Физичка основа на пренос на податоци. Методи на пренос на податоци на физичкиот слој. Физичка основа на пренос на податоци

7. ФИЗИЧКИ СЛОЈ

7.2. Дискретни методи за пренос на податоци

При пренос на дискретни податоци преку комуникациски канали, се користат два главни типа на физичко кодирање - врз основа на синусоидален носачки сигнал и врз основа на низа правоаголни импулси. Првиот метод често се нарекува и модулација или аналогна модулација , нагласувајќи го фактот дека кодирањето се врши со менување на параметрите на аналогниот сигнал. Вториот начин се нарекува дигитално кодирање . Овие методи се разликуваат по ширината на спектарот на добиениот сигнал и сложеноста на опремата потребна за нивна имплементација.

Кога користите правоаголни импулси, спектарот на добиениот сигнал е многу широк. Употребата на синусоид резултира со потесен спектар со иста брзина на информации. Сепак, имплементацијата на модулацијата бара посложена и поскапа опрема од имплементацијата на правоаголни импулси.

Во моментов, сè почесто, податоците што првично имаат аналогна форма - говор, телевизиска слика - се пренесуваат преку каналите за комуникација во дискретна форма, односно во форма на низа од единици и нули. Процесот на претставување на аналогни информации во дискретна форма се нарекува дискретна модулација .

Аналогната модулација се користи за пренос на дискретни податоци преку канали со тесен фреквентен опсег - канал на гласовна фреквенција (јавни телефонски мрежи). Овој канал пренесува фреквенции во опсег од 300 до 3400 Hz, така што неговиот пропусен опсег е 3100 Hz.

Уредот кој врши функции на модулирање на носител синусоид на страната што предава и демодулира на страната примач се нарекува модем (модулатор-демодулатор).

Аналогната модулација е метод на физичко кодирање во кој информациите се кодираат со промена на амплитудата, фреквенцијата или фазата на синусоидалниот сигнал. фреквенција на носител(Сл. 27).

На амплитудна модулација (Сл. 27, б) за логичка единица, се избира едно ниво на амплитудата на синусоидот на носачката фреквенција, а за логичка нула, друго. Овој метод ретко се користи во својата чиста форма во пракса поради нискиот имунитет на бучава, но често се користи во комбинација со друг тип на модулација - фазна модулација.

На фреквентна модулација (Сл. 27, в) вредностите 0 и 1 од почетните податоци се пренесуваат со синусоиди со различни фреквенции - f 0 и f 1,. Овој метод на модулација не бара сложени кола во модемите и обично се користи во модеми со мала брзина кои работат на 300 или 1200 bps.

На фазна модулација (Сл. 27, г) вредностите на податоците 0 и 1 одговараат на сигнали со иста фреквенција, но со различна фаза, на пример, 0 и 180 степени или 0, 90, 180 и 270 степени.

Во модемите со голема брзина, често се користат комбинирани методи на модулација, по правило, амплитуда во комбинација со фаза.

Ориз. 27. Различни видовимодулација

Спектарот на добиениот модулиран сигнал зависи од видот и брзината на модулацијата.

За потенцијално кодирање, спектарот директно се добива од Фуриеовите формули за периодичната функција. Ако дискретни податоци се пренесуваат со бит-стапка N бит/с, тогаш спектарот се состои од константна компонента со нулта фреквенција и бесконечна серија хармоници со фреквенции f 0 , 3f 0 , 5f 0 , 7f 0 , ... , каде што f 0 = N/2. Амплитудите на овие хармоници се намалуваат прилично бавно - со коефициенти 1/3, 1/5, 1/7, ... на хармониската амплитуда f 0 (сл. 28, а). Како резултат на тоа, потенцијалниот спектар на код бара широк опсег за висококвалитетен пренос. Покрај тоа, мора да се земе предвид дека во реалноста спектарот на сигналот постојано се менува во зависност од природата на податоците. Затоа, спектарот на добиениот потенцијален коден сигнал за време на преносот на произволни податоци зафаќа опсег од некоја вредност блиску до 0 Hz до приближно 7f 0 (хармониците со фреквенции над 7f 0 може да се занемарат поради нивниот мал придонес во добиениот сигнал) . За канал со гласовна фреквенција, горната граница за потенцијално кодирање се постигнува со брзина на податоци од 971 bps. Како резултат на тоа, потенцијалните кодови на каналите за гласовна фреквенција никогаш не се користат.

Со модулација на амплитудата, спектарот се состои од синусоид на фреквенцијата на носителот ѓ ви две странични хармоници: (f c + f m ) и ( ѓв- ѓм), каде ѓм - фреквенцијата на промена на информацискиот параметар на синусоидот, што се совпаѓа со брзината на пренос на податоци при користење на две нивоа на амплитуда (сл. 28, б). Фреквенција fм го одредува пропусниот опсег на линијата за даден метод на кодирање. При ниска фреквенција на модулација, ширината на спектарот на сигналот исто така ќе биде мала (еднаква на 2fм ), така што сигналите нема да бидат искривени од линијата ако нејзиниот пропусен опсег е поголем или еднаков на 2fм . За канал со гласовна фреквенција, овој метод на модулација е прифатлив при брзина на пренос на податоци не поголема од 3100/2=1550 bps. Ако се користат 4 нивоа на амплитуда за прикажување на податоците, тогаш капацитетот на каналот се зголемува на 3100 bps.

Ориз. 28. Спектри на сигнали при потенцијално кодирање

и амплитудна модулација

Со модулација на фаза и фреквенција, спектарот на сигналот е покомплексен отколку со модулацијата на амплитудата, бидејќи тука се формираат повеќе од две странични хармоници, но тие исто така се симетрично лоцирани во однос на главната фреквенција на носителот, а нивните амплитуди брзо се намалуваат. Затоа, овие модулации се исто така добро прилагодени за пренос на податоци преку канал со гласовна фреквенција.

При дигитално кодирање на дискретни информации, се користат потенцијални и импулсни кодови. Во потенцијалните кодови, само вредноста на сигналниот потенцијал се користи за претставување на логички и нули, а неговите падови не се земаат предвид. Импулсните кодови овозможуваат бинарни податоци да се претстават или со импулси со одреден поларитет или со дел од пулсот - со потенцијален пад од одредена насока.

При користење на правоаголни импулси за пренос на дискретни информации, неопходно е да се избере метод на кодирање кој истовремено би постигнал неколку цели:

· имаше со иста брзина на битови најмалата ширина на спектарот на добиениот сигнал;

· обезбедена синхронизација помеѓу предавателот и приемникот;

· имал способност да препознава грешки;

· имаше ниски трошоци за имплементација.

Потесниот спектар на сигнали ви овозможува да постигнете поголема брзина на пренос на податоци на истата линија. Често, спектарот на сигналот бара отсуство на постојана компонента.

Потребна е синхронизација на предавателот и приемникот за да може примачот точно да знае во кој момент е потребно да чита нови информации од комуникациската линија. Овој проблем е потешко да се реши во мрежите отколку во размената на податоци помеѓу тесно распоредени уреди, на пример, помеѓу единици во компјутер или помеѓу компјутер и печатач. Затоа, во мрежите се користат таканаречени само-синхронизирачки кодови, чии сигнали носат инструкции за предавателот за тоа во кој момент од времето е неопходно да се препознае следниот бит (или неколку битови). Секој остар раб во сигналот - таканаречениот преден - може да биде добар показател за синхронизација на приемникот со предавателот.

Кога се користат синусоиди како сигнал за превозник, добиениот код има својство на самосинхронизација, бидејќи промената на амплитудата на фреквенцијата на носителот му овозможува на приемникот да го одреди моментот кога се појавува влезниот код.

Барањата за методите за кодирање се меѓусебно контрадикторни, така што секој од популарните методи за дигитално кодирање дискутирани подолу има свои предности и недостатоци во споредба со другите.

На сл. 29а покажува метод на потенцијално кодирање, исто така наречен кодирање нема враќање на нула (Не Врати се на Нула, NRZ) . Презимето го одразува фактот дека кога се пренесува низа од единици, сигналот не се враќа на нула во текот на циклусот. Методот NRZ е лесен за имплементација, има добро препознавање на грешки (поради два остро различни потенцијали), но нема својство за самосинхронизација. Кога се пренесува долга низа од единки или нули, сигналот на линијата не се менува, така што приемникот не може од влезниот сигнал да ги одреди времињата кога е неопходно да се прочитаат податоците. Дури и со многу прецизен генератор на часовник, приемникот може да направи грешка со моментот на прибирање податоци, бидејќи фреквенциите на двата генератори никогаш не се целосно идентични. Затоа, при високи стапки на податоци и долги секвенци од единки или нули, малото несовпаѓање на фреквенциите на часовникот може да доведе до грешка во цел циклус и, соодветно, до читање на погрешна бит вредност.

Друг сериозен недостаток на методот NRZ е присуството на компонента со ниска фреквенција која се приближува до нула кога пренесува долги секвенци од единици или нули. Поради ова, многу канали за комуникација кои не обезбедуваат директна галванска врска помеѓу приемникот и изворот не поддржуваат ваков тип на кодирање. Како резултат на тоа, во својата чиста форма, кодот NRZ не се користи во мрежите. Сепак, се користат неговите различни модификации, во кои се елиминираат и лошата самосинхронизација на кодот NRZ и присуството на константна компонента. Атрактивноста на кодот NRZ, поради што има смисла да се подобри, лежи во прилично ниската фреквенција на основниот хармоник f 0, што е еднакво на N/2 Hz. Другите методи на кодирање, како Манчестер, имаат повисока основна фреквенција.

Ориз. 29. Начини на дискретно кодирање на податоци

Една од модификациите на методот NRZ е методот биполарно кодирање со алтернативна инверзија (Биполарно Алтернативна инверзија на марки, AMI). Овој метод (слика 29, б) користи три потенцијални нивоа - негативно, нула и позитивно. За кодирање на логичка нула, се користи нулта потенцијал, а логичката единица е кодирана или со позитивен потенцијал или со негативен, додека потенцијалот на секоја нова единица е спротивен на потенцијалот на претходната.

Кодот AMI делумно го елиминира DC и недостатокот на проблеми со само-тајмингот својствени за кодот NRZ. Ова се случува кога се испраќаат долги секвенци од такви. Во овие случаи, сигналот на линијата е низа од биполарни импулси со ист спектар како и кодот NRZ кој пренесува наизменични нули и единици, односно без константна компонента и со фундаментален хармоник од N/2 Hz (каде N е бит-стапката на податоци) . Долгите секвенци на нули се исто така опасни за кодот AMI, како и за кодот NRZ - сигналот дегенерира во постојан потенцијал со нулта амплитуда. Затоа, на AMI кодот му треба дополнително подобрување.

Општо земено, за различни комбинации на битови на линијата, употребата на AMI кодот води до потесен спектар на сигнал отколку за NRZ кодот, а со тоа и до повисок пропусниот опсеглинии. На пример, кога се пренесуваат наизменични и нули, основниот хармоник f 0 има фреквенција од N/4 Hz. Кодот AMI, исто така, обезбедува некои функции за препознавање на погрешни сигнали. Така, прекршувањето на строгата алтернација на поларитетот на сигналите укажува на лажен импулс или исчезнување на правилен импулс од линијата. Таков сигнал се нарекува забранет сигнал (сигнал повреда).

Кодот AMI користи не две, туку три нивоа на сигнал по линија. Дополнителниот слој бара зголемување на моќноста на предавателот за околу 3 dB за да се обезбеди иста верност на битови на линијата, што е општ недостаток на кодовите со повеќе состојби на сигналот во споредба со кодовите кои разликуваат само две состојби.

Има код сличен на AMI, но со само две нивоа на сигнал. Кога се пренесува нула, го пренесува потенцијалот што бил поставен во претходниот циклус (односно, не го менува), а кога се пренесува еден, потенцијалот се превртува на спротивното. Овој код се нарекува потенцијален код со инверзија на единство (Не враќање до Нула со оние превртена , NRZI ) . Овој код е корисен во случаи кога користењето на третото ниво на сигнал е многу непожелно, на пример, во оптички кабли, каде што стабилно се препознаваат две сигнални состојби - светлина и сенка.

Покрај потенцијалните кодови, мрежите користат и пулсни кодови, кога податоците се претставени со целосен импулс или негов дел - фронт. Наједноставниот случај на овој пристап е биполарен пулсен код , во која единицата е претставена со импулс на еден поларитет, а нула е другата (сл. 29, в). Секој пулс трае половина циклус. Овој код има одлични самосинхронизирањесвојства, но може да биде присутна константна компонента, на пример, кога се пренесува долга низа од единици или нули. Покрај тоа, неговиот спектар е поширок од оној на потенцијалните кодови. Значи, кога се пренесуваат сите нули или единици, фреквенцијата на основниот хармоник на кодот ќе биде еднаква на N Hz, што е два пати повисока од основната хармоника на кодот NRZ и четири пати повисока од основната хармоника на кодот AMI кога се пренесуваат наизменични и нули. Поради преширокиот спектар, биполарниот пулсен код ретко се користи.

ВО локални мрежиДо неодамна, најчестиот метод за кодирање беше т.н Шифра на Манчестер (Сл. 29, г). Се користи во технологиите Ethernet и Token Ring.

Во кодот на Манчестер, потенцијален пад, односно предниот дел на пулсот, се користи за кодирање на единици и нули. Во кодирањето Манчестер, секој часовник е поделен на два дела. Информациите се кодирани со потенцијални падови што се случуваат во средината на секој циклус. Единицата е кодирана со ниско-високо ниво на сигнал, а нулата е кодирана со обратен раб. На почетокот на секој циклус, може да се појави раб на сервисен сигнал ако треба да претставите неколку единици или нули по ред. Бидејќи сигналот се менува барем еднаш по циклус на пренос на еден податочен бит, кодот од Манчестер е добар самосинхронизирањесвојства. Пропусниот опсег на кодот Манчестер е потесен од оној на биполарниот пулс. Исто така, нема постојана компонента, а фундаменталниот хармоник во најлош случај (кога се пренесува низа од единици или нули) има фреквенција од N Hz, а во најдобар случај (при пренесување на наизменични и нули) е еднаков до N / 2 Hz, како во AMI кодовите или NRZ. Во просек, пропусниот опсег на кодот од Манчестер е еден и пол пати потесен од оној на биполарниот импулсен код, а основниот хармоник осцилира околу 3N/4. Кодот од Манчестер има уште една предност во однос на биполарниот пулсен код. Вториот користи три нивоа на сигнал за пренос на податоци, додека Манчестер користи две.

На сл. 29, e покажува потенцијален код со четири нивоа на сигнал за кодирање на податоци. Ова е код 2B1Q, чие име ја одразува неговата суштина - секои два бита (2B) се пренесуваат во еден циклус со сигнал кој има четири состојби (1Q). Битот 00 е -2,5 V, битот 01 е -0,833 V, битот 11 е +0,833 V, а битот 10 е +2,5 V. секвенци од идентични парови на битови, бидејќи во овој случај сигналот се претвора во константна компонента. Со случајно преплетување на битови, спектарот на сигналот е двапати потесен од оној на кодот NRZ, бидејќи со иста брзина на битови, времетраењето на тактот се удвојува. Така, користејќи го кодот 2B1Q, можете да пренесувате податоци преку иста линија двапати побрзо отколку со користење на кодот AMI или NRZI. Меѓутоа, за нејзино спроведување, моќноста на предавателот мора да биде поголема, така што четирите нивоа јасно се разликуваат од страна на приемникот во однос на позадината на пречки.

Страница 27 од 27 Физичка основа на пренос на податоци(Комуникациски линии,)

Физичка основа на пренос на податоци

Секоја мрежна технологија мора да обезбеди сигурен и брз пренос на дискретни податоци преку комуникациските линии. И иако постојат големи разлики помеѓу технологиите, тие се засноваат на општите принципи на дискретно пренос на податоци. Овие принципи се отелотворени во методите за претставување на бинарни и нули користејќи импулсни или синусоидни сигнали во комуникациски линии од различна физичка природа, методи за откривање и корекција на грешки, методи на компресија и методи на префрлување.

линииврски

Примарни мрежи, линии и канали за комуникација

Кога се опишува технички систем кој пренесува информации помеѓу мрежните јазли, во литературата може да се најдат неколку имиња: комуникациска линија, композитен канал, канал, врска.Често овие термини се користат наизменично и во многу случаи тоа не предизвикува проблеми. Во исто време, постојат специфики во нивната употреба.

Врска(врска) е сегмент кој обезбедува пренос на податоци помеѓу два соседни мрежни јазли. Односно, врската не содржи уреди за средно префрлување и мултиплексирање.

канал(канал) најчесто го означуваат делот од пропусниот опсег на врската што се користи независно при префрлување. На пример, примарната мрежна врска може да се состои од 30 канали, од кои секој има пропусен опсег од 64 Kbps.

Композитен канал(коло) е патека помеѓу два крајни јазли на мрежата. Композитна врска се формира од поединечни меѓуврски врски и внатрешни врски во прекинувачите. Честопати епитетот „композит“ се испушта и терминот „канал“ се користи за да значи и композитен канал и канал помеѓу соседните јазли, односно во рамките на врската.

Линија за комуникацијаможе да се користи како синоним за кој било од другите три поими.

На сл. прикажани се две варијанти на комуникациската линија. Во првиот случај ( А) линијата се состои од кабелски сегмент со должина од неколку десетици метри и е врска. Во вториот случај (б), врската е композитна врска распоредена во мрежа со преклопна кола. Таква мрежа може да биде примарна мрежаили телефонска мрежа.

Сепак, за компјутерска мрежаоваа линија е врска, бидејќи поврзува два соседни јазли и целата преклопна средна опрема е транспарентна за овие јазли. Овде е очигледна причината за меѓусебното недоразбирање на ниво на термини на компјутерски специјалисти и специјалисти за примарни мрежи.

Примарните мрежи се специјално создадени со цел да се обезбедат услуги за пренос на податоци за компјутерски и телефонски мрежи, за кои во такви случаи се вели дека работат „на врвот“ на примарните мрежи и се преклопени мрежи.

Класификација на комуникациските линии

Линија за комуникација генерално се состои од физички медиум преку кој се пренесуваат електрични информациски сигнали, опрема за пренос на податоци и средна опрема. Физички медиум за пренос на податоци (физички медиуми) може да биде кабел, односно збир на жици, изолациски и заштитни обвивки и конектори, како и земјината атмосфера или надворешниот простор низ кој се шират електромагнетни бранови.

Во првиот случај, се зборува за жична средина,а во втората - безжичен.

Во современите телекомуникациски системи, информациите се пренесуваат со користење електрична струја или напон, радио сигнали или светлосни сигнали- сите овие физички процеси се осцилации на електромагнетното поле на различни фреквенции.

Жичени (надземни) линиивратоврските се жици без никакви изолациски или заштитни плетенки, поставени меѓу столбовите и висат во воздухот. Дури и во блиското минато, ваквите комуникациски линии беа главни за пренос на телефонски или телеграфски сигнали. Денес, жичените комуникациски линии брзо се заменуваат со кабелски. Но, на некои места тие сè уште се зачувани и, во отсуство на други можности, продолжуваат да се користат за пренос на компјутерски податоци. Квалитетите на брзината и отпорноста на бучава на овие линии оставаат многу да се посакуваат.

кабелски линииимаат прилично сложена структура. Кабелот се состои од проводници затворени во неколку слоеви на изолација: електрична, електромагнетна, механичка, а можеби и климатска. Покрај тоа, кабелот може да биде опремен со конектори кои ви овозможуваат брзо да поврзете различна опрема со него. Во компјутерските (и телекомуникациските) мрежи се користат три главни типа на кабли: кабли базирани на искривени парови бакарни жици - незаштитен изопачен пар(Незаштитен Twisted Pair, UTP) и оклопен изопачен пар(Заштитен изопачен пар, STP), коаксијални каблисо бакарно јадро, оптички кабли. Се нарекуваат и првите два типа на кабли бакарни кабли.

радио каналикопнените и сателитските комуникации се формираат со помош на предавател и приемник на радио бранови. Има широк спектар на типови на радио канали, кои се разликуваат и во опсегот на фреквенција што се користи и во опсегот на каналот. Емитувани радио опсези(долги, средни и кратки бранови), исто така наречени AM бендови,или опсегот на амплитудна модулација (Amplitude Modulation, AM), обезбедуваат комуникација на долги растојанија, но со мала брзина на пренос на податоци. Побрзите канали се оние што користат многу високи фреквентни опсези(Very High Frequency, VHF), кој користи фреквентна модулација (Frequency Modulation, FM). Се користи и за пренос на податоци. опсези со ултра високи фреквенции(Ултра висока фреквенција, UHF), исто така наречени опсези на микробранови(над 300 MHz). На фреквенции над 30 MHz, сигналите повеќе не се рефлектираат од Земјината јоносфера, а стабилната комуникација бара линија на видување помеѓу предавателот и приемникот. Затоа, таквите фреквенции користат или сателитски канали, или микробранови канали, или локални или мобилни мрежикаде што е исполнет овој услов.

2 Функции на физичкиот слој Претставување на битови со електрични/оптички сигнали Кодирање на битови Синхронизација на битови Пренос/примање на битови преку физички комуникациски канали Координација со физичкиот медиум Брзина на пренос Растојание Нивоа на сигнал, конектори Во сите мрежни уреди Имплементација на хардвер (мрежни адаптери ) Пример: 10 BaseT - UTP кат.3, 100 оми, 100m, 10Mbps, MII код, RJ-45

5 Опрема за пренос на податоци Конвертор Порака - Ел. Енкодер на сигнал (компресија, кодови за корекција) Модулатор Посредничка опрема Подобрување на квалитетот на комуникацијата - (Засилувач) Создавање композитен канал - (прекинувач) Мултиплексирање на канали - (Мултиплексер) (PA може да не е достапно во LAN)

6 Главни карактеристики на комуникациските линии Пропусен опсег (протокол) Доверливост на пренос на податоци (протокол) Доцнење на ширење Фреквентен одговор (AFC) Пропусен опсег Слабеење Имунитет на бучава Преслушување на блискиот крај на линијата Цена на единицата

9 Слабеење A - една точка по фреквентен одговор A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Пример 1: Пин = 10 mW, Pout =5 mW Слабеење = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Пример 2: UTP cat 5 Слабеење >= -23,6 dB F= 100MHz, L= 100M Обично фундаменталното A е означено за фреквенција на сигналот. \u003d -23,6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Обично A е означено за главната фреквенција на сигналот ">

11 Имунитет на бучава Линии со оптички влакна Кабелски линии Жичени надземни водови Радио врски (заштитување, извртување) Надворешни пречки Имунитет на внатрешни пречки Имунитет на близок крај Слабеење на прекрстување (СЛЕДНО) Слабеење на далечниот крај (FEXT) (FEXT - два пара во една насока)

12 Загуба на вкрстени разговори блиску до крајот (СЛЕДНО) За кабли со повеќе парови СЛЕДНО = 10 лог Истекнување/Излез dB СЛЕДНО = СЛЕДНО (L) UTP 5: СЛЕДНО

13 Сигурност на пренос на податоци Стапка на грешка на битови - BER Веројатност за изобличување на битови на податоци Причини: надворешни и внатрешни пречки, тесен опсег Борба: зголемен имунитет на бучава, намалени пречки СЛЕДНО, зголемен опсег Кабел со изопачен пар BER ~ Кабел со оптички влакна BER ~ Без дополнителна заштита: : корективни кодови, протоколи со повторување

16 Twisted Pair Twisted Pair (TP) фолија заштитник со плетенка жица со изолирана жица надворешна обвивка UTP Незаштитен Twisted Pair категорија 1, UTP обвиткан пар категорија STP заштитени Twisted Pair Типови Тип 1…9 Секој пар има свој штитник Секој пар има свој чекор , сопствена боја Имунитет на пречки Трошоци Сложеност на поставување

18 Оптички влакна Вкупен внатрешен одраз на зрак на интерфејсот помеѓу два медиума n1 > n2 - (индекс на прекршување) n1 n2 n2 - (индекс на прекршување) n1 n2"> n2 - (индекс на прекршување) n1 n2"> n2 - (индекс на прекршување) n1 n2" title="18 Оптички влакна Вкупен внатрешен одраз на зрак на граница од два медиум n1 > n2 - (индекс на прекршување) n1 n2"> title="18 Оптички влакна Вкупен внатрешен одраз на зрак на интерфејсот помеѓу два медиума n1 > n2 - (индекс на прекршување) n1 n2"> !}

22 Кабел со оптички влакна Multimode Fiber MMF50/125, 62,5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000km - 1 Gbps MMSM (2005)

23 Извори на оптички сигнал Канал: извор - носител - приемник (детектор) Извори LED (LED-диода што емитува светлина) nm некохерентен извор - MMF Полупроводнички ласерски кохерентен извор - SMF - Моќност = f (t o) Детектори Фотодиоди, пински диоди, лавински диоди

25 Структурно каблирање систем - SCS First LAN - разни каблии топологија Унифицирање на кабелскиот систем SCS - отворена LAN кабелска инфраструктура (потсистеми, компоненти, интерфејси) - независност од мрежна технологија- LAN, ТВ кабли, безбедносни системи итн. - универзално кабли без повикување на одредена мрежна технологија - Конструктор

27 SCS стандарди (основни) EIA/TIA-568A Стандард за жици за телекомуникации за комерцијални згради (САД) CENELEC EN50173 Барања за изведба на генерички шеми за каблирање (Европа) ISO/IEC IS информатичка технологија - генеричко каблирање за каблирање на просториите на клиентите. Топологија Дозволени растојанија (должини на кабли) Интерфејс за поврзување со корисникот. Кабли и опрема за поврзување. Пропусен опсег (перформанси). Пракса за инсталација (Хоризонтален потсистем - UTP, ѕвезда, 100 m...)

28 Безжична комуникација Предности на безжичниот пренос: практичност, недостапни области, мобилност. брзо распоредување ... Недостатоци: високо ниво на пречки ( специјални средства: кодови, модулација ...), комплексноста на користење на некои опсези Комуникациска линија: предавател - медиум - приемник Карактеристики на LAN ~ F (Δf, fn);

34 2. Мобилна телефонија Поделба на територијата во ќелии Повторна употреба на фреквенции Мала моќност (димензии) Во центар - базна станица Европа - Глобален систем за мобилни - GSM Wireless телефонски комуникации 1. Радио станица со мала моќност - (цевка-база, 300 m) DECT Дигитален европски безжичен телекомуникациски роаминг - префрлување од една основна мрежаод друга - основата мобилна комуникација

35 Сателитска врскаВрз основа на сателит (рефлектор-засилувач) Примопредаватели – транспондери H~50 MHz (1 сателит ~ 20 транспондери) Фреквенциски опсези: C. Ku, Ka C - Down 3,7 - 4,2 GHz Нагоре 5,925-6,425 GHz Ku - Down 11. 12,2 GHz нагоре 14,0-14,5 GHz Ka - надолу 17,7-21,7 GHz нагоре 27,5-30,5 GHz

36 Сателитска комуникација. Видови сателити Сателитска комуникација: микробранова - линија на видување Геостационарна Голема покриеност Фиксна, Мала абење Следбеник сателит, емитување, ниска цена, цена независно од растојанието, моментално воспоставување врска (Mil) T3=300ms Ниска безбедност, Првично голема антена (но VSAT) MEO km Глобален систем за позиционирање GPS - 24 сателити LEO km ниска покриеност ниска латентност на пристап до Интернет

40 Spread Spectrum Techniques Специјални техники за модулација и кодирање за безжична комуникација C (битови/с) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Намалување на енергија Имунитет на бучава Стелт OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Се користат два главни типа на физичко кодирање - врз основа на синусоидален носечки сигнал (аналогна модулација) и врз основа на низа правоаголни импулси (дигитално кодирање).

Аналогна модулација - за пренос на дискретни податоци преку канал со тесен опсег - телефонски мрежи канал за гласовна фреквенција (пропусен опсег од 300 до 3400 Hz) Уредот што врши модулација и демодулација е модем.

Аналогни методи на модулација

n амплитудна модулација (имунитет со низок шум, често се користи заедно со фазна модулација);

n фреквентна модулација (комплицирана техничка имплементација, обично се користи во модеми со мала брзина).

n фазна модулација.

Спектар на модулираниот сигнал

Потенцијален код- ако дискретни податоци се пренесуваат со брзина од N битови во секунда, тогаш спектарот се состои од константна компонента со нулта фреквенција и бесконечна серија на хармоници со фреквенција од f0, 3f0, 5f0, 7f0, ..., каде што f0 = N/2. Амплитудите на овие хармоници полека се намалуваат - со коефициенти од 1/3, 1/5, 1/7, ... од амплитудата f0. Спектарот на добиениот потенцијален коден сигнал при пренос на произволни податоци зафаќа опсег од некоја вредност блиску до 0 до приближно 7f0. За канал со гласовна фреквенција, горната граница на брзината на пренос се достигнува со брзина на податоци од 971 бит во секунда, а долната граница е неприфатлива за какви било брзини, бидејќи пропусниот опсег на каналот започнува од 300 Hz. Тоа е, потенцијалните кодови не се користат на каналите за гласовна фреквенција.

Модулација на амплитуда- спектарот се состои од синусоид на носечката фреквенција fc и две странични хармоници fc+fm и fc-fm, каде што fm е фреквенцијата на промена на информативниот параметар на синусоидот, што се совпаѓа со брзината на пренос на податоци при користење на две нивоа на амплитуда. . Фреквенцијата fm го одредува капацитетот на водот кога овој методкодирање. Со мала фреквенција на модулација, ширината на спектарот на сигналот ќе биде дури и мала (еднаква на 2fm), а сигналите нема да бидат искривени од линијата ако пропусниот опсег е поголем или еднаков на 2fm. За канал со гласовна фреквенција, овој метод е прифатлив со брзина на пренос на податоци не поголема од 3100 / 2 = 1550 бита во секунда.

Модулација на фаза и фреквенција- спектарот е покомплексен, но симетричен, со голем број хармоници кои брзо се намалуваат. Овие методи се погодни за пренос на канал со гласовна фреквенција.

Квадратурна амплитудна модулација (Quadrate Amplitude Modulation) - фазна модулација со 8 вредности на поместување на фази и модулација на амплитуда со 4 амплитудни вредности. Не се користат сите 32 комбинации на сигнали.

Дигитално кодирање

Потенцијални кодови- за претставување на логички и нули, се користи само вредноста на сигналниот потенцијал, а неговите падови, кои формулираат целосни импулси, не се земаат предвид.

Пулсни кодови- претставуваат бинарни податоци или со импулси со одреден поларитет, или со дел од пулсот - со потенцијален пад од одредена насока.

Барања за методот на дигитално кодирање:

Со иста брзина на битови, имаше најмала ширина на спектарот на добиениот сигнал (потесен спектар на сигналот ви овозможува да постигнете поголема брзина на податоци на истата линија, исто така постои барање за отсуство на постојана компонента , односно присуство на еднонасочна струјапомеѓу предавателот и приемникот)

Обезбедуваше синхронизација помеѓу предавателот и приемникот (приемникот мора точно да знае во кој момент да ги прочита потребните информации од линијата, во локални системи - линии за тајминг, во мрежи - самосинхронизирачки кодови, чии сигнали носат инструкции за предавателот во кој момент во времето е неопходно да се изврши препознавање на следниот бит);

Имаше способност да препознава грешки;

Има ниска цена за имплементација.

Потенцијален код без враќање на нула. NRZ (Не враќање на нула). Сигналот не се враќа на нула во текот на еден циклус.

Лесно е за имплементација, има добро откривање на грешки поради два остро различни сигнали, но нема својство на синхронизација. Кога се пренесува долга низа од нули или единици, сигналот на линијата не се менува, така што примачот не може да одреди кога податоците треба повторно да се прочитаат. Друг недостаток е присуството на компонента со ниска фреквенција, која се приближува до нула кога пренесува долги секвенци од единици и нули. Во својата чиста форма, кодот ретко се користи, се користат модификации. Атрактивност - ниска фреквенцијафундаментален хармоник f0 = N /2.

Биполарен метод на кодирање со алтернативна инверзија. (Биполарна алтернативна инверзија на марки, AMI), модификација на методот NRZ.

Нултиот потенцијал се користи за кодирање на нула, логичката единица е кодирана или со позитивен потенцијал или со негативен, додека потенцијалот на секоја следна единица е спротивен на потенцијалот на претходната. Делумно ги елиминира проблемите на постојаната компонента и недостатокот на самосинхронизација. Во случај на пренос на долга низа од оние, секвенца од импулси со различен поларитет со ист спектар како кодот NRZ што пренесува низа наизменични импулси, односно без константна компонента и фундаментален хармоничен N / 2. Генерално, употребата на AMI резултира со потесен спектар од NRZ, а со тоа и поголем капацитет на врската. На пример, кога се пренесуваат наизменични нули и единици, основниот хармоник f0 има фреквенција од N/4. Можно е да се препознаат погрешни преноси, но за да се обезбеди сигурен прием, потребно е зголемување на моќноста од околу 3 dB, бидејќи се користат вистински нивоа на сигнал.

Потенцијален код со инверзија на единство. (Не се враќа на нула со оние што се превртени, NRZI) Код налик на AMI, но со две нивоа на сигнал. При пренесување на нула, се пренесува потенцијалот од претходниот циклус, а при пренос на еден, потенцијалот се превртува на спротивниот. Шифрата е погодна во случаи кога употребата на третото ниво не е пожелна (оптички кабел).

Два методи се користат за подобрување на AMI, NRZI. Првиот е додавање на вишок единици на кодот. Се појавува својството на самосинхронизација, константната компонента исчезнува и спектарот се стеснува, но корисниот пропусен опсег се намалува.

Друг метод е „мешање“ на првичните информации на таков начин што веројатноста за појава на единици и нули на линијата станува блиска - препукување. И двата методи се логично кодирање, бидејќи тие не го одредуваат обликот на сигналите на линијата.

Биполарен пулсен код. Еден е претставен со импулс на еден поларитет, а нула е претставена со друг. Секој пулс трае половина циклус.

Кодот има одлични својства за само-тајминг, но може да има DC компонента кога се пренесува долга низа од нули или единици. Спектарот е поширок од оној на потенцијалните кодови.

Шифра на Манчестер. Најчестиот код што се користи во Етернет мрежи, Токен прстен.

Секоја мерка е поделена на два дела. Информациите се кодирани со потенцијални падови што се случуваат во средината на циклусот. Единицата е кодирана со транзиција од ниска кон висока, а нулата е кодирана со обратен раб. На почетокот на секој циклус, може да се појави надземен сигнален раб ако треба да се претстават неколку 1 или 0 по ред. Кодот има одлични својства за самосинхронизирање. Пропусниот опсег е потесен од оној на биполарниот пулс, нема постојана компонента, а фундаменталниот хармоник има фреквенција од N во најлош случај и N / 2 во најдобар случај.

Потенцијален код 2B1Q. Секои два бита се пренесуваат во еден циклус со сигнал во четири состојби. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Потребни се дополнителни средства за справување со долги секвенци од идентични парови на битови. Со случајно преплетување на битови, спектарот е двојно потесен од оној на NRZ, бидејќи со иста брзина на битови времето на циклусот се удвојува, односно податоците може да се пренесат на истата линија двапати побрзо отколку со користење на AMI, NRZI, но треба голема моќпредавател.

Логичко кодирање

Дизајниран да ги подобри потенцијалните кодови како што се AMI, NRZI, 2B1Q, заменувајќи долги секвенци од битови што доведуваат до постојан потенцијал, прошаран со оние. Се користат два методи - излишно кодирање и мешање.

Излишни кодовисе засноваат на поделба на оригиналната низа од битови на делови, кои често се нарекуваат знаци, по што секој оригинален знак се заменува со нов кој има повеќе битови од оригиналниот.

Кодот 4B/5B ги заменува 4-битните секвенци со 5-битни секвенци. Потоа наместо 16 битни комбинации се добиваат 32. Од нив се избираат 16 кои не содржат голем број нули, останатите се сметаат за забранети кодови (прекршување на кодот). Освен што го отстрануваат DC и го прават кодот самосинхронизиран, вишокот кодови му овозможуваат на приемникот да препознае оштетени битови. Ако ресиверот прима забранети шифри, тогаш сигналот е искривен на линијата.

Овој код се пренесува преку линијата користејќи физичко кодирање користејќи еден од потенцијалните методи за кодирање кој е чувствителен само на долги секвенци од нули. Кодот гарантира дека нема да има повеќе од три нули по ред на линијата. Има и други шифри, како 8V/6T.

За да се обезбеди одредената пропусност, предавателот мора да работи со зголемена фреквенција на часовникот (за 100 Mb / s - 125 MHz). Спектарот на сигналот се проширува во споредба со оригиналот, но останува потесен од спектарот на кодот од Манчестер.

Scrambling - мешање на податоци со scrambler пред да се префрлат од линијата.

Методите на гребење се состојат во пресметка на бит-по-бит на добиениот код врз основа на битовите од изворниот код и битовите од добиениот код добиени во претходните циклуси. На пример,

B i \u003d A i xor B i -3 xor B i -5,

каде што B i е бинарната цифра на добиениот код добиен во i-тиот циклус на преклопувачот, A i е бинарната цифра од изворниот код што пристигнува во i-тиот циклус на влезот на преклопувачот, B i - 3 и B i -5 се бинарни цифри на добиениот код добиен во претходните циклуси на работа.

За низата 110110000001, скромлерот ќе даде 110001101111, односно нема да има низа од шест последователни нули.

По добивањето на добиената низа, ресиверот ќе ја предаде на дескрамлерот, кој ќе ја примени инверзната трансформација

C i \u003d B i xor B i-3 xor B i-5,

Различните системи за преплетување се разликуваат по бројот на термини и поместувањето меѓу нив.

Има повеќе едноставни методиборбени низи од нули или единици, кои исто така се нарекуваат методи на мешање.

За подобрување на биполарната АМИ се користат:

B8ZS (Биполарно со замена од 8 нули) - ги коригира само низите што се состојат од 8 нули.

За да го направите ова, по првите три нули, наместо преостанатите пет, вметнува пет сигнали V-1 * -0-V-1 *, каде што V означува еден сигнал забранет за даден циклус на поларитет, односно сигнал што не го менува поларитетот на претходниот, 1 * - сигнал на единица со правилен поларитет, а знакот со ѕвездичка го означува фактот дека во изворниот код во овој циклус немало единица, туку нула. Како резултат на тоа, приемникот гледа 2 изобличувања на 8 циклуси - многу е малку веројатно дека тоа се случило поради бучава на линијата. Затоа, приемникот ги третира таквите прекршувања како кодирање на 8 последователни нули. Во овој код, константната компонента е нула за која било низа од бинарни цифри.

Кодот HDB3 ги коригира сите четири последователни нули во оригиналната низа. Секои четири нули се заменуваат со четири сигнали кои имаат еден сигнал V. За да се потисне DC компонентата, поларитетот на V сигналот се менува во последователни промени. Дополнително, за замена се користат два шеми на кодови со четири циклуси. Ако пред замена изворсодржеше непарен број единици, тогаш се користи низата 000V, а ако бројот на единици беше парен, секвенцата 1*00V.

Подобрените кандидатски кодови имаат прилично тесен опсег за сите секвенци од нули и оние што се појавуваат во пренесените податоци.

При пренос на дискретни податоци преку комуникациски канали, се користат два главни типа на физичко кодирање - врз основа на синусоидален носечки сигнал и врз основа на низа правоаголни импулси.Првиот метод честопати се нарекува и модулација или аналогна модулација, нагласувајќи го фактот дека кодирањето се врши со менување на параметрите на аналогниот сигнал. Вториот метод обично се нарекува дигитално кодирање. Овие методи се разликуваат по ширината на спектарот на добиениот сигнал и сложеноста на опремата потребна за нивна имплементација.
Аналогна модулацијасе користи за пренос на дискретни податоци преку теснопојасни канали, типизирани преку каналот со гласовна фреквенција што им е достапен на корисниците на јавните телефонски мрежи. Типичен фреквентен одговор на канал за гласовна фреквенција е прикажан на сл. 2.12. Овој канал пренесува фреквенции во опсег од 300 до 3400 Hz, така што неговиот пропусен опсег е 3100 Hz. Уредот кој врши функции на модулирање на носител синусоид на страната што предава и демодулира на примачката страна се нарекува модем (модулатор - демодулатор).
Аналогни методи на модулација
Аналогната модулација е метод на физичко кодирање во кој информациите се кодираат со промена на амплитудата, фреквенцијата или фазата на синусоидалниот носител сигнал.
Дијаграмот (сл. 2.13, а) ја прикажува низата на битови од почетната информација, претставена со потенцијали на високо ниво за логичка единица и потенцијал на нулто ниво за логичка нула. Овој метод на кодирање се нарекува потенцијален код, кој често се користи при пренос на податоци помеѓу компјутерски блокови.
Со модулација на амплитудата (сл. 2.13, б), за логичка единица, се избира едно ниво на амплитудата на синусоидот на носачката фреквенција, а за логичка нула, друго. Овој метод ретко се користи во својата чиста форма во пракса поради нискиот имунитет на бучава, но често се користи во комбинација со друг тип на модулација - фазна модулација.
Со модулација на фреквенција (слика 2.13, в), вредностите 0 и 1 од почетните податоци се пренесуваат со синусоиди со различни фреквенции - f0 и f1. Овој метод на модулација не бара сложени кола во модемите и обично се користи во модеми со мала брзина кои работат на 300 или 1200 bps.
Во фазната модулација, вредностите на податоците од 0 и 1 одговараат на сигнали со иста фреквенција, но со различни фази, како што се 0 и 180 степени или 0,90,180 и 270 степени.
Во модемите со голема брзина, често се користат комбинирани методи на модулација, по правило, амплитуда во комбинација со фаза.
При користење на правоаголни импулси за пренос на дискретни информации, неопходно е да се избере метод на кодирање кој истовремено би постигнал неколку цели:
· ја имаше со иста брзина на битови најмалата ширина на спектарот на добиениот сигнал;
Обезбедена синхронизација помеѓу предавателот и приемникот;
имал способност да препознава грешки;
Има ниска цена за имплементација.
Потесниот спектар на сигнали ви овозможува да постигнете поголема брзина на пренос на податоци на истата линија (со ист пропусен опсег). Покрај тоа, спектарот на сигналот често бара отсуство на постојана компонента, односно присуство на директна струја помеѓу предавателот и приемникот. Особено, употребата на различни кола за галванска изолација на трансформаторот го спречува преминувањето на директна струја.
Потребна е синхронизација на предавателот и приемникот за да може примачот точно да знае во кој момент е потребно да чита нови информации од комуникациската линија.
Препознавањето и корекцијата на искривените податоци е тешко да се имплементира со помош на физичкиот слој, затоа најчесто оваа работа ја преземаат протоколите што лежат погоре: канал, мрежа, транспорт или апликација. Од друга страна, откривање на грешки физичко нивозаштедува време, бидејќи ресиверот не чека рамката целосно да се баферира, туку веднаш ја отфрла по препознавање на погрешни битови во рамката.
Барањата за методите за кодирање се меѓусебно контрадикторни, така што секој од популарните методи за дигитално кодирање дискутирани подолу има свои предности и недостатоци во споредба со другите.