مبنای فیزیکی انتقال داده ها روش های انتقال داده ها در سطح فیزیکی. مبنای فیزیکی انتقال داده ها

7. سطح انتقال داده های فیزیکی

7.2. روش های گسسته انتقال داده

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیلی. روش اول اغلب نامیده می شود مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ ، با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم نامیده می شود کدگذاری دیجیتال . این روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. استفاده از موج سینوسی منجر به طیف باریک تری با سرعت انتقال اطلاعات یکسان می شود. با این حال، برای اجرای مدولاسیون، تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نسبت به اجرای پالس‌های مستطیلی مورد نیاز است.

در حال حاضر، به طور فزاینده ای، داده هایی که در ابتدا به شکل آنالوگ بودند - گفتار، تصاویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته، یعنی به صورت دنباله ای از یک ها و صفرها منتقل می شوند. فرآیند نمایش اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسسته .

مدولاسیون آنالوگ برای انتقال داده های گسسته از طریق کانال هایی با باند فرکانس باریک - کانال فرکانس صدا (شبکه های تلفن عمومی) استفاده می شود. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است.

دستگاهی که عملکرد مدولاسیون سینوسی حامل را در سمت فرستنده و دمودولاسیون در سمت گیرنده انجام می دهد، نامیده می شود. مودم (مدولاتور-دمودولاتور).

مدولاسیون آنالوگ یک روش کدگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال سینوسی کدگذاری می شود. فرکانس حامل(شکل 27).

در مدولاسیون دامنه (شکل 27، ب) برای یک واحد منطقی، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل، و برای یک صفر منطقی - سطح دیگری انتخاب شده است. این روش به ندرت به صورت خالص در عمل به دلیل ایمنی کم صدا استفاده می شود، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.

در مدولاسیون فرکانس (شکل 27، ج) مقادیر 0 و 1 داده های منبع توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - f 0 و f 1، منتقل می شوند. این روش مدولاسیون به مدارهای پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های کم سرعت که در 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود.

در مدولاسیون فاز (شکل 27، د) مقادیر داده 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان، اما با فازهای مختلف، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0، 90، 180، و 270 درجه است.

مودم های پرسرعت اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می کنند که معمولاً دامنه همراه با فاز است.

برنج. 27. انواع مختلفمدولاسیون

طیف سیگنال مدوله شده به نوع و سرعت مدولاسیون بستگی دارد.

برای رمزگذاری پتانسیل، طیف مستقیماً از فرمول های فوریه برای تابع تناوبی به دست می آید. اگر داده‌های گسسته با نرخ بیت N بیت/ثانیه ارسال شوند، طیف متشکل از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی‌نهایت هارمونیک با فرکانس‌های f 0، 3f 0، 5f 0، 7f 0، ...، که در آن f 0 = N/2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... از دامنه هارمونیک f 0 (شکل 28، a). در نتیجه، طیف کد بالقوه به پهنای باند وسیعی برای انتقال با کیفیت بالا نیاز دارد. علاوه بر این، باید در نظر داشته باشید که در واقعیت طیف سیگنال به طور مداوم بسته به ماهیت داده ها در حال تغییر است. بنابراین، طیف سیگنال کد بالقوه حاصل هنگام ارسال داده دلخواه، باندی از مقدار مشخصی نزدیک به 0 هرتز تا تقریباً 7f 0 را اشغال می کند (هارمونیک های با فرکانس های بالاتر از 7f 0 به دلیل سهم اندک آنها در سیگنال حاصل می توانند نادیده گرفته شوند). برای یک کانال صوتی، حد بالایی برای کدگذاری بالقوه با نرخ داده 971 bps به دست می آید. در نتیجه، کدهای بالقوه در کانال های صوتی هرگز استفاده نمی شوند.

با مدولاسیون دامنه، طیف از یک موج سینوسی فرکانس حامل تشکیل شده است f باو دو هارمونیک جانبی: (f c + fم ) و ( fج – fم)، کجا fمتر - فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی، که همزمان با نرخ انتقال داده هنگام استفاده از دو سطح دامنه است (شکل 28، ب). فرکانس fمتر ظرفیت خط را برای یک روش کدگذاری معین تعیین می کند. در فرکانس مدولاسیون پایین، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر 2fمتر بنابراین اگر پهنای باند آن بزرگتر یا مساوی 2f باشد سیگنالها توسط یک خط تحریف نمی شوند.متر . برای یک کانال فرکانس صوتی، این روش مدولاسیون در نرخ انتقال داده بیش از 3100/2 = 1550 bps قابل قبول است. اگر از 4 سطح دامنه برای ارائه داده استفاده شود، ظرفیت کانال به 3100 bps افزایش می یابد.

برنج. 28. طيف سيگنال ها در حين كدگذاري بالقوه

و مدولاسیون دامنه

با مدولاسیون فاز و فرکانس، طیف سیگنال پیچیده تر از مدولاسیون دامنه است، زیرا بیش از دو هارمونیک جانبی در اینجا تشکیل می شود، اما آنها نیز به طور متقارن نسبت به فرکانس حامل اصلی قرار دارند و دامنه آنها به سرعت کاهش می یابد. بنابراین، این نوع مدولاسیون برای انتقال داده از طریق کانال صوتی نیز مناسب است.

هنگام رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته، از کدهای پتانسیل و پالس استفاده می شود. در کدهای پتانسیل فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی استفاده می شود و لبه های آن در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس به شما این امکان را می دهند که داده های باینری را یا به عنوان پالس هایی با قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - یک تفاوت پتانسیل در یک جهت خاص نشان دهید.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد:

· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشت.

· همگام سازی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.

· توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.

· قیمت فروش پایینی داشت

طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها امکان نرخ‌های بالاتر انتقال داده را در همان خط فراهم می‌کند. اغلب لازم است که طیف سیگنال فاقد مولفه DC باشد.

همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند در چه مقطع زمانی لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند. حل این مشکل در شبکه‌ها دشوارتر از مبادله داده‌ها بین دستگاه‌های نزدیک، به عنوان مثال، بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر است. بنابراین، شبکه‌ها از کدهای به اصطلاح خود همگام‌سازی استفاده می‌کنند که سیگنال‌های آن‌ها دستورالعمل‌هایی را برای فرستنده در مورد اینکه بیت بعدی (یا چند بیت) در چه نقطه‌ای از زمان باید شناسایی شود، استفاده می‌کنند. هر تغییر شدید در سیگنال - به اصطلاح لبه - می تواند به عنوان نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد.

هنگام استفاده از سینوسی ها به عنوان سیگنال حامل، کد به دست آمده دارای خاصیت خود همگام سازی است، زیرا تغییر دامنه فرکانس حامل به گیرنده اجازه می دهد تا لحظه ظاهر شدن کد ورودی را تعیین کند.

الزامات روش‌های رمزگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.

در شکل 29، a روش رمزگذاری بالقوه را نشان می دهد که رمزگذاری نیز نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر بازگشت به صفر، NRZ) . نام خانوادگی نشان دهنده این واقعیت است که هنگام ارسال دنباله ای از یک ها، سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد. روش NRZ پیاده سازی آسان است، تشخیص خطای خوبی دارد (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت)، اما خاصیت خود همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از یک یا صفر، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند لحظاتی را که لازم است داده ها را بخواند، از سیگنال ورودی تعیین کند. حتی با یک ژنراتور ساعت با دقت بالا، گیرنده ممکن است در لحظه جمع آوری داده ها اشتباه کند، زیرا فرکانس های دو ژنراتور هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین، در نرخ داده‌های بالا و توالی‌های طولانی یک یا صفر، یک ناهماهنگی کوچک ساعت می‌تواند منجر به خطای کل چرخه ساعت و بر این اساس، خواندن مقدار بیت نادرست شود.

یکی دیگر از معایب جدی روش NRZ وجود یک جزء فرکانس پایین است که هنگام انتقال دنباله های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. به همین دلیل، بسیاری از کانال های ارتباطی که یک اتصال گالوانیکی مستقیم بین گیرنده و منبع ایجاد نمی کنند، از این نوع کدگذاری پشتیبانی نمی کنند. در نتیجه کد NRZ به شکل خالص خود در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود، اصلاحات مختلف آن مورد استفاده قرار می گیرد که هم خود همگام سازی ضعیف کد NRZ و هم وجود یک جزء ثابت را از بین می برد. جذابیت کد NRZ که ارزش بهبود آن را دارد، فرکانس نسبتا پایین هارمونیک بنیادی f 0 است که برابر با N/2 هرتز است. در روش های رمزگذاری دیگر مانند منچستر، هارمونیک بنیادی فرکانس بالاتری دارد.

برنج. 29. روش های کدگذاری گسسته داده ها

یکی از اصلاحات روش NRZ روش است کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین (دوقطبی وارونگی علامت جایگزین، AMI). این روش (شکل 29، ب) از سه سطح پتانسیل - منفی، صفر و مثبت استفاده می کند. برای رمزگذاری یک صفر منطقی، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، و یک پتانسیل منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی، با پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل قبلی است.

کد AMI تا حدی DC و عدم وجود مشکلات خود همگام سازی ذاتی در کد NRZ را حذف می کند. این زمانی اتفاق می افتد که دنباله های طولانی از یک ها ارسال می شود. در این موارد، سیگنال روی خط دنباله ای از پالس های پلاریزه مخالف با طیف مشابه کد NRZ است که صفر و یک های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون مولفه ثابت و با هارمونیک اساسی N/2 هرتز (که در آن N نرخ بیت انتقال داده است). توالی های طولانی صفر برای کد AMI به همان اندازه خطرناک هستند که برای کد NRZ - سیگنال به یک پتانسیل ثابت با دامنه صفر تبدیل می شود. بنابراین، کد AMI نیاز به بهبود بیشتری دارد.

به طور کلی، برای ترکیب های مختلف بیت در یک خط، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تر از کد NRZ و در نتیجه بالاتر می شود. پهنای باندخطوط برای مثال، هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب، هارمونیک اصلی f 0 دارای فرکانس N/4 هرتز است. کد AMI نیز برخی از قابلیت ها را برای تشخیص سیگنال های اشتباه فراهم می کند. بنابراین، نقض تناوب شدید قطبیت سیگنال نشان دهنده یک پالس کاذب یا ناپدید شدن یک پالس صحیح از خط است. این سیگنال نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت نقض).

کد AMI نه از دو، بلکه از سه سطح سیگنال در خط استفاده می کند. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده در حدود 3 دسی بل دارد تا وفاداری بیت یکسان را در خط ارائه کند، که در مقایسه با کدهایی که تنها دو حالت را از هم متمایز می کنند، یک نقطه ضعف رایج کدهای دارای حالت سیگنال چندگانه است.

کد مشابه AMI وجود دارد، اما تنها با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیلی را که در چرخه قبلی تنظیم شده بود، منتقل می کند (یعنی آن را تغییر نمی دهد) و هنگام انتقال یک، پتانسیل به سمت مقابل معکوس می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (نه برگشت به صفر با آنهایی که معکوس , NRZI ) . این کد در مواردی مفید است که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است، به عنوان مثال، در کابل های نوری، که در آن دو حالت سیگنال به طور مداوم شناسایی می شوند - نور و سایه.

علاوه بر کدهای بالقوه، کدهای پالس نیز در شبکه ها استفاده می شود، زمانی که داده ها با یک پالس کامل یا بخشی از آن - یک لبه نشان داده می شوند. ساده ترین مورد این رویکرد است کد پالس دوقطبی ، که در آن یکی با یک پالس یک قطبی و صفر با دیگری نشان داده می شود (شکل 29، ج). هر نبض نیم ضرب طول می کشد. این کد عالی است خود همگام سازیویژگی ها، اما ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد، برای مثال، هنگام انتقال یک دنباله طولانی از یک یا صفر. علاوه بر این، طیف آن گسترده تر از کدهای بالقوه است. بنابراین، هنگام انتقال همه صفر یا یک، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر N هرتز خواهد بود که دو برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد AMI است. هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب. به دلیل طیف بسیار گسترده آن، کد پالس دوقطبی به ندرت استفاده می شود.

که در شبکه های محلیتا همین اواخر رایج ترین روش کدگذاری به اصطلاح بود کد منچستر (شکل 29، د). در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

کد منچستر از یک تفاوت پتانسیل، یعنی لبه یک پالس برای رمزگذاری یک ها و صفرها استفاده می کند. با رمزگذاری منچستر، هر اندازه گیری به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت احتمالی که در وسط هر چرخه ساعت رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک توسط یک لبه از سطح سیگنال پایین به بالا کدگذاری می شود و صفر توسط یک لبه معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه ساعت، اگر بخواهید چندین یک یا صفر را در یک ردیف نشان دهید، ممکن است یک افت سیگنال بالای سر رخ دهد. از آنجایی که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند، کد منچستر خوب است خود همگام سازیخواص پهنای باند کد منچستر از پالس دوقطبی باریک تر است. همچنین مولفه DC ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت (هنگام ارسال دنباله ای از یک ها یا صفرها) دارای فرکانس N هرتز است و در بهترین حالت (هنگام ارسال یک ها و صفرهای متناوب) برابر با N است. / 2 هرتز، مانند AMI یا NRZ به طور متوسط، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریکتر از کد پالس دوقطبی است و هارمونیک بنیادی حول مقدار 3N/4 در نوسان است. کد منچستر مزیت دیگری نسبت به کد پالس دوقطبی دارد. دومی از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می کند، در حالی که سطح منچستر از دو سطح استفاده می کند.

در شکل 29، d یک کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها را نشان می دهد. این یک کد 2B1Q است که نام آن نشان دهنده ماهیت آن است - هر دو بیت (2B) در یک چرخه ساعت توسط سیگنالی با چهار حالت (1Q) منتقل می شود. جفت بیت 00 مربوط به پتانسیل 2.5- ولت، جفت بیت 01 با پتانسیل 0.833- ولت، جفت 11 مربوط به پتانسیل 0.833 ولت و جفت 10 مربوط به پتانسیل 2.5 ولت است. با این کدگذاری روش، اقدامات اضافی برای مبارزه با توالی طولانی از جفت بیت یکسان مورد نیاز است، زیرا در این مورد سیگنال به یک جزء ثابت تبدیل می شود. با درهم‌پاشی تصادفی بیت‌ها، طیف سیگنال دو برابر باریک‌تر از کد NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می‌شود. بنابراین، با استفاده از کد 2B1Q، می توانید داده ها را دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI از طریق یک خط انتقال دهید. با این حال، برای اجرای آن، قدرت فرستنده باید بالاتر باشد تا چهار سطح به وضوح توسط گیرنده در پس زمینه تداخل متمایز شوند.

صفحه 27 از جانب 27 مبنای فیزیکی انتقال داده ها(خطوط ارتباطی)

مبنای فیزیکی انتقال داده ها

هر فناوری شبکه باید از انتقال مطمئن و سریع داده های گسسته از طریق خطوط ارتباطی اطمینان حاصل کند. اگرچه تفاوت های زیادی بین فناوری ها وجود دارد، اما آنها بر اساس اصول مشترک انتقال گسسته داده ها هستند. این اصول در روش‌هایی برای نمایش یک‌ها و صفرها با استفاده از سیگنال‌های پالسی یا سینوسی در خطوط ارتباطی با ماهیت‌های فیزیکی مختلف، روش‌های تشخیص و تصحیح خطا، روش‌های فشرده‌سازی و روش‌های سوئیچینگ گنجانده شده‌اند.

خطوطارتباطات

شبکه های اولیه، خطوط و کانال های ارتباطی

هنگام توصیف سیستم فنی، که اطلاعات را بین گره های شبکه منتقل می کند، چندین نام را می توان در ادبیات پیدا کرد: خط ارتباطی، کانال ترکیبی، کانال، لینک.اغلب این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده می شوند و در بسیاری از موارد این مشکلی ایجاد نمی کند. در عین حال، ویژگی هایی در استفاده از آنها وجود دارد.

ارتباط دادن(پیوند) قطعه ای است که انتقال داده را بین دو گره شبکه همسایه فراهم می کند. یعنی لینک شامل دستگاه های سوئیچینگ و مالتی پلکس میانی نیست.

کانال(کانال) اغلب قسمتی از پهنای باند پیوند را نشان می دهد که به طور مستقل در هنگام سوئیچینگ استفاده می شود. به عنوان مثال، یک پیوند شبکه اولیه ممکن است از 30 کانال تشکیل شده باشد که هر کدام دارای ظرفیت 64 کیلوبیت بر ثانیه است.

کانال کامپوزیت(مدار) مسیری است بین دو گره انتهایی یک شبکه. یک کانال ترکیبی توسط پیوندهای میانی فردی و اتصالات داخلی در سوئیچ ها تشکیل می شود. اغلب نام "کامپوزیت" حذف می شود و اصطلاح "کانال" برای اشاره به کانال ترکیبی و کانال بین گره های همسایه، یعنی در یک پیوند، استفاده می شود.

خط ارتباطیمی تواند به عنوان مترادف برای هر یک از سه اصطلاح دیگر استفاده شود.

در شکل دو گزینه خط ارتباطی نشان داده شده است. در حالت اول ( آ) این خط از یک بخش کابل به طول چند ده متر تشکیل شده است و یک پیوند است. در حالت دوم (ب)، خط ارتباطی یک کانال ترکیبی است که در یک شبکه سوئیچ مدار مستقر شده است. چنین شبکه ای می تواند باشد شبکه اولیهیا شبکه تلفن

با این حال برای شبکه کامپیوتریاین خط نشان دهنده یک پیوند است، زیرا دو گره مجاور را به هم متصل می کند و تمام تجهیزات میانی سوئیچینگ برای این گره ها شفاف هستند. دلیل سوء تفاهم متقابل در سطح اصطلاحات بین متخصصان کامپیوتر و متخصصان شبکه اولیه در اینجا واضح است.

شبکه های اولیه به طور خاص به منظور ارائه خدمات کانال انتقال داده برای شبکه های کامپیوتری و تلفنی ایجاد می شوند که در چنین مواردی گفته می شود که در بالای شبکه های اولیه کار می کنند و شبکه های پوششی

طبقه بندی خطوط ارتباطی

خط ارتباطی به طور کلی شامل یک رسانه فیزیکی است که از طریق آن سیگنال های اطلاعات الکتریکی، تجهیزات انتقال داده و تجهیزات میانی منتقل می شود. رسانه فیزیکی برای انتقال داده ها (رسانه های ذخیره سازی فیزیکی) می تواند یک کابل باشد، یعنی مجموعه ای از سیم ها، غلاف های عایق و محافظ و رابط های اتصال، و همچنین جو زمین یا فضای بیرونی که از طریق آن امواج الکترومغناطیسی منتشر می شود.

در مورد اول صحبت می کنیم محیط سیمی،و در دوم - در مورد بي سيم.

در سیستم های مخابراتی مدرن، اطلاعات با استفاده از انتقال داده می شود جریان یا ولتاژ الکتریکی، سیگنال های رادیویی یا سیگنال های نوری- تمام این فرآیندهای فیزیکی نوسانات میدان الکترومغناطیسی فرکانس های مختلف را نشان می دهند.

خطوط سیمی (سربار).اتصالات، سیم‌هایی هستند که بدون هیچ گونه قیطان عایق یا محافظ، بین قطب‌ها قرار گرفته و در هوا آویزان شده‌اند. حتی در گذشته نه چندان دور، این گونه خطوط ارتباطی اصلی ترین خطوط انتقال سیگنال های تلفن یا تلگراف بودند. امروزه خطوط ارتباطی سیمی به سرعت با خطوط کابلی جایگزین می شوند. اما در برخی جاها هنوز حفظ می شوند و در غیاب امکانات دیگر، همچنان برای انتقال داده های رایانه ای استفاده می شوند. سرعت و مقاومت در برابر نویز این خطوط چیزهای زیادی را برای شما باقی می گذارد.

خطوط کابلطراحی نسبتا پیچیده ای دارند کابل شامل هادی هایی است که در چندین لایه عایق محصور شده اند: الکتریکی، الکترومغناطیسی، مکانیکی و احتمالاً آب و هوایی. علاوه بر این، کابل را می توان به کانکتورهایی مجهز کرد که به شما امکان می دهد تجهیزات مختلف را به سرعت به آن متصل کنید. سه نوع کابل اصلی مورد استفاده در شبکه های کامپیوتری (و مخابراتی) وجود دارد: کابل های مبتنی بر جفت سیم های مسی پیچ خورده - سیم بهم تابیده بدون محافظ(Unshielded Twisted Pair, UTP) و جفت پیچ خورده محافظ(جفت پیچ خورده محافظ، STP)، کابل های کواکسیالبا هسته مسی، کابل فیبر نوری. دو نوع اول کابل نیز نامیده می شود کابل های مسی

کانال های رادیوییارتباطات زمینی و ماهواره ای با استفاده از فرستنده و گیرنده امواج رادیویی شکل می گیرد. انواع مختلفی از کانال های رادیویی وجود دارد که هم در محدوده فرکانس مورد استفاده و هم در محدوده کانال متفاوت هستند. پخش باندهای رادیویی(امواج بلند، متوسط ​​و کوتاه)، همچنین نامیده می شود باندهای AM،یا محدوده مدولاسیون دامنه (Amplitude Modulation، AM)، ارتباط از راه دور را فراهم می کند، اما با سرعت انتقال داده پایین. سریع ترین کانال ها آنهایی هستند که استفاده می کنند محدوده فرکانس بسیار بالا(فرکانس بسیار بالا، VHF)، که برای آن از مدولاسیون فرکانس (FM) استفاده می شود. همچنین برای انتقال داده ها استفاده می شود محدوده فرکانس فوق العاده بالا(فرکانس فوق العاده بالا، UHF)، همچنین نامیده می شود باندهای مایکروویو(بیش از 300 مگاهرتز). در فرکانس‌های بالاتر از 30 مگاهرتز، سیگنال‌ها دیگر توسط یونوسفر زمین منعکس نمی‌شوند و ارتباطات پایدار نیازمند دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده است. بنابراین چنین فرکانس هایی یا توسط کانال های ماهواره ای یا کانال های رله رادیویی و یا محلی یا شبکه های تلفن همراه، جایی که این شرط برقرار است.

2 توابع لایه فیزیکی نمایش بیت ها توسط سیگنال های الکتریکی/نوری کدگذاری بیت ها همگام سازی بیت ها انتقال/دریافت بیت ها از طریق کانال های ارتباطی فیزیکی هماهنگی با محیط فیزیکی محدوده سرعت انتقال سطوح سیگنال، کانکتورها در همه دستگاه های شبکه پیاده سازی سخت افزار (آداپتورهای شبکه ) مثال: 10 BaseT - UTP cat 3، 100 اهم، 100 متر، 10 مگابیت بر ثانیه، کد MII، RJ-45

5 پیام مبدل تجهیزات انتقال داده - ال. رمزگذار سیگنال (فشرده سازی، کدهای تصحیح) مدولاتور تجهیزات میانی بهبود کیفیت ارتباط - (تقویت کننده) ایجاد یک کانال ترکیبی - (سوئیچ) مالتی پلکس شدن کانال - (مولتی پلکسر) (PA ممکن است در شبکه LAN وجود نداشته باشد)

6 ویژگی اصلی خطوط ارتباطی خروجی (پروتکل) قابلیت اطمینان انتقال داده (پروتکل) تأخیر انتشار پاسخ دامنه-فرکانس (AFC) تضعیف پهنای باند ایمنی نویز تداخل در انتهای خط هزینه واحد

9 تضعیف A – یک نقطه در پاسخ فرکانس A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q مثال 1: پین = 10 mW , Pout =5 mW تضعیف = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q مثال 2: UTP cat 5 تضعیف >= -23.6 دسی بل F= 100 مگاهرتز، L= 100 M به طور معمول نشان می دهد A برای فرکانس اصلی سیگنال = -23.6 dB F = 100 MHz، L = 100 M معمولاً A برای فرکانس سیگنال اصلی نشان داده می شود.

11 مصونیت نویز خطوط فیبر نوری خطوط کابل خطوط هوایی سیمی خطوط رادیویی (محافظت، چرخاندن) مصونیت در برابر تداخل خارجی ایمنی در برابر تداخل داخلی تضعیف تداخل تداخل انتهایی (NEXT) تضعیف تداخل در انتهای دور (FEXT) (FEXT - دو جفت در یک جهت )

12 از دست دادن نزدیک پایانی متقاطع – NEXT برای کابل‌های چند جفتی NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 قابلیت اطمینان انتقال داده نرخ خطای بیت - BER احتمال خرابی بیت داده علل: تداخل خارجی و داخلی، پهنای باند باریک مبارزه: افزایش ایمنی نویز، کاهش تداخل NEXT، گسترش پهنای باند جفت پیچ خورده BER ~ کابل فیبر نوری وسیله حفاظت اضافی BER~ وجود ندارد. :: کدهای اصلاحی، پروتکل های با تکرار

16 جفت پیچ خورده جفت تابیده (TP) صفحه نمایش فویل بافته شده با صفحه سیم بافته غلاف سیم عایق بندی شده UTP Unshielded Twisted Pair رده 1، جفت گربه UTP در غلاف STP Shielded Twisted Pair نوع 1...9 هر جفت صفحه نمایش خاص خود را دارد. پیچ و تاب، رنگ خود را ایمنی سر و صدا هزینه تخمگذار پیچیدگی

18 فیبر نوری بازتاب کل داخلی یک پرتو در رابط دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2 n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> n2 - (ضریب شکست) n1 n2" title="18 فیبر نوری بازتاب کلی یک پرتو در مرز دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> title="18 فیبر نوری بازتاب کل داخلی یک پرتو در رابط دو رسانه n1 > n2 - (ضریب شکست) n1 n2"> !}

22 کابل فیبر نوری 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 منبع سیگنال نوری کانال: منبع - حامل - گیرنده (دتکتور) منابع LED (دیود ساطع نور) منبع ناهمدوس نانومتری - MMF منبع منسجم لیزر نیمه هادی - SMF - قدرت = f (t o) آشکارسازها فتودیودها، دیودهای پین، دیودهای بهمنی

25 سیستم کابل کشی ساختاریافته - SCS First LAN - کابل های مختلفو توپولوژی ها یکسان سازی سیستم کابلی SCS - زیرساخت کابل LAN باز (زیر سیستم ها، اجزاء، رابط ها) - استقلال از فناوری شبکه- کابل های LAN، تلویزیون، سیستم های امنیتی و غیره - کابل کشی جهانی بدون ارجاع به یک فناوری شبکه خاص - سازنده

27 استاندارد SCS (اساسی) EIA/TIA-568A استاندارد سیم‌کشی مخابرات ساختمان تجاری (ایالات متحده آمریکا) CENELEC EN50173 الزامات عملکرد طرح‌های کابل‌کشی عمومی (اروپا) فناوری اطلاعات ISO/IEC IS - کابل‌کشی عمومی برای انتقال محل مشتری کابل‌کشی منبع داده: . توپولوژی فاصله های مجاز (طول کابل) رابط اتصال کاربر. کابل ها و تجهیزات اتصال. توان عملیاتی (عملکرد). تمرین نصب (زیر سیستم افقی - UTP، ستاره، 100 متر ...)

28 ارتباطات بی سیم مزایای انتقال بی سیم: راحتی، مناطق غیر قابل دسترس، تحرک. استقرار سریع ... معایب: سطح بالای تداخل ( وسایل خاص: کدها، مدولاسیون...)، پیچیدگی استفاده از برخی محدوده ها خط ارتباط: فرستنده - متوسط ​​- ویژگی های LAN گیرنده ~ F(Δf, fн);

34 2. تلفن همراه تقسیم قلمرو به سلول ها استفاده مجدد از فرکانس ها توان کم (ابعاد) در مرکز - ایستگاه پایه اروپا - سیستم جهانی موبایل - GSM Wireless ارتباطات تلفنی 1. ایستگاه رادیویی کم مصرف - (پایه گوشی، 300 متر) رومینگ دیجیتال اروپایی بی سیم DECT - جابجایی از یک شبکه اصلیبه دیگری - پایه ارتباط سلولی

35 اتصال ماهواره ایبر اساس یک ماهواره (بازتاب دهنده-تقویت کننده) فرستنده - فرستنده H~50 MHz (1 ماهواره ~ 20 فرستنده) محدوده فرکانس: C. Ku، Ka C - Down 3.7 - 4.2 GHz بالا 5.925-6.425 GHz Ku - Down 11. 12.2 گیگاهرتز بالا 14.0-14.5 گیگاهرتز Ka - پایین 17.7-21.7 گیگاهرتز بالا 27.5-30.5 گیگاهرتز

36 ارتباطات ماهواره ای. انواع ماهواره ارتباطات ماهواره ای: مایکروویو - خط دید زمین ثابت پوشش بزرگ ثابت، کم سایش ماهواره تکرار کننده، پخش، کم هزینه، هزینه بستگی به مسافت ندارد، برقراری اتصال فوری (Mil) Tz=300ms امنیت پایین، آنتن در ابتدا بزرگ (اما VSAT) کیلومتر مدار میانی سیستم موقعیت یاب جهانی GPS - 24 ماهواره کیلومتر مدار پایین پوشش کم با تأخیر کم دسترسی به اینترنت

40 تکنیک های طیف گسترده تکنیک های مدولاسیون و کدگذاری ویژه برای ارتباطات بی سیم C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) کاهش قدرت مصونیت نویز Stealth OFDM، FHSS (Blue-Tooth)، DSSS، CDMA

دو نوع اصلی از رمزگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس یک سیگنال حامل سینوسی (مدولاسیون آنالوگ) و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیلی (رمزگذاری دیجیتال).

مدولاسیون آنالوگ - برای انتقال داده های گسسته از طریق یک کانال با پهنای باند باریک - شبکه های تلفن کانال فرکانس صوتی (پهنای باند از 300 تا 3400 هرتز) دستگاهی که مدولاسیون و دمدولاسیون را انجام می دهد - مودم.

روش های مدولاسیون آنالوگ

n مدولاسیون دامنه (ایمنی کم صدا، که اغلب همراه با مدولاسیون فاز استفاده می شود).

مدولاسیون فرکانس n (پیاده سازی فنی پیچیده، معمولا در مودم های کم سرعت استفاده می شود).

مدولاسیون فاز n.

طیف سیگنال مدوله شده

کد بالقوه- اگر داده های گسسته با سرعت N بیت در ثانیه ارسال شوند، طیف از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی نهایت هارمونیک با فرکانس های f0، 3f0، 5f0، 7f0، ... تشکیل شده است که در آن f0 = N است. /2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... از دامنه f0. طیف سیگنال کد بالقوه حاصل هنگام انتقال داده دلخواه، باندی از مقدار مشخصی نزدیک به 0 تا تقریباً 7f0 را اشغال می کند. برای یک کانال فرکانس صوتی، حد بالای نرخ انتقال برای نرخ انتقال داده 971 بیت در ثانیه به دست می‌آید و حد پایین برای هر سرعتی قابل قبول نیست، زیرا پهنای باند کانال از 300 هرتز شروع می‌شود. یعنی از کدهای بالقوه در کانال های فرکانس صوتی استفاده نمی شود.

مدولاسیون دامنه- طیف متشکل از یک سینوسی فرکانس حامل fc و دو هارمونیک جانبی fc+fm و fc-fm است که fm فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی است که با سرعت انتقال داده در هنگام استفاده از دو دامنه منطبق است. سطوح فرکانس fm ظرفیت خط را تعیین می کند این روشکد نویسی با یک فرکانس مدولاسیون کوچک، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر با 2fm) و اگر پهنای باند بزرگتر یا مساوی 2fm باشد سیگنال ها توسط خط تحریف نمی شوند. برای یک کانال فرکانس صوتی، این روش با نرخ انتقال داده بالاتر از 3100 / 2 = 1550 بیت در ثانیه قابل قبول است.

مدولاسیون فاز و فرکانس- طیف پیچیده تر، اما متقارن، با تعداد زیادی هارمونیک به سرعت در حال کاهش است. این روش ها برای انتقال از طریق کانال فرکانس صوتی مناسب هستند.

مدولاسیون دامنه چهارگانه - مدولاسیون فاز با 8 مقدار تغییر فاز و مدولاسیون دامنه با 4 مقدار دامنه. همه 32 ترکیب سیگنال استفاده نمی شوند.

کدگذاری دیجیتال

کدهای بالقوه- برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی، فقط از مقدار پتانسیل سیگنال استفاده می شود و افت آن که پالس های تکمیل شده را فرموله می کند، در نظر گرفته نمی شود.

کدهای پالس- داده های باینری را یا به صورت پالس هایی با یک قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - به عنوان اختلاف پتانسیل در یک جهت خاص نشان می دهد.

الزامات روش کدگذاری دیجیتال:

با همان نرخ بیت، کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشت (طیف سیگنال باریکتر دستیابی به نرخ انتقال داده بالاتر در همان خط را ممکن می‌سازد؛ همچنین نیاز به عدم وجود یک جزء ثابت وجود دارد، که حضور است جریان مستقیمبین فرستنده و گیرنده)؛

ارائه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده (گیرنده باید دقیقاً بداند که در چه مقطعی از زمان اطلاعات لازم را از خط بخواند، در سیستم های محلی - خطوط ساعت، در شبکه ها - کدهای خود همگام، که سیگنال های آن دستورالعمل هایی را برای فرستنده در مورد اینکه در چه نقطه ای از زمان لازم است بیت بعدی را تشخیص دهد.

دارای توانایی تشخیص اشتباهات؛

هزینه اجرایی پایینی داشت.

کد بالقوه بدون بازگشت به صفر. NRZ (بدون بازگشت به صفر). سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد.

پیاده سازی آن آسان است، به دلیل دو سیگنال کاملاً متفاوت، تشخیص خطای خوبی دارد، اما خاصیت همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند تعیین کند که چه زمانی داده ها باید دوباره خوانده شوند. یکی دیگر از معایب وجود یک جزء با فرکانس پایین است که در هنگام انتقال دنباله های طولانی از یک ها و صفرها به صفر نزدیک می شود. کد به ندرت به شکل خالص خود استفاده می شود؛ از تغییرات استفاده می شود. جذابیت – فرکانس پایینهارمونیک بنیادی f0 = N /2.

روش کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین. (دو قطبی جایگزین علامت وارونگی، AMI)، اصلاح روش NRZ.

برای رمزگذاری صفر، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، یک واحد منطقی با یک پتانسیل مثبت یا با یک منفی رمزگذاری می شود، که پتانسیل هر واحد بعدی مخالف پتانسیل قبلی است. تا حدی مشکلات مولفه ثابت و عدم خود همگام سازی را برطرف می کند. در مورد ارسال یک دنباله طولانی از واحدها، دنباله ای از پالس های چند قطبی با طیف مشابه کد NRZ که دنباله ای از پالس های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون یک جزء ثابت و یک هارمونیک اساسی N/2. به طور کلی، استفاده از AMI منجر به طیف باریک‌تر از NRZ و در نتیجه ظرفیت پیوند بالاتر می‌شود. به عنوان مثال، هنگام انتقال صفر و یک متناوب، هارمونیک اصلی f0 دارای فرکانس N/4 است. تشخیص انتقال های اشتباه امکان پذیر است، اما برای اطمینان از دریافت قابل اعتماد، لازم است قدرت را حدود 3 دسی بل افزایش دهید، زیرا از تنظیمات سطح سیگنال استفاده می شود.

کد بالقوه با وارونگی در یک. (عدم بازگشت به صفر با یکها معکوس، NRZI) کد AMI مانند با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیل چرخه قبلی منتقل می شود و در هنگام انتقال یک، پتانسیل به عکس معکوس می شود. کد در مواردی که استفاده از سطح سوم مطلوب نیست (کابل نوری) مناسب است.

دو روش برای بهبود AMI، NRZI استفاده می شود. اولین مورد اضافه کردن واحدهای اضافی به کد است. خاصیت خود همگام سازی ظاهر می شود، جزء ثابت ناپدید می شود و طیف باریک می شود، اما توان عملیاتی مفید کاهش می یابد.

روش دیگر این است که اطلاعات اولیه را "مخلوط" کنید تا احتمال ظهور یک ها و صفرها در خط نزدیک شود - درهم. هر دو روش کدگذاری منطقی هستند، زیرا شکل سیگنال های روی خط را تعیین نمی کنند.

کد پالس دوقطبی. یکی با یک پالس یک قطبی و صفر با دیگری نشان داده می شود. هر نبض نیم ضرب طول می کشد.

کد دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است، اما هنگام انتقال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد. طیف گسترده تر از کدهای بالقوه است.

کد منچستر. رایج ترین کد مورد استفاده در شبکه های اترنت، حلقه نشانه.

هر اندازه گیری به دو بخش تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت احتمالی که در میانه یک چرخه ساعت رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک با افت از یک سطح سیگنال پایین به یک بالا کدگذاری می شود و صفر با یک افت معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه ساعت، اگر نیاز به نمایش چندین یک یا صفر در یک ردیف باشد، ممکن است یک افت سیگنال سرویس رخ دهد. کد دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است. پهنای باند از یک پالس دوقطبی باریک تر است؛ هیچ جزء ثابتی وجود ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت دارای فرکانس N و در بهترین حالت - N/2 است.

کد بالقوه 2B1Q. هر دو بیت در یک سیکل ساعت توسط یک سیگنال چهار حالته ارسال می شود. 00 - -2.5 V، 01 - -0.833 V، 11 - +0.833 V، 10 - +2.5 V. وسایل اضافی برای مقابله با دنباله های طولانی از جفت بیت های یکسان مورد نیاز است. با تناوب تصادفی بیت‌ها، طیف دو برابر باریک‌تر از NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می‌شود، یعنی می‌توان داده‌ها را از روی یک خط دو برابر سریع‌تر از AMI، NRZI انتقال داد. اما مورد نیاز قدرت بالافرستنده.

کدگذاری منطقی

طراحی شده برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI، NRZI، 2B1Q، جایگزین کردن دنباله های طولانی بیت ها که منجر به پتانسیل ثابت با کدهای پراکنده می شود. دو روش استفاده می شود - کدگذاری اضافی و درهم.

کدهای اضافیبر اساس شکستن دنباله اصلی بیت ها به بخش هایی است که اغلب به آنها نماد می گویند، پس از آن هر نماد اصلی با نماد جدیدی جایگزین می شود که بیت های بیشتری از اصلی دارد.

کد 4B/5B دنباله های 4 بیتی را با دنباله های 5 بیتی جایگزین می کند. سپس به جای ترکیب های 16 بیتی، 32 می گیرید. از این تعداد، 16 عدد انتخاب می شوند که تعداد صفرهای زیادی ندارند، بقیه تخلفات کد محسوب می شوند. علاوه بر حذف مولفه DC و خود همگام سازی کد، کدهای اضافی به گیرنده اجازه می دهند بیت های خراب را تشخیص دهد. اگر گیرنده کدهای ممنوعه دریافت کند، به این معنی است که سیگنال در خط مخدوش شده است.

این کد با استفاده از رمزگذاری فیزیکی با استفاده از یک روش رمزگذاری بالقوه که فقط به دنباله های طولانی صفر حساس است، از طریق خط منتقل می شود. کد تضمین می کند که بیش از سه صفر در یک ردیف در خط وجود نخواهد داشت. کدهای دیگری مانند 8B/6T وجود دارد.

برای اطمینان از توان عملیاتی مشخص شده، فرستنده باید در فرکانس ساعت بالاتر (برای 100 مگابیت بر ثانیه - 125 مگاهرتز) کار کند. طیف سیگنال در مقایسه با سیگنال اصلی گسترش می یابد، اما از طیف کد منچستر باریک تر است.

Scrambling - مخلوط کردن داده ها با Scrambler قبل از ارسال از خط.

روش‌های درهم‌سازی شامل محاسبه بیت به بیت کد نتیجه بر اساس بیت‌های کد منبع و بیت‌های کد نتیجه به‌دست‌آمده در چرخه‌های ساعت قبلی است. مثلا،

B i = A i xor B i -3 xor B i -5،

که در آن B i رقم باینری کد حاصل است که در چرخه ساعت i-امین اسکرامبلر به دست می آید، A i رقم باینری کد منبع دریافت شده در چرخه ساعت i در ورودی اسکرامبلر است، B i -3 و B i -5 ارقام باینری کد به دست آمده در چرخه های قبلی کار هستند.

برای دنباله 110110000001، اسکرامبلر 110001101111 می دهد، یعنی هیچ دنباله ای از شش صفر متوالی وجود نخواهد داشت.

پس از دریافت دنباله به دست آمده، گیرنده آن را به descrambler ارسال می کند که تبدیل معکوس را اعمال می کند.

C i = B i xor B i-3 xor B i-5،

سیستم های درهم آمیزی مختلف از نظر تعداد اصطلاحات و تغییر بین آنها متفاوت هستند.

بیشتر وجود دارد روش های سادهمبارزه با توالی صفر یا یک که به عنوان روش های درهم کوبیدن نیز طبقه بندی می شوند.

برای بهبود AMI دوقطبی از موارد زیر استفاده می شود:

B8ZS (دوقطبی با جایگزینی 8 صفر) - فقط دنباله های متشکل از 8 صفر را تصحیح می کند.

برای انجام این کار، پس از سه صفر اول، به جای پنج عدد باقی مانده، پنج سیگنال V-1*-0-V-1* را وارد می کند، که در آن V نشان دهنده یک سیگنال است که برای یک چرخه قطبی معین ممنوع است، یعنی سیگنالی که قطبیت قبلی را تغییر نمی دهد، 1* - سیگنال واحد از قطبیت صحیح برخوردار است و علامت ستاره این واقعیت را نشان می دهد که در کد منبع یک واحد در این چرخه ساعت وجود ندارد، بلکه یک عدد صفر وجود دارد. . در نتیجه، در 8 سیکل ساعت، گیرنده 2 اعوجاج را مشاهده می کند - بسیار بعید است که به دلیل نویز روی خط این اتفاق افتاده باشد. بنابراین گیرنده چنین تخلفاتی را رمزگذاری 8 صفر متوالی می داند. در این کد مولفه ثابت برای هر دنباله ای از ارقام باینری صفر است.

کد HDB3 هر چهار صفر متوالی را در دنباله اصلی تصحیح می کند. هر چهار صفر با چهار سیگنال جایگزین می شوند که در آنها یک سیگنال V وجود دارد. برای سرکوب مولفه DC، قطبیت سیگنال V در جایگزینی های متوالی متناوب می شود. علاوه بر این، از دو الگوی کدهای چهار چرخه برای جایگزینی استفاده می شود. اگر قبل از تعویض منبعدارای تعداد فرد واحد است، سپس از دنباله 000V استفاده می شود و اگر تعداد واحدها زوج بود، دنباله 1*00V استفاده می شود.

کدهای بالقوه بهبودیافته دارای پهنای باند نسبتاً باریکی برای هر توالی صفر و یک است که در داده های ارسالی رخ می دهد.

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیل شکل.روش اول اغلب مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ نیز نامیده می شود، با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم معمولاً رمزگذاری دیجیتال نامیده می شود. این روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.
مدولاسیون آنالوگبرای انتقال داده های گسسته از طریق کانال هایی با باند فرکانسی باریک استفاده می شود که نماینده معمولی آن کانال فرکانس صوتی ارائه شده به کاربران شبکه های تلفن عمومی است. یک پاسخ فرکانس دامنه معمولی یک کانال فرکانس صوتی در شکل نشان داده شده است. 2.12. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است. دستگاهی که عملکرد مدولاسیون سینوسی حامل در سمت فرستنده و دمدولاسیون در سمت گیرنده را انجام می دهد، مودم (مدولاتور - دمدولاتور) نامیده می شود.
روش های مدولاسیون آنالوگ
مدولاسیون آنالوگ یک روش رمزگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود.
نمودار (شکل 2.13، a) دنباله ای از بیت های اطلاعات اصلی را نشان می دهد که با پتانسیل های سطح بالا برای یک واحد منطقی و یک پتانسیل سطح صفر برای صفر منطقی نشان داده شده است. این روش رمزگذاری کد پتانسیل نامیده می شود که اغلب هنگام انتقال داده ها بین بلوک های رایانه استفاده می شود.
با مدولاسیون دامنه (شکل 2.13، b)، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل برای یک واحد منطقی، و سطح دیگری برای صفر منطقی انتخاب می شود. این روش به ندرت به صورت خالص در عمل به دلیل ایمنی کم صدا استفاده می شود، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.
با مدولاسیون فرکانس (شکل 2.13، c)، مقادیر 0 و 1 داده های منبع توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - f0 و f1 منتقل می شوند. این روش مدولاسیون به مدارهای پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های کم سرعت که در 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود.
با مدولاسیون فاز، مقادیر داده 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان، اما با فازهای مختلف، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0،90،180 و 270 درجه است.
مودم های پرسرعت اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می کنند که معمولاً دامنه همراه با فاز است.
هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد:
· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشت.
· همگام سازی تضمین شده بین فرستنده و گیرنده.
· توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.
· هزینه فروش پایینی داشت.
طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها به یک خط (با پهنای باند یکسان) اجازه می‌دهد تا به سرعت انتقال داده بالاتری دست یابد. علاوه بر این، طیف سیگنال اغلب لازم است که هیچ جزء DC نداشته باشد، یعنی وجود جریان DC بین فرستنده و گیرنده. به ویژه استفاده از مدارهای مختلف عایق گالوانیکی ترانسفورماتور از عبور جریان مستقیم جلوگیری می کند.
همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند در چه مقطع زمانی لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند.
تشخیص و تصحیح داده های تحریف شده با استفاده از ابزارهای لایه فیزیکی دشوار است، بنابراین اغلب این کار توسط پروتکل هایی انجام می شود که در بالا قرار دارند: کانال، شبکه، حمل و نقل یا برنامه. از سوی دیگر، تشخیص خطا روشن است سطح فیزیکیباعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم به طور کامل در بافر قرار گیرد، اما هنگامی که بیت های اشتباه را در قاب تشخیص داد بلافاصله آن را دور می اندازد.
الزامات روش‌های رمزگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.