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Metodi di trasferimento delle informazioni a livello fisico. Lezioni frontali Reti di calcolatori. livello fisico. Comunicazione nel campo delle microonde

2 Funzioni del livello fisico Rappresentazione dei bit tramite segnali elettrici/ottici Codifica dei bit Sincronizzazione dei bit Trasmissione/ricezione dei bit tramite canali di comunicazione fisici Coordinamento con il supporto fisico Velocità di trasmissione Portata Livelli di segnale, connettori In tutti i dispositivi di rete Implementazione hardware (adattatori di rete ) Esempio: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohm, 100 m, 10 Mbps, codice MII, RJ-45

5 Apparecchiature per la trasmissione dei dati Convertitore Messaggio - El. Codificatore del segnale (compressione, codici di correzione) Modulatore Apparecchiatura intermedia Miglioramento della qualità della comunicazione - (Amplificatore) Creazione di canali compositi - (Switch) Multiplexing di canale - (Multiplexer) (PA potrebbe non essere disponibile nella LAN)

6 Principali caratteristiche delle linee di comunicazione Larghezza di banda (Protocollo) Affidabilità della trasmissione dati (Protocollo) Ritardo di propagazione Risposta in frequenza (AFC) Attenuazione della larghezza di banda Immunità al rumore Crosstalk all'estremità vicina della linea Costo unitario

9 Attenuazione A - un punto per risposta in frequenza A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Esempio 1: Pin = 10 mW, Pout =5 mW Attenuazione = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q Esempio 2: UTP cat 5 Attenuazione >= -23.6 dB F= 100MHz, L= 100M Solitamente A è indicato per la fondamentale frequenza del segnale. \u003d -23,6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Solitamente A è indicato per la frequenza principale del segnale ">

11 Immunità ai disturbi Linee in fibra ottica Linee in cavo Linee aeree cablate Collegamenti radio (schermatura, torsione) Immunità alle interferenze esterne Immunità alle interferenze interne Attenuazione della diafonia dell'estremità vicina (NEXT) Attenuazione della diafonia dell'estremità lontana (FEXT) (FEXT - Due coppie in una direzione)

12 Perdita di diafonia Near End (NEXT) Per cavi multicoppia NEXT = 10 log Pout/Pout dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Affidabilità della trasmissione dati Bit Error Rate - BER Probabilità di distorsione del bit di dati Cause: interferenze esterne e interne, larghezza di banda ridotta Lotta: maggiore immunità al rumore, ridotta interferenza NEXT, maggiore larghezza di banda Cavo a doppino intrecciato BER ~ Cavo in fibra ottica BER ~ Senza protezione aggiuntiva: : codici correttivi, protocolli con ripetizione

16 Doppino intrecciato Doppino intrecciato (TP) schermatura in lamina schermatura del filo intrecciato guaina esterna del filo isolato Doppino intrecciato non schermato UTP categoria 1, categoria doppino intrecciato UTP Tipi di doppino intrecciato schermato STP Tipo 1…9 Ogni coppia ha la propria schermatura Ogni coppia ha la propria torsione del passo , colore proprio Immunità ai disturbi Costo Complessità di posa

18 Fibra ottica Riflessione interna totale di un raggio all'interfaccia tra due mezzi n1 > n2 - (indice di rifrazione) n1 n2 n2 - (indice di rifrazione) n1 n2"> n2 - (indice di rifrazione) n1 n2"> n2 - (indice di rifrazione) n1 n2" title="18 Fibra ottica Riflessione interna totale di un raggio al confine di due mezzi n1 > n2 - (indice di rifrazione) n1 n2"> title="18 Fibra ottica Riflessione interna totale di un raggio all'interfaccia tra due mezzi n1 > n2 - (indice di rifrazione) n1 n2"> !}

22 Cavo in fibra ottica Fibra multimodale MMF50/125, 62,5/125, Fibra monomodaleSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000km - 1 Gbps (2005) MMSM

23 Sorgenti di segnale ottico Canale: sorgente - portante - ricevitore (rivelatore) Sorgenti LED (LED-Light Educing Diod) nm sorgente incoerente - MMF Sorgente laser coerente a semiconduttore - SMF - Potenza = f (t o) Rivelatori Fotodiodi, diodi pin, diodi a valanga

25 Sistema di cablaggio strutturato - SCS First LAN - cavi vari e topologia Unificazione del sistema di cavi SCS - infrastruttura via cavo LAN aperta (sottosistemi, componenti, interfacce) - indipendenza da tecnologia di rete- LAN, cavi TV, sistemi di sicurezza, ecc. - cablaggio universale senza riferimento ad una specifica tecnologia di rete - Costruttore

27 Standard SCS (base) EIA/TIA-568A Standard di cablaggio per telecomunicazioni per edifici commerciali (USA) CENELEC EN50173 Requisiti prestazionali di schemi di cablaggio generici (Europa) ISO/IEC IS Tecnologia dell'informazione - Cablaggio generico per il cablaggio della sede del cliente Per ciascun sottosistema: Mezzo di comunicazione . Topologia Distanze consentite (lunghezze dei cavi) Interfaccia di connessione utente. Cavi e apparecchiature di collegamento. Larghezza di banda (prestazioni). Pratica di installazione (sottosistema orizzontale - UTP, stella, 100 m...)

28 Comunicazione wireless Trasmissione wireless Vantaggi: comodità, aree inaccessibili, mobilità. implementazione rapida ... Svantaggi: alto livello di interferenza (mezzi speciali: codici, modulazione ...), difficoltà nell'utilizzo di alcune gamme Linea di comunicazione: trasmettitore - mezzo - ricevitore Caratteristiche della LAN ~ F (Δf, fn);

34 2. Telefonia cellulare Divisione del territorio in cellule Riutilizzo delle frequenze Bassa potenza (dimensioni) Al centro - stazione base Europa - Global System for Mobile - GSM Wireless comunicazioni telefoniche 1. Stazione radio a bassa potenza - (base tubolare, 300 m) Roaming per telecomunicazioni cordless digitali europee DECT - passaggio da uno rete principale dall'altro - la base comunicazione cellulare

35 Collegamento satellitare Basati su un satellite (riflettore-amplificatore) Ricetrasmettitori – Transponder H~50 MHz (1 satellite ~ 20 transponder) Bande di frequenza: C. Ku, Ka C - Giù 3,7 - 4,2 GHz Su 5,925-6,425 GHz Ku - Giù 11,7- 12,2 GHz Su 14,0-14,5 GHz Ka - Giù 17,7-21,7 GHz Su 27,5-30,5 GHz

36 Comunicazione satellitare. Tipi di satelliti Comunicazione satellitare: microonde - linea di vista Geostazionario Ampia copertura Fissa, Bassa usura Satellite follower, trasmissione, basso costo, costo indipendente dalla distanza, Creazione istantanea del collegamento (Mil) T3=300 ms Bassa sicurezza, Antenna inizialmente grande (ma VSAT) MEO km Global Positioning System GPS - 24 satelliti LEO km bassa copertura accesso Internet a bassa latenza

40 Tecniche di spettro esteso Tecniche speciali di modulazione e codifica per comunicazone wireless C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Riduzione di potenza Immunità al rumore Stealth OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Quando si trasmettono dati discreti sui canali di comunicazione, vengono utilizzati due tipi principali di codifica fisica: basata su un segnale portante sinusoidale e basata su una sequenza di impulsi rettangolari. Il primo metodo viene spesso chiamato anche modulazione O modulazione analogica, sottolineando il fatto che la codifica viene effettuata modificando i parametri del segnale analogico. Di solito viene chiamato il secondo modo codifica digitale. Questi metodi differiscono per l'ampiezza dello spettro del segnale risultante e per la complessità delle apparecchiature necessarie per la loro implementazione.

Quando si utilizzano impulsi rettangolari, lo spettro del segnale risultante è molto ampio. Ciò non sorprende se ricordiamo che lo spettro di una quantità di moto ideale ha un'ampiezza infinita. L'uso di una sinusoide si traduce in uno spettro molto più piccolo alla stessa velocità di informazione. Tuttavia, l’implementazione della modulazione sinusoidale richiede attrezzature più complesse e costose rispetto all’implementazione degli impulsi rettangolari.

Attualmente, sempre più spesso, i dati che inizialmente hanno una forma analogica - la parola, un'immagine televisiva - vengono trasmessi sui canali di comunicazione in forma discreta, cioè sotto forma di una sequenza di uno e zero. Viene chiamato il processo di rappresentazione dell'informazione analogica in forma discreta modulazione discreta. I termini "modulazione" e "codifica" sono spesso usati in modo intercambiabile.

2.2.1. Modulazione analogica

La modulazione analogica viene utilizzata per trasmettere dati discreti su canali a larghezza di banda ridotta, caratterizzati da canale di frequenza tonale, messi a disposizione degli utenti delle reti telefoniche pubbliche. Una tipica risposta in frequenza di un canale di frequenza vocale è mostrata in fig. 2.12. Questo canale trasmette frequenze nell'intervallo da 300 a 3400 Hz, quindi la sua larghezza di banda è di 3100 Hz. Sebbene la voce umana abbia uno spettro molto più ampio, da circa 100 Hz a 10 kHz, per una qualità vocale accettabile, una gamma di 3100 Hz è una buona soluzione. La rigorosa limitazione della larghezza di banda del canale a toni è associata all'uso di apparecchiature di multiplexing e commutazione di circuito nelle reti telefoniche.

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 133

Viene chiamato un dispositivo che svolge le funzioni di modulazione di una sinusoide portante dal lato trasmittente e di demodulazione dal lato ricevente modem(modulatore-demodulatore).

Metodi di modulazione analogica

La modulazione analogica è un metodo di codifica fisica in cui le informazioni vengono codificate modificando l'ampiezza, la frequenza o la fase di un segnale sinusoidale. frequenza portante. I principali metodi di modulazione analogica sono mostrati in fig. 2.13. Nel diagramma (Fig. 2.13, UN) viene mostrata una sequenza di bit dell'informazione originale, rappresentata da potenziali di alto livello per uno logico e da un potenziale di livello zero per uno zero logico. Questo metodo di codifica è chiamato codice potenziale, che viene spesso utilizzato durante il trasferimento di dati tra blocchi di computer.

A modulazione d'ampiezza(Fig. 2.13, 6) per uno logico, viene selezionato un livello dell'ampiezza della sinusoide della frequenza portante e per uno zero logico un altro. Questo metodo viene utilizzato raramente nella sua forma pura nella pratica a causa della bassa immunità al rumore, ma viene spesso utilizzato in combinazione con un altro tipo di modulazione: la modulazione di fase.

A modulazione di frequenza (Fig. 2.13, c) i valori 0 e 1 dei dati iniziali sono trasmessi da sinusoidi con frequenze diverse - fo e fi. Questo metodo di modulazione non richiede circuiti complessi nei modem e viene generalmente utilizzato nei modem a bassa velocità che funzionano a 300 o 1200 bps.

A modulazione di fase(Fig. 2.13, d) i valori dei dati 0 e 1 corrispondono a segnali della stessa frequenza, ma con una fase diversa, ad esempio 0 e 180 gradi o 0,90,180 e 270 gradi.

Nei modem ad alta velocità, vengono spesso utilizzati metodi di modulazione combinati, di norma l'ampiezza in combinazione con la fase.

Capitolo 2. Fondamenti di comunicazione discreta dei dati

Spettro del segnale modulato

Lo spettro del segnale modulato risultante dipende dal tipo di modulazione e dalla velocità di modulazione, ovvero dal bit rate desiderato dell'informazione originale.

Consideriamo innanzitutto lo spettro del segnale con potenziale codifica. Lascia che un'unità logica sia codificata da un potenziale positivo e uno zero logico da un potenziale negativo della stessa grandezza. Per semplificare i calcoli, assumiamo che venga trasmessa un'informazione costituita da una sequenza infinita di uno e zeri alternati, come mostrato in Fig. 2.13, UN. Si noti che in questo caso i valori di baud e bit al secondo sono gli stessi.

Per la codifica potenziale, lo spettro si ottiene direttamente dalle formule di Fourier per la funzione periodica. Se i dati discreti vengono trasmessi con un bit rate N bit/s, allora lo spettro è costituito da una componente costante di frequenza nulla e da una serie infinita di armoniche con frequenze fo, 3fo, 5fo, 7fo,..., dove fo = N/ 2. Le ampiezze di queste armoniche diminuiscono piuttosto lentamente - con coefficienti 1/3, 1/5,1/7,... dell'ampiezza armonica fo (Fig. 2.14, UN). Di conseguenza, il potenziale spettro di codici richiede un'ampia larghezza di banda per una trasmissione di alta qualità. Inoltre, va tenuto presente che in realtà lo spettro del segnale cambia costantemente a seconda dei dati trasmessi sulla linea di comunicazione. Ad esempio, l'invio di una lunga sequenza di zeri o uno sposta lo spettro verso basse frequenze, e nel caso estremo, quando i dati trasmessi sono costituiti solo da uno (o solo da zeri), lo spettro è costituito da un'armonica di frequenza zero. Quando si trasmettono unità e zeri alternati, non è presente alcuna componente CC. Pertanto, lo spettro del segnale di codice potenziale risultante durante la trasmissione di dati arbitrari occupa una banda da un valore vicino a 0 Hz a circa 7fo (le armoniche con frequenze superiori a 7fo possono essere trascurate a causa del loro piccolo contributo al segnale risultante). Per un canale di frequenza vocale, il limite superiore per la codifica potenziale viene raggiunto per una velocità dati di 971 bps, mentre il limite inferiore è inaccettabile per qualsiasi velocità, poiché la larghezza di banda del canale inizia a 300 Hz. Di conseguenza, i potenziali codici sui canali di frequenza vocale non vengono mai utilizzati.

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 135

Con la modulazione di ampiezza, lo spettro è costituito da una sinusoide della frequenza portante f c e due armoniche laterali: (f c + f m) e (f c - f m), dove f m è la frequenza di variazione del parametro informativo della sinusoide, che coincide con la velocità dei dati quando si utilizzano due livelli di ampiezza (Fig. 2.14, 6). La frequenza f m determina la capacità della linea a questo metodo codifica. Con una frequenza di modulazione piccola, anche l'ampiezza dello spettro del segnale sarà piccola (pari a 2f m), quindi i segnali non verranno distorti dalla linea se la sua larghezza di banda è maggiore o uguale a 2f m . Per un canale di frequenza vocale, questo metodo di modulazione è accettabile con una velocità dati non superiore a 3100/2=1550 bps. Se per rappresentare i dati vengono utilizzati 4 livelli di ampiezza, la capacità del canale aumenta a 3100 bps.

Con la modulazione di fase e frequenza, lo spettro del segnale è più complesso che con la modulazione di ampiezza, poiché qui si formano più di due armoniche laterali, ma sono anche posizionate simmetricamente rispetto alla frequenza portante principale e le loro ampiezze diminuiscono rapidamente. Pertanto queste modulazioni sono adatte anche per la trasmissione di dati su un canale di frequenza vocale.

I metodi di modulazione combinati vengono utilizzati per aumentare la velocità dei dati. I metodi più comuni sono modulazione di ampiezza in quadratura (Quadrature Amplitude Modulation, QAM). Questi metodi si basano su una combinazione di modulazione di fase con 8 valori di sfasamento e modulazione di ampiezza con 4 livelli di ampiezza. Tuttavia non vengono utilizzate tutte le 32 possibili combinazioni di segnali. Ad esempio, nei codici Traliccio sono consentite solo 6, 7 o 8 combinazioni per rappresentare i dati originali e le restanti combinazioni sono vietate. Tale ridondanza di codifica è necessaria affinché il modem possa riconoscere segnali errati derivanti da distorsioni dovute a disturbi, che sui canali telefonici, soprattutto commutati, sono molto significativi in ampiezza e lunghi nel tempo.

2.2.2. Codifica digitale

Quando si codificano digitalmente informazioni discrete, vengono utilizzati codici potenziale e impulso.

Nei codici potenziali, per rappresentare gli uno e gli zeri logici viene utilizzato solo il valore del potenziale del segnale e le sue gocce, che formano impulsi completi, non vengono prese in considerazione. I codici a impulsi consentono di rappresentare i dati binari come impulsi di una determinata polarità o come parte di un impulso: una potenziale caduta in una determinata direzione.

Requisiti per i metodi di codifica digitale

Quando si utilizzano impulsi rettangolari per trasmettere informazioni discrete, è necessario scegliere un metodo di codifica che consenta di raggiungere contemporaneamente diversi obiettivi:

Aveva allo stesso bit rate la larghezza più piccola dello spettro del segnale risultante;

Fornita sincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore;

Aveva la capacità di riconoscere gli errori;

Ha un basso costo di realizzazione.

136 Capitolo 2 Nozioni di base sul trasferimento dati discreti

Uno spettro di segnali più ristretto consente di ottenere una velocità di trasferimento dati più elevata sulla stessa linea (con la stessa larghezza di banda). Inoltre, sullo spettro del segnale viene spesso imposto il requisito che non vi sia alcuna componente costante, ovvero la presenza di corrente continua tra trasmettitore e ricevitore. In particolare, l'uso di vari circuiti di trasformatori isolamento galvanico impedisce il flusso di corrente continua.

La sincronizzazione del trasmettitore e del ricevitore è necessaria affinché il ricevitore sappia esattamente in quale momento è necessario leggere nuove informazioni dalla linea di comunicazione. Questo problema è più difficile da risolvere nelle reti che nello scambio di dati tra dispositivi ravvicinati, ad esempio tra unità all'interno di un computer o tra un computer e una stampante. SU brevi distanze un circuito basato su una linea di comunicazione di clock separata (Fig. 2.15) funziona bene, in modo che l'informazione venga rimossa dalla linea dati solo nel momento in cui arriva l'impulso di clock. Nelle reti l'utilizzo di questo schema provoca difficoltà a causa dell'eterogeneità delle caratteristiche dei conduttori nei cavi. Su lunghe distanze, le increspature della velocità del segnale possono far sì che l'orologio arrivi così tardi o troppo presto per il segnale dati corrispondente che un bit di dati viene saltato o riletto. Un altro motivo per cui le reti rifiutano di utilizzare gli impulsi di clock è quello di risparmiare conduttori in cavi costosi.

Pertanto, le reti utilizzano il cosiddetto codici di autosincronizzazione, i cui segnali portano indicazioni al trasmettitore in quale momento è necessario riconoscere il bit successivo (o più bit, se il codice è orientato a più di due stati di segnale). Qualsiasi spigolo vivo nel segnale, il cosiddetto fronte, può essere un buon indicatore per la sincronizzazione del ricevitore con il trasmettitore.

Quando si utilizzano le sinusoidi come segnale portante, il codice risultante ha la proprietà di autosincronizzazione, poiché una variazione nell'ampiezza della frequenza portante consente al ricevitore di determinare il momento in cui appare il codice di ingresso.

Il riconoscimento e la correzione dei dati distorti sono difficili da implementare tramite il livello fisico, quindi molto spesso questo lavoro viene svolto dai protocolli che si trovano sopra: canale, rete, trasporto o applicazione. D'altra parte, il riconoscimento degli errori a livello fisico fa risparmiare tempo, poiché il ricevitore non aspetta che il frame sia completamente bufferizzato, ma lo rifiuta immediatamente quando vengono riconosciuti bit errati all'interno del frame.

I requisiti per i metodi di codifica sono reciprocamente contraddittori, pertanto ciascuno dei metodi di codifica digitale più diffusi discussi di seguito presenta vantaggi e svantaggi rispetto agli altri.

______________________________2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico _______137

Codice potenziale senza ritorno a zero

Nella fig. 2.16, e mostra il metodo di potenziale codifica precedentemente menzionato, chiamato anche codifica senza ritorno a zero (Non Return to Zero, NRZ). Il cognome riflette il fatto che quando viene trasmessa una sequenza di uno, il segnale non ritorna a zero durante il ciclo (come vedremo in seguito, in altri metodi di codifica, in questo caso si verifica un ritorno a zero). Il metodo NRZ è facile da implementare, ha un buon riconoscimento degli errori (grazie a due potenziali nettamente diversi), ma non ha la proprietà di autosincronizzazione. Quando si trasmette una lunga sequenza di uno o zero, il segnale sulla linea non cambia, quindi il ricevitore non è in grado di determinare dal segnale di ingresso gli orari in cui è necessario rileggere i dati. Anche con un generatore di clock molto preciso, il ricevitore può commettere un errore con il momento dell'acquisizione dei dati, poiché le frequenze dei due generatori non sono mai completamente identiche. Pertanto, con velocità di dati elevate e lunghe sequenze di uno o zero, una piccola discrepanza delle frequenze di clock può portare a un errore nell'intero ciclo e, di conseguenza, alla lettura di un valore di bit errato.

Un altro grave svantaggio del metodo NRZ è la presenza di una componente a bassa frequenza che si avvicina allo zero quando si trasmettono lunghe sequenze di uno o zeri. Per questo motivo, molti canali di comunicazione non lo forniscono

138 Capitolo 2 Nozioni di base sulla comunicazione discreta

quelli con collegamento galvanico diretto tra ricevitore e sorgente non supportano questo tipo di codifica. Di conseguenza, nella sua forma pura, il codice NRZ non viene utilizzato nelle reti. Tuttavia, vengono utilizzate le sue varie modifiche, in cui vengono eliminate sia la scarsa autosincronizzazione del codice NRZ sia la presenza di un componente costante. L'attrattiva del codice NRZ, che rende utile migliorarlo, è la frequenza fondamentale fo piuttosto bassa, che è pari a N/2 Hz, come mostrato nella sezione precedente. Altri metodi di codifica, come la codifica Manchester, hanno una frequenza fondamentale più elevata.

Metodo di codifica bipolare con inversione alternativa

Una delle modifiche del metodo NRZ è il metodo codifica bipolare con inversione alternativa (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI). In questo metodo (Fig. 2.16, 6) vengono utilizzati tre livelli di potenziale: negativo, zero e positivo. Per codificare uno zero logico, viene utilizzato un potenziale zero e un'unità logica è codificata da un potenziale positivo o negativo, mentre il potenziale di ciascuna nuova unità è opposto al potenziale di quella precedente.

Il codice AMI elimina parzialmente la DC e la mancanza di problemi di autotemporizzazione inerenti al codice NRZ. Questo accade quando si inviano lunghe sequenze di uno. In questi casi il segnale sulla linea è una sequenza di impulsi bipolari con lo stesso spettro del codice NRZ che trasmettono zeri e uno alternati, cioè senza componente costante e con armonica fondamentale di N/2 Hz (dove N è la velocità in bit dei dati). Anche le lunghe sequenze di zeri sono pericolose per il codice AMI, così come per il codice NRZ: il segnale degenera in un potenziale costante di ampiezza zero. Pertanto il codice AMI necessita di ulteriori miglioramenti, anche se il compito è semplificato: restano da gestire solo le sequenze di zeri.

In generale, per varie combinazioni di bit sulla linea, l'utilizzo del codice AMI porta ad uno spettro di segnale più ristretto rispetto al codice NRZ, e quindi ad una maggiore larghezza di banda linee. Ad esempio, quando si trasmettono uno e zero alternati, l'armonica fondamentale fo ha una frequenza di N/4 Hz. Il codice AMI prevede anche alcune funzionalità per il riconoscimento di segnali errati. Pertanto, una violazione della rigida alternanza della polarità dei segnali indica un falso impulso o la scomparsa dell'impulso corretto dalla linea. Viene richiamato un segnale con polarità errata segnale proibito (violazione del segnale).

Il codice AMI utilizza non due, ma tre livelli di segnale per linea. Lo strato aggiuntivo richiede un aumento della potenza di trasmissione di circa 3 dB per fornire la stessa fedeltà di bit sulla linea, il che rappresenta uno svantaggio generale dei codici con più stati del segnale rispetto ai codici che distinguono solo tra due stati.

Codice potenziale con inversione all'unità

Esiste un codice simile all'AMI, ma con solo due livelli di segnale. Quando viene trasmesso zero, trasmette il potenziale impostato nel ciclo precedente (cioè non lo modifica), e quando viene trasmesso uno, il potenziale viene invertito al contrario. Questo codice si chiama codice potenziale con inversione all'unità

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 139

(Non ritorno allo zero con quelli invertiti, NRZI). Questo codice è utile nei casi in cui l'uso di un terzo livello di segnale è altamente indesiderabile, ad esempio nei cavi ottici, dove vengono riconosciuti in modo affidabile due stati di segnale: chiaro e scuro. Vengono utilizzati due metodi per migliorare potenziali codici come AMI e NRZI. Il primo metodo si basa sull'aggiunta di bit ridondanti contenenti bit logici al codice sorgente. Ovviamente in questo caso vengono interrotte lunghe sequenze di zeri ed il codice si autosincronizza per ogni dato trasmesso. Scompare anche la componente costante, il che significa che lo spettro del segnale si restringe ancora di più. Ma questo metodo riduce la larghezza di banda utile della linea, poiché non vengono trasportate unità ridondanti di informazioni utente. Un altro metodo si basa sul "mescolamento" preliminare delle informazioni iniziali in modo tale che la probabilità della comparsa di uno e zero sulla linea si avvicini. Vengono chiamati i dispositivi o i blocchi che eseguono questa operazione scrambler(scramble - dump, assemblaggio disordinato). Durante lo scrambling, viene utilizzato un algoritmo noto, quindi il ricevitore, dopo aver ricevuto dati binari, li trasmette a decodificatore, che ripristina la sequenza di bit originale. I bit in eccesso non vengono trasmessi sulla linea. Entrambi i metodi fanno riferimento ad una codifica logica e non fisica, poiché non determinano la forma dei segnali sulla linea. Essi verranno studiati più in dettaglio nella sezione successiva.

Codice impulso bipolare

Oltre ai codici potenziali, le reti utilizzano anche codici a impulsi, quando i dati sono rappresentati da un impulso completo o da una sua parte: un fronte. Il caso più semplice di questo approccio è codice impulso bipolare, in cui l'unità è rappresentata da un impulso di una polarità e zero è l'altra (Fig. 2.16, V). Ogni impulso dura mezzo ciclo. Un codice di questo tipo ha eccellenti proprietà di autosincronizzazione, ma può essere presente una componente continua, ad esempio, quando si trasmette una lunga sequenza di uno o zero. Inoltre, il suo spettro è più ampio di quello dei potenziali codici. Pertanto, quando si trasmettono tutti zeri o uno, la frequenza dell'armonica fondamentale del codice sarà pari a N Hz, che è due volte superiore all'armonica fondamentale del codice NRZ e quattro volte superiore all'armonica fondamentale del codice AMI durante la trasmissione di uno e zero alternati. A causa dello spettro troppo ampio, il codice dell'impulso bipolare viene utilizzato raramente.

Codice Manchester

IN reti locali Fino a poco tempo fa, il metodo di codifica più comune era il cosiddetto Codice Manchester(Fig. 2.16, d). Viene applicato dentro Tecnologie Ethernet e Token Ring.

Nel codice Manchester, per codificare gli uno e gli zeri viene utilizzata una potenziale caduta, ovvero la parte anteriore dell'impulso. Nella codifica Manchester, ogni orologio è diviso in due parti. Le informazioni sono codificate da potenziali cali che si verificano a metà di ogni ciclo. Un'unità è codificata da una transizione da basso ad alto e uno zero è codificato da un fronte inverso. All'inizio di ogni ciclo, può verificarsi un fronte del segnale di servizio se è necessario rappresentare più uno o zeri di seguito. Poiché il segnale cambia almeno una volta per ciclo di trasmissione di un bit di dati, il codice Manchester è valido

140 Capitolo 2 Nozioni di base sulla comunicazione discreta _____________________________________________

proprietà di autosincronizzazione. La larghezza di banda del codice Manchester è più stretta di quella dell'impulso bipolare. Inoltre non ha una componente costante e l'armonica fondamentale nel caso peggiore (quando si trasmette una sequenza di uno o zero) ha una frequenza di N Hz e nel migliore dei casi (quando si trasmette uno e zero alternati) è uguale a N/2 Hz, come nei codici AMI o NRZ. In media, la larghezza di banda del codice Manchester è una volta e mezza più stretta di quella del codice a impulsi bipolari e l'armonica fondamentale oscilla intorno a 3N/4. Il codice Manchester presenta un altro vantaggio rispetto al codice a impulsi bipolare. Quest'ultimo utilizza tre livelli di segnale per la trasmissione dei dati, mentre Manchester ne utilizza due.

Codice potenziale 2B1Q

Nella fig. 2.16 D mostra un codice potenziale con quattro livelli di segnale per la codifica dei dati. Questo è il codice 2B1Q il cui nome riflette la sua essenza: ogni due bit (2B) vengono trasmessi in un ciclo da un segnale che ha quattro stati (1Q). Il bit 00 è -2,5 V, il bit 01 è -0,833 V, AND è +0,833 V e 10 è +2,5 V. sequenze di coppie identiche di bit, poiché in questo caso il segnale viene convertito in una componente costante. Con l'interlacciamento casuale dei bit, lo spettro del segnale è due volte più stretto di quello del codice NRZ, poiché a parità di bit rate la durata del clock è raddoppiata. Pertanto, utilizzando il codice 2B1Q, è possibile trasferire i dati sulla stessa linea due volte più velocemente rispetto al codice AMI o NRZI. Tuttavia, per la sua implementazione, la potenza del trasmettitore deve essere maggiore in modo che i quattro livelli siano chiaramente distinti dal ricevitore sullo sfondo delle interferenze.

2.2.3. Codifica logica

La codifica logica viene utilizzata per migliorare i potenziali codici di tipo AMI, NRZI o 2Q1B. La codifica logica dovrebbe sostituire lunghe sequenze di bit che portano a un potenziale costante con altri intervallati. Come notato sopra, due metodi sono caratteristici della codifica logica: codici ridondanti e codifica.

Codici ridondanti

Codici ridondanti si basano sulla suddivisione della sequenza originale di bit in porzioni, spesso chiamate caratteri. Quindi ogni carattere originale viene sostituito con uno nuovo che ha più bit dell'originale. Ad esempio, il codice logico 4V/5V utilizzato nelle tecnologie FDDI e Fast Ethernet sostituisce i simboli originali a 4 bit con simboli a 5 bit. Poiché i simboli risultanti contengono bit ridondanti, il numero totale di combinazioni di bit in essi contenuti è maggiore rispetto a quelli originali. Pertanto, nel codice 4B / 5B, i simboli risultanti possono contenere combinazioni a 32 bit, mentre i simboli originali - solo 16. Pertanto, nel codice risultante, è possibile selezionare 16 combinazioni di questo tipo che non contengono un numero elevato di zeri e conta il resto codici proibiti (violazione del codice). Oltre ad eliminare la componente DC e conferire al codice la proprietà di autosincronizzazione, i codici ridondanti lo consentono

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 141

ricevitore per riconoscere i bit confusi. Se il ricevitore riceve un codice proibito significa che il segnale sulla linea è distorto.

La corrispondenza dei codici sorgente e risultanti 4V/5V è presentata di seguito.

Il codice 4B/5B viene quindi trasmesso sulla linea utilizzando la codifica fisica utilizzando uno dei potenziali metodi di codifica che è sensibile solo a lunghe sequenze di zeri. I simboli del codice 4V/5V, lunghi 5 bit, garantiscono che non possano comparire più di tre zeri consecutivi sulla linea per qualsiasi combinazione di essi.

La lettera B nel nome del codice significa che il segnale elementare ha 2 stati - dall'inglese binario - binario. Esistono anche codici con tre stati di segnale, ad esempio nel codice 8B / 6T, per codificare 8 bit di informazioni iniziali, viene utilizzato un codice di 6 segnali, ciascuno dei quali ha tre stati. La ridondanza del codice 8B/6T è maggiore di quella del codice 4B/5B, poiché ci sono 3 6 =729 simboli risultanti per 256 codici sorgente.

L'uso della tabella di ricerca è un'operazione molto semplice, quindi questo approccio non complica gli adattatori di rete e i blocchi di interfaccia di switch e router.

Per fornire una determinata capacità di linea, un trasmettitore che utilizza un codice ridondante deve funzionare con una frequenza di clock maggiore. Pertanto, per trasmettere codici 4V/5V ad una velocità di 100 Mb/s, il trasmettitore deve funzionare ad una frequenza di clock di 125 MHz. In questo caso lo spettro del segnale sulla linea risulta ampliato rispetto al caso in cui sulla linea viene trasmesso un codice puro e non ridondante. Tuttavia, lo spettro del codice potenziale ridondante risulta essere più ristretto dello spettro del codice Manchester, il che giustifica lo stadio aggiuntivo della codifica logica, nonché il funzionamento del ricevitore e del trasmettitore con una maggiore frequenza di clock.

Rimescolamento

Mescolare i dati con uno scrambler prima di metterli in linea con un codice candido è un altro modo di codifica logica.

I metodi di scrambling consistono nel calcolo bit per bit del codice risultante in base ai bit codice sorgente e bit del codice risultante ricevuto nei cicli precedenti. Ad esempio, uno scrambler potrebbe implementare la seguente relazione:

Bi - Ai 8 Bi-s f Bi. 5,

dove bi è la cifra binaria del codice risultante ricevuto all'i-esimo ciclo dello scrambler, ai è la cifra binaria del codice sorgente ricevuto all'i-esimo ciclo dello scrambler

142 Capitolo 2 Nozioni di base sul trasferimento dati discreto

ingresso scrambler, В^з e B t .5 - cifre binarie del codice risultante ottenuto nei cicli precedenti dello scrambler, rispettivamente, 3 e 5 cicli prima del ciclo corrente, 0 - operazione XOR (addizione modulo 2).

Ad esempio, per la sequenza sorgente 110110000001, lo scrambler fornirà il seguente codice risultato:

bi = ai - 1 (le prime tre cifre del codice risultante saranno le stesse di quello originale, poiché non sono ancora necessarie le cifre precedenti)

Pertanto, l'output dello scrambler sarà la sequenza 110001101111, che non contiene la sequenza di sei zeri presente nel codice sorgente.

Dopo aver ricevuto la sequenza risultante, il ricevitore la passa al descrambler, che ricostruisce la sequenza originale in base alla relazione inversa:

Vari algoritmi di codifica differiscono nel numero di termini che forniscono la cifra del codice risultante e nello spostamento tra i termini. Sì, dentro Reti ISDN quando si trasferiscono i dati dalla rete all'abbonato, la trasformazione viene utilizzata con spostamenti di 5 e 23 posizioni e quando si trasferiscono i dati dall'abbonato alla rete, con spostamenti di 18 e 23 posizioni.

Ci sono più metodi semplici lotta contro sequenze di unità, riferite anche alla classe dello scrambling.

Per migliorare il codice AMI bipolare vengono utilizzati due metodi basati sulla distorsione artificiale della sequenza di zeri da parte di caratteri proibiti.

Nella fig. La Figura 2.17 mostra l'uso del metodo B8ZS (bipolare con sostituzione di 8 zeri) e del metodo HDB3 (bipolare a 3 zeri ad alta densità) per correggere il codice AMI. Il codice sorgente è costituito da due lunghe sequenze di zeri: nel primo caso - da 8 e nel secondo - da 5.

Il codice B8ZS corregge solo le sequenze composte da 8 zeri. Per fare ciò, dopo i primi tre zeri, invece dei restanti cinque zeri, inserisce cinque cifre: V-1*-0-V-1*. V qui denota un segnale di uno, vietato per un dato ciclo di polarità, cioè un segnale che non cambia la polarità del precedente, 1* è un segnale di un'unità di polarità corretta, e un asterisco indica che

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 143

il fatto che nel codice sorgente di questo ciclo non ci fosse un'unità, ma uno zero. Di conseguenza, il ricevitore rileva 2 distorsioni in 8 cicli di clock: è molto improbabile che ciò sia accaduto a causa del rumore sulla linea o di altri guasti di trasmissione. Pertanto, il ricevente considera tali violazioni come la codifica di 8 zeri consecutivi e, alla ricezione, le sostituisce con gli 8 zeri originali. Il codice B8ZS è costruito in modo tale che la sua componente costante sia zero per qualsiasi sequenza di cifre binarie.

Il codice HDB3 corregge quattro zeri consecutivi qualsiasi nella sequenza originale. Le regole per generare il codice HDB3 sono più complesse rispetto al codice B8ZS. Ogni quattro zeri vengono sostituiti da quattro segnali che hanno un segnale V. Per sopprimere la componente CC, la polarità del segnale V viene invertita in modifiche successive. Inoltre, per la sostituzione vengono utilizzati due modelli di codici a quattro cicli. Se il codice originale conteneva un numero dispari di 1 prima della sostituzione, viene utilizzata la sequenza OOOV e se il numero di 1 era pari, viene utilizzata la sequenza 1*OOV.

I codici candidati avanzati hanno una larghezza di banda abbastanza stretta per qualsiasi sequenza di 1 e 0 che si verifica nei dati trasmessi. Nella fig. 2.18 mostra gli spettri di segnali di codici diversi ottenuti trasmettendo dati arbitrari, in cui sono ugualmente probabili varie combinazioni di zeri e uno nel codice sorgente. Durante la costruzione dei grafici, è stata calcolata la media dello spettro su tutti i possibili insiemi di sequenze iniziali. Naturalmente, i codici risultanti possono avere una diversa distribuzione di zero e uno. Dalla fig. 2.18 mostra che il potenziale codice NRZ ha un buon spettro con uno svantaggio: ha una componente costante. I codici ottenuti dal potenziale mediante codifica logica hanno uno spettro più ristretto rispetto a quello di Manchester, anche ad una frequenza di clock maggiore (nella figura lo spettro del codice 4V / 5V dovrebbe coincidere approssimativamente con il codice B8ZS, ma è spostato

144 Glovo2 Fondamenti di trasmissione dati discreta

alla regione delle frequenze più alte, poiché la sua frequenza di clock è aumentata di 1/4 rispetto ad altri codici). Ciò spiega l'uso di potenziali codici ridondanti e criptati tecnologie moderne come FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN, ecc. invece di Manchester e Bipolar Pulse Coding.

2.2.4. Modulazione discreta di segnali analogici

Una delle principali tendenze nello sviluppo delle tecnologie di rete è la trasmissione di dati sia discreti che analogici nella stessa rete. Le fonti di dati discrete sono computer e altri dispositivi informatici, mentre le fonti di dati analogiche sono dispositivi come telefoni, videocamere, apparecchiature audio e video. Nelle prime fasi della risoluzione di questo problema nelle reti territoriali, tutti i tipi di dati venivano trasmessi in forma analogica, mentre i dati informatici, di natura discreta, venivano convertiti in forma analogica utilizzando i modem.

Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia di ricezione e trasmissione dei dati analogici, è diventato chiaro che la loro trasmissione in forma analogica non migliora la qualità dei dati ricevuti all'altra estremità della linea se questi vengono notevolmente distorti durante la trasmissione. Il segnale analogico in sé non fornisce alcuna indicazione né sull'avvenuta distorsione né su come correggerla, poiché la forma d'onda può essere qualsiasi cosa, inclusa quella registrata dal ricevitore. Migliorare la qualità delle linee, soprattutto quelle territoriali, richiede sforzi e investimenti enormi. Pertanto, la tecnologia analogica per la registrazione e la trasmissione di suoni e immagini è stata sostituita dalla tecnologia digitale. Questa tecnica utilizza la cosiddetta modulazione discreta dei processi analogici originali a tempo continuo.

I metodi di modulazione discreta si basano sulla discretizzazione di processi continui sia in ampiezza che in tempo (Fig. 2.19). Considera i principi della modulazione della scintilla usando l'esempio modulazione del codice di impulso, PCM (Pulse Amplitude Modulation, PAM), che è ampiamente utilizzato nella telefonia digitale.

L'ampiezza della funzione continua originale viene misurata con un determinato periodo: per questo motivo si verifica la discretizzazione del tempo. Quindi ogni misurazione viene rappresentata come un numero binario di una certa capacità, il che significa discretizzazione in base ai valori della funzione: un insieme continuo di possibili valori di ampiezza viene sostituito da un insieme discreto dei suoi valori. Viene chiamato un dispositivo che svolge questa funzione convertitore analogico-digitale (ADC). Successivamente, le misurazioni vengono trasmesse sui canali di comunicazione sotto forma di una sequenza di uno e zero. In questo caso vengono utilizzati gli stessi metodi di codifica utilizzati nel caso della trasmissione di informazioni inizialmente discrete, cioè ad esempio metodi basati sul codice B8ZS o 2B1Q.

Sul lato ricevente della linea, i codici vengono convertiti nella sequenza di bit originale e vengono richiamate apparecchiature speciali convertitore digitale-analogico (DAC), effettua la demodulazione delle ampiezze digitalizzate di un segnale continuo, ripristinando l'originaria funzione continua del tempo.

Si basa sulla modulazione discreta teoria della mappatura di Nyquist-Kotelnikov. Secondo questa teoria, una funzione analogica continua trasmessa come sequenza dei suoi valori tempo-discreti può essere ricostruita accuratamente se la frequenza di campionamento fosse due o più volte superiore alla frequenza dell'armonica più alta dello spettro della funzione originale.

Se questa condizione non viene soddisfatta, la funzione ripristinata sarà significativamente diversa da quella originale.

Il vantaggio dei metodi digitali per registrare, riprodurre e trasmettere informazioni analogiche è la capacità di controllare l'affidabilità dei dati letti da un vettore o ricevuti tramite una linea di comunicazione. Per fare ciò, è possibile applicare gli stessi metodi utilizzati per i dati informatici (e discussi più dettagliatamente di seguito): il calcolo somma di controllo, ritrasmissione di frame distorti, utilizzo di codici autocorrettivi.

Per la trasmissione vocale di alta qualità nel metodo PCM, viene utilizzata una frequenza di quantizzazione dell'ampiezza delle vibrazioni sonore di 8000 Hz. Ciò è dovuto al fatto che nella telefonia analogica per la trasmissione della voce è stata scelta la gamma da 300 a 3400 Hz, che trasmette tutte le principali armoniche degli interlocutori con una qualità sufficiente. Secondo il teorema di Nyquist-Koteltkov per una trasmissione vocale di qualità

146 Capitolo 2 Nozioni di base sulla comunicazione discreta

è sufficiente selezionare una frequenza di campionamento pari al doppio dell'armonica più alta del segnale continuo, ovvero 2 x 3400 = 6800 Hz. La frequenza di campionamento di 8000 Hz effettivamente scelta fornisce un certo margine di qualità. Il metodo PCM utilizza tipicamente 7 o 8 bit di codice per rappresentare l'ampiezza di un singolo campione. Di conseguenza, si ottengono 127 o 256 gradazioni del segnale audio, il che è abbastanza sufficiente per una trasmissione vocale di alta qualità. Quando si utilizza il metodo PCM, per trasmettere un canale vocale è necessaria una larghezza di banda di 56 o 64 Kbps, a seconda del numero di bit rappresentato da ciascun campione. Se utilizzato per questo scopo

7 bit, quindi con una frequenza di trasmissione della misura di 8000 Hz otteniamo:

8000 x 7 = 56000 bps o 56 kbps; e per il caso di 8 bit:

8000 x 8 - 64000 bps o 64 Kbps.

La norma è canale digitale 64 kbps, chiamato anche canale elementare delle reti telefoniche digitali.

La trasmissione di un segnale continuo in forma discreta richiede che le reti rispettino rigorosamente un intervallo di tempo di 125 μs (corrispondente a una frequenza di campionamento di 8000 Hz) tra misurazioni adiacenti, ovvero richiede una trasmissione dati sincrona tra i nodi della rete. Se non viene rispettato il sincronismo delle misurazioni in entrata, il segnale originale non viene ripristinato correttamente, il che porta alla distorsione della voce, dell'immagine o di altre informazioni multimediali trasmesse sulle reti digitali. Ad esempio, una distorsione temporale di 10 ms può portare a un effetto "eco" e gli spostamenti tra campioni di 200 ms portano alla perdita di riconoscimento delle parole pronunciate. Allo stesso tempo, la perdita di una misurazione, pur mantenendo il sincronismo tra le restanti misurazioni, non ha praticamente alcun effetto sul suono riprodotto. Ciò accade a causa dei dispositivi di livellamento nei convertitori digitale-analogico, che si basano sulla proprietà di inerzia di qualsiasi segnale fisico: l'ampiezza delle vibrazioni sonore non può cambiare istantaneamente in modo significativo.

La qualità del segnale dopo il DAC è influenzata non solo dal sincronismo delle misure ricevute al suo ingresso, ma anche dall'errore di discretizzazione delle ampiezze di queste misure.

8 del teorema di Nyquist-Kotelnikov, si presume che le ampiezze della funzione siano misurate esattamente, allo stesso tempo, l'uso di numeri binari con una lunghezza di parola limitata per la loro memorizzazione distorce in qualche modo queste ampiezze. Di conseguenza, il segnale continuo ripristinato risulta distorto, chiamato rumore di campionamento (in ampiezza).

Esistono altri metodi di modulazione discreta che consentono di rappresentare le misurazioni vocali in una forma più compatta, ad esempio come una sequenza di numeri a 4 o 2 bit. Allo stesso tempo, un canale vocale richiede meno larghezza di banda, ad esempio 32 Kbps, 16 Kbps o anche meno. Dal 1985 viene utilizzato lo standard di codifica vocale CCITT, denominato Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM). I codici ADPCM si basano sulla ricerca delle differenze tra campioni vocali successivi, che vengono poi trasmessi sulla rete. Il codice ADPCM utilizza 4 bit per memorizzare una differenza e la voce viene trasmessa a 32 Kbps. Di più metodo moderno, Linear Predictive Coding (LPC), rende il campionamento della funzione originale più raro, ma utilizza metodi per prevedere la direzione del cambiamento nell'ampiezza del segnale. Utilizzando questo metodo è possibile abbassare la velocità della voce a 9600 bps.

2.2. Metodi di trasferimento dati discreti a livello fisico 147

I dati continui presentati digitalmente possono essere facilmente trasferiti attraverso una rete di computer. Per fare ciò è sufficiente inserire alcuni campioni in un frame di una tecnologia di rete standard, fornire al frame l'indirizzo di destinazione corretto e inviarlo al destinatario. Il destinatario deve estrarre le misurazioni dal frame e inviarle con una frequenza di quantizzazione (per la voce - ad una frequenza di 8000 Hz) ad un convertitore digitale-analogico. All'arrivo dei successivi fotogrammi con misurazioni vocali è opportuno ripetere l'operazione. Se i frame arrivano in modo sufficientemente sincrono, la qualità della voce può essere piuttosto elevata. Tuttavia, come già sappiamo, i frame nelle reti di computer possono essere ritardati sia nei nodi finali (in attesa dell'accesso al mezzo condiviso) sia nei dispositivi di comunicazione intermedi: bridge, switch e router. Pertanto, la qualità della voce viene trasmessa digitalmente tramite reti di computer solitamente basso. Per la trasmissione di alta qualità di segnali continui digitalizzati - voci, immagini - oggi vengono utilizzate reti digitali speciali, come ISDN, ATM e reti televisione digitale. Tuttavia, per il trasferimento di intracorporate conversazioni telefoniche Oggi sono tipiche le reti Frame Relay, i cui ritardi nella trasmissione dei frame rientrano entro limiti accettabili.

2.2.5. Trasmissione asincrona e sincrona

Il livello di collegamento opera su frame di dati e fornisce la sincronizzazione tra ricevitore e trasmettitore a livello di frame. È responsabilità del ricevitore riconoscere l'inizio del primo byte del frame, riconoscere i confini dei campi del frame e riconoscere il flag di fine frame.

Di solito è sufficiente garantire la sincronizzazione a questi due livelli - bit e frame - affinché il trasmettitore e il ricevitore possano garantire uno scambio stabile di informazioni. Tuttavia, quando scarsa qualità le linee di comunicazione (di solito si applica ai canali telefonici commutati) per ridurre il costo delle apparecchiature e migliorare l'affidabilità della trasmissione dei dati introducono ulteriori mezzi di sincronizzazione a livello di byte.

Questa modalità operativa si chiama asincrono O inizio-fine. Un altro motivo per utilizzare questa modalità operativa è la presenza di dispositivi che generano byte di dati in momenti casuali. Ecco come funziona la tastiera di un display o di un altro dispositivo terminale, da cui una persona inserisce i dati per l'elaborazione da parte di un computer.

In modalità asincrona, ogni byte di dati è accompagnato da speciali segnali di "avvio" e "stop" (Fig. 2.20, UN). Lo scopo di questi segnali è, in primo luogo, notificare al ricevitore l'arrivo dei dati e, in secondo luogo, dare al ricevitore tempo sufficiente per eseguire alcune funzioni legate alla temporizzazione prima che arrivi il byte successivo. Il segnale di avvio ha una durata di un intervallo di clock e il segnale di arresto può durare uno, uno e mezzo o due clock, quindi si dice che uno, uno e mezzo o due bit siano utilizzati come segnale di arresto, sebbene questi segnali non rappresentano bit utente.

La modalità descritta è detta asincrona perché ogni byte può essere leggermente spostato nel tempo rispetto ai cicli bit a bit del precedente.

148 Capitolo 2 Nozioni di base sul trasferimento dati discreto

byte. Tale trasmissione asincrona di byte non influisce sulla correttezza dei dati ricevuti, poiché all'inizio di ogni byte il ricevitore è inoltre sincronizzato con la sorgente grazie ai bit di "avvio". Maggiori tolleranze di tempo "libero" determinano il basso costo delle apparecchiature del sistema asincrono.

Nella modalità di trasferimento sincrono non sono presenti bit di avvio/arresto tra ciascuna coppia di byte. I dati dell'utente vengono raccolti in un frame, preceduto da byte di sincronizzazione (Fig. 2.20, B). Il byte di sincronizzazione è un byte contenente un codice pre-noto, ad esempio 0111110, che notifica al ricevitore l'arrivo di un frame di dati. Dopo averlo ricevuto, il ricevitore deve entrare in sincronizzazione dei byte con il trasmettitore, cioè comprendere correttamente l'inizio del byte successivo del frame. A volte vengono utilizzati più byte di sincronizzazione per fornire una sincronizzazione più affidabile tra ricevitore e trasmettitore. Poiché il ricevitore potrebbe avere problemi con la sincronizzazione dei bit durante la trasmissione di un frame lungo, in questo caso vengono utilizzati codici di autosincronizzazione.

» Quando si trasmettono dati discreti su un canale di frequenza vocale a banda stretta utilizzato nella telefonia, sono più adatti i metodi di modulazione analogica, in cui la sinusoide portante viene modulata dalla sequenza originale di cifre binarie. Questa operazione viene eseguita da dispositivi speciali: i modem.

* Per la trasmissione dati a bassa velocità, viene applicata una modifica nella frequenza dell'onda sinusoidale portante. I modem a velocità più elevata funzionano con metodi combinati di modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), caratterizzati da 4 livelli di ampiezza sinusoidale portante e 8 livelli di fase. Non tutte le 32 combinazioni possibili del metodo QAM vengono utilizzate per la trasmissione dei dati, le combinazioni proibite consentono di riconoscere dati distorti a livello fisico.

* Sui canali di comunicazione a banda larga vengono utilizzati metodi di codifica del potenziale e degli impulsi, in cui i dati sono rappresentati da diversi livelli di un potenziale di segnale costante o dalle polarità di un impulso o dal suo fronte.

* Quando si utilizzano codici potenziali, il compito di sincronizzare il ricevitore con il trasmettitore è di particolare importanza, poiché quando si trasmettono lunghe sequenze di zeri o uno, il segnale all'ingresso del ricevitore non cambia ed è difficile per il ricevitore determinare il momento in cui viene raccolto il bit di dati successivo.

___________________________________________2.3. Metodi di trasmissione del livello di collegamento dati _______149

* Il codice potenziale più semplice è il codice di non ritorno a zero (NRZ), tuttavia non è a temporizzazione automatica e crea una componente CC.

» Il codice a impulsi più popolare è il codice Manchester, in cui l'informazione viene trasportata dalla direzione del fronte del segnale a metà di ogni ciclo. Il codice Manchester viene utilizzato nelle tecnologie Ethernet e Token Ring.

» Per migliorare le proprietà di un potenziale codice NRZ, vengono utilizzati metodi di codifica logici che escludono lunghe sequenze di zeri. Questi metodi si basano su:

Sull'introduzione di bit ridondanti nei dati originali (codici di tipo 4V/5V);

Codificazione dei dati originali (codici come 2B1Q).

» I codici potenziali migliorati hanno uno spettro più ristretto rispetto ai codici a impulsi, quindi vengono utilizzati in tecnologie ad alta velocità come FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Fisico Il livello si occupa della trasmissione effettiva dei bit grezzi

canale di comunicazione.

Il trasferimento dei dati nelle reti di computer da un computer all'altro viene effettuato in sequenza, poco a poco. Fisicamente, i bit di dati vengono trasmessi sui canali dati sotto forma di segnali analogici o digitali.

Un insieme di mezzi (linee di comunicazione, apparecchiature per la trasmissione e la ricezione di dati) che servono per trasmettere dati nelle reti di computer è chiamato canale di trasmissione dati. A seconda della forma delle informazioni trasmesse, i canali di trasmissione dei dati possono essere suddivisi in analogici (continui) e digitali (discreti).

Poiché l'apparecchiatura per la trasmissione e la ricezione dei dati funziona con i dati in forma discreta (ovvero, i segnali elettrici discreti corrispondono a uno e zero di dati), quando vengono trasmessi attraverso un canale analogico, la conversione dei dati discreti in dati analogici (modulazione) è obbligatorio.

Quando si ricevono tali dati analogici, è necessaria una conversione inversa: la demodulazione. Modulazione/Demodulazione - Processi di conversione informazioni digitali ai segnali analogici e viceversa. Durante la modulazione, l'informazione è rappresentata da un segnale sinusoidale della frequenza che il canale dati trasmette bene.

I metodi di modulazione includono:

modulazione d'ampiezza;

· modulazione di frequenza;

modulazione di fase.

Quando si trasmettono segnali discreti attraverso un canale dati digitale, viene utilizzata la codifica:

· potenziale;

impulsivo.

Pertanto, sui canali viene applicata la codifica del potenziale o dell'impulso Alta qualità, e la modulazione sinusoidale è preferibile nei casi in cui il canale introduce una grave distorsione nei segnali trasmessi.

Di solito viene utilizzata la modulazione reti globali durante la trasmissione di dati su circuiti telefonici analogici, progettati per trasmettere la voce in forma analogica e quindi non adatti alla trasmissione diretta di impulsi.

A seconda dei metodi di sincronizzazione, dei canali di trasmissione dei dati reti di computer possono essere divisi in sincroni e asincroni. La sincronizzazione è necessaria affinché il nodo che trasmette i dati possa inviare un qualche tipo di segnale al nodo ricevente, in modo che il nodo ricevente sappia quando iniziare a ricevere i dati in entrata.

La trasmissione sincrona dei dati richiede una linea di comunicazione aggiuntiva per trasmettere gli impulsi di clock. La trasmissione dei bit da parte della stazione trasmittente e la loro ricezione da parte della stazione ricevente vengono effettuate nei momenti in cui compaiono gli impulsi di clock.

Con il trasferimento dati asincrono non è necessaria una linea di comunicazione aggiuntiva. In questo caso il trasferimento dei dati avviene in blocchi di lunghezza fissa (byte). La sincronizzazione viene eseguita da bit aggiuntivi (bit di inizio e bit di stop) che vengono trasmessi prima e dopo il byte trasmesso.

Quando si scambiano dati tra nodi di reti di computer, vengono utilizzati tre metodi di trasferimento dati:

trasmissione simplex (unidirezionale) (televisione, radio);

half-duplex (la ricezione / trasmissione delle informazioni viene eseguita alternativamente);

duplex (bidirezionale), ciascun nodo trasmette e riceve simultaneamente dati (ad esempio conversazioni telefoniche).

	\|	prossima lezione ==>

Quando si trasmettono dati discreti sui canali di comunicazione, vengono utilizzati due tipi principali di codifica fisica -basato segnale portante sinusoidale e basato su una sequenza di impulsi rettangolari. Il primo metodo viene spesso chiamato anche modulazione O modulazione analogica, sottolineando il fatto che la codifica viene effettuata modificando i parametri del segnale analogico. Di solito viene chiamato il secondo modo codifica digitale. Questi metodi differiscono per l'ampiezza dello spettro del segnale risultante e per la complessità delle apparecchiature necessarie per la loro implementazione.

Attualmente, sempre più spesso, i dati che inizialmente hanno una forma analogica - discorso, immagine televisiva - vengono trasmessi sui canali di comunicazione in forma discreta, cioè sotto forma di una sequenza di uno e zero. Viene chiamato il processo di rappresentazione dell'informazione analogica in forma discreta modulazione discreta. I termini "modulazione" e "codifica" sono spesso usati in modo intercambiabile.

A codifica digitale vengono utilizzate informazioni discrete, potenziali e codici di impulso. Nei codici potenziali, per rappresentare gli uno e gli zeri logici viene utilizzato solo il valore del potenziale del segnale e le sue gocce, che formano impulsi completi, non vengono prese in considerazione. I codici di impulso consentono di rappresentare i dati binari tramite impulsi di una determinata polarità o una parte dell'impulso, una potenziale caduta di una determinata direzione.

Quando si utilizzano impulsi rettangolari per trasmettere informazioni discrete, è necessario scegliere un metodo di codifica che consenta di raggiungere contemporaneamente diversi obiettivi: allo stesso bit rate, avere la larghezza più piccola dello spettro del segnale risultante; fornita la sincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore;

Aveva la capacità di riconoscere gli errori; aveva un basso costo di realizzazione.

Le reti utilizzano i cosiddetti codici di autosincronizzazione, i cui segnali portano indicazioni al trasmettitore in quale momento è necessario riconoscere il bit successivo (o più bit, se il codice è orientato a più di due stati di segnale). Qualsiasi bordo tagliente nel segnale - il cosiddetto bordo - può servire come una buona indicazione per la sincronizzazione del ricevitore con il trasmettitore. Il riconoscimento e la correzione dei dati distorti sono difficili da implementare tramite il livello fisico, quindi molto spesso questo lavoro viene svolto dai protocolli che si trovano sopra: canale, rete, trasporto o applicazione. D'altra parte, il riconoscimento degli errori a livello fisico fa risparmiare tempo, poiché il ricevitore non aspetta che il frame sia completamente inserito nel buffer, ma lo rifiuta immediatamente dopo il posizionamento. conoscere gli errori di bit all'interno di un frame.

Codice potenziale di non ritorno a zero, un metodo di codifica potenziale, chiamato anche codifica senza tornare a zero (Non ritorno A Zero, NRZ). Il cognome riflette il fatto che quando viene trasmessa una sequenza di uno, il segnale non ritorna a zero durante il ciclo (come vedremo in seguito, in altri metodi di codifica, in questo caso si verifica un ritorno a zero). Il metodo NRZ è facile da implementare, ha un buon riconoscimento degli errori (grazie a due potenziali nettamente diversi), ma non ha la proprietà di autosincronizzazione. Quando si trasmette una lunga sequenza di uno o zero, il segnale sulla linea non cambia, quindi il ricevitore non è in grado di determinare dal segnale di ingresso gli orari in cui è necessario rileggere i dati. Anche con un generatore di clock molto preciso, il ricevitore può commettere un errore con il momento dell'acquisizione dei dati, poiché le frequenze dei due generatori non sono mai completamente identiche. Pertanto, con velocità di dati elevate e lunghe sequenze di uno o zero, una piccola discrepanza delle frequenze di clock può portare a un errore nell'intero ciclo e, di conseguenza, alla lettura di un valore di bit errato.

Metodo di codifica bipolare con inversione alternativa. Una delle modifiche del metodo NRZ è il metodo codifica bipolare con inversione alternativa (Bipolare Alternato Segno inversione, AMI). Questo metodo utilizza tre livelli di potenziale: negativo, zero e positivo. Per codificare uno zero logico, viene utilizzato un potenziale zero e un'unità logica è codificata da un potenziale positivo o negativo, mentre il potenziale di ciascuna nuova unità è opposto al potenziale di quella precedente. Pertanto, una violazione della rigida alternanza della polarità dei segnali indica un falso impulso o la scomparsa dell'impulso corretto dalla linea. Viene richiamato un segnale con polarità errata segnale proibito (segnale violazione). Nel codice AMI vengono utilizzati non due, ma tre livelli di segnale per linea. Lo strato aggiuntivo richiede un aumento della potenza di trasmissione di circa 3 dB per fornire la stessa fedeltà di bit sulla linea, il che rappresenta uno svantaggio generale dei codici con più stati del segnale rispetto ai codici che distinguono solo tra due stati.

Codice potenziale con inversione all'unità. Esiste un codice simile all'AMI, ma con solo due livelli di segnale. Quando viene trasmesso zero, trasmette il potenziale impostato nel ciclo precedente (cioè non lo modifica), e quando viene trasmesso uno, il potenziale viene invertito al contrario. Questo codice si chiama codice potenziale con inversione all'unità (Non ritorno A Zero con quelli invertito, NRZI). Questo codice è utile nei casi in cui l'uso di un terzo livello di segnale è altamente indesiderabile, ad esempio nei cavi ottici, dove vengono riconosciuti in modo affidabile due stati di segnale: chiaro e scuro.

Codice impulso bipolare Oltre ai codici potenziali, le reti utilizzano anche codici a impulsi quando i dati sono rappresentati da un impulso completo o da una sua parte: un fronte. Il caso più semplice di questo approccio è codice impulso bipolare, in cui l'unità è rappresentata da un impulso di una polarità e zero è l'altra . Ogni impulso dura mezzo ciclo. Un codice di questo tipo ha eccellenti proprietà di autosincronizzazione, ma può essere presente una componente continua, ad esempio, quando si trasmette una lunga sequenza di uno o zero. Inoltre, il suo spettro è più ampio di quello dei potenziali codici. Pertanto, quando si trasmettono tutti zeri o uno, la frequenza dell'armonica fondamentale del codice sarà uguale a MHz, che è due volte superiore all'armonica fondamentale del codice NRZ e quattro volte superiore all'armonica fondamentale del codice AMI quando trasmettendo uno e zero alternati. A causa dello spettro troppo ampio, il codice dell'impulso bipolare viene utilizzato raramente.

Codice Manchester. Nelle reti locali, fino a poco tempo fa, il metodo di codifica più comune era il cosiddetto Codice Manchester. Viene utilizzato nelle tecnologie Ethernet e TokenRing. Nel codice Manchester, per codificare gli uno e gli zeri viene utilizzata una potenziale caduta, ovvero la parte anteriore dell'impulso. Nella codifica Manchester, ogni orologio è diviso in due parti. Le informazioni sono codificate da potenziali cali che si verificano a metà di ogni ciclo. Un'unità è codificata da un livello di segnale da basso ad alto e uno zero è codificato da un fronte inverso. All'inizio di ogni ciclo, può verificarsi un fronte del segnale di servizio se è necessario rappresentare più uno o zeri di seguito. Poiché il segnale cambia almeno una volta per ciclo di trasmissione di un bit di dati, il codice Manchester ha buone proprietà di autosincronizzazione. La larghezza di banda del codice Manchester è più stretta di quella dell'impulso bipolare. In media, la larghezza di banda del codice Manchester è una volta e mezza più stretta di quella del codice a impulsi bipolari e l'armonica fondamentale oscilla intorno a 3N/4. Il codice Manchester presenta un altro vantaggio rispetto al codice a impulsi bipolare. Quest'ultimo utilizza tre livelli di segnale per la trasmissione dei dati, mentre Manchester ne utilizza due.

Codice potenziale 2B 1Q. Codice potenziale con quattro livelli di segnale per la codifica dei dati. Questo è il codice 2 IN 1Q, il cui nome riflette la sua essenza: ogni due bit (2B) vengono trasmessi in un ciclo da un segnale che ha quattro stati (1Q). Il bit 00 è -2,5 V, il bit 01 è -0,833 V, 11 è +0,833 V e 10 è +2,5 V. Con questo metodo di codifica sono necessarie misure aggiuntive per gestire lunghe sequenze di coppie di bit identiche, poiché il segnale viene poi convertito in una componente costante. Con l'interlacciamento casuale dei bit, lo spettro del segnale è due volte più stretto di quello del codice NRZ, poiché a parità di bit rate la durata del clock è raddoppiata. Pertanto, utilizzando il codice 2B 1Q, è possibile trasferire i dati sulla stessa linea due volte più velocemente rispetto all'utilizzo del codice AMI o NRZI. Tuttavia, per la sua implementazione, la potenza del trasmettitore deve essere maggiore in modo che i quattro livelli siano chiaramente distinti dal ricevitore sullo sfondo delle interferenze.

Codifica logica La codifica logica viene utilizzata per migliorare potenziali codici come AMI, NRZI o 2Q.1B. La codifica logica dovrebbe sostituire lunghe sequenze di bit che portano a un potenziale costante con altri intervallati. Come notato sopra, due metodi sono caratteristici della codifica logica:. codici ridondanti e scrambling.

Rimescolamento. Mescolare i dati con uno scrambler prima di metterli in linea con un codice candido è un altro modo di codifica logica. I metodi di scrambling consistono nel calcolo bit per bit del codice risultante in base ai bit del codice sorgente e ai bit del codice risultante ricevuti nei cicli precedenti. Ad esempio, uno scrambler potrebbe implementare la seguente relazione:

Trasmissione asincrona e sincrona

Quando i dati vengono scambiati a livello fisico, l'unità di informazione è un bit, quindi il livello fisico significa mantenere sempre la sincronizzazione dei bit tra il ricevitore e il trasmettitore. Di solito è sufficiente garantire la sincronizzazione a questi due livelli - bit e frame - affinché il trasmettitore e il ricevitore possano garantire uno scambio stabile di informazioni. Tuttavia, se la qualità della linea di comunicazione è scarsa (questo di solito si applica ai canali telefonici commutati), vengono introdotti ulteriori mezzi di sincronizzazione a livello di byte per ridurre il costo delle apparecchiature e aumentare l'affidabilità della trasmissione dei dati.

Questa modalità operativa si chiama asincrono O inizio-fine. In modalità asincrona, ogni byte di dati è accompagnato da speciali segnali di avvio e arresto. Lo scopo di questi segnali è, in primo luogo, notificare al ricevitore l'arrivo dei dati e, in secondo luogo, dare al ricevitore tempo sufficiente per eseguire alcune funzioni legate alla temporizzazione prima che arrivi il byte successivo. Il segnale di avvio ha una durata di un intervallo di clock e il segnale di arresto può durare uno, uno e mezzo o due clock, quindi si dice che uno, uno e mezzo o due bit siano utilizzati come segnale di arresto, sebbene questi segnali non rappresentano bit utente.

Nella modalità di trasferimento sincrono non sono presenti bit di avvio/arresto tra ciascuna coppia di byte. conclusioni

Quando si trasmettono dati discreti su un canale di frequenza vocale a banda stretta utilizzato nella telefonia, sono più adatti i metodi di modulazione analogica, in cui la sinusoide portante viene modulata dalla sequenza originale di cifre binarie. Questa operazione viene eseguita da dispositivi speciali: i modem.

Per la trasmissione dati a bassa velocità, viene utilizzata una variazione della frequenza della sinusoide portante. I modem a velocità più elevata funzionano con metodi combinati di modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), caratterizzati da 4 livelli di ampiezza sinusoidale portante e 8 livelli di fase. Non tutte le 32 combinazioni possibili del metodo QAM vengono utilizzate per la trasmissione dei dati, le combinazioni vietate consentono di riconoscere dati distorti a livello fisico.

Sui canali di comunicazione a banda larga vengono utilizzati metodi di codifica del potenziale e degli impulsi, in cui i dati sono rappresentati da diversi livelli di un potenziale di segnale costante o polarità dell'impulso o il suo davanti.

Quando si utilizzano codici potenziali, il compito di sincronizzare il ricevitore con il trasmettitore è di particolare importanza, poiché quando si trasmettono lunghe sequenze di zeri o uno, il segnale all'ingresso del ricevitore non cambia ed è difficile per il ricevitore determinare il momento di raccogliendo il bit di dati successivo.

Il codice potenziale più semplice è il codice di non ritorno a zero (NRZ), ma non è a temporizzazione automatica e crea un componente DC.

Il codice a impulsi più popolare è il codice Manchester, in cui l'informazione viene trasportata dalla direzione del fronte del segnale a metà di ogni ciclo. Il codice Manchester è utilizzato nelle tecnologie Ethernet e TokenRing.

Per migliorare le proprietà di un potenziale codice NRZ, vengono utilizzati metodi di codifica logici che escludono lunghe sequenze di zeri. Questi metodi si basano su:

Sull'introduzione di bit ridondanti nei dati originali (codici di tipo 4V/5V);

Codifica dei dati originali (codici come 2B 1Q).

I codici potenziali migliorati hanno uno spettro più ristretto rispetto ai codici a impulsi, quindi vengono utilizzati in tecnologie ad alta velocità come FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.

Quando si trasmettono dati discreti sui canali di comunicazione, vengono utilizzati due tipi principali di codifica fisica: basati su segnale portante sinusoidale e basato su una sequenza di impulsi rettangolari. Il primo metodo viene spesso chiamato anche modulazione o modulazione analogica, sottolineando il fatto che la codifica viene effettuata modificando i parametri del segnale analogico. Il secondo metodo è solitamente chiamato codifica digitale. Questi metodi differiscono per l'ampiezza dello spettro del segnale risultante e per la complessità delle apparecchiature necessarie per la loro implementazione.
Modulazione analogica utilizzato per trasmettere dati discreti su canali a banda stretta, caratterizzati dal canale di frequenza vocale messo a disposizione degli utenti delle reti telefoniche pubbliche. Una tipica risposta in frequenza di un canale di frequenza vocale è mostrata in fig. 2.12. Questo canale trasmette frequenze nell'intervallo da 300 a 3400 Hz, quindi la sua larghezza di banda è di 3100 Hz. Un dispositivo che svolge le funzioni di modulazione di una sinusoide portante sul lato trasmittente e di demodulazione sul lato ricevente è chiamato modem (modulatore - demodulatore).
Metodi di modulazione analogica
La modulazione analogica è un metodo di codifica fisica in cui le informazioni vengono codificate modificando l'ampiezza, la frequenza o la fase di un segnale portante sinusoidale.
Il diagramma (Fig. 2.13, a) mostra la sequenza di bit dell'informazione iniziale, rappresentata da potenziali di alto livello per un'unità logica e un potenziale di livello zero per uno zero logico. Questo metodo di codifica è chiamato codice potenziale, che viene spesso utilizzato durante il trasferimento di dati tra blocchi di computer.
Con la modulazione di ampiezza (Fig. 2.13, b), per un'unità logica, viene selezionato un livello di ampiezza della sinusoide della frequenza portante e per uno zero logico, un altro. Questo metodo viene utilizzato raramente nella sua forma pura nella pratica a causa della bassa immunità al rumore, ma viene spesso utilizzato in combinazione con un altro tipo di modulazione: la modulazione di fase.
Con la modulazione di frequenza (Fig. 2.13, c), i valori 0 e 1 dei dati iniziali vengono trasmessi da sinusoidi con frequenze diverse: f0 e f1. Questo metodo di modulazione non richiede circuiti complessi nei modem e viene generalmente utilizzato nei modem a bassa velocità che funzionano a 300 o 1200 bps.
Nella modulazione di fase, i valori dei dati di 0 e 1 corrispondono a segnali della stessa frequenza ma con fasi diverse, come 0 e 180 gradi o 0,90,180 e 270 gradi.
Nei modem ad alta velocità, vengono spesso utilizzati metodi di modulazione combinati, di norma l'ampiezza in combinazione con la fase.
Quando si utilizzano impulsi rettangolari per trasmettere informazioni discrete, è necessario scegliere un metodo di codifica che consenta di raggiungere contemporaneamente diversi obiettivi:
· aveva allo stesso bit rate la larghezza più piccola dello spettro del segnale risultante;
Fornita sincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore;
aveva la capacità di riconoscere gli errori;
Ha un basso costo di realizzazione.
Uno spettro di segnali più ristretto consente di ottenere una velocità di trasferimento dati più elevata sulla stessa linea (con la stessa larghezza di banda). Inoltre, lo spettro del segnale richiede spesso l'assenza di una componente costante, cioè la presenza di una corrente continua tra trasmettitore e ricevitore. In particolare l'utilizzo di diversi circuiti di isolamento galvanico del trasformatore impedisce il passaggio di corrente continua.
La sincronizzazione del trasmettitore e del ricevitore è necessaria affinché il ricevitore sappia esattamente in quale momento è necessario leggere nuove informazioni dalla linea di comunicazione.
Il riconoscimento e la correzione dei dati distorti sono difficili da implementare tramite il livello fisico, quindi molto spesso questo lavoro viene svolto dai protocolli che si trovano sopra: canale, rete, trasporto o applicazione. D'altra parte, il riconoscimento degli errori a livello fisico fa risparmiare tempo, poiché il ricevitore non attende che il frame sia completamente inserito nel buffer, ma lo rifiuta immediatamente non appena riconosce i bit errati all'interno del frame.
I requisiti per i metodi di codifica sono reciprocamente contraddittori, pertanto ciascuno dei metodi di codifica digitale più diffusi discussi di seguito presenta vantaggi e svantaggi rispetto agli altri.