مبنای فیزیکی انتقال داده ها روشهای انتقال داده در لایه فیزیکی مبنای فیزیکی انتقال داده ها

7. لایه 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 نیز نامیده می شود مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ ، با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. راه 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 سینوسی منجر به طیف باریک تری با نرخ اطلاعات یکسان می شود. با این حال، اجرای مدولاسیون به تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نسبت به اجرای پالس‌های مستطیلی نیاز دارد.

در حال حاضر، بیشتر و بیشتر، داده هایی که در ابتدا دارای شکل آنالوگ هستند - گفتار، تصویر 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 صوتی (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 تعدیل سینوسی حامل در سمت فرستنده و دمودولاسیون در سمت گیرنده را 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 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.

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

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

در مودم های پرسرعت، اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می شود، به عنوان یک قاعده، دامنه در ترکیب با فاز.

برنج. 27. انواع مختلفمدولاسیون

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

برای رمزگذاری پتانسیل، طیف مستقیماً از فرمول های فوریه برای تابع تناوبی به دست می آید. اگر داده های گسسته با نرخ بیت N بیت/ثانیه ارسال شوند، طیف متشکل از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی نهایت هارمونیک با فرکانس های f 0 , 3f 0 , 5f 0 , 7f 0 , ... f 0 = N/2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... 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 گرفت که در واقعیت، طیف سیگنال به طور مداوم بسته به ماهیت داده ها در حال تغییر است. بنابراین، طیف سیگنال کد بالقوه حاصل در حین انتقال داده های دلخواه، باندی از مقداری نزدیک به 0 هرتز تا تقریباً 7f 0 را اشغال می کند (هارمونیک هایی با فرکانس های بالاتر از 7f 0 به دلیل سهم اندک آنها در سیگنال حاصل می توانند نادیده گرفته شوند). . برای یک کانال فرکانس صوتی، کران بالایی برای کدگذاری بالقوه با نرخ داده 971 bps می رسد. در نتیجه، کدهای بالقوه در کانال های فرکانس صوتی هرگز استفاده نمی شوند.

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

هنگام رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته، از کدهای پتانسیل و ضربه استفاده می شود. در کدهای پتانسیل فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی استفاده می شود و افت آن در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس به داده های باینری اجازه می دهند یا با پالس هایی با قطبیت خاص یا با بخشی از پالس - با یک افت بالقوه در یک جهت خاص نمایش داده شوند.

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

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

· همگام سازی بین فرستنده و گیرنده ارائه شده است.

· توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.

· هزینه اجرای پایینی داشت.

طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها به شما امکان می‌دهد به سرعت انتقال داده بالاتری در همان خط دست یابید. اغلب، طیف سیگنال نیاز به عدم وجود یک جزء ثابت دارد.

همگام سازی فرستنده و گیرنده مورد نیاز است تا گیرنده دقیقاً بداند در چه مقطعی از زمان لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند. حل این مشکل در شبکه‌ها دشوارتر از تبادل داده بین دستگاه‌هایی با فاصله نزدیک است، به عنوان مثال، بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر. بنابراین، کدهای به اصطلاح خود همگام سازی در شبکه ها استفاده می شود که سیگنال های آنها دستورالعمل هایی را برای فرستنده در مورد اینکه در چه مقطعی از زمان لازم است بیت بعدی (یا چند بیت) را تشخیص دهد، استفاده می شود. هر لبه تیز در سیگنال - به اصطلاح جلو - می تواند نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد.

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

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

روی انجیر 29a روشی از کدگذاری بالقوه را نشان می دهد که کدگذاری نیز نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر بازگشت به صفر، NRZ) . نام خانوادگی نشان دهنده این واقعیت است که وقتی دنباله ای از یک ها مخابره می شود، سیگنال در طول چرخه 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 از سیگنال ورودی نقاط زمانی را که باید داده ها خوانده شود را تعیین کند. حتی با یک مولد ساعت بسیار دقیق، گیرنده می تواند در لحظه جمع آوری داده ها اشتباه کند، زیرا فرکانس های دو ژنراتور هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین، در نرخ های داده بالا و توالی های طولانی یک یا صفر، عدم تطابق کوچک فرکانس های ساعت می تواند منجر به خطا در یک چرخه کامل و بر این اساس، خواندن یک 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 رمزگذاری پشتیبانی نمی کنند. در نتیجه، در شکل خالص خود، کد NRZ در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود، اصلاحات مختلف آن مورد استفاده قرار می گیرد، که در آن هم خود همگام سازی ضعیف کد NRZ و هم وجود یک جزء ثابت حذف می شود. جذابیت کد NRZ که به دلیل بهبود آن منطقی است، در فرکانس نسبتاً پایین هارمونیک اساسی f 0 است که برابر با N/2 هرتز است. سایر روش های کدگذاری مانند منچستر دارای فرکانس بنیادی بالاتری هستند.

برنج. 29. راه 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 واحد منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی رمزگذاری می شود، در حالی که پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل قبلی است.

کد AMI تا حدی DC و مشکلات زمان‌بندی خودکار ذاتی کد NRZ را حذف می‌کند. این در هنگام ارسال دنباله های طولانی از یکی اتفاق می افتد. در این موارد، سیگنال روی خط دنباله‌ای از پالس‌های دوقطبی با همان طیف کد NRZ است که صفر و یک‌های متناوب را ارسال می‌کند، یعنی بدون مولفه ثابت و با هارمونیک بنیادی N/2 هرتز (که در آن N است. نرخ بیت داده). توالی های طولانی صفر نیز برای کد AMI و همچنین برای کد NRZ خطرناک هستند - سیگنال به یک پتانسیل ثابت با دامنه صفر تبدیل می شود. بنابراین، کد AMI نیاز به بهبود بیشتری دارد.

به طور کلی، برای ترکیب‌های مختلف بیت‌ها در خط، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک‌تری نسبت به کد NRZ می‌شود و از این رو به یک طیف سیگنال بالاتر منجر می‌شود. 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 ویژگی ها را برای تشخیص سیگنال های اشتباه ارائه می دهد. بنابراین، نقض تناوب شدید قطبیت سیگنال ها نشان دهنده یک ضربه نادرست یا ناپدید شدن یک ضربه صحیح از خط است. چنین سیگنالی نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت نقض).

کد AMI نه دو، بلکه از سه سطح سیگنال در هر خط استفاده می کند. لایه اضافی به افزایش قدرت فرستنده در حدود 3 دسی بل نیاز دارد تا وفاداری بیت یکسانی را در خط ارائه کند، که در مقایسه با کدهایی که فقط بین دو حالت تمایز قائل می شوند، یک عیب کلی کدهای دارای حالت سیگنال چندگانه است.

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

علاوه بر کدهای بالقوه، شبکه ها همچنین از کدهای پالس استفاده می کنند، زمانی که داده ها توسط یک پالس کامل یا قسمت آن - یک جلو نمایش داده می شود. ساده ترین مورد این رویکرد است کد پالس دوقطبی ، که در آن واحد با یک ضربه از یک قطب نشان داده می شود و صفر قطب دیگر است (شکل 29، ج). هر نبض نیم سیکل 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، 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.

در کد منچستر از یک افت پتانسیل یعنی جلوی پالس برای رمزگذاری یک و صفر استفاده می شود. در رمزگذاری منچستر، هر ساعت به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت های احتمالی که در وسط هر چرخه رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک واحد توسط یک سطح سیگنال کم به بالا کدگذاری می شود و یک عدد صفر توسط یک لبه معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه، اگر بخواهید چندین یک یا صفر را در یک ردیف نشان دهید، یک لبه سیگنال سرویس رخ می 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 ثابتی ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت (هنگام ارسال دنباله ای از یک یا صفر) دارای فرکانس N هرتز و در بهترین حالت (هنگام ارسال یک ها و صفرهای متناوب) برابر است. به N / 2 هرتز، مانند کدهای AMI یا NRZ. به طور متوسط، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریکتر از کد پالس دوقطبی است و هارمونیک بنیادی در حدود 3N/4 نوسان می کند. کد منچستر مزیت دیگری نسبت به کد پالس دوقطبی دارد. دومی از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می کند، در حالی که منچستر از دو سطح استفاده می کند.

روی انجیر 29، e 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 توسط سیگنالی که دارای چهار حالت (1Q) است منتقل می شود. بیت 00 -2.5 ولت، بیت 01 -0.833 ولت، بیت 11 + 0.833 ولت و بیت 10 +2.5 ولت است. با درهم‌پاشی بیت تصادفی، 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 انتقال مطمئن و سریع داده های گسسته را از طریق خطوط ارتباطی فراهم کند. و اگرچه تفاوت های زیادی بین فناوری ها وجود دارد، آنها بر اساس اصول کلی انتقال داده های گسسته هستند. این اصول در روش‌هایی برای نمایش یک‌ها و صفرها با استفاده از سیگنال‌های پالسی یا سینوسی در خطوط ارتباطی با ماهیت فیزیکی مختلف، روش‌های تشخیص و تصحیح خطا، روش‌های فشرده‌سازی و روش‌های سوئیچینگ گنجانده شده‌اند.

خطوطاتصالات

شبکه های اولیه، خطوط و کانال های ارتباطی

هنگام توصیف یک سیستم فنی که اطلاعات را بین گره‌های شبکه انتقال می‌دهد، نام‌های متعددی را می‌توان در ادبیات پیدا کرد: خط ارتباطی، کانال ترکیبی، کانال، لینک.اغلب این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده می شوند و در بسیاری از موارد 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 سوئیچینگ استفاده می شود. به عنوان مثال، یک پیوند شبکه اولیه ممکن است از 30 کانال تشکیل شده باشد که هر کدام دارای پهنای باند 64 کیلوبیت بر ثانیه است.

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

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

روی انجیر دو نوع 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)، پیوند یک پیوند 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 یک پیوند است، زیرا دو گره همسایه را به هم متصل می کند و تمام تجهیزات میانی سوئیچینگ برای این گره ها شفاف هستند. دلیل سوء تفاهم متقابل در سطح شرایط متخصصان رایانه و متخصصان شبکه های اولیه در اینجا واضح است.

شبکه های اولیه به طور ویژه به منظور ارائه خدمات انتقال داده برای شبکه های کامپیوتری و تلفنی ایجاد می شوند که در چنین مواردی گفته می شود "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 سیگنال های اطلاعات الکتریکی از طریق آن منتقل می شود، تجهیزات انتقال داده و تجهیزات میانی. رسانه فیزیکی برای انتقال داده ها (رسانه فیزیکی) می تواند یک کابل، یعنی مجموعه ای از سیم ها، غلاف ها و رابط های عایق و محافظ و همچنین جو زمین یا فضای بیرونی باشد که امواج الکترومغناطیسی از طریق آن منتشر می شوند.

در مورد اول، شخص صحبت می کند محیط سیمی،و در دوم - 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 هستند.

خطوط سیمی (سربار).کراوات ها سیم هایی هستند که هیچ گونه نوار عایق یا محافظی ندارند که بین قطب ها گذاشته شده و در هوا آویزان شده اند. 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 در حال جایگزینی با خطوط کابلی هستند. اما در برخی جاها همچنان حفظ می شوند و در غیاب امکانات دیگر، همچنان برای انتقال داده های رایانه ای استفاده می شوند. کیفیت سرعت و ایمنی در برابر نویز این خطوط چیزهای زیادی را برای شما باقی می گذارد.

خطوط کابلساختار نسبتاً 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 در شبکه های کامپیوتری (و مخابراتی) استفاده می شود: 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 یک هسته مسی، کابل های 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 داده کم. کانال های سریعتر آنهایی هستند که استفاده می کنند محدوده فرکانس بسیار بالا(Very High Frequency، VHF)، که از مدولاسیون فرکانس (Frequency Modulation، FM) استفاده می کند. همچنین برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. باندهای فرکانس فوق العاده بالا(فرکانس فوق العاده بالا، UHF)، همچنین نامیده می شود محدوده مایکروویو(بیش از 300 مگاهرتز). در فرکانس‌های بالاتر از 30 مگاهرتز، سیگنال‌ها دیگر توسط یونوسفر زمین منعکس نمی‌شوند و ارتباطات پایدار نیازمند دید بین فرستنده و گیرنده است. بنابراین در چنین فرکانس هایی یا از کانال های ماهواره ای یا کانال های مایکروویو و یا محلی یا شبکه های تلفن همراهجایی 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 سرعت انتقال فاصله 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 در ثانیه، کد MII، RJ-45

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

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

9 تضعیف A - یک نقطه در هر 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 Atenuation = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q مثال 2: UTP cat 5 Atenuation >= -23.6 dB F= 100MHz، L= 100M معمولاً برای A نشان داده شده است. فرکانس سیگنال \u003d -23.6 دسی بل F \u003d 100 مگاهرتز، L \u003d 100 M معمولاً A برای فرکانس اصلی سیگنال نشان داده می شود ">

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

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

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

16 جفت تابیده جفت تابیده (TP) حفاظ فویل دار محافظ سیم بافته غلاف سیم عایق بندی شده UTP Unshielded Twisted Pair رده 1، جفت غلاف UTP رده STP تیپ 1...9 هر جفت دارای سپر مخصوص به خود است. , رنگ خود تداخل مصونیت هزینه تخمگذار پیچیدگی

18 فیبر نوری بازتاب کل داخلی یک پرتو در رابط بین 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 بین 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 BaseLH5000km - 1 Gbps MM (2005)

23 منابع سیگنال نوری کانال: منبع - حامل - گیرنده (دتکتور) منابع LED (LED-Light Emitting Diod) 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 یکسان سازی سیستم کابلی SCS - زیرساخت کابل LAN باز (زیر سیستم ها، اجزاء، رابط ها) - استقلال از فناوری شبکه- LAN، کابل های تلویزیون، سیستم های امنیتی و غیره - کابل کشی جهانی بدون ارجاع به یک فناوری شبکه خاص - سازنده

27 استاندارد SCS (هسته) 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 محل‌های مشتری کابل‌کشی ارتباطی فرعی: توپولوژی فواصل مجاز (طول کابل) رابط اتصال کاربر. کابل ها و تجهیزات اتصال. پهنای باند (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 ​​- گیرنده ویژگی های شبکه LAN ~ F (Δf, fn);

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 لوله، 300 متر) رومینگ مخابرات بی سیم اروپایی دیجیتال دیجیتال DECT - تغییر از یک شبکه اصلیاز سوی دیگر - پایه ارتباط سلولی

35 اتصال ماهواره ایبر اساس یک ماهواره (بازتاب دهنده-تقویت کننده) فرستنده - فرستنده H~50 مگاهرتز (1 ماهواره ~ 20 فرستنده) باندهای فرکانس: C. Ku، Ka C - Down 3.7 - 4.2 GHz Up 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، ماهواره دنبال کننده کم سایش، پخش، هزینه کم، هزینه مستقل از فاصله، برقراری لینک آنی (Mil) T3=300ms امنیت پایین، آنتن در ابتدا بزرگ (اما VSAT) MEO کیلومتر سیستم موقعیت یاب جهانی GPS - 24 ماهواره LEO کیلومتر پوشش کم با تأخیر کم دسترسی به اینترنت

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

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

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

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 شامل یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی نهایت هارمونیک با فرکانس f0، 3f0، 5f0، 7f0، ...، که در آن f0 است. = N/2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... از دامنه f0. طيف سيگنال كد بالقوه حاصل هنگام ارسال داده دلخواه، باندي از مقداري نزديك به 0 تا تقريباً 7f0 را اشغال مي كند. برای یک کانال فرکانس صدا، حد بالای نرخ انتقال با نرخ 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 از فرکانس حامل fc و دو هارمونیک جانبی fc+fm و fc-fm است که fm فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی است که با نرخ داده در هنگام استفاده از دو سطح دامنه منطبق است. . فرکانس fm ظرفیت خط را تعیین می کند این روشکد نویسی با یک فرکانس مدولاسیون کوچک، عرض طیف سیگنال حتی کوچک خواهد بود (برابر 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 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 کانال با فرکانس صدا مناسب هستند.

مدولاسیون دامنه چهارگانه (Quadrate Amplitude Modulation) - 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 کامل را فرموله می کند، در نظر گرفته نمی شود.

کدهای پالس- نمایش داده های باینری یا توسط پالس هایی با قطبیت خاص یا توسط بخشی از پالس - با افت پتانسیل یک جهت خاص.

الزامات روش کدگذاری دیجیتال:

با همان نرخ بیت، کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشت (طیف سیگنال باریکتر به شما امکان می دهد در همان خط به سرعت داده بالاتری برسید، همچنین نیاز به عدم وجود یک جزء ثابت وجود دارد، یعنی، حضور جریان مستقیمبین فرستنده و گیرنده)

همگام سازی بین فرستنده و گیرنده را فراهم می کند (گیرنده باید دقیقاً بداند در چه مقطعی از زمان اطلاعات لازم را از خط بخواند، در سیستم های محلی - خطوط زمان بندی، در شبکه ها - کدهای خود همگام، که سیگنال های آن دستورالعمل ها را حمل می کند. برای فرستنده در مورد اینکه در چه نقطه ای از زمان لازم است بیت بعدی را شناسایی کند).

توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.

هزینه اجرای پایینی دارد.

کد پتانسیل بدون بازگشت به صفر. NRZ (بدون بازگشت به صفر). سیگنال در یک چرخه 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 اشکالات وجود یک جزء فرکانس پایین است که در هنگام ارسال دنباله های طولانی از یک ها و صفرها به صفر نزدیک می شود. در شکل خالص خود، کد به ندرت 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.

پتانسیل صفر برای رمزگذاری صفر استفاده می شود، یک واحد منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی کدگذاری می شود، در حالی که پتانسیل هر واحد بعدی مخالف پتانسیل قبلی است. تا حدی مشکلات مولفه ثابت و عدم هماهنگی خود را برطرف می کند. در مورد ارسال یک دنباله طولانی از یک ها، دنباله ای از پالس ها با قطبیت های مختلف با طیفی مشابه کد NRZ که دنباله ای از پالس های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون مولفه ثابت و 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، افزایش قدرت حدود 3 دسی بل ضروری است، زیرا از سطوح سیگنال واقعی استفاده می شود.

کد بالقوه با وارونگی در واحد. (عدم بازگشت به صفر با یکها معکوس، NRZI) کد AMI مانند اما با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال صفر، پتانسیل چرخه قبلی منتقل می شود و در هنگام انتقال یک، پتانسیل به سمت مقابل 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 پهنای باند مفید کاهش می یابد.

روش دیگر "اختلاط" اطلاعات اولیه است به گونه ای که 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. یک با ضربه ای از یک قطب و صفر با قطبی دیگر نشان داده می شود. هر نبض نیم سیکل طول می کشد.

کد دارای خواص زمان‌بندی عالی است، اما ممکن است هنگام ارسال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، یک جزء DC 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 با افت احتمالی که در وسط چرخه رخ می دهد کدگذاری می شود. یک واحد با یک انتقال کم به زیاد کدگذاری می شود و یک صفر با یک انتقال معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه، اگر نیاز به نمایش چندین 1 یا 0 در یک ردیف باشد، ممکن است یک لبه سیگنال بالای سر 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 فرکانس N و در بهترین حالت N/2 دارد.

کد بالقوه 2B1Q. هر دو بیت در یک سیکل 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 تلاقی بیت تصادفی، طیف دو برابر باریک‌تر از NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، زمان چرخه دو برابر می‌شود، یعنی می‌توان داده‌ها را در همان خط دو برابر سریع‌تر از AMI، NRZI منتقل کرد، اما نیاز است. قدرت بزرگفرستنده.

کدگذاری منطقی

طراحی شده برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI، NRZI، 2B1Q، جایگزین دنباله‌های طولانی بیت‌ها که منجر به یک پتانسیل ثابت می‌شوند، در هم آمیخته با آن‌ها. دو روش استفاده می شود - کدگذاری اضافی و درهم.

کدهای اضافیبر اساس تقسیم دنباله اصلی بیت ها به بخش هایی است که اغلب به آنها کاراکتر می گویند و پس از آن هر کاراکتر اصلی با یک کاراکتر جدید جایگزین می شود که بیت های بیشتری نسبت به اصلی دارد.

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

این کد با استفاده از رمزگذاری فیزیکی با استفاده از یکی از روش های 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 8V/6T وجود دارد.

برای اطمینان از پهنای باند مشخص شده، فرستنده باید با فرکانس ساعت افزایش یافته (برای 100 مگابیت بر ثانیه - 125 مگاهرتز) کار کند. طیف سیگنال در مقایسه با سیگنال اصلی گسترش می یابد، اما محدودتر از طیف کد منچستر باقی می ماند.

Scrambling - مخلوط کردن داده ها با یک Scrambler قبل از انتقال آن از خط.

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

B i \u003d A i xor B i -3 xor B i -5،

که در آن B i رقم باینری کد به دست آمده در چرخه i ام اسکرامبلر است، A i رقم باینری کد منبع است که به چرخه i در ورودی اسکرامبلر می رسد، 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 decrambler ارسال می کند که تبدیل معکوس را اعمال می کند.

C i \u003d 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 دنباله های صفر یا یک که به آنها روش های درهم آمیزی نیز گفته می شود.

برای بهبود AMI دوقطبی استفاده می شود:

B8ZS (دو قطبی 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 ممنوع برای یک چرخه قطبی معین است، یعنی یک سیگنال. که قطبیت قبلی را تغییر نمی دهد، 1 * - یک سیگنال واحد با قطبیت صحیح، و علامت ستاره این واقعیت را نشان می دهد که در کد منبع در این چرخه یک واحد وجود ندارد، بلکه یک صفر وجود دارد. در نتیجه، گیرنده 2 اعوجاج را در 8 چرخه می بیند - بسیار بعید است که این اتفاق به دلیل نویز روی خط رخ داده باشد. بنابراین، گیرنده چنین تخلفاتی را به عنوان رمزگذاری 8 صفر متوالی در نظر می گیرد. 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 که دارای یک سیگنال V هستند جایگزین می شود.برای سرکوب مولفه DC، قطبیت سیگنال V در تغییرات متوالی معکوس 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 000 ولت و اگر تعداد واحدها زوج بود، دنباله 1*00 ولت استفاده می شود.

کدهای کاندید 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 کدگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم معمولاً کدگذاری 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 های باند باریک استفاده می شود که توسط کانال فرکانس صوتی در دسترس کاربران شبکه های تلفن عمومی مشخص می شود. یک پاسخ فرکانس 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 تعدیل سینوسی حامل در سمت فرستنده و دمودولاسیون در سمت گیرنده را انجام می دهد، مودم (مدولاتور - دمدولاتور) نامیده می شود.
روش های مدولاسیون آنالوگ
مدولاسیون آنالوگ یک روش کدگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود.
نمودار (شکل 2.13، a) دنباله بیت های اطلاعات اولیه را نشان می دهد که با پتانسیل های سطح بالا برای یک واحد منطقی و یک پتانسیل سطح صفر برای یک 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)، برای یک واحد منطقی، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل، و برای یک صفر منطقی، سطح دیگری 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 اولیه توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - f0 و f1 منتقل می شوند. این روش مدولاسیون نیازی به مدارهای پیچیده در مودم ندارد و معمولاً در مودم‌های سرعت پایین با سرعت 300 یا 1200 bps استفاده می‌شود.
در مدولاسیون فاز، مقادیر داده های 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان اما با فازهای مختلف مانند 0 و 180 درجه یا 0.90،180 و 270 درجه است.
در مودم های پرسرعت، اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می شود، به عنوان یک قاعده، دامنه در ترکیب با فاز.
هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان چندین هدف را محقق کند:
· با همان نرخ بیت کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشت.
ارائه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده؛
توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.
هزینه اجرای پایینی دارد.
طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها به شما امکان می‌دهد به سرعت انتقال داده بالاتری در همان خط (با پهنای باند یکسان) برسید. علاوه بر این، طیف سیگنال اغلب نیاز به عدم وجود یک جزء ثابت، یعنی وجود جریان مستقیم بین فرستنده و گیرنده دارد. به ویژه استفاده از مدارهای مختلف عایق گالوانیکی ترانسفورماتور از عبور جریان مستقیم جلوگیری می کند.
همگام سازی فرستنده و گیرنده مورد نیاز است تا گیرنده دقیقاً بداند در چه مقطعی از زمان لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند.
شناسایی و تصحیح داده‌های تحریف‌شده برای پیاده‌سازی با استفاده از لایه فیزیکی دشوار است، بنابراین، اغلب این کار توسط پروتکل‌هایی انجام می‌شود که در بالا قرار دارند: کانال، شبکه، انتقال یا برنامه. از طرفی تشخیص خطا سطح فیزیکیباعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم به طور کامل بافر شود، اما بلافاصله پس از تشخیص بیت های اشتباه در فریم، آن را رد می کند.
الزامات روش‌های کدگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های کدگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.