Base física de la transmisión de datos. Métodos de transmisión de datos en la capa física. Base física de la transmisión de datos

7. CAPA FÍSICA

7.2. Métodos de transmisión de datos discretos

Cuando se transmiten datos discretos a través de canales de comunicación, se utilizan dos tipos principales de codificación física: basada en una señal portadora sinusoidal y basada en una secuencia de pulsos rectangulares. El primer método a menudo también se llama modulación o modulación analógica , enfatizando el hecho de que la codificación se realiza cambiando los parámetros de la señal analógica. La segunda forma se llama codificación digital . Estos métodos difieren en el ancho del espectro de la señal resultante y la complejidad del equipo requerido para su implementación.

Cuando se utilizan pulsos rectangulares, el espectro de la señal resultante es muy amplio. El uso de una sinusoide da como resultado un espectro más estrecho a la misma velocidad de información. Sin embargo, la implementación de la modulación requiere equipos más complejos y costosos que la implementación de pulsos rectangulares.

En la actualidad, cada vez con mayor frecuencia, los datos que inicialmente tienen una forma analógica (habla, imagen de televisión) se transmiten a través de canales de comunicación en forma discreta, es decir, en forma de una secuencia de unos y ceros. El proceso de representar información analógica en forma discreta se llama modulación discreta .

La modulación analógica se utiliza para transmitir datos discretos a través de canales con una banda de frecuencia estrecha: canal de frecuencia de voz (redes telefónicas públicas). Este canal transmite frecuencias en el rango de 300 a 3400 Hz, por lo que su ancho de banda es de 3100 Hz.

Un dispositivo que realiza las funciones de modular una sinusoide portadora en el lado transmisor y demodular en el lado receptor se llama módem (modulador-demodulador).

La modulación analógica es un método de codificación física en el que la información se codifica cambiando la amplitud, la frecuencia o la fase de una señal sinusoidal. Frecuencia de carga(Figura 27).

En Amplitud modulada (Fig. 27, b) para una unidad lógica, se selecciona un nivel de amplitud de la sinusoide de frecuencia portadora, y para un cero lógico, otro. Este método rara vez se usa en su forma pura en la práctica debido a la baja inmunidad al ruido, pero a menudo se usa en combinación con otro tipo de modulación: la modulación de fase.

En modulación de frecuencia (Fig. 27, c) los valores 0 y 1 de los datos iniciales se transmiten por sinusoides con diferentes frecuencias: f 0 y f 1,. Este método de modulación no requiere circuitos complejos en los módems y generalmente se usa en módems de baja velocidad que funcionan a 300 o 1200 bps.

En modulación de fase (Fig. 27, d) los valores de datos 0 y 1 corresponden a señales de la misma frecuencia, pero con diferente fase, por ejemplo, 0 y 180 grados o 0, 90, 180 y 270 grados.

En los módems de alta velocidad, los métodos de modulación combinados a menudo se usan, como regla general, amplitud en combinación con fase.

Arroz. 27 Varios tipos modulación

El espectro de la señal modulada resultante depende del tipo y la tasa de modulación.

Para la codificación potencial, el espectro se obtiene directamente de las fórmulas de Fourier para la función periódica. Si se transmiten datos discretos a una tasa de bits N bit/s, entonces el espectro consiste en un componente constante de frecuencia cero y una serie infinita de armónicos con frecuencias f 0 , 3f 0 , 5f 0 , 7f 0 , ... , donde f0 = N/2. Las amplitudes de estos armónicos disminuyen bastante lentamente, con coeficientes 1/3, 1/5, 1/7, ... de la amplitud armónica f 0 (Fig. 28, a). Como resultado, el espectro de código potencial requiere un amplio ancho de banda para una transmisión de alta calidad. Además, hay que tener en cuenta que en realidad el espectro de la señal cambia constantemente dependiendo de la naturaleza de los datos. Por lo tanto, el espectro de la señal de código potencial resultante durante la transmisión de datos arbitrarios ocupa una banda desde algún valor cercano a 0 Hz hasta aproximadamente 7f 0 (los armónicos con frecuencias superiores a 7f 0 pueden despreciarse debido a su pequeña contribución a la señal resultante) . Para un canal de frecuencia de voz, el límite superior para la codificación potencial se alcanza a una velocidad de datos de 971 bps. Como resultado, los códigos potenciales en los canales de frecuencia de voz nunca se utilizan.

Con modulación de amplitud, el espectro consiste en una sinusoide de la frecuencia portadora f c y dos armónicos laterales: (f c + f m ) y ( F C- F m), donde F metro - la frecuencia de cambio del parámetro de información de la sinusoide, que coincide con la tasa de transferencia de datos cuando se utilizan dos niveles de amplitud (Fig. 28, b). Frecuencia f metro determina el ancho de banda de la línea para un método de codificación dado. A una frecuencia de modulación baja, el ancho del espectro de la señal también será pequeño (igual a 2f metro ), por lo que las señales no serán distorsionadas por la línea si su ancho de banda es mayor o igual a 2f metro . Para un canal de frecuencia de voz, este método de modulación es aceptable a una tasa de datos de no más de 3100/2 = 1550 bps. Si se utilizan 4 niveles de amplitud para representar datos, la capacidad del canal aumenta a 3100 bps.

Arroz. 28. Espectros de señales durante la codificación de potencial

y modulación de amplitud

Con la modulación de fase y frecuencia, el espectro de la señal es más complejo que con la modulación de amplitud, ya que aquí se forman más de dos armónicos laterales, pero también están ubicados simétricamente con respecto a la frecuencia portadora principal y sus amplitudes disminuyen rápidamente. Por lo tanto, estas modulaciones también son adecuadas para la transmisión de datos a través de un canal de frecuencia de voz.

Al codificar digitalmente información discreta, se utilizan códigos de potencial e impulso. En los códigos de potencial, solo se utiliza el valor del potencial de la señal para representar unos y ceros lógicos, y sus caídas no se tienen en cuenta. Los códigos de pulso permiten que los datos binarios se representen ya sea por pulsos de cierta polaridad o por una parte del pulso, por una caída potencial de cierta dirección.

Cuando se utilizan pulsos rectangulares para transmitir información discreta, es necesario elegir un método de codificación que lograría simultáneamente varios objetivos:

· tenía a la misma tasa de bits el ancho más pequeño del espectro de la señal resultante;

· sincronización proporcionada entre el transmisor y el receptor;

· tenía la capacidad de reconocer errores;

· tuvo un bajo costo de implementación.

Un espectro de señales más estrecho le permite lograr una tasa de transferencia de datos más alta en la misma línea. A menudo, el espectro de la señal requiere la ausencia de un componente constante.

La sincronización del transmisor y el receptor es necesaria para que el receptor sepa exactamente en qué momento es necesario leer nueva información de la línea de comunicación. Este problema es más difícil de resolver en redes que en el intercambio de datos entre dispositivos muy próximos, por ejemplo, entre unidades dentro de una computadora o entre una computadora y una impresora. Por lo tanto, los llamados códigos de sincronización automática se utilizan en las redes, cuyas señales llevan instrucciones para el transmisor sobre en qué momento es necesario reconocer el siguiente bit (o varios bits). Cualquier borde afilado en la señal, el llamado frente, puede ser una buena indicación para la sincronización del receptor con el transmisor.

Cuando se utilizan sinusoides como señal portadora, el código resultante tiene la propiedad de autosincronización, ya que un cambio en la amplitud de la frecuencia portadora permite al receptor determinar el momento en que aparece el código de entrada.

Los requisitos para los métodos de codificación son contradictorios entre sí, por lo que cada uno de los métodos de codificación digital populares que se analizan a continuación tiene sus propias ventajas y desventajas en comparación con otros.

En la fig. 29a muestra un método de codificación potencial, también llamado codificación sin retorno a cero (No Regreso a cero, NRZ) . El apellido refleja el hecho de que cuando se transmite una secuencia de unos, la señal no vuelve a cero durante el ciclo. El método NRZ es fácil de implementar, tiene un buen reconocimiento de errores (debido a dos potenciales muy diferentes), pero no tiene la propiedad de autosincronización. Cuando se transmite una secuencia larga de unos o ceros, la señal en la línea no cambia, por lo que el receptor no puede determinar a partir de la señal de entrada los puntos en el tiempo en los que se deben leer los datos. Incluso con un generador de reloj de alta precisión, el receptor puede cometer un error con el momento de la adquisición de datos, ya que las frecuencias de los dos generadores nunca son completamente idénticas. Por lo tanto, a altas velocidades de datos y largas secuencias de unos o ceros, una pequeña falta de coincidencia de las frecuencias de reloj puede provocar un error en un ciclo completo y, en consecuencia, leer un valor de bit incorrecto.

Otra seria desventaja del método NRZ es la presencia de un componente de baja frecuencia que se aproxima a cero cuando se transmiten largas secuencias de unos o ceros. Debido a esto, muchos canales de comunicación que no brindan una conexión galvánica directa entre el receptor y la fuente no admiten este tipo de codificación. Como resultado, en su forma pura, el código NRZ no se usa en las redes. Sin embargo, se utilizan sus diversas modificaciones, en las que se eliminan tanto la mala autosincronización del código NRZ como la presencia de un componente constante. El atractivo del código NRZ, por lo que tiene sentido mejorarlo, radica en la frecuencia bastante baja del armónico fundamental f 0, que es igual a N/2 Hz. Otros métodos de codificación, como la codificación Manchester, tienen una frecuencia fundamental más alta.

Arroz. 29. Formas de codificación de datos discretos

Una de las modificaciones del método NRZ es el método codificación bipolar con inversión alternativa (Bipolar Inversión de marca alternativa, AMI). Este método (Fig. 29, b) utiliza tres niveles potenciales: negativo, cero y positivo. Para codificar un cero lógico, se utiliza un potencial cero, y una unidad lógica se codifica por un potencial positivo o negativo, mientras que el potencial de cada nueva unidad es opuesto al potencial de la anterior.

El código AMI elimina parcialmente el DC y la falta de problemas de sincronización automática inherentes al código NRZ. Esto sucede cuando se envían largas secuencias de unos. En estos casos, la señal en la línea es una secuencia de pulsos bipolares con el mismo espectro que el código NRZ que transmiten ceros y unos alternados, es decir, sin componente constante y con un armónico fundamental de N/2 Hz (donde N es la tasa de bits de datos). Las secuencias largas de ceros también son peligrosas para el código AMI, así como para el código NRZ: la señal degenera en un potencial constante de amplitud cero. Por lo tanto, el código AMI necesita mejoras adicionales.

En general, para varias combinaciones de bits en la línea, el uso del código AMI conduce a un espectro de señal más estrecho que para el código NRZ y, por lo tanto, a una mayor banda ancha líneas. Por ejemplo, al transmitir unos y ceros alternados, el armónico fundamental f 0 tiene una frecuencia de N/4 Hz. El código AMI también proporciona algunas funciones para reconocer señales erróneas. Así, una violación de la alternancia estricta de la polaridad de las señales indica un impulso falso o la desaparición de un impulso correcto de la línea. Tal señal se llama señal prohibida (señal violación).

El código AMI utiliza no dos, sino tres niveles de señal por línea. La capa adicional requiere un aumento en la potencia del transmisor de aproximadamente 3 dB para brindar la misma fidelidad de bits en la línea, lo que es una desventaja general de los códigos con múltiples estados de señal en comparación con los códigos que solo distinguen entre dos estados.

Hay un código similar a AMI, pero con solo dos niveles de señal. Cuando se transmite cero, transmite el potencial que se fijó en el ciclo anterior (es decir, no lo cambia), y cuando se transmite uno, el potencial se invierte al contrario. Este código se llama código potencial con inversión en la unidad (No devolver a Cero con unos invertido , NRZI ) . Este código es útil en casos donde el uso del tercer nivel de señal es altamente indeseable, por ejemplo, en cables ópticos, donde se reconocen de forma estable dos estados de señal: luz y sombra.

Además de los códigos potenciales, las redes también usan códigos de pulso, cuando los datos se representan por un pulso completo o su parte, un frente. El caso más simple de este enfoque es código de pulso bipolar , en el que la unidad está representada por un impulso de una polaridad, y cero es la otra (Fig. 29, c). Cada pulso dura medio ciclo. Este código tiene excelente auto-sincronización propiedades, pero un componente constante puede estar presente, por ejemplo, al transmitir una larga secuencia de unos o ceros. Además, su espectro es más amplio que el de los códigos potenciales. Entonces, al transmitir todos ceros o unos, la frecuencia del armónico fundamental del código será igual a N Hz, que es dos veces mayor que el armónico fundamental del código NRZ y cuatro veces mayor que el armónico fundamental del código AMI. al transmitir alternando unos y ceros. Debido al espectro demasiado amplio, el código de pulso bipolar rara vez se usa.

EN redes locales Hasta hace poco tiempo, el método de codificación más común era el llamado código de Manchester (Fig. 29, d). Se utiliza en tecnologías Ethernet y Token Ring.

En el código Manchester, se utiliza una caída de potencial, es decir, el frente del pulso, para codificar unos y ceros. En la codificación Manchester, cada reloj se divide en dos partes. La información está codificada por caídas potenciales que ocurren en medio de cada ciclo. Una unidad está codificada por un nivel de señal de bajo a alto, y un cero está codificado por un borde inverso. Al comienzo de cada ciclo, puede ocurrir un borde de señal de servicio si necesita representar varios unos o ceros seguidos. Dado que la señal cambia al menos una vez por ciclo de transmisión de un bit de datos, el código Manchester tiene buenas auto-sincronización propiedades. El ancho de banda del código Manchester es más estrecho que el del pulso bipolar. Tampoco tiene componente constante, y el armónico fundamental en el peor de los casos (al transmitir una secuencia de unos o ceros) tiene una frecuencia de N Hz, y en el mejor de los casos (al transmitir unos y ceros alternados) es igual a N/2 Hz, como en los códigos AMI o NRZ. En promedio, el ancho de banda del código Manchester es una vez y media más estrecho que el del código de pulso bipolar, y el armónico fundamental oscila alrededor de 3N/4. El código de Manchester tiene otra ventaja sobre el código de pulso bipolar. Este último utiliza tres niveles de señal para la transmisión de datos, mientras que Manchester utiliza dos.

En la fig. 29, e muestra un código potencial con cuatro niveles de señal para la codificación de datos. Este es un código 2B1Q, cuyo nombre refleja su esencia: cada dos bits (2B) se transmiten en un ciclo por una señal que tiene cuatro estados (1Q). El bit 00 es -2,5 V, el bit 01 es -0,833 V, el bit 11 es +0,833 V y el bit 10 es +2,5 V. Secuencias de pares de bits idénticos, ya que en este caso la señal se convierte en una componente constante. Con el entrelazado aleatorio de bits, el espectro de la señal es dos veces más estrecho que el del código NRZ, ya que a la misma tasa de bits se duplica la duración del reloj. Por lo tanto, usando el código 2B1Q, puede transferir datos a través de la misma línea el doble de rápido que usando el código AMI o NRZI. Sin embargo, para su implementación, la potencia del transmisor debe ser mayor para que el receptor distinga claramente los cuatro niveles en el contexto de la interferencia.

Página 27 de 27 Base física de la transmisión de datos(Líneas de comunicación,)

Base física de la transmisión de datos

Cualquier tecnología de red debe proporcionar una transmisión confiable y rápida de datos discretos a través de líneas de comunicación. Y aunque existen grandes diferencias entre tecnologías, se basan en los principios generales de la transmisión discreta de datos. Estos principios están incorporados en métodos para representar ceros y unos binarios utilizando señales pulsadas o sinusoidales en líneas de comunicación de diversa naturaleza física, métodos de detección y corrección de errores, métodos de compresión y métodos de conmutación.

líneasconexiones

Redes primarias, líneas y canales de comunicación

Al describir un sistema técnico que transmite información entre los nodos de la red, se pueden encontrar varios nombres en la literatura: línea de comunicación, canal compuesto, canal, enlace. A menudo, estos términos se usan indistintamente y, en muchos casos, esto no causa problemas. Al mismo tiempo, hay detalles en su uso.

Enlace(enlace) es un segmento que proporciona transferencia de datos entre dos nodos de red vecinos. Es decir, el enlace no contiene dispositivos intermedios de conmutación y multiplexación.

canal(canal) suele indicar la parte del ancho de banda del enlace que se utiliza de forma independiente en la conmutación. Por ejemplo, un enlace de red principal puede constar de 30 canales, cada uno de los cuales tiene un ancho de banda de 64 Kbps.

canal compuesto(circuito) es una ruta entre dos nodos finales de una red. Un enlace compuesto está formado por enlaces de enlaces intermedios individuales y conexiones internas en los conmutadores. A menudo se omite el epíteto "compuesto" y el término "canal" se utiliza para referirse tanto a un canal compuesto como a un canal entre nodos adyacentes, es decir, dentro de un enlace.

línea de comunicación puede usarse como sinónimo de cualquiera de los otros tres términos.

En la fig. se muestran dos variantes de la línea de comunicación. En el primer caso ( A) la línea consta de un segmento de cable con una longitud de varias decenas de metros y es un enlace. En el segundo caso (b), el enlace es un enlace compuesto desplegado en una red de conmutación de circuitos. Tal red podría ser Red Primaria o red telefónica.

Sin embargo, por Red de computadoras esta línea es un enlace, ya que conecta dos nodos vecinos, y todos los equipos intermedios de conmutación son transparentes para estos nodos. La razón de la incomprensión mutua a nivel de términos de especialistas informáticos y especialistas de redes primarias es obvia aquí.

Las redes primarias se crean especialmente para proporcionar servicios de transmisión de datos para redes informáticas y telefónicas, que en tales casos se dice que funcionan "encima" de las redes primarias y son redes superpuestas.

Clasificación de las líneas de comunicación.

línea de comunicación Generalmente consta de un medio físico a través del cual se transmiten señales eléctricas de información, equipos de transmisión de datos y equipos intermedios. El medio físico para la transmisión de datos (medios físicos) puede ser un cable, es decir, un conjunto de hilos, fundas y conectores aislantes y protectores, así como la atmósfera terrestre o el espacio exterior por donde se propagan las ondas electromagnéticas.

En el primer caso, se habla de entorno cableado, y en el segundo - inalámbrico.

En los sistemas de telecomunicaciones modernos, la información se transmite utilizando corriente o tensión eléctrica, señales de radio o señales luminosas- todos estos procesos físicos son oscilaciones del campo electromagnético de diferentes frecuencias.

Líneas alámbricas (aéreas) Las ataduras son alambres sin trenzas aislantes o de protección, que se colocan entre postes y cuelgan en el aire. Incluso en el pasado reciente, tales líneas de comunicación eran las principales para transmitir señales telefónicas o telegráficas. Hoy en día, las líneas de comunicación alámbricas están siendo reemplazadas rápidamente por las de cable. Pero en algunos lugares aún se conservan y, a falta de otras posibilidades, se siguen utilizando para la transmisión de datos informáticos. Las cualidades de alta velocidad y la inmunidad al ruido de estas líneas dejan mucho que desear.

líneas de cable tienen una estructura bastante compleja. El cable consta de conductores encerrados en varias capas de aislamiento: eléctrico, electromagnético, mecánico y posiblemente climático. Además, el cable puede equiparse con conectores que le permiten conectar rápidamente varios equipos. En las redes informáticas (y de telecomunicaciones) se utilizan tres tipos principales de cable: cables basados ​​en pares trenzados de hilos de cobre - par trenzado sin blindaje(par trenzado sin blindaje, UTP) y par trenzado blindado(par trenzado blindado, STP), cables coaxiales con núcleo de cobre, cables de fibra óptica. Los dos primeros tipos de cables también se denominan cables de cobre

canales de radio Las comunicaciones terrestres y satelitales se forman utilizando un transmisor y un receptor de ondas de radio. Existe una amplia variedad de tipos de canales de radio, que difieren tanto en el rango de frecuencia utilizado como en el rango de canales. Bandas de radiodifusión(ondas largas, medias y cortas), también llamadas bandas de AM, o rangos de modulación de amplitud (Modulación de amplitud, AM), proporcionan comunicación a larga distancia, pero a una velocidad de datos baja. Los canales más rápidos son aquellos que utilizan rangos de muy alta frecuencia(Very High Frequency, VHF), que utiliza modulación de frecuencia (Frequency Modulation, FM). También se utiliza para la transferencia de datos. bandas de ultra alta frecuencia(frecuencia ultra alta, UHF), también llamado rangos de microondas(más de 300 MHz). A frecuencias superiores a 30 MHz, las señales ya no se reflejan en la ionosfera de la Tierra y la comunicación estable requiere una línea de visión entre el transmisor y el receptor. Por lo tanto, tales frecuencias utilizan canales de satélite, o canales de microondas, o locales o redes móviles donde se cumple esta condición.

2 Funciones de la capa física Representación de bits por señales eléctricas/ópticas Codificación de bits Sincronización de bits Transmisión/recepción de bits por canales físicos de comunicación Coordinación con el medio físico Velocidad de transmisión Distancia Niveles de señal, conectores En todos los dispositivos de red Implementación de hardware (adaptadores de red ) Ejemplo: 10 BaseT - UTP cat.3, 100 ohm, 100m, 10Mbps, código MII, RJ-45

5 Equipo de transmisión de datos Convertidor Mensaje - El. Codificador de señal (compresión, códigos de corrección) Modulador Equipo intermedio Mejora de la calidad de la comunicación - (Amplificador) Creación de canales compuestos - (Switch) Multiplexación de canales - (Multiplexor) (PA puede no estar disponible en LAN)

6 Principales características de las líneas de comunicación Ancho de banda (Protocolo) Confiabilidad de transmisión de datos (Protocolo) Retardo de propagación Respuesta de frecuencia (AFC) Ancho de banda Atenuación Inmunidad al ruido Diafonía en el extremo cercano de la línea Costo unitario

9 Atenuación A - un punto por respuesta de frecuencia A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Ejemplo 1: Pin = 10 mW, Pout =5 mW Atenuación = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q Ejemplo 2: UTP cat 5 Atenuación >= -23.6 dB F= 100MHz, L= 100M Usualmente se indica A para la fundamental frecuencia de la señal. \u003d -23.6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Por lo general, A se indica para la frecuencia principal de la señal ">

11 Inmunidad al ruido Líneas de fibra óptica Líneas de cable Líneas aéreas cableadas Enlaces de radio (blindaje, trenzado) Inmunidad a interferencias externas Inmunidad a interferencias internas Atenuación de diafonía en el extremo cercano (NEXT) Atenuación de diafonía en el extremo lejano (FEXT) (FEXT: dos pares en una dirección)

12 Pérdida de diafonía en el extremo cercano (NEXT) Para cables multipar NEXT = 10 log Pout/Pout dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Fiabilidad de la transmisión de datos Bit Error Rate - BER Probabilidad de distorsión de bit de datos Causas: interferencia externa e interna, ancho de banda estrecho Problemas: mayor inmunidad al ruido, menor interferencia NEXT, mayor ancho de banda Cable de par trenzado BER ~ Cable de fibra óptica BER ~ Sin protección adicional: : códigos correctivos, protocolos con repetición

16 Par trenzado Par trenzado (TP) blindaje de aluminio blindaje de alambre trenzado alambre aislado cubierta exterior UTP Par trenzado sin blindaje categoría 1, UTP par enfundado categoría STP Tipos de par trenzado blindado Tipo 1…9 Cada par tiene su propio blindaje Cada par tiene su propia torsión de paso , color propio Inmunidad a interferencias Coste Complejidad de colocación

18 Fibra Óptica Reflexión interna total de un haz en la interfaz entre dos medios n1 > n2 - (índice de refracción) n1 n2 n2 - (índice de refracción) n1 n2"> n2 - (índice de refracción) n1 n2"> n2 - (índice de refracción) n1 n2" title="18 Fibra óptica Reflexión interna total de un haz en el límite de dos medios n1 > n2 - (índice de refracción) n1 n2"> title="18 Fibra Óptica Reflexión interna total de un haz en la interfaz entre dos medios n1 > n2 - (índice de refracción) n1 n2"> !}

22 Cable de fibra óptica Fibra multimodo MMF50/125, 62,5/125, fibra monomodo SMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000km - 1 Gbps (2005) MMSM

23 Fuentes de señales ópticas Canal: fuente - portadora - receptor (detector) Fuentes LED (LED-Light Emitting Diod) fuente incoherente nm - MMF Fuente coherente láser semiconductor - SMF - Potencia = f (t o) Detectores Fotodiodos, diodos pin, diodos de avalancha

25 Sistema de Cableado Estructurado - SCS First LANs - varios cables y topología Unificación del sistema de cable SCS - infraestructura de cable LAN abierta (subsistemas, componentes, interfaces) - independencia de tecnología de redes- LAN, cables de TV, sistemas de seguridad, etc. - cableado universal sin referencia a una tecnología de red específica - Constructor

27 Normas SCS (básicas) EIA/TIA-568A Norma de cableado de telecomunicaciones para edificios comerciales (EE. UU.) CENELEC EN50173 Requisitos de rendimiento de esquemas de cableado genérico (Europa) ISO/IEC IS Tecnología de la información - Cableado genérico para cableado en las instalaciones del cliente Para cada subsistema: Medio de comunicación . Topología Distancias admisibles (longitudes de cable) Interfaz de conexión de usuario. Cables y equipos de conexión. Ancho de banda (Rendimiento). Práctica de instalación (Subsistema Horizontal - UTP, estrella, 100 m...)

28 Comunicación Inalámbrica Transmisión Inalámbrica Beneficios: Comodidad, áreas inaccesibles, movilidad. despliegue rápido ... Desventajas: alto nivel de interferencia ( medios especiales: códigos, modulación...), la complejidad de utilizar algunos rangos Línea de comunicación: emisor - medio - receptor Características de la LAN ~ F (Δf, fn);

34 2. Telefonía celular División del territorio en celdas Reutilización de frecuencias Baja potencia (dimensiones) En el centro - estación base Europa - Global System for Mobile - GSM Wireless comunicaciones telefónicas 1. Estación de radio de baja potencia - (base de tubo, 300 m) DECT Digital European Cordless Telecommunication Roaming - cambiando de una red de núcleo por el otro - la base comunicación celular

35 Conexión satelital Basado en un satélite (reflector-amplificador) Transceptores – Transpondedores H~50 MHz (1 satélite ~ 20 transpondedores) Bandas de frecuencia: C. Ku, Ka C - Abajo 3.7 - 4.2 GHz Arriba 5.925-6.425 GHz Ku - Abajo 11.7- 12,2 GHz Arriba 14,0-14,5 GHz Ka - Abajo 17,7-21,7 GHz Arriba 27,5-30,5 GHz

36 Comunicaciones por satélite. Tipos de satélites Comunicación satelital: microondas - línea de vista Geoestacionario Gran cobertura Fijo, bajo desgaste Satélite seguidor, transmisión, bajo costo, costo independiente de la distancia, establecimiento de enlace instantáneo (Mil) T3=300ms Baja seguridad, inicialmente antena grande (pero VSAT) MEO km Sistema de Posicionamiento Global GPS - 24 satélites LEO km baja cobertura baja latencia acceso a Internet

40 Técnicas de espectro ensanchado Técnicas especiales de modulación y codificación para Comunicación inalámbrica C (Bits/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Reducción de potencia Inmunidad al ruido Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Se utilizan dos tipos principales de codificación física: basada en una señal portadora sinusoidal (modulación analógica) y basada en una secuencia de pulsos rectangulares (codificación digital).

Modulación analógica - para la transmisión de datos discretos sobre un canal con un ancho de banda estrecho - canal de frecuencia de voz de redes telefónicas (ancho de banda de 300 a 3400 Hz) El dispositivo que realiza la modulación y demodulación es un módem.

Métodos de modulación analógica

n modulación de amplitud (baja inmunidad al ruido, a menudo utilizada junto con la modulación de fase);

n modulación de frecuencia (implementación técnica complicada, generalmente utilizada en módems de baja velocidad).

n modulación de fase.

Espectro de la señal modulada

Código potencial- si se transmiten datos discretos a una velocidad de N bits por segundo, entonces el espectro consiste en un componente constante de frecuencia cero y una serie infinita de armónicos con una frecuencia de f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., donde f0 = N/2. Las amplitudes de estos armónicos disminuyen lentamente - con coeficientes de 1/3, 1/5, 1/7, ... de la amplitud f0. El espectro de la señal de código potencial resultante al transmitir datos arbitrarios ocupa una banda desde algún valor cercano a 0 hasta aproximadamente 7f0. Para un canal de frecuencia de voz, el límite superior de la velocidad de transmisión se alcanza a una velocidad de datos de 971 bits por segundo, y el límite inferior es inaceptable para cualquier velocidad, ya que el ancho de banda del canal comienza en 300 Hz. Es decir, los códigos potenciales no se utilizan en los canales de frecuencia de voz.

Amplitud modulada- el espectro consiste en una sinusoide de la frecuencia portadora fc y dos armónicos laterales fc+fm y fc-fm, donde fm es la frecuencia de cambio del parámetro de información de la sinusoide, que coincide con la tasa de datos cuando se usan dos niveles de amplitud . La frecuencia fm determina la capacidad de la línea cuando este método codificación. Con una frecuencia de modulación pequeña, el ancho del espectro de la señal será incluso pequeño (igual a 2fm), y las señales no serán distorsionadas por la línea si el ancho de banda es mayor o igual a 2fm. Para un canal de frecuencia de voz, este método es aceptable a una velocidad de transferencia de datos no superior a 3100/2 = 1550 bits por segundo.

Modulación de fase y frecuencia- el espectro es más complejo, pero simétrico, con un gran número de armónicos que decrecen rápidamente. Estos métodos son adecuados para la transmisión de canales de frecuencia de voz.

Modulación de amplitud en cuadratura (Quadrate Amplitude Modulation): modulación de fase con 8 valores de cambio de fase y modulación de amplitud con 4 valores de amplitud. No se utilizan las 32 combinaciones de señales.

Codificación digital

Códigos potenciales- para representar unos y ceros lógicos, se utiliza sólo el valor del potencial de la señal, y no se tienen en cuenta sus gotas, que formulan pulsos completos.

Códigos de pulso- representar datos binarios ya sea por pulsos de cierta polaridad, o por una parte del pulso - por una caída potencial de cierta dirección.

Requisitos para el método de codificación digital:

A la misma tasa de bits, tenía el ancho más pequeño del espectro de la señal resultante (un espectro más estrecho de la señal le permite lograr una tasa de datos más alta en la misma línea, también existe un requisito para la ausencia de un componente constante , es decir, la presencia de corriente continua entre transmisor y receptor)

Proporcionó sincronización entre el transmisor y el receptor (el receptor debe saber exactamente en qué momento leer la información necesaria de la línea, en sistemas locales - líneas de tiempo, en redes - códigos de autosincronización, cuyas señales llevan instrucciones para el transmisor sobre en qué momento es necesario realizar el reconocimiento del siguiente bit);

Tenía la capacidad de reconocer errores;

Tiene un bajo costo de implementación.

Código potencial sin retorno a cero. NRZ (No Retorno a Cero). La señal no vuelve a cero dentro de un ciclo.

Es fácil de implementar, tiene una buena detección de errores debido a dos señales muy diferentes, pero no tiene la propiedad de sincronización. Cuando se transmite una secuencia larga de ceros o unos, la señal en la línea no cambia, por lo que el receptor no puede determinar cuándo es necesario volver a leer los datos. Otro inconveniente es la presencia de un componente de baja frecuencia, que se aproxima a cero cuando se transmiten largas secuencias de unos y ceros. En su forma pura, el código rara vez se usa, se usan modificaciones. Atractivo - baja frecuencia armónico fundamental f0 = N /2.

Método de codificación bipolar con inversión alternativa. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), una modificación del método NRZ.

El potencial cero se utiliza para codificar cero, una unidad lógica se codifica por un potencial positivo o negativo, mientras que el potencial de cada unidad siguiente es opuesto al potencial de la anterior. Elimina parcialmente los problemas del componente constante y la falta de autosincronización. En el caso de transmitir una secuencia larga de unos, una secuencia de pulsos de distinta polaridad con el mismo espectro que el código NRZ transmitiendo una secuencia de pulsos alternos, es decir, sin componente constante y el armónico fundamental N/2. En general, el uso de AMI da como resultado un espectro más estrecho que NRZ y, por lo tanto, una mayor capacidad de enlace. Por ejemplo, al transmitir ceros y unos alternados, el armónico fundamental f0 tiene una frecuencia de N/4. Es posible reconocer transmisiones erróneas, pero para garantizar una recepción fiable es necesario un aumento de potencia de unos 3 dB, ya que se utilizan niveles de señal reales.

Código potencial con inversión en la unidad. (Sin retorno a cero con unos invertidos, NRZI) Código tipo AMI pero con dos niveles de señal. Al transferir cero se transmite el potencial del ciclo anterior, y al transferir uno se invierte el potencial al opuesto. El código es conveniente en los casos en que no se desee el uso del tercer nivel (cable óptico).

Se utilizan dos métodos para mejorar AMI, NRZI. El primero es agregar unidades redundantes al código. Aparece la propiedad de autosincronización, desaparece la componente constante y se estrecha el espectro, pero disminuye el ancho de banda útil.

Otro método es "mezclar" la información inicial de tal manera que la probabilidad de que aparezcan unos y ceros en la línea se acerque: codificación. Ambos métodos son de codificación lógica, ya que no determinan la forma de las señales en la línea.

Código de pulso bipolar. Un uno está representado por un impulso de una polaridad y un cero está representado por otra. Cada pulso dura medio ciclo.

El código tiene excelentes propiedades de temporización automática, pero puede haber un componente de CC al transmitir una secuencia larga de ceros o unos. El espectro es más amplio que el de los códigos potenciales.

código de Manchester. El código más común utilizado en redes ethernet, Token Ring.

Cada compás se divide en dos partes. La información está codificada por posibles caídas que ocurren en la mitad del ciclo. Una unidad se codifica mediante una transición de menor a mayor y un cero se codifica mediante una transición inversa. Al comienzo de cada ciclo, puede ocurrir un flanco de señal superior si es necesario representar varios 1 o 0 en una fila. El código tiene excelentes propiedades de sincronización automática. El ancho de banda es más estrecho que el de un pulso bipolar, no hay componente constante, y el armónico fundamental tiene una frecuencia de N en el peor de los casos, y N/2 en el mejor.

Código potencial 2B1Q. Cada dos bits se transmiten en un ciclo mediante una señal de cuatro estados. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Se requieren medios adicionales para tratar secuencias largas de pares de bits idénticos. Con el intercalado aleatorio de bits, el espectro es dos veces más estrecho que el de NRZ, ya que a la misma tasa de bits se duplica el tiempo de ciclo, es decir, los datos se pueden transmitir en la misma línea dos veces más rápido que usando AMI, NRZI pero necesitan gran poder transmisor.

Codificación lógica

Diseñado para mejorar códigos potenciales como AMI, NRZI, 2B1Q, reemplazando largas secuencias de bits que conducen a un potencial constante, intercalado con unos. Se utilizan dos métodos: codificación redundante y codificación.

Códigos redundantes se basan en dividir la secuencia original de bits en porciones, que a menudo se denominan caracteres, después de lo cual cada carácter original se reemplaza por uno nuevo que tiene más bits que el original.

El código 4B/5B reemplaza secuencias de 4 bits con secuencias de 5 bits. Entonces, en lugar de combinaciones de 16 bits, se obtienen 32. De estos, se seleccionan 16 que no contienen una gran cantidad de ceros, el resto se consideran códigos prohibidos (violación de código). Además de eliminar la CC y hacer que el código se sincronice automáticamente, los códigos redundantes permiten que el receptor reconozca los bits corruptos. Si el receptor recibe códigos prohibidos, entonces la señal ha sido distorsionada en la línea.

Este código se transmite a través de la línea usando codificación física usando uno de los posibles métodos de codificación que es sensible solo a largas secuencias de ceros. El código garantiza que no habrá más de tres ceros seguidos en la línea. Hay otros códigos, como 8V/6T.

Para garantizar el ancho de banda especificado, el transmisor debe funcionar a una frecuencia de reloj aumentada (para 100 Mb/s - 125 MHz). El espectro de la señal se expande en comparación con el original, pero sigue siendo más estrecho que el espectro del código de Manchester.

Codificación: mezcla de datos con un codificador antes de transferirlos desde la línea.

Los métodos de aleatorización consisten en el cálculo bit a bit del código resultante a partir de los bits del código fuente y los bits del código resultante obtenidos en ciclos anteriores. Por ejemplo,

B i \u003d A i x o B i -3 x o B i -5,

donde B i es el dígito binario del código resultante obtenido en el i-ésimo ciclo del codificador, A i es el dígito binario del código fuente que llega al i-ésimo ciclo a la entrada del codificador, B i - 3 y B i -5 son los dígitos binarios del código resultante obtenido en los ciclos de trabajo anteriores.

Para la secuencia 110110000001, el codificador dará 110001101111, es decir, no habrá secuencia de seis ceros consecutivos.

Después de recibir la secuencia resultante, el receptor la pasará al decodificador, que aplicará la transformación inversa

C i \u003d B i x o B i-3 x o B i-5,

Los diferentes sistemas de codificación difieren en el número de términos y el cambio entre ellos.

Hay mas metodos simples combatir secuencias de ceros o unos, que también se conocen como métodos de codificación.

Para mejorar el IAM Bipolar se utilizan:

B8ZS (Bipolar con sustitución de 8 ceros): corrige solo secuencias que constan de 8 ceros.

Para ello, después de los primeros tres ceros, en lugar de los cinco restantes, inserta cinco señales V-1*-0-V-1*, donde V denota un uno prohibido para un ciclo de polaridad dado, es decir, una señal eso no cambia la polaridad del anterior, 1 * - una señal de una unidad de polaridad correcta, y el signo de asterisco marca el hecho de que en el código fuente en este ciclo no había una unidad, sino un cero. Como resultado, el receptor ve 2 distorsiones en 8 ciclos; es muy poco probable que esto suceda debido al ruido en la línea. Por lo tanto, el receptor trata tales violaciones como codificando 8 ceros consecutivos. En este código, el componente constante es cero para cualquier secuencia de dígitos binarios.

El código HDB3 corrige cuatro ceros consecutivos en la secuencia original. Cada cuatro ceros se sustituyen por cuatro señales que tienen una señal V. Para suprimir la componente continua, se invierte la polaridad de la señal V en cambios sucesivos. Además, se utilizan dos patrones de códigos de cuatro ciclos para el reemplazo. Si antes de reemplazar fuente contenía un número impar de unidades, entonces se usa la secuencia 000V, y si el número de unidades fuera par, la secuencia 1*00V.

Los códigos candidatos mejorados tienen un ancho de banda bastante estrecho para cualquier secuencia de ceros y unos que se produzca en los datos transmitidos.

Cuando se transmiten datos discretos a través de canales de comunicación, se utilizan dos tipos principales de codificación física, basados ​​en señal portadora sinusoidal y basada en una secuencia de pulsos rectangulares. El primer método a menudo también se denomina modulación o modulación analógica, lo que enfatiza el hecho de que la codificación se lleva a cabo cambiando los parámetros de la señal analógica. El segundo método suele denominarse codificación digital. Estos métodos difieren en el ancho del espectro de la señal resultante y la complejidad del equipo requerido para su implementación.
Modulación analógica se utiliza para transmitir datos discretos a través de canales de banda estrecha, tipificados por el canal de frecuencia de voz puesto a disposición de los usuarios de redes telefónicas públicas. Una respuesta de frecuencia típica de un canal de frecuencia de voz se muestra en la fig. 2.12. Este canal transmite frecuencias en el rango de 300 a 3400 Hz, por lo que su ancho de banda es de 3100 Hz. Un dispositivo que realiza las funciones de modular una sinusoide portadora en el lado de transmisión y demodular en el lado de recepción se denomina módem (modulador - demodulador).
Métodos de modulación analógica
La modulación analógica es un método de codificación física en el que la información se codifica cambiando la amplitud, la frecuencia o la fase de una señal portadora sinusoidal.
El diagrama (Fig. 2.13, a) muestra la secuencia de bits de la información inicial, representada por potenciales de alto nivel para una unidad lógica y un potencial de nivel cero para un cero lógico. Este método de codificación se denomina código potencial, que a menudo se usa cuando se transfieren datos entre bloques de computadora.
Con modulación de amplitud (Fig. 2.13, b), para una unidad lógica, se selecciona un nivel de amplitud de la sinusoide de frecuencia portadora, y para un cero lógico, otro. Este método rara vez se usa en su forma pura en la práctica debido a la baja inmunidad al ruido, pero a menudo se usa en combinación con otro tipo de modulación: la modulación de fase.
Con modulación de frecuencia (Fig. 2.13, c), los valores 0 y 1 de los datos iniciales se transmiten por sinusoides con diferentes frecuencias: f0 y f1. Este método de modulación no requiere circuitos complejos en los módems y normalmente se usa en módems de baja velocidad que funcionan a 300 o 1200 bps.
En la modulación de fase, los valores de datos de 0 y 1 corresponden a señales de la misma frecuencia pero con diferentes fases, como 0 y 180 grados o 0,90, 180 y 270 grados.
En los módems de alta velocidad, los métodos de modulación combinados a menudo se usan, como regla general, amplitud en combinación con fase.
Cuando se utilizan pulsos rectangulares para transmitir información discreta, es necesario elegir un método de codificación que lograría simultáneamente varios objetivos:
· tenía a la misma tasa de bits el ancho más pequeño del espectro de la señal resultante;
Sincronización proporcionada entre el transmisor y el receptor;
tenía la capacidad de reconocer errores;
Tiene un bajo costo de implementación.
Un espectro de señales más estrecho le permite lograr una tasa de transferencia de datos más alta en la misma línea (con el mismo ancho de banda). Además, el espectro de la señal a menudo requiere la ausencia de un componente constante, es decir, la presencia de una corriente continua entre el transmisor y el receptor. En particular, el uso de varios circuitos de aislamiento galvánico del transformador evita el paso de corriente continua.
La sincronización del transmisor y el receptor es necesaria para que el receptor sepa exactamente en qué momento es necesario leer nueva información de la línea de comunicación.
El reconocimiento y la corrección de datos distorsionados es difícil de implementar por medio de la capa física, por lo tanto, la mayoría de las veces este trabajo lo realizan los protocolos que se encuentran arriba: canal, red, transporte o aplicación. Por otro lado, la detección de errores nivel físico ahorra tiempo, ya que el receptor no espera a que la trama se almacene en el búfer por completo, sino que la rechaza inmediatamente al reconocer los bits erróneos dentro de la trama.
Los requisitos para los métodos de codificación son contradictorios entre sí, por lo que cada uno de los métodos de codificación digital populares que se analizan a continuación tiene sus propias ventajas y desventajas en comparación con otros.