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) amplitúdójában igen jelentős 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, hiszen 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 vezethet, és ennek megfelelően egy helytelen bitérték olvasásához vezethet.
|
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 Manchester-kód egy 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.
Az információtovábbításhoz használt fizikai közeg típusától függően a kommunikációs vonalak kábelesek (vezetékes) vagy vezeték nélküliek lehetnek. 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 fizikai kódolásnak két fő típusát alkalmazzák - szinuszos vivőjelen (analóg moduláció) és téglalap alakú impulzusok sorozatán (digitális kódolás) alapuló.
Analóg moduláció - diszkrét adatok továbbítására szűk sávszélességű csatornán keresztül - telefonhálózatok hangfrekvenciás csatorna (300-3400 Hz sávszélesség) Modulációt és demodulációt végző eszköz - modem.
Analóg modulációs módszerek
n amplitúdómoduláció (alacsony zajtűrő képesség, gyakran fázismodulációval együtt alkalmazzák);
n frekvenciamoduláció (komplex műszaki megvalósítás, általában kis sebességű modemekben használják).
n fázisú moduláció.
Modulált jel spektrum
Potenciális kód- ha a diszkrét adatot N bit/s sebességgel továbbítjuk, akkor a spektrum egy állandó nulla frekvenciájú összetevőből és egy végtelen sorozatból áll, amelyek frekvenciája f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., ahol f0 = N /2. Ezeknek a harmonikusoknak az amplitúdója lassan csökken - 1/3, 1/5, 1/7, ... együtthatókkal az f0 amplitúdótól. A kapott potenciálkód jel spektruma tetszőleges adatok továbbításakor egy bizonyos 0-hoz közeli értéktől körülbelül 7f0-ig terjedő sávot foglal el. Hangfrekvenciás csatorna esetén az átviteli sebesség felső határa 971 bit/s adatátviteli sebességnél érhető el, az alsó határ pedig bármilyen sebességnél elfogadhatatlan, mivel a csatorna sávszélessége 300 Hz-nél kezdődik. Vagyis a potenciális kódokat nem használják a hangfrekvenciás csatornákon.
Amplitúdó moduláció- a spektrum egy fc vivőfrekvenciás szinuszból és két fc+fm és fc-fm oldalharmonikusból áll, ahol fm a szinusz információs paraméterének változási frekvenciája, amely egybeesik az adatátviteli sebességgel két amplitúdó használata esetén szinteket. Az fm frekvencia határozza meg egy adott kódolási módszer vonalkapacitását. Kis modulációs frekvencia mellett a jel spektrum szélessége is kicsi lesz (2fm), és a jeleket nem torzítja a vonal, ha a sávszélesség nagyobb vagy egyenlő, mint 2fm. Hangfrekvenciás csatorna esetén ez a módszer elfogadható 3100/2 = 1550 bit/s adatátviteli sebességnél.
Fázis- és frekvenciamoduláció- a spektrum összetettebb, de szimmetrikus, nagyszámú gyorsan csökkenő harmonikussal. Ezek a módszerek hangfrekvenciás csatornán történő átvitelre alkalmasak.
Quadrate Amplitude Modulation - fázismoduláció 8 fáziseltolási értékkel és amplitúdómoduláció 4 amplitúdóértékkel. Nem használja mind a 32 jelkombinációt.
Digitális kódolás
Potenciális kódok– a logikai egyesek és nullák ábrázolásához csak a jelpotenciál értékét használjuk, és annak cseppjeit, amelyek kész impulzusokat fogalmaznak meg, nem vesszük figyelembe.
Impulzus kódok– a bináris adatokat vagy egy bizonyos polaritású impulzusként, vagy egy impulzus részeként - egy adott irányú potenciálkülönbségként ábrázolja.
A digitális kódolási módszer követelményei:
Azonos bitsebesség mellett ennek volt a legkisebb spektrumszélessége a keletkező jelnek (a szűkebb jelspektrum lehetővé teszi, hogy ugyanazon a vonalon nagyobb adatátviteli sebességet érjünk el; követelmény az is, hogy ne legyen állandó komponens, egyenáram jelenléte az adó és a vevő között);
Biztosított szinkronizálás az adó és a vevő között (a vevőnek pontosan tudnia kell, hogy melyik időpontban tudja kiolvasni a vonalból a szükséges információkat, helyi rendszerekben - óravonalak, hálózatokban - önszinkronizáló kódok, amelyek jelei utasításokat hordoznak az adó arról, hogy mely időpontban kell végrehajtani a következő bit felismerését);
Rendelkezett a hibák felismerésének képességével;
A megvalósítás alacsony költséggel járt.
Potenciális kód nullára való visszatérés nélkül. NRZ (Non Return to Zero). A jel nem tér vissza nullára az órajel ciklusa alatt.
Könnyen kivitelezhető, két élesen eltérő jel miatt jó hibafelismeréssel rendelkezik, de nem rendelkezik szinkronizálási tulajdonsággal. A nullák vagy egyesek hosszú sorozatának továbbításakor a vonalon a jel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni, hogy mikor kell újra olvasni az adatokat. További hátránya az alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely a nullához közelít, amikor egyesek és nullák hosszú sorozatait továbbítják. A kódot ritkán használják tiszta formájában, módosításokat alkalmaznak. Vonzhatóság – az alapharmonikus alacsony frekvenciája f0 = N /2.
Bipoláris kódolási módszer alternatív inverzióval. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), az NRZ módszer módosítása.
A nulla kódolásához nulla potenciált használnak, egy logikai egységet pozitív vagy negatív potenciállal kódolnak, ahol minden egyes következő egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával. Részben kiküszöböli az állandó összetevők és az önszinkronizálás hiányának problémáit. Hosszú egységsorozat átvitele esetén az NRZ kóddal azonos spektrumú többpólusú impulzussorozat, amely váltakozó impulzussorozatot ad ki, azaz konstans komponens és alapharmonikus N/2 nélkül. Általánosságban elmondható, hogy az AMI használata szűkebb spektrumot eredményez, mint az NRZ, és ezáltal nagyobb kapcsolati kapacitást. Például váltakozó nullák és egyesek átvitelekor az f0 alapharmonikus frekvenciája N/4. Lehetséges a hibás adások felismerése, de a megbízható vétel érdekében körülbelül 3 dB-lel kell növelni a teljesítményt, mivel jelszint-beállításokat használnak.
Potenciális kód inverzióval egyben. (Non Return to Zero egyesekkel Inverted, NRZI) AMI-szerű kód két jelszinttel. Nulla átvitelekor az előző ciklus potenciálja, egy átvitelekor pedig az ellenkezőjére fordítódik. A kód olyan esetekben kényelmes, amikor a harmadik szint használata nem kívánatos (optikai kábel).
Az AMI, az NRZI javítására két módszert alkalmaznak. Az első a redundáns egységek hozzáadása a kódhoz. Megjelenik az önszinkronizáció tulajdonsága, eltűnik az állandó komponens, és leszűkül a spektrum, de a hasznos áteresztőképesség csökken.
Egy másik módszer a kiindulási információk „keverése”, hogy az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a vonalon közel legyen - kódolás. Mindkét módszer logikai kódolás, mivel nem határozza meg a vonalon lévő jelek alakját.
Bipoláris impulzuskód. Az egyiket egy, a nullát egy másik polaritású impulzus képviseli. Minden impulzus fél ütemig tart.
A kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik, de hosszú nullák vagy egyesek sorozatának továbbításakor előfordulhat, hogy állandó összetevője van. A spektrum szélesebb, mint a potenciális kódoké.
Manchester kód. Az Ethernet hálózatokban leggyakrabban használt kód a Token Ring.
Minden intézkedés két részre oszlik. Az információt az óraciklus közepén fellépő potenciálesések kódolják. Az egyest az alacsony jelszintről a magasra való csökkenés kódolja, a nullát pedig a fordított csökkenés. Minden órajelciklus elején előfordulhat szolgáltatási jelesés, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolni. A kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik. A sávszélesség szűkebb, mint a bipoláris impulzusoké, nincs állandó komponens, az alapharmonikus legrosszabb esetben N, legjobb esetben N/2 frekvenciájú.
2B1Q potenciálkód. Minden két bitet egy órajel ciklusban továbbít egy négyállapotú jel. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezeléséhez további eszközökre van szükség. A bitek véletlenszerű váltakozása esetén a spektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ-é, mivel azonos bitsebesség mellett az órajel időtartama megduplázódik, vagyis ugyanazon a vonalon kétszer olyan gyorsan lehet adatokat továbbítani, mint az AMI, NRZI, de több adóteljesítményre van szüksége.
Logikai kódolás
Úgy tervezték, hogy javítsa a potenciális kódokat, mint például az AMI, NRZI, 2B1Q, az állandó potenciálhoz vezető hosszú bitszekvenciákat váltja fel egymást közbeiktatott egységekkel. Két módszert alkalmaznak - redundáns kódolást és kódolást.
Redundáns kódok Azon alapulnak, hogy az eredeti bitsorozatot részekre bontják, amelyeket gyakran szimbólumoknak neveznek, majd minden eredeti szimbólumot egy újjal helyettesítenek, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti.
A 4B/5B kód a 4 bites sorozatokat 5 bites sorozatokra cseréli. Ekkor a 16 bites kombinációk helyett 32-t kapunk. Ebből 16-ot választunk ki, amelyek nem tartalmaznak nagy számú nullát, a többi kódsértésnek minősül. A DC komponens kiiktatása és a kód önszinkronizálása mellett a redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára a sérült bitek felismerését. Ha a vevő tiltott kódokat kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon.
Ezt a kódot a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják, olyan potenciálkódolási módszerrel, amely csak a hosszú nullák sorozatára érzékeny. A kód garantálja, hogy háromnál több nulla ne legyen egymás után a sorban. Vannak más kódok is, például 8B/6T.
A megadott áteresztőképesség biztosítása érdekében az adónak magasabb órajelen kell működnie (100 Mb/s - 125 MHz esetén). A jelspektrum kitágul az eredetihez képest, de szűkebb marad, mint a manchesteri kódspektrum.
Scrambling - adatok keverése egy scramblerrel a vonalról történő átvitel előtt.
A titkosítási módszerek magukban foglalják az eredménykód bitenkénti kiszámítását a forráskód bitjei és az eredménykód korábbi óraciklusokban kapott bitjei alapján. Például,
B i = A i x vagy B i -3 x vagy B i -5 ,
ahol B i a kódoló i-edik órajelében kapott kód bináris számjegye, A i a kódoló bemenetén az i-edik órajelben kapott forráskód bináris számjegye, B i -3 és B i -5 a kapott kód bináris számjegyei, amelyeket az előző munkaciklusokban kaptunk.
Az 110110000001 sorozathoz a kódoló 110001101111-et ad, vagyis nem lesz hat egymást követő nullából álló sorozat.
A kapott szekvencia vétele után a vevő továbbítja azt a dekódolónak, amely az inverz transzformációt alkalmazza
C i = B i x vagy B i-3 x vagy B i-5 ,
A különböző kódoló rendszerek a kifejezések számában és a köztük lévő eltolódásban különböznek.
Léteznek egyszerűbb módszerek a nullák vagy egyesek sorozatainak kezelésére, amelyek szintén a kódolási módszerek közé tartoznak.
A bipoláris AMI javítására a következőket használják:
B8ZS (Bipoláris 8-zérós helyettesítéssel) – csak a 8 nullából álló sorozatokat javítja.
Ehhez az első három nulla után a maradék öt helyett öt V-1*-0-V-1* jelet szúr be, ahol V egy adott polaritási ciklusra tiltott egy jelet jelöl, azaz olyan jel, amely nem változtatja meg az előző polaritását, 1* - az egy jel megfelelő polaritású, és a csillag jel azt jelzi, hogy a forráskódban ebben az órajelben nem egy, hanem nulla volt . Ennek eredményeként a vevő 8 órajelnél 2 torzítást észlel - nagyon valószínűtlen, hogy ez a vonal zaja miatt történt. Ezért a vevő az ilyen megsértéseket 8 egymást követő nulla kódolásának tekinti. Ebben a kódban a konstans összetevő nulla bármely bináris számjegysorozat esetén.
A HDB3 kód az eredeti sorrendben bármely négy egymást követő nullát kijavít. Minden négy nullát négy jel helyettesít, amelyekben egy V jel van. Az egyenáramú komponens elnyomására a V jel polaritását egymást követő cserékben váltogatjuk. Ezenkívül két négyciklusú kódmintát használnak a cseréhez. Ha a csere előtt a forráskód páratlan számú egységet tartalmazott, akkor a 000V sorozatot használjuk, ha pedig páros volt, akkor az 1*00V sorozatot használjuk.
A továbbfejlesztett potenciálkódok meglehetősen szűk sávszélességgel rendelkeznek a továbbított adatokban előforduló nullák és egyesek sorozataihoz.
oldal 27 tól től 27 Az adattovábbítás fizikai alapjai(Kommunikációs vonalak,)
Az adattovábbítás fizikai alapjai
Minden hálózati technológiának biztosítania kell a diszkrét adatok megbízható és gyors továbbítását kommunikációs vonalakon. Bár nagy különbségek vannak a technológiák között, ezek a diszkrét adatátvitel közös elvein alapulnak. Ezek az alapelvek a bináris egyesek és nullák megjelenítésére szolgáló eljárásokban, különböző fizikai természetű kommunikációs vonalakban impulzusos vagy szinuszos jelek alkalmazásával, hibaészlelési és -javítási módszerekben, tömörítési módszerekben és kapcsolási módszerekben testesülnek meg.
Vonalakkommunikáció
Elsődleges hálózatok, vonalak és kommunikációs csatornák
A hálózati csomópontok közötti információt továbbító műszaki rendszer leírásakor a szakirodalomban több elnevezés is megtalálható: kommunikációs vonal, összetett csatorna, csatorna, kapcsolat. Ezeket a kifejezéseket gyakran felcserélve használják, és ez sok esetben nem okoz problémát. Ugyanakkor vannak sajátosságok a használatukban.
Link(link) egy szegmens, amely adatátvitelt biztosít két szomszédos hálózati csomópont között. Azaz a link nem tartalmaz közbenső kapcsoló- és multiplexelő eszközöket.
Csatorna A (csatorna) leggyakrabban a kapcsolat sávszélességének a kapcsolás során önállóan használt részét jelöli. Például egy elsődleges hálózati kapcsolat 30 csatornából állhat, amelyek mindegyikének kapacitása 64 Kbps.
Összetett csatorna(áramkör) egy út a hálózat két végcsomópontja között. Egy összetett csatornát az egyes közbenső kapcsolatok és a kapcsolókban lévő belső kapcsolatok alkotnak. Az „összetett” jelzőt gyakran elhagyják, és a „csatorna” kifejezést mind az összetett csatornára, mind a szomszédos csomópontok közötti csatornára, azaz egy linken belüli csatornára használják.
Kommunikációs vonal a másik három kifejezés bármelyikének szinonimájaként használható.
ábrán. két kommunikációs vonal opció látható. Az első esetben ( A) a vezeték több tíz méter hosszú kábelszakaszból áll, és egy összeköttetés. A második (b) esetben a kommunikációs vonal egy összetett csatorna, amelyet egy áramkörkapcsolt hálózatban telepítenek. Ilyen hálózat lehetne elsődleges hálózat vagy telefonhálózat.
Számítógépes hálózat esetében azonban ez a vonal egy kapcsolatot jelent, mivel két szomszédos csomópontot köt össze, és minden kapcsoló köztes berendezés átlátszó ezek számára. A számítástechnikai szakemberek és az elsődleges hálózati szakemberek közötti kölcsönös félreértés oka itt nyilvánvaló.
Az elsődleges hálózatokat kifejezetten azért hozták létre, hogy adatátviteli csatorna-szolgáltatásokat nyújtsanak számítógépes és telefonhálózatok számára, amelyek ilyen esetekben állítólag az elsődleges hálózatok „tetején” működnek, és átfedő hálózatok.
A kommunikációs vonalak osztályozása
Kommunikációs vonal általában egy fizikai közegből áll, amelyen keresztül elektromos információs jelek, adatátviteli berendezések és közbenső berendezések továbbításra kerülnek. Az adatátvitel fizikai közege (fizikai adathordozó) lehet kábel, azaz vezetékek, szigetelő- és védőburkolatok és csatlakozó csatlakozók halmaza, valamint a föld légköre vagy a világűr, amelyen az elektromágneses hullámok terjednek.
Az első esetben beszélünk vezetékes környezet, a másodikban pedig - kb vezeték nélküli.
A modern távközlési rendszerekben az információ továbbítása a segítségével történik elektromos áram vagy feszültség, rádiójelek vagy fényjelek- mindezek a fizikai folyamatok az elektromágneses mező különböző frekvenciájú oszcillációit jelentik.
Vezetékes (felső) vezetékek A csatlakozások szigetelő vagy árnyékoló fonat nélküli, oszlopok közé fektetett és a levegőben lógó vezetékek. Még a közelmúltban is az ilyen kommunikációs vonalak voltak a fő vonalak a telefon- vagy távírójelek továbbítására. Manapság a vezetékes kommunikációs vonalakat gyorsan felváltják a kábelvonalak. De néhány helyen még megőrzik, és egyéb lehetőség hiányában továbbra is számítógépes adatok továbbítására használják. Ezen vonalak sebessége és zajtűrése sok kívánnivalót hagy maga után.
Kábelvonalak meglehetősen összetett kialakításúak. A kábel több szigetelési rétegbe zárt vezetékekből áll: elektromos, elektromágneses, mechanikus és esetleg klimatikus. Ezenkívül a kábel felszerelhető csatlakozókkal, amelyek lehetővé teszik a különféle berendezések gyors csatlakoztatását. A számítógépes (és távközlési) hálózatokban három fő kábeltípust használnak: csavart rézvezetékpáron alapuló kábelek - árnyékolatlan csavart érpár(Unshielded Twisted Pair, UTP) és árnyékolt csavart érpár(árnyékolt csavart érpár, STP), koaxiális kábelek rézmagos, optikai kábelekkel. Az első két típusú kábelt is hívják rézkábelek.
Rádió csatornák A földi és műholdas kommunikációt rádióhullám-adó és -vevő segítségével alakítják ki. Nagyon sokféle rádiócsatorna létezik, amelyek mind a használt frekvenciatartományban, mind a csatornatartományban különböznek. Rádiósávok sugárzása(hosszú, közepes és rövid hullámok), más néven AM zenekarok, vagy amplitúdómodulációs tartományok (Amplitude Modulation, AM), nagy távolságú kommunikációt biztosítanak, de alacsony adatátviteli sebességgel. A leggyorsabb csatornák azok, amelyek használják nagyon magas frekvencia tartományok(Very High Frequency, VHF), amelyhez frekvenciamodulációt (FM) használnak. Adatátvitelre is használható ultra magas frekvencia tartományok(Ultra High Frequency, UHF), más néven mikrohullámú szalagok(300 MHz felett). 30 MHz feletti frekvenciákon a jeleket már nem verik vissza a Föld ionoszférája, és a stabil kommunikációhoz közvetlen láthatóság szükséges az adó és a vevő között. Ezért ezeket a frekvenciákat vagy műholdas csatornák, vagy rádióközvetítő csatornák, vagy helyi vagy mobil hálózatok használják, ha ez a feltétel teljesül.
2. témakör. Fizikai réteg
Terv
Az adattovábbítás elméleti alapjai
Az információ vezetékeken keresztül bármilyen fizikai mennyiség, például feszültség vagy áram megváltoztatásával továbbítható. A feszültség vagy áram értékét az idő egyértékű függvényeként ábrázolva modellezheti a jel viselkedését, és matematikai elemzésnek vetheti alá.Fourier sorozat
A 19. század elején Jean-Baptiste Fourier francia matematikus bebizonyította, hogy bármely T periódusú periodikus függvény kibővíthető szinuszok és koszinuszok összegeiből álló (esetleg végtelen) sorozattá:(2.1)
ahol az alapfrekvencia (harmonikus), és az n-edik harmonikus szinuszainak és koszinuszainak amplitúdói, c pedig állandó. Az ilyen bővítést Fourier-sorozatnak nevezik. Ennek a sorozatnak az elemeiből visszaállítható egy Fourier-sorrá bővített függvény, vagyis ha a T periódus és a harmonikus amplitúdók ismertek, akkor a (2.1) sorozatok összegével visszaállítható az eredeti függvény.
Egy véges időtartamú információs jel (minden információs jelnek véges időtartamú) Fourier-sorrá bővíthető, ha elképzeljük, hogy a teljes jel végtelenül ismétlődik újra és újra (vagyis a T-től 2T-ig terjedő intervallum teljesen ismétlődik a 0-tól T-ig terjedő intervallum stb.).
Az amplitúdók bármely adott függvényre kiszámíthatók. Ehhez meg kell szorozni a (2.1) egyenlet bal és jobb oldalát, majd integrálni kell 0-ról T-re. Mivel:
(2.2)
a sorozatnak csak egy tagja maradt. A sor teljesen eltűnik. Hasonlóképpen, ha a (2.1) egyenletet megszorozzuk és idővel 0-tól T-ig integráljuk, az értékek kiszámíthatók. Ha az egyenlet mindkét oldalát integrálja anélkül, hogy megváltoztatná, megkaphatja az állandó értékét Val vel. Ezeknek a műveleteknek az eredménye a következő lesz:
(2.3.)
Kezelt média
A hálózat fizikai rétegének célja a nyers bitfolyam átvitele egyik gépről a másikra. Az átvitelhez különféle fizikai adathordozók, más néven jelterjedési médiák használhatók. Mindegyik rendelkezik egy jellemző sávszélességgel, késleltetéssel, árakkal, valamint egyszerű telepítéssel és használattal. Az adathordozók két csoportra oszthatók: az irányított médiák, mint például a rézhuzal és az optikai kábel, valamint a nem irányított médiák, például a rádió és a lézersugár kábel nélküli átvitele.Mágneses adathordozó
Az adatok egyik számítógépről a másikra való átvitelének egyik legegyszerűbb módja az, hogy mágnesszalagra vagy más cserélhető adathordozóra (például újraírható DVD-re) égeti, fizikailag elviszi ezeket a szalagokat és lemezeket a rendeltetési helyükre, és ott elolvassa.Nagy áteresztőképesség. Egy szabványos Ultrium szalagkazetta 200 GB kapacitású. Körülbelül 1000 ilyen kazetta elfér egy 60x60x60-as dobozban, így a teljes kapacitás 1600 Tbit (1,6 Pbit). Egy doboz kazettát 24 órán belül kiszállíthatunk az Egyesült Államokon belül a Federal Expressen vagy más fuvarozón keresztül. Az ilyen átvitel effektív sávszélessége 1600 Tbit/86400 s vagy 19 Gbit/s. Ha a cél csak egy óra távolságra van, akkor az átviteli sebesség meghaladja a 400 Gbit/s-ot. Egyelőre egyetlen számítógépes hálózat sem képes megközelíteni ezeket a mutatókat.
Gazdaságos. Egy kazetta nagykereskedelmi ára körülbelül 40 dollár. Egy doboz szalag 4000 dollárba kerül, és ugyanaz a szalag több tucatszor használható. Adjon hozzá 1000 dollárt a szállításért (és valójában sokkal kevesebbet), és körülbelül 5000 dollárt kap 200 TB átviteléért, vagyis gigabájtonként 3 centet.
Hibák. Bár az adatátviteli sebesség mágnesszalagok használatával kiváló, az ilyen átvitel késleltetése nagyon magas. Az átviteli időt percekben vagy órákban mérik, nem ezredmásodpercekben. Sok alkalmazás azonnali választ igényel a távoli rendszertől (csatlakozott módban).
csavart érpár
A sodrott érpár két szigetelt rézhuzalból áll, amelyek szokásos átmérője 1 mm. A vezetékek spirál formájában vannak egymás köré csavarva. Ez lehetővé teszi a közelben található több csavart érpár elektromágneses kölcsönhatásának csökkentését.Alkalmazás – telefonvonal, számítógépes hálózat. Több kilométeres távolságra is képes jelet továbbítani teljesítménycsillapítás nélkül. Nagyobb távolságokon ismétlőkre van szükség. Védőbevonatú kábelbe kombinálva. A kábelben a vezetékpárok össze vannak csavarva, hogy elkerüljék a jel interferenciáját. Analóg és digitális adatok továbbítására is használható. A sávszélesség a vezeték átmérőjétől és hosszától függ, de a legtöbb esetben több megabit/másodperc sebesség is elérhető több kilométeres távolságon. Viszonylag nagy áteresztőképességük és alacsony áruk miatt a sodrott érpárú kábeleket széles körben használják, és valószínűleg a jövőben is népszerűek lesznek.
A sodrott érpárú kábelek többféle formában léteznek, amelyek közül kettő különösen fontos a számítógépes hálózatok területén. A 3. kategóriájú (CAT 3) sodrott érpárú vezetékek két egymáshoz csavart szigetelt vezetékből állnak. Négy ilyen pár általában össze van helyezve egy műanyag héjban.
Az 5-ös kategóriájú csavart érpár (CAT 5) hasonló a 3-as kategóriájú csavart érpárhoz, de több fordulattal rendelkezik a vezetékhossz centiméterenként. Ez lehetővé teszi a különböző csatornák közötti interferencia további csökkentését, és jobb jelátviteli minőséget biztosít nagy távolságokon (1. ábra).
Rizs. 1. UTP kategória 3 (a), UTP kategória 5 (b).
Az összes ilyen típusú kapcsolatot gyakran UTP-nek (árnyékolatlan csavart érpárnak - árnyékolatlan csavart érpárnak) nevezik.
Az IBM árnyékolt csavart érpárú kábelei nem váltak népszerűvé az IBM-en kívül.
Koaxiális kábel
Az adatátvitel másik gyakori módja a koaxiális kábel. Jobban árnyékolt, mint a csavart érpár, így nagyobb távolságra, nagyobb sebességgel tud adatot továbbítani. Kétféle kábelt széles körben használnak. Ezek közül az egyik, az 50 ohmos, általában csak digitális adatok továbbítására szolgál. Egy másik típusú, 75 ohmos kábelt gyakran használnak analóg információk továbbítására, valamint a kábeltelevízióban.A kábel keresztmetszete a 2. ábrán látható.
Rizs. 2. Koaxiális kábel.
A koaxiális kábel kialakítása és speciális árnyékolása nagy áteresztőképességet és kiváló zajvédelmet biztosít. A maximális áteresztőképesség a vonal minőségétől, hosszától és jel-zaj viszonyától függ. A modern kábelek sávszélessége körülbelül 1 GHz.
Alkalmazása – telefonrendszerek (trönk), kábeltelevízió, regionális hálózatok.
Száloptika
A jelenlegi száloptikai technológia akár 50 000 Gbit/s (50 Tbit/s) adatátviteli sebességet is elérhet, és sok szakember keresi a fejlettebb anyagokat. A mai gyakorlati 10 Gbps-os korlát annak köszönhető, hogy az elektromos jeleket nem lehet gyorsabban optikai jelekké alakítani, és fordítva, bár a laboratóriumban egyetlen szálon már 100 Gbps sebességet is sikerült elérni.A száloptikai átviteli rendszer három fő összetevőből áll: egy fényforrásból, egy vivőből, amelyen keresztül a fényjel halad, és egy jelvevőből vagy detektorból. A fényimpulzust egynek, az impulzus hiányát pedig nullának tekintjük. A fény ultravékony üvegszálban terjed. Amikor fény éri, az érzékelő elektromos impulzust generál. Az optikai szál egyik végéhez fényforrást, a másikhoz detektort csatlakoztatva egyirányú adatátviteli rendszert kapunk.
Fényjel továbbításakor a fény visszaverődésének és törésének tulajdonságát használják a 2 közegről történő átmenet során. Így, ha a fényt bizonyos szögben a közeg interfészéhez vezetjük, a fénysugár teljesen visszaverődik és rögzül a szálban (3. ábra).
Rizs. 3. A fénytörés tulajdonsága.
2 féle optikai kábel létezik: többmódusú - fénysugarat továbbít, egymódusú - több hullámhossz határáig vékony, szinte hullámvezetőként működik, a fény visszaverődés nélkül, egyenes vonalban mozog. A mai egymódusú üvegszálas kapcsolatok akár 100 km-es távolságon is 50 Gbps sebességgel működhetnek.
A kommunikációs rendszerekben három hullámhossz-tartományt használnak: 0,85, 1,30 és 1,55 µm.
Az optikai kábel szerkezete hasonló a koaxiális vezetékéhez. Az egyetlen különbség az, hogy az elsőnek nincs szitahálója.
A száloptikai mag közepén egy üvegmag található, amelyen áthalad a fény. A többmódusú optikai szálban a mag átmérője 50 mikron, ami megközelítőleg megegyezik az emberi hajszál vastagságával. Az egymódusú szálban lévő mag átmérője 8-10 mikron. A magot a magnál alacsonyabb törésmutatójú üvegréteg borítja. Úgy tervezték, hogy megbízhatóbban megakadályozza a fény kijutását a magon túlra. A külső réteg egy műanyag héj, amely védi az üvegezést. A száloptikai szálakat általában kötegekbe csoportosítják, amelyeket külső burkolat véd. A 4. ábrán egy háromeres kábel látható.
Rizs. 4. Háromerű optikai kábel.
Szakadás esetén a kábelszakaszok háromféleképpen csatlakoztathatók:
- A kábel végére egy speciális csatlakozó rögzíthető, amellyel a kábel egy optikai aljzatba kerül. A veszteség a fényintenzitás 10-20%-a, de könnyen megváltoztatható a rendszer konfigurációja.
Összeillesztés - a kábel két szépen vágott végét egymás mellé fektetik, és egy speciális csatlakozóval rögzítik. A jobb fényáteresztés a kábelvégek igazításával érhető el. Veszteség - a fényerő 10%-a.
Fúzió. Gyakorlatilag nincs veszteség.
Asztal 1.
A LED és a félvezető lézer használatának összehasonlító táblázata
Az optikai kábel vevővége egy fotodióda, amely elektromos impulzust generál, amikor fény éri.
Az optikai kábel és a rézhuzal összehasonlító jellemzői.
Az optikai szálnak számos előnye van:- Magassebesség.
Kevesebb jelcsillapítás, kevesebb jelismétlő kimenet (50 km-enként egy, nem 5)
A külső elektromágneses sugárzással szemben közömbös, kémiailag semleges.
Könnyebb súlyú. 1000 réz csavart érpár 1 km hosszúságban körülbelül 8000 kg súlyú. Egy pár optikai kábel mindössze 100 kg-ot nyom nagyobb sávszélesség mellett
Alacsony telepítési költségek
- Bonyolultság és hozzáértés a telepítés során.
Törékenység
Drágább, mint a réz.
szimplex módban történő átvitel esetén legalább 2 vezeték szükséges a hálózatok között.
Vezetéknélküli kapcsolat
Elektromágneses spektrum
Az elektronok mozgása elektromágneses hullámokat generál, amelyek terjedhetnek a térben (még vákuumban is). A másodpercenkénti elektromágneses rezgések számát frekvenciának nevezzük, és hertzben mérjük. Két egymást követő maximum (vagy minimum) közötti távolságot hullámhossznak nevezzük. Ezt a mennyiséget hagyományosan görög betűvel (lambda) jelölik.Ha az elektromos áramkörben megfelelő méretű antenna van, akkor az elektromágneses hullámokat a vevő bizonyos távolságból sikeresen tudja fogadni. Minden vezeték nélküli kommunikációs rendszer ezen az elven alapul.
Vákuumban minden elektromágneses hullám azonos sebességgel terjed, függetlenül a frekvenciájától. Ezt a sebességet fénysebességnek nevezzük, - 3*108 m/s. Rézben vagy üvegben a fény sebessége ennek az értéknek körülbelül a 2/3-a, és kissé függ a frekvenciától is.
A mennyiségek és:
Ha a frekvenciát () MHz-ben, a hullámhosszt () méterben mérjük, akkor.
Az összes elektromágneses hullám összessége alkotja az elektromágneses sugárzás úgynevezett folytonos spektrumát (5. ábra). Rádió, mikrohullámú, infravörös és látható fény használható információ továbbítására a hullámok amplitúdója, frekvencia vagy fázismodulációja segítségével. Az ultraibolya-, röntgen- és gamma-sugarak még jobbak lennének magas frekvenciájuk miatt, de nehezen generálhatók és modulálhatók, nem hatolnak be jól az épületekbe, ráadásul minden élőlényre veszélyesek. A tartományok hivatalos neveit a 6. táblázat tartalmazza.
Rizs. 5. Elektromágneses spektrum és alkalmazása a kommunikációban.
2. táblázat.
Hivatalos ITU zenekarnevek
Az elektromágneses hullám által hordozható információ mennyisége a csatorna frekvenciatartományától függ. A modern technológiák lehetővé teszik több bit/hertz kódolását alacsony frekvenciákon. Bizonyos körülmények között ez a szám nyolcszorosára nőhet magas frekvenciákon.
A hullámhossz-tartomány szélességének ismeretében kiszámíthatja a megfelelő frekvenciatartományt és adatátviteli sebességet.
Példa: 1,3 mikronos optikai kábel esetén. Aztán 8 bit/s-nál kiderül, hogy 240 Tbit/s átviteli sebességet kaphatsz.
Rádióösszeköttetés
A rádióhullámok könnyen generálhatók, nagy távolságokat tesznek meg, áthaladnak a falakon, megkerülik az épületeket, és minden irányba terjednek. A rádióhullámok tulajdonságai a frekvenciától függenek (6. ábra). Alacsony frekvenciájú működés esetén a rádióhullámok jól áthaladnak az akadályokon, de a levegőben a jelerősség meredeken csökken, ahogy távolodnak az adótól. A teljesítmény és a forrástól való távolság arányát körülbelül a következőképpen fejezzük ki: 1/r2. Magas frekvenciákon a rádióhullámok általában kizárólag egyenes vonalban terjednek, és visszaverődnek az akadályokról. Ráadásul felszívják őket például az eső. Minden frekvenciájú rádiójel ki van téve a szikrakefe-motorok és más elektromos berendezések által okozott interferenciának.Rizs. 6. A VLF, LF, MF tartományok hullámai a föld egyenetlen felszíne körül hajlanak meg (a), a HF és VHF tartományok hullámai az ionoszféráról visszaverődnek és a Föld által elnyelődnek (b).
Mikrohullámú kommunikáció
100 MHz feletti frekvencián a rádióhullámok szinte egyenes vonalban terjednek, így keskeny nyalábokra fókuszálhatók. Az energia keskeny nyalábba koncentrálása parabola antennával (mint a jól ismert műholdas televízió antenna) jobb jel-zaj arányt eredményez, de az ilyen kommunikációhoz az adó- és vevőantennáknak meglehetősen pontosan egymásra kell irányulniuk.Az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámokkal ellentétben a mikrohullámok nem haladnak át jól az épületeken. A mikrohullámú rádiókommunikációt olyan széles körben használják a távolsági telefonálásban, a mobiltelefonokban, a televíziós műsorszórásban és más területeken, hogy súlyos spektrum sávszélességhiány alakult ki.
Ennek a csatlakozásnak számos előnye van az optikai szálakkal szemben. A lényeg az, hogy nem kell kábelt fektetni, és ennek megfelelően nem kell fizetni a jelút mentén történő földbérletért. Elég 50 km-enként kis telkeket vásárolni és relétornyokat telepíteni rájuk.
Infravörös és milliméteres hullámok
Az infravörös és a milliméteres hullámú sugárzást kábel használata nélkül széles körben használják rövid távolságokon történő kommunikációra (például távirányítók). Viszonylag irányítottak, olcsók és könnyen telepíthetők, de nem hatolnak át szilárd tárgyakon.Az infravörös kommunikációt asztali számítógépes rendszerekben használják (például laptopok nyomtatókkal való összekapcsolására), de a távközlésben még mindig nem játszanak jelentős szerepet.
Kommunikációs műholdak
A következő típusú műholdakat használják: geostacionárius (GEO), közepes magasságú (MEO) és alacsony pályán keringő (LEO) (7. ábra).Rizs. 7. Kommunikációs műholdak és tulajdonságaik: keringési magasság, késleltetés, a földgömb teljes felületének lefedéséhez szükséges műholdak száma.
Nyilvános kapcsolt telefonhálózat
A telefonrendszer felépítése
Egy tipikus középtávú telefonút felépítését a 8. ábra mutatja.Rizs. 8. Tipikus kommunikációs útvonal az előfizetők közötti átlagos távolsággal.
Helyi kommunikációs vonalak: modemek, ADSL, vezeték nélküli kommunikáció
Mivel a számítógép digitális jellel működik, és a helyi telefonvonal az analóg jel átvitelét jelenti, a digitálisról analógra és vissza történő átalakításhoz egy eszközt használnak - egy modemet, és magát a folyamatot modulációnak / demodulációnak nevezik. (9. ábra).Rizs. 9. Telefonvonal használata digitális jel továbbításakor.
Három modulációs módszer létezik (10. ábra):
- amplitúdómoduláció - 2 különböző jelamplitúdót használnak (0-hoz és 1-hez),
frekvencia - több különböző jelfrekvenciát használnak (0-hoz és 1-hez),
fázis - fáziseltolást használnak a logikai egységek (0 és 1) közötti átmenet során. Nyírási szögek - 45, 135, 225, 180.
Rizs. 10. Bináris jel (a); amplitúdó moduláció (b); frekvencia moduláció (c); fázis moduláció.
Minden modern modem lehetővé teszi az adatok mindkét irányba történő továbbítását; ezt a működési módot full-duplexnek nevezik. A szekvenciális átvitelt lehetővé tevő kapcsolatot félduplexnek nevezzük. Az olyan kapcsolatot, amelyben az átvitel csak egy irányban megy végbe, szimplexnek nevezzük.
A modem maximálisan elérhető sebessége jelenleg 56Kb/s. V.90 szabvány.
Digitális előfizetői vonalak. xDSL technológia.
Miután a modemek sebessége elérte a határt, a telefontársaságok elkezdték keresni a kiutat ebből a helyzetből. Így sok javaslat jelent meg xDSL általános néven. xDSL (Digital Subscribe Line) - digitális előfizetői vonal, ahol ahelyett x lehetnek más betűk is. Ezek közül a kínálatból a legismertebb technológia az ADSL (aszimmetrikus DSL).A modemek sebességkorlátozásának oka az volt, hogy az emberi beszéd átviteli tartományát - 300 Hz-től 3400 Hz-ig - használták adatátvitelre. A határfrekvenciákkal együtt a sávszélesség nem 3100 Hz, hanem 4000 Hz volt.
Bár magának a helyi telefonvonalnak a spektruma 1,1 Hz.
Az ADSL technológia első ajánlata a helyi telefonvonal teljes spektrumát használta, amely 3 sávra oszlik:
- POTS - normál telefonhálózat hatótávolsága;
kimenő tartomány;
bejövő tartomány.
A diszkrét többhangú modulációnak, a DMT-nek (Discrete MultiTone) nevezett alternatív módszer egy 1,1 MHz-es helyi vonal teljes spektrumának felosztása 256 független, egyenként 4312,5 Hz-es csatornára. A 0. csatorna a POTS. Az 1-től 5-ig terjedő csatornák nem használatosak, hogy a hangjelnek ne legyen lehetősége interferálni az információs jellel. A fennmaradó 250 csatornából egy a szolgáltató felé, egy a felhasználó felé irányuló átvitel vezérlésével van elfoglalva, az összes többi pedig a felhasználói adatok továbbítására áll rendelkezésre (11. ábra).
Rizs. 11. ADSL működés diszkrét többtónusú modulációval.
Az ADSL szabvány akár 8 Mb/s vételt és 1 Mb/s küldést tesz lehetővé. ADSL2+ - kimenő 24 Mb/s-ig, bejövő 1,4 Mb/s-ig.
Egy tipikus ADSL-berendezés konfiguráció a következőket tartalmazza:
- DSLAM - DSL hozzáférési multiplexer;
A NID egy hálózati interfész, amely elválasztja a telefontársaság és az előfizető tulajdonjogát.
Splitter (osztó) - frekvenciaosztó, amely elválasztja a POTS sávot és az ADSL adatokat.
Vonalak és tömítések
Az erőforrás-megtakarítás fontos szerepet játszik a telefonrendszerben. A nagy kapacitású gerincvezeték és a gyenge minőségű vezeték telepítésének és karbantartásának költsége közel azonos (vagyis ennek a költségnek az oroszlánrésze az árkok kiásására megy, nem pedig magára a réz- vagy optikai kábelre).Emiatt a telefontársaságok közösen több sémát fejlesztettek ki több beszélgetés egyetlen fizikai kábelen keresztül történő továbbítására. A multiplexelési sémák két fő kategóriába sorolhatók: FDM (Frequency Division Multiplexing) és TDM (Time Division Multiplexing) (13. ábra).
A frekvencia-multiplexeléssel a frekvenciaspektrum fel van osztva a logikai csatornák között, és minden felhasználó kizárólagos tulajdonjogot kap a saját alsávjához. Az időosztásos multiplexelés során a felhasználók felváltva (ciklikusan) ugyanazt a csatornát használják, és rövid ideig mindegyik megkapja a csatorna teljes kapacitását.
Az optikai csatornák a frekvenciaosztásos multiplexelés speciális változatát használják. Ezt spektrális multiplexelésnek (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) hívják.
Rizs. 13. Példa frekvencia multiplexelésre: 1 jel eredeti spektruma (a), frekvenciaeltolt spektrum (b), multiplex csatorna (c).
Átkapcsolás
Az átlagos telefonmérnök szemszögéből egy telefonrendszer két részből áll: külső berendezésekből (helyi telefonvonalak és fővonalak, a kapcsolókon kívül) és a telefonközponton elhelyezett belső berendezésekből (kapcsolók).Bármely kommunikációs hálózat támogatja az előfizetői közötti váltás (kommunikáció) valamilyen módját. Gyakorlatilag lehetetlen minden kölcsönhatásban lévő előfizetőpárnak saját, nem kapcsolt fizikai kommunikációs vonalat biztosítani, amelyet hosszú ideig kizárólagosan „birtokolhatnának”. Ezért minden hálózat mindig alkalmaz valamilyen előfizetőváltási módszert, amely biztosítja a meglévő fizikai csatornák egyidejű elérhetőségét a hálózati előfizetők közötti több kommunikációs munkamenethez.
A telefonrendszerek két különböző technikát alkalmaznak: az áramkör kapcsolást és a csomagkapcsolást.
Áramkör kapcsolás
Az áramköri kapcsolás magában foglalja egy folyamatos összetett fizikai csatorna kialakítását az egyes csatornaszakaszokból, amelyek sorba vannak kapcsolva a csomópontok közötti közvetlen adatátvitel érdekében. Áramkörkapcsolt hálózatban az adatok továbbítása előtt mindig el kell végezni egy kapcsolatlétrehozási eljárást, amely során egy összetett csatorna jön létre (14. ábra).Csomagváltás
Csomagváltás esetén a hálózati felhasználó által továbbított összes üzenetet a forráscsomóponton viszonylag kis részekre, csomagokra bontják. Minden csomaghoz tartozik egy fejléc, amely megadja a csomag célcsomóponthoz való eljuttatásához szükséges címinformációkat, valamint azt a csomagszámot, amelyet a célcsomópont az üzenet összeállításához használ. A csomagok független információs blokkokként kerülnek továbbításra a hálózatban. A hálózati kapcsolók csomagokat fogadnak a végcsomópontoktól, és a címinformációk alapján továbbítják egymásnak, végül a célcsomópontnak (14. ábra).stb.................
Amikor diszkrét adatokat továbbítanak kommunikációs csatornákon, a fizikai kódolás két fő típusát alkalmazzák - szinuszos vivőjelen és téglalap alakú impulzusok sorozatán alapulva. Az első módszert gyakran ún moduláció vagy analóg moduláció, hangsúlyozva azt a tényt, hogy a kódolás az analóg jel paramétereinek megváltoztatásával történik. A második módszert általában ún digitális kódolás. Ezek a módszerek a kapott jel spektrumának szélességében és a megvalósításukhoz szükséges berendezések bonyolultságában különböznek egymástól.
Téglalap alakú impulzusok használatakor a kapott jel spektruma nagyon széles. Ez nem meglepő, ha emlékezünk arra, hogy egy ideális impulzus spektruma végtelen széles. A szinuszhullám alkalmazása sokkal kisebb szélességű spektrumot eredményez azonos információátviteli sebesség mellett. A szinuszos moduláció megvalósításához azonban bonyolultabb és drágább berendezésekre van szükség, mint a téglalap alakú impulzusok megvalósításához.
Jelenleg egyre gyakrabban az eredetileg analóg formában lévő adatok - beszéd, televíziós kép - diszkrét formában, azaz egyesek és nullák sorozata formájában kerülnek továbbításra kommunikációs csatornákon. Az analóg információ diszkrét formában való megjelenítésének folyamatát ún diszkrét moduláció. A „moduláció” és „kódolás” kifejezéseket gyakran felcserélhetően használják.
Nál nél digitális kódolás potenciál- és impulzuskódokat használnak a diszkrét információkhoz. A potenciálkódokban csak a jel potenciálértékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, a teljes impulzusokat képező cseppjeit pedig nem vesszük figyelembe. Az impulzuskódok lehetővé teszik a bináris adatok megjelenítését vagy egy bizonyos polaritású impulzusként, vagy egy impulzus részeként - egy adott irányú potenciálesés.
Ha téglalap alakú impulzusokat használunk diszkrét információk továbbítására, olyan kódolási eljárást kell választani, amely egyszerre több célt is elér: a kapott jel legkisebb spektrális szélessége azonos bitsebességgel; biztosított a szinkronizálás az adó és a vevő között;
Rendelkezett a hibák felismerésének képességével; alacsony eladási ára volt.
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 éles változás a jelben - az úgynevezett él - jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálására. 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 szintű hibafelismerés időt takarít meg, hiszen a vevő nem várja meg, hogy a keret teljesen a pufferbe kerüljön, hanem az elhelyezés után azonnal elutasítja. a kereten belüli hibás bitek ismerete.
Potenciális kód nullára való visszatérés nélkül, potenciálkódolási módszer, más néven kódolás nullára való visszatérés nélkül (Nem Visszatérés nak nek Nulla, NRZ). A vezetéknév azt a tényt tükrözi, hogy egyesek sorozatának átvitelekor a jel nem tér vissza nullára az órajel ciklusa alatt (amint azt alább látni fogjuk, más kódolási módszerekben ilyenkor történik vissza a nullára). Az NRZ módszer egyszerűen megvalósítható, jó hibafelismeréssel rendelkezik (két élesen eltérő potenciál miatt), de nem rendelkezik az önszinkronizáció tulajdonságával. Egyesek vagy nullák hosszú sorozatának továbbításakor a vonalon a jel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni a bemeneti jelből azokat az időpillanatokat, amikor szükséges az adat újraolvasása. A vevő még nagy pontosságú óragenerátor esetén is hibázhat az adatgyűjtés pillanatában, mivel a két generátor frekvenciája soha nem teljesen azonos. Ezért nagy adatsebesség és hosszú egyesek vagy nullák sorozata esetén egy kis órajel-eltérés egy teljes óraciklus hibájához vezethet, és ennek megfelelően egy helytelen bitérték olvasásához vezethet.
Bipoláris kódolási módszer alternatív inverzióval. Az NRZ módszer egyik módosítása az bipoláris kódolás alternatív inverzióval (Kétpólusú Váltakozó Mark Inverzió, AMI). Ez a módszer három potenciálszintet használ - negatív, nulla és pozitív. A logikai nulla kódolásához nulla potenciált használnak, a logikai potenciált pedig pozitív vagy negatív potenciál kódolja, ahol minden egyes új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával. Így a jel polaritás szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet hívják tiltott jelzés (jel megsértése). Az AMI kód nem két, hanem három jelszintet használ a vonalon. A további réteghez az adóteljesítmény körülbelül 3 dB-lel történő növelése szükséges ahhoz, hogy ugyanazt a bithűséget biztosítsa a vonalon, ami a több jelállapotú kódok gyakori hátránya a csak két állapotot megkülönböztető kódokhoz képest.
Potenciális kód inverzióval egyben. Az AMI-hez hasonló kód létezik, de csak két jelszinttel. 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 potenciál kód inverzióval egyben (Nem Visszatérés nak nek Nulla val vel azok Fordított, NRZI). Ez a kód olyan esetekben kényelmes, amikor egy harmadik jelszint használata nagyon nem kívánatos, például optikai kábeleknél, ahol két jelállapot - világos és sötét - stabilan felismerhető.
Bipoláris impulzuskód A potenciális kódokon kívül impulzuskódokat is használnak a hálózatokban, amikor az adatokat egy teljes impulzus vagy annak egy része - az elülső - képviseli. Ennek a megközelítésnek a legegyszerűbb esete az bipoláris pulzuskód, amelyben az egyiket egy, a nullát egy másik polaritású impulzus képviseli . Minden impulzus fél ütemig tart. Az ilyen kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik, de előfordulhat állandó komponens, 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 NHz lesz, ami kétszerese az NRZ kód alapharmonikusának és négyszerese az AMI kód alapharmonikusának, amikor váltakozó egyesek és nullák továbbítása. Túl széles spektruma miatt a bipoláris impulzuskódot ritkán használják.
Manchester kód. A helyi hálózatokban egészen a közelmúltig a legelterjedtebb kódolási mód az ún Manchester kód. Ethernet és TokenRing technológiákban használják. A Manchester-kód egy 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 egységet egy él kódolja az alacsony jelszintről a 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 önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik. A Manchester kód sávszélessége szűkebb, mint a bipoláris impulzusé. A manchesteri kód sávszélessége átlagosan másfélszer szűkebb, mint a bipoláris impulzuskódé, az alapharmonikus pedig 3N/4 érték körül ingadozik. A Manchester kódnak van egy másik előnye a bipoláris impulzuskóddal szemben. Ez utóbbi három jelszintet használ az adatátvitelhez, a manchesteri pedig kettőt.
2B 1Q potenciálkód. Potenciális kód négy jelszinttel az adatok kódolásához. Ez a kód 2 AZ 1-BENK, melynek neve tükrözi a lényegét - minden két bitet (2B) egy órajelben továbbít egy négy állapotú (1Q) jel. A 00 bitpár -2,5 V, a 01 bitpár -0,833 V, a 11. bitpár +0,833 V, a 10. bitpár pedig +2,5 V potenciálnak felel meg. Ennél a kódolási módszernél további intézkedésekre van szükség az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ebben az esetben a jel állandó komponenssé válik. A bitek véletlenszerű váltakozása esetén a jelspektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ kódé, mivel azonos bitsebesség mellett az órajel időtartama megduplázódik. Így a 2B 1Q kód használatával kétszer olyan gyorsan lehet adatokat továbbítani ugyanazon a vonalon, mint az AMI vagy NRZI kód használatával. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy szintet a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.
Logikai kódolás A logikai kódolást olyan potenciális kódok javítására használják, mint az AMI, NRZI vagy 2Q.1B. A logikai kódolásnak ki kell cserélnie a hosszú bitsorozatokat, amelyek állandó potenciálhoz vezetnek, közbeékelődött bitekkel. Mint fentebb megjegyeztük, a logikai kódolást két módszer jellemzi -. redundáns 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.
Egy adott vonalkapacitás biztosításához egy redundáns kódot használó adónak megnövelt órajelen kell működnie. Tehát a 4V/5V kódok 100 Mb/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.
Tülekedés. A logikai kódolás másik módja az adatok keverővel való megkeverése, mielőtt potenciális kóddal a sorba továbbítanák. A titkosítási módszerek magukban foglalják a kapott kód bitenkénti kiszámítását a forráskód bitjei és az eredményül kapott kód korábbi óraciklusokban kapott bitjei alapján. Például egy kódoló megvalósíthatja a következő relációt:
Aszinkron és szinkron átvitel
A fizikai rétegen történő adatcsere során az információ egysége egy bit, így a fizikai réteg mindig fenntartja a bitszinkront a vevő és az adó között. Általában elegendő ezen a két szinten - bit és keret - szinkronizálást biztosítani, hogy az adó és a vevő stabil információcserét tudjon biztosítani. Ha azonban a kommunikációs vonal minősége gyenge (általában ez a telefonos betárcsázós csatornákra vonatkozik), további szinkronizálási eszközöket vezetnek be a bájt szintjén, hogy csökkentsék a berendezések költségeit és növeljék az adatátvitel megbízhatóságát.
Ezt a működési módot ún aszinkron vagy start-stop. Aszinkron módban minden adatbájthoz speciális start és stop jelek társulnak. Ezeknek a jeleknek az a célja, hogy egyrészt értesítsék a vevőt az adatok megérkezéséről, másrészt pedig elegendő időt biztosítsanak a vevőnek néhány szinkronizálással kapcsolatos funkció végrehajtására, mielőtt a következő bájt megérkezne. Az indítójel időtartama egy órajel, a stopjel pedig egy, másfél vagy két órajel periódusig tarthat, így azt mondják, hogy egy, másfél vagy két bitet használnak stopjelként , bár ezek a jelek nem felhasználói biteket képviselnek.
Szinkron átviteli módban nincsenek start-stop bitek az egyes bájtpárok között. következtetéseket
A telefonálásban használt keskeny sávú hangfrekvenciás csatornán történő diszkrét adatok továbbításakor a legalkalmasabb módszer az analóg moduláció, amelyben a vivő szinuszos modulációja az eredeti bináris számjegysorozattal történik. Ezt a műveletet speciális eszközök - modemek - végzik.
Kis sebességű adatátvitelhez a vivő szinusz frekvenciájának megváltoztatását használják. A nagyobb sebességű modemek a kvadratúra amplitúdó moduláció (QAM) kombinált módszerével működnek, amelyet 4 vivő szinuszos amplitúdó és 8 fázisszint jellemez. A QAM módszer 32 lehetséges kombinációja közül nem mindegyiket használják adatátvitelre, a tiltott kombinációk lehetővé teszik a sérült adatok fizikai szintű felismerését.
A szélessávú kommunikációs csatornákon potenciál- és impulzuskódolási módszereket alkalmaznak, amelyekben az adatokat különböző szintű állandó jelpotenciál vagy impulzus polaritás, ill. övé elülső.
Potenciális kódok használatakor a vevő és az adó szinkronizálásának feladata különösen fontossá válik, mivel hosszú nullák vagy egyesek sorozatának továbbításakor a vevő bemenetén a jel nem változik, és a vevő nehezen tudja meghatározni a vétel pillanatát. felveszi a következő adatbitet.
A legegyszerűbb potenciálkód a nullához nem visszatérő (NRZ) kód, de ez nem önórajel, és egyenáramú komponenst állít elő.
A legnépszerűbb impulzuskód a Manchester-kód, amelyben az információt az egyes órajelek közepén a jelesés iránya hordozza. A Manchester kódot az Ethernet és a TokenRing technológiák használják.
A potenciális NRZ kód tulajdonságainak javítására logikai kódolási módszereket alkalmaznak, amelyek kiküszöbölik a hosszú nullák sorozatát. Ezek a módszerek a következőkön alapulnak:
Redundáns bitek beviteléről a forrásadatokba (4B/5B típusú kódok);
Forrásadatok titkosítása (például 2B 1Q kódok).
A továbbfejlesztett potenciálkódok spektruma szűkebb, mint az impulzuskódoké, ezért olyan nagy sebességű technológiákban használják őket, mint az FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.