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데이터 전송의 물리적 기반. 물리적 수준에서 데이터를 전송하는 방법. 데이터 전송의 물리적 기반

7. 물리적 데이터 전송 수준

7.2. 개별 데이터 전송 방법

통신 채널을 통해 개별 데이터를 전송할 때 정현파 반송파 신호와 직사각형 펄스 시퀀스를 기반으로 하는 두 가지 주요 유형의 물리적 코딩이 사용됩니다. 첫 번째 방법은 종종 호출됩니다. 조정 또는 아날로그 변조 , 아날로그 신호의 매개 변수를 변경하여 인코딩이 수행된다는 사실을 강조합니다. 두 번째 방법은 디지털 코딩 . 이러한 방법은 결과 신호의 스펙트럼 폭과 구현에 필요한 장비의 복잡성이 다릅니다.

직사각형 펄스를 사용할 때 결과 신호의 스펙트럼은 매우 넓습니다. 사인파를 사용하면 동일한 정보 전송 속도에서 스펙트럼이 더 좁아집니다. 그러나 변조를 구현하려면 직사각형 펄스를 구현하는 것보다 더 복잡하고 고가의 장비가 필요합니다.

현재 원래 아날로그 형식이었던 데이터(음성, 텔레비전 이미지)가 통신 채널을 통해 개별 형식, 즉 1과 0의 시퀀스로 전송되는 경우가 점점 늘어나고 있습니다. 아날로그 정보를 이산적인 형태로 표현하는 과정을 이산 변조 .

아날로그 변조는 좁은 주파수 대역, 즉 음성 주파수 채널(공중 전화 네트워크)을 통해 개별 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 이 채널은 300~3400Hz 범위의 주파수를 전송하므로 대역폭은 3100Hz입니다.

송신측에서는 반송파 정현파 변조, 수신측에서는 복조 기능을 수행하는 장치를 이라고 합니다. 모뎀 (변조기-복조기).

아날로그 변조는 정현파 신호의 진폭, 주파수 또는 위상을 변경하여 정보를 인코딩하는 물리적 코딩 방법입니다. 반송파 주파수(그림 27).

~에 진폭 변조 (그림 27, b) 논리 장치의 경우 반송파 주파수 정현파 진폭의 한 레벨이 선택되고 논리 0의 경우 다른 레벨이 선택됩니다. 이 방법은 잡음 내성이 낮기 때문에 실제로 순수한 형태로는 거의 사용되지 않지만 다른 유형의 변조, 즉 위상 변조와 결합하여 사용되는 경우가 많습니다.

~에 주파수 변조 (그림 27, c) 소스 데이터의 값 0과 1은 서로 다른 주파수 - f 0 및 f 1의 정현파에 의해 전송됩니다. 이 변조 방법은 모뎀에 복잡한 회로가 필요하지 않으며 일반적으로 300 또는 1200bps에서 작동하는 저속 모뎀에 사용됩니다.

~에 위상 변조 (그림 27, d) 데이터 값 0과 1은 동일한 주파수의 신호에 해당하지만 위상이 다릅니다(예: 0과 180도 또는 0, 90, 180 및 270도).

고속 모뎀은 대개 진폭과 위상이 결합된 결합 변조 방법을 사용하는 경우가 많습니다.

쌀. 27. 다양한 방식조정

결과적으로 변조된 신호의 스펙트럼은 변조 유형과 속도에 따라 달라집니다.

잠재적인 인코딩의 경우 스펙트럼은 주기 함수에 대한 푸리에 공식에서 직접 얻습니다. 이산 데이터가 N bit/s의 비트 전송률로 전송되는 경우 스펙트럼은 주파수가 0인 상수 성분과 주파수 f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ...을 갖는 무한한 일련의 고조파로 구성됩니다. 여기서 f 0 = N/2. 이러한 고조파의 진폭은 고조파 f 0의 진폭에서 1/3, 1/5, 1/7, ... 계수로 매우 천천히 감소합니다 (그림 28, a). 결과적으로 잠재적인 코드의 스펙트럼에는 고품질 전송을 위한 넓은 대역폭이 필요합니다. 또한 실제로 신호 스펙트럼은 데이터의 특성에 따라 끊임없이 변화한다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 임의 데이터를 전송할 때 발생하는 잠재적 코드 신호의 스펙트럼은 0Hz에 가까운 특정 값에서 약 7f 0까지의 대역을 차지합니다(7f 0 이상의 주파수를 갖는 고조파는 결과 신호에 대한 기여도가 작기 때문에 무시할 수 있음). 음성 채널의 경우 잠재적 코딩의 상한은 971bps의 데이터 속도에서 달성됩니다. 결과적으로 음성 채널의 잠재적 코드는 사용되지 않습니다.

진폭 변조를 사용하면 스펙트럼은 반송파 주파수의 사인파로 구성됩니다. 와 2개의 측면 고조파: (f c + f m ) 및 ( 에프씨 - 에프 m), 여기서 에프중 – 두 가지 진폭 레벨을 사용할 때 데이터 전송 속도와 일치하는 정현파의 정보 매개 변수 변경 빈도(그림 28, b). 주파수 f중 주어진 코딩 방법에 대한 라인 용량을 결정합니다. 낮은 변조 주파수에서는 신호 스펙트럼 폭도 작습니다(2f와 동일).중 ), 대역폭이 2f보다 크거나 같으면 신호가 선에 의해 왜곡되지 않습니다.중 . 음성 주파수 채널의 경우 이 변조 방법은 3100/2=1550bps 이하의 데이터 전송 속도에서 허용됩니다. 데이터를 표시하기 위해 4개의 진폭 레벨을 사용하는 경우 채널 용량은 3100bps로 증가합니다.

쌀. 28. 전위 코딩 중 신호 스펙트럼

및 진폭 변조

위상 및 주파수 변조를 사용하면 신호 스펙트럼이 진폭 변조보다 더 복잡합니다. 왜냐하면 여기에 두 개 이상의 측면 고조파가 형성되기 때문입니다. 그러나 주 반송파 주파수를 기준으로 대칭적으로 위치하며 진폭이 빠르게 감소합니다. 따라서 이러한 유형의 변조는 음성 채널을 통한 데이터 전송에도 매우 적합합니다.

개별 정보를 디지털 방식으로 인코딩하는 경우 전위 및 펄스 코드가 사용됩니다. 전위 코드에서는 신호의 전위 값만 논리 1과 0을 나타내는 데 사용되며 해당 가장자리는 고려되지 않습니다. 펄스 코드를 사용하면 이진 데이터를 특정 극성의 펄스 또는 펄스의 일부(특정 방향의 전위차)로 나타낼 수 있습니다.

직사각형 펄스를 사용하여 개별 정보를 전송하는 경우 여러 목표를 동시에 달성하는 코딩 방법을 선택해야 합니다.

· 동일한 비트율에서 결과 신호의 스펙트럼 폭이 가장 작았습니다.

· 송신기와 수신기 사이에 동기화를 제공합니다.

· 실수를 인식하는 능력이 있었습니다.

· 판매 가격이 저렴했습니다.

신호 스펙트럼이 더 좁을수록 동일한 라인에서 더 높은 데이터 전송 속도가 가능합니다. 종종 신호 스펙트럼에는 DC 구성 요소가 없어야 합니다.

수신기가 통신 회선에서 새로운 정보를 읽어야 하는 시점을 정확히 알 수 있도록 송신기와 수신기의 동기화가 필요합니다. 이 문제는 컴퓨터 내부 장치 간, 컴퓨터와 프린터 간 등 밀접하게 위치한 장치 간에 데이터를 교환할 때보다 네트워크에서 해결하기가 더 어렵습니다. 따라서 네트워크는 소위 자체 동기화 코드를 사용합니다. 이 코드의 신호는 다음 비트(또는 여러 비트)를 인식해야 하는 시점에 대한 지침을 송신기에 전달합니다. 신호의 급격한 변화(소위 에지)는 수신기와 송신기를 동기화하는 데 좋은 표시 역할을 할 수 있습니다.

정현파를 반송파 신호로 사용하는 경우 결과 코드는 자체 동기화 특성을 갖습니다. 반송파 주파수의 진폭을 변경하면 수신기가 입력 코드가 나타나는 순간을 결정할 수 있기 때문입니다.

인코딩 방법에 대한 요구 사항은 서로 모순되므로 아래에서 설명하는 각 인기 있는 디지털 인코딩 방법은 다른 방법에 비해 고유한 장점과 단점이 있습니다.

그림에서. 도 29, a는 인코딩이라고도 불리는 잠재적인 인코딩 방법을 보여준다. 0으로 돌아가지 않고 (비 리턴 투 제로, NRZ) . 성은 일련의 1을 전송할 때 클록 사이클 동안 신호가 0으로 돌아가지 않는다는 사실을 반영합니다. NRZ 방법은 구현하기 쉽고 오류 인식이 우수하지만(두 가지 서로 다른 잠재력으로 인해) 자체 동기화 특성이 없습니다. 1 또는 0의 긴 시퀀스를 전송할 때 라인의 신호는 변경되지 않으므로 수신기는 입력 신호에서 데이터를 읽어야 하는 순간을 결정할 수 없습니다. 고정밀 클록 생성기를 사용하더라도 두 생성기의 주파수가 완전히 동일하지 않기 때문에 수신기는 데이터 수집 순간에 실수를 할 수 있습니다. 따라서 높은 데이터 속도와 1 또는 0의 긴 시퀀스에서 작은 클록 불일치로 인해 전체 클록 사이클의 오류가 발생하고 그에 따라 잘못된 비트 값이 읽힐 수 있습니다.

NRZ 방법의 또 다른 심각한 단점은 1 또는 0의 긴 시퀀스를 전송할 때 0에 접근하는 저주파 성분이 존재한다는 것입니다. 이로 인해 수신기와 소스 사이에 직접적인 갈바닉 연결을 제공하지 않는 많은 통신 채널은 이러한 유형의 코딩을 지원하지 않습니다. 결과적으로 순수한 형태의 NRZ 코드는 네트워크에서 사용되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 NRZ 코드의 잘못된 자체 동기화와 상수 구성 요소의 존재를 모두 제거하는 다양한 수정이 사용되었습니다. 이를 개선할 가치가 있는 NRZ 코드의 매력은 N/2Hz와 동일한 기본 고조파 f0의 상당히 낮은 주파수입니다. 맨체스터와 같은 다른 인코딩 방법에서는 기본 고조파의 주파수가 더 높습니다.

쌀. 29. 이산 데이터 코딩 방법

NRZ 방법의 수정 중 하나는 다음과 같습니다. 대체 반전을 이용한 양극성 코딩 (양극성 대체 마크 반전, AMI). 이 방법(그림 29, b)은 음수, 0 및 양수라는 세 가지 전위 수준을 사용합니다. 논리적 0을 인코딩하기 위해 0 전위가 사용되며 논리적 1은 양의 전위 또는 음의 전위로 인코딩되며, 각각의 새로운 단위의 전위는 이전 단위의 전위와 반대입니다.

AMI 코드는 NRZ 코드에 내재된 DC 및 자체 동기화 문제를 부분적으로 제거합니다. 이는 긴 시퀀스를 전송할 때 발생합니다. 이러한 경우 라인의 신호는 NRZ 코드와 동일한 스펙트럼을 갖는 반대 편파 펄스 시퀀스로, 0과 1이 교대로 전송됩니다. 즉, 상수 성분이 없고 N/2Hz의 기본 고조파가 있습니다(여기서 N은 데이터 전송의 비트 전송률입니다. 0의 긴 시퀀스는 NRZ 코드와 마찬가지로 AMI 코드에도 위험합니다. 신호는 진폭이 0인 일정한 전위로 변질됩니다. 따라서 AMI 코드는 추가적인 개선이 필요합니다.

일반적으로 라인의 다양한 비트 조합에 대해 AMI 코드를 사용하면 NRZ 코드보다 신호 스펙트럼이 더 좁아지고 따라서 더 높아집니다. 대역폭윤곽. 예를 들어, 1과 0이 교대로 전송될 때 기본 고조파 f 0 의 주파수는 N/4Hz입니다. AMI 코드는 잘못된 신호를 인식하는 몇 가지 기능도 제공합니다. 따라서 신호 극성의 엄격한 교대를 위반하면 잘못된 펄스가 발생하거나 라인에서 올바른 펄스가 사라짐을 나타냅니다. 이 신호는 금지 신호 (신호 위반).

AMI 코드는 회선에서 2개가 아닌 3개의 신호 레벨을 사용합니다. 추가 레이어에서는 라인에서 동일한 비트 충실도를 제공하기 위해 약 3dB의 송신기 전력 증가가 필요합니다. 이는 두 가지 상태만 구별하는 코드에 비해 여러 신호 상태를 갖는 코드의 일반적인 단점입니다.

AMI와 유사한 코드가 있지만 신호 수준이 두 개만 있습니다. 0을 전송하면 이전 주기에 설정된 전위를 전송하고(즉, 변경하지 않음), 1을 전송하면 반대의 전위로 반전됩니다. 이 코드는 반전이 가능한 잠재적 코드 (아니다 반품 에게 영 ~와 함께 것들 거꾸로 , NRZI ) . 이 코드는 세 번째 신호 레벨의 사용이 매우 바람직하지 않은 경우에 유용합니다. 광케이블, 두 가지 신호 상태(빛과 그림자)가 일관되게 인식됩니다.

잠재적 코드 외에도 펄스 코드는 데이터가 전체 펄스 또는 그 일부(에지)로 표시되는 네트워크에서 사용됩니다. 이 접근 방식의 가장 간단한 경우는 다음과 같습니다. 양극성 펄스 코드 , 여기서 하나는 한 극성의 펄스로 표시되고 다른 극성의 펄스는 0으로 표시됩니다 (그림 29, c). 각 펄스는 반 비트 동안 지속됩니다. 이 코드는 우수한 자체 동기화그러나 예를 들어 1 또는 0의 긴 시퀀스를 전송할 때 상수 구성 요소가 존재할 수 있습니다. 또한 그 스펙트럼은 잠재적인 코드의 스펙트럼보다 넓습니다. 따라서 모두 0 또는 1을 전송할 때 코드의 기본 고조파 주파수는 NHz와 같습니다. 이는 NRZ 코드의 기본 고조파보다 2배 더 높고 AMI 코드의 기본 고조파보다 4배 더 높습니다. 1과 0을 교대로 전송할 때. 스펙트럼이 너무 넓기 때문에 양극성 펄스 코드는 거의 사용되지 않습니다.

안에 로컬 네트워크최근까지 가장 일반적인 코딩 방법은 소위 말하는 코딩 방법이었습니다. 맨체스터 코드 (그림 29, d). 이더넷 및 토큰링 기술에 사용됩니다.

맨체스터 코드는 전위차, 즉 펄스의 가장자리를 사용하여 1과 0을 인코딩합니다. 맨체스터 인코딩을 사용하면 각 측정값이 두 부분으로 나뉩니다. 정보는 각 클록 주기 중간에 발생하는 잠재적인 하락으로 인코딩됩니다. 하나는 낮은 신호 레벨에서 높은 신호 레벨까지의 에지로 인코딩되고, 0은 역방향 에지로 인코딩됩니다. 여러 개의 1 또는 0을 연속해서 표시해야 하는 경우 각 클록 사이클이 시작될 때 오버헤드 신호 강하가 발생할 수 있습니다. 하나의 데이터 비트의 전송 주기마다 신호가 적어도 한 번씩 변경되므로 맨체스터 코드는 좋은 특성을 갖습니다. 자체 동기화속성. 맨체스터 코드의 대역폭은 바이폴라 펄스의 대역폭보다 좁습니다. 또한 DC 성분이 없으며 최악의 경우(1 또는 0의 시퀀스를 전송할 때)의 기본 고조파는 NHz의 주파수를 가지며 최상의 경우(1과 0을 교대로 전송할 때)는 N과 같습니다. / AMI 또는 NRZ와 같은 2Hz 평균적으로 맨체스터 코드의 대역폭은 바이폴라 펄스 코드의 대역폭보다 1.5배 더 좁고 기본 고조파는 3N/4 값 근처에서 변동합니다. 맨체스터 코드는 양극성 펄스 코드에 비해 또 다른 장점이 있습니다. 후자는 데이터 전송에 세 가지 신호 레벨을 사용하는 반면 맨체스터는 두 가지 신호 레벨을 사용합니다.

그림에서. 29, d는 데이터 인코딩을 위한 4가지 신호 레벨이 있는 잠재적인 코드를 보여줍니다. 이것은 2B1Q 코드로, 그 이름은 그 본질을 반영합니다. 매 2비트(2B)는 4개 상태(1Q)를 갖는 신호에 의해 하나의 클록 사이클에 전송됩니다. 비트 쌍 00은 -2.5V의 전위에 해당하고, 비트 쌍 01은 -0.833V의 전위에 해당하고, 쌍 11은 +0.833V의 전위에 해당하고, 쌍 10은 +2.5V의 전위에 해당합니다. 이 코딩을 사용하면 방법에서는 동일한 비트 쌍의 긴 시퀀스를 처리하기 위해 추가 조치가 필요합니다. 이 경우 신호가 상수 구성 요소로 바뀌기 때문입니다. 비트의 랜덤 인터리빙을 사용하면 신호 스펙트럼이 NRZ 코드보다 두 배 더 좁습니다. 동일한 비트 전송률에서 클럭 지속 시간이 두 배가 되기 때문입니다. 따라서 2B1Q 코드를 사용하면 AMI 또는 NRZI 코드를 사용하는 것보다 두 배 빠른 속도로 동일한 회선을 통해 데이터를 전송할 수 있습니다. 그러나 이를 구현하려면 간섭 배경에 대해 수신기가 4가지 레벨을 명확하게 구분할 수 있도록 송신기 전력이 더 높아야 합니다.

페이지 27 ~에서 27 데이터 전송의 물리적 기반(통신선)

데이터 전송의 물리적 기반

모든 네트워크 기술은 통신 회선을 통해 개별 데이터의 안정적이고 빠른 전송을 보장해야 합니다. 기술 간에는 큰 차이가 있지만 이는 개별 데이터 전송이라는 공통 원칙을 기반으로 합니다. 이러한 원리는 다양한 물리적 특성의 통신 회선에서 펄스 또는 정현파 신호를 사용하여 이진수 1과 0을 표현하는 방법, 오류 감지 및 수정 방법, 압축 방법 및 전환 방법으로 구현됩니다.

윤곽연락

기본 네트워크, 회선 및 통신 채널

기술할 때 기술 시스템네트워크 노드 간에 정보를 전송하는 , 문헌에서 여러 이름을 찾을 수 있습니다. 통신 회선, 복합 채널, 채널, 링크.종종 이러한 용어는 같은 의미로 사용되며 많은 경우 이는 문제를 일으키지 않습니다. 동시에 사용에는 구체적인 사항이 있습니다.

링크(링크)는 인접한 두 네트워크 노드 간의 데이터 전송을 제공하는 세그먼트입니다. 즉, 링크에는 중간 스위칭 및 다중화 장치가 포함되어 있지 않습니다.

채널(채널)은 전환 중에 독립적으로 사용되는 링크 대역폭의 일부를 나타내는 경우가 가장 많습니다. 예를 들어, 기본 네트워크 링크는 30개의 채널로 구성될 수 있으며 각 채널의 용량은 64Kbps입니다.

복합 채널(회로)는 네트워크의 두 끝 노드 사이의 경로입니다. 복합 채널은 개별 중간 링크와 스위치의 내부 연결로 구성됩니다. 종종 "복합"이라는 별명은 생략되고 "채널"이라는 용어는 복합 채널과 이웃 노드 사이, 즉 링크 내의 채널을 모두 지칭하는 데 사용됩니다.

통신선다른 세 용어의 동의어로 사용될 수 있습니다.

그림에서. 두 가지 통신 회선 옵션이 표시됩니다. 첫 번째 경우( ㅏ) 이 선은 수십 미터 길이의 케이블 세그먼트로 구성되며 링크입니다. 두 번째 경우(b)에서 통신 회선은 회선 교환 네트워크에 배포된 복합 채널입니다. 그러한 네트워크는 다음과 같습니다. 기본 네트워크또는 전화 네트워크.

그러나 컴퓨터 네트워크이 선은 인접한 두 노드를 연결하고 모든 스위칭 중간 장비가 이러한 노드에 투명하므로 링크를 나타냅니다. 컴퓨터 전문가와 주요 네트워크 전문가 간의 용어 수준에서 상호 오해가 발생하는 이유는 여기에서 분명합니다.

기본 네트워크는 컴퓨터 및 전화 네트워크에 데이터 전송 채널 서비스를 제공하기 위해 특별히 생성되었으며, 이러한 경우 기본 네트워크의 "상위"에서 작동한다고 하며 다음과 같습니다. 오버레이 네트워크.

통신 회선의 분류

통신선 일반적으로 전기적 정보 신호, 데이터 전송 장비 및 중간 장비가 전송되는 물리적 매체로 구성됩니다. 데이터 전송을 위한 물리적 매체(물리적 저장 매체)는 케이블, 즉 일련의 전선, 절연 및 보호 외장, 연결 커넥터뿐만 아니라 전자기파가 전파되는 지구 대기 또는 우주 공간일 수 있습니다.

첫 번째 경우에 대해 이야기합니다. 유선 환경,그리고 두 번째 - 약 무선 전화.

현대 통신 시스템에서는 정보가 다음을 사용하여 전송됩니다. 전류 또는 전압, 무선 신호 또는 광 신호- 이러한 모든 물리적 과정은 다양한 주파수의 전자기장의 진동을 나타냅니다.

유선(가공) 라인연결은 절연 또는 차폐 편조가 없는 전선으로, 극 사이에 놓여 공중에 매달려 있습니다. 최근에도 이러한 통신선은 전화나 전신 신호를 전송하는 주요 통신선이었습니다. 오늘날 유선 통신 회선은 빠르게 케이블 회선으로 대체되고 있습니다. 그러나 일부 장소에서는 여전히 보존되어 있으며 다른 가능성이 없는 경우 컴퓨터 데이터 전송에 계속 사용됩니다. 이 회선의 속도와 잡음 내성은 아직 많이 부족합니다.

케이블 라인다소 복잡한 디자인을 가지고 있습니다. 케이블은 전기, 전자기, 기계 및 기후에 따른 여러 층의 절연체로 둘러싸인 도체로 구성됩니다. 또한 케이블에는 다양한 장비를 빠르게 연결할 수 있는 커넥터가 장착되어 있습니다. 컴퓨터(및 통신) 네트워크에 사용되는 케이블에는 세 가지 주요 유형이 있습니다. 꼬인 구리선 쌍을 기반으로 한 케이블 - 비차폐 연선(비차폐 연선, UTP) 및 차폐 연선(차폐 연선, STP), 동축 케이블구리 코어, 광섬유 케이블 포함. 처음 두 가지 유형의 케이블도 호출됩니다. 구리 케이블.

라디오 채널지상 및 위성 통신은 전파 송신기와 수신기를 사용하여 구성됩니다. 사용되는 주파수 범위와 채널 범위가 모두 다른 다양한 유형의 무선 채널이 있습니다. 방송 라디오 밴드(장파, 중파, 단파)라고도 합니다. AM 밴드,또는 진폭 변조 범위(진폭 변조, AM)는 장거리 통신을 제공하지만 데이터 전송 속도는 낮습니다. 가장 빠른 채널은 다음을 사용하는 채널입니다. 매우 높은 주파수 범위(VHF), 주파수 변조(FM)가 사용됩니다. 데이터 전송에도 사용됨 초고주파 범위(초고주파, UHF)라고도 함 전자레인지 밴드(300MHz 이상). 30MHz 이상의 주파수에서는 신호가 더 이상 지구의 전리층에 의해 반사되지 않으며 안정적인 통신을 위해서는 송신기와 수신기 사이의 직접적인 가시성이 필요합니다. 따라서 이러한 주파수는 위성 채널, 무선 중계 채널, 지역 또는 지역에서 사용됩니다. 모바일 네트워크, 이 조건이 만족되는 곳.

2 물리 계층의 기능 전기/광 신호에 의한 비트 표현 비트 코딩 비트 동기화 물리적 통신 채널을 통한 비트 전송/수신 물리적 환경과의 조정 전송 속도 범위 신호 레벨, 커넥터 모든 네트워크 장치 하드웨어 구현(네트워크 어댑터 ) 예: 10 BaseT - UTP cat 3, 100ohm, 100m, 10Mbit/s, MII 코드, RJ-45

5 데이터 전송 장비 변환기 메시지 - El. 신호 인코더(압축, 보정 코드) 변조기 중간 장비 통신 품질 향상 - (앰프) 복합 채널 생성 - (스위치) 채널 다중화 - (멀티플렉서) (LAN에는 PA가 없을 수 있음)

6 통신 회선의 주요 특징 처리량(프로토콜) 데이터 전송의 신뢰성(프로토콜) 전파 지연 진폭-주파수 응답(AFC) 대역폭 감쇠 노이즈 내성 회선 근단에서의 누화 단가

9 감쇠 A – 주파수 응답의 한 지점 A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin 데시벨(dB) A=20 log 10 Uout/Uin 데시벨(dB) q 예 1: 핀 = 10mW , Pout =5 mW 감쇠 = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0.5 = - 3 dB q 예 2: UTP cat 5 감쇠 >= -23.6 dB F= 100 MHz, L= 100 M 일반적으로 A가 표시됩니다. 신호의 기본 주파수에 대해 = -23.6 dB F= 100 MHz, L= 100 M 일반적으로 A는 주 신호 주파수로 표시됩니다.">

11 잡음 내성 광섬유 라인 케이블 라인 유선 가공선 무선 라인(차폐, 꼬임) 외부 간섭에 대한 내성 내부 간섭에 대한 내성 근단 누화 감쇠(NEXT) 원단 누화 감쇠(FEXT) (FEXT - 한 방향의 두 쌍 )

12 Near End Cross Talk 손실 – NEXT 다중 쌍 케이블의 경우 NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 데이터 전송의 신뢰성 비트 오류율 – BER 데이터 비트 손상 가능성 원인: 외부 및 내부 간섭, 좁은 대역폭 어려움: 잡음 내성 증가, NEXT 간섭 감소, 대역폭 확장 연선 BER ~ 광섬유 케이블 BER ~ 추가 보호 수단 없음 :: 교정 코드, 반복 프로토콜

16 연선 연선(TP) 포일 스크린 편조 와이어 스크린 절연 전선 외피 UTP 비차폐 연선 카테고리 1, 외피 내 UTP Cat 쌍 STP 차폐 연선 유형 유형 1…9 각 쌍에는 자체 스크린이 있습니다. 각 쌍에는 자체 단계가 있습니다. 트위스트, 나만의 컬러 노이즈 내성 비용 복잡성 배치

18 광섬유 두 매체의 경계면에서 빔의 내부 전반사 n1 > n2 - (굴절률) n1 n2 n2 - (굴절률) n1 n2"> n2 - (굴절률) n1 n2"> n2 - (굴절률) n1 n2" title="18 광섬유 광학 두 경계에서 빔의 전체 내부 반사 매체 n1 > n2 - (굴절률) n1 n2"> title="18 광섬유 두 매체의 경계면에서 빔의 내부 전반사 n1 > n2 - (굴절률) n1 n2"> !}

22 광섬유 케이블 다중 모드 광섬유 MMF50/125, 62.5/125, 단일 모드 FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s (2005) MMSM

23 광 신호 소스 채널: 소스 - 캐리어 - 수신기(검출기) 소스 LED(발광 다이오드) nm 비간섭성 소스 - MMF 반도체 레이저 간섭성 소스 - SMF - 전력 = f(t o) 검출기 포토다이오드, 핀 다이오드, 애벌런치 다이오드

25 구조화된 케이블링 시스템 - SCS First LAN – 다양한 케이블및 토폴로지 SCS 케이블 시스템 통합 - 개방형 LAN 케이블 인프라(하위 시스템, 구성 요소, 인터페이스) - 독립성 네트워크 기술- LAN케이블, TV, 보안시스템 등 - 특정 네트워크 기술을 참조하지 않는 범용 케이블링 - 생성자

27 SCS 표준(기본) EIA/TIA-568A 상업용 건물 통신 배선 표준(미국) CENELEC EN50173 일반 케이블링 체계의 성능 요구 사항(유럽) ISO/IEC IS 정보 기술 - 고객 구내 케이블링을 위한 일반 케이블링 각 하위 시스템의 경우: 데이터 전송 매체 . 토폴로지 허용 거리(케이블 길이) 사용자 연결 인터페이스입니다. 케이블 및 연결 장비. 처리량(성능). 설치 실습(수평 하위 시스템 - UTP, 스타, 100m...)

28 무선 통신 무선 전송 장점: 편리성, 접근할 수 없는 지역, 이동성. 빠른 배포... 단점: 높은 수준의 간섭( 특별한 수단: 코드, 변조...), 일부 범위 사용의 복잡성 통신 회선: 송신기 - 매체 - 수신기 LAN 특성 ~ F(Δf, fн);

34 2. 셀룰러 전화 영역을 셀로 분할 주파수 재사용 저전력(크기) 중앙 - 기지국 유럽 - 모바일 글로벌 시스템 - GSM 무선 전화 통신 1. 저전력 라디오 방송국 - (휴대폰 기반, 300m) DECT 디지털 유럽 무선 통신 로밍 - 하나에서 전환 핵심 네트워크다른 쪽 - 베이스 셀룰러 통신

35 위성 연결위성 기반(반사경 증폭기) 트랜시버 - 트랜스폰더 H~50 MHz (1 위성 ~ 20 트랜스폰더) 주파수 범위: C. Ku, Ka C - 하향 3.7 - 4.2 GHz 상향 5.925-6.425 GHz Ku - 하향 11.7- 12.2GHz 위로 14.0~14.5GHz Ka - 아래로 17.7~21.7GHz 위로 27.5~30.5GHz

36 위성통신. 위성 유형 위성 통신: 마이크로파 - 가시선 정지궤도 넓은 적용 범위 고정, 낮은 마모 중계 위성, 방송, 저렴한 비용, 비용은 거리에 좌우되지 않음, 즉시 연결 설정(Mil) Tz=300ms 낮은 보안, 초기에는 큰 안테나(그러나 VSAT) 중궤도 km GPS(Global Positioning System) GPS - 위성 24개 저궤도 km 낮은 적용 범위 낮은 대기 시간 인터넷 액세스

40 확산 스펙트럼 기법(Spread Spectrum Techniques) 무선 통신 C(비트/초) = Δ F(Hz) * log2(1+Ps/P N) 전력 감소 잡음 내성 스텔스 OFDM, FHSS(Blue-Tooth), DSSS, CDMA

물리적 인코딩에는 정현파 반송파 신호(아날로그 변조)와 직사각형 펄스 시퀀스(디지털 인코딩)를 기반으로 하는 두 가지 주요 유형이 사용됩니다.

아날로그 변조 - 좁은 대역폭의 채널을 통해 이산 데이터를 전송하기 위한 전화 네트워크 음성 주파수 채널(300~3400Hz의 대역폭) 변조 및 복조를 수행하는 장치 - 모뎀.

아날로그 변조 방식

n 진폭 변조(낮은 잡음 내성, 종종 위상 변조와 함께 사용됨)

n 주파수 변조(복잡한 기술 구현, 일반적으로 저속 모뎀에 사용됨).

n 위상 변조.

변조된 신호 스펙트럼

잠재적인 코드- 이산 데이터가 초당 N 비트의 속도로 전송되는 경우 스펙트럼은 주파수가 0인 상수 성분과 주파수 f0, 3f0, 5f0, 7f0, ...을 갖는 무한 고조파 계열로 구성됩니다. 여기서 f0 = N /2. 이러한 고조파의 진폭은 진폭 f0에서 1/3, 1/5, 1/7, ...의 계수로 천천히 감소합니다. 임의의 데이터를 전송할 때 발생하는 잠재적 코드 신호의 스펙트럼은 0에 가까운 특정 값부터 약 7f0까지의 대역을 차지합니다. 음성 주파수 채널의 경우 전송 속도의 상한은 초당 971비트의 데이터 전송 속도에 대해 달성되며 채널 대역폭이 300Hz에서 시작하므로 어떤 속도에서도 하한이 허용되지 않습니다. 즉, 음성 주파수 채널에는 잠재적인 코드가 사용되지 않습니다.

진폭 변조- 스펙트럼은 반송파 주파수 fc의 정현파와 2개의 측면 고조파 fc+fm 및 fc-fm으로 구성됩니다. 여기서 fm은 정현파의 정보 매개변수 변경 주파수이며, 이는 2개의 진폭을 사용할 때 데이터 전송 속도와 일치합니다. 수준. FM 주파수는 라인 용량을 결정합니다. 이 방법코딩. 변조 주파수가 작으면 신호 스펙트럼 폭도 작아지고(2fm과 동일) 대역폭이 2fm보다 크거나 같으면 신호가 선에 의해 왜곡되지 않습니다. 음성 주파수 채널의 경우 이 방법은 초당 3100/2 = 1550비트 이하의 데이터 전송 속도에서 허용됩니다.

위상 및 주파수 변조- 스펙트럼은 더 복잡하지만 대칭적이며 빠르게 감소하는 고조파가 많습니다. 이러한 방법은 음성 주파수 채널을 통한 전송에 적합합니다.

쿼드레이트 진폭 변조(Quadrate Amplitude Modulation) - 8개의 위상 편이 값을 갖는 위상 변조 및 4개의 진폭 값을 갖는 진폭 변조. 32개의 신호 조합이 모두 사용되는 것은 아닙니다.

디지털 코딩

잠재적인 코드– 논리 1과 0을 표시하기 위해 신호 전위 값만 사용되며, 완료된 펄스를 구성하는 신호 강하는 고려되지 않습니다.

펄스 코드– 이진 데이터를 특정 극성의 펄스 또는 펄스의 일부(특정 방향의 전위차)로 나타냅니다.

디지털 코딩 방법 요구 사항:

동일한 비트 전송률에서 결과 신호의 스펙트럼 폭이 가장 작습니다(신호 스펙트럼이 더 좁을수록 동일한 라인에서 더 높은 데이터 전송 속도를 달성할 수 있습니다. 또한 상수 구성 요소가 없어야 한다는 요구 사항도 있습니다. 즉, 존재 직류송신기와 수신기 사이);

송신기와 수신기 간의 동기화 제공(수신기는 라인, 로컬 시스템(클럭 라인, 네트워크)에서 필요한 정보를 읽을 시점을 정확히 알아야 합니다. 자체 동기화 코드, 신호에 대한 지침이 포함됨) 다음 비트의 인식을 수행하는 것이 필요한 시점에 대한 송신기);

실수를 인식하는 능력을 가지고 있습니다.

구현 비용이 저렴했습니다.

0으로 돌아가지 않는 잠재적인 코드입니다. NRZ(제로 복귀 불가). 클럭 사이클 동안 신호는 0으로 돌아가지 않습니다.

구현하기 쉽고 두 개의 서로 다른 신호로 인해 오류 인식이 좋지만 동기화 속성이 없습니다. 0이나 1의 긴 시퀀스를 전송할 때 라인의 신호는 변경되지 않으므로 수신기는 데이터를 다시 읽어야 하는 시기를 결정할 수 없습니다. 또 다른 단점은 1과 0의 긴 시퀀스를 전송할 때 0에 접근하는 저주파 구성 요소가 있다는 것입니다. 코드는 순수한 형태로 사용되는 경우가 거의 없으며 수정 사항이 사용됩니다. 매력 – 낮은 빈도기본 고조파 f0 = N /2.

대체 반전을 이용한 양극성 코딩 방법. (Bipole Alternate Mark Inversion, AMI), NRZ 방법 수정.

0을 인코딩하려면 0 전위가 사용되며 논리 단위는 양수 또는 음수로 인코딩되며 각 후속 단위의 전위는 이전 단위의 전위와 반대입니다. 지속적인 구성 요소 문제와 자체 동기화 부족 문제를 부분적으로 제거합니다. 긴 단위 시퀀스를 전송하는 경우, 교번 펄스 시퀀스를 전송하는 NRZ 코드와 동일한 스펙트럼을 갖는 다극 펄스 시퀀스, 즉 상수 성분과 기본 고조파 N/2가 없습니다. 일반적으로 AMI를 사용하면 NRZ보다 스펙트럼이 좁아지므로 링크 용량이 높아집니다. 예를 들어, 0과 1이 교대로 전송될 때 기본 고조파 f0의 주파수는 N/4입니다. 잘못된 전송을 인식하는 것은 가능하지만 안정적인 수신을 보장하려면 신호 레벨 조정이 사용되므로 약 3dB 정도 전력을 높여야 합니다.

반전이 가능한 잠재적 코드. (Non Return to Zero with one Inverted, NRZI) 신호 레벨이 두 개인 AMI와 유사한 코드입니다. 0을 전송하면 이전 주기의 전위가 전송되고, 1을 전송하면 전위가 반대쪽으로 반전됩니다. 이 코드는 세 번째 레벨(광케이블)의 사용이 바람직하지 않은 경우에 편리합니다.

AMI를 개선하기 위해 NRZI, 두 가지 방법이 사용됩니다. 첫 번째는 코드에 중복 단위를 추가하는 것입니다. 자체 동기화 특성이 나타나고 일정한 구성 요소가 사라지고 스펙트럼이 좁아지지만 유용한 처리량이 감소합니다.

또 다른 방법은 라인에 1과 0이 나타날 확률이 가까워지도록 초기 정보를 "혼합"하는 것입니다. 두 방법 모두 라인의 신호 모양을 결정하지 않으므로 논리적 코딩입니다.

양극성 펄스 코드. 하나는 한 극성의 펄스로 표시되고 다른 극성의 펄스는 0으로 표시됩니다. 각 펄스는 반 비트 동안 지속됩니다.

코드에는 뛰어난 자체 동기화 속성이 있지만 0이나 1의 긴 시퀀스를 전송할 때 상수 구성 요소가 있을 수 있습니다. 스펙트럼은 잠재적인 코드의 스펙트럼보다 넓습니다.

맨체스터 코드. 에서 가장 많이 사용되는 코드 이더넷 네트워크, 토큰 링.

각 측정값은 두 부분으로 나뉩니다. 정보는 클록 주기 중간에 발생하는 잠재적인 하락으로 인코딩됩니다. 1은 낮은 신호 레벨에서 높은 신호 레벨로의 하락으로 인코딩되고, 0은 역 하락으로 코딩됩니다. 여러 개의 1 또는 0을 연속해서 표시해야 하는 경우 각 클록 주기가 시작될 때 서비스 신호 강하가 발생할 수 있습니다. 이 코드는 뛰어난 자체 동기화 속성을 가지고 있습니다. 대역폭은 바이폴라 펄스의 대역폭보다 좁고 일정한 성분이 없으며 최악의 경우 기본 고조파의 주파수는 N이고 가장 좋은 경우에는 N/2입니다.

잠재적 코드 2B1Q. 매 2비트는 4가지 상태 신호에 의해 하나의 클록 사이클로 전송됩니다. 00 - -2.5V, 01 - -0.833V, 11 - +0.833V, 10 - +2.5V. 동일한 비트 쌍의 긴 시퀀스를 처리하려면 추가 수단이 필요합니다. 비트를 무작위로 교체하면 스펙트럼이 NRZ보다 두 배 더 좁습니다. 동일한 비트 전송률에서 클럭 지속 시간이 두 배로 늘어나기 때문입니다. 즉, AMI, NRZI를 사용하는 것보다 두 배 빠른 속도로 동일한 라인을 통해 데이터를 전송할 수 있기 때문입니다. 하지만 필요했다 고성능송신기.

논리 코딩

AMI, NRZI, 2B1Q와 같은 잠재적 코드를 개선하여 일정한 전위로 이어지는 긴 비트 시퀀스를 산재된 비트 시퀀스로 대체하도록 설계되었습니다. 중복 코딩과 스크램블링이라는 두 가지 방법이 사용됩니다.

중복 코드원래의 비트 시퀀스를 기호라고 하는 부분으로 나눈 후 각 원래 기호가 원본보다 더 많은 비트를 가진 새 기호로 대체되는 방식을 기반으로 합니다.

4B/5B 코드는 4비트 시퀀스를 5비트 시퀀스로 대체합니다. 그런 다음 16비트 조합 대신 32개를 얻습니다. 이 중 0이 많이 포함되지 않은 16개가 선택되고 나머지는 코드 위반으로 간주됩니다. DC 구성요소를 제거하고 코드 자체 동기화를 만드는 것 외에도 중복 코드를 통해 수신기는 손상된 비트를 인식할 수 있습니다. 수신기가 금지 코드를 수신하면 신호가 회선에서 왜곡되었음을 의미합니다.

이 코드는 긴 0 시퀀스에만 민감한 잠재적인 인코딩 방법을 사용하는 물리적 인코딩을 사용하여 회선을 통해 전송됩니다. 코드는 행의 행에 0이 3개 이상 존재하지 않도록 보장합니다. 8B/6T와 같은 다른 코드도 있습니다.

지정된 처리량을 보장하려면 송신기가 더 높은 클록 주파수(100Mb/s - 125MHz)에서 작동해야 합니다. 신호 스펙트럼은 원래 신호 스펙트럼에 비해 확장되지만 맨체스터 코드 스펙트럼보다 좁습니다.

스크램블링 - 라인에서 전송되기 전에 스크램블러로 데이터를 혼합합니다.

스크램블링 방법에는 소스 코드의 비트와 이전 클록 사이클에서 얻은 결과 코드의 비트를 기반으로 결과 코드를 비트 단위로 계산하는 방법이 포함됩니다. 예를 들어,

B i = A i xor B i -3 xor B i -5 ,

여기서 Bi는 스크램블러의 i번째 클록 사이클에서 얻은 결과 코드의 이진수이고, Ai는 스크램블러의 입력에서 i번째 클록 사이클에 수신된 소스 코드의 이진수이며, Bi는 -3 및 Bi -5는 이전 작업 주기에서 얻은 결과 코드의 이진수입니다.

시퀀스 110110000001의 경우 스크램블러는 110001101111을 제공합니다. 즉, 6개의 연속 0으로 구성된 시퀀스가 없습니다.

결과 시퀀스를 수신한 후 수신기는 이를 역변환을 적용하는 디스크램블러로 전송합니다.

C i = B i xor B i-3 xor B i-5 ,

스크램블링 시스템에 따라 용어 수와 용어 간 이동이 다릅니다.

더있다 간단한 방법스크램블링 방법으로도 분류되는 0 또는 1의 시퀀스를 방지합니다.

양극성 AMI를 개선하기 위해 다음이 사용됩니다.

B8ZS(8-0 대체 양극성) – 8개의 0으로 구성된 시퀀스만 수정합니다.

이를 위해 처음 3개의 0 뒤에 나머지 5개 대신 5개의 신호 V-1*-0-V-1*를 삽입합니다. 여기서 V는 주어진 극성 사이클에 대해 금지된 1개의 신호를 나타냅니다. 이전 신호의 극성을 변경하지 않는 신호인 1* - 하나의 신호는 올바른 극성을 가지며 별표 기호는 이 클록 사이클의 소스 코드에 1이 아니라 0이 있다는 사실을 표시합니다. . 결과적으로 8클럭 사이클에서 수신기는 2개의 왜곡을 관찰합니다. 이는 라인의 노이즈로 인해 발생할 가능성이 거의 없습니다. 따라서 수신자는 이러한 위반을 8개의 연속된 0의 인코딩으로 간주합니다. 이 코드에서 상수 구성요소는 모든 이진수 시퀀스에 대해 0입니다.

HDB3 코드는 원래 시퀀스에서 4개의 연속된 0을 수정합니다. 4개의 0은 4개의 신호로 대체되며, 여기에는 하나의 V 신호가 있습니다. DC 성분을 억제하기 위해 V 신호의 극성은 연속적으로 교체됩니다. 또한 교체를 위해 2가지 패턴의 4주기 코드가 사용됩니다. 교체하기 전이라면 원천홀수 개의 단위가 포함된 경우 시퀀스 000V가 사용되며, 단위 수가 짝수인 경우 시퀀스 1*00V가 사용됩니다.

개선된 잠재적 코드는 전송된 데이터에서 발생하는 0과 1의 시퀀스에 대해 상당히 좁은 대역폭을 갖습니다.

통신 채널을 통해 개별 데이터를 전송할 때 두 가지 주요 유형의 물리적 코딩이 사용됩니다. 정현파 반송파 신호이며 일련의 직사각형 펄스를 기반으로 합니다.첫 번째 방법은 종종 변조 또는 아날로그 변조라고도 하며, 아날로그 신호의 매개변수를 변경하여 인코딩이 수행된다는 사실을 강조합니다. 두 번째 방법은 일반적으로 디지털 인코딩이라고 합니다. 이러한 방법은 결과 신호의 스펙트럼 폭과 구현에 필요한 장비의 복잡성이 다릅니다.
아날로그 변조좁은 주파수 대역의 채널을 통해 개별 데이터를 전송하는 데 사용되며, 대표적인 것이 공중 전화 네트워크 사용자에게 제공되는 음성 주파수 채널입니다. 음성 주파수 채널의 일반적인 진폭-주파수 응답이 그림 1에 나와 있습니다. 2.12. 이 채널은 300~3400Hz 범위의 주파수를 전송하므로 대역폭은 3100Hz입니다. 송신측에서는 정현파 변조 기능을, 수신측에서는 복조 기능을 수행하는 장치를 모뎀(변조기-복조기)이라고 합니다.
아날로그 변조 방식
아날로그 변조는 정현파 반송파 신호의 진폭, 주파수 또는 위상을 변경하여 정보를 인코딩하는 물리적 인코딩 방법입니다.
다이어그램 (그림 2.13, a)은 논리 장치에 대한 상위 레벨 전위와 논리 0에 대한 0 레벨 전위로 표시되는 원본 정보의 일련의 비트를 보여줍니다. 이 인코딩 방법을 잠재적 코드라고 하며 컴퓨터 장치 간에 데이터를 전송할 때 자주 사용됩니다.
진폭 변조(그림 2.13, b)를 사용하면 반송파 주파수 정현파 진폭의 한 레벨이 논리 단위로 선택되고 다른 레벨은 논리 0으로 선택됩니다. 이 방법은 잡음 내성이 낮기 때문에 실제로 순수한 형태로는 거의 사용되지 않지만 다른 유형의 변조, 즉 위상 변조와 결합하여 사용되는 경우가 많습니다.
주파수 변조(그림 2.13, c)를 사용하면 소스 데이터의 값 0과 1이 서로 다른 주파수(f0 및 f1)를 갖는 정현파로 전송됩니다. 이 변조 방법은 모뎀에 복잡한 회로가 필요하지 않으며 일반적으로 300 또는 1200bps에서 작동하는 저속 모뎀에 사용됩니다.
위상 변조를 사용하면 데이터 값 0과 1은 동일한 주파수의 신호에 해당하지만 위상은 다릅니다(예: 0과 180도 또는 0,90,180과 270도).
고속 모뎀은 대개 진폭과 위상이 결합된 결합 변조 방법을 사용하는 경우가 많습니다.
직사각형 펄스를 사용하여 개별 정보를 전송하는 경우 여러 목표를 동시에 달성하는 코딩 방법을 선택해야 합니다.
· 동일한 비트 전송률에서 결과 신호의 스펙트럼 폭이 가장 작았습니다.
· 송신기와 수신기 간의 동기화를 보장합니다.
· 실수를 인식하는 능력이 있었습니다.
· 판매 비용이 저렴했습니다.
더 좁은 신호 스펙트럼을 사용하면 동일한 라인(동일한 대역폭 사용)이 더 높은 데이터 전송 속도를 달성할 수 있습니다. 또한 신호 스펙트럼에는 DC 성분이 없어야 하는 경우가 많습니다. 즉, 송신기와 수신기 사이에 DC 전류가 있어야 합니다. 특히, 다양한 변압기 갈바닉 절연 회로를 사용하여 직류의 통과를 방지합니다.
수신기가 통신 회선에서 새로운 정보를 읽어야 하는 시점을 정확히 알 수 있도록 송신기와 수신기의 동기화가 필요합니다.
왜곡된 데이터의 인식 및 수정은 물리적 계층을 사용하여 수행하기 어렵기 때문에 대부분의 경우 이 작업은 채널, 네트워크, 전송 또는 애플리케이션과 같은 상위 프로토콜에 의해 수행됩니다. 반면에 오류인식은 신체적 수준수신자는 프레임이 버퍼에 완전히 배치될 때까지 기다리지 않고 프레임 내에서 잘못된 비트를 인식하면 즉시 폐기하므로 시간이 절약됩니다.
인코딩 방법에 대한 요구 사항은 서로 모순되므로 아래에서 설명하는 각 인기 있는 디지털 인코딩 방법은 다른 방법에 비해 고유한 장점과 단점이 있습니다.