Tiedonsiirron fyysinen perusta. Tiedonsiirtomenetelmät fyysisellä tasolla. Tiedonsiirron fyysinen perusta

7. FYSIKAALISEN TIETOJEN SIIRTOTASO

7.2. Diskreetit tiedonsiirtomenetelmät

Kun siirretään diskreettiä dataa viestintäkanavien kautta, käytetään kahta päätyyppiä fyysistä koodausta - sinimuotoiseen kantoaaltosignaaliin ja suorakulmaisten pulssien sarjaan perustuen. Ensimmäistä menetelmää kutsutaan usein modulaatio tai analoginen modulaatio , joka korostaa sitä tosiasiaa, että koodaus suoritetaan muuttamalla analogisen signaalin parametreja. Toista menetelmää kutsutaan digitaalinen koodaus . Nämä menetelmät eroavat tuloksena olevan signaalin spektrin leveydestä ja niiden toteuttamiseen tarvittavien laitteiden monimutkaisuudesta.

Käytettäessä suorakaiteen muotoisia pulsseja tuloksena olevan signaalin spektri on erittäin laaja. Siniaallon käyttö johtaa kapeampaan spektriin samalla tiedonsiirtonopeudella. Modulaation toteuttamiseen tarvitaan kuitenkin monimutkaisempia ja kalliimpia laitteita kuin suorakaiteen muotoisten pulssien toteuttaminen.

Tällä hetkellä yhä useammin alun perin analogisessa muodossa oleva data - puhe, televisiokuva - välitetään viestintäkanavien kautta diskreetissä muodossa, eli ykkösten ja nollien sarjana. Analogisen tiedon esittämistä diskreetissä muodossa kutsutaan prosessiksi diskreetti modulaatio .

Analogista modulaatiota käytetään siirtämään diskreettiä dataa kapealla taajuuskaistalla - äänitaajuuskanavalla (yleiset puhelinverkot). Tämä kanava lähettää taajuuksia alueella 300 - 3400 Hz, joten sen kaistanleveys on 3100 Hz.

Laite, joka suorittaa kantoaallon sinimodulaation lähetyspuolella ja demoduloinnin toiminnot vastaanottopuolella, on ns. modeemi (modulaattori-demodulaattori).

Analoginen modulaatio on fyysinen koodausmenetelmä, jossa tietoa koodataan muuttamalla sinimuotoisen signaalin amplitudia, taajuutta tai vaihetta kantoaallon taajuus(Kuva 27).

klo amplitudimodulaatio (Kuva 27, b) loogiselle yksikölle valitaan yksi kantoaaltotaajuuden siniaallon amplitudin taso ja loogiselle nollalle toinen. Tätä menetelmää käytetään harvoin puhtaassa muodossaan käytännössä alhaisen kohinansietokyvyn vuoksi, mutta sitä käytetään usein yhdessä toisen tyyppisen modulaation - vaihemodulaation - kanssa.

klo taajuusmodulaatio (Kuva 27, c) lähdetiedon arvot 0 ja 1 välitetään sinimuotoisilla eri taajuuksilla - f 0 ja f 1,. Tämä modulointimenetelmä ei vaadi monimutkaisia ​​piirejä modeemeissa, ja sitä käytetään tyypillisesti hitaissa modeemeissa, jotka toimivat 300 tai 1200 bps:n nopeudella.

klo vaihemodulaatio (Kuva 27, d) data-arvot 0 ja 1 vastaavat samalla taajuudella, mutta eri vaiheilla olevia signaaleja, esimerkiksi 0 ja 180 astetta tai 0, 90, 180 ja 270 astetta.

Nopeat modeemit käyttävät usein yhdistettyjä modulaatiomenetelmiä, yleensä amplitudia yhdistettynä vaiheeseen.

Riisi. 27. Erilaisia ​​tyyppejä modulaatio

Tuloksena olevan moduloidun signaalin spektri riippuu modulaation tyypistä ja nopeudesta.

Mahdollista koodausta varten spektri saadaan suoraan jaksollisen funktion Fourier-kaavoista. Jos diskreettiä dataa lähetetään bittinopeudella N bit/s, niin spektri koostuu jatkuvasta nollataajuisesta komponentista ja äärettömästä sarjasta harmonisia taajuuksilla f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ..., jossa f 0 = N/2. Näiden harmonisten amplitudit pienenevät melko hitaasti - kertoimilla 1/3, 1/5, 1/7, ... harmonisen f 0 amplitudista (kuva 28, a). Tämän seurauksena potentiaalisen koodin spektri vaatii laajan kaistanleveyden korkealaatuista lähetystä varten. Lisäksi sinun on otettava huomioon, että todellisuudessa signaalispektri muuttuu jatkuvasti datan luonteesta riippuen. Tästä syystä tuloksena olevan potentiaalisen koodisignaalin spektri, kun lähetetään mielivaltaista dataa, varaa kaistan tietystä arvosta, joka on lähellä 0 Hz:tä noin 7f 0:aan (yliaaltoja, joiden taajuudet ovat yli 7f 0, voidaan jättää huomiotta, koska ne vaikuttavat vain vähän tuloksena olevaan signaaliin). Äänikanavalla potentiaalisen koodauksen yläraja saavutetaan 971 bps:n datanopeudella. Tämän seurauksena äänikanavien mahdollisia koodeja ei koskaan käytetä.

Amplitudimodulaatiolla spektri koostuu kantoaaltotaajuuden siniaallosta f kanssa ja kaksi sivuharmonista: (f c + f m ) ja ( f c – f m), missä f m – siniaallon tietoparametrin muutostaajuus, joka on sama kuin tiedonsiirtonopeus, kun käytetään kahta amplituditasoa (kuva 28, b). Taajuus f m määrittää linjakapasiteetin tietylle koodausmenetelmälle. Pienellä modulaatiotaajuudella signaalin spektrin leveys on myös pieni (2f m ), joten linja ei vääristä signaaleja, jos sen kaistanleveys on suurempi tai yhtä suuri kuin 2f m . Puhetaajuuskanavalle tämä modulaatiomenetelmä on hyväksyttävä tiedonsiirtonopeudella, joka on enintään 3100/2=1550 bps. Jos datan esittämiseen käytetään 4 amplituditasoa, kanavan kapasiteetti kasvaa 3100 bps:iin.

Riisi. 28. Signaalien spektrit potentiaalikoodauksen aikana

ja amplitudimodulaatio

Vaihe- ja taajuusmodulaatiolla signaalispektri on monimutkaisempi kuin amplitudimodulaatiolla, koska tässä muodostuu enemmän kuin kaksi sivuharmonista, mutta ne sijaitsevat myös symmetrisesti suhteessa pääkantoaaltotaajuuteen ja niiden amplitudit pienenevät nopeasti. Siksi tämäntyyppiset modulaatiot sopivat hyvin myös tiedonsiirtoon puhekanavan yli.

Diskreetin tiedon digitaalisessa koodauksessa käytetään potentiaali- ja pulssikoodeja. Potentiaalikoodeissa vain signaalin potentiaaliarvoa käytetään edustamaan loogisia ykkösiä ja nollia, eikä sen reunoja oteta huomioon. Pulssikoodien avulla voit esittää binääridataa joko tietyn napaisuuden pulsseina tai osana pulssia - potentiaaliero tietyssä suunnassa.

Kun käytetään suorakaiteen muotoisia pulsseja diskreetin tiedon lähettämiseen, on valittava koodausmenetelmä, joka saavuttaa samanaikaisesti useita päämääriä:

· sillä oli tuloksena olevan signaalin pienin spektrileveys samalla bittinopeudella;

· tarjotaan synkronointi lähettimen ja vastaanottimen välillä;

· oli kyky tunnistaa virheet;

· oli alhainen myyntihinta.

Kapeampi signaalispektri mahdollistaa suuremmat tiedonsiirtonopeudet samalla linjalla. Usein signaalispektrissä ei ole DC-komponenttia.

Lähettimen ja vastaanottimen synkronointi on välttämätöntä, jotta vastaanotin tietää tarkalleen, milloin on tarpeen lukea uutta tietoa viestintälinjasta. Tämä ongelma on vaikeampi ratkaista verkoissa kuin vaihdettaessa tietoja lähellä olevien laitteiden välillä, esimerkiksi tietokoneen sisällä olevien yksiköiden välillä tai tietokoneen ja tulostimen välillä. Tästä syystä verkoissa käytetään ns. itsesynkronointikoodeja, joiden signaalit kuljettavat lähettimelle ohjeita siitä, millä hetkellä seuraava bitti (tai useampi bitti) tulee tunnistaa. Mikä tahansa signaalin jyrkkä muutos - ns. reuna - voi toimia hyvänä osoituksena vastaanottimen synkronoinnista lähettimen kanssa.

Käytettäessä sinimuotoja kantoaaltosignaalina tuloksena olevalla koodilla on itsesynkronoitumisen ominaisuus, koska kantoaaltotaajuuden amplitudia muuttamalla vastaanotin voi määrittää tulokoodin ilmestymishetken.

Koodausmenetelmien vaatimukset ovat keskenään ristiriitaisia, joten jokaisella alla käsitellyllä suositulla digitaalisella koodausmenetelmällä on omat etunsa ja haittansa muihin verrattuna.

Kuvassa Kuviossa 29 a esittää potentiaalisen koodausmenetelmän, jota kutsutaan myös koodaukseksi palaamatta nollaan (Ei Paluu Zero, NRZ) . Sukunimi kuvastaa sitä tosiasiaa, että lähetettäessä ykkösten sarjaa signaali ei palaa nollaan kellojakson aikana. NRZ-menetelmä on helppo toteuttaa, sillä on hyvä virheiden tunnistus (kahdesta jyrkästi erilaisesta potentiaalista johtuen), mutta sillä ei ole itsesynkronoinnin ominaisuutta. Lähetettäessä pitkää ykkösten tai nollien sarjaa linjan signaali ei muutu, joten vastaanotin ei pysty määrittämään tulosignaalista niitä ajanhetkiä, jolloin dataa on tarpeen lukea. Jopa erittäin tarkalla kellogeneraattorilla vastaanotin voi tehdä virheen tiedonkeruuhetkessä, koska näiden kahden generaattorin taajuudet eivät ole koskaan täysin identtisiä. Siksi suurilla datanopeuksilla ja pitkillä ykkösten tai nollien sarjoilla pieni kellon epäsovitus voi johtaa koko kellojakson virheeseen ja vastaavasti virheelliseen bittiarvoon, jota luetaan.

Toinen NRZ-menetelmän vakava haittapuoli on matalataajuisen komponentin läsnäolo, joka lähestyy nollaa lähetettäessä pitkiä ykkösten tai nollien sarjoja. Tästä johtuen monet viestintäkanavat, jotka eivät tarjoa suoraa galvaanista yhteyttä vastaanottimen ja lähteen välillä, eivät tue tämän tyyppistä koodausta. Tämän seurauksena NRZ-koodia puhtaassa muodossaan ei käytetä verkoissa. Siitä huolimatta käytetään sen erilaisia ​​muunnelmia, jotka eliminoivat sekä NRZ-koodin huonon itsesynkronoinnin että vakiokomponentin läsnäolon. NRZ-koodin houkuttelevuus, jonka vuoksi sitä kannattaa parantaa, on perusharmonisen f 0 melko alhainen taajuus, joka on yhtä suuri kuin N/2 Hz. Muissa koodausmenetelmissä, kuten Manchesterissa, perusharmonisella on korkeampi taajuus.

Riisi. 29. Diskreetin datan koodausmenetelmät

Yksi NRZ-menetelmän muunnelmista on menetelmä bipolaarinen koodaus vaihtoehtoisella inversiolla (Kaksisuuntainen mieliala Alternate Mark Inversion, AMI). Tämä menetelmä (kuva 29, b) käyttää kolmea potentiaalitasoa - negatiivista, nollaa ja positiivista. Loogisen nollan koodaamiseen käytetään nollapotentiaalia, ja looginen koodataan joko positiivisella tai negatiivisella potentiaalilla kunkin uuden yksikön potentiaalin ollessa päinvastainen kuin edellisen potentiaalin.

AMI-koodi eliminoi osittain DC:n ja NRZ-koodiin sisältyvien itsesynkronointiongelmien puutteen. Tämä tapahtuu lähetettäessä pitkiä sarjoja. Näissä tapauksissa signaali linjalla on sarja vastakkaisesti polarisoituja pulsseja, joilla on sama spektri kuin NRZ-koodilla ja jotka lähettävät vuorottelevia nollia ja ykkösiä, eli ilman vakiokomponenttia ja perusharmonisella N/2 Hz (jossa N on tiedonsiirron bittinopeus). Pitkät nollien sekvenssit ovat yhtä vaarallisia AMI-koodille kuin NRZ-koodille - signaali degeneroituu vakiopotentiaaliksi nollaamplitudiksi. Siksi AMI-koodi vaatii lisäparannuksia.

Yleensä eri bittiyhdistelmillä linjalla AMI-koodin käyttö johtaa kapeampaan signaalispektriin kuin NRZ-koodi, ja siksi korkeampi. kaistanleveys rivit. Esimerkiksi, kun lähetetään vuorottelevia ykkösiä ja nollia, perusharmonisen f 0 taajuus on N/4 Hz. AMI-koodi tarjoaa myös joitakin ominaisuuksia virheellisten signaalien tunnistamiseen. Siten signaalin napaisuuden tiukan vaihtelun rikkominen osoittaa väärää pulssia tai oikean pulssin katoamista linjasta. Tätä signaalia kutsutaan kielletty signaali (signaali rikkominen).

AMI-koodi ei käytä kahta, vaan kolmea signaalitasoa linjalla. Lisäkerros vaatii noin 3 dB:n lisäyksen lähettimen tehoon saman bittitarkkuuden aikaansaamiseksi linjalla, mikä on useiden signaalitilojen koodien yleinen haitta verrattuna koodeihin, jotka erottavat vain kaksi tilaa.

Koodi on samanlainen kuin AMI, mutta vain kaksi signaalitasoa. Lähettäessä nollaa se lähettää edellisessä jaksossa asetettua potentiaalia (eli ei muuta sitä), ja lähettäessään ykköstä potentiaali käännetään vastakkaiseksi. Tätä koodia kutsutaan potentiaalinen koodi inversiolla yksi (Ei Palata to Nolla kanssa yhdet Käänteinen , NRZI ) . Tämä koodi on hyödyllinen tapauksissa, joissa kolmannen signaalitason käyttö on erittäin epätoivottavaa, esimerkiksi sisään optiset kaapelit, jossa kaksi signaalitilaa tunnistetaan johdonmukaisesti - valo ja varjo.

Potentiaalisten koodien lisäksi verkoissa käytetään myös pulssikoodeja, jolloin dataa edustaa täysi pulssi tai osa siitä - reuna. Tämän lähestymistavan yksinkertaisin tapaus on bipolaarinen pulssikoodi , jossa yhtä edustaa yhden napaisuuden pulssi ja nollaa toisella (kuva 29, c). Jokainen pulssi kestää puoli lyöntiä. Tällä koodilla on erinomainen itsesynkronoituva ominaisuudet, mutta vakiokomponentti voi olla läsnä esimerkiksi lähetettäessä pitkää ykkösten tai nollien sarjaa. Lisäksi sen spektri on laajempi kuin mahdollisilla koodeilla. Siten kaikkia nollia tai ykkösiä lähetettäessä koodin perusharmoninen taajuus on yhtä suuri kuin N Hz, joka on kaksi kertaa suurempi kuin NRZ-koodin perusharmoninen ja neljä kertaa suurempi kuin AMI-koodin perusharmoninen. kun lähetetään vuorottelevia ykkösiä ja nollia. Liian laajan spektrin vuoksi kaksinapaista pulssikoodia käytetään harvoin.

SISÄÄN paikalliset verkot Viime aikoihin asti yleisin koodausmenetelmä oli ns Manchesterin koodi (Kuva 29, d). Sitä käytetään Ethernet- ja Token Ring -tekniikoissa.

Manchester-koodi käyttää potentiaalieroa, eli pulssin reunaa, koodaamaan ykkösiä ja nollia. Manchester-koodauksella jokainen mitta on jaettu kahteen osaan. Tiedot koodataan mahdollisilla pudotuksilla, jotka tapahtuvat jokaisen kellojakson keskellä. Yksi on koodattu reunalla matalasta korkeaan signaalitasoon, ja nolla on koodattu kääntöreunalla. Jokaisen kellojakson alussa ylärajasignaali voi pudota, jos sinun on esitettävä useita ykkösiä tai nollia peräkkäin. Koska signaali muuttuu vähintään kerran yhden databitin lähetysjaksoa kohden, Manchester-koodi on hyvä itsesynkronoituva ominaisuuksia. Manchester-koodin kaistanleveys on kapeampi kuin bipolaarisen pulssin. Siinä ei myöskään ole tasavirtakomponenttia, ja perusharmoninen pahimmassa tapauksessa (lähetettäessä ykkösten tai nollien sarjaa) on N Hz:n taajuus ja parhaassa tapauksessa (lähettäessä vuorottelevia ykkösiä ja nollia) se on yhtä suuri kuin N / 2 Hz, kuten AMI tai NRZ Manchester-koodin kaistanleveys on keskimäärin puolitoista kertaa kapeampi kuin kaksinapaisen pulssikoodin, ja perusharmoninen vaihtelee arvon 3N/4 ympärillä. Manchester-koodilla on toinen etu kaksisuuntaiseen pulssikoodiin verrattuna. Jälkimmäinen käyttää tiedonsiirtoon kolmea signaalitasoa, kun taas Manchesterissa kahta.

Kuvassa 29, d näyttää potentiaalikoodin, jossa on neljä signaalitasoa datan koodausta varten. Tämä on 2B1Q-koodi, jonka nimi heijastaa sen olemusta - joka toinen bitti (2B) lähetetään yhdessä kellojaksossa nelitilaisella signaalilla (1Q). Bittipari 00 vastaa potentiaalia -2,5 V, bittipari 01 vastaa potentiaalia -0,833 V, pari 11 vastaa potentiaalia +0,833 V ja pari 10 vastaa potentiaalia +2,5 V. Tällä koodauksella Tässä menetelmässä tarvitaan lisätoimenpiteitä identtisten bittiparien pitkien sekvenssien torjumiseksi, koska tällöin signaali muuttuu vakiokomponentiksi. Bittien satunnaislomituksella signaalispektri on kaksi kertaa kapeampi kuin NRZ-koodilla, koska samalla bittinopeudella kellon kesto kaksinkertaistuu. Siten käyttämällä 2B1Q-koodia voit siirtää tietoja saman linjan yli kaksi kertaa nopeammin kuin AMI- tai NRZI-koodilla. Sen toteuttamiseksi lähettimen tehon on kuitenkin oltava suurempi, jotta vastaanotin erottaa nämä neljä tasoa selvästi häiriötaustalla.

Sivu 27 alkaen 27 Tiedonsiirron fyysinen perusta(viestintälinjat,)

Tiedonsiirron fyysinen perusta

Kaiken verkkotekniikan on varmistettava luotettava ja nopea erillisen tiedon siirto tietoliikennelinjoja pitkin. Vaikka teknologioiden välillä on suuria eroja, ne perustuvat yhteisiin diskreetin tiedonsiirron periaatteisiin. Nämä periaatteet sisältyvät menetelmiin binääristen ykkösten ja nollien esittämiseksi käyttämällä pulssi- ​​tai sinimuotoisia signaaleja erilaisissa fyysisissä tietoliikennelinjoissa, virheiden havaitsemis- ja korjausmenetelmissä, pakkausmenetelmissä ja kytkentämenetelmissä.

Linjatviestintää

Ensisijaiset verkot, linjat ja viestintäkanavat

Kun kuvataan tekninen järjestelmä, joka välittää tietoa verkkosolmujen välillä, kirjallisuudesta löytyy useita nimiä: viestintälinja, yhdistelmäkanava, kanava, linkki. Usein näitä termejä käytetään vaihtokelpoisina, ja monissa tapauksissa tämä ei aiheuta ongelmia. Samalla niiden käytössä on erityispiirteitä.

Linkki(linkki) on segmentti, joka tarjoaa tiedonsiirron kahden vierekkäisen verkkosolmun välillä. Eli linkki ei sisällä välikytkentä- ja multipleksointilaitteita.

kanava(kanava) tarkoittaa useimmiten sitä osaa linkin kaistanleveydestä, jota käytetään itsenäisesti kytkennän aikana. Esimerkiksi ensisijainen verkkolinkki voi koostua 30 kanavasta, joiden kunkin kapasiteetti on 64 Kbps.

Komposiittikanava(piiri) on polku verkon kahden päätesolmun välillä. Yhdistelmäkanava muodostuu yksittäisistä välilinkeistä ja kytkimien sisäisistä liitännöistä. Usein epiteetti "komposiitti" jätetään pois ja termiä "kanava" käytetään viittaamaan sekä yhdistelmäkanavaan että naapurisolmujen väliseen kanavaan eli linkin sisällä.

Viestintälinja voidaan käyttää synonyyminä mille tahansa muulle kolmelle termille.

Kuvassa kaksi tietoliikennelinjavaihtoehtoa näytetään. Ensimmäisessä tapauksessa ( A) linja koostuu useiden kymmenien metrien pituisesta kaapelisegmentistä ja on linkki. Toisessa tapauksessa (b) tietoliikennelinja on yhdistelmäkanava, joka on sijoitettu piirikytkentäiseen verkkoon. Tällainen verkosto voisi olla ensisijainen verkko tai puhelinverkkoon.

Kuitenkin varten tietokoneverkko tämä viiva edustaa linkkiä, koska se yhdistää kaksi vierekkäistä solmua ja kaikki kytkentävälilaitteet ovat läpinäkyviä näille solmuille. Syy keskinäiseen väärinkäsitykseen termien tasolla tietokoneasiantuntijoiden ja ensisijaisten verkkoasiantuntijoiden välillä on ilmeinen tässä.

Ensisijaiset verkot luodaan erityisesti tarjoamaan tiedonsiirtokanavapalveluita tietokone- ja puhelinverkkoille, joiden sanotaan tällaisissa tapauksissa toimivan ensisijaisten verkkojen "päällä" ja peittoverkot.

Viestintälinjojen luokitus

Viestintälinja koostuu yleensä fyysisestä välineestä, jonka kautta sähköiset informaatiosignaalit, tiedonsiirtolaitteet ja välilaitteet siirretään. Tiedonsiirron fyysinen väline (fyysinen tallennusväline) voi olla kaapeli eli joukko johtoja, eristäviä ja suojavaippeja ja liittimiä sekä maan ilmakehä tai ulkoavaruus, jonka läpi sähkömagneettiset aallot etenevät.

Ensimmäisessä tapauksessa puhumme langallinen ympäristö, ja toisessa - noin langaton.

Nykyaikaisissa tietoliikennejärjestelmissä tiedot välitetään käyttäen sähkövirta tai jännite, radiosignaalit tai valosignaalit- kaikki nämä fysikaaliset prosessit edustavat eri taajuuksien sähkömagneettisen kentän värähtelyjä.

Langalliset (ilmajohdot). liitännät ovat johtoja ilman eristävää tai suojapunosta, jotka on asetettu pylväiden väliin ja roikkuvat ilmassa. Jopa lähimenneisyydessä tällaiset viestintälinjat olivat tärkeimmät puhelin- tai lennätinsignaalien lähettämisessä. Nykyään kiinteät tietoliikennelinjat korvataan nopeasti kaapelilinjoilla. Mutta joissakin paikoissa niitä on edelleen säilytetty, ja muiden mahdollisuuksien puuttuessa niitä käytetään edelleen tietokonetietojen välittämiseen. Näiden linjojen nopeus ja melunsieto jättävät paljon toivomisen varaa.

Kaapelilinjat on melko monimutkainen rakenne. Kaapeli koostuu johtimista, jotka on suljettu useisiin eristyskerroksiin: sähköinen, sähkömagneettinen, mekaaninen ja mahdollisesti ilmastollinen. Lisäksi kaapeli voidaan varustaa liittimillä, joiden avulla voit nopeasti liittää siihen erilaisia ​​laitteita. Tietokone- (ja tietoliikenne) verkoissa käytetään kolmea päätyyppiä: kaapelit, jotka perustuvat kuparilankojen kierrettyihin pareihin - suojaamaton kierretty pari(suojaamaton kierretty pari, UTP) ja suojattu kierretty pari(Suojattu kierretty pari, STP), koaksiaalikaapelit kupariytimellä, valokuitukaapelit. Kahta ensimmäistä kaapelityyppiä kutsutaan myös kuparikaapelit.

Radiokanavat Maanpäällinen ja satelliittiviestintä muodostetaan radioaaltolähettimen ja -vastaanottimen avulla. Radiokanavia on monenlaisia, ja ne eroavat toisistaan ​​sekä käytetyn taajuusalueen että kanava-alueen osalta. Radiotaajuuksien lähetys(pitkät, keskipitkät ja lyhyet aallot), kutsutaan myös AM-bändit, tai amplitudimodulaatioalueet (Amplitude Modulation, AM), tarjoavat pitkän matkan tiedonsiirtoa, mutta alhaisella tiedonsiirtonopeudella. Nopeimmat kanavat ovat niitä, jotka käyttävät erittäin korkeat taajuusalueet(Very High Frequency, VHF), johon käytetään taajuusmodulaatiota (FM). Käytetään myös tiedonsiirtoon ultrakorkeat taajuusalueet(Ultra High Frequency, UHF), kutsutaan myös mikroaaltouunin nauhat(yli 300 MHz). Yli 30 MHz:n taajuuksilla signaalit eivät enää heijastu maan ionosfääriin, ja vakaa viestintä edellyttää suoraa näkyvyyttä lähettimen ja vastaanottimen välillä. Siksi tällaisia ​​taajuuksia käyttävät joko satelliittikanavat tai radiorelekanavat tai paikalliset tai matkapuhelinverkot, jos tämä ehto täyttyy.

2 Fyysisen kerroksen toiminnot Bittien esitys sähköisillä/optisilla signaaleilla Bittien koodaus Bittien synkronointi Bittien lähetys/vastaanotto fyysisiä viestintäkanavia pitkin Koordinointi fyysisen ympäristön kanssa Lähetysnopeus Alue Signaalitasot, liittimet Kaikissa verkkolaitteissa Laitteistototeutus (verkkosovittimet) ) Esimerkki: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohm, 100m, 10Mbit/s, MII-koodi, RJ-45

5 Tiedonsiirtolaitteet Muunnin Viesti - El. signaali Enkooderi (pakkaus, korjauskoodit) Modulaattori Välilaitteet Viestinnän laadun parantaminen - (Vahvistin) -Yhdistelmäkanavan luominen - (Switch) Kanavan multipleksointi - (Multiplekseri) (PA saattaa puuttua lähiverkosta)

6 Tietoliikennelinjojen pääominaisuudet Suorituskyky (protokolla) Tiedonsiirron luotettavuus (protokolla) Etenemisviive Amplitudi-taajuusvaste (AFC) Kaistanleveys Vaimennus Melunsieto Ylikuuluminen linjan lähipäässä Yksikköhinta

9 Vaimennus A – yksi piste taajuusvasteessa A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin desiBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin desiBel (dB) q Esimerkki 1: Pin = 10 mW , Turska = 5 mW Vaimennus = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Esimerkki 2: UTP cat 5 Vaimennus >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Tyypillisesti A on merkitty signaalin perustaajuudelle = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Tyypillisesti A on merkitty pääsignaalin taajuudelle">

11 Häiriönsieto Kuituoptiset johdot Kaapelijohdot Langalliset ilmajohdot Radiolinjat (suojaus, kiertymä) Ulkoisten häiriöiden sieto Sisäisten häiriöiden sieto Lähipään ylikuulumisen vaimennus (NEXT) Kaukopään ylikuulumisen vaimennus (FEXT) (FEXT - kaksi paria yhteen suuntaan )

12 Near End Cross Talk loss – NEXT Moniparisille kaapeleille NEXT = 10 log Pout/Pin dB SEURAAVA = SEURAAVA (P) UTP 5: SEURAAVA

13 Tiedonsiirron luotettavuus Bit Error Rate – BER Databittien vioittumisen todennäköisyys Syyt: ulkoiset ja sisäiset häiriöt, kapea kaistanleveys Taistelu: melunsietokyvyn lisääminen, NEXT-häiriöiden vähentäminen, kaistanleveyden lisääminen Kierretty pari BER ~ Valokuitukaapeli BER ~ Ei muita suojakeinoja :: korjaavat koodit, protokollat ​​toistolla

16 Kierretty pari Kierretty pari (TP) folioverkko punottu lanka eristetty lanka ulkovaippa UTP Suojaamaton kierretty pari, luokka 1, UTP-kissaparit suojuksessa STP suojattu kierretty pari Tyypit 1…9 Jokaisella parilla on oma näyttö Jokaisella parilla on oma porras käänteitä, oma värisi Melunsieto Kustannus Asennuksen monimutkaisuus

18 Kuituoptiikka Säteen sisäinen kokonaisheijastus kahden väliaineen rajapinnassa n1 > n2 - (taitekerroin) n1 n2 n2 - (taitekerroin) n1 n2"> n2 - (taitekerroin) n1 n2"> n2 - (taitekerroin) n1 n2" title="18 Kuituoptiikka Säteen kokonaisheijastus kahden rajalla media n1 > n2 - (taitekerroin) n1 n2"> title="18 Kuituoptiikka Säteen sisäinen kokonaisheijastus kahden väliaineen rajapinnassa n1 > n2 - (taitekerroin) n1 n2"> !}

22 Valokuitukaapeli Monimuotokuitu MMF50/125, 62.5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km – 1 Gbit/s (2005)

23 Optiset signaalilähteet Kanava: lähde - kantoaalto - vastaanotin (ilmaisin) Lähteet LED (Light Emitting Diode) nm epäkoherentti lähde - MMF Puolijohdelaser koherentti lähde - SMF - Teho = f (t o) Ilmaisimet Valodiodit, pin-diodit, lumivyörydiodit

25 strukturoitua kaapelointijärjestelmää - SCS First LAN -verkot - erilaisia ​​kaapeleita ja topologiat SCS-kaapelijärjestelmän yhtenäistäminen - avoin LAN-kaapeliinfrastruktuuri (alijärjestelmät, komponentit, rajapinnat) - riippumattomuus verkkotekniikkaa- LAN-kaapelit, TV, turvajärjestelmät jne. - yleiskaapelointi ilman viittausta tiettyyn verkkotekniikkaan - Rakentaja

27 SCS-standardit (perus) EIA/TIA-568A Liikerakennusten televiestinnän johdotusstandardi (USA) CENELEC EN50173 Yleisten kaapelointijärjestelmien suorituskykyvaatimukset (Eurooppa) ISO/IEC IS Tietotekniikka - Yleinen kaapelointi asiakastilojen kaapelointiin Jokaiselle alajärjestelmälle: Tiedonsiirtoväline . Topologia Sallitut etäisyydet (kaapelipituudet) Käyttöliittymä. Kaapelit ja liitäntälaitteet. Suorituskyky (Suorituskyky). Asennuskäytäntö (Vaaka-alajärjestelmä - UTP, tähti, 100 m...)

28 Langaton tiedonsiirto Langaton tiedonsiirto Edut: mukavuus, vaikeapääsyiset alueet, liikkuvuus. nopea käyttöönotto... Haitat: korkea häiriötaso ( erityisiä keinoja: koodit, modulaatio...), joidenkin alueiden käytön monimutkaisuus Tiedonsiirtolinja: lähetin - väline - vastaanotin LAN-ominaisuudet ~ F(Δf, fн);

34 2. Matkapuhelinliikenne Alueen jakaminen soluihin Taajuuksien uudelleenkäyttö Pieni teho (mitat) Keskustassa - tukiasema Eurooppa - Global System for Mobile - GSM Wireless puhelinviestintä 1. Pienitehoinen radioasema - (luuri-tukiasema, 300 m) DECT Digital European Cordless Telecommunication Roaming - vaihto yhdestä ydinverkkoon toiselle - pohja matkapuhelinviestintä

35 Satelliittiyhteys Perustuu satelliittiin (heijastin-vahvistin) · Lähettimet - transponderit H~50 MHz (1 satelliitti ~ 20 transponderia) Taajuusalueet: C. Ku, Ka C - Alas 3,7 - 4,2 GHz Ylös 5,925-6,425 GHz Ku - Alas 11,7- 12,2 GHz ylös 14,0–14,5 GHz Ka - alas 17,7–21,7 GHz ylös 27,5–30,5 GHz

36 Satelliittiviestintä. Satelliittityypit Satelliittiviestintä: mikroaaltouuni - näkökenttä Geostationaarinen Suuri peitto Kiinteä, Vähän kuluva Toistinsatelliitti, lähetys, alhainen hinta, hinta ei riipu etäisyydestä, Välittömän yhteyden muodostaminen (Mil) Tz=300ms Matala turvallisuus, Aluksi suuri antenni (mutta VSAT) Keskirata km Global Positioning System GPS - 24 satelliittia Matala kiertorata km matala peitto matala latenssi Internet-yhteys

40 Spread Spectrum Techniques Erityiset modulaatio- ja koodaustekniikat langaton kommunikaatio C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Tehonvaimennus Melunsieto Stealth OFDM, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Fyysistä koodausta käytetään kahta päätyyppiä - sinimuotoiseen kantoaaltosignaaliin (analoginen modulaatio) ja suorakulmaisten pulssien sarjaan (digitaalinen koodaus) perustuen.

Analoginen modulaatio - diskreetin datan siirtämiseen kapeakaistaisella kanavalla - puhelinverkkojen äänitaajuuskanava (kaistanleveys 300 - 3400 Hz) Laite, joka suorittaa moduloinnin ja demoduloinnin - modeemi.

Analogiset modulaatiomenetelmät

n amplitudimodulaatio (alhainen kohinansieto, käytetään usein yhdessä vaihemodulaation kanssa);

n taajuusmodulaatio (monimutkainen tekninen toteutus, käytetään yleensä hitaissa modeemeissa).

n-vaiheinen modulaatio.

Moduloitu signaalispektri

Potentiaalinen koodi- jos diskreettiä dataa lähetetään nopeudella N bittiä sekunnissa, niin spektri koostuu nollataajuisesta vakiokomponentista ja äärettömästä sarjasta harmonisia taajuuksilla f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., missä f0 = N /2. Näiden harmonisten amplitudit pienenevät hitaasti - kertoimilla 1/3, 1/5, 1/7, ... amplitudista f0. Tuloksena olevan potentiaalikoodisignaalin spektri, kun lähetetään mielivaltaista dataa, varaa kaistan tietystä arvosta, joka on lähellä 0:ta noin 7f0:aan. Puhetaajuuskanavalla siirtonopeuden yläraja saavutetaan tiedonsiirtonopeudella 971 bittiä sekunnissa, ja alarajaa ei voida hyväksyä millekään nopeudelle, koska kanavan kaistanleveys alkaa 300 Hz:stä. Toisin sanoen potentiaalikoodeja ei käytetä puhetaajuuskanavilla.

Amplitudimodulaatio- spektri koostuu siniaalisesta kantoaaltotaajuudesta fc ja kahdesta sivuharmonisesta fc+fm ja fc-fm, missä fm on siniaallon informaatioparametrin muutostaajuus, joka vastaa tiedonsiirtonopeutta kahta amplitudia käytettäessä tasot. Fm-taajuus määrittää linjakapasiteetin tätä menetelmää koodaus. Pienellä modulaatiotaajuudella signaalin spektrin leveys on myös pieni (saa kuin 2 fm), eikä linja vääristä signaaleja, jos kaistanleveys on suurempi tai yhtä suuri kuin 2 fm. Puhetaajuuskanavalle tämä menetelmä on hyväksyttävä tiedonsiirtonopeudella, joka on enintään 3100/2 = 1550 bittiä sekunnissa.

Vaihe- ja taajuusmodulaatio- spektri on monimutkaisempi, mutta symmetrinen, ja siinä on suuri määrä nopeasti väheneviä harmonisia. Nämä menetelmät soveltuvat lähetettäväksi puhetaajuuskanavalla.

Quadrate Amplitude Modulation - vaihemodulaatio 8 vaihesiirtoarvolla ja amplitudimodulaatio 4 amplitudiarvolla. Kaikkia 32 signaaliyhdistelmää ei käytetä.

Digitaalinen koodaus

Mahdolliset koodit– loogisten ykkösten ja nollien esittämiseen käytetään vain signaalipotentiaalin arvoa, eikä sen pudotuksia, jotka muodostavat valmiita pulsseja, oteta huomioon.

Pulssikoodit– esittää binääridataa joko tietyn polariteetin pulsseina tai osana pulssia - potentiaalierona tiettyyn suuntaan.

Digitaalisen koodausmenetelmän vaatimukset:

Samalla bittinopeudella sillä oli tuloksena olevan signaalin pienin spektrileveys (kapeampi signaalispektri mahdollistaa suuremman tiedonsiirtonopeuden samalla linjalla; vaatimus on myös vakiokomponentin puuttuminen, on läsnäolo tasavirta lähettimen ja vastaanottimen välillä);

Edellyttäen synkronointia lähettimen ja vastaanottimen välillä (vastaanottimen on tiedettävä tarkalleen, millä hetkellä lukea tarvittavat tiedot linjasta, paikallisissa järjestelmissä - kellolinjat, verkoissa - itsesynkronoituvat koodit, joiden signaalit kuljettavat ohjeita lähetin siitä, millä hetkellä on tarpeen suorittaa seuraavan bitin tunnistus);

Hänellä oli kyky tunnistaa virheet;

Sen toteutuskustannukset olivat alhaiset.

Potentiaalinen koodi ilman nollaan paluuta. NRZ (ei paluuta nollaan). Signaali ei palaa nollaan kellojakson aikana.

Se on helppo toteuttaa, siinä on hyvä virheiden tunnistus kahdesta jyrkästi erilaisesta signaalista, mutta sillä ei ole synkronointiominaisuutta. Lähetettäessä pitkä sarja nollia tai ykkösiä, signaali linjalla ei muutu, joten vastaanotin ei voi määrittää, milloin tiedot on luettava uudelleen. Toinen haittapuoli on matalataajuisen komponentin läsnäolo, joka lähestyy nollaa lähetettäessä pitkiä ykkösten ja nollien sarjoja. Koodia käytetään harvoin puhtaassa muodossaan, siihen käytetään muunnelmia. Houkuttelevuus - matala taajuus perusharmoninen f0 = N /2.

Bipolaarinen koodausmenetelmä vaihtoehtoisella inversiolla. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), muunnos NRZ-menetelmästä.

Nollan koodaamiseen käytetään nollapotentiaalia, looginen yksikkö koodataan joko positiivisella tai negatiivisella potentiaalilla, jolloin jokaisen seuraavan yksikön potentiaali on vastakkainen edellisen potentiaalin kanssa. Poistaa osittain jatkuvan komponentin ja itsesynkronoinnin puutteen ongelmat. Jos lähetetään pitkä yksikkösekvenssi, moninapaisten pulssien sekvenssi, jolla on sama spektri kuin NRZ-koodilla, joka lähettää vuorottelevien pulssien sekvenssin, eli ilman vakiokomponenttia ja perusharmonista N/2. Yleensä AMI:n käyttö johtaa kapeampaan spektriin kuin NRZ ja siten suurempaan linkin kapasiteettiin. Esimerkiksi kun lähetetään vuorottelevia nollia ja ykkösiä, perusharmonisen f0 taajuus on N/4. Virheelliset lähetykset voidaan tunnistaa, mutta luotettavan vastaanoton varmistamiseksi on tehoa nostettava noin 3 dB, koska signaalitason säätöjä käytetään.

Potentiaalinen koodi inversiolla yksi. (Non Return to Zero ykkösillä Inverted, NRZI) AMI-tyyppinen koodi kahdella signaalitasolla. Nollaa lähetettäessä lähetetään edellisen jakson potentiaali ja ykköstä lähetettäessä potentiaali käännetään päinvastaiseksi. Koodi on kätevä tapauksissa, joissa kolmannen tason käyttö ei ole toivottavaa (optinen kaapeli).

AMI:n, NRZI:n parantamiseen käytetään kahta menetelmää. Ensimmäinen on redundanttien yksiköiden lisääminen koodiin. Itsesynkronoinnin ominaisuus ilmestyy, vakiokomponentti katoaa ja spektri kapenee, mutta hyötysuhde pienenee.

Toinen tapa on "sekoittaa" alkutiedot niin, että ykkösten ja nollien esiintymisen todennäköisyys riville tulee lähelle - sekoitus. Molemmat menetelmät ovat loogista koodausta, koska ne eivät määritä linjalla olevien signaalien muotoa.

Bipolaarinen pulssikoodi. Yhtä edustaa yhden napaisuuden pulssi ja nollaa toisella. Jokainen pulssi kestää puoli lyöntiä.

Koodilla on erinomaiset itsesynkronointiominaisuudet, mutta lähetettäessä pitkää nolla- tai ykkösjonoa voi olla vakiokomponentti. Spektri on laajempi kuin mahdollisilla koodeilla.

Manchesterin koodi. Yleisin käytetty koodi Ethernet-verkot, Token Ring.

Jokainen toimenpide on jaettu kahteen osaan. Tiedot koodataan potentiaalisilla pudotuksilla, jotka tapahtuvat kellojakson keskellä. Yksi koodataan putoamalla matalalta signaalitasolta korkeaan, ja nolla koodataan käänteisellä pudouksella. Jokaisen kellojakson alussa voi tapahtua palvelusignaalin pudotus, jos useita ykkösiä tai nollia on esitettävä peräkkäin. Koodilla on erinomaiset itsesynkronointiominaisuudet. Kaistanleveys on kapeampi kuin bipolaarisella pulssilla, vakiokomponenttia ei ole ja perusharmonisen taajuus on pahimmassa tapauksessa N ja parhaimmillaan N/2.

Mahdollinen koodi 2B1Q. Joka kaksi bittiä lähetetään yhdessä kellojaksossa nelitilasignaalilla. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Pitkien identtisten bittiparien sekvenssien käsittelyyn tarvitaan lisäkeinoja. Bittien satunnaisella vuorottelulla spektri on kaksi kertaa kapeampi kuin NRZ:llä, koska samalla bittinopeudella kellon kesto kaksinkertaistuu, eli dataa voidaan lähettää saman linjan yli kaksi kertaa nopeammin kuin käyttämällä AMI, NRZI , mutta tarvitaan korkeajännite lähetin.

Looginen koodaus

Suunniteltu parantamaan mahdollisia koodeja, kuten AMI, NRZI, 2B1Q, korvaamalla pitkät bittisekvenssit, jotka johtavat jatkuvaan potentiaaliin, välissä olevilla yksiköillä. Käytetään kahta menetelmää - redundanttikoodausta ja sekoitusta.

Ylimääräiset koodit perustuvat alkuperäisen bittisekvenssin jakamiseen osiin, joita usein kutsutaan symboleiksi, minkä jälkeen jokainen alkuperäinen symboli korvataan uudella, jossa on enemmän bittejä kuin alkuperäisessä.

4B/5B-koodi korvaa 4-bittiset sekvenssit 5-bittisillä sarjoilla. Sitten 16 bitin yhdistelmän sijasta saat 32. Näistä valitaan 16, jotka eivät sisällä suurta määrää nollia, loput katsotaan koodirikkomuksiksi. DC-komponentin eliminoinnin ja koodin itsesynkronoinnin lisäksi redundantit koodit antavat vastaanottimen tunnistaa vioittuneet bitit. Jos vastaanotin vastaanottaa kiellettyjä koodeja, se tarkoittaa, että signaali on vääristynyt linjalla.

Tämä koodi lähetetään linjan yli käyttämällä fyysistä koodausta käyttämällä potentiaalista koodausmenetelmää, joka on herkkä vain pitkille nollasarjoille. Koodi takaa, että rivillä ei ole enempää kuin kolme nollaa peräkkäin. On muitakin koodeja, kuten 8B/6T.

Määritellyn suorituskyvyn varmistamiseksi lähettimen on toimittava korkeammalla kellotaajuudella (100 Mb/s - 125 MHz). Signaalispektri laajenee alkuperäiseen verrattuna, mutta jää kapeammaksi kuin Manchesterin koodispektri.

Scrambling - tietojen sekoittaminen sekoituslaitteella ennen lähettämistä linjalta.

Sekoitusmenetelmät sisältävät tuloskoodin bittikohtaisen laskennan lähdekoodin bittien ja aiemmissa kellojaksoissa saatujen tuloskoodin bittien perusteella. Esimerkiksi,

B i = A i x tai B i -3 x tai B i -5,

missä B i on sekoituslaitteen i:nnellä kellojaksolla saadun koodin binäärinumero, A i on i:nnellä kellojaksolla sekoittimen sisääntulossa vastaanotetun lähdekoodin binäärinumero, B i -3 ja B i -5 ovat tuloksena olevan koodin binäärinumeroita, jotka on saatu aikaisemmissa työjaksoissa.

Sekvenssille 110110000001 sekoituslaite antaa 110001101111, eli kuuden peräkkäisen nollan sekvenssiä ei ole.

Vastaanotettuaan tuloksena olevan sekvenssin, vastaanotin lähettää sen salauksenpurkijalle, joka käyttää käänteistä muunnosta

C i = B i x tai B i-3 x tai B i-5,

Erilaiset sekoitusjärjestelmät eroavat toisistaan ​​termien lukumäärän ja niiden välisen siirtymän osalta.

Siellä on lisää yksinkertaisia ​​menetelmiä nollien tai ykkösten sekvenssien torjunta, jotka myös luokitellaan sekoitusmenetelmiksi.

Bipolar AMI:n parantamiseksi käytetään seuraavia:

B8ZS (Bipolar with 8-zeros Substitution) – korjaa vain 8 nollasta koostuvat sekvenssit.

Tätä varten hän lisää kolmen ensimmäisen nollan jälkeen jäljellä olevien viiden sijasta viisi signaalia V-1*-0-V-1*, missä V tarkoittaa yhtä signaalia, joka on kielletty tietyllä napaisuusjaksolla, eli signaali, joka ei muuta edellisen napaisuutta, 1* - yksikkösignaali on oikean napaisuuden ja tähtimerkki merkitsee sitä, että lähdekoodissa ei ollut tässä kellojaksossa yksikköä, vaan nolla . Tämän seurauksena 8 kellojaksolla vastaanotin havaitsee 2 vääristymää - on erittäin epätodennäköistä, että tämä tapahtui linjan kohinan vuoksi. Siksi vastaanotin pitää tällaisia ​​rikkomuksia kahdeksan peräkkäisen nollan koodauksena. Tässä koodissa vakiokomponentti on nolla mille tahansa binäärinumerosarjalle.

HDB3-koodi korjaa kaikki neljä peräkkäistä nollaa alkuperäisessä järjestyksessä. Joka neljäs nolla korvataan neljällä signaalilla, joissa V-signaaleja on yksi. DC-komponentin vaimentamiseksi V-signaalin napaisuutta vaihdetaan peräkkäisissä vaihdoissa. Lisäksi korvaamiseen käytetään kahta neljän syklin koodimallia. Jos ennen vaihtamista lähde sisälsi parittoman määrän yksiköitä, käytetään sekvenssiä 000V ja jos yksiköiden määrä oli parillinen, käytetään sekvenssiä 1*00V.

Parannetuilla potentiaalikoodeilla on melko kapea kaistanleveys kaikille nollien ja ykkösten sarjoille, joita esiintyy lähetetyssä datassa.

Kun siirretään erillistä dataa viestintäkanavien kautta, käytetään kahta päätyyppiä fyysistä koodausta - perustuen sinimuotoinen kantoaaltosignaali ja perustuu suorakulmaisten pulssien sarjaan. Ensimmäistä menetelmää kutsutaan usein myös modulaatioksi tai analogiseksi modulaatioksi, mikä korostaa sitä tosiasiaa, että koodaus suoritetaan muuttamalla analogisen signaalin parametreja. Toista menetelmää kutsutaan yleensä digitaaliseksi koodaukseksi. Nämä menetelmät eroavat tuloksena olevan signaalin spektrin leveydestä ja niiden toteuttamiseen tarvittavien laitteiden monimutkaisuudesta.
Analoginen modulaatio käytetään diskreetin datan siirtämiseen kapealla taajuuskaistalla olevilla kanavilla, joiden tyypillinen edustaja on yleisten puhelinverkkojen käyttäjille tarjottava puhetaajuuskanava. Tyypillinen puhetaajuuskanavan amplitudi-taajuusvaste on esitetty kuvassa. 2.12. Tämä kanava lähettää taajuuksia alueella 300 - 3400 Hz, joten sen kaistanleveys on 3100 Hz. Laitetta, joka suorittaa kantoaallon sinimodulaation lähetyspuolella ja demoduloinnin vastaanottopuolella, kutsutaan modeemiksi (modulaattori - demodulaattori).
Analogiset modulaatiomenetelmät
Analoginen modulaatio on fyysinen koodausmenetelmä, jossa informaatio koodataan muuttamalla sinimuotoisen kantoaaltosignaalin amplitudia, taajuutta tai vaihetta.
Kaavio (Kuva 2.13, a) esittää alkuperäisen tiedon bittijonoa, jota edustavat loogisen yksikön korkean tason potentiaalit ja loogisen nollan nollatason potentiaalit. Tätä koodausmenetelmää kutsutaan potentiaaliseksi koodiksi, jota käytetään usein siirrettäessä tietoja tietokoneyksiköiden välillä.
Amplitudimodulaatiolla (kuva 2.13, b) kantoaaltotaajuussiniaallon amplitudista valitaan yksi taso loogiselle yksikölle ja toinen loogiselle nollalle. Tätä menetelmää käytetään harvoin puhtaassa muodossaan käytännössä alhaisen kohinansietokyvyn vuoksi, mutta sitä käytetään usein yhdessä toisen tyyppisen modulaation - vaihemodulaation - kanssa.
Taajuusmoduloinnilla (kuva 2.13, c) lähdetietojen arvot 0 ja 1 välitetään sinimuotoisilla eri taajuuksilla - f0 ja f1. Tämä modulointimenetelmä ei vaadi monimutkaisia ​​piirejä modeemeissa, ja sitä käytetään tyypillisesti hitaissa modeemeissa, jotka toimivat 300 tai 1200 bps:n nopeudella.
Vaihemodulaatiolla data-arvot 0 ja 1 vastaavat samalla taajuudella, mutta eri vaiheilla olevia signaaleja, esimerkiksi 0 ja 180 astetta tai 0,90,180 ja 270 astetta.
Nopeat modeemit käyttävät usein yhdistettyjä modulaatiomenetelmiä, yleensä amplitudia yhdistettynä vaiheeseen.
Kun käytetään suorakaiteen muotoisia pulsseja diskreetin tiedon lähettämiseen, on valittava koodausmenetelmä, joka saavuttaa samanaikaisesti useita päämääriä:
· sillä oli tuloksena olevan signaalin pienin spektrileveys samalla bittinopeudella;
· varmistettu synkronointi lähettimen ja vastaanottimen välillä;
· kyky tunnistaa virheet;
· oli alhaiset myyntikustannukset.
Kapeampi signaalispektri mahdollistaa yhden ja saman linjan (samalla kaistanleveydellä) suuremman tiedonsiirtonopeuden saavuttamisen. Lisäksi signaalispektriltä vaaditaan usein, että siinä ei ole DC-komponenttia, toisin sanoen DC-virran läsnäolo lähettimen ja vastaanottimen välillä. Erityisesti erilaisten muuntajien galvaanisten eristyspiirien käyttö estää tasavirran kulkeutumisen.
Lähettimen ja vastaanottimen synkronointi on välttämätöntä, jotta vastaanotin tietää tarkalleen, milloin on tarpeen lukea uutta tietoa viestintälinjasta.
Vääristyneen tiedon tunnistaminen ja korjaaminen on vaikeasti suoritettavissa fyysisen kerroksen avulla, joten useimmiten tämä työ tehdään yllä olevilla protokollilla: kanava, verkko, kuljetus tai sovellus. Toisaalta virheiden tunnistus päällä fyysinen taso säästää aikaa, koska vastaanotin ei odota kehyksen sijoittumista kokonaan puskuriin, vaan hylkää sen heti, kun se tunnistaa virheellisiä bittejä kehyksessä.
Koodausmenetelmien vaatimukset ovat keskenään ristiriitaisia, joten jokaisella alla käsitellyllä suositulla digitaalisella koodausmenetelmällä on omat etunsa ja haittansa muihin verrattuna.