Base physique de la transmission des données. Méthodes de transmission de données au niveau physique. Base physique de la transmission des données

7. NIVEAU DE TRANSMISSION DES DONNÉES PHYSIQUES

7.2. Méthodes de transfert de données discrètes

Lors de la transmission de données discrètes sur des canaux de communication, deux principaux types de codage physique sont utilisés : basé sur un signal porteur sinusoïdal et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première méthode est souvent appelée modulation ou modulation analogique , soulignant le fait que le codage s'effectue en modifiant les paramètres du signal analogique. La deuxième méthode s'appelle codage numérique . Ces méthodes diffèrent par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité des équipements nécessaires à leur mise en œuvre.

Lors de l'utilisation d'impulsions rectangulaires, le spectre du signal résultant est très large. L'utilisation d'une onde sinusoïdale entraîne un spectre plus étroit pour le même taux de transfert d'informations. Cependant, pour mettre en œuvre une modulation, un équipement plus complexe et plus coûteux est nécessaire que pour mettre en œuvre des impulsions rectangulaires.

Actuellement, de plus en plus de données qui étaient à l'origine sous forme analogique - parole, images de télévision - sont transmises sur des canaux de communication sous forme discrète, c'est-à-dire sous la forme d'une séquence de uns et de zéros. Le processus de représentation d'informations analogiques sous forme discrète est appelé modulation discrète .

La modulation analogique est utilisée pour transmettre des données discrètes sur des canaux à bande de fréquence étroite - canal voix-fréquence (réseaux téléphoniques publics). Ce canal transmet des fréquences comprises entre 300 et 3 400 Hz, sa bande passante est donc de 3 100 Hz.

Un dispositif qui remplit les fonctions de modulation sinusoïdale porteuse côté émission et de démodulation côté réception est appelé modem (modulateur-démodulateur).

La modulation analogique est une méthode de codage physique dans laquelle les informations sont codées en modifiant l'amplitude, la fréquence ou la phase d'un signal sinusoïdal. fréquence porteuse(Fig. 27).

À la modulation d'amplitude (Fig. 27, b) pour une unité logique, un niveau d'amplitude de la sinusoïde de fréquence porteuse est sélectionné, et pour un zéro logique, un autre. Cette méthode est rarement utilisée sous sa forme pure dans la pratique en raison de sa faible immunité au bruit, mais elle est souvent utilisée en combinaison avec un autre type de modulation - la modulation de phase.

À modulation de fréquence (Fig. 27, c) les valeurs 0 et 1 des données sources sont transmises par des sinusoïdes de fréquences différentes - f 0 et f 1,. Cette méthode de modulation ne nécessite pas de circuits complexes dans les modems et est généralement utilisée dans les modems bas débit fonctionnant à 300 ou 1 200 bps.

À modulation de phase (Fig. 27, d) les valeurs de données 0 et 1 correspondent à des signaux de même fréquence, mais avec des phases différentes, par exemple 0 et 180 degrés ou 0, 90, 180 et 270 degrés.

Les modems haut débit utilisent souvent des méthodes de modulation combinées, généralement en amplitude et en phase.

Riz. 27. Divers types modulation

Le spectre du signal modulé résultant dépend du type et de la vitesse de modulation.

Pour le codage potentiel, le spectre est directement obtenu à partir des formules de Fourier de la fonction périodique. Si des données discrètes sont transmises à un débit binaire de N bit/s, alors le spectre est constitué d'une composante constante de fréquence nulle et d'une série infinie d'harmoniques de fréquences f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ..., où f 0 = N/2. Les amplitudes de ces harmoniques diminuent assez lentement - avec des coefficients de 1/3, 1/5, 1/7, ... à partir de l'amplitude de l'harmonique f 0 (Fig. 28, a). En conséquence, le spectre du code potentiel nécessite une large bande passante pour une transmission de haute qualité. De plus, il faut tenir compte du fait qu’en réalité le spectre du signal change constamment en fonction de la nature des données. Par conséquent, le spectre du signal de code potentiel résultant lors de la transmission de données arbitraires occupe une bande allant d'une certaine valeur proche de 0 Hz à environ 7f 0 (les harmoniques avec des fréquences supérieures à 7f 0 peuvent être négligées en raison de leur faible contribution au signal résultant). Pour un canal vocal, la limite supérieure du codage potentiel est atteinte à un débit de données de 971 bps. De ce fait, les codes potentiels sur les canaux vocaux ne sont jamais utilisés.

Avec la modulation d'amplitude, le spectre est constitué d'une onde sinusoïdale de la fréquence porteuse f avec et deux harmoniques latérales : (f c + f m) et ( F c- F m), où F m – fréquence de changement du paramètre d'information de la sinusoïde, qui coïncide avec le taux de transmission des données lors de l'utilisation de deux niveaux d'amplitude (Fig. 28, b). Fréquence f m détermine la capacité de ligne pour une méthode de codage donnée. À une faible fréquence de modulation, la largeur du spectre du signal sera également petite (égale à 2f m ), donc les signaux ne seront pas déformés par une ligne si sa bande passante est supérieure ou égale à 2f m . Pour un canal à fréquence vocale, cette méthode de modulation est acceptable à un taux de transfert de données ne dépassant pas 3 100/2 = 1 550 bps. Si 4 niveaux d'amplitude sont utilisés pour présenter les données, la capacité du canal augmente jusqu'à 3 100 bps.

Riz. 28. Spectres de signaux lors du codage potentiel

et modulation d'amplitude

Avec la modulation de phase et de fréquence, le spectre du signal est plus complexe qu'avec la modulation d'amplitude, car plus de deux harmoniques latérales se forment ici, mais elles sont également situées symétriquement par rapport à la fréquence porteuse principale et leurs amplitudes diminuent rapidement. Par conséquent, ces types de modulation conviennent également bien à la transmission de données sur un canal vocal.

Lors du codage numérique d'informations discrètes, des codes de potentiel et d'impulsion sont utilisés. Dans les codes de potentiel, seule la valeur potentielle du signal est utilisée pour représenter les uns et les zéros logiques, et ses bords ne sont pas pris en compte. Les codes d'impulsions vous permettent de représenter des données binaires soit sous forme d'impulsions d'une certaine polarité, soit dans le cadre d'une impulsion - une différence de potentiel dans une certaine direction.

Lorsqu'on utilise des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir une méthode de codage qui atteint simultanément plusieurs objectifs :

· avait la plus petite largeur de spectre du signal résultant au même débit binaire ;

· fourni une synchronisation entre l'émetteur et le récepteur ;

· avait la capacité de reconnaître les erreurs ;

· avait un prix de vente bas.

Un spectre de signaux plus étroit permet des taux de transfert de données plus élevés sur la même ligne. Souvent, le spectre du signal ne doit comporter aucune composante continue.

La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement à quel moment il est nécessaire de lire de nouvelles informations sur la ligne de communication. Ce problème est plus difficile à résoudre dans les réseaux que lors de l'échange de données entre des appareils proches, par exemple entre des unités à l'intérieur d'un ordinateur ou entre un ordinateur et une imprimante. Par conséquent, les réseaux utilisent des codes dits auto-synchronisés, dont les signaux transmettent des instructions à l'émetteur sur le moment où le bit suivant (ou plusieurs bits) doit être reconnu. Tout changement brusque du signal - ce qu'on appelle le front - peut constituer une bonne indication pour synchroniser le récepteur avec l'émetteur.

Lors de l'utilisation de sinusoïdes comme signal porteur, le code résultant a la propriété de s'autosynchroniser, car la modification de l'amplitude de la fréquence porteuse permet au récepteur de déterminer le moment où le code d'entrée apparaît.

Les exigences relatives aux méthodes de codage sont mutuellement contradictoires. Par conséquent, chacune des méthodes de codage numérique populaires décrites ci-dessous présente ses propres avantages et inconvénients par rapport aux autres.

En figue. 29, a montre la méthode de codage potentielle, également appelée codage sans revenir à zéro (Non Retour à zéro, NRZ) . Le nom de famille reflète le fait que lors de la transmission d'une séquence de uns, le signal ne revient pas à zéro pendant le cycle d'horloge. La méthode NRZ est facile à mettre en œuvre, a une bonne reconnaissance des erreurs (dues à deux potentiels très différents), mais n'a pas la propriété d'auto-synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros, le signal sur la ligne ne change pas, de sorte que le récepteur est incapable de déterminer à partir du signal d'entrée les moments où il est nécessaire de lire les données. Même avec un générateur d'horloge de haute précision, le récepteur peut se tromper au moment de la collecte des données, car les fréquences des deux générateurs ne sont jamais complètement identiques. Par conséquent, à des débits de données élevés et de longues séquences de uns ou de zéros, une petite discordance d'horloge peut conduire à une erreur d'un cycle d'horloge entier et, par conséquent, à la lecture d'une valeur de bit incorrecte.

Un autre inconvénient sérieux de la méthode NRZ est la présence d'une composante basse fréquence qui se rapproche de zéro lors de la transmission de longues séquences de uns ou de zéros. De ce fait, de nombreux canaux de communication qui n'assurent pas de connexion galvanique directe entre le récepteur et la source ne prennent pas en charge ce type de codage. De ce fait, le code NRZ sous sa forme pure n’est pas utilisé dans les réseaux. Néanmoins, ses diverses modifications sont utilisées, qui éliminent à la fois la mauvaise autosynchronisation du code NRZ et la présence d'une composante constante. L'attrait du code NRZ, qui mérite d'être amélioré, réside dans la fréquence assez basse de l'harmonique fondamentale f 0, qui est égale à N/2 Hz. Dans d’autres méthodes de codage, comme Manchester, l’harmonique fondamentale a une fréquence plus élevée.

Riz. 29. Méthodes de codage de données discrètes

Une des modifications de la méthode NRZ est la méthode codage bipolaire avec inversion alternative (Bipolaire Inversion de marque alternative, AMI). Cette méthode (Fig. 29, b) utilise trois niveaux de potentiel : négatif, zéro et positif. Pour coder un zéro logique, un potentiel zéro est utilisé et un potentiel logique est codé soit par un potentiel positif, soit par un potentiel négatif, le potentiel de chaque nouvelle unité étant opposé au potentiel de la précédente.

Le code AMI élimine partiellement les problèmes de DC et d'absence d'auto-synchronisation inhérents au code NRZ. Cela se produit lors de la transmission de longues séquences de uns. Dans ces cas, le signal sur la ligne est une séquence d'impulsions de polarisation opposée avec le même spectre que le code NRZ, transmettant alternativement des zéros et des uns, c'est-à-dire sans composante constante et avec une harmonique fondamentale de N/2 Hz (où N est le débit binaire du transfert de données). Les longues séquences de zéros sont tout aussi dangereuses pour le code AMI que pour le code NRZ : le signal dégénère en un potentiel constant d'amplitude nulle. Par conséquent, le code AMI nécessite des améliorations supplémentaires.

En général, pour différentes combinaisons de bits sur une ligne, l'utilisation du code AMI entraîne un spectre de signal plus étroit que le code NRZ, et donc plus élevé. bande passante lignes. Par exemple, lors de la transmission alternée de uns et de zéros, l'harmonique fondamentale f 0 a une fréquence de N/4 Hz. Le code AMI offre également certaines capacités pour reconnaître les signaux erronés. Ainsi, une violation de la stricte alternance de polarité du signal indique une fausse impulsion ou la disparition d'une impulsion correcte de la ligne. Ce signal est appelé signal interdit (signal violation).

Le code AMI utilise non pas deux, mais trois niveaux de signal sur la ligne. La couche supplémentaire nécessite une augmentation de la puissance de l'émetteur d'environ 3 dB pour fournir la même fidélité binaire sur la ligne, ce qui constitue un inconvénient courant des codes avec plusieurs états de signal par rapport aux codes qui ne distinguent que deux états.

Il existe un code similaire à AMI, mais avec seulement deux niveaux de signal. Lors de la transmission d'un zéro, il transmet le potentiel qui a été défini lors du cycle précédent (c'est-à-dire qu'il ne le modifie pas), et lors de la transmission d'un un, le potentiel est inversé vers celui opposé. Ce code s'appelle code potentiel avec inversion à un (Pas Retour à Zéro avec ceux Inversé , NRZI ) . Ce code est utile dans les cas où l'utilisation d'un troisième niveau de signal est hautement indésirable, par exemple dans câbles optiques, où deux états de signal sont systématiquement reconnus : la lumière et l'ombre.

En plus des codes potentiels, les codes d'impulsion sont également utilisés dans les réseaux, lorsque les données sont représentées par une impulsion complète ou une partie de celle-ci - un front. Le cas le plus simple de cette approche est code d'impulsion bipolaire , dans lequel un est représenté par une impulsion d'une polarité et zéro par une autre (Fig. 29, c). Chaque impulsion dure un demi-battement. Ce code a un excellent auto-synchronisation propriétés, mais une composante constante peut être présente, par exemple, lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros. De plus, son spectre est plus large que celui des codes potentiels. Ainsi, lors de la transmission de zéros ou de uns, la fréquence de l'harmonique fondamentale du code sera égale à N Hz, soit deux fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code NRZ et quatre fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code AMI. lors de la transmission de uns et de zéros en alternance. En raison de son spectre trop large, le code impulsionnel bipolaire est rarement utilisé.

DANS réseaux locaux Jusqu'à récemment, la méthode de codage la plus courante était ce qu'on appelle Code de Manchester (Fig. 29, d). Il est utilisé dans les technologies Ethernet et Token Ring.

Le code Manchester utilise une différence de potentiel, c'est-à-dire le front d'une impulsion, pour coder les uns et les zéros. Avec l'encodage Manchester, chaque mesure est divisée en deux parties. Les informations sont codées par des chutes potentielles qui se produisent au milieu de chaque cycle d'horloge. Un est codé par un front allant du niveau de signal bas à haut, et zéro est codé par un front inverse. Au début de chaque cycle d'horloge, une chute de signal supplémentaire peut se produire si vous devez représenter plusieurs uns ou zéros d'affilée. Puisque le signal change au moins une fois par cycle de transmission d'un bit de données, le code Manchester a une bonne auto-synchronisation propriétés. La bande passante du code Manchester est plus étroite que celle de l'impulsion bipolaire. Il n'a pas non plus de composante continue, et l'harmonique fondamentale dans le pire des cas (lors de la transmission d'une séquence de uns ou de zéros) a une fréquence de N Hz, et dans le meilleur des cas (lors de la transmission alternée de uns et de zéros), elle est égale à N. / 2 Hz, comme AMI ou NRZ En moyenne, la bande passante du code Manchester est une fois et demie plus étroite que celle du code à impulsions bipolaires, et l'harmonique fondamentale fluctue autour de la valeur 3N/4. Le code Manchester présente un autre avantage par rapport au code à impulsions bipolaires. Ce dernier utilise trois niveaux de signal pour la transmission des données, tandis que celui de Manchester en utilise deux.

En figue. 29, d montre un code potentiel avec quatre niveaux de signal pour coder les données. Il s'agit d'un code 2B1Q dont le nom reflète son essence : tous les deux bits (2B) sont transmis dans un cycle d'horloge par un signal à quatre états (1Q). La paire de bits 00 correspond à un potentiel de -2,5 V, la paire de bits 01 correspond à un potentiel de -0,833 V, la paire 11 correspond à un potentiel de +0,833 V et la paire 10 correspond à un potentiel de +2,5 V. Avec ce codage méthode, des mesures supplémentaires sont nécessaires pour lutter contre les longues séquences de paires de bits identiques, car dans ce cas, le signal se transforme en une composante constante. Avec un entrelacement aléatoire des bits, le spectre du signal est deux fois plus étroit que celui du code NRZ, puisqu'au même débit binaire la durée de l'horloge est doublée. Ainsi, en utilisant le code 2B1Q, vous pouvez transférer des données sur la même ligne deux fois plus rapidement qu'en utilisant le code AMI ou NRZI. Cependant, pour le mettre en œuvre, la puissance de l'émetteur doit être plus élevée afin que les quatre niveaux soient clairement distingués par le récepteur sur fond d'interférences.

Page 27 depuis 27 Base physique de la transmission des données(Lignes de communication,)

Base physique de la transmission des données

Toute technologie de réseau doit garantir une transmission fiable et rapide de données discrètes sur les lignes de communication. Bien qu'il existe de grandes différences entre les technologies, elles reposent sur des principes communs de transfert de données discret. Ces principes sont incorporés dans des procédés de représentation de uns et de zéros binaires à l'aide de signaux pulsés ou sinusoïdaux dans des lignes de communication de diverses natures physiques, dans des procédés de détection et de correction d'erreurs, dans des procédés de compression et dans des procédés de commutation.

Lignescommunications

Réseaux, lignes et canaux de communication primaires

Lorsqu'on décrit un système technique qui transmet des informations entre des nœuds de réseau, plusieurs noms peuvent être trouvés dans la littérature : ligne de communication, canal composite, canal, lien. Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable et, dans de nombreux cas, cela ne pose aucun problème. En même temps, leur utilisation présente des spécificités.

Lien(lien) est un segment qui assure le transfert de données entre deux nœuds de réseau voisins. C'est-à-dire que la liaison ne contient pas de dispositifs intermédiaires de commutation et de multiplexage.

Canal(canal) désigne le plus souvent la partie de la bande passante de la liaison utilisée indépendamment lors de la commutation. Par exemple, une liaison réseau principale peut être composée de 30 canaux, chacun ayant une capacité de 64 Kbps.

Canal composite(circuit) est un chemin entre deux nœuds d'extrémité d'un réseau. Un canal composite est formé de liaisons intermédiaires individuelles et de connexions internes dans les commutateurs. Souvent, l’épithète « composite » est omise et le terme « canal » est utilisé pour désigner à la fois un canal composite et un canal entre nœuds voisins, c’est-à-dire au sein d’un lien.

Ligne de communication peut être utilisé comme synonyme de l’un des trois autres termes.

En figue. deux options de ligne de communication sont affichées. Dans le premier cas ( UN) la ligne est constituée d'un segment de câble de plusieurs dizaines de mètres de long et constitue un lien. Dans le deuxième cas (b), la ligne de communication est un canal composite déployé dans un réseau à commutation de circuits. Un tel réseau pourrait être réseau principal ou réseau téléphonique.

Cependant pour réseau informatique cette ligne représente un lien, puisqu'elle relie deux nœuds adjacents, et tout équipement intermédiaire de commutation est transparent pour ces nœuds. La raison de l'incompréhension mutuelle au niveau des termes entre informaticiens et spécialistes des réseaux primaires est ici évidente.

Les réseaux primaires sont spécifiquement créés pour fournir des services de canaux de transmission de données pour les réseaux informatiques et téléphoniques, qui dans de tels cas sont censés fonctionner « au-dessus » des réseaux primaires et sont réseaux superposés.

Classification des lignes de communication

Ligne de communication consiste généralement en un support physique à travers lequel sont transmis des signaux d’informations électriques, des équipements de transmission de données et des équipements intermédiaires. Le support physique de transmission des données (supports de stockage physique) peut être un câble, c'est-à-dire un ensemble de fils, de gaines isolantes et de protection et de connecteurs de connexion, ainsi que l'atmosphère terrestre ou l'espace extra-atmosphérique à travers lequel se propagent les ondes électromagnétiques.

Dans le premier cas, on parle de environnement filaire, et dans le second - à propos sans fil.

Dans les systèmes de télécommunications modernes, les informations sont transmises à l'aide de courant ou tension électrique, signaux radio ou signaux lumineux- tous ces processus physiques représentent des oscillations du champ électromagnétique de différentes fréquences.

Lignes filaires (aériennes) les connexions sont des fils sans tresse isolante ou de blindage, posés entre les pôles et suspendus dans l'air. Même dans un passé récent, ces lignes de communication étaient les principales lignes de transmission de signaux téléphoniques ou télégraphiques. Aujourd'hui, les lignes de communication filaires sont rapidement remplacées par des lignes câblées. Mais dans certains endroits, ils sont encore conservés et, en l'absence d'autres possibilités, continuent d'être utilisés pour transmettre des données informatiques. La vitesse et l’immunité au bruit de ces lignes laissent beaucoup à désirer.

Lignes de câbles ont une conception assez complexe. Le câble est constitué de conducteurs enfermés dans plusieurs couches d'isolant : électrique, électromagnétique, mécanique et éventuellement climatique. De plus, le câble peut être équipé de connecteurs qui permettent d'y connecter rapidement divers équipements. Il existe trois principaux types de câbles utilisés dans les réseaux informatiques (et de télécommunications) : les câbles à base de paires torsadées de fils de cuivre - paire torsadée non blindée(Paire torsadée non blindée, UTP) et paire torsadée blindée(Paire torsadée blindée, STP), câbles coaxiaux avec âme en cuivre, câbles à fibres optiques. Les deux premiers types de câbles sont également appelés câbles en cuivre.

Chaînes radio Les communications terrestres et par satellite sont établies à l'aide d'un émetteur et d'un récepteur d'ondes radio. Il existe une grande variété de types de canaux radio, différant à la fois par la gamme de fréquences utilisée et par la gamme de canaux. Bandes de radio diffusées(ondes longues, moyennes et courtes), également appelées bandes AM, ou des plages de modulation d'amplitude (Amplitude Modulation, AM), permettent une communication longue distance, mais à un faible taux de transfert de données. Les canaux les plus rapides sont ceux qui utilisent gammes de très hautes fréquences(Very High Frequency, VHF), pour laquelle la modulation de fréquence (FM) est utilisée. Également utilisé pour la transmission de données gammes d'ultra hautes fréquences(Ultra Haute Fréquence, UHF), également appelé bandes micro-ondes(au-dessus de 300 MHz). Aux fréquences supérieures à 30 MHz, les signaux ne sont plus réfléchis par l'ionosphère terrestre et une communication stable nécessite une visibilité directe entre l'émetteur et le récepteur. Ces fréquences sont donc utilisées soit par les chaînes satellite, soit par les chaînes radio, soit par les chaînes locales ou les réseaux mobiles, où cette condition est satisfaite.

2 Fonctions de la couche physique Représentation des bits par des signaux électriques/optiques Codage des bits Synchronisation des bits Transmission/réception de bits sur des canaux de communication physiques Coordination avec l'environnement physique Vitesse de transmission Portée Niveaux de signal, connecteurs Dans tous les appareils réseau Implémentation matérielle (adaptateurs réseau ) Exemple : 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohms, 100 m, 10 Mbit/s, code MII, RJ-45

5 Équipement de transmission de données Convertisseur Message - El. signal Encodeur (compression, codes de correction) Modulateur Équipement intermédiaire Amélioration de la qualité de la communication - (Amplificateur) Création d'un canal composite - (Switch) Multiplexage de canal - (Multiplexeur) (PA peut être absent dans un LAN)

6 Principales caractéristiques des lignes de communication Débit (Protocole) Fiabilité de la transmission des données (Protocole) Retard de propagation Réponse amplitude-fréquence (AFC) Bande passante Atténuation Immunité au bruit Diaphonie à l'extrémité proche de la ligne Coût unitaire

9 Atténuation A – un point sur la réponse en fréquence A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin déciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin déciBel (dB) q Exemple 1 : Pin = 10 mW , Pout =5 mW Atténuation = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Exemple 2 : UTP cat 5 Atténuation >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Généralement, A est indiqué pour la fréquence fondamentale du signal = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Généralement, A est indiqué pour la fréquence du signal principal">

11 Immunité au bruit Lignes à fibre optique Lignes de câble Lignes aériennes filaires Lignes radio (blindage, torsion) Immunité aux interférences externes Immunité aux interférences internes Atténuation de diaphonie proche (NEXT) Atténuation de diaphonie distante (FEXT) (FEXT - Deux paires dans une direction )

12 Perte de diaphonie à l'extrémité proche – NEXT Pour les câbles multi-paires NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5 : NEXT

13 Fiabilité de la transmission de données Taux d'erreur sur les bits – BER Probabilité de corruption des bits de données Causes : interférences externes et internes, bande passante étroite Lutte : augmentation de l'immunité au bruit, réduction des interférences NEXT, expansion de la bande passante BER à paire torsadée ~ BER pour câble à fibre optique ~ Aucun moyen de protection supplémentaire :: codes correctifs, protocoles avec répétition

16 Paire torsadée Paire torsadée (TP) écran en feuille écran en fil tressé gaine extérieure du fil isolé UTP Paire torsadée non blindée catégorie 1, paires UTP cat dans la gaine Types à paire torsadée blindée STP Type 1…9 Chaque paire a son propre écran Chaque paire a sa propre étape torsions, votre propre couleur Immunité au bruit Coût Complexité de pose

18 Fibre Optique Réflexion interne totale d'un faisceau à l'interface de deux milieux n1 > n2 - (indice de réfraction) n1 n2 n2 - (indice de réfraction) n1 n2"> n2 - (indice de réfraction) n1 n2"> n2 - (indice de réfraction) n1 n2" title="18 Fibre Optique Réflexion interne totale d'un faisceau à la limite de deux milieu n1 > n2 - (indice de réfraction) n1 n2"> title="18 Fibre Optique Réflexion interne totale d'un faisceau à l'interface de deux milieux n1 > n2 - (indice de réfraction) n1 n2"> !}

22 Câble fibre optique Fibre multimode MMF50/125, 62,5/125, Fibre monomode SMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s (2005) MMSM

23 Sources de signaux optiques Canal : source - porteuse - récepteur (détecteur) Sources LED (Light Emitting Diode) nm source incohérente - MMF Source cohérente laser semi-conducteur - SMF - Puissance = f (t o) Détecteurs Photodiodes, diodes broches, diodes à avalanche

25 Système de câblage structuré - SCS First LANs – divers câbles et topologies Unification du système de câbles SCS - infrastructure de câbles LAN ouverte (sous-systèmes, composants, interfaces) - indépendance de Technologie de réseau- Câbles LAN, TV, systèmes de sécurité, etc. - câblage universel sans référence à une technologie réseau spécifique - Constructeur

27 normes SCS (de base) EIA/TIA-568A Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (États-Unis) CENELEC EN50173 Exigences de performance des schémas de câblage génériques (Europe) ISO/IEC IS Information Technology - Câblage générique pour le câblage des locaux du client Pour chaque sous-système : Support de transmission de données . Topologie Distances admissibles (longueurs de câbles) Interface de connexion utilisateur. Câbles et équipements de connexion. Débit (performances). Pratique d'installation (Sous-système horizontal - UTP, étoile, 100 m...)

28 Communications sans fil Transmission sans fil Avantages : commodité, zones inaccessibles, mobilité. déploiement rapide... Inconvénients : niveau élevé d'interférences ( moyens spéciaux: codes, modulation...), complexité d'utilisation de certaines gammes Ligne de communication : émetteur - support - récepteur Caractéristiques du LAN ~ F(Δf, fн) ;

34 2. Téléphonie cellulaire Découpage du territoire en cellules Réutilisation des fréquences Faible puissance (dimensions) Au centre - station de base Europe - Système Global pour Mobile - GSM Wireless communications téléphoniques 1. Station de radio de faible puissance - (combiné-base, 300 m) Itinérance de télécommunication numérique européenne sans fil DECT - commutation d'une réseau centralà l'autre - la base communication cellulaire

35 Connexion par satellite Basé sur un satellite (réflecteur-amplificateur) Émetteurs-récepteurs - transpondeurs H~50 MHz (1 satellite ~ 20 transpondeurs) Gammes de fréquences : C. Ku, Ka C - Down 3,7 - 4,2 GHz Up 5,925-6,425 GHz Ku - Down 11,7- 12,2 GHz Haut 14,0-14,5 GHz Ka - Bas 17,7-21,7 GHz Haut 27,5-30,5 GHz

36 Communications par satellite. Types de satellites Communications par satellite : micro-ondes - ligne de mire Géostationnaire Large couverture Fixe, Faible usure Répéteur satellite, diffusion, faible coût, le coût ne dépend pas de la distance, Établissement instantané de la connexion (Mil) Tz=300ms Faible sécurité, Initialement grande antenne (mais VSAT) Système de positionnement global en km en orbite moyenne GPS - 24 satellites km en orbite basse faible couverture accès Internet à faible latence

40 Techniques d'étalement du spectre Techniques spéciales de modulation et de codage pour Communication sans fil C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Réduction de puissance Immunité au bruit OFDM furtif, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Deux principaux types de codage physique sont utilisés : basé sur un signal porteur sinusoïdal (modulation analogique) et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires (codage numérique).

Modulation analogique - pour transmettre des données discrètes sur un canal à bande passante étroite - canaux à fréquence vocale des réseaux téléphoniques (bande passante de 300 à 3400 Hz) Un appareil qui effectue la modulation et la démodulation - un modem.

Méthodes de modulation analogique

n modulation d'amplitude (faible immunité au bruit, souvent utilisée conjointement avec la modulation de phase) ;

n modulation de fréquence (mise en œuvre technique complexe, généralement utilisée dans les modems bas débit).

n modulation de phase.

Spectre de signal modulé

Code potentiel- si des données discrètes sont transmises à une vitesse de N bits par seconde, alors le spectre est constitué d'une composante constante de fréquence nulle et d'une série infinie d'harmoniques de fréquences f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., où f0 = N /2. Les amplitudes de ces harmoniques diminuent lentement - avec des coefficients de 1/3, 1/5, 1/7, ... à partir de l'amplitude f0. Le spectre du signal de code potentiel résultant lors de la transmission de données arbitraires occupe une bande allant d'une certaine valeur proche de 0 à environ 7f0. Pour un canal à fréquence vocale, la limite supérieure du débit de transmission est atteinte pour un taux de transfert de données de 971 bits par seconde, et la limite inférieure est inacceptable pour n'importe quelle vitesse, puisque la bande passante du canal commence à 300 Hz. Autrement dit, les codes potentiels ne sont pas utilisés sur les canaux de fréquence vocale.

La modulation d'amplitude- le spectre est constitué d'une sinusoïde de fréquence porteuse fc et de deux harmoniques latérales fc+fm et fc-fm, où fm est la fréquence de changement du paramètre d'information de la sinusoïde, qui coïncide avec le débit de transmission des données lors de l'utilisation de deux amplitudes les niveaux. La fréquence fm détermine la capacité de la ligne à cette méthode codage. Avec une faible fréquence de modulation, la largeur du spectre du signal sera également petite (égale à 2fm), et les signaux ne seront pas déformés par la ligne si la bande passante est supérieure ou égale à 2fm. Pour un canal à fréquence vocale, cette méthode est acceptable à un taux de transfert de données ne dépassant pas 3 100 / 2 = 1 550 bits par seconde.

Modulation de phase et de fréquence- le spectre est plus complexe, mais symétrique, avec un grand nombre d'harmoniques décroissantes rapidement. Ces procédés conviennent à la transmission sur un canal à fréquence vocale.

Modulation d'amplitude quadrate - modulation de phase avec 8 valeurs de déphasage et modulation d'amplitude avec 4 valeurs d'amplitude. Les 32 combinaisons de signaux ne sont pas toutes utilisées.

Codage numérique

Codes potentiels– pour représenter les uns et les zéros logiques, seule la valeur du potentiel du signal est utilisée, et ses chutes, qui forment des impulsions complètes, ne sont pas prises en compte.

Codes d'impulsion– représentent des données binaires soit sous forme d'impulsions d'une certaine polarité, soit comme partie d'une impulsion - comme une différence de potentiel dans une certaine direction.

Exigences pour la méthode de codage numérique :

Au même débit binaire, il avait la plus petite largeur de spectre du signal résultant (un spectre de signal plus étroit permet d'obtenir un taux de transfert de données plus élevé sur la même ligne ; il existe également une exigence relative à l'absence d'une composante constante, qui c'est-à-dire la présence courant continu entre émetteur et récepteur);

Synchronisation assurée entre l'émetteur et le récepteur (le récepteur doit savoir exactement à quel moment lire les informations nécessaires sur la ligne, dans les systèmes locaux - lignes d'horloge, dans les réseaux - codes auto-synchronisés dont les signaux portent des instructions pour l'émetteur indique à quel moment il est nécessaire de procéder à la reconnaissance du bit suivant) ;

Posséder la capacité de reconnaître les erreurs ;

Son coût de mise en œuvre était faible.

Code potentiel sans retour à zéro. NRZ (Non Retour à Zéro). Le signal ne revient pas à zéro pendant le cycle d'horloge.

Il est facile à mettre en œuvre, a une bonne reconnaissance des erreurs dues à deux signaux très différents, mais n'a pas la propriété de synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de zéros ou de uns, le signal sur la ligne ne change pas, de sorte que le récepteur ne peut pas déterminer quand les données doivent être relues. Un autre inconvénient est la présence d'une composante basse fréquence, qui se rapproche de zéro lors de la transmission de longues séquences de uns et de zéros. Le code est rarement utilisé sous sa forme pure, des modifications sont utilisées. Attractivité – basse fréquence harmonique fondamentale f0 = N /2.

Méthode de codage bipolaire avec inversion alternative. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), modification de la méthode NRZ.

Pour coder zéro, un potentiel zéro est utilisé, une unité logique est codée soit avec un potentiel positif, soit avec un potentiel négatif, le potentiel de chaque unité suivante étant opposé au potentiel de la précédente. Élimine partiellement les problèmes de composante constante et de manque d'auto-synchronisation. Dans le cas de la transmission d'une longue séquence d'unités, une séquence d'impulsions multipolaires de même spectre que le code NRZ transmettant une séquence d'impulsions alternées, c'est-à-dire sans composante constante et sans harmonique fondamentale N/2. En général, l'utilisation de l'AMI entraîne un spectre plus étroit que celui du NRZ et donc une capacité de liaison plus élevée. Par exemple, lors de la transmission alternée de zéros et de uns, l’harmonique fondamentale f0 a une fréquence de N/4. Il est possible de reconnaître des transmissions erronées, mais pour garantir une réception fiable, il est nécessaire d'augmenter la puissance d'environ 3 dB, car des ajustements du niveau du signal sont utilisés.

Code potentiel avec inversion à un. (Non retour à zéro avec ceux inversés, NRZI) Code de type AMI avec deux niveaux de signal. Lors de la transmission d'un zéro, le potentiel du cycle précédent est transmis, et lors de la transmission d'un un, le potentiel est inversé vers l'opposé. Le code est pratique dans les cas où l'utilisation du troisième niveau n'est pas souhaitable (câble optique).

Deux méthodes sont utilisées pour améliorer AMI, NRZI. La première consiste à ajouter des unités redondantes au code. La propriété d'autosynchronisation apparaît, la composante constante disparaît et le spectre se rétrécit, mais le débit utile diminue.

Une autre méthode consiste à "mélanger" les informations initiales afin que la probabilité d'apparition de uns et de zéros sur la ligne devienne proche - le brouillage. Les deux méthodes sont un codage logique, puisqu’elles ne déterminent pas la forme des signaux sur la ligne.

Code d'impulsion bipolaire. L'un est représenté par une impulsion d'une polarité et le zéro par une autre. Chaque impulsion dure un demi-battement.

Le code possède d'excellentes propriétés d'auto-synchronisation, mais lors de la transmission d'une longue séquence de zéros ou de uns, il peut y avoir une composante constante. Le spectre est plus large que celui des codes potentiels.

Code de Manchester. Le code le plus couramment utilisé dans Réseaux Ethernet, Bague à jeton.

Chaque mesure est divisée en deux parties. Les informations sont codées par des chutes potentielles qui se produisent au milieu d'un cycle d'horloge. Un un est codé par une chute d'un niveau de signal faible à un niveau élevé, et un zéro est codé par une chute inverse. Au début de chaque cycle d'horloge, une chute du signal de service peut se produire si plusieurs uns ou zéros doivent être représentés d'affilée. Le code possède d'excellentes propriétés d'auto-synchronisation. La bande passante est plus étroite que celle d'une impulsion bipolaire ; il n'y a pas de composante constante et l'harmonique fondamentale dans le pire des cas a une fréquence de N et dans le meilleur des cas - N/2.

Code potentiel 2B1Q. Tous les deux bits sont transmis dans un cycle d'horloge par un signal à quatre états. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Des moyens supplémentaires sont nécessaires pour traiter de longues séquences de paires de bits identiques. Avec une alternance aléatoire de bits, le spectre est deux fois plus étroit que celui de NRZ, car au même débit binaire la durée de l'horloge double, c'est-à-dire qu'il est possible de transmettre des données sur la même ligne deux fois plus vite qu'en utilisant AMI, NRZI, mais nécessaire haute puissanceémetteur.

Codage logique

Conçu pour améliorer les codes potentiels tels que AMI, NRZI, 2B1Q, en remplaçant de longues séquences de bits conduisant à un potentiel constant avec des unités intercalées. Deux méthodes sont utilisées : le codage redondant et le brouillage.

Codes redondants sont basés sur la division de la séquence originale de bits en parties, souvent appelées symboles, après quoi chaque symbole original est remplacé par un nouveau qui contient plus de bits que l'original.

Le code 4B/5B remplace les séquences de 4 bits par des séquences de 5 bits. Ensuite, au lieu de 16 combinaisons de bits, vous obtenez 32. Parmi celles-ci, 16 sont sélectionnées et ne contiennent pas un grand nombre de zéros, les autres sont considérées comme des violations de code. En plus d'éliminer la composante continue et de rendre le code auto-synchronisé, les codes redondants permettent au récepteur de reconnaître les bits corrompus. Si le récepteur reçoit des codes interdits, cela signifie que le signal a été déformé sur la ligne.

Ce code est transmis sur la ligne en utilisant un codage physique utilisant une méthode de codage potentiel sensible uniquement aux longues séquences de zéros. Le code garantit qu'il n'y aura pas plus de trois zéros d'affilée sur la ligne. Il existe d'autres codes, comme 8B/6T.

Pour garantir le débit spécifié, l'émetteur doit fonctionner à une fréquence d'horloge plus élevée (pour 100 Mb/s - 125 MHz). Le spectre du signal s'étend par rapport à celui d'origine, mais reste plus étroit que le spectre du code Manchester.

Brouillage - mélange des données avec un brouilleur avant la transmission depuis la ligne.

Les méthodes de brouillage impliquent un calcul bit par bit du code résultat sur la base des bits du code source et des bits du code résultat obtenus lors des cycles d'horloge précédents. Par exemple,

B je = A je xou B je -3 xou B je -5 ,

où B i est le chiffre binaire du code résultant obtenu au i-ième cycle d'horloge de l'embrouilleur, A i est le chiffre binaire du code source reçu au i-ième cycle d'horloge à l'entrée de l'embrouilleur, B i -3 et B i -5 sont les chiffres binaires du code résultant, obtenu lors des cycles de travail précédents.

Pour la séquence 110110000001, le brouilleur donnera 110001101111, c'est-à-dire qu'il n'y aura pas de séquence de six zéros consécutifs.

Après avoir reçu la séquence résultante, le récepteur la transmettra au désembrouilleur, qui appliquera la transformation inverse

C je = B je xou B i-3 xou B i-5 ,

Les différents systèmes de brouillage diffèrent par le nombre de termes et le décalage entre eux.

Il y en a plus méthodes simples combattre les séquences de zéros ou de uns, qui sont également classées comme méthodes de brouillage.

Pour améliorer l'AMI bipolaire, les éléments suivants sont utilisés :

B8ZS (Bipolaire avec substitution de 8 zéros) – corrige uniquement les séquences composées de 8 zéros.

Pour ce faire, après les trois premiers zéros, au lieu des cinq restants, il insère cinq signaux V-1*-0-V-1*, où V désigne un signal un interdit pour un cycle de polarité donné, c'est-à-dire : un signal qui ne change pas la polarité du précédent, 1* - le signal a la polarité correcte, et le signe astérisque marque le fait que dans le code source de ce cycle d'horloge il n'y avait pas un, mais un zéro . En conséquence, à 8 cycles d'horloge, le récepteur observe 2 distorsions - il est très peu probable que cela se produise à cause du bruit sur la ligne. Par conséquent, le récepteur considère de telles violations comme un codage de 8 zéros consécutifs. Dans ce code, la composante constante est nulle pour toute séquence de chiffres binaires.

Le code HDB3 corrige quatre zéros consécutifs dans la séquence originale. Tous les quatre zéros sont remplacés par quatre signaux, dans lesquels il y a un signal V. Pour supprimer la composante continue, la polarité du signal V est alternée lors de remplacements successifs. De plus, deux modèles de codes à quatre cycles sont utilisés pour le remplacement. Si avant de remplacer source contenait un nombre impair d'unités, alors la séquence 000V est utilisée, et si le nombre d'unités était pair, la séquence 1*00V est utilisée.

Les codes potentiels améliorés ont une bande passante assez étroite pour toutes les séquences de zéros et de uns qui apparaissent dans les données transmises.

Lors de la transmission de données discrètes sur des canaux de communication, deux principaux types de codage physique sont utilisés - basés sur signal porteur sinusoïdal et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première méthode est souvent aussi appelée modulation ou modulation analogique, soulignant le fait que le codage s'effectue en modifiant les paramètres du signal analogique. La deuxième méthode est généralement appelée codage numérique. Ces méthodes diffèrent par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité des équipements nécessaires à leur mise en œuvre.
Modulation analogique utilisé pour transmettre des données discrètes sur des canaux à bande de fréquence étroite, dont un représentant typique est le canal à fréquence vocale fourni aux utilisateurs des réseaux téléphoniques publics. Une réponse amplitude-fréquence typique d'un canal de fréquence vocale est illustrée à la Fig. 2.12. Ce canal transmet des fréquences comprises entre 300 et 3 400 Hz, sa bande passante est donc de 3 100 Hz. Un dispositif qui remplit les fonctions de modulation sinusoïdale porteuse du côté émission et de démodulation du côté réception est appelé modem (modulateur - démodulateur).
Méthodes de modulation analogique
La modulation analogique est une méthode de codage physique dans laquelle les informations sont codées en modifiant l'amplitude, la fréquence ou la phase d'un signal porteur sinusoïdal.
Le diagramme (Fig. 2.13, a) montre une séquence de bits de l'information originale, représentée par des potentiels de haut niveau pour une unité logique et un potentiel de niveau zéro pour le zéro logique. Cette méthode de codage est appelée code potentiel, qui est souvent utilisée lors du transfert de données entre unités informatiques.
Avec la modulation d'amplitude (Fig. 2.13, b), un niveau d'amplitude de la sinusoïde de fréquence porteuse est sélectionné pour une unité logique et un autre pour le zéro logique. Cette méthode est rarement utilisée sous sa forme pure dans la pratique en raison de sa faible immunité au bruit, mais elle est souvent utilisée en combinaison avec un autre type de modulation - la modulation de phase.
Avec la modulation de fréquence (Fig. 2.13, c), les valeurs 0 et 1 des données source sont transmises par des sinusoïdes de fréquences différentes - f0 et f1. Cette méthode de modulation ne nécessite pas de circuits complexes dans les modems et est généralement utilisée dans les modems bas débit fonctionnant à 300 ou 1 200 bps.
Avec la modulation de phase, les valeurs de données 0 et 1 correspondent à des signaux de même fréquence, mais avec des phases différentes, par exemple 0 et 180 degrés ou 0,90,180 et 270 degrés.
Les modems haut débit utilisent souvent des méthodes de modulation combinées, généralement en amplitude et en phase.
Lorsqu'on utilise des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir une méthode de codage qui atteint simultanément plusieurs objectifs :
· avait la plus petite largeur de spectre du signal résultant au même débit binaire ;
· synchronisation assurée entre l'émetteur et le récepteur ;
· avait la capacité de reconnaître les erreurs ;
· avait un faible coût de vente.
Un spectre de signaux plus étroit permet à une seule et même ligne (avec la même bande passante) d'atteindre un taux de transfert de données plus élevé. De plus, le spectre du signal doit souvent ne comporter aucune composante continue, c'est-à-dire la présence d'un courant continu entre l'émetteur et le récepteur. En particulier, l'utilisation de divers circuits d'isolation galvanique des transformateurs empêche le passage du courant continu.
La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement à quel moment il est nécessaire de lire de nouvelles informations sur la ligne de communication.
La reconnaissance et la correction des données déformées sont difficiles à réaliser à l'aide de la couche physique, c'est pourquoi ce travail est le plus souvent effectué par les protocoles qui se trouvent au-dessus : canal, réseau, transport ou application. En revanche, la reconnaissance d'erreurs sur niveau physique permet de gagner du temps, puisque le récepteur n'attend pas que la trame soit complètement placée dans le tampon, mais la rejette immédiatement lorsqu'il reconnaît des bits erronés dans la trame.
Les exigences relatives aux méthodes de codage sont mutuellement contradictoires. Par conséquent, chacune des méthodes de codage numérique populaires décrites ci-dessous présente ses propres avantages et inconvénients par rapport aux autres.