үй › кеңес беру › Физикалық деңгейде ақпаратты беру әдістері. Дәрістер Компьютерлік желілер. Физикалық деңгей. Микротолқынды байланыстар

Физикалық деңгейде ақпаратты беру әдістері. Дәрістер Компьютерлік желілер. Физикалық деңгей. Микротолқынды байланыстар

2 Физикалық деңгейдің функциялары Биттерді электрлік/оптикалық сигналдар арқылы көрсету Биттерді кодтау Биттерді синхрондау Физикалық байланыс арналары арқылы биттерді беру/қабылдау Физикалық ортамен үйлестіру Тасымалдау жылдамдығы диапазон Сигнал деңгейлері, қосқыштар Барлық желілік құрылғыларда Аппараттық қамтамасыз ету (желілік адаптерлер) ) Мысалы: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 Ом, 100м, 10Мбит/с, MII коды, RJ-45

5 Мәліметтерді тасымалдау жабдығы Түрлендіргіш Хабар – Эл. сигнал Кодер (қысу, түзету кодтары) Модулятор Аралық жабдық Байланыс сапасын жақсарту - (Күшейткіш) Композиттік арна жасау - (Ауыстыру) Арналарды мультиплекстеу - (Мультиплексор) (LAN желісінде PA болмауы мүмкін)

6 Байланыс желілерінің негізгі сипаттамалары Өткізу қабілеті (Протокол) Деректерді беру сенімділігі (Протокол) Таралу кідірісі Амплитудалық жиілік реакциясы (AFC) Өткізу қабілетін әлсірету Шуға төзімділік Желінің жақын жеріндегі тоғыспалы Бірлік құны

9 Өсуі A – жиілік жауапындағы бір нүкте A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (дБ) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q 1-мысал: Pin = 10 мВт , Pout =5 мВт Өсу = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 дБ q 2-мысал: UTP cat 5 Өшу >= -23,6 дБ F= 100 МГц, L= 100 М Әдетте A көрсетіледі. сигналдың негізгі жиілігі үшін = -23,6 дБ F= 100 МГц, L= 100 М Әдетте A негізгі сигнал жиілігі үшін көрсетіледі">

11 Шуға төзімділік Талшықты-оптикалық желілер Кабельдік желілер Сымды әуе желілері Радио желілері (Қорғау, бұрау) Сыртқы кедергілерге иммунитет Ішкі кедергілерге иммунитет Near-end айқас сөйлесуді әлсірету (NEXT) Қиыр шеттегі айқаспалы сөйлесуді әлсірету (FEXT) (FEXT - бір бағытта екі жұп )

12 Near End Cross Talk жоғалуы – NEXT Көп жұпты кабельдер үшін NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Деректерді жіберу сенімділігі Бит қатесінің жылдамдығы – BER Деректер битінің бүліну ықтималдығы Себептері: сыртқы және ішкі кедергі, тар өткізу қабілеті Күрес: шуға қарсы иммунитетті арттыру, КЕЛЕСІ кедергілерді азайту, өткізу қабілеттілігін кеңейту Бұрылған жұп BER ~ Оптикалық талшықты кабель BER ~ Қосымша қорғаныс құралдары жоқ. :: түзету кодтары, қайталанатын хаттамалар

16 Бұралған жұп Бұрылған жұп (TP) фольга экраны өрілген сым экраны оқшауланған сым сыртқы қабық UTP экрандалмаған бұралған жұп 1 санат, қабықтағы UTP мысық жұптары STP экрандалған бұралған жұп түрлері 1 түрі…9 Әр жұптың өз экраны бар Әр жұптың өз қадамы бар. бұрылыстар, өз түсіңіз Шуға қарсы иммунитет Құн төсеу күрделілігі

18 Талшықты оптика Екі ортаның интерфейсіндегі сәуленің толық ішкі шағылысуы n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2 n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2" title="18 Fiber Optics Екі шекарадағы сәуленің толық ішкі шағылыуы. орта n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> title="18 Талшықты оптика Екі ортаның интерфейсіндегі сәуленің толық ішкі шағылысуы n1 > n2 - (сыну көрсеткіші) n1 n2"> !}

22 Талшықты-оптикалық кабель Көп режимді Fiber MMF50/125, 62,5/125, жалғыз режим FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 мкм 1 ГГц – 100 км BaseLH5000 км - 1 Гбит/с (2005) MM SM

23 Оптикалық сигнал көздері Арна: көз - тасымалдаушы - қабылдағыш (детектор) Көздер LED (жарық шығаратын диод) нм когерентсіз көз - MMF Жартылай өткізгіш лазерлік когеренттік көз - SMF - Қуат = f (t o) Детекторлар Фотодиодтар, түйреуіш диодтар, көшкін диодтары

25 Құрылымдық кабель жүйесі – SCS First LAN – әртүрлі кабельдержәне топологиялар SCS кабельдік жүйесінің унификациясы - ашық LAN кабельдік инфрақұрылымы (ішкі жүйелер, компоненттер, интерфейстер) - тәуелсіздік желілік технология- LAN кабельдері, теледидар, қауіпсіздік жүйелері және т.б. - белгілі бір желілік технологияға сілтемесіз әмбебап кабельдер - Конструктор

27 SCS стандарттары (негізгі) EIA/TIA-568A Коммерциялық ғимараттың телекоммуникация сымдарының стандарты (АҚШ) CENELEC EN50173 Жалпы кабельдік схемалардың өнімділік талаптары (Еуропа) ISO/IEC IS Ақпараттық технологиясы - Тұтынушы үй-жайларының кабельдеріне арналған жалпы кабельдер: Деректерді жіберудің әрбір жүйесі үшін . Топология Рұқсат етілген қашықтықтар (кабель ұзындығы) Пайдаланушы қосылым интерфейсі. Кабельдер және қосу жабдықтары. Өткізу қабілеті (Өнімділік). Орнату тәжірибесі (Көлденең ішкі жүйе - UTP, жұлдыз, 100 м...)

28 Сымсыз байланыс Сымсыз жіберу Артықшылықтары: ыңғайлылық, қол жетпейтін аймақтар, ұтқырлық. жылдам орналастыру... Кемшіліктері: кедергінің жоғары деңгейі ( арнайы құралдар: кодтар, модуляция...), кейбір диапазондарды пайдаланудың күрделілігі Байланыс желісі: таратқыш - орта - қабылдағыш LAN сипаттамалары ~ F(Δf, fн);

34 2. Ұялы телефония Аумақты ұяшықтарға бөлу Жиіліктерді қайта пайдалану Төмен қуат (өлшемдері) Орталықта - базалық станция Еуропа - Ұялы телефонға арналған ғаламдық жүйе - GSM Wireless телефон байланысы 1. Төмен қуатты радиостанция - (телефон базасы, 300 м) DECT Digital European Cordless Telecommunication Rouming - біреуден ауысу негізгі желіекіншісіне - негіз ұялы байланыс

35 Спутниктік байланысСпутниктік (шағылыстырғыш-күшейткіш) Трансиверлер - транспондерлер H~50 МГц (1 спутниктік ~ 20 транспондер) Жиілік диапазондары: C. Ku, Ka C - Төмен 3,7 - 4,2 ГГц Жоғары 5,925-6,425 ГГц Ku - Төмен 117- 12,2 ГГц жоғары 14,0-14,5 ГГц Ka - төмен 17,7-21,7 ГГц жоғары 27,5-30,5 ГГц

36 Спутниктік байланыс. Спутниктердің түрлері Спутниктік байланыстар: микротолқынды – көру сызығы Геостационарлық Үлкен қамту Тұрақты, Төмен тозуы Қайталанатын спутник, хабар тарату, құны төмен, құны қашықтыққа байланысты емес, Жедел байланыс орнату (Мил) Tz=300ms Төмен қауіпсіздік, Бастапқыда үлкен антенна (бірақ VSAT) Орта орбиталық км жаһандық позициялау жүйесі GPS - 24 спутник Төмен орбиталық км төмен қамту төмен кідіріс Интернетке қосылу

40 Spread Spectrum Techniques Арнайы модуляция және кодтау әдістері сымсыз байланыс C (бит/с) = Δ F (Гц) * log2 (1+Ps/P N) Қуатты азайту Шуға төзімділік Stealth OFDM, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екі негізгі түрі қолданылады - синусоидалы тасымалдаушы сигналға негізделген және тік бұрышты импульстар тізбегіне негізделген. Бірінші әдіс жиі аталады модуляциянемесе аналогтық модуляция,кодтау аналогтық сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылатынын атап көрсетеді. Екінші әдіс әдетте аталады сандық кодтау.Бұл әдістер алынған сигналдың спектрінің енімен және оларды жүзеге асыру үшін қажетті жабдықтың күрделілігімен ерекшеленеді.

Тік бұрышты импульстарды пайдаланған кезде алынған сигналдың спектрі өте кең. Идеал импульс спектрінің шексіз ені бар екенін есте ұстасақ, бұл таңқаларлық емес. Синус толқынын пайдалану бірдей ақпаратты тасымалдау жылдамдығында әлдеқайда аз ені спектріне әкеледі. Дегенмен, синусоидалы модуляцияны жүзеге асыру үшін тікбұрышты импульстарды жүзеге асыруға қарағанда күрделі және қымбат жабдық қажет.

Қазіргі уақытта аналогтық формада болған деректер - сөйлеу, теледидарлық бейнелер - байланыс арналары арқылы дискретті түрде, яғни бірліктер мен нөлдердің тізбегі ретінде беріледі. Аналогты ақпаратты дискретті түрде көрсету процесі деп аталады дискретті модуляция.«Модуляция» және «кодтау» терминдері жиі синоним ретінде қолданылады.

2.2.1. Аналогтық модуляция

Аналогтық модуляция тар жиілік диапазоны бар арналар бойынша дискретті деректерді беру үшін қолданылады, оның типтік өкілі дауыс арнасы,жалпыға ортақ телефон желілерін пайдаланушыларға қолжетімді болды. Дауыс жиілігі арнасының типтік амплитудалық-жиілік реакциясы суретте көрсетілген. 2.12. Бұл арна 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазондағы жиіліктерді жібереді, сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц. Сөйлеудің қолайлы сапасы үшін адам даусының әлдеқайда кең диапазоны бар - шамамен 100 Гц-тен 10 кГц-ке дейін - 3100 Гц диапазоны жақсы шешім болып табылады. Дауыс арналарының өткізу қабілеттілігін қатаң шектеу телефон желілерінде мультиплексирлеу және арналарды коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

2.2. Дискретті деректерді беру әдістері физикалық деңгей 133

Тасымалдаушы жағында синусоидты модуляция және қабылдау жағында демодуляция функцияларын орындайтын құрылғы деп аталады. модем(модулятор-демодулятор).

Аналогтық модуляция әдістері

Аналогтық модуляция – синусоидальді сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы ақпарат кодталатын физикалық кодтау әдісі. тасымалдаушы жиілігі. Аналогтық модуляцияның негізгі әдістері суретте көрсетілген. 2.13. Диаграмма бойынша (2.13-сурет, A)логикалық үшін жоғары деңгейлі потенциалдармен және логикалық нөл үшін нөлдік потенциалдармен ұсынылған бастапқы ақпарат биттерінің тізбегін көрсетеді. Бұл кодтау әдісі компьютер блоктары арасында деректерді тасымалдау кезінде жиі қолданылатын потенциалды код деп аталады.

Сағат амплитудалық модуляция(2.13-сурет, 6) логикалық бірлік үшін тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі таңдалады, ал логикалық нөл үшін - басқа. Бұл әдіс төмен шуыл иммунитетіне байланысты оның таза түрінде практикада сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрімен - фазалық модуляциямен бірге қолданылады.

Сағат жиілікті модуляция (2.13, в-сурет) бастапқы деректердің 0 және 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі - fo және fi. Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі схеманы қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады.

Сағат фазалық модуляция(2.13, г-сурет) 0 және 1 деректер мәндері бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ фазалары әртүрлі, мысалы 0 және 180 градус немесе 0,90,180 және 270 градус.

Жоғары жылдамдықты модемдерде жиі аралас модуляция әдістері қолданылады, әдетте амплитудасы фазамен біріктіріледі.

2-тарау. Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Модуляцияланған сигнал спектрі

Алынған модуляцияланған сигналдың спектрі модуляция түріне және модуляция жылдамдығына, яғни бастапқы ақпараттың қажетті разрядтық жылдамдығына байланысты.

Алдымен потенциалды кодтау кезінде сигналдың спектрін қарастырайық. Логикалық оң потенциалмен, ал логикалық нөл бірдей шамадағы теріс потенциалмен кодталсын. Есептеулерді жеңілдету үшін ақпарат 1-суретте көрсетілгендей ауыспалы бірліктер мен нөлдердің шексіз тізбегінен тұратын беріледі деп есептейміз. 2.13, А.Бұл жағдайда жіберу және секундына бит мәндері бірдей екенін ескеріңіз.

Потенциалды кодтау үшін спектр периодтық функция үшін Фурье формулаларынан тікелей алынады. Егер дискретті деректер N бит/с бит жылдамдығымен берілсе, онда спектр нөлдік жиіліктің тұрақты құрамдас бөлігінен және fo, 3fo, 5fo, 7fo,... жиіліктері бар гармоникалықтардың шексіз қатарынан тұрады, мұндағы fo = N /2. Бұл гармоникалардың амплитудалары өте баяу төмендейді - коэффициенттері 1/3, 1/5,1/7,... фо гармоника амплитудасынан (2.14-сурет, A).Нәтижесінде потенциалды код спектрі жоғары сапалы жіберу үшін кең өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Сонымен қатар, шын мәнінде сигнал спектрі байланыс желісі арқылы қандай деректер жіберілетініне байланысты үнемі өзгеретінін ескеру қажет. Мысалы, нөлдердің немесе бірліктердің ұзын тізбегін беру спектрді жағына жылжытады төмен жиіліктер, ал төтенше жағдайда, жіберілетін деректер тек біреулерден (немесе тек нөлдерден) тұратын кезде, спектр нөлдік жиіліктің гармоникасынан тұрады. Ауыспалы және нөлдерді беру кезінде тұрақты компонент болмайды. Демек, ерікті деректерді беру кезінде пайда болатын потенциалдық код сигналының спектрі 0 Гц-ке жақын белгілі бір мәннен шамамен 7fo-ға дейінгі жолақты алады (7fo-ден жоғары жиіліктегі гармоникаларды олардың пайда болатын сигналға аз үлес қосуына байланысты елемеуге болады). Дауыс жиілігі арнасы үшін әлеуетті кодтаудың жоғарғы шегіне 971 бит/с деректер жылдамдығы үшін қол жеткізіледі, ал төменгі шек кез келген жылдамдық үшін қабылданбайды, өйткені арна өткізу қабілеті 300 Гц-тен басталады. Нәтижесінде дауыстық арналардағы ықтимал кодтар ешқашан пайдаланылмайды.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 135

Амплитудалық модуляция кезінде спектр f c тасымалдаушы жиілігінің синусоидынан және екі бүйірлік гармоникадан тұрады: (f c + f m) және (f c - f m), мұндағы f m - синусоидтың ақпараттық параметрінің өзгеру жиілігі, ол сәйкес келеді. екі амплитудалық деңгейді пайдаланған кезде деректерді беру жылдамдығы (2.14-сурет, 6). f m жиілігі желінің өткізу қабілетін анықтайды бұл әдіскодтау. Кішігірім модуляция жиілігінде сигнал спектрінің ені де аз болады (2f м-ге тең), сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 2f м-ден үлкен немесе оған тең болса, сигналдар сызықпен бұрмаланбайды. Дауыс жиілігі арнасы үшін бұл модуляция әдісі 3100/2=1550 бит/с аспайтын деректерді беру жылдамдығында қолайлы. Деректерді ұсыну үшін 4 амплитудалық деңгей пайдаланылса, арнаның өткізу қабілеті 3100 бит/с дейін артады.

Фазалық және жиілік модуляциясы кезінде сигнал спектрі амплитудалық модуляцияға қарағанда күрделірек, өйткені мұнда екіден астам бүйірлік гармоникалар түзіледі, бірақ олар сонымен қатар негізгі тасымалдаушы жиілікке қатысты симметриялы орналасқан және олардың амплитудалары тез төмендейді. Сондықтан модуляцияның бұл түрлері дауыстық арна арқылы деректерді беру үшін де қолайлы.

Мәліметтерді беру жылдамдығын арттыру үшін аралас модуляция әдістері қолданылады. Ең көп таралған әдістер квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM).Бұл әдістер 8 фазалық ығысу мәндері бар фазалық модуляция және 4 амплитудалық деңгейлі амплитудалық модуляция комбинациясына негізделген. Дегенмен, мүмкін болатын 32 сигнал комбинациясының барлығы бірдей қолданылмайды. Мысалы, кодтарда ТорлыБастапқы деректерді көрсету үшін тек 6, 7 немесе 8 комбинацияға рұқсат етіледі, ал қалған комбинацияларға тыйым салынады. Мұндай кодтаудың артықтығы модемге телефон арналарында, әсіресе теру арналарында, амплитудасы бойынша өте маңызды және уақыт бойынша ұзақ болатын кедергілер салдарынан бұрмаланулардан туындайтын қате сигналдарды тану үшін қажет.

2.2.2. Сандық кодтау

Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде потенциалдық және импульстік кодтар қолданылады.

Потенциалды кодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигналдың потенциалдық мәні ғана пайдаланылады, ал толық импульстарды құрайтын оның тамшылары есепке алынбайды. Импульстік кодтар екілік деректерді не белгілі бір полярлықтың импульстері ретінде, не импульстің бөлігі ретінде – белгілі бір бағыттағы потенциалдар айырмасын көрсетуге мүмкіндік береді.

Цифрлық кодтау әдістеріне қойылатын талаптар

Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір уақытта бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет:

Дәл осындай разрядтық жылдамдықта ол алынған сигналдың спектрінің ең кіші еніне ие болды;

Таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қамтамасыз етілген;

Қателерді тани білу қабілеті бар;

Оны жүзеге асырудың төмен құны болды.

136 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Сигналдардың неғұрлым тар спектрі бір және бірдей желіге (бірдей өткізу қабілеттілігімен) деректерді жоғары тасымалдау жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сигнал спектрі көбінесе тұрақты құрамдас бөліктің жоқтығы, яғни болуы туралы талапқа бағынады тұрақты токтаратқыш пен қабылдағыш арасында. Атап айтқанда, әртүрлі трансформатор схемаларын пайдалану гальваникалық оқшаулаутұрақты токтың өтуіне жол бермейді.

Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қабылдаушы байланыс желісінен жаңа ақпаратты уақыттың қай нүктесінде оқу керектігін нақты білуі үшін қажет. Жақын орналасқан құрылғылар арасында, мысалы, компьютер ішіндегі блоктар арасында немесе компьютер мен принтер арасында деректер алмасуға қарағанда, бұл мәселені желілерде шешу қиынырақ. Қосулы қысқа қашықтықтарЖеке сағаттық байланыс желісіне негізделген схема жақсы жұмыс істейді (2.15-сурет), осылайша ақпарат деректер желісінен такт импульсі келген сәтте ғана жойылады. Желілерде бұл схеманы пайдалану кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының гетерогенділігіне байланысты қиындықтар тудырады. Үлкен қашықтықтарда сигналдың таралу жылдамдығының біркелкі болмауы тактілік импульстің соншалықты кеш келуіне немесе сәйкес деректер сигналының деректер битінің өткізіп жіберуіне немесе қайта оқуға дейін жетуіне әкелуі мүмкін. Желілердің сағат импульстерін пайдаланудан бас тартуының тағы бір себебі - өткізгіштерді қымбат кабельдерде үнемдеу.

Сондықтан желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары,олардың сигналдары таратқышқа арналған нұсқауларды қай уақытта келесі битті тану қажет (немесе бірнеше бит, егер код екіден көп сигнал күйіне бағытталған болса). Сигналдың кез келген күрт өзгеруі - жиек деп аталатын - қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш бола алады.

Тасымалдаушы сигнал ретінде синусоидтарды пайдаланған кезде алынған код өзін-өзі синхрондау қасиетіне ие болады, өйткені тасымалдаушы жиілігінің амплитудасын өзгерту қабылдағышқа кіріс кодының пайда болған сәтін анықтауға мүмкіндік береді.

Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің құралдарын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы қиын, сондықтан бұл жұмыс көбінесе жоғарыда орналасқан хаттамалар арқылы жүзеге асырылады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпейді, бірақ кадрдағы қате биттерді таныған кезде оны дереу тастайды.

Кодтау әдістеріне қойылатын талаптар бір-біріне қарама-қайшы, сондықтан төменде талқыланатын танымал цифрлық кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

______________________________2.2. Физикалық деңгейде дискретті мәліметтерді беру әдістері _______137

Нөлге қайтарусыз ықтимал код

Суретте. 2.16 және кодтау деп те аталатын бұрын айтылған әлеуетті кодтау әдісін көрсетеді нөлге оралмай (Non Return to Zero, NRZ).Фамилия бірліктердің тізбегін беру кезінде сигналдың тактілік циклі кезінде нөлге оралмайтындығын көрсетеді (төменде көретініміздей, басқа кодтау әдістерінде бұл жағдайда нөлге оралу орын алады). NRZ әдісін жүзеге асыру оңай, қатені жақсы тануға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты), бірақ өзін-өзі синхрондау қасиеті жоқ. Бірлердің немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде желідегі сигнал өзгермейді, сондықтан қабылдағыш кіріс сигналынан деректерді қайта оқу қажет болатын уақыт сәттерін анықтай алмайды. Тіпті жоғары дәлдіктегі сағат генераторымен де қабылдағыш деректерді жинау сәтінде қателесуі мүмкін, өйткені екі генератордың жиілігі ешқашан толығымен бірдей болмайды. Сондықтан деректердің жоғары жылдамдықтарында және бір немесе нөлдердің ұзын реттілігінде шағын сағат сәйкессіздігі бүкіл тактілік циклдің қатесіне және сәйкесінше қате бит мәні оқылуына әкелуі мүмкін.

NRZ әдісінің тағы бір елеулі кемшілігі - бір немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде нөлге жақындайтын төмен жиілікті компоненттің болуы. Осыған байланысты көптеген байланыс арналары қамтамасыз етілмейді

138 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Қабылдағыш пен көз арасында тікелей гальваникалық байланысты қамтамасыз ететіндер кодтаудың бұл түрін қолдамайды. Нәтижесінде NRZ коды таза түрде желілерде қолданылмайды. Осыған қарамастан, NRZ кодының нашар өзін-өзі синхрондауын да, тұрақты компоненттің болуын да болдырмайтын оның әртүрлі модификациялары қолданылады. NRZ кодының тартымдылығы оны жақсартуды қажет етеді, алдыңғы бөлімде көрсетілгендей N/2 Гц-ке тең fo өте төмен іргелі жиілік. Манчестер сияқты басқа кодтау әдістерінде негізгі гармоника жоғары жиілікке ие.

Альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау әдісі

NRZ әдісінің модификацияларының бірі әдіс болып табылады альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау (Биполярлық Alternate Mark Inversion, AMI).Бұл әдісте (2.16-сурет, 6) Үш потенциалдық деңгей қолданылады – теріс, нөлдік және оң. Логикалық нөлді кодтау үшін нөлдік потенциал пайдаланылады, ал логикалық потенциал оң потенциалмен немесе теріс арқылы кодталады, әрбір жаңа бірліктің потенциалы алдыңғысының потенциалына қарама-қарсы болады.

AMI коды тұрақты токты және NRZ кодына тән өзін-өзі синхрондау мәселелерінің жоқтығын ішінара жояды. Бұл ұзын тізбектерді беру кезінде орын алады. Бұл жағдайларда желідегі сигнал NRZ кодымен бірдей спектрі бар қарама-қарсы поляризацияланған импульстар тізбегі болып табылады, ауыспалы нөлдер мен бірліктерді жібереді, яғни тұрақты құрамдас бөлігі жоқ және N/2 Гц негізгі гармоникасы бар (мұндағы N – деректерді берудің бит жылдамдығы) . Нөлдердің ұзын тізбегі NRZ коды сияқты AMI коды үшін де қауіпті - сигнал нөлдік амплитуданың тұрақты потенциалына азаяды. Сондықтан, AMI коды одан әрі жетілдіруді қажет етеді, дегенмен тапсырма жеңілдетілген - тек нөлдер тізбегімен айналысу ғана қалады.

Жалпы, желідегі әртүрлі бит комбинациялары үшін AMI кодын пайдалану NRZ кодына қарағанда тар сигнал спектрін береді, сондықтан жоғарырақ. өткізу қабілетісызықтар. Мысалы, ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника fo N/4 Гц жиілігіне ие. AMI коды қате сигналдарды тану үшін кейбір мүмкіндіктерді де қамтамасыз етеді. Осылайша, сигнал полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал шақырылады тыйым салынған сигнал (сигналдың бұзылуы).

AMI коды желіде екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланады. Қосымша қабат желіде бірдей бит дәлдігін қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын шамамен 3 дБ арттыруды талап етеді, бұл тек екі күйді ажырататын кодтармен салыстырғанда бірнеше сигнал күйі бар кодтардың жалпы кемшілігі болып табылады.

Бірде инверсиясы бар ықтимал код

AMI-ге ұқсас код бар, бірақ тек екі сигнал деңгейі бар. Нөлді беру кезінде ол алдыңғы циклде орнатылған потенциалды жібереді (яғни оны өзгертпейді), ал бірді бергенде потенциал қарама-қарсыға ауыстырылады. Бұл код деп аталады бірінде инверсиясы бар әлеуетті код

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 139

(Төңкерілгендермен нөлге қайта оралмау, NRZI).Бұл код үшінші сигнал деңгейін пайдалану өте қажет емес жағдайларда ыңғайлы, мысалы, екі сигнал күйі - жарық пен қараңғылық дәйекті түрде танылатын оптикалық кабельдерде. AMI және NRZI сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін екі әдіс қолданылады. Бірінші әдіс бастапқы кодқа логикалық биттерді қамтитын артық биттерді қосуға негізделген. Әлбетте, бұл жағдайда нөлдердің ұзын тізбегі үзіледі және код кез келген жіберілген деректер үшін өзін-өзі синхрондауға айналады. Тұрақты компонент те жоғалады, яғни сигнал спектрі одан да тарылады. Бірақ бұл әдіс желінің пайдалы сыйымдылығын азайтады, өйткені пайдаланушы ақпаратының артық бірліктері тасымалданбайды. Басқа әдіс сызықта бір мен нөлдің пайда болу ықтималдылығы жақын болуы үшін бастапқы ақпаратты алдын ала «араластыруға» негізделген. Осындай операцияны орындайтын құрылғылар немесе блоктар деп аталады скремблер(скрембл – үйінді, ретсіз құрастыру). Шифрлеу кезінде белгілі алгоритм қолданылады, сондықтан қабылдағыш екілік деректерді алып, оны келесіге жібереді. дескрамблер,ол бастапқы бит тізбегін қалпына келтіреді. Бұл жағдайда артық биттер желі арқылы берілмейді. Екі әдіс те физикалық емес, логикалық кодтауға жатады, өйткені олар сызықтағы сигналдардың пішінін анықтамайды. Олар келесі тарауда толығырақ зерттеледі.

Биполярлық импульстік код

Потенциалды кодтардан басқа, деректер толық импульспен немесе оның бір бөлігімен - жиекпен ұсынылған кезде импульстік кодтар желілерде де қолданылады. Бұл тәсілдің ең қарапайым жағдайы биполярлық импульстік код,онда біреуі бір полярлық импульспен, ал нөл екіншісімен көрсетіледі (2.16-сурет, V).Әрбір импульс жарты соққыға созылады. Мұндай кодтың тамаша өзін-өзі синхрондау қасиеттері бар, бірақ тұрақты компонент, мысалы, бір немесе нөлдердің ұзақ тізбегін беру кезінде болуы мүмкін. Сонымен қатар, оның спектрі ықтимал кодтарға қарағанда кеңірек. Осылайша, барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың іргелі гармоникасының жиілігі NRZ кодының іргелі гармоникасынан екі есе және AMI кодының іргелі гармоникасынан төрт есе жоғары болатын N Гц-ке тең болады. ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде. Оның тым кең спектріне байланысты биполярлық импульстік код сирек қолданылады.

Манчестер коды

IN жергілікті желілерСоңғы уақытқа дейін ең көп тараған кодтау әдісі деп аталатын әдіс болды Манчестер коды(2.16, г-сурет). Ол Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

Манчестер коды бірліктерді және нөлдерді кодтау үшін потенциалдар айырмасын, яғни импульстің жиегін пайдаланады. Манчестер кодтауымен әрбір өлшем екі бөлікке бөлінеді. Ақпарат әрбір сағат циклінің ортасында болатын ықтимал құлдыраулармен кодталады. Бір төмен сигнал деңгейінен жоғарыға дейінгі жиекпен кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір сағат циклінің басында бірнеше бірлікті немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, үстеме сигналдың төмендеуі орын алуы мүмкін. Сигнал бір бит деректерді берудің тактілік цикліне кемінде бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды жақсы

140 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері _____________________________________________

өзін-өзі синхрондау қасиеттері. Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульске қарағанда тар. Сондай-ақ оның тұрақты ток құрамдас бөлігі жоқ, ал іргелі гармоника ең нашар жағдайда (бірлер немесе нөлдер тізбегін беру кезінде) N Гц жиілігіне ие, ал ең жақсы жағдайда (айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде) ол N-ге тең. / 2 Гц, AMI немесе NRZ сияқты Орташа алғанда, Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульстік кодқа қарағанда бір жарым есе тар және іргелі гармоникалық 3N/4 мәнінің айналасында ауытқиды. Манчестер кодының биполярлық импульстік кодқа қарағанда тағы бір артықшылығы бар. Соңғысы деректерді беру үшін үш сигнал деңгейін пайдаланады, ал Манчестердікі екеуін пайдаланады.

Потенциалды код 2B1Q

Суретте. 2.16, гдеректерді кодтау үшін төрт сигнал деңгейі бар әлеуетті кодты көрсетеді. Бұл код 2В1Qоның атауы оның мәнін көрсетеді - әрбір екі бит (2В) бір тактілік циклде төрт күйі (1Q) бар сигнал арқылы беріледі. 00 бит жұбы -2,5 В потенциалға, 01 бит жұбы -0,833 В потенциалға сәйкес келеді, I жұп +0,833 В потенциалға сәйкес келеді, ал 10 жұп +2,5 В потенциалына сәйкес келеді. Осы кодтаумен әдісімен бірдей бит жұптарының ұзақ реттілігімен күресу үшін қосымша шаралар қажет, өйткені бұл жағдайда сигнал тұрақты компонентке айналады. Биттердің кездейсоқ араласуы кезінде сигнал спектрі NRZ кодының спектрінен екі есе тар, өйткені бірдей бит жылдамдығында тактілік ұзақтығы екі есе артады. Осылайша, 2B1Q кодын пайдаланып, AMI немесе NRZI кодын пайдаланудан екі есе жылдам бір жол арқылы деректерді тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты жоғарырақ болуы керек, сонда төрт деңгей кедергі фонында қабылдағышпен анық ажыратылады.

2.2.3. Логикалық кодтау

Логикалық кодтау AMI, NRZI немесе 2Q1B сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін қолданылады. Логикалық кодтау тұрақты потенциалға әкелетін биттердің ұзын тізбегін кесілгендермен ауыстыруы керек. Жоғарыда айтылғандай, логикалық кодтау екі әдіспен сипатталады - артық кодтар және шифрлау.

Артық кодтар

Артық кодтарбастапқы бит тізбегін жиі таңбалар деп аталатын бөліктерге бөлуге негізделген. Содан кейін әрбір түпнұсқа таңба түпнұсқадан көбірек биттері бар жаңасымен ауыстырылады. Мысалы, FDDI және Fast Ethernet технологияларында қолданылатын 4V/5V логикалық код бастапқы 4-биттік таңбаларды 5-биттік белгілермен ауыстырады. Алынған таңбалар артық биттерді қамтитындықтан, олардағы бит комбинацияларының жалпы саны бастапқыдан көп. Осылайша, 4B/5B кодында алынған символдар 32 биттік комбинацияларды қамтуы мүмкін, ал бастапқы символдар тек 16-ны қамтиды. Сондықтан алынған кодта нөлдердің көп санын қамтымайтын 16 осындай комбинацияны таңдауға болады және қалғанын сана тыйым салынған кодтар (кодты бұзу).Тұрақты компонентті жоюдан және кодтың өзін-өзі синхрондау қасиеттерін беруден басқа, артық кодтар

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 141

қабылдағыш зақымдалған биттерді тани алады. Егер қабылдағыш заңсыз код алса, бұл сигнал желіде бұрмаланғанын білдіреді.

4B/5B бастапқы және нәтиже кодтары арасындағы сәйкестік төменде берілген.

Содан кейін 4B/5B коды нөлдердің ұзын тізбегіне ғана сезімтал болатын ықтимал кодтау әдістерінің бірін пайдаланып физикалық кодтауды пайдаланып желі арқылы беріледі. Ұзындығы 5 бит болатын 4B/5B код таңбалары олардың қалай біріктірілгеніне қарамастан, жолда үш нөлден көп қатардан көрінбейтініне кепілдік береді.

Кодтың атауындағы В әрпі элементар сигналдың 2 күйі бар екенін білдіреді - ағылшын тілінен екілік - екілік. Сигналдың үш күйі бар кодтар да бар, мысалы, 8В/6Т кодында бастапқы ақпаратты 8 бит кодтау үшін әрқайсысының үш күйі бар 6 сигналдың коды пайдаланылады. 8B/6T кодының артықтығы 4B/5B кодынан жоғары, өйткені 256 бастапқы код үшін 3 6 =729 нәтижелі таңба бар.

Іздеу кестесін пайдалану өте қарапайым операция, сондықтан бұл тәсіл желілік адаптерлерге және коммутаторлар мен маршрутизаторлардың интерфейс блоктарына күрделілік әкелмейді.

Берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін артық кодты пайдаланатын таратқыш жоғарылатылған тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Сонымен, 4B/5B кодтарын 100 Мб/с жылдамдықпен жіберу үшін таратқыш 125 МГц тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі бойымен таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Осыған қарамастан артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша сатысын, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиілікте жұмысын негіздейді.

Шығу

Потенциалды кодты пайдаланып желіге бермес бұрын деректерді скрамблермен араластыру логикалық кодтаудың тағы бір тәсілі болып табылады.

Шифрлеу әдістері биттерге негізделген нәтиже кодының разрядтық есептелуінен тұрады бастапқы коджәне алдыңғы тактілік циклдерде алынған нәтиже код биттері. Мысалы, скремблер келесі қатынасты жүзеге асыруы мүмкін:

Би - Ай 8 Би-з ф Би. 5 ,

мұндағы bi - скрамблердің i-ші тактілік циклінде алынған нәтиже кодының екілік цифры, ai - i-ші тактілік циклде алынған бастапқы кодтың екілік саны.

142 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

скрамблердің кірісі, B^3 және B t .5 - скрамблердің алдыңғы циклдерінде алынған нәтиже кодының екілік сандары, сәйкесінше ағымдағы такт циклінен 3 және 5 тактілік циклдер, 0 - эксклюзивті НЕМЕСЕ операциясы (қосымша модуль 2) .

Мысалы, 110110000001 бастапқы реттілігі үшін скрамблер келесі нәтиже кодын береді:

bi = ai - 1 (алынған кодтың алғашқы үш саны бастапқымен сәйкес келеді, өйткені әлі қажетті алдыңғы сандар жоқ)

Осылайша, скрамблердің шығысы бастапқы кодта бар алты нөл тізбегін қамтымайтын 110001101111 тізбегі болады.

Алынған тізбекті алғаннан кейін ресивер оны кері қатынасқа негізделген бастапқы ретті қалпына келтіретін дескрамблерге жібереді:

Әртүрлі шифрлеу алгоритмдері нәтиже кодының цифрын беретін терминдер санымен және терминдер арасындағы жылжумен ерекшеленеді. Сонымен, в ISDN желілеріЖеліден абонентке деректерді беру кезінде 5 және 23 позициялардың ауысуы бар түрлендіру, ал абоненттен желіге деректерді беру кезінде 18 және 23 позициялардың ауысуы бар түрлендіру қолданылады.

Тағы да бар қарапайым әдістербөлімшелердің ұрыс тізбегі, сонымен қатар скрамблинг ретінде жіктеледі.

Биполярлық AMI кодын жақсарту үшін заңсыз таңбалармен нөлдер тізбегін жасанды түрде бұрмалауға негізделген екі әдіс қолданылады.

Суретте. 2.17-суретте AMI кодын реттеу үшін B8ZS (8-нөлдік алмастырумен биполярлық) әдісін және HDB3 (жоғары тығыздықтағы биполярлық 3-нөлдер) әдісін пайдалану көрсетілген. Бастапқы код екі ұзын нөл тізбегінен тұрады: бірінші жағдайда - 8-ден, ал екіншісінде - 5-тен.

B8ZS коды тек 8 нөлден тұратын тізбектерді түзетеді. Ол үшін алғашқы үш нөлден кейін қалған бес нөлдің орнына бес цифрды енгізеді: V-1*-0-V-1*. V мұнда берілген полярлық цикл үшін тыйым салынған бірлік сигналды білдіреді, яғни алдыңғы бірліктің полярлығын өзгертпейтін сигнал, 1* дұрыс полярлықтың бірлік сигналы, ал жұлдызша белгісі мынаны белгілейді.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 143

Өйткені, бұл циклде бастапқы кодта бірлік емес, нөл болған. Нәтижесінде 8 сағаттық циклде қабылдағыш 2 бұрмалануды байқайды - бұл желі шуына немесе басқа жіберу ақауларына байланысты болғаны екіталай. Сондықтан қабылдаушы мұндай бұзушылықтарды 8 реттік нөлді кодтау деп санайды және қабылдағаннан кейін оларды бастапқы 8 нөлмен ауыстырады. B8ZS коды оның тұрақты құрамдас бөлігі екілік цифрлардың кез келген тізбегі үшін нөлге тең болатындай етіп құрастырылған.

HDB3 коды бастапқы тізбектегі кез келген төрт нөлді түзетеді. HDB3 кодын жасау ережелері B8ZS кодына қарағанда күрделірек. Әрбір төрт нөл төрт сигналмен ауыстырылады, оларда бір V сигналы бар.Тұрақты ток компонентін басу үшін V сигналының полярлығы кезекті ауыстыруларда кезектесіп отырады. Сонымен қатар, ауыстыру үшін төрт циклды кодтардың екі үлгісі пайдаланылады. Егер ауыстыру алдында бастапқы кодта бірлердің тақ саны болса, онда OOOV тізбегі пайдаланылады, ал егер біреулердің саны жұп болса, 1*OOV тізбегі пайдаланылады.

Жақсартылған кандидат кодтары жіберілетін деректерде кездесетін бір және нөлдердің кез келген тізбегі үшін өте тар өткізу қабілеттілігіне ие. Суретте. 2.18-суретте бастапқы кодтағы нөлдер мен бірліктердің әртүрлі комбинациялары бірдей ықтимал болатын ерікті деректерді беру кезінде алынған әртүрлі кодтардың сигналдарының спектрлері көрсетілген. Графиктерді құру кезінде спектр бастапқы реттіліктердің барлық мүмкін жиынтықтары бойынша орташаланған. Әрине, алынған кодтар нөлдер мен бірліктердің әртүрлі таралуына ие болуы мүмкін. Суреттен. 2.18 потенциалдық NRZ кодының бір кемшілігі бар жақсы спектрі бар екенін көрсетеді - оның тұрақты құрамдас бөлігі бар. Логикалық кодтау арқылы потенциалдан алынған кодтар Манчестерге қарағанда тар спектрге ие, тіпті ұлғайтылған тактілік жиілікте де (суретте 4B/5B кодының спектрі шамамен B8ZS кодымен сәйкес келуі керек, бірақ ол ауыстырылған

144 2-тарау Дискретті деректерді беру негіздері

жоғары жиіліктер аймағына, өйткені оның тактілік жиілігі басқа кодтармен салыстырғанда 1/4-ке артады). Бұл ықтимал артық және шифрланған кодтарды пайдалануды түсіндіреді заманауи технологиялар, Манчестер және биполярлық импульстік кодтау орнына FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN және т.б.

2.2.4. Аналогтық сигналдардың дискретті модуляциясы

Желілік технологиялардың дамуының негізгі тенденцияларының бірі бір желіде дискретті де, аналогтық мәліметтерді де беру болып табылады. Дискретті деректердің көздері компьютерлер және басқа есептеу құрылғылары, ал аналогтық деректер көздері телефондар, бейне камералар, аудио және бейне ойнату жабдықтары сияқты құрылғылар болып табылады. Территориялық желілерде бұл мәселені шешудің алғашқы кезеңдерінде деректердің барлық түрлері аналогтық түрде берілсе, дискретті сипатқа ие компьютерлік деректер модемдердің көмегімен аналогтық түрге ауыстырылды.

Дегенмен, аналогтық деректерді жинау және беру технологиясы дамыған сайын, оны аналогтық түрде беру, тасымалдау кезінде айтарлықтай бұрмаланса, желінің екінші жағында алынған деректердің сапасын жақсартпайтыны белгілі болды. Аналогтық сигналдың өзі бұрмалаудың орын алғанын немесе оны түзету жолын көрсетпейді, өйткені сигнал пішіні кез келген болуы мүмкін, оның ішінде қабылдағыш анықтаған. Желілердің, әсіресе аумақтық желілердің сапасын арттыру орасан зор күш пен инвестицияны қажет етеді. Сондықтан дыбыс пен бейнені жазу мен таратудың аналогтық технологиясы цифрлық технологиямен ауыстырылды. Бұл әдіс бастапқы уақытты үздіксіз аналогтық процестердің дискретті модуляциясын пайдаланады.

Дискретті модуляция әдістері амплитудада да, уақыт бойынша да үздіксіз процестерді таңдауға негізделген (2.19-сурет). Мысал арқылы ұшқын модуляциясының принциптерін қарастырайық импульстік код модуляциясы, PCM (импульстік амплитудалық модуляция, PAM),сандық телефонияда кеңінен қолданылады.

Бастапқы үздіксіз функцияның амплитудасы берілген периодпен өлшенеді - осыған байланысты дискретизация уақыт бойынша жүреді. Содан кейін әрбір өлшем белгілі бір бит тереңдігінің екілік саны ретінде көрсетіледі, бұл функция мәндері бойынша дискретизацияны білдіреді - мүмкін амплитудалық мәндердің үздіксіз жиынтығы оның мәндерінің дискретті жиынтығымен ауыстырылады. Ұқсас функцияны орындайтын құрылғы деп аталады аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC).Осыдан кейін өлшемдер байланыс арналары бойынша бір және нөл тізбегі түрінде беріледі. Бұл жағдайда бастапқы дискретті ақпаратты беру жағдайындағыдай кодтау әдістері қолданылады, яғни, мысалы, B8ZS немесе 2B1Q кодына негізделген әдістер.

Жолдың қабылдау жағында кодтар бастапқы разрядтық тізбегіне түрлендіріледі және арнайы жабдық деп аталады. цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC),бастапқы үздіксіз уақыт функциясын қалпына келтіре отырып, үздіксіз сигналдың цифрланған амплитудаларын демодуляциялайды.

Дискретті модуляция негізделген Найквист-Котельников картасының теориясы.Бұл теорияға сәйкес, оның уақыттық-дискретті мәндерінің тізбегі ретінде берілген аналогтық үздіксіз функция, егер дискреттеу жылдамдығы бастапқы функцияның ең жоғары гармоникалық спектрінің жиілігінен екі немесе одан да көп есе жоғары болса, дәл қалпына келтірілуі мүмкін.

Егер бұл шарт орындалмаса, қалпына келтірілген функция бастапқыдан айтарлықтай ерекшеленеді.

Аналогты ақпаратты жазудың, көбейтудің және берудің цифрлық әдістерінің артықшылығы тасымалдаушыдан оқылатын немесе байланыс желісі арқылы алынған мәліметтердің дәлдігін бақылау мүмкіндігі болып табылады. Мұны істеу үшін сіз компьютерлік деректер үшін қолданылатын әдістерді пайдалана аласыз (және төменде толығырақ талқыланады), - есептеу бақылау сомасы, бұрмаланған кадрларды қайта жіберу, өзін-өзі түзететін кодтарды қолдану.

Дауысты жоғары сапалы беру үшін PCM әдісі 8000 Гц дыбыс тербелістерінің амплитудасының кванттау жиілігін пайдаланады. Бұл аналогтық телефонияда дауысты жіберу үшін 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазон таңдалғанымен байланысты, ол әңгімелесушілердің барлық негізгі гармоникаларын жеткілікті сапамен жеткізеді. Сәйкес Найквист-Котелтков теоремасыжоғары сапалы дауыс беру үшін

146 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

үзіліссіз сигналдың ең жоғары гармониясынан екі есе артық, яғни 2 x 3400 = 6800 Гц дискреттеу жиілігін таңдау жеткілікті. Іс жүзінде таңдалған 8000 Гц іріктеу жиілігі кейбір сапа шегін қамтамасыз етеді. PCM әдісі әдетте бір үлгінің амплитудасын көрсету үшін 7 немесе 8 бит кодты пайдаланады. Тиісінше, бұл дыбыстық сигналдың 127 немесе 256 градациясын береді, бұл жоғары сапалы дауысты беру үшін жеткілікті. PCM әдісін пайдаланған кезде бір дауыстық арна әрбір үлгінің қанша битпен ұсынылғанына байланысты 56 немесе 64 Кбит/с өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Осы мақсаттар үшін пайдаланылса

7 бит, содан кейін 8000 Гц өлшеу жиілігімен біз аламыз:

8000 x 7 = 56000 бит/с немесе 56 Кбит/с; және 8 бит жағдайында:

8000 x 8 - 64000 бит/с немесе 64 Кбит/с.

Стандарт болып табылады сандық арна 64 Кбит/с, деп те аталады сандық телефон желілерінің элементарлы арнасы.

Үздіксіз сигналды дискретті түрде беру желілерден көрші өлшемдер арасында 125 мкс (8000 Гц іріктеу жиілігіне сәйкес) уақыт аралығын қатаң сақтауды талап етеді, яғни желі түйіндері арасында синхронды деректерді беруді талап етеді. Келіп түскен өлшемдердің синхронизациясы сақталмаса, бастапқы сигнал дұрыс емес қалпына келтіріледі, бұл цифрлық желілер арқылы берілетін дауыстың, кескіннің немесе басқа мультимедиялық ақпараттың бұрмалануына әкеледі. Осылайша, 10 мс синхрондау бұрмалануы «жаңғырық» әсеріне әкелуі мүмкін, ал 200 мс өлшемдер арасындағы ауысулар айтылған сөздерді танудың жоғалуына әкеледі. Сонымен бірге бір өлшемнің жоғалуы басқа өлшемдер арасындағы синхрондылықты сақтай отырып, қайта шығарылатын дыбысқа іс жүзінде ешқандай әсер етпейді. Бұл кез келген физикалық сигналдың инерциялық қасиетіне негізделген цифрлық-аналогтық түрлендіргіштердегі тегістеу құрылғыларының арқасында пайда болады - дыбыс тербелістерінің амплитудасы бірден үлкен мөлшерге өзгере алмайды.

DAC-дан кейінгі сигналдың сапасына оның кірісіне келетін өлшемдердің синхрондылығы ғана емес, сонымен қатар осы өлшемдердің амплитудаларының дискретизация қателігі де әсер етеді.

Найквист-Котельников теоремасының 8-і функцияның амплитудалары дәл өлшенеді деп болжайды, сонымен бірге оларды сақтау үшін шектеулі разрядты екілік сандарды пайдалану бұл амплитудаларды біршама бұрмалайды. Сәйкесінше қайта құрастырылған үздіксіз сигнал бұрмаланады, ол дискретизация шуы (амплитудада) деп аталады.

4-биттік немесе 2-биттік сандар тізбегі сияқты дауыс өлшемдерін неғұрлым жинақы түрде көрсете алатын басқа дискретті модуляция әдістері бар. Бұл жағдайда бір дауыстық арна аз өткізу қабілеттілігін қажет етеді, мысалы 32 Кбит/с, 16 Кбит/с немесе одан да аз. 1985 жылдан бастап адаптивті дифференциалды импульстік код модуляциясы (ADPCM) деп аталатын CCITT дауысты кодтау стандарты қолданылды. ADPCM кодтары кейіннен желі арқылы берілетін дауысты өлшеулер арасындағы айырмашылықтарды табуға негізделген. ADPCM коды бір айырмашылықты сақтау үшін 4 битті пайдаланады және дауысты 32 Кбит/с жылдамдықпен жібереді. Көбірек заманауи әдіс,Сызықтық болжамды кодтау (LPC) бастапқы функцияны сирек таңдайды, бірақ сигнал амплитудасының бағытын болжау әдістерін пайдаланады. Бұл әдісті қолдану арқылы дауысты жіберу жылдамдығын 9600 бит/с дейін төмендетуге болады.

2.2. Физикалық деңгейде дискретті деректерді беру әдістері 147

Цифрлық нысанда ұсынылған үздіксіз деректер компьютерлік желі арқылы оңай тасымалдана алады. Ол үшін кейбір стандартты желілік технологияның фрейміне бірнеше өлшемдерді орналастыру, кадрға дұрыс тағайындалған мекенжайды беру және оны алушыға жіберу жеткілікті. Алушы кадрдан өлшемдерді шығарып, оларды кванттау жиілігінде (дауыс үшін - 8000 Гц жиілікте) цифрлық-аналогтық түрлендіргішке жіберуі керек. Дауыс өлшемдері бар келесі кадрлар келген кезде операцияны қайталау керек. Егер кадрлар жеткілікті түрде синхронды түрде келсе, дауыс сапасы айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, біз білетіндей, компьютерлік желілердегі кадрлар соңғы түйіндерде де (ортақ ортаға кіруді күту кезінде) және аралық байланыс құрылғыларында - көпірлерде, коммутаторларда және маршрутизаторларда кешіктірілуі мүмкін. Демек, сандық арқылы берілетін дауыс сапасы компьютерлік желілерәдетте төмен. Цифрланған үздіксіз сигналдарды - дауысты, кескінді жоғары сапалы тарату үшін бүгінгі күні ISDN, ATM, және сияқты арнайы цифрлық желілер қолданылады. сандық теледидар. Дегенмен, ішкі корпоративтік аудару үшін телефон сөйлесулеріБүгінгі таңда кадрлық релелік желілер типтік болып табылады, олардың кадрды беру кідірістері рұқсат етілген шектерде.

2.2.5. Асинхронды және синхронды беріліс

Байланыс деңгейі деректер кадрларында жұмыс істейді және қабылдағыш пен таратқыш арасындағы кадр деңгейіндегі синхрондауды қамтамасыз етеді. Қабылдаушының міндеттеріне кадрдың бірінші байтының басын тану, кадр өрістерінің шекараларын тану және кадрдың соңын тану жатады.

Әдетте таратқыш пен қабылдағыш ақпараттың тұрақты алмасуын қамтамасыз ете алуы үшін осы екі деңгейде – разряд пен фреймде – синхрондауды қамтамасыз ету жеткілікті. Дегенмен, қашан сапасы нашарЖабдықтың құнын төмендету және деректерді беру сенімділігін арттыру үшін байланыс желілері (әдетте бұл телефондық коммутация арналарына жатады) байт деңгейінде синхронизацияның қосымша құралдарын енгізеді.

Бұл жұмыс режимі деп аталады асинхрондынемесе старт-стоп.Бұл жұмыс режимін пайдаланудың тағы бір себебі - кездейсоқ уақытта деректер байттарын генерациялайтын құрылғылардың болуы. Дисплейдің немесе басқа терминалдық құрылғының пернетақтасы осылай жұмыс істейді, одан адам компьютермен өңдеу үшін деректерді енгізеді.

Асинхронды режимде деректердің әрбір байты арнайы «бастау» және «тоқтату» сигналдарымен бірге жүреді (2.20-сурет, A).Бұл сигналдардың мақсаты, біріншіден, қабылдаушыға мәліметтердің келуі туралы хабарлау, екіншіден, келесі байт келгенге дейін қабылдағышқа синхрондаумен байланысты кейбір функцияларды орындауға жеткілікті уақыт беру. Бастау сигналы бір тактілік интервалдың ұзақтығына ие, ал тоқтату сигналы бір, бір жарым немесе екі тактілік периодқа созылуы мүмкін, сондықтан тоқтату сигналы ретінде бір, бір жарым немесе екі бит қолданылады деп айтылады. , дегенмен бұл сигналдар пайдаланушы биттерін көрсетпейді.

Сипатталған режим асинхронды деп аталады, өйткені әрбір байт алдыңғысының биттік сағаттарына қатысты уақыт бойынша аздап ығысуы мүмкін.

148 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

байт. Байттардың бұл асинхронды берілуі алынған деректердің дұрыстығына әсер етпейді, өйткені әрбір байттың басында ресивердің көзмен қосымша синхрондауы «бастау» биттерінің арқасында орын алады. Көбірек «бос» уақыт рұқсаттары асинхронды жүйе жабдықтарының төмен құнын анықтайды.

Синхронды жіберу режимінде әрбір байт жұбының арасында бастау-тоқтату биттері болмайды. Пайдаланушы деректері синхрондау байттары бар фреймге жиналады (2.20-сурет, б).Синхрондау байты – 0111110 сияқты белгілі кодты қамтитын байт, ол қабылдаушыға деректер кадрының келуі туралы хабарлайды. Оны қабылдағаннан кейін қабылдағыш таратқышпен байт синхронизациясын енгізуі керек, яғни кадрдың келесі байтының басын дұрыс түсінуі керек. Кейде қабылдағыш пен таратқыш арасында сенімді синхрондауды қамтамасыз ету үшін бірнеше синхрондау байты пайдаланылады. Ұзын кадрды беру кезінде ресиверде бит синхрондау проблемалары болуы мүмкін болғандықтан, бұл жағдайда өздігінен синхрондау кодтары қолданылады.

» Телефонияда қолданылатын тар жолақты дауыстық жиілік арнасы арқылы дискретті деректерді беру кезінде аналогтық модуляция ең қолайлы әдістер болып табылады, онда тасымалдаушы синусоид екілік цифрлардың бастапқы тізбегі арқылы модуляцияланады. Бұл операция арнайы құрылғылар - модемдер арқылы жүзеге асырылады.

* Төмен жылдамдықты деректерді беру үшін тасымалдаушы синусоид жиілігін өзгерту қолданылады. Жоғары жылдамдықты модемдер тасымалдаушы синусоид амплитудасының 4 деңгейімен және фазаның 8 деңгейімен сипатталатын аралас квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM) әдістерін пайдалана отырып жұмыс істейді. QAM әдісінің мүмкін болатын 32 комбинациясының барлығы деректерді беру үшін пайдаланылмайды; тыйым салынған комбинациялар физикалық деңгейде бұрмаланған деректерді тануға мүмкіндік береді.

* Кең жолақты байланыс арналарында деректер тұрақты сигнал потенциалының әртүрлі деңгейлерімен немесе импульстің немесе оның фронтының полярлығымен ұсынылатын потенциалды және импульстік кодтау әдістері қолданылады.

* Потенциалды кодтарды пайдаланған кезде қабылдағышты таратқышпен синхрондау тапсырмасы ерекше маңызға ие, өйткені нөлдердің немесе бірлердің ұзын тізбегін беру кезінде қабылдағыш кірісіндегі сигнал өзгермейді және қабылдағышқа сәтті анықтау қиын. келесі деректер битін алу үшін.

___________________________________________2.3. Мәліметтерді байланыстыру деңгейінің берілу әдістері _______149

* Ең қарапайым әлеуетті код - бұл нөлге қайтарылмайтын (NRZ) коды, бірақ ол өздігінен жұмыс істемейді және тұрақты ток компонентін шығарады.

» Ең танымал импульс коды – Манчестер коды, онда ақпарат әр сағат циклінің ортасында сигналдың түсу бағыты бойынша тасымалданады. Манчестер коды Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

» Потенциалды NRZ кодының қасиеттерін жақсарту үшін нөлдердің ұзын тізбегін жоятын логикалық кодтау әдістері пайдаланылады. Бұл әдістер мыналарға негізделген:

Бастапқы деректерге артық биттерді енгізу туралы (4В/5В типті кодтар);

Бастапқы деректерді шифрлау (2B1Q типті кодтар).

» Жақсартылған әлеуетті кодтар импульстік кодтарға қарағанда тар спектрге ие, сондықтан олар FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet сияқты жоғары жылдамдықты технологияларда қолданылады.

Физикалыққабат шикі биттердің нақты берілуімен айналысады

байланыс арнасы.

Компьютерлік желілердегі мәліметтерді бір компьютерден екінші компьютерге беру ретімен, биттік түрде жүзеге асырылады. Физикалық түрде деректер биттері аналогтық немесе цифрлық сигналдар түрінде деректер сілтемелері арқылы беріледі.

Компьютерлік желілерде мәліметтерді тасымалдау үшін қолданылатын құралдар жиынтығы (байланыс желілері, мәліметтерді беру және қабылдау жабдығы) деректерді беру арнасы деп аталады. Берілетін ақпараттың формасына қарай деректерді беру арналарын аналогтық (үздіксіз) және цифрлық (дискретті) деп бөлуге болады.

Мәліметтерді жіберу және қабылдау жабдығы дискретті түрде деректермен жұмыс істейтіндіктен (яғни, дискретті электрлік сигналдар деректердің бірліктері мен нөлдеріне сәйкес келеді), оларды аналогтық арна арқылы беру кезінде дискретті деректерді аналогтыққа (модуляцияға) түрлендіру қажет.

Мұндай аналогтық деректерді алу кезінде кері түрлендіру қажет - демодуляция. Модуляция/демодуляция – түрлендіру процестері сандық ақпаратаналогтық сигналдарға және керісінше. Модуляция кезінде ақпарат деректерді беру арнасы жақсы тарататын жиіліктің синусоидалы сигналымен бейнеленеді.

Модуляция әдістеріне мыналар жатады:

· амплитудалық модуляция;

· жиілікті модуляция;

· фазалық модуляция.

Сандық деректер арнасы арқылы дискретті сигналдарды беру кезінде кодтау қолданылады:

· потенциал;

· импульстік.

Осылайша, арналарда потенциалды немесе импульстік кодтау қолданылады Жоғары сапа, және синусоидалы сигналдарға негізделген модуляция арна жіберілетін сигналдарға қатты бұрмаланулар енгізетін жағдайларда жақсырақ.

Әдетте модуляция қолданылады жаһандық желілераналогтық түрдегі дауысты беруге арналған, сондықтан импульстарды тікелей жіберуге жарамсыз аналогтық телефон желілері арқылы деректерді беру кезінде.

Синхрондау әдістеріне байланысты деректерді беру арналары компьютерлік желілерсинхронды және асинхронды деп бөлуге болады. Синхрондау жіберуші деректер түйіні кейбір сигналды қабылдаушы түйінге жібере алуы үшін қажет, сонда қабылдаушы түйін кіріс деректерді қабылдауды қашан бастау керектігін біледі.

Синхронды деректерді беру тактілік импульстарды беру үшін қосымша байланыс желісін қажет етеді. Таратушы станциямен разрядтарды беру және оларды қабылдау станциясымен қабылдау тактілік импульстердің пайда болған сәттерінде жүзеге асырылады.

Деректерді асинхронды тасымалдау үшін қосымша байланыс желісі қажет емес. Бұл жағдайда деректерді беру белгіленген ұзындықтағы (байт) блоктарда жүзеге асырылады. Синхрондау қосымша биттермен (старт биттері және тоқтату биттері) жүзеге асырылады, олар жіберілетін байтқа дейін және кейін жіберіледі.

Компьютерлік желі түйіндері арасында деректер алмасу кезінде деректерді берудің үш әдісі қолданылады:

симплексті (бір бағытты) беру (теледидар, радио);

жартылай дуплексті (ақпаратты қабылдау/беру кезекпен жүзеге асырылады);

дуплексті (екі бағытты), әрбір түйін бір уақытта деректерді береді және қабылдайды (мысалы, телефон сөйлесулері).

	\|	келесі дәріс ==>

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екі негізгі түрі қолданылады -негізделгенсинусоидальді тасымалдаушы сигнал және тікбұрышты импульстар тізбегіне негізделген. Бірінші әдіс жиі аталады модуляциянемесе аналогтық модуляция,кодтау аналогтық сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылатынын атап көрсетеді. Екінші әдіс әдетте аталады сандық кодтау.Бұл әдістер алынған сигналдың спектрінің енімен және оларды жүзеге асыру үшін қажетті жабдықтың күрделілігімен ерекшеленеді.

Қазіргі уақытта аналогтық формада болған мәліметтер - сөйлеу, теледидарлық бейнелер - байланыс арналары арқылы дискретті түрде, яғни бірліктер мен нөлдер тізбегі түрінде беріледі. Аналогты ақпаратты дискретті түрде көрсету процесі деп аталады дискретті модуляция.«Модуляция» және «кодтау» терминдері жиі синоним ретінде қолданылады.

Сағат сандық кодтаудискретті ақпарат үшін потенциалдық және импульстік кодтар қолданылады. Потенциалды кодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигналдың потенциалдық мәні ғана пайдаланылады, ал толық импульстарды құрайтын оның тамшылары есепке алынбайды. Импульстік кодтар екілік деректерді не белгілі бір полярлықтың импульстері ретінде, не импульстің бөлігі ретінде – белгілі бір бағытта потенциалды құлдырауды көрсетуге мүмкіндік береді.

Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір мезгілде бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет: нәтиже сигналының бірдей разрядтық жылдамдықта ең кіші спектрлік еніне ие болу; таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қамтамасыз етілді;

Қателерді тани білу қабілеті бар; сату бағасы төмен болды.

Желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары,олардың сигналдары таратқышқа арналған нұсқауларды қай уақытта келесі битті тану қажет (немесе бірнеше бит, егер код екіден көп сигнал күйіне бағытталған болса). Сигналдың кез келген күрт өзгеруі - жиек деп аталатын - қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш бола алады. Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің құралдарын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы қиын, сондықтан бұл жұмыс көбінесе жоғарыда орналасқан хаттамалар арқылы жүзеге асырылады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпейді, бірақ оны орналастыру кезінде бірден бас тартады. кадрдағы қате биттерді білу.

Потенциалды кодты нөлге қайтармай, потенциалды кодтау әдісін кодтау деп те атайды нөлге оралмай (Жоқ Қайту дейін Нөл, NRZ). Фамилия бірліктердің тізбегін беру кезінде сигналдың тактілік циклі кезінде нөлге оралмайтындығын көрсетеді (төменде көретініміздей, басқа кодтау әдістерінде бұл жағдайда нөлге оралу орын алады). NRZ әдісін іске асыру оңай, қатені жақсы тануға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты), бірақ өзін-өзі синхрондау қасиеті жоқ. Бірлердің немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде желідегі сигнал өзгермейді, сондықтан қабылдағыш кіріс сигналынан деректерді қайта оқу қажет болатын уақыт сәттерін анықтай алмайды. Тіпті жоғары дәлдіктегі сағат генераторымен де қабылдағыш деректерді жинау сәтінде қателесуі мүмкін, өйткені екі генератордың жиілігі ешқашан толығымен бірдей болмайды. Сондықтан деректердің жоғары жылдамдықтарында және бір немесе нөлдердің ұзын реттілігінде шағын сағат сәйкессіздігі бүкіл тактілік циклдің қатесіне және сәйкесінше қате бит мәні оқылуына әкелуі мүмкін.

Альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау әдісі. NRZ әдісінің модификацияларының бірі болып табылады альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау (Биполярлы Балама белгі Инверсия, AMI). Бұл әдіс үш әлеуетті деңгейді пайдаланады - теріс, нөлдік және оң. Логикалық нөлді кодтау үшін нөлдік потенциал пайдаланылады, ал логикалық потенциал оң потенциалмен немесе теріс арқылы кодталады, әрбір жаңа бірліктің потенциалы алдыңғысының потенциалына қарама-қарсы болады. Осылайша, сигнал полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал шақырылады тыйым салынған сигнал (сигнал бұзу). AMI коды желіде екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланады. Қосымша қабат желіде бірдей бит дәлдігін қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын шамамен 3 дБ арттыруды талап етеді, бұл тек екі күйді ажырататын кодтармен салыстырғанда бірнеше сигнал күйі бар кодтардың жалпы кемшілігі болып табылады.

Бірде инверсиясы бар ықтимал код. AMI-ге ұқсас код бар, бірақ тек екі сигнал деңгейі бар. Нөлді беру кезінде ол алдыңғы циклде орнатылған потенциалды жібереді (яғни оны өзгертпейді), ал бірді бергенде потенциал қарама-қарсыға ауыстырылады. Бұл код деп аталады инверсиясы бар әлеуетті код (Жоқ Қайту дейін Нөл бірге бір Төңкерілген, NRZI). Бұл код үшінші сигнал деңгейін пайдалану өте қажет емес жағдайларда ыңғайлы, мысалы, екі сигнал күйі - жарық және қараңғылық - тұрақты түрде танылатын оптикалық кабельдерде.

Биполярлық импульстік кодПотенциалды кодтардан басқа, деректер толық импульспен немесе оның бір бөлігімен ұсынылған кезде импульстік кодтар желілерде де қолданылады - фронт. Бұл тәсілдің ең қарапайым жағдайы биполярлық импульстік код,онда біреуі бір полярлықтың импульсімен, ал нөл екіншісімен көрсетіледі . Әрбір импульс жарты соққыға созылады. Мұндай кодтың тамаша өзін-өзі синхрондау қасиеттері бар, бірақ тұрақты компонент, мысалы, бір немесе нөлдердің ұзақ тізбегін беру кезінде болуы мүмкін. Сонымен қатар, оның спектрі ықтимал кодтарға қарағанда кеңірек. Осылайша, барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың іргелі гармоникасының жиілігі NRZ кодының іргелі гармоникасынан екі есе жоғары және AMI кодының негізгі гармоникасынан төрт есе жоғары болатын NHz-ге тең болады. ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру. Оның тым кең спектріне байланысты биполярлық импульстік код сирек қолданылады.

Манчестер коды.Жергілікті желілерде соңғы уақытқа дейін ең көп тараған кодтау әдісі деп аталатын әдіс болды Манчестер коды.Ол Ethernet және TokenRing технологияларында қолданылады. Манчестер коды бірліктерді және нөлдерді кодтау үшін потенциалдар айырмасын, яғни импульстің жиегін пайдаланады. Манчестер кодтауымен әрбір өлшем екі бөлікке бөлінеді. Ақпарат әрбір сағат циклінің ортасында болатын ықтимал құлдыраулармен кодталады. Бірлік төменгі сигнал деңгейінен жоғарыға дейінгі жиекпен кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір сағат циклінің басында бірнеше бірлікті немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, үстеме сигналдың төмендеуі орын алуы мүмкін. Сигнал бір деректер битінің беру цикліне кемінде бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды жақсы өзін-өзі синхрондау қасиеттеріне ие. Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульске қарағанда тар. Орташа алғанда, Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульстік кодқа қарағанда бір жарым есе тар және іргелі гармоникалық 3N/4 мәнінің айналасында ауытқиды. Манчестер кодының биполярлық импульстік кодқа қарағанда тағы бір артықшылығы бар. Соңғысы деректерді беру үшін үш сигнал деңгейін пайдаланады, ал Манчестердікі екеуін пайдаланады.

Потенциалды код 2B 1Q. Деректерді кодтауға арналған төрт сигнал деңгейі бар потенциалды код. Бұл код 2 IN 1Q, оның атауы оның мәнін көрсетеді - әрбір екі бит (2В) бір тактілік циклде төрт күйі (1Q) бар сигнал арқылы беріледі. 00 бит жұбы -2,5В потенциалға, 01 разряд жұбы -0,833В потенциалға, 11 жұп +0,833В потенциалға, ал 10 жұп +2,5В потенциалға сәйкес келеді. Бұл кодтау әдісімен бірдей бит жұптарының ұзақ тізбегімен күресу үшін қосымша шаралар қажет, өйткені бұл жағдайда сигнал тұрақты құрамдасқа айналады. Биттердің кездейсоқ ауысуы кезінде сигнал спектрі NRZ кодының спектрінен екі есе тар, өйткені бірдей бит жылдамдығында тактілік ұзақтығы екі есе артады. Осылайша, 2B 1Q кодын пайдаланып, деректерді бір жол арқылы AMI немесе NRZI кодын пайдаланудан екі есе жылдам тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты жоғарырақ болуы керек, сонда төрт деңгей кедергі фонында қабылдағышпен анық ажыратылады.

Логикалық кодтауЛогикалық кодтау AMI, NRZI немесе 2Q.1B сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін қолданылады. Логикалық кодтау тұрақты потенциалға әкелетін биттердің ұзын тізбегін кесілгендермен ауыстыруы керек. Жоғарыда айтылғандай, логикалық кодтау екі әдіспен сипатталады -. артық кодтар және шифрлау.

Берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін артық кодты пайдаланатын таратқыш жоғарылатылған тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Сонымен, 4В/5В кодтарын 100 Мб/с жылдамдықпен жіберу үшін таратқыш 125 МГц тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі бойымен таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Осыған қарамастан артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша сатысын, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиілікте жұмысын негіздейді.

Скремблинг. Потенциалды кодты пайдаланып желіге бермес бұрын деректерді скрамблермен араластыру логикалық кодтаудың тағы бір тәсілі болып табылады. Шифрлеу әдістері бастапқы кодтың биттеріне және алдыңғы тактілік циклдерде алынған нәтиже кодының биттеріне негізделген нәтиже кодының биттік есебін қамтиды. Мысалы, скремблер келесі қатынасты жүзеге асыруы мүмкін:

Асинхронды және синхронды беріліс

Физикалық деңгейде деректермен алмасу кезінде ақпарат бірлігі бит болып табылады, сондықтан физикалық деңгей әрқашан қабылдағыш пен таратқыш арасындағы бит синхрондауды сақтайды. Әдетте таратқыш пен қабылдағыш ақпараттың тұрақты алмасуын қамтамасыз ете алуы үшін осы екі деңгейде – разряд пен фреймде – синхрондауды қамтамасыз ету жеткілікті. Дегенмен, байланыс желісінің сапасы нашар болған кезде (әдетте бұл телефонмен теру арналарына қатысты), жабдықтың құнын төмендету және мәліметтерді беру сенімділігін арттыру үшін байт деңгейінде қосымша синхрондау құралдары енгізіледі.

Бұл жұмыс режимі деп аталады асинхрондынемесе старт-стоп.Асинхронды режимде деректердің әрбір байты арнайы іске қосу және тоқтату сигналдарымен бірге жүреді. Бұл сигналдардың мақсаты, біріншіден, қабылдаушыға мәліметтердің келуі туралы хабарлау, екіншіден, келесі байт келгенге дейін қабылдағышқа синхрондаумен байланысты кейбір функцияларды орындауға жеткілікті уақыт беру. Бастау сигналы бір тактілік интервалдың ұзақтығына ие, ал тоқтату сигналы бір, бір жарым немесе екі тактілік периодқа созылуы мүмкін, сондықтан тоқтату сигналы ретінде бір, бір жарым немесе екі бит қолданылады деп айтылады. , дегенмен бұл сигналдар пайдаланушы биттерін көрсетпейді.

Синхронды жіберу режимінде әрбір байт жұбының арасында бастау-тоқтату биттері болмайды. қорытындылар

Телефонияда қолданылатын тар жолақты дауыстық жиілік арнасы бойынша дискретті деректерді беру кезінде аналогтық модуляция ең қолайлы әдістер болып табылады, онда тасымалдаушы синусоид екілік цифрлардың бастапқы тізбегі арқылы модуляцияланады. Бұл операция арнайы құрылғылар - модемдер арқылы жүзеге асырылады.

Төмен жылдамдықты деректерді беру үшін тасымалдаушы синусоид жиілігін өзгерту қолданылады. Жылдамдығы жоғары модемдер тасымалдаушы синусоид амплитудасының 4 деңгейімен және фазаның 8 деңгейімен сипатталатын квадратуралық амплитудалық модуляцияның (QAM) аралас әдістерін пайдалана отырып жұмыс істейді. QAM әдісінің мүмкін болатын 32 комбинациясының барлығы деректерді тасымалдау үшін пайдаланылмайды; тыйым салынған комбинациялар бүлінген деректерді физикалық деңгейде тануға мүмкіндік береді.

Кең жолақты байланыс арналарында деректер тұрақты сигнал потенциалының әртүрлі деңгейлерімен немесе импульстік полярлықтармен ұсынылған потенциалды және импульстік кодтау әдістері қолданылады. оныңалдыңғы.

Потенциалды кодтарды пайдаланған кезде қабылдағышты таратқышпен синхрондау міндеті ерекше маңызға ие болады, өйткені нөлдердің немесе бірлердің ұзын тізбегін беру кезінде қабылдағыштың кірісіндегі сигнал өзгермейді және қабылдағышқа сигнал беру сәтін анықтау қиынға соғады. келесі деректер битін таңдау.

Ең қарапайым әлеуетті код - бұл нөлге қайтарылмайтын (NRZ) код, бірақ ол өздігінен сағаттанбайтын және тұрақты ток компонентін шығарады.

Ең танымал импульстік код - бұл Манчестер коды, онда ақпарат әрбір тактілік циклдің ортасында сигналдың түсу бағыты бойынша тасымалданады. Манчестер коды Ethernet және TokenRing технологияларында қолданылады.

Потенциалды NRZ кодының қасиеттерін жақсарту үшін нөлдердің ұзын тізбегін жоятын логикалық кодтау әдістері қолданылады. Бұл әдістер мыналарға негізделген:

Бастапқы деректерге артық биттерді енгізу туралы (4В/5В типті кодтар);

Бастапқы деректерді шифрлау (2B 1Q сияқты кодтар).

Жақсартылған әлеуетті кодтар импульстік кодтарға қарағанда тар спектрге ие, сондықтан олар FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet сияқты жоғары жылдамдықты технологияларда қолданылады.

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екі негізгі түрі қолданылады - негізделген синусоидальді тасымалдаушы сигнал және тікбұрышты импульстар тізбегіне негізделген.Бірінші әдісті жиі модуляция немесе аналогтық модуляция деп те атайды, кодтау аналогтық сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылатынын атап көрсетеді. Екінші әдіс әдетте сандық кодтау деп аталады. Бұл әдістер алынған сигналдың спектрінің енімен және оларды жүзеге асыру үшін қажетті жабдықтың күрделілігімен ерекшеленеді.
Аналогтық модуляциятар жиілік диапазоны бар арналар бойынша дискретті деректерді беру үшін пайдаланылады, оның типтік өкілі жалпыға ортақ телефон желілерін пайдаланушыларға берілетін дауыстық жиілік арнасы болып табылады. Дауыс жиілігі арнасының типтік амплитудалық-жиілік реакциясы суретте көрсетілген. 2.12. Бұл арна 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазондағы жиіліктерді жібереді, сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц. Тасымалдаушы жағында синусоидты модуляция және қабылдаушы жағында демодуляция функцияларын орындайтын құрылғы модем (модулятор – демодулятор) деп аталады.
Аналогтық модуляция әдістері
Аналогтық модуляция – синусоидалы тасымалдаушы сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы ақпарат кодталатын физикалық кодтау әдісі.
Диаграмма (2.13, а-сурет) логикалық бірлік үшін жоғары деңгейлі потенциалдар және логикалық нөл үшін нөлдік потенциалдар арқылы ұсынылған бастапқы ақпараттың биттерінің тізбегін көрсетеді. Бұл кодтау әдісі компьютер блоктары арасында деректерді тасымалдау кезінде жиі қолданылатын потенциалды код деп аталады.
Амплитудалық модуляция кезінде (2.13, б-сурет) тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі логикалық бірлік үшін, ал екіншісі логикалық нөл үшін таңдалады. Бұл әдіс төмен шуыл иммунитетіне байланысты оның таза түрінде практикада сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрімен - фазалық модуляциямен бірге қолданылады.
Жиілік модуляциясымен (2.13, в-сурет) бастапқы деректердің 0 және 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі - f0 және f1. Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі схеманы қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады.
Фазалық модуляция кезінде деректер мәндері 0 және 1 бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ фазалары әртүрлі, мысалы 0 және 180 градус немесе 0,90,180 және 270 градус.
Жоғары жылдамдықты модемдерде жиі аралас модуляция әдістері қолданылады, әдетте амплитудасы фазамен біріктіріледі.
Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір уақытта бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет:
· бірдей разрядтық жылдамдықта алынған сигналдың спектрінің ең кіші еніне ие болды;
· таратқыш пен қабылдағыш арасында қамтамасыз етілген синхрондау;
· қателерді тани білу қабілеті болды;
· сатудың төмен құны болды.
Сигналдардың неғұрлым тар спектрі бір және бірдей желіге (бірдей өткізу қабілеттілігімен) деректерді жоғары тасымалдау жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сигнал спектрінде тұрақты ток компонентінің болмауы, яғни таратқыш пен қабылдағыш арасында тұрақты токтың болуы жиі талап етіледі. Атап айтқанда, әртүрлі трансформаторлық гальваникалық оқшаулау тізбектерін пайдалану тұрақты токтың өтуіне жол бермейді.
Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қабылдаушы байланыс желісінен жаңа ақпаратты уақыттың қай нүктесінде оқу керектігін нақты білуі үшін қажет.
Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің құралдарын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы қиын, сондықтан бұл жұмыс көбінесе жоғарыда орналасқан хаттамалар арқылы жүзеге асырылады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпейді, бірақ кадрдағы қате биттерді таныған кезде оны дереу тастайды.
Кодтау әдістеріне қойылатын талаптар бір-біріне қарама-қайшы, сондықтан төменде талқыланатын танымал цифрлық кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.