbak, mint a potenciálisak.

Például egy vonalon 10 Mbit/s sebességű adatátvitelhez 10 MHz vivőjel-frekvencia szükséges. Változó nullák és egyesek sorozatának továbbításakor a sebesség nő, de nem sokat, mert a kód alapharmonikusának frekvenciája fo=N/2 Hz.

A bipoláris impulzuskódnak nagy előnye van a korábbi kódokhoz képest - önszinkronizálódik.

A bipoláris impulzuskód széles jelspektrummal rendelkezik, ezért lassabb.

A bipoláris impulzuskód három szintet használ.

5. 2.6 Manchester kód

Manchester kód továbbfejlesztett bipoláris impulzuskódként fejlesztették ki. A manchesteri kód az önszinkronizáló kódokra is utal, de a bipoláris kóddal ellentétben ennek nem három, hanem csak két szintje van, ami jobb zajvédelmet biztosít.

A manchesteri kód potenciálkülönbséget, vagyis az impulzus szélét használja egyesek és nullák kódolására. Manchesteri kódolással minden ütem két részre oszlik. Az információkat az egyes óraciklusok közepén fellépő potenciálesések kódolják. Ez így történik:

Az egyest egy él kódolja alacsony jelszintről magasra, a nullát pedig egy fordított él kódolja. Minden órajelciklus elején előfordulhat többletjelesés, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia.

Tekintsük a kódolás speciális eseteit (váltakozó nullák és egyesek, csupa nulla, minden egyes), majd minden sorozathoz meghatározzuk az alapharmonikusokat (lásd 5.14. ábra). Minden esetben látható, hogy Manchester kódolással az egyes bitek közepén lévő jel megváltoztatása megkönnyíti az órajel elkülönítését. Ezért a Manchester kód jó önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik.

Rizs. 5.14 Manchester kód

Az önszinkronizálás mindig lehetővé teszi nagy információcsomagok továbbítását az adó és a vevő órajel-frekvenciáinak különbségei miatti veszteség nélkül.

Tehát határozzuk meg az alapfrekvenciát, ha csak egyeseket vagy csak nullákat adunk.

Rizs. 5.15 A fő spektrum frekvenciáinak meghatározása a Manchester kódhoz.

Amint a nullák és egyesek átvitelekor is látható, nincs állandó komponens. Alapvető frekvencia fo=NHz, mint a bipoláris kódolásnál. Ennek köszönhetően a jelek galvanikus leválasztása a kommunikációs vonalakban a legegyszerűbb módon, például impulzustranszformátorok segítségével végezhető el. Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az alapharmonikus frekvenciája egyenlő fo=N/2Hz.

Így a Manchester-kód egy továbbfejlesztett bipoláris kód, amelyet csak két jelszinttel javítanak az adatátvitelhez, és nem hármat, mint a bipolárisban. De ez a kód még mindig lassú az NRZI-hez képest, amely kétszer olyan gyors.

Nézzünk egy példát. Vegyünk egy sávszélességű kommunikációs vonalat az adatátvitelhez 100 MHzés a sebesség 100 Mbit. Ha korábban egy adott frekvencián határoztuk meg az adatsebességet, akkor most meg kell határoznunk a jel frekvenciáját egy adott vonalsebesség mellett. Ez alapján megállapítjuk, hogy az NRZI kóddal történő adatátvitelhez N/4-N/2 frekvenciatartomány elegendő számunkra - ezek 25-50 MHz közötti frekvenciák, ezek a frekvenciák beleszámítanak vonalunk sávszélességébe. - 100 MHz. A Manchester kódhoz N/2-től N-ig terjedő frekvenciatartományra van szükségünk - ezek 50-100 MHz frekvenciák, ebben a tartományban találhatók a jelspektrum fő harmonikusai. A Manchester kód esetében ez nem elégíti ki a vonalunk sávszélességét, ezért a vonal nagy torzításokkal továbbítja az ilyen jelet (ilyen kód nem használható ezen a vonalon).

5.2.7Differenciál Manchester kód.

Differenciál Manchester kód a Manchester kódolás egyik típusa. A lineáris jel órajel intervallumának közepét csak a szinkronizálásra használja, és a jelszint mindig ezen változik. A logikai 0 és 1 a jelszint változásának megléte vagy hiánya által az óraintervallum elején, rendre továbbítódik (5.16. ábra)

Rizs. 5.16 Differenciál Manchester kód

Ennek a kódnak ugyanazok az előnyei és hátrányai vannak, mint a Manchester kódnak. De a gyakorlatban a differenciál Manchester kódot használják.

Így a Manchester kódot korábban nagyon aktívan használták a helyi hálózatokban (amikor a nagy sebességű vonalak nagy luxust jelentettek egy helyi hálózat számára), az önszinkronizálása és az állandó komponens hiánya miatt. Még mindig széles körben használják az optikai és elektromos hálózatokban. Az utóbbi időben azonban a fejlesztők arra a következtetésre jutottak, hogy érdemesebb a potenciális kódolást használni, annak hiányosságait az ún. logikai kódolás.

5.2.82B1Q potenciálkód

2B1Q kód- potenciálkód négy jelszinttel az adatkódoláshoz. A neve tükrözi a lényegét – két bitenként (2B) négy állapotú jel egy órajel ciklusban továbbítja (1Q).

Pár apróság 00 potenciálnak felel meg (-2,5 V), pár bit 01 potenciálnak felel meg (-0,833 V), pár 11 - lehetséges (+0,833 V), és egy pár 10 - lehetséges ( +2,5 V).

Rizs. 5.17 2B1Q potenciálkód

Amint az 5.17. ábrán látható, ez a kódolási módszer további intézkedéseket igényel az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ez a jelet állandó komponenssé alakítja. Ezért nullák és egyesek átvitelekor fo=0Hz Egyesek és nullák váltakozása esetén a jelspektrum kétszer szűkebb, mint a kódé NRZ, mivel azonos bitsebesség mellett az óraciklus időtartama megduplázódik - fo=N/4Hz.

Így a 2B1Q kód használatával kétszer olyan gyorsan továbbíthat adatokat ugyanazon a vonalon, mint az AMI vagy az NRZI kód ​​használatával. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy potenciálszintet (-2,5 V, -0,833 V, +0,833 V, +2,5 V) a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.

5. 2.9 PAM5 kód

Az összes fent vizsgált jelkódolási séma bitalapú volt. Bitkódolás esetén minden bit a protokolllogika által meghatározott jelértéknek felel meg.

Bájtkódolás esetén a jelszintet két vagy több bit határozza meg. Öt szintű kódban PAM 5 5 feszültségszintet (amplitúdót) és kétbites kódolást használnak. Minden kombinációnak saját feszültségszintje van. Kétbites kódolás esetén négy szint szükséges az információ továbbításához (kettő a második teljesítményhez - 00, 01, 10, 11 ). Két bit egyidejű átvitele felére csökkenti a jel frekvenciáját. Egy ötödik szint kerül hozzáadásra, hogy redundanciát hozzon létre a hibák kijavítására használt kódban. Ez további jel-zaj arány tartalékot biztosít.

Rizs. 5.18 PAM kód 5

5. 3. Logikai kódolás

Logikai kódolás ig fut fizikai kódolás.

A logikai kódolás szakaszában a jelek alakja már nem generálódik, de a fizikai digitális kódolási módszerek hátrányai megszűnnek, mint például a szinkronizálás hiánya, állandó komponens jelenléte. Így először a bináris adatok korrigált sorozatait alakítják ki logikai kódoló eszközök segítségével, amelyeket ezután kommunikációs vonalakon továbbítanak fizikai kódolási módszerekkel.

A logikai kódolás során az eredeti információ bitjeit egy új bitsorozatra cserélik, amely ugyanazt az információt hordozza, de további tulajdonságokkal is rendelkezik, például a fogadó oldal azon képessége, hogy a kapott adatokban hibákat észleljen. A forrásinformáció minden bájtjának egy paritásbittel történő kísérése egy példa egy nagyon gyakran használt logikai kódolási módszerre, amikor az adatokat modemekkel továbbítjuk.

Két logikai kódolási módszer létezik:

Redundáns kódok

Tülekedés.

5. 3.1 Redundáns kódok

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat darabokra bontásán alapulnak, amelyeket gyakran szimbólumoknak neveznek. Ezután minden eredeti karakter lecserélődik egy új karakterre, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti. A redundáns kód egyértelmű példája a 4V/5V logikai kód.

Logikai kód 4V/5V lecseréli az eredeti 4 bites karaktereket 5 bites karakterekre. Mivel az így kapott szimbólumok redundáns biteket tartalmaznak, a bennük lévő bitkombinációk teljes száma nagyobb, mint az eredetiekben. Így egy ötbites séma 32 (2 5) kétjegyű alfanumerikus karaktert állít elő, 00 és 31 közötti decimális értékkel. Míg az eredeti adat csak négy bitet vagy 16 (2 4) karaktert tartalmazhat.

Ezért a kapott kódban kiválaszthat 16 olyan kombinációt, amelyek nem tartalmaznak sok nullát, és megszámolhatja a többit tiltott kódok (kódsértés). Ebben az esetben a nullák hosszú sorozatai megszakadnak, és a kód önszinkronizálódik minden továbbított adathoz. Az állandó komponens is eltűnik, ami azt jelenti, hogy a jelspektrum még jobban szűkül. Ez a módszer azonban csökkenti a vonal hasznos kapacitását, mivel a felhasználói információk redundáns egységei nem kerülnek átvitelre, és csak „műsoridőt vesznek fel”. A redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára, hogy felismerje a sérült biteket. Ha a vevő illegális kódot kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon.

Tehát nézzük a munkát logikai kód 4V/5V. Az átalakított jelnek van 16 érték az információátvitelhez és 16 redundáns érték. A vevő dekódolóban öt bitet dekódolnak információs és szolgáltatási jelként.

A szervizjelekhez kilenc szimbólum van hozzárendelve, hét szimbólum nincs kizárva.

A háromnál több nullát tartalmazó kombinációk kizártak (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) . Az ilyen jeleket a szimbólum értelmezi Vés a fogadó csapat SZABÁLYOZÁS- kudarc. A parancs nagy interferencia vagy adóhiba miatti hibát jelez. Az öt nulla egyetlen kombinációja (00 - 00000 ) szervizjelzésekre utal, szimbólumot jelent Kés megvan a státusza CSENDES- nincs jel a vonalon.

Ez az adatkódolás két problémát old meg: a szinkronizálást és a zajvédelem javítását. A szinkronizálás a háromnál több nullát tartalmazó szekvenciák kiiktatásával történik, és az adatvevő öt bites intervallumonként magas zajtűrést biztosít.

Ezen előnyök ára az adatkódolás ezen módszerével a hasznos információk átviteli sebességének csökkenése. Például egy redundáns bit négy információs bithez való hozzáadásának eredményeként a frekvenciasáv-használat hatékonysága a kóddal rendelkező protokollokban MLT-3és adatkódolás 4B/5B ennek megfelelően 25%-kal csökken.

Kódolási séma 4V/5V táblázatban mutatjuk be.

Bináris kód 4B	5B eredménykód

Tehát ennek a táblázatnak megfelelően generálódik a kód 4V/5V, ezután fizikai kódolással továbbítják a vonalon a csak hosszú nullák sorozataira érzékeny potenciális kódolási módszerek egyikével – például az NRZI digitális kód használatával.

Az 5 bites 4B/5B kódszimbólumok garantálják, hogy akárhogyan is kombinálják őket, háromnál több nulla egymás után nem jelenhet meg a sorban.

Levél BAN BEN a kód nevében azt jelenti, hogy az elemi jelnek 2 állapota van - angolból bináris- bináris. Három jelállapotú kódok is vannak, például a kódban 8V/6T 8 bites forrásinformáció kódolásához 6 jelből álló kódot használnak, amelyek mindegyikének három állapota van. Kód redundancia 8V/6T magasabb, mint a kód 4V/5V, mivel 256 forráskódhoz 3 6 = 729 eredő szimbólum van.

Mint mondtuk, a logikai kódolás a fizikai kódolás előtt történik, ezért azt hálózati kapcsolati szintű berendezések végzik: hálózati adapterek, kapcsolók és útválasztók interfészegységei. Mivel, mint láthatta, a keresőtábla használata nagyon egyszerű művelet, így a logikai redundancia kódolási módszere nem bonyolítja a berendezés funkcionális követelményeit.

Az egyetlen követelmény, hogy egy adott vonalkapacitás biztosításához egy redundáns kódot használó adónak magasabb órajelen kell működnie. Tehát kódok továbbítására 4V/5V sebességgel 100 Mb/s az adónak órafrekvencián kell működnie 125 MHz. Ebben az esetben a vonalon lévő jel spektruma kitágul ahhoz képest, amikor egy tiszta, nem redundáns kódot továbbítanak a vonalon. A redundáns potenciálkód spektruma azonban szűkebbnek bizonyul, mint a Manchester kód spektruma, ami indokolja a logikai kódolás további fokozatát, valamint a vevő és az adó megnövelt órajel-frekvencián történő működését.

Így a következő következtetést vonhatjuk le:

Alapvetően a helyi hálózatok számára egyszerűbb, megbízhatóbb, jobb, gyorsabb - logikai adatkódolást használni redundáns kódokkal, amely kiküszöböli a hosszú nullák sorozatát és biztosítja a jel szinkronizálását, majd fizikai szinten gyors digitális kódot használ az átvitelhez. NRZI, ahelyett, hogy egy lassú, de önszinkronizáló eszközt használnánk az adatátvitelhez előzetes logikai kódolás nélkül Manchester kód.

Például egy 100M bit/s átviteli sebességű és 100 MHz sávszélességű vonalon történő adatátvitelhez az NRZI kód ​​25-50 MHz frekvenciát igényel, ez 4V/5V kódolás nélkül történik. És ha arra használod NRZI Szintén 4V/5V kódolás, most a frekvenciasáv 31,25 MHz-ről 62,5 MHz-re bővül. De ennek ellenére ez a tartomány még mindig „belefér” a vonal sávszélességébe. A Manchester-kódhoz pedig minden további kódolás nélkül 50-100 MHz-es frekvenciák szükségesek, és ezek a fő jel frekvenciái, de ezeket már nem 100 MHz-es vonal továbbítja.

5. 3.2 Scrabling

A logikai kódolás másik módszere az eredeti információ előzetes „keverésén” alapul, így az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a sorban közel lesz.

Az ilyen műveleteket végrehajtó eszközöket vagy blokkokat hívják scramblers (csavarás - lerakó, rendezetlen összeszerelés).

Nál nél tülekedés az adatok egy bizonyos algoritmus szerint keverednek, és a vevő a bináris adat vétele után továbbítja dekódoló, amely visszaállítja az eredeti bitsorozatot.

Ebben az esetben a felesleges bitek nem kerülnek átvitelre a vonalon.

A kódolás lényege egyszerűen a rendszeren áthaladó adatfolyam bitenkénti megváltoztatása. Szinte az egyetlen művelet, amelyet a scramblerekben használnak XOR - "bitenkénti exkluzív VAGY", vagy azt is mondják - összeadás által 2. modul. Ha kettőt ad hozzá kizárólagos VAGY-val, akkor a legmagasabbat elveti, és az eredmény 0 lesz.

A kódolási módszer nagyon egyszerű. Először egy scramblerrel állnak elő. Más szóval, kitalálnak egy arányt a bitek keverésére az eredeti sorozatban, „kizárólagos VAGY” használatával. Ezután ennek a kapcsolatnak megfelelően bizonyos bitek értékeit kiválasztják az aktuális bitsorozatból, és összeadják XOR egymás között. Ebben az esetben minden bit 1 bittel eltolódik, és az újonnan vett érték ("0" vagy "1") a felszabadult legkisebb jelentőségű bitbe kerül. Az az érték, amely az eltolás előtt a legjelentősebb bitben volt, hozzáadódik a kódolási sorozathoz, és a következő bit lesz. Ezt a szekvenciát azután kiadjuk a sorba, ahol fizikai kódolási módszerekkel a fogadó csomóponthoz továbbítják, amelynek bemenetén ez a sorozat az inverz arány alapján dekódolásra kerül.

Például egy kódoló megvalósíthatja a következő relációt:

Ahol Kettős- a kódoló i-edik órajelében kapott kód bináris számjegye, Ai- a kódoló bemenetén az i-edik órajelhez érkező forráskód bináris számjegye, B i-3 és B i-5- az eredményül kapott kód bináris számjegyei, amelyeket a scrambler előző óraciklusaiban kaptak, rendre 3, illetve 5 órajellel korábban, mint az aktuális órajelciklus, - kizárólagos VAGY művelet (addition modulo 2).

Most definiáljunk egy kódolt szekvenciát, például egy ilyen kezdeti sorozathoz 110110000001 .

A fent definiált scrambler a következő eredménykódot produkálja:

B 1 = A 1 = 1 (a kapott kód első három számjegye egybeesik az eredetivel, mivel még nincsenek szükséges korábbi számjegyek)

Így a sorozat megjelenik a kódoló kimenetén 110001101111 . Amely nem tartalmazza a forráskódban jelenlévő hat nullából álló sorozatot.

A kapott szekvencia vétele után a vevő továbbítja azt a dekódolónak, amely az inverz összefüggés alapján rekonstruálja az eredeti sorozatot.

Különféle más kódoló algoritmusok léteznek, ezek különböznek a kapott kódszámjegyet adó kifejezések számában és a kifejezések közötti eltolódásban.

A fő probléma a kódolás alapján kódolók - az adó (kódoló) és a vevő (dekódoló) eszközök szinkronizálása. Ha akár csak egy bitet is kihagyunk vagy helytelenül illesztünk be, az összes továbbított információ visszafordíthatatlanul elveszik. Ezért a scrambler alapú kódolási rendszerekben nagy figyelmet fordítanak a szinkronizálási módszerekre .

A gyakorlatban általában két módszer kombinációját alkalmazzák ezekre a célokra:

a) a fogadó oldal számára előre ismert szinkronizáló bitek hozzáadása az információfolyamhoz, amely lehetővé teszi, hogy ha ilyen bitet nem talál, akkor aktívan megkezdje a szinkronizálás keresését a küldővel,

b) nagy pontosságú időimpulzus-generátorok alkalmazása, amelyek lehetővé teszik a szinkronizálás elvesztésének pillanataiban a vett információbitek „memóriából” szinkronizálás nélküli dekódolását.

Léteznek egyszerűbb módszerek is az egységsorozatok kezelésére, amelyek szintén a kódolásnak minősülnek.

A kód javítása érdekében Bipoláris AMI két módszert alkalmaznak, amelyek a tiltott karakterekkel rendelkező nullák sorozatának mesterséges torzításán alapulnak.

Rizs. 5. 19 B8ZS és HDB3 kód

Ez az ábra a módszer használatát mutatja be B8ZS (bipoláris 8 nullával)és módszer HDB3 (High-Density Bipoláris 3-Zeros) az AMI kód ​​javításához. A forráskód két hosszú nullasorozatból áll (az első esetben 8, a második esetben 5).

B8ZS kód csak a 8 nullából álló sorozatokat javítja. Ehhez az első három nulla után a maradék öt nulla helyett öt számjegyet szúr be: V-1*-0-V-1*.V itt egy egység jelét jelöli, amely egy adott polaritási ciklusra tiltott, vagyis olyan jelet, amely nem változtatja meg az előző egység polaritását, 1 * - az egységjel megfelelő polaritású, és a csillag jel azt jelzi, hogy a forráskódban ebben az órajelben nem mértékegység, hanem nulla volt. Ennek eredményeként a vevő 8 órajelnél 2 torzítást észlel - nagyon valószínűtlen, hogy ez vonalzaj vagy egyéb átviteli hibák miatt történt. Ezért a vevő az ilyen megsértéseket 8 egymást követő nulla kódolásának tekinti, és a vétel után lecseréli őket az eredeti 8 nullára.

A B8ZS kód úgy van felépítve, hogy konstans összetevője nulla bármely bináris számjegysorozat esetén.

HDB3 kód kijavítja az eredeti sorozat bármely 4 egymást követő nulláját. A HDB3 kód generálására vonatkozó szabályok összetettebbek, mint a B8ZS kódé. Minden négy nullát négy jel helyettesít, amelyekben egy V jel van A DC komponens elnyomására a jel polaritása V egymást követő cserékkel váltakozik.

Ezenkívül két négyciklusú kódmintát használnak a cseréhez. Ha a csere előtt a forráskód páratlan számú egységet tartalmazott, akkor a sorozat kerül felhasználásra 000V, és ha az egyesek száma páros volt - a sorrend 1*00V.

Így a logikai kódolás és a potenciális kódolás együttes alkalmazása a következő előnyökkel jár:

A továbbfejlesztett jelöltkódok meglehetősen szűk sávszélességgel rendelkeznek a továbbított adatokban előforduló egyesek és nullák sorozata számára. Ennek eredményeként a potenciálból logikai kódolással nyert kódok még megnövelt órajel-frekvencián is szűkebb spektrummal rendelkeznek, mint Manchesterben.

Fizikai réteg a nyers bitek tényleges átvitelével foglalkozik

kommunikációs csatorna.

A számítógépes hálózatokban az egyik számítógépről a másikra történő adatátvitel szekvenciálisan, apránként történik. Fizikailag az adatbiteket adatkapcsolatokon keresztül analóg vagy digitális jelek formájában továbbítják.

A számítógépes hálózatokban az adatok továbbítására használt eszközök (kommunikációs vonalak, adatátviteli és vevőberendezések) összességét adatátviteli csatornának nevezzük. A továbbított információ formájától függően az adatátviteli csatornák analóg (folyamatos) és digitális (diszkrét) csatornákra oszthatók.

Mivel az adatátviteli és vételi berendezések diszkrét formájú adatokkal dolgoznak (azaz a diszkrét elektromos jelek az adatok egyeseinek és nulláinak felelnek meg), analóg csatornán keresztül történő továbbításukkor a diszkrét adatok analóggá alakítása (moduláció) szükséges.

Ilyen analóg adatok fogadásakor inverz konverzióra van szükség - demodulációra. Moduláció/demoduláció – a digitális információ analóg jelekké történő átalakításának folyamata és fordítva. A moduláció során az információt egy olyan frekvenciájú szinuszos jel reprezentálja, amelyet az adatátviteli csatorna jól továbbít.

A modulációs módszerek a következők:

· amplitúdó moduláció;

· frekvencia moduláció;

· fázismoduláció.

Diszkrét jelek digitális adatcsatornán keresztüli továbbításakor kódolást használnak:

· lehetséges;

· pulzáló.

Így a jó minőségű csatornákon potenciál- vagy impulzuskódolást alkalmaznak, és a szinuszhullámokon alapuló moduláció előnyösebb olyan esetekben, amikor a csatorna súlyos torzítást okoz az átvitt jelekben.

A modulációt általában nagy kiterjedésű hálózatokban használják adatok átvitelére analóg telefonkapcsolatokon keresztül, amelyeket úgy terveztek, hogy analóg formában továbbítsák a hangot, ezért nem alkalmasak közvetlen impulzusátvitelre.

A szinkronizálási módoktól függően a számítógépes hálózatok adatátviteli csatornái szinkronra és aszinkronra oszthatók. A szinkronizálásra azért van szükség, hogy az adatot küldő csomópont valamilyen jelet továbbíthasson a fogadó csomópontnak, hogy a fogadó csomópont tudja, mikor kezdje el a bejövő adatok fogadását.

A szinkron adatátvitelhez további kommunikációs vonalra van szükség az óraimpulzusok továbbításához. A bitek adóállomás általi átvitele és a vevőállomás általi vétele az óraimpulzusok megjelenésének pillanatában történik.

Az aszinkron adatátvitelhez nincs szükség további kommunikációs vonalra. Ebben az esetben az adatátvitel fix hosszúságú (byte) blokkban történik. A szinkronizálást további bitek (start bitek és leállító bitek) végzik, amelyeket a továbbított bájt előtt és után továbbítanak.

A számítógépes hálózati csomópontok közötti adatcsere során három adatátviteli módot alkalmaznak:

szimplex (egyirányú) átvitel (televízió, rádió);

félduplex (az információ vétele/továbbítása felváltva történik);

duplex (kétirányú), minden csomópont egyszerre küld és fogad adatokat (például telefonbeszélgetéseket).

	|	következő előadás ==>