Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων. Μέθοδοι μετάδοσης δεδομένων σε φυσικό επίπεδο. Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων

7. ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

7.2. Διακριτές μέθοδοι μεταφοράς δεδομένων

Κατά τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιών επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται δύο κύριοι τύποι φυσικής κωδικοποίησης - με βάση ένα ημιτονοειδές σήμα φορέα και με βάση μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών. Η πρώτη μέθοδος ονομάζεται συχνά διαμόρφωση ή αναλογική διαμόρφωση , τονίζοντας το γεγονός ότι η κωδικοποίηση πραγματοποιείται αλλάζοντας τις παραμέτρους του αναλογικού σήματος. Η δεύτερη μέθοδος ονομάζεται ψηφιακή κωδικοποίηση . Αυτές οι μέθοδοι διαφέρουν ως προς το εύρος του φάσματος του προκύπτοντος σήματος και την πολυπλοκότητα του εξοπλισμού που απαιτείται για την εφαρμογή τους.

Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς, το φάσμα του προκύπτοντος σήματος είναι πολύ ευρύ. Η χρήση ημιτονοειδούς κύματος έχει ως αποτέλεσμα ένα στενότερο φάσμα με τον ίδιο ρυθμό μεταφοράς πληροφοριών. Ωστόσο, για την εφαρμογή διαμόρφωσης, απαιτείται πιο περίπλοκος και ακριβός εξοπλισμός από την εφαρμογή ορθογώνιων παλμών.

Επί του παρόντος, όλο και περισσότερο, τα δεδομένα που ήταν αρχικά σε αναλογική μορφή - ομιλία, τηλεοπτικές εικόνες - μεταδίδονται μέσω καναλιών επικοινωνίας σε διακριτή μορφή, δηλαδή ως ακολουθία μονάδων και μηδενικών. Η διαδικασία αναπαράστασης αναλογικών πληροφοριών σε διακριτή μορφή ονομάζεται διακριτή διαμόρφωση .

Η αναλογική διαμόρφωση χρησιμοποιείται για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιών με στενή ζώνη συχνοτήτων - κανάλι φωνής-συχνότητας (δημόσια τηλεφωνικά δίκτυα). Αυτό το κανάλι εκπέμπει συχνότητες στην περιοχή από 300 έως 3400 Hz, επομένως το εύρος ζώνης του είναι 3100 Hz.

Μια συσκευή που εκτελεί τις λειτουργίες της ημιτονοειδής διαμόρφωσης φορέα στην πλευρά εκπομπής και της αποδιαμόρφωσης στην πλευρά λήψης ονομάζεται μοντέμ (διαμορφωτής-αποδιαμορφωτής).

Η αναλογική διαμόρφωση είναι μια φυσική μέθοδος κωδικοποίησης στην οποία οι πληροφορίες κωδικοποιούνται αλλάζοντας το πλάτος, τη συχνότητα ή τη φάση ενός ημιτονοειδούς σήματος φέρουσα συχνότητα(Εικ. 27).

Στο διαμόρφωση εύρους (Εικ. 27, β) για μια λογική μονάδα επιλέγεται ένα επίπεδο του πλάτους του ημιτονοειδούς φέρουσας συχνότητας και για ένα λογικό μηδέν - ένα άλλο. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σπάνια στην καθαρή της μορφή στην πράξη λόγω χαμηλής ατρωσίας θορύβου, αλλά χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με έναν άλλο τύπο διαμόρφωσης - διαμόρφωση φάσης.

Στο διαμόρφωση συχνότητας (Εικ. 27, γ) οι τιμές 0 και 1 των δεδομένων πηγής μεταδίδονται από ημιτονοειδή με διαφορετικές συχνότητες - f 0 και f 1,. Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης δεν απαιτεί πολύπλοκα κυκλώματα σε μόντεμ και χρησιμοποιείται συνήθως σε μόντεμ χαμηλής ταχύτητας που λειτουργούν στα 300 ή 1200 bps.

Στο διαμόρφωση φάσης (Εικ. 27, δ) οι τιμές δεδομένων 0 και 1 αντιστοιχούν σε σήματα της ίδιας συχνότητας, αλλά με διαφορετικές φάσεις, για παράδειγμα 0 και 180 μοίρες ή 0, 90, 180 και 270 μοίρες.

Τα μόντεμ υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούν συχνά συνδυασμένες μεθόδους διαμόρφωσης, συνήθως πλάτους σε συνδυασμό με φάση.

Ρύζι. 27. Διάφοροι τύποιδιαμόρφωση

Το φάσμα του προκύπτοντος διαμορφωμένου σήματος εξαρτάται από τον τύπο και την ταχύτητα της διαμόρφωσης.

Για την κωδικοποίηση δυναμικού, το φάσμα λαμβάνεται απευθείας από τους τύπους Fourier για την περιοδική συνάρτηση. Εάν τα διακριτά δεδομένα μεταδίδονται με ρυθμό bit N bit/s, τότε το φάσμα αποτελείται από μια σταθερή συνιστώσα μηδενικής συχνότητας και μια άπειρη σειρά αρμονικών με συχνότητες f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ..., όπου f 0 = N/2. Τα πλάτη αυτών των αρμονικών μειώνονται αρκετά αργά - με συντελεστές 1/3, 1/5, 1/7, ... από το πλάτος της αρμονικής f 0 (Εικ. 28, α). Ως αποτέλεσμα, το φάσμα του δυνητικού κώδικα απαιτεί μεγάλο εύρος ζώνης για μετάδοση υψηλής ποιότητας. Επιπλέον, πρέπει να λάβετε υπόψη ότι στην πραγματικότητα το φάσμα του σήματος αλλάζει συνεχώς ανάλογα με τη φύση των δεδομένων. Επομένως, το φάσμα του προκύπτοντος σήματος δυνητικού κώδικα κατά τη μετάδοση αυθαίρετων δεδομένων καταλαμβάνει μια ζώνη από μια ορισμένη τιμή κοντά στα 0 Hz έως περίπου 7f 0 (οι αρμονικές με συχνότητες πάνω από 7f 0 μπορούν να παραβλεφθούν λόγω της μικρής συνεισφοράς τους στο προκύπτον σήμα). Για ένα κανάλι φωνής, το ανώτατο όριο για πιθανή κωδικοποίηση επιτυγχάνεται με ρυθμό δεδομένων 971 bps. Ως αποτέλεσμα, οι πιθανοί κωδικοί στα κανάλια φωνής δεν χρησιμοποιούνται ποτέ.

Με τη διαμόρφωση πλάτους, το φάσμα αποτελείται από ένα ημιτονοειδές κύμα της φέρουσας συχνότητας στ μεκαι δύο πλευρικές αρμονικές: (f c + f m ) και ( φάγ – φάμ), όπου φάΜ – συχνότητα αλλαγής της παραμέτρου πληροφοριών του ημιτονοειδούς, η οποία συμπίπτει με τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων όταν χρησιμοποιούνται δύο επίπεδα πλάτους (Εικ. 28, β). Συχνότητα fΜ καθορίζει τη χωρητικότητα γραμμής για μια δεδομένη μέθοδο κωδικοποίησης. Σε χαμηλή συχνότητα διαμόρφωσης, το πλάτος του φάσματος σήματος θα είναι επίσης μικρό (ίσο με 2fΜ ), επομένως τα σήματα δεν θα παραμορφωθούν από μια γραμμή εάν το εύρος ζώνης της είναι μεγαλύτερο ή ίσο με 2fΜ . Για ένα κανάλι συχνότητας φωνής, αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης είναι αποδεκτή με ρυθμό μεταφοράς δεδομένων όχι μεγαλύτερο από 3100/2=1550 bps. Εάν χρησιμοποιούνται 4 επίπεδα πλάτους για την παρουσίαση δεδομένων, τότε η χωρητικότητα του καναλιού αυξάνεται στα 3100 bps.

Ρύζι. 28. Φάσματα σημάτων κατά την πιθανή κωδικοποίηση

και διαμόρφωση πλάτους

Με τη διαμόρφωση φάσης και συχνότητας, το φάσμα του σήματος είναι πιο περίπλοκο από ό,τι με τη διαμόρφωση πλάτους, αφού εδώ σχηματίζονται περισσότερες από δύο πλευρικές αρμονικές, αλλά είναι επίσης συμμετρικά τοποθετημένες σε σχέση με την κύρια φέρουσα συχνότητα και τα πλάτη τους μειώνονται γρήγορα. Επομένως, αυτοί οι τύποι διαμόρφωσης είναι επίσης κατάλληλοι για μετάδοση δεδομένων μέσω καναλιού φωνής.

Κατά την ψηφιακή κωδικοποίηση διακριτών πληροφοριών, χρησιμοποιούνται κωδικοί δυναμικού και παλμού. Στους δυνητικούς κωδικούς, μόνο η δυναμική τιμή του σήματος χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση λογικών μονάδων και μηδενικών και οι ακμές του δεν λαμβάνονται υπόψη. Οι κωδικοί παλμών σάς επιτρέπουν να αναπαραστήσετε δυαδικά δεδομένα είτε ως παλμούς συγκεκριμένης πολικότητας είτε ως μέρος ενός παλμού - μια διαφορά δυναμικού σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς για τη μετάδοση διακριτών πληροφοριών, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια μέθοδο κωδικοποίησης που επιτυγχάνει ταυτόχρονα πολλούς στόχους:

· είχε το μικρότερο εύρος φάσματος του προκύπτοντος σήματος με τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης bit.

· παρέχεται συγχρονισμός μεταξύ του πομπού και του δέκτη.

· είχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη.

· είχε χαμηλή τιμή πώλησης.

Ένα στενότερο φάσμα σημάτων επιτρέπει υψηλότερους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων στην ίδια γραμμή. Συχνά το φάσμα σήματος απαιτείται να μην έχει στοιχείο DC.

Ο συγχρονισμός του πομπού και του δέκτη είναι απαραίτητος, ώστε ο δέκτης να γνωρίζει ακριβώς σε ποιο χρονικό σημείο είναι απαραίτητο να διαβάσει νέες πληροφορίες από τη γραμμή επικοινωνίας. Αυτό το πρόβλημα είναι πιο δύσκολο να λυθεί σε δίκτυα παρά κατά την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών που βρίσκονται κοντά, για παράδειγμα, μεταξύ μονάδων μέσα σε έναν υπολογιστή ή μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός εκτυπωτή. Επομένως, τα δίκτυα χρησιμοποιούν τους λεγόμενους αυτοσυγχρονιζόμενους κώδικες, τα σήματα των οποίων μεταφέρουν οδηγίες για τον πομπό σχετικά με το σε ποιο χρονικό σημείο θα πρέπει να αναγνωριστεί το επόμενο bit (ή πολλά bit). Οποιαδήποτε απότομη αλλαγή στο σήμα - η λεγόμενη άκρη - μπορεί να χρησιμεύσει ως καλή ένδειξη για το συγχρονισμό του δέκτη με τον πομπό.

Όταν χρησιμοποιείτε ημιτονοειδή ως σήμα φορέα, ο κώδικας που προκύπτει έχει την ιδιότητα αυτοσυγχρονισμού, καθώς η αλλαγή του πλάτους της φέρουσας συχνότητας επιτρέπει στον δέκτη να προσδιορίσει τη στιγμή που εμφανίζεται ο κωδικός εισόδου.

Οι απαιτήσεις για τις μεθόδους κωδικοποίησης είναι αμοιβαία αντιφατικές, επομένως καθεμία από τις δημοφιλείς μεθόδους ψηφιακής κωδικοποίησης που συζητούνται παρακάτω έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες.

Στο Σχ. 29, το a δείχνει την πιθανή μέθοδο κωδικοποίησης, που ονομάζεται επίσης κωδικοποίηση χωρίς να επιστρέψει στο μηδέν (Μη Επιστροφή στο Zero, NRZ) . Το επώνυμο αντικατοπτρίζει το γεγονός ότι κατά τη μετάδοση μιας ακολουθίας μονάδων, το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν κατά τη διάρκεια του κύκλου του ρολογιού. Η μέθοδος NRZ είναι εύκολη στην εφαρμογή, έχει καλή αναγνώριση σφαλμάτων (λόγω δύο έντονα διαφορετικών δυνατοτήτων), αλλά δεν έχει την ιδιότητα του αυτοσυγχρονισμού. Κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών, το σήμα στη γραμμή δεν αλλάζει, επομένως ο δέκτης δεν μπορεί να προσδιορίσει από το σήμα εισόδου τις χρονικές στιγμές που είναι απαραίτητο να διαβάσει δεδομένα. Ακόμη και με μια γεννήτρια ρολογιού υψηλής ακρίβειας, ο δέκτης μπορεί να κάνει λάθος με τη στιγμή της συλλογής δεδομένων, καθώς οι συχνότητες των δύο γεννητριών δεν είναι ποτέ εντελώς ίδιες. Επομένως, σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και μεγάλες ακολουθίες ενός ή μηδενικού, μια μικρή αναντιστοιχία ρολογιού μπορεί να οδηγήσει σε σφάλμα ολόκληρου του κύκλου ρολογιού και, κατά συνέπεια, σε λανθασμένη ανάγνωση τιμής bit.

Ένα άλλο σοβαρό μειονέκτημα της μεθόδου NRZ είναι η παρουσία μιας συνιστώσας χαμηλής συχνότητας που πλησιάζει το μηδέν κατά τη μετάδοση μεγάλων ακολουθιών μονάδων ή μηδενικών. Εξαιτίας αυτού, πολλά κανάλια επικοινωνίας που δεν παρέχουν άμεση γαλβανική σύνδεση μεταξύ του δέκτη και της πηγής δεν υποστηρίζουν αυτόν τον τύπο κωδικοποίησης. Ως αποτέλεσμα, ο κώδικας NRZ στην καθαρή του μορφή δεν χρησιμοποιείται σε δίκτυα. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται διάφορες τροποποιήσεις του, οι οποίες εξαλείφουν τόσο τον κακό αυτοσυγχρονισμό του κώδικα NRZ όσο και την παρουσία ενός σταθερού στοιχείου. Η ελκυστικότητα του κώδικα NRZ, που καθιστά χρήσιμη τη βελτίωσή του, είναι η αρκετά χαμηλή συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής f 0, η οποία είναι ίση με N/2 Hz. Σε άλλες μεθόδους κωδικοποίησης, όπως το Μάντσεστερ, η θεμελιώδης αρμονική έχει υψηλότερη συχνότητα.

Ρύζι. 29. Μέθοδοι κωδικοποίησης διακριτών δεδομένων

Μία από τις τροποποιήσεις της μεθόδου NRZ είναι η μέθοδος διπολική κωδικοποίηση με εναλλακτική αντιστροφή (Διπολικός Εναλλακτική αντιστροφή σήμανσης, AMI). Αυτή η μέθοδος (Εικ. 29, β) χρησιμοποιεί τρία δυναμικά επίπεδα - αρνητικό, μηδενικό και θετικό. Για την κωδικοποίηση ενός λογικού μηδέν, χρησιμοποιείται ένα μηδενικό δυναμικό και ένα λογικό κωδικοποιείται είτε από ένα θετικό δυναμικό είτε από ένα αρνητικό, με το δυναμικό κάθε νέας μονάδας να είναι αντίθετο από το δυναμικό της προηγούμενης.

Ο κωδικός AMI εξαλείφει εν μέρει το DC και τα προβλήματα αυτοσυγχρονισμού που είναι εγγενή στον κώδικα NRZ. Αυτό συμβαίνει όταν μεταδίδονται μεγάλες ακολουθίες από αυτές. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το σήμα στη γραμμή είναι μια ακολουθία αντίθετα πολωμένων παλμών με το ίδιο φάσμα με τον κώδικα NRZ, που εκπέμπουν εναλλασσόμενα μηδενικά και μονάδες, δηλαδή χωρίς σταθερή συνιστώσα και με θεμελιώδη αρμονική N/2 Hz (όπου N είναι ο ρυθμός μετάδοσης bit της μεταφοράς δεδομένων). Οι μεγάλες ακολουθίες μηδενικών είναι εξίσου επικίνδυνες για τον κώδικα AMI όσο και για τον κώδικα NRZ - το σήμα εκφυλίζεται σε ένα σταθερό δυναμικό μηδενικού πλάτους. Επομένως, ο κωδικός AMI απαιτεί περαιτέρω βελτίωση.

Γενικά, για διαφορετικούς συνδυασμούς δυαδικών ψηφίων σε μια γραμμή, η χρήση του κώδικα AMI έχει ως αποτέλεσμα ένα στενότερο φάσμα σήματος από τον κώδικα NRZ, και επομένως υψηλότερο εύρος ζώνηςγραμμές. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων μονάδων και μηδενικών, η θεμελιώδης αρμονική f 0 έχει συχνότητα N/4 Hz. Ο κωδικός AMI παρέχει επίσης ορισμένες δυνατότητες για την αναγνώριση λανθασμένων σημάτων. Έτσι, μια παραβίαση της αυστηρής εναλλαγής της πολικότητας του σήματος υποδηλώνει έναν ψευδή παλμό ή την εξαφάνιση ενός σωστού παλμού από τη γραμμή. Αυτό το σήμα ονομάζεται απαγορευμένο σήμα (σήμα παράβαση).

Ο κωδικός AMI χρησιμοποιεί όχι δύο, αλλά τρία επίπεδα σήματος στη γραμμή. Το πρόσθετο στρώμα απαιτεί μια αύξηση στην ισχύ του πομπού κατά περίπου 3 dB για να παρέχει την ίδια πιστότητα bit στη γραμμή, κάτι που είναι ένα κοινό μειονέκτημα των κωδικών με πολλαπλές καταστάσεις σήματος σε σύγκριση με κώδικες που διακρίνουν μόνο δύο καταστάσεις.

Υπάρχει κωδικός παρόμοιος με τον AMI, αλλά με μόνο δύο επίπεδα σήματος. Όταν εκπέμπει ένα μηδέν, μεταδίδει το δυναμικό που είχε οριστεί στον προηγούμενο κύκλο (δηλαδή, δεν το αλλάζει) και όταν μεταδίδει ένα, το δυναμικό αντιστρέφεται στο αντίθετο. Αυτός ο κωδικός ονομάζεται δυνητικός κώδικας με αντιστροφή στο ένα (Δεν ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ προς την Μηδέν με αυτές Αντεστραμμένο , NRZI ) . Αυτός ο κωδικός είναι χρήσιμος σε περιπτώσεις όπου η χρήση ενός τρίτου επιπέδου σήματος είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητη, για παράδειγμα, σε οπτικά καλώδια, όπου αναγνωρίζονται με συνέπεια δύο καταστάσεις σήματος - φως και σκιά.

Εκτός από τους πιθανούς κωδικούς, οι παλμικοί κώδικες χρησιμοποιούνται επίσης σε δίκτυα, όταν τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται από έναν πλήρη παλμό ή μέρος αυτού - μια άκρη. Η απλούστερη περίπτωση αυτής της προσέγγισης είναι διπολικός κωδικός παλμού , στο οποίο το ένα αντιπροσωπεύεται από έναν παλμό μιας πολικότητας και το μηδέν με μια άλλη (Εικ. 29, γ). Κάθε σφυγμός διαρκεί μισό χτύπο. Αυτός ο κωδικός έχει εξαιρετική αυτοσυγχρονισμόςιδιότητες, αλλά μπορεί να υπάρχει ένα σταθερό συστατικό, για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων ή μηδενικών. Επιπλέον, το φάσμα του είναι ευρύτερο από αυτό των πιθανών κωδικών. Έτσι, κατά τη μετάδοση όλων των μηδενικών ή ενός, η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής του κώδικα θα είναι ίση με N Hz, η οποία είναι δύο φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα NRZ και τέσσερις φορές υψηλότερη από τη θεμελιώδη αρμονική του κώδικα AMI κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων μονάδων και μηδενικών. Λόγω του πολύ μεγάλου φάσματος του, ο διπολικός κώδικας παλμών χρησιμοποιείται σπάνια.

ΣΕ τοπικά δίκτυαΜέχρι πρόσφατα, η πιο διαδεδομένη μέθοδος κωδικοποίησης ήταν η λεγόμενη Κωδικός Μάντσεστερ (Εικ. 29, δ). Χρησιμοποιείται σε τεχνολογίες Ethernet και Token Ring.

Ο κώδικας του Manchester χρησιμοποιεί μια διαφορά δυναμικού, δηλαδή την άκρη ενός παλμού, για να κωδικοποιήσει ένα και μηδενικά. Με την κωδικοποίηση Manchester, κάθε μέτρο χωρίζεται σε δύο μέρη. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται από πιθανές πτώσεις που συμβαίνουν στη μέση κάθε κύκλου ρολογιού. Το ένα κωδικοποιείται από μια ακμή από το χαμηλό έως το υψηλό επίπεδο σήματος και το μηδέν κωδικοποιείται από μια αντίστροφη ακμή. Στην αρχή κάθε κύκλου ρολογιού, μπορεί να προκύψει πτώση σήματος, εάν χρειαστεί να αναπαραστήσετε πολλά μονόμετρα ή μηδενικά στη σειρά. Δεδομένου ότι το σήμα αλλάζει τουλάχιστον μία φορά ανά κύκλο μετάδοσης ενός bit δεδομένων, ο κώδικας Manchester είναι καλός αυτοσυγχρονισμόςιδιότητες. Το εύρος ζώνης του κώδικα Μάντσεστερ είναι στενότερο από αυτό του διπολικού παλμού. Επίσης δεν έχει συνιστώσα DC και η θεμελιώδης αρμονική στη χειρότερη περίπτωση (όταν εκπέμπει μια ακολουθία μονάδων ή μηδενικών) έχει συχνότητα N Hz και στην καλύτερη περίπτωση (όταν εκπέμπει εναλλασσόμενα και μηδενικά) είναι ίση με N / 2 Hz, όπως AMI ή NRZ Κατά μέσο όρο, το εύρος ζώνης του κώδικα του Μάντσεστερ είναι μιάμιση φορά πιο στενό από αυτό του διπολικού κώδικα παλμού και η θεμελιώδης αρμονική κυμαίνεται γύρω από την τιμή 3N/4. Ο κώδικας του Manchester έχει ένα άλλο πλεονέκτημα έναντι του διπολικού κωδικού παλμού. Το τελευταίο χρησιμοποιεί τρία επίπεδα σήματος για τη μετάδοση δεδομένων, ενώ το του Μάντσεστερ δύο.

Στο Σχ. 29, Το d δείχνει έναν πιθανό κωδικό με τέσσερα επίπεδα σήματος για την κωδικοποίηση δεδομένων. Αυτός είναι ένας κωδικός 2B1Q, το όνομα του οποίου αντικατοπτρίζει την ουσία του - κάθε δύο bit (2B) μεταδίδονται σε έναν κύκλο ρολογιού από ένα σήμα που έχει τέσσερις καταστάσεις (1Q). Το ζεύγος bit 00 αντιστοιχεί σε δυναμικό -2,5 V, το ζεύγος bit 01 αντιστοιχεί σε δυναμικό -0,833 V, το ζεύγος 11 αντιστοιχεί σε δυναμικό +0,833 V και το ζεύγος 10 αντιστοιχεί σε δυναμικό +2,5 V. Με αυτήν την κωδικοποίηση Μέθοδος, απαιτούνται πρόσθετα μέτρα για την καταπολέμηση μεγάλων ακολουθιών πανομοιότυπων ζευγών bit, καθώς στην περίπτωση αυτή το σήμα μετατρέπεται σε σταθερό στοιχείο. Με την τυχαία παρεμβολή bit, το φάσμα του σήματος είναι δύο φορές πιο στενό από αυτό του κώδικα NRZ, αφού με τον ίδιο ρυθμό bit η διάρκεια του ρολογιού διπλασιάζεται. Έτσι, χρησιμοποιώντας τον κωδικό 2B1Q, μπορείτε να μεταφέρετε δεδομένα στην ίδια γραμμή δύο φορές πιο γρήγορα από ότι χρησιμοποιώντας τον κωδικό AMI ή NRZI. Ωστόσο, για να το εφαρμόσετε, η ισχύς του πομπού πρέπει να είναι υψηλότερη, ώστε τα τέσσερα επίπεδα να διακρίνονται καθαρά από τον δέκτη σε φόντο παρεμβολών.

Σελίδα 27 από 27 Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων(Γραμμές επικοινωνίας,)

Φυσική βάση μετάδοσης δεδομένων

Οποιαδήποτε τεχνολογία δικτύου πρέπει να διασφαλίζει αξιόπιστη και γρήγορη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω γραμμών επικοινωνίας. Αν και υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών, βασίζονται σε κοινές αρχές διακριτής μεταφοράς δεδομένων. Αυτές οι αρχές ενσωματώνονται σε μεθόδους αναπαράστασης δυαδικών μονάδων και μηδενικών χρησιμοποιώντας παλμικά ή ημιτονοειδή σήματα σε γραμμές επικοινωνίας διαφόρων φυσικών φύσεων, μεθόδους ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων, μεθόδους συμπίεσης και μεθόδους μεταγωγής.

Γραμμέςδιαβιβάσεις

Πρωτεύοντα δίκτυα, γραμμές και κανάλια επικοινωνίας

Κατά την περιγραφή ενός τεχνικού συστήματος που μεταδίδει πληροφορίες μεταξύ κόμβων δικτύου, στη βιβλιογραφία μπορούν να βρεθούν διάφορα ονόματα: γραμμή επικοινωνίας, σύνθετο κανάλι, κανάλι, σύνδεσμος.Συχνά αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και σε πολλές περιπτώσεις αυτό δεν προκαλεί προβλήματα. Ταυτόχρονα, υπάρχουν ιδιαιτερότητες στη χρήση τους.

Σύνδεσμος(σύνδεσμος) είναι ένα τμήμα που παρέχει μεταφορά δεδομένων μεταξύ δύο γειτονικών κόμβων δικτύου. Δηλαδή, ο σύνδεσμος δεν περιέχει ενδιάμεσες συσκευές μεταγωγής και πολυπλεξίας.

Κανάλι(κανάλι) τις περισσότερες φορές υποδηλώνουν το τμήμα του εύρους ζώνης σύνδεσης που χρησιμοποιείται ανεξάρτητα κατά την εναλλαγή. Για παράδειγμα, μια κύρια σύνδεση δικτύου μπορεί να αποτελείται από 30 κανάλια, καθένα από τα οποία έχει χωρητικότητα 64 Kbps.

Σύνθετο κανάλι(κύκλωμα) είναι μια διαδρομή μεταξύ δύο ακραίων κόμβων ενός δικτύου. Ένα σύνθετο κανάλι σχηματίζεται από μεμονωμένες ενδιάμεσες συνδέσεις και εσωτερικές συνδέσεις σε διακόπτες. Συχνά το επίθετο "σύνθετο" παραλείπεται και ο όρος "κανάλι" χρησιμοποιείται για να αναφέρεται τόσο σε ένα σύνθετο κανάλι όσο και σε ένα κανάλι μεταξύ γειτονικών κόμβων, δηλαδή εντός ενός συνδέσμου.

Γραμμή επικοινωνίαςμπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνώνυμο για οποιονδήποτε από τους άλλους τρεις όρους.

Στο Σχ. εμφανίζονται δύο επιλογές γραμμής επικοινωνίας. Στην πρώτη περίπτωση ( ΕΝΑ) η γραμμή αποτελείται από ένα τμήμα καλωδίου μήκους πολλών δεκάδων μέτρων και είναι ένας σύνδεσμος. Στη δεύτερη περίπτωση (β), η γραμμή επικοινωνίας είναι ένα σύνθετο κανάλι που αναπτύσσεται σε ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος. Ένα τέτοιο δίκτυο θα μπορούσε να είναι πρωτεύον δίκτυοή τηλεφωνικό δίκτυο.

Ωστόσο για δίκτυο υπολογιστώναυτή η γραμμή αντιπροσωπεύει έναν σύνδεσμο, αφού συνδέει δύο παρακείμενους κόμβους και όλος ο ενδιάμεσος εξοπλισμός μεταγωγής είναι διαφανής σε αυτούς τους κόμβους. Ο λόγος για την αμοιβαία παρεξήγηση σε επίπεδο όρων μεταξύ ειδικών υπολογιστών και ειδικών πρωτοβάθμιων δικτύων είναι προφανής εδώ.

Τα πρωτεύοντα δίκτυα δημιουργούνται ειδικά για να παρέχουν υπηρεσίες καναλιών μετάδοσης δεδομένων για δίκτυα υπολογιστών και τηλεφώνου, τα οποία σε τέτοιες περιπτώσεις λέγεται ότι λειτουργούν «πάνω» από τα κύρια δίκτυα και είναι δίκτυα επικάλυψης.

Ταξινόμηση γραμμών επικοινωνίας

Γραμμή επικοινωνίας γενικά αποτελείται από ένα φυσικό μέσο μέσω του οποίου μεταδίδονται ηλεκτρικά σήματα πληροφοριών, εξοπλισμός μετάδοσης δεδομένων και ενδιάμεσος εξοπλισμός. Το φυσικό μέσο για τη μετάδοση δεδομένων (φυσικά μέσα αποθήκευσης) μπορεί να είναι ένα καλώδιο, δηλαδή ένα σύνολο συρμάτων, μονωτικών και προστατευτικών περιβλημάτων και συνδετικών συνδέσμων, καθώς και η ατμόσφαιρα της γης ή ο εξωτερικός χώρος μέσω του οποίου διαδίδονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Στην πρώτη περίπτωση μιλάμε για ενσύρματο περιβάλλον,και στο δεύτερο - περίπου ασύρματος.

Στα σύγχρονα συστήματα τηλεπικοινωνιών, οι πληροφορίες μεταδίδονται χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα ή τάση, σήματα ραδιοφώνου ή φωτεινά σήματα- όλες αυτές οι φυσικές διεργασίες αντιπροσωπεύουν ταλαντώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου διαφόρων συχνοτήτων.

Ενσύρματες (εναέριες) γραμμέςΟι συνδέσεις είναι σύρματα χωρίς μονωτικό ή προστατευτικό πλέξιμο, τοποθετημένα μεταξύ των πόλων και κρέμονται στον αέρα. Ακόμη και στο πρόσφατο παρελθόν, τέτοιες γραμμές επικοινωνίας ήταν οι κύριες για τη μετάδοση τηλεφωνικών ή τηλεγραφικών σημάτων. Σήμερα, οι ενσύρματες γραμμές επικοινωνίας αντικαθίστανται γρήγορα από καλωδιακές γραμμές. Ωστόσο, σε ορισμένα σημεία εξακολουθούν να διατηρούνται και, ελλείψει άλλων δυνατοτήτων, συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων υπολογιστή. Η ταχύτητα και η θόρυβος αυτών των γραμμών αφήνουν πολλά να είναι επιθυμητά.

Καλωδιακές γραμμέςέχουν αρκετά περίπλοκο σχεδιασμό. Το καλώδιο αποτελείται από αγωγούς που περικλείονται σε διάφορα στρώματα μόνωσης: ηλεκτρικά, ηλεκτρομαγνητικά, μηχανικά και, πιθανώς, κλιματικά. Επιπλέον, το καλώδιο μπορεί να εξοπλιστεί με υποδοχές που σας επιτρέπουν να συνδέσετε γρήγορα διάφορους εξοπλισμούς σε αυτό. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι καλωδίων που χρησιμοποιούνται σε δίκτυα υπολογιστών (και τηλεπικοινωνιών): καλώδια που βασίζονται σε συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων χαλκού - Αθωράκιστο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους(Unshielded Twisted Pair, UTP) και θωρακισμένο στριμμένο ζευγάρι(Shielded Twisted Pair, STP), ομοαξονικά καλώδιαμε πυρήνα χαλκού, καλώδια οπτικών ινών. Καλούνται επίσης οι δύο πρώτοι τύποι καλωδίων καλώδια χαλκού.

Ραδιοφωνικά κανάλιαΟι επίγειες και οι δορυφορικές επικοινωνίες σχηματίζονται χρησιμοποιώντας πομπό και δέκτη ραδιοκυμάτων. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία τύπων ραδιοφωνικών καναλιών, που διαφέρουν τόσο στο εύρος συχνοτήτων που χρησιμοποιείται όσο και στο εύρος καναλιών. Ραδιοφωνικές ζώνες εκπομπής(μακριά, μεσαία και μικρά κύματα), που ονομάζονται επίσης μπάντες AM,ή εύρη διαμόρφωσης πλάτους (Amplitude Modulation, AM), παρέχουν επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά με χαμηλό ρυθμό μεταφοράς δεδομένων. Τα πιο γρήγορα κανάλια είναι αυτά που χρησιμοποιούν πολύ υψηλές περιοχές συχνοτήτων(Very High Frequency, VHF), για την οποία χρησιμοποιείται η διαμόρφωση συχνότητας (FM). Χρησιμοποιείται επίσης για μετάδοση δεδομένων εύρη εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων(Ultra High Frequency, UHF), που ονομάζεται επίσης ταινίες μικροκυμάτων(πάνω από 300 MHz). Σε συχνότητες άνω των 30 MHz, τα σήματα δεν αντανακλώνται πλέον από την ιονόσφαιρα της Γης και η σταθερή επικοινωνία απαιτεί άμεση ορατότητα μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Επομένως, τέτοιες συχνότητες χρησιμοποιούνται είτε από δορυφορικά κανάλια, είτε από ραδιοφωνικά κανάλια, είτε από τοπικά ή δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, όπου αυτή η προϋπόθεση πληρούται.

2 Λειτουργίες του φυσικού στρώματος Αναπαράσταση bit από ηλεκτρικά/οπτικά σήματα Κωδικοποίηση bit Συγχρονισμός bit Μετάδοση/λήψη bit μέσω φυσικών καναλιών επικοινωνίας Συντονισμός με το φυσικό περιβάλλον Εύρος ταχύτητας μετάδοσης Επίπεδα σήματος, σύνδεσμοι Σε όλες τις συσκευές δικτύου Υλοποίηση υλικού (προσαρμογείς δικτύου ) Παράδειγμα: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohm, 100m, 10Mbit/s, κωδικός MII, RJ-45

5 Εξοπλισμός μετάδοσης δεδομένων Μήνυμα μετατροπέα - Ελ. Κωδικοποιητής σήματος (συμπίεση, κωδικοί διόρθωσης) Διαμορφωτής Ενδιάμεσος εξοπλισμός Βελτίωση της ποιότητας επικοινωνίας - (ενισχυτής) Δημιουργία σύνθετου καναλιού - (διακόπτης) Πολυπλεξία καναλιών - (Πολυπλέκτης) (Το PA μπορεί να απουσιάζει σε ένα LAN)

6 Κύρια χαρακτηριστικά των γραμμών επικοινωνίας Διαδρομή (πρωτόκολλο) Αξιοπιστία μετάδοσης δεδομένων (πρωτόκολλο) Καθυστέρηση διάδοσης Απόκριση πλάτους-συχνότητας (AFC) Εξασθένιση εύρους ζώνης Ανοσία θορύβου Crosstalk στο κοντινό τέλος της γραμμής Κόστος μονάδας

9 Εξασθένιση A – ένα σημείο στην απόκριση συχνότητας A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Παράδειγμα 1: Pin = 10 mW , Pout =5 mW Εξασθένηση = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Παράδειγμα 2: UTP cat 5 Εξασθένηση >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Τυπικά είναι για τη θεμελιώδη συχνότητα του σήματος = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Συνήθως υποδεικνύεται Α για τη συχνότητα του κύριου σήματος">

11 Ανοσία θορύβου Γραμμές οπτικών ινών Καλωδιακές γραμμές Ενσύρματες εναέριες γραμμές Γραμμές ραδιοφώνου (Θωράκιση, συστροφή) Ανοσία σε εξωτερικές παρεμβολές Ανοσία σε εσωτερικές παρεμβολές Εξασθένιση διασταυρούμενης συνομιλίας κοντινού άκρου (NEXT) Εξασθένηση διασταύρωσης μακρινών άκρων (FEXT) (FEXT - Δύο ζεύγη σε μία κατεύθυνση )

12 Near End Cross Talk loss – NEXT Για καλώδια πολλαπλών ζευγών NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Αξιοπιστία μετάδοσης δεδομένων Ποσοστό σφάλματος bit – BER Πιθανότητα καταστροφής bit δεδομένων Αιτίες: εξωτερικές και εσωτερικές παρεμβολές, στενό εύρος ζώνης Αγώνας: αύξηση της θορύβου, μείωση της NEXT παρεμβολών, επέκταση του εύρους ζώνης Συνεστραμμένο ζεύγος BER ~ Καλώδιο οπτικών ινών BER ~ Χωρίς πρόσθετο μέσο προστασίας :: διορθωτικοί κωδικοί, πρωτόκολλα με επανάληψη

16 Twisted Pair Twisted Pair (TP) φύλλο αλουμινόχαρτου πλεγμένο πλέγμα συρμάτινο μονωμένο εξωτερικό περίβλημα σύρματος UTP Unshielded Twisted Pair κατηγορία 1, UTP ζεύγη γάτας σε θήκη STP Shielded Twisted Pair Τύποι Τύπος 1…9 Κάθε ζεύγος έχει τη δική του οθόνη Κάθε ζευγάρι έχει το δικό του βήμα ανατροπές, το δικό σας χρώμα Ανοσία θορύβου Κόστος Πολυπλοκότητα τοποθέτησης

18 Οπτικές ίνες Συνολική εσωτερική ανάκλαση μιας δέσμης στη διεπαφή δύο μέσων n1 > n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2 n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2"> n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2"> n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2" title="18 Οπτικές ίνες Συνολική εσωτερική ανάκλαση μιας δέσμης στο όριο δύο μέσα n1 > n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2"> title="18 Οπτικές ίνες Συνολική εσωτερική ανάκλαση μιας δέσμης στη διεπαφή δύο μέσων n1 > n2 - (δείκτης διάθλασης) n1 n2"> !}

22 Καλώδιο οπτικών ινών Multi Mode Fiber MMF50/125, 62,5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s MM (2005)

23 Πηγές οπτικού σήματος Κανάλι: πηγή - φορέας - δέκτης (ανιχνευτής) Πηγές LED (Δίοδος εκπομπής φωτός) nm ασυνάρτητη πηγή - MMF Συνεκτική πηγή λέιζερ ημιαγωγών - SMF - Ισχύς = f (t o) Ανιχνευτές Φωτοδίοδοι, διόδους ακροδεκτών, διόδους χιονοστιβάδας

25 Σύστημα δομημένης καλωδίωσης - SCS First LAN – διάφορα καλώδιακαι τοπολογίες Ενοποίηση του καλωδιακού συστήματος SCS - ανοικτή υποδομή καλωδίων LAN (υποσυστήματα, εξαρτήματα, διεπαφές) - ανεξαρτησία από τεχνολογία δικτύου- Καλώδια LAN, τηλεόραση, συστήματα ασφαλείας κ.λπ. - γενική καλωδίωση χωρίς αναφορά σε συγκεκριμένη τεχνολογία δικτύου - Κατασκευαστής

27 Πρότυπα SCS (βασικά) EIA/TIA-568A Πρότυπο καλωδίωσης τηλεπικοινωνιών εμπορικού κτιρίου (ΗΠΑ) CENELEC EN50173 Απαιτήσεις απόδοσης των γενικών σχεδίων καλωδίωσης (Ευρώπη) Τεχνολογία πληροφοριών ISO/IEC IS - Γενική καλωδίωση για μετάδοση στο χώρο του πελάτη Καλωδίωση μετάδοσης δεδομένων: . Τοπολογία Επιτρεπόμενες αποστάσεις (μήκη καλωδίων) Διεπαφή σύνδεσης χρήστη. Καλώδια και εξοπλισμός σύνδεσης. Παραγωγική απόδοση (Απόδοση). Πρακτική εγκατάστασης (Οριζόντιο υποσύστημα - UTP, αστέρι, 100 m...)

28 Ασύρματες Επικοινωνίες Ασύρματη μετάδοση Πλεονεκτήματα: ευκολία, δυσπρόσιτες περιοχές, κινητικότητα. γρήγορη ανάπτυξη... Μειονεκτήματα: υψηλό επίπεδο παρεμβολής ( ειδικά μέσα: κωδικοί, διαμόρφωση...), πολυπλοκότητα χρήσης κάποιων περιοχών Γραμμή επικοινωνίας: πομπός - μέσο - χαρακτηριστικά LAN δέκτη ~ F(Δf, fн);

34 2. Κινητή τηλεφωνία Διαίρεση της επικράτειας σε κυψέλες Επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων Χαμηλή ισχύς (διαστάσεις) Στο κέντρο - σταθμός βάσης Ευρώπη - Παγκόσμιο σύστημα για κινητά - GSM Wireless τηλεφωνικές επικοινωνίες 1. Ραδιοφωνικός σταθμός χαμηλής κατανάλωσης - (ακουστικό-βάση, 300 μέτρα) DECT Ψηφιακή ευρωπαϊκή ασύρματη περιαγωγή τηλεπικοινωνιών - εναλλαγή από ένα κεντρικό δίκτυοστο άλλο - τη βάση κυψελοειδούς επικοινωνίας

35 Δορυφορική σύνδεσηΒασισμένο σε δορυφόρο (ανακλαστήρας-ενισχυτής) Πομποδέκτες - αναμεταδότες H~50 MHz (1 δορυφόρος ~ 20 αναμεταδότες) Εύρος συχνοτήτων: C. Ku, Ka C - Down 3,7 - 4,2 GHz Πάνω 5,925-6,425 GHz Ku - Down 11. 12,2 GHz Up 14,0-14,5 GHz Ka - Down 17,7-21,7 GHz Up 27,5-30,5 GHz

36 Δορυφορικές επικοινωνίες. Τύποι δορυφόρων Δορυφορικές επικοινωνίες: μικροκύματα - οπτική επαφή Γεωστατική Μεγάλη κάλυψη Σταθερή, Χαμηλή φθορά Repeater δορυφόρος, εκπομπή, χαμηλό κόστος, το κόστος δεν εξαρτάται από την απόσταση, Άμεση δημιουργία σύνδεσης (Mil) Tz=300ms Χαμηλή ασφάλεια, Αρχικά μεγάλη κεραία (αλλά VSAT) Χιλιόμετρα μεσαίας τροχιάς Παγκόσμιο Σύστημα εντοπισμού θέσης GPS - 24 δορυφόροι Χαμηλής τροχιάς χιλιόμετρα χαμηλής κάλυψης Πρόσβαση στο Διαδίκτυο χαμηλής καθυστέρησης

40 Τεχνικές διάδοσης φάσματος Ειδικές τεχνικές διαμόρφωσης και κωδικοποίησης για ασύρματη επικοινωνία C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Μείωση ισχύος Ανοσία θορύβου Stealth OFDM, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Χρησιμοποιούνται δύο κύριοι τύποι φυσικής κωδικοποίησης - με βάση ένα ημιτονοειδές σήμα φορέα (αναλογική διαμόρφωση) και με βάση μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών (ψηφιακή κωδικοποίηση).

Αναλογική διαμόρφωση - για μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιού με στενό εύρος ζώνης - κανάλια φωνητικής συχνότητας τηλεφωνικών δικτύων (εύρος ζώνης από 300 έως 3400 Hz) Μια συσκευή που εκτελεί διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση - ένα μόντεμ.

Μέθοδοι αναλογικής διαμόρφωσης

n διαμόρφωση πλάτους (ανοσία χαμηλού θορύβου, που χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με διαμόρφωση φάσης).

n διαμόρφωση συχνότητας (σύνθετη τεχνική υλοποίηση, που χρησιμοποιείται συνήθως σε μόντεμ χαμηλής ταχύτητας).

n διαμόρφωση φάσης.

Διαμορφωμένο φάσμα σήματος

Πιθανός κωδικός- εάν τα διακριτά δεδομένα μεταδίδονται με ταχύτητα N bit ανά δευτερόλεπτο, τότε το φάσμα αποτελείται από μια σταθερή συνιστώσα μηδενικής συχνότητας και μια άπειρη σειρά αρμονικών με συχνότητες f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., όπου f0 = N /2. Τα πλάτη αυτών των αρμονικών μειώνονται αργά - με συντελεστές 1/3, 1/5, 1/7, ... από το πλάτος f0. Το φάσμα του προκύπτοντος σήματος δυνητικού κώδικα κατά τη μετάδοση αυθαίρετων δεδομένων καταλαμβάνει μια ζώνη από μια ορισμένη τιμή κοντά στο 0 έως περίπου το 7f0. Για ένα κανάλι συχνότητας φωνής, το ανώτερο όριο του ρυθμού μετάδοσης επιτυγχάνεται για ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 971 bit ανά δευτερόλεπτο και το κατώτερο όριο είναι απαράδεκτο για οποιαδήποτε ταχύτητα, καθώς το εύρος ζώνης του καναλιού ξεκινά από τα 300 Hz. Δηλαδή, οι πιθανοί κωδικοί δεν χρησιμοποιούνται σε κανάλια συχνότητας φωνής.

Διαμόρφωση εύρους- το φάσμα αποτελείται από ένα ημιτονοειδές της φέρουσας συχνότητας fc και δύο πλευρικές αρμονικές fc+fm και fc-fm, όπου fm είναι η συχνότητα αλλαγής της παραμέτρου πληροφοριών του ημιτονοειδούς, η οποία συμπίπτει με τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων όταν χρησιμοποιείται δύο πλάτος επίπεδα. Η συχνότητα fm καθορίζει τη χωρητικότητα της γραμμής στο αυτή τη μέθοδοκωδικοποίηση. Με μια μικρή συχνότητα διαμόρφωσης, το πλάτος του φάσματος σήματος θα είναι επίσης μικρό (ίσο με 2fm) και τα σήματα δεν θα παραμορφώνονται από τη γραμμή εάν το εύρος ζώνης είναι μεγαλύτερο ή ίσο με 2fm. Για ένα κανάλι συχνότητας φωνής, αυτή η μέθοδος είναι αποδεκτή με ρυθμό μεταφοράς δεδομένων όχι μεγαλύτερο από 3100 / 2 = 1550 bit ανά δευτερόλεπτο.

Διαμόρφωση φάσης και συχνότητας- το φάσμα είναι πιο περίπλοκο, αλλά συμμετρικό, με μεγάλο αριθμό ταχέως μειούμενων αρμονικών. Αυτές οι μέθοδοι είναι κατάλληλες για μετάδοση μέσω καναλιού συχνότητας φωνής.

Quadrate Amplitude Modulation - Διαμόρφωση φάσης με 8 τιμές μετατόπισης φάσης και διαμόρφωση πλάτους με 4 τιμές πλάτους. Δεν χρησιμοποιούνται και οι 32 συνδυασμοί σημάτων.

Ψηφιακή κωδικοποίηση

Πιθανοί κωδικοί– για την αναπαράσταση λογικών μονάδων και μηδενικών, χρησιμοποιείται μόνο η τιμή του δυναμικού σήματος και οι πτώσεις του, οι οποίες σχηματίζουν ολοκληρωμένους παλμούς, δεν λαμβάνονται υπόψη.

Παλμικοί κωδικοί– αντιπροσωπεύουν δυαδικά δεδομένα είτε ως παλμούς συγκεκριμένης πολικότητας είτε ως μέρος ενός παλμού - ως διαφορά δυναμικού σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Απαιτήσεις για τη μέθοδο ψηφιακής κωδικοποίησης:

Με τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης bit, είχε το μικρότερο εύρος φάσματος του προκύπτοντος σήματος (ένα στενότερο φάσμα σήματος καθιστά δυνατή την επίτευξη υψηλότερου ρυθμού μεταφοράς δεδομένων στην ίδια γραμμή· υπάρχει επίσης απαίτηση για την απουσία σταθερού στοιχείου, που είναι η παρουσία συνεχές ρεύμαμεταξύ πομπού και δέκτη).

Παρέχεται συγχρονισμός μεταξύ του πομπού και του δέκτη (ο δέκτης πρέπει να γνωρίζει ακριβώς σε ποια χρονική στιγμή να διαβάσει τις απαραίτητες πληροφορίες από τη γραμμή, σε τοπικά συστήματα - γραμμές ρολογιού, σε δίκτυα - αυτοσυγχρονιζόμενους κώδικες, τα σήματα των οποίων φέρουν οδηγίες για ο πομπός σχετικά με το σε ποιο χρονικό σημείο είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί η αναγνώριση του επόμενου bit).

Κατείχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη.

Είχε χαμηλό κόστος υλοποίησης.

Δυνητικός κωδικός χωρίς επιστροφή στο μηδέν. NRZ (Μη Επιστροφή στο Μηδέν). Το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν κατά τη διάρκεια του κύκλου του ρολογιού.

Είναι εύκολο να εφαρμοστεί, έχει καλή αναγνώριση σφαλμάτων λόγω δύο έντονα διαφορετικών σημάτων, αλλά δεν έχει την ιδιότητα του συγχρονισμού. Κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μηδενικών ή μονάδων, το σήμα στη γραμμή δεν αλλάζει, επομένως ο δέκτης δεν μπορεί να προσδιορίσει πότε πρέπει να διαβαστούν ξανά τα δεδομένα. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η παρουσία μιας συνιστώσας χαμηλής συχνότητας, η οποία πλησιάζει το μηδέν κατά τη μετάδοση μεγάλων ακολουθιών μονάδων και μηδενικών. Ο κώδικας χρησιμοποιείται σπάνια στην καθαρή του μορφή· χρησιμοποιούνται τροποποιήσεις. Ελκυστικότητα - χαμηλή συχνότηταθεμελιώδης αρμονική f0 = N /2.

Διπολική μέθοδος κωδικοποίησης με εναλλακτική αντιστροφή. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), τροποποίηση της μεθόδου NRZ.

Για την κωδικοποίηση του μηδέν, χρησιμοποιείται μηδενικό δυναμικό, κωδικοποιείται μια λογική μονάδα είτε με θετικό δυναμικό είτε με αρνητικό, με το δυναμικό κάθε επόμενης μονάδας να είναι αντίθετο από το δυναμικό της προηγούμενης. Εξαλείφει εν μέρει τα προβλήματα σταθερής συνιστώσας και έλλειψης αυτοσυγχρονισμού. Στην περίπτωση μετάδοσης μιας μεγάλης ακολουθίας μονάδων, μια ακολουθία πολυπολικών παλμών με το ίδιο φάσμα με τον κώδικα NRZ που εκπέμπει μια ακολουθία εναλλασσόμενων παλμών, δηλαδή χωρίς σταθερή συνιστώσα και θεμελιώδη αρμονική N/2. Γενικά, η χρήση του AMI έχει ως αποτέλεσμα στενότερο φάσμα από το NRZ και επομένως υψηλότερη χωρητικότητα ζεύξης. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενων μηδενικών και μονάδων, η θεμελιώδης αρμονική f0 έχει συχνότητα N/4. Είναι δυνατό να αναγνωριστούν λανθασμένες μεταδόσεις, αλλά για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη λήψη είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ισχύς κατά περίπου 3 dB, καθώς χρησιμοποιούνται ρυθμίσεις επιπέδου σήματος.

Δυνητικός κωδικός με αντιστροφή στο ένα. (Μη επιστροφή στο μηδέν με ανεστραμμένες μονάδες, NRZI) Κωδικός τύπου AMI με δύο επίπεδα σήματος. Όταν μεταδίδεται ένα μηδέν, μεταδίδεται το δυναμικό του προηγούμενου κύκλου και όταν μεταδίδεται ένα, το δυναμικό αντιστρέφεται προς το αντίθετο. Ο κωδικός είναι βολικός σε περιπτώσεις που η χρήση του τρίτου επιπέδου δεν είναι επιθυμητή (οπτικό καλώδιο).

Δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση του AMI, NRZI. Το πρώτο είναι η προσθήκη περιττών μονάδων στον κώδικα. Εμφανίζεται η ιδιότητα του αυτοσυγχρονισμού, η σταθερή συνιστώσα εξαφανίζεται και το φάσμα περιορίζεται, αλλά η χρήσιμη απόδοση μειώνεται.

Μια άλλη μέθοδος είναι να «αναμειγνύουμε» τις αρχικές πληροφορίες, έτσι ώστε η πιθανότητα εμφάνισης μονάδων και μηδενικών στη γραμμή γίνεται στενή - κρυπτογράφηση. Και οι δύο μέθοδοι είναι λογική κωδικοποίηση, αφού δεν καθορίζουν το σχήμα των σημάτων στη γραμμή.

Διπολικός κωδικός παλμού. Το ένα αντιπροσωπεύεται από έναν παλμό μιας πολικότητας και το μηδέν με μια άλλη. Κάθε σφυγμός διαρκεί μισό χτύπο.

Ο κώδικας έχει εξαιρετικές ιδιότητες αυτοσυγχρονισμού, αλλά κατά τη μετάδοση μιας μεγάλης ακολουθίας μηδενικών ή μονάδων, μπορεί να υπάρχει ένα σταθερό στοιχείο. Το φάσμα είναι ευρύτερο από αυτό των πιθανών κωδικών.

Κωδικός Μάντσεστερ. Ο πιο συνηθισμένος κώδικας που χρησιμοποιείται σε Δίκτυα Ethernet, Token Ring.

Κάθε μέτρο χωρίζεται σε δύο μέρη. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται από πιθανές πτώσεις που συμβαίνουν στη μέση ενός κύκλου ρολογιού. Το ένα κωδικοποιείται από μια πτώση από ένα χαμηλό επίπεδο σήματος σε ένα υψηλό και ένα μηδέν κωδικοποιείται από μια αντίστροφη πτώση. Στην αρχή κάθε κύκλου ρολογιού, μπορεί να προκύψει πτώση σήματος υπηρεσίας, εάν χρειάζεται να αναπαρασταθούν πολλά μονά ή μηδενικά στη σειρά. Ο κώδικας έχει εξαιρετικές ιδιότητες αυτοσυγχρονισμού. Το εύρος ζώνης είναι στενότερο από αυτό ενός διπολικού παλμού· δεν υπάρχει σταθερή συνιστώσα και η θεμελιώδης αρμονική στη χειρότερη περίπτωση έχει συχνότητα N, και στην καλύτερη - N/2.

Δυνητικός κωδικός 2B1Q. Κάθε δύο bit μεταδίδονται σε έναν κύκλο ρολογιού από ένα σήμα τεσσάρων καταστάσεων. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Απαιτούνται πρόσθετα μέσα για την αντιμετώπιση μεγάλων ακολουθιών πανομοιότυπων ζευγών bit. Με τυχαία εναλλαγή bit, το φάσμα είναι δύο φορές πιο στενό από αυτό του NRZ, αφού με τον ίδιο ρυθμό bit η διάρκεια του ρολογιού διπλασιάζεται, δηλαδή, είναι δυνατή η μετάδοση δεδομένων στην ίδια γραμμή δύο φορές πιο γρήγορα από τη χρήση AMI, NRZI, αλλά χρειάζεται υψηλή ισχύςπομπός.

Λογική κωδικοποίηση

Σχεδιασμένο για να βελτιώνει πιθανούς κώδικες όπως AMI, NRZI, 2B1Q, αντικαθιστώντας μεγάλες ακολουθίες bit που οδηγούν σε σταθερό δυναμικό με διάσπαρτες μονάδες. Χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι - περιττή κωδικοποίηση και κρυπτογράφηση.

Περιττοί κωδικοίβασίζονται στο σπάσιμο της αρχικής ακολουθίας των bit σε τμήματα, τα οποία συχνά ονομάζονται σύμβολα, μετά τα οποία κάθε αρχικό σύμβολο αντικαθίσταται από ένα νέο που έχει περισσότερα bit από το πρωτότυπο.

Ο κώδικας 4B/5B αντικαθιστά τις ακολουθίες των 4 bit με τις ακολουθίες των 5 bit. Στη συνέχεια, αντί για συνδυασμούς 16 bit, παίρνετε 32. Από αυτούς, επιλέγονται 16 που δεν περιέχουν μεγάλο αριθμό μηδενικών, οι υπόλοιποι θεωρούνται παραβιάσεις κώδικα. Εκτός από την εξάλειψη του στοιχείου DC και τον αυτοσυγχρονισμό του κώδικα, οι περιττοί κωδικοί επιτρέπουν στον δέκτη να αναγνωρίζει κατεστραμμένα bits. Εάν ο δέκτης λάβει απαγορευμένους κωδικούς, σημαίνει ότι το σήμα έχει παραμορφωθεί στη γραμμή.

Αυτός ο κώδικας μεταδίδεται μέσω της γραμμής χρησιμοποιώντας φυσική κωδικοποίηση χρησιμοποιώντας μια πιθανή μέθοδο κωδικοποίησης που είναι ευαίσθητη μόνο σε μεγάλες ακολουθίες μηδενικών. Ο κωδικός εγγυάται ότι δεν θα υπάρχουν περισσότερα από τρία μηδενικά στη σειρά στη γραμμή. Υπάρχουν και άλλοι κωδικοί, όπως 8B/6T.

Για να διασφαλιστεί η καθορισμένη απόδοση, ο πομπός πρέπει να λειτουργεί σε υψηλότερη συχνότητα ρολογιού (για 100 Mb/s - 125 MHz). Το φάσμα του σήματος επεκτείνεται σε σύγκριση με το αρχικό, αλλά παραμένει στενότερο από το φάσμα κωδικών του Μάντσεστερ.

Scrambling - ανάμειξη δεδομένων με scrambler πριν από τη μετάδοση από τη γραμμή.

Οι μέθοδοι κρυπτογράφησης περιλαμβάνουν τον υπολογισμό bit-by-bit του κώδικα αποτελέσματος με βάση τα bit του πηγαίου κώδικα και τα bit του κωδικού αποτελέσματος που ελήφθησαν σε προηγούμενους κύκλους ρολογιού. Για παράδειγμα,

B i = A i xor B i -3 xor B i -5,

όπου B i είναι το δυαδικό ψηφίο του προκύπτοντος κώδικα που λήφθηκε στον i-ο κύκλο ρολογιού του scrambler, A i είναι το δυαδικό ψηφίο του πηγαίου κώδικα που ελήφθη στον i-ο κύκλο ρολογιού στην είσοδο του scrambler, B i -3 και B i -5 είναι τα δυαδικά ψηφία του προκύπτοντος κωδικού , που ελήφθησαν σε προηγούμενους κύκλους εργασίας.

Για την ακολουθία 110110000001, το scrambler θα δώσει 110001101111, δηλαδή δεν θα υπάρχει ακολουθία έξι διαδοχικών μηδενικών.

Αφού λάβει την προκύπτουσα ακολουθία, ο δέκτης θα τη μεταδώσει στον αποκωδικοποιητή, ο οποίος θα εφαρμόσει τον αντίστροφο μετασχηματισμό

C i = B i xor B i-3 xor B i-5,

Τα διαφορετικά συστήματα κρυπτογράφησης διαφέρουν ως προς τον αριθμό των όρων και τη μετατόπιση μεταξύ τους.

Υπάρχουν περισσότερα απλές μεθόδουςκαταπολέμηση αλληλουχιών μηδενικών ή μονάδων, οι οποίες επίσης ταξινομούνται ως μέθοδοι κρυπτογράφησης.

Για τη βελτίωση του Διπολικού AMI χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα:

B8ZS (Διπολικό με Αντικατάσταση 8 Μηδενικών) – διορθώνει μόνο ακολουθίες που αποτελούνται από 8 μηδενικά.

Για να γίνει αυτό, μετά τα τρία πρώτα μηδενικά, αντί για τα υπόλοιπα πέντε, εισάγει πέντε σήματα V-1*-0-V-1*, όπου το V υποδηλώνει ένα σήμα που απαγορεύεται για έναν δεδομένο κύκλο πολικότητας, δηλαδή ένα σήμα που δεν αλλάζει την πολικότητα του προηγούμενου, 1* - το σήμα μονάδας είναι της σωστής πολικότητας και το σύμβολο του αστερίσκου σηματοδοτεί το γεγονός ότι στον πηγαίο κώδικα δεν υπήρχε μονάδα σε αυτόν τον κύκλο ρολογιού, αλλά μηδέν . Ως αποτέλεσμα, σε 8 κύκλους ρολογιού ο δέκτης παρατηρεί 2 παραμορφώσεις - είναι πολύ απίθανο αυτό να συνέβη λόγω θορύβου στη γραμμή. Επομένως, ο δέκτης θεωρεί ότι τέτοιες παραβιάσεις είναι κωδικοποίηση 8 συνεχόμενων μηδενικών. Σε αυτόν τον κώδικα, η σταθερή συνιστώσα είναι μηδέν για οποιαδήποτε ακολουθία δυαδικών ψηφίων.

Ο κωδικός HDB3 διορθώνει τυχόν τέσσερα διαδοχικά μηδενικά στην αρχική ακολουθία. Κάθε τέσσερα μηδενικά αντικαθίστανται από τέσσερα σήματα, στα οποία υπάρχει ένα σήμα V. Για την καταστολή της συνιστώσας DC, η πολικότητα του σήματος V εναλλάσσεται σε διαδοχικές αντικαταστάσεις. Επιπλέον, δύο μοτίβα κωδικών τεσσάρων κύκλων χρησιμοποιούνται για αντικατάσταση. Εάν πριν από την αντικατάσταση πηγήπεριείχε περιττό αριθμό μονάδων, τότε χρησιμοποιείται η ακολουθία 000V και εάν ο αριθμός των μονάδων ήταν ζυγός, χρησιμοποιείται η ακολουθία 1*00V.

Οι βελτιωμένοι δυνητικοί κωδικοί έχουν ένα αρκετά στενό εύρος ζώνης για οποιεσδήποτε ακολουθίες μηδενικών και μονάδων που εμφανίζονται στα μεταδιδόμενα δεδομένα.

Κατά τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιών επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται δύο κύριοι τύποι φυσικής κωδικοποίησης - με βάση ημιτονοειδές σήμα φορέα και βασίζεται σε μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών.Η πρώτη μέθοδος συχνά ονομάζεται επίσης διαμόρφωση ή αναλογική διαμόρφωση, δίνοντας έμφαση στο γεγονός ότι η κωδικοποίηση πραγματοποιείται αλλάζοντας τις παραμέτρους του αναλογικού σήματος. Η δεύτερη μέθοδος συνήθως ονομάζεται ψηφιακή κωδικοποίηση. Αυτές οι μέθοδοι διαφέρουν ως προς το εύρος του φάσματος του προκύπτοντος σήματος και την πολυπλοκότητα του εξοπλισμού που απαιτείται για την εφαρμογή τους.
Αναλογική διαμόρφωσηχρησιμοποιείται για τη μετάδοση διακριτών δεδομένων μέσω καναλιών με στενή ζώνη συχνοτήτων, τυπικός εκπρόσωπος της οποίας είναι το κανάλι φωνητικής συχνότητας που παρέχεται στους χρήστες δημόσιων τηλεφωνικών δικτύων. Μια τυπική απόκριση πλάτους-συχνότητας ενός καναλιού συχνότητας φωνής φαίνεται στο Σχ. 2.12. Αυτό το κανάλι εκπέμπει συχνότητες στην περιοχή από 300 έως 3400 Hz, επομένως το εύρος ζώνης του είναι 3100 Hz. Μια συσκευή που εκτελεί τις λειτουργίες της φέρουσας ημιτονοειδής διαμόρφωσης στην πλευρά εκπομπής και της αποδιαμόρφωσης στην πλευρά λήψης ονομάζεται μόντεμ (διαμορφωτής - αποδιαμορφωτής).
Μέθοδοι αναλογικής διαμόρφωσης
Η αναλογική διαμόρφωση είναι μια φυσική μέθοδος κωδικοποίησης στην οποία οι πληροφορίες κωδικοποιούνται αλλάζοντας το πλάτος, τη συχνότητα ή τη φάση ενός ημιτονοειδούς φέροντος σήματος.
Το διάγραμμα (Εικ. 2.13, α) δείχνει μια ακολουθία από bit της αρχικής πληροφορίας, που αντιπροσωπεύεται από δυναμικά υψηλού επιπέδου για μια λογική μονάδα και ένα δυναμικό μηδενικού επιπέδου για λογικό μηδέν. Αυτή η μέθοδος κωδικοποίησης ονομάζεται δυνητικός κώδικας, ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά κατά τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ μονάδων υπολογιστή.
Με τη διαμόρφωση πλάτους (Εικ. 2.13, b), επιλέγεται ένα επίπεδο του πλάτους του ημιτονοειδούς φέρουσας συχνότητας για μια λογική μονάδα και ένα άλλο για το λογικό μηδέν. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σπάνια στην καθαρή της μορφή στην πράξη λόγω χαμηλής ατρωσίας θορύβου, αλλά χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με έναν άλλο τύπο διαμόρφωσης - διαμόρφωση φάσης.
Με τη διαμόρφωση συχνότητας (Εικ. 2.13, γ), οι τιμές 0 και 1 των δεδομένων πηγής μεταδίδονται από ημιτονοειδή με διαφορετικές συχνότητες - f0 και f1. Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης δεν απαιτεί πολύπλοκα κυκλώματα σε μόντεμ και χρησιμοποιείται συνήθως σε μόντεμ χαμηλής ταχύτητας που λειτουργούν στα 300 ή 1200 bps.
Με τη διαμόρφωση φάσης, οι τιμές δεδομένων 0 και 1 αντιστοιχούν σε σήματα της ίδιας συχνότητας, αλλά με διαφορετικές φάσεις, για παράδειγμα 0 και 180 μοίρες ή 0,90,180 και 270 μοίρες.
Τα μόντεμ υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούν συχνά συνδυασμένες μεθόδους διαμόρφωσης, συνήθως πλάτους σε συνδυασμό με φάση.
Όταν χρησιμοποιείτε ορθογώνιους παλμούς για τη μετάδοση διακριτών πληροφοριών, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια μέθοδο κωδικοποίησης που επιτυγχάνει ταυτόχρονα πολλούς στόχους:
· είχε το μικρότερο εύρος φάσματος του προκύπτοντος σήματος με τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης bit.
· εξασφαλισμένος συγχρονισμός μεταξύ του πομπού και του δέκτη.
· είχε την ικανότητα να αναγνωρίζει λάθη.
· είχε χαμηλό κόστος πώλησης.
Ένα στενότερο φάσμα σημάτων επιτρέπει στην ίδια γραμμή (με το ίδιο εύρος ζώνης) να επιτυγχάνει υψηλότερο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων. Επιπλέον, το φάσμα σήματος απαιτείται συχνά να μην έχει συνιστώσα DC, δηλαδή την παρουσία ρεύματος συνεχούς ρεύματος μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Συγκεκριμένα, η χρήση διαφόρων κυκλωμάτων γαλβανικής απομόνωσης μετασχηματιστών εμποδίζει τη διέλευση συνεχούς ρεύματος.
Ο συγχρονισμός του πομπού και του δέκτη είναι απαραίτητος, ώστε ο δέκτης να γνωρίζει ακριβώς σε ποιο χρονικό σημείο είναι απαραίτητο να διαβάσει νέες πληροφορίες από τη γραμμή επικοινωνίας.
Η αναγνώριση και η διόρθωση των παραμορφωμένων δεδομένων είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί με τη χρήση μέσων του φυσικού στρώματος, επομένως τις περισσότερες φορές αυτή η εργασία αναλαμβάνεται από τα πρωτόκολλα που βρίσκονται παραπάνω: κανάλι, δίκτυο, μεταφορά ή εφαρμογή. Από την άλλη πλευρά, η αναγνώριση σφαλμάτων ενεργοποιείται σωματικό επίπεδοεξοικονομεί χρόνο, αφού ο δέκτης δεν περιμένει να τοποθετηθεί πλήρως το πλαίσιο στο buffer, αλλά το απορρίπτει αμέσως όταν αναγνωρίσει λανθασμένα bits μέσα στο πλαίσιο.
Οι απαιτήσεις για τις μεθόδους κωδικοποίησης είναι αμοιβαία αντιφατικές, επομένως καθεμία από τις δημοφιλείς μεθόδους ψηφιακής κωδικοποίησης που συζητούνται παρακάτω έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες.