дома › Совети › Методи на пренос на информации на физичко ниво. Предавања Компјутерски мрежи. Физичко ниво. Микробранови комуникации

Методи на пренос на информации на физичко ниво. Предавања Компјутерски мрежи. Физичко ниво. Микробранови комуникации

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 физичката средина Опсег Брзина на пренос Опсег Нивоа на сигнал, конектори Во сите мрежни уреди Имплементација на хардвер (мрежни адаптери ) Пример: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohm, 100m, 10Mbit/s, MII код, RJ-45

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

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

9 Слабеење A – една точка на фреквентниот 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= 100 MHz, L= 100 M Типично означува A е за основната фреквенција на сигналот = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Обично A е означена за фреквенцијата на главниот сигнал">

11 Имунитет на бучава Оптички линии Кабелски линии Жични надземни водови Радио водови (заштитување, извртување) Имунитет на надворешни пречки Имунитет на внатрешни пречки Слабеење на блискиот крај (СЛЕДНО) Слабеење на далечниот разговор (FEXT) (FEXT - два пара во една насока )

12 Загуба на вкрстени разговори блиску до крајот – СЛЕДНО за кабли со повеќе парови СЛЕДНО = 10 лог Поут/Пин dB СЛЕДНО = СЛЕДНО (L) UTP 5: СЛЕДНО

13 Сигурност на пренос на податоци Стапка на грешка на битови – BER Веројатност за корумпираност на бит на податоци Причини: надворешни и внатрешни пречки, тесен опсег Борба: зголемување на имунитетот на бучава, намалување на NEXT пречки, проширување на пропусниот опсег Извртен пар BER ~ Оптички кабел за заштита на оптички влакна BER ~ Нема дополнителни средства за заштита :: корективни кодови, протоколи со повторување

16 Twisted Pair Twisted Pair (TP) екран од фолија со плетенка жица со изолирана жица надворешна обвивка UTP Незаштитен Twisted Pair категорија 1, UTP мачки парови во обвивка STP заштитени Twisted Pair Типови Тип 1…9 Секој пар има свој екран Секој пар има свој чекор пресврти, своја боја Имунитет на бучава Цена Сложеност на поставување

18 Оптички влакна Вкупен внатрешен одраз на зрак на интерфејсот на 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 на два медиума n1 > n2 - (индекс на прекршување) n1 n2"> !}

22 Кабел со оптички влакна Multi Mode Fiber MMF50/125, 62,5/125, Single Mode FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s MMSM (2005)

23 Извори на оптички сигнал Канал: извор - носител - приемник (детектор) Извори 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 LANs – разни каблии топологии Унифицирање на SCS кабелскиот систем - отворена LAN кабелска инфраструктура (потсистеми, компоненти, интерфејси) - независност од мрежна технологија- LAN кабли, ТВ, 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 преносни простории на клиентите каблирање за секој податок . Топологија Дозволени растојанија (должини на кабли) Интерфејс за поврзување со корисникот. Кабли и опрема за поврзување. Пропусната моќ (перформанси). Пракса за инсталација (Хоризонтален потсистем - UTP, ѕвезда, 100 m...)

28 Безжични комуникации Безжичен пренос Предности: погодност, недостапни области, мобилност. брзо распоредување... Недостатоци: високо ниво на пречки ( специјални средства: кодови, модулација...), сложеност на користење на некои опсези Комуникациска линија: предавател - медиум - LAN карактеристики на приемник ~ F(Δf, fн);

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 ниска моќност - (база на слушалка, 300 m) DECT Дигитален европски безжичен телекомуникациски роаминг - префрлување од една основна мрежана другиот - основата мобилна комуникација

35 Сателитска врскаВрз основа на сателит (рефлектор-засилувач) Примопредаватели - транспондери H~50 MHz (1 сателит ~ 20 транспондери) Опсези на фреквенции: 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 Сателитски комуникации. Видови сателити Сателитски комуникации: микробранова - линија на видување Геостационарна Голема покриеност Фиксна, Мала абење Повторувач сателит, емитување, ниска цена, цената не зависи од растојанието, Инстант воспоставување врска (Mil) Tz=300ms Ниска безбедност, Првично голема антена (но VSAT) Глобален систем за позиционирање км во средна орбита GPS - 24 сателити Ниска орбита на км ниска покриеност ниска латентност на Интернет

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

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 модулацијаили 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.

Кога користите правоаголни импулси, спектарот на добиениот сигнал е многу широк. Ова не е изненадувачки ако се потсетиме дека спектарот на идеалниот пулс има бесконечна ширина. Употребата на синусен бран резултира со спектар со многу помала ширина со иста брзина на пренос на информации. Меѓутоа, за да се имплементира синусоидална модулација, потребна е посложена и скапа опрема отколку да се имплементираат правоаголни импулси.

Во моментов, сè повеќе, податоците што првично беа во аналогна форма - говор, телевизиски слики - се пренесуваат преку каналите за комуникација во дискретна форма, односно како низа од единици и нули. Процесот на претставување на аналогни информации во дискретна форма се нарекува дискретна модулација.Термините „модулација“ и „кодирање“ често се користат наизменично.

2.2.1. Аналогна модулација

Аналогната модулација се користи за пренос на дискретни податоци преку канали со тесен фреквентен опсег, чиј типичен претставник е гласовен канал,ставени на располагање на корисниците на јавните телефонски мрежи. Типичен амплитудно-фреквентен одговор на каналот 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. Иако човечкиот глас има многу поширок опсег - од приближно 100 Hz до 10 kHz - за прифатлив квалитет на говорот, опсегот од 3100 Hz е добро решение. Строго ограничување на пропусниот опсег на гласовниот канал е поврзано со употребата на опрема за мултиплексирање и префрлување канали во телефонските мрежи.

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци до физичко ниво 133

Уредот што ги извршува функциите на носечка синусоидна модулација на страната што предава и демодулација на страната примач 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 сигнал фреквенција на носител. Главните методи на аналогна модулација се прикажани на сл. 2.13. На дијаграмот (сл. 2.13, А)покажува низа од битови од изворните информации, претставени со потенцијали на високо ниво за логичка и потенцијал на нула ниво за логичка нула. Овој метод на кодирање се нарекува потенцијален код, кој често се користи при пренос на податоци помеѓу компјутерски блокови.

На амплитудна модулација(Сл. 2.13, 6) 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. 2.13, в) вредностите 0 и 1 од изворните податоци се пренесуваат со синусоиди со различни фреквенции - fo и fi. 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. 2.13, г) вредностите на податоците 0 и 1 одговараат на сигнали со иста фреквенција, но со различни фази, на пример 0 и 180 степени или 0,90,180 и 270 степени.

Модемите со голема брзина често користат комбинирани методи на модулација, обично амплитуда во комбинација со фаза.

Поглавје 2. Основи на дискретен пренос на податоци

Модулиран сигнален спектар

Спектарот на добиениот модулиран сигнал зависи од типот на модулација и брзината на модулација, односно саканата бит-стапка на оригиналната информација.

Прво да го разгледаме спектарот на сигналот за време на потенцијалното кодирање. Нека логичката е кодирана со позитивен потенцијал, а логичката нула со негативен потенцијал со иста големина. За да се поедностават пресметките, претпоставуваме дека се пренесуваат информации кои се состојат од бесконечна низа на наизменични единици и нули, како што е прикажано на сл. 2.13, А.Забележете дека во овој случај вредностите на бауд и битови во секунда се исти.

За потенцијално кодирање, спектарот директно се добива од Фуриеовите формули за периодичната функција. Ако дискретните податоци се пренесуваат со бит-стапка од N бит/с, тогаш спектарот се состои од константна компонента со нулта фреквенција и бесконечна серија хармоници со фреквенции fo, 3fo, 5fo, 7fo,..., каде што fo = N /2. Амплитудите на овие хармоници се намалуваат прилично бавно - со коефициенти 1/3, 1/5,1/7,... од амплитудата на хармоникот fo (сл. 2.14, А).Како резултат на тоа, спектарот на потенцијалниот код бара широк опсег за висококвалитетен пренос. Покрај тоа, треба да се земе предвид дека во реалноста спектарот на сигналот постојано се менува во зависност од тоа кои податоци се пренесуваат преку комуникациската линија. На пример, пренесувањето на долга низа од нули или единици го поместува спектарот на страна ниски фреквенции, а во екстремен случај, кога пренесените податоци се состојат само од едни (или само нули), спектарот се состои од хармоник со нулта фреквенција. Кога се пренесуваат наизменични и нули, нема постојана компонента. Затоа, спектарот на добиениот потенцијален коден сигнал при пренос на произволни податоци зафаќа опсег од одредена вредност блиску до 0 Hz до приближно 7fo (хармониците со фреквенции над 7fo може да се занемарат поради нивниот мал придонес во добиениот сигнал). За канал на гласовна фреквенција, горната граница за потенцијално кодирање се постигнува за брзина на податоци од 971 bps, а долната граница е неприфатлива за било која брзина, бидејќи пропусниот опсег на каналот започнува на 300 Hz. Како резултат на тоа, потенцијалните кодови на гласовните канали никогаш не се користат.

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво 135

Со модулација на амплитудата, спектарот се состои од синусоид на носачката фреквенција f c и две странични хармоници: (f c + f m) и (f c - f m), каде што f m е фреквенцијата на промена на информативниот параметар на синусоидот, што се совпаѓа со стапката на пренос на податоци при користење на две нивоа на амплитуда (сл. 2.14, 6). Фреквенцијата f m го одредува капацитетот на линијата на овој методкодирање. При мала фреквенција на модулација, ширината на спектарот на сигналот исто така ќе биде мала (еднаква на 2f m), така што сигналите нема да бидат искривени од линијата ако неговата пропусност е поголема или еднаква на 2f m. 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 податоци, тогаш капацитетот на каналот се зголемува на 3100 bps.

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

За да се зголеми брзината на пренос на податоци, се користат комбинирани методи на модулација. Најчестите методи се квадратна амплитудна модулација (QAM).Овие методи се засноваат на комбинација на фазна модулација со 8 вредности на поместување на фази и модулација на амплитуда со 4 нивоа на амплитуда. Сепак, од можните 32 комбинации на сигнали, не се користат сите. На пример, во кодовите ТрелисСамо 6, 7 или 8 комбинации се дозволени да ги претставуваат оригиналните податоци, а останатите комбинации се забранети. Таков вишок на кодирање е потребен за модемот да препознае погрешни сигнали кои се резултат на изобличувања поради пречки, кои на телефонските канали, особено оние со dial-up, се многу значајни по амплитуда и долг временски период.

2.2.2. Дигитално кодирање

При дигитално кодирање на дискретни информации, се користат потенцијални и импулсни кодови.

Во потенцијалните кодови, само потенцијалната вредност на сигналот се користи за претставување на логички и нули, а неговите падови, кои формираат целосни импулси, не се земаат предвид. Пулсовите кодови ви дозволуваат да ги претставувате бинарните податоци или како импулси со одреден поларитет или како дел од пулсот - потенцијална разлика во одредена насока.

Барања за методи за дигитално кодирање

Кога користите правоаголни импулси за пренос на дискретни информации, неопходно е да се избере метод на кодирање кој истовремено постигнува неколку цели:

Со иста брзина на битови, ја имаше најмалата ширина на спектарот на добиениот сигнал;

Обезбедена синхронизација помеѓу предавателот и приемникот;

Поседувал способност за препознавање грешки;

Имаше ниски трошоци за имплементација.

136 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

Потесниот спектар на сигнали овозможува една иста линија (со ист пропусен опсег) да постигне повисока стапка на пренос на податоци. Покрај тоа, спектарот на сигналот често е предмет на барање да не постои постојана компонента, односно присуство еднонасочна струјапомеѓу предавателот и приемникот. Особено, употребата на различни кола за трансформатори галванска изолацијаго спречува преминувањето на еднонасочна струја.

Неопходна 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 мрежи отколку кога се разменуваат податоци помеѓу блиску лоцирани уреди, на пример, помеѓу единици во компјутер или помеѓу компјутер и печатач. На кратки растојанијаШемата заснована на посебна линија за комуникација на часовникот работи добро (сл. 2.15), така што информациите се отстрануваат од податочната линија само во моментот кога ќе пристигне пулсот на часовникот. Во мрежите, употребата на оваа шема предизвикува тешкотии поради хетерогеноста на карактеристиките на проводниците во каблите. На големи растојанија, нерамномерната брзина на ширење на сигналот може да предизвика пулсот на часовникот да пристигне толку доцна или пред соодветниот податочен сигнал што битот за податоци е прескокнат или повторно прочитан. Друга причина зошто мрежите одбиваат да користат такт импулси е заштеда на проводници во скапи кабли.

Затоа, мрежите користат т.н само-синхронизирачки кодови,чии сигнали носат инструкции за предавателот во кој момент е потребно да се препознае следниот бит (или неколку бита, ако кодот е фокусиран на повеќе од две состојби на сигнал). Секоја остра промена на сигналот - таканаречениот раб - може да послужи како добар показател за синхронизирање на приемникот со предавателот.

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

Препознавањето и корекцијата на искривените податоци е тешко да се изврши со помош на средства од физичкиот слој, па најчесто оваа работа ја преземаат протоколите што лежат погоре: канал, мрежа, транспорт или апликација. Од друга страна, препознавањето на грешки во физичкиот слој заштедува време, бидејќи приемникот не чека рамката целосно да се смести во баферот, туку веднаш ја отфрла кога ќе препознае погрешни битови во рамката.

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

______________________________2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво _______137

Потенцијален код без враќање на нула

На сл. 2.16, и го прикажува претходно споменатиот метод на потенцијално кодирање, исто така наречен кодирање без враќање на нула (Non Return to Zero, NRZ).Презимето го одразува фактот дека кога се пренесува низа од единици, сигналот не се враќа на нула за време на циклусот на часовникот (како што ќе видиме подолу, во други методи за кодирање се јавува враќање на нула во овој случај). Методот NRZ е лесен за имплементација, има добро препознавање на грешки (поради два остро различни потенцијали), но нема својство на 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 моментите во времето кога е неопходно повторно да се прочитаат податоците. Дури и со генератор на часовник со висока прецизност, приемникот може да направи грешка со моментот на собирање податоци, бидејќи фреквенциите на двата генератори никогаш не се целосно идентични. Затоа, при високи стапки на податоци и долги секвенци од единици или нули, малото несовпаѓање на часовникот може да доведе до грешка на цел циклус на часовникот и, соодветно, до читање на погрешна бит вредност.

Друг сериозен недостаток на методот NRZ е присуството на нискофреквентна компонента која се приближува до нула кога пренесува долги секвенци од единици или нули. Поради ова, многу канали за комуникација не обезбедуваат

138 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

Оние кои обезбедуваат директна галванска врска помеѓу приемникот и изворот не го поддржуваат овој тип на кодирање. Како резултат на тоа, кодот NRZ во својата чиста форма не се користи во мрежите. Сепак, се користат неговите различни модификации, кои ја елиминираат и лошата самосинхронизација на кодот NRZ и присуството на постојана компонента. Атрактивноста на кодот NRZ, што го прави вредно да се подобри, е прилично ниската основна фреквенција fo, која е еднаква на N/2 Hz, како што беше прикажано во претходниот дел. Во други методи за кодирање, како што е Манчестер, основниот хармоник има поголема фреквенција.

Биполарен метод на кодирање со алтернативна инверзија

Една од модификациите на методот NRZ е методот биполарно кодирање со алтернативна инверзија (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI).Во овој метод (сл. 2.16, 6) Се користат три потенцијални нивоа - негативно, нула и позитивно. За шифрирање на логичка нула, се користи нулта потенцијал, а логичкиот е кодиран или со позитивен или негативен потенцијал, при што потенцијалот на секоја нова единица е спротивен на потенцијалот на претходната.

AMI кодот делумно го елиминира DC и недостатокот на проблеми со самосинхронизација својствени за кодот NRZ. Ова се случува кога се пренесуваат долги секвенци од такви. Во овие случаи, сигналот на линијата е низа од спротивно поларизирани импулси со ист спектар како кодот NRZ, кои пренесуваат наизменични нули и единици, односно без константна компонента и со фундаментален хармоник од N/2 Hz (каде N е бит-стапка на пренос на податоци). Долгите секвенци на нули се исто толку опасни за кодот AMI како и за кодот NRZ - сигналот дегенерира во постојан потенцијал со нулта амплитуда. Затоа, кодот AMI бара дополнително подобрување, иако задачата е поедноставена - останува само да се справиме со секвенците од нули.

Општо земено, за различни комбинации на битови на линија, користењето на кодот AMI резултира со потесен спектар на сигнал од NRZ кодот, а со тоа и повисок пропусниот опсеглинии. На пример, кога се пренесуваат наизменични и нули, основниот хармоник fo има фреквенција од N/4 Hz. Кодот AMI, исто така, обезбедува одредени можности за препознавање на погрешни сигнали. Така, прекршувањето на строгата алтернација на поларитет на сигналот укажува на лажен пулс или исчезнување на правилен пулс од линијата. Се нарекува сигнал со погрешен поларитет забранет сигнал (прекршување на сигналот).

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

Потенцијален код со инверзија на едно

Има код сличен на AMI, но со само две нивоа на сигнал. При пренесување на нула, тој го пренесува потенцијалот што бил поставен во претходниот циклус (односно, не го менува), а кога се пренесува еден, потенцијалот се превртува на спротивниот. Овој код се нарекува потенцијален код со инверзија на едно

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво 139

(Не враќање на нула со оние превртени, NRZI).Оваа шифра е погодна во случаи кога употребата на трето ниво на сигнал е крајно непожелно, на пример во оптички кабли, каде што постојано се препознаваат две состојби на сигнал - светлина и темнина. Два методи се користат за подобрување на потенцијалните кодови како AMI и NRZI. Првиот метод се заснова на додавање на вишок битови кои содржат логички во изворниот код. Очигледно, во овој случај, долгите секвенци од нули се прекинуваат и кодот станува самосинхронизиран за сите пренесени податоци. Константната компонента исто така исчезнува, што значи дека спектарот на сигналот се стеснува уште повеќе. Но, овој метод го намалува корисниот капацитет на линијата, бидејќи не се носат вишок единици на кориснички информации. Друг метод се заснова на прелиминарно „мешање“ на првичните информации, така што веројатноста за појава на единици и нули на линијата станува блиска. Се повикуваат уредите или блоковите кои вршат таква операција скамблери(преплет - депонија, неуредно склопување). Кога се меша, се користи добро познат алгоритам, така што примачот, откако добил бинарни податоци, ги пренесува на дескрамблер,кој ја враќа оригиналната секвенца на битови. Во овој случај, вишокот битови не се пренесуваат преку линијата. И двата методи се однесуваат на логично наместо физичко кодирање, бидејќи тие не го одредуваат обликот на сигналите на линијата. Тие се подетално проучени во следниот дел.

Биполарен пулсен код

Покрај потенцијалните кодови, пулсните кодови се користат и во мрежите, кога податоците се претставени со целосен импулс или дел од него - раб. Наједноставниот случај на овој пристап е биполарен пулсен код,во кој еден е претставен со пулс со еден поларитет, а нула со друг (сл. 2.16, V).Секој пулс трае половина отчук. Таквиот код има одлични својства за самосинхронизирање, 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. Така, 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.

Шифра на Манчестер

ВО локални мрежиДо неодамна, најчестиот метод за кодирање беше т.н Шифра на Манчестер(Сл. 2.16, г). Се користи во технологиите Ethernet и Token Ring.

Кодот на Манчестер користи потенцијална разлика, односно работ на пулсот, за да ги шифрира единиците и нулите. Со кодирањето Манчестер, секоја мерка е поделена на два дела. Информациите се кодирани со потенцијални падови што се случуваат во средината на секој такт. Еден е кодиран со раб од ниско ниво на сигнал до високо, а нулата е кодирана со обратен раб. На почетокот на секој циклус на часовник, може да се појави пад на надземниот сигнал ако треба да претставите неколку единици или нули по ред. Со оглед на тоа што сигналот се менува барем еднаш по такт за пренос на еден бит податоци, кодот од Манчестер има добар

140 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци _____________________________________________

самосинхронизирачки својства. Пропусниот опсег на кодот Манчестер е потесен од оној на биполарниот пулс. Исто така, нема DC компонента, а основниот 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 еднаква на N / 2 Hz, како AMI или NRZ Во просек, пропусниот опсег на кодот од Манчестер е еден и пол пати потесен од оној на биполарниот пулсен код, а фундаменталниот хармоник флуктуира околу вредноста 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 оној од Манчестер користи две.

Потенцијален код 2B1Q

На сл. 2.16, гпокажува потенцијален код со четири нивоа на сигнал за кодирање на податоци. Ова е кодот 2В1Кчие име ја рефлектира неговата суштина - на секои два бита (2B) се пренесуваат во еден такт со сигнал со четири состојби (1Q). Парот битови 00 одговара на потенцијал од -2,5 V, парот битови 01 одговара на потенцијалот од -0,833 V, парот I одговара на потенцијалот од +0,833 V, а парот 10 одговара на потенцијалот од +2,5 V. Со ова кодирање метод, потребни се дополнителни мерки за борба против долгите секвенци на идентични парови на битови, бидејќи во овој случај сигналот се претвора во постојана компонента. Со случајно преплетување на битови, спектарот на сигналот е двојно потесен од оној на кодот NRZ, бидејќи со иста брзина на битови, времетраењето на часовникот 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 да се имплементира, моќноста на предавателот мора да биде поголема, така што четирите нивоа јасно се разликуваат од страна на приемникот во однос на позадината на пречки.

2.2.3. Логичко кодирање

Логичкото кодирање се користи за подобрување на потенцијалните кодови како AMI, NRZI или 2Q1B. Логичкото кодирање мора да ги замени долгите низи од битови кои водат до постојан потенцијал со прошарани. Како што е наведено погоре, логичното кодирање се карактеризира со два методи - вишок кодови и мешање.

Излишни кодови

Излишни кодовисе засноваат на кршење на оригиналната секвенца на битови на парчиња, често наречени симболи. Секој оригинален знак потоа се заменува со нов кој има повеќе битови од оригиналот. На пример, логичкиот код 4V/5V што се користи во технологиите FDDI и Fast Ethernet ги заменува оригиналните 4-битни симболи со 5-битни симболи. Бидејќи добиените симболи содржат вишок битови, вкупниот број на комбинации на битови во нив е поголем отколку во оригиналните. Така, во кодот 4B/5B, добиените симболи може да содржат 32 битни комбинации, додека оригиналните симболи содржат само 16. Затоа, во добиениот код, можете да изберете 16 такви комбинации кои не содржат голем број нули, и брои го остатокот забранети кодови (прекршување на кодот).Покрај елиминирањето на константната компонента и давањето својства за самосинхронизирање на кодот, вишокот кодови овозможуваат

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво 141

ресиверот може да ги препознае оштетените битови. Ако ресиверот добие нелегален код, тоа значи дека сигналот е искривен на линијата.

Кореспонденцијата помеѓу изворните и резултатските кодови 4B/5B е претставена подолу.

Кодот 4B/5B потоа се пренесува преку линијата користејќи физичко кодирање користејќи еден од потенцијалните методи за кодирање, кој е чувствителен само на долги секвенци од нули. Симболите на кодот 4B/5B, долги 5 бита, гарантираат дека без разлика како се комбинираат, повеќе од три нули по ред не можат да се појават на линијата.

Буквата Б во името на кодот значи дека елементарниот сигнал има 2 состојби - од англискиот бинарен - бинарен. Постојат и шифри со три сигнални состојби, на пример, во кодот 8B/6T, за кодирање на 8 бита изворни информации, се користи код од 6 сигнали, од кои секоја има три состојби. Вишокот на кодот 8B/6T е поголем од оној на кодот 4B/5B, бидејќи за 256 изворни кодови има 3 6 =729 добиени симболи.

Користењето на табела за пребарување е многу едноставна операција, така што овој пристап не додава сложеност на мрежните адаптери и интерфејс блоковите на прекинувачи и рутери.

За да се обезбеди даден капацитет на линијата, предавателот што користи вишок код мора да работи со зголемена фреквенција на часовникот. Значи, за пренос на кодови од 4B/5B со брзина од 100 Mb/s, предавателот мора да работи со фреквенција на часовникот од 125 MHz. Во овој случај, спектарот на сигналот на линијата се проширува во споредба со случајот кога чист, неизлишен код се пренесува долж линијата. Сепак, спектарот на вишокот потенцијален код се покажува дека е потесен од спектарот на кодот Манчестер, што ја оправдува дополнителната фаза на логично кодирање, како и работата на приемникот и предавателот со зголемена фреквенција на часовникот.

Се мешаат

Мешањето на податоците со скромлер пред да се пренесат на линијата користејќи потенцијален код е уште еден начин на логично кодирање.

Методите на гребење се состојат од битови пресметка на добиениот код врз основа на битовите изворен коди добиените битови на кодот примени во претходните такт циклуси. На пример, scrambler може да ја имплементира следната врска:

Би - Аи 8 Би-з ф Би. 5 ,

каде bi е бинарната цифра на добиениот код примен во i-тиот циклус на такт на преклопувачот, ai е бинарна цифра од изворниот код добиен во i-тиот часовник на

142 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

Влез на скромблерот, B^3 и B t .5 - бинарни цифри на добиениот код добиен во претходните циклуси на преклопувачот, соодветно 3 и 5 циклуси на часовник порано од тековниот циклус на такт, 0 - ексклузивна операција ИЛИ (модуло за додавање 2) .

На пример, за оригиналната секвенца 110110000001, преклопувачот ќе го даде следниов код за резултат:

bi = ai - 1 (првите три цифри од добиениот код ќе се совпаднат со оригиналниот, бидејќи сè уште нема потребни претходни цифри)

Така, излезот од скромлерот ќе биде секвенцата 110001101111, која не ја содржи низата од шест нули присутни во изворниот код.

По добивањето на добиената секвенца, приемникот ја пренесува до дескрамблерот, кој ја враќа оригиналната низа врз основа на инверзната врска:

Различните алгоритми за мешање се разликуваат по бројот на поими што ја даваат добиената цифра на кодот и поместувањето помеѓу поимите. Значи, во ISDN мрежиПри пренос на податоци од мрежата на претплатник се користи трансформација со поместувања од 5 и 23 позиции, а при пренос на податоци од претплатник на мрежата се користи трансформација со поместувања од 18 и 23 позиции.

Има повеќе едноставни методиборбени секвенци на единици, исто така класифицирани како гребење.

За да се подобри биполарниот AMI код, се користат два методи, базирани на вештачко искривување на низата нули со нелегални знаци.

На сл. Слика 2.17 ја прикажува употребата на методот B8ZS (Биполарна со замена од 8 нули) и методот HDB3 (Биполарно 3-Нули со висока густина) за прилагодување на AMI кодот. Изворниот код се состои од две долги секвенци на нули: во првиот случај - од 8, а во вториот - од 5.

Кодот B8ZS ги коригира само секвенците што се состојат од 8 нули. За да го направите ова, по првите три нули, наместо преостанатите пет нули, тој вметнува пет цифри: V-1*-0-V-1*. V овде означува единичен сигнал кој е забранет за даден циклус на поларитет, односно сигнал кој не го менува поларитетот на претходната единица, 1* е единичен сигнал со правилен поларитет, а знакот ѕвездичка го означува тоа

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво 143

Факт е дека во изворниот код во овој циклус немаше единица, туку нула. Како резултат на тоа, при 8 циклуси на часовникот приемникот забележува 2 изобличувања - мала е веројатноста тоа да се случило поради бучава на линијата или други дефекти на преносот. Затоа, примачот смета дека таквите прекршувања се кодирање од 8 последователни нули и, по приемот, ги заменува со оригиналните 8 нули. Кодот B8ZS е конструиран на таков начин што неговата константна компонента е нула за која било низа од бинарни цифри.

Кодот HDB3 ги коригира сите четири последователни нули во оригиналната низа. Правилата за генерирање на кодот HDB3 се посложени од кодот B8ZS. Секои четири нули се заменуваат со четири сигнали, во кои има еден сигнал V. За да се потисне DC компонентата, поларитетот на сигналот V се менува во последователни замени. Дополнително, за замена се користат два шеми на кодови со четири циклуси. Ако пред замената изворниот код содржел непарен број на единици, тогаш се користи секвенцата на OOOV, а ако бројот на е парен, се користи низата 1*OOV.

Подобрените кандидатски кодови имаат прилично тесен опсег за сите секвенци од единици и нули што се појавуваат во пренесените податоци. На сл. Слика 2.18 ги прикажува спектрите на сигнали од различни кодови добиени при пренос на произволни податоци, во кои различни комбинации на нули и единици во изворниот код се подеднакво веројатни. При исцртување на графиконите, спектарот беше просечен за сите можни групи на почетни секвенци. Секако, добиените кодови може да имаат различна дистрибуција на нули и единици. Од Сл. 2.18 покажува дека потенцијалниот NRZ код има добар спектар со еден недостаток - има постојана компонента. Кодовите добиени од потенцијалот со логичко кодирање имаат потесен спектар од Манчестер, дури и при зголемена фреквенција на часовникот (на сликата, спектарот на кодот 4B/5B приближно треба да се совпадне со кодот B8ZS, но тој е поместен

144 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

до регионот на повисоки фреквенции, бидејќи неговата фреквенција на часовникот е зголемена за 1/4 во споредба со другите кодови). Ова ја објаснува употребата на потенцијални непотребни и измешани кодови во модерни технологии, како FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN итн. наместо кодирање на Манчестер и биполарно пулс.

2.2.4. Дискретна модулација на аналогни сигнали

Еден од главните трендови во развојот на мрежните технологии е преносот на дискретни и аналогни податоци во една мрежа. Извори на дискретни податоци се компјутерите и другите компјутерски уреди, а извори на аналогни податоци се уредите како што се телефони, видео камери, опрема за аудио и видео репродукција. Во раните фази на решавање на овој проблем во територијалните мрежи, сите видови податоци се пренесуваа во аналогна форма, додека компјутерските податоци кои беа дискретни по природа беа претворени во аналогна форма со помош на модеми.

Меѓутоа, како што се развиваше технологијата за собирање и пренос на аналогни податоци, стана јасно дека нивното пренесување во аналогна форма не го подобрува квалитетот на податоците добиени на другиот крај на линијата, доколку тие беа значително искривени за време на преносот. Самиот аналоген сигнал не дава никакви индикации дека настанало изобличување или како да се поправи, бидејќи обликот на сигналот може да биде кој било, вклучувајќи го и оној што го детектира приемникот. Подобрувањето на квалитетот на линиите, особено на територијалните, бара огромни напори и инвестиции. Затоа, аналогната технологија за снимање и пренос на звук и слики е заменета со дигитална технологија. Оваа техника користи таканаречена дискретна модулација на оригинални временски континуирани аналогни процеси.

Дискретните методи на модулација се засноваат на земање примероци од континуирани процеси и во амплитуда и во време (сл. 2.19). Ајде да ги погледнеме принципите на модулација на искра користејќи пример Модулација на импулсен код, PCM (Модулација на импулсна амплитуда, PAM),кој е широко користен во дигиталната телефонија.

Амплитудата на првобитната континуирана функција се мери со даден период - поради тоа, дискретизацијата настанува во времето. Потоа секое мерење е претставено како бинарен број на одредена длабочина на бит, што значи дискретизација по функционални вредности - континуиран сет на можни вредности на амплитудата се заменува со дискретно множество од неговите вредности. Се нарекува уред кој врши слична функција аналогно-дигитален конвертор (ADC).По ова, мерењата се пренесуваат преку каналите за комуникација во форма на низа од единици и нули. Во овој случај, се користат истите методи за кодирање како и во случај на пренос на првично дискретни информации, односно, на пример, методи базирани на кодот B8ZS или 2B1Q.

На приемната страна на линијата, шифрите се претвораат во оригиналната секвенца на битови и се нарекува специјална опрема дигитално-аналоген конвертор (DAC),ги демодулира дигитализираните амплитуди на континуиран сигнал, враќајќи ја оригиналната функција на континуирано време.

Дискретната модулација се заснова на Теорија на мапирање Никвист-Котелников.Според оваа теорија, аналогна континуирана функција дадена како низа од нејзините временски-дискретни вредности може точно да се реконструира ако стапката на земање примероци била два или повеќе пати повисока од фреквенцијата на највисокиот хармоничен спектар на оригиналната функција.

Ако овој услов не е исполнет, тогаш обновената функција значително ќе се разликува од оригиналната.

Предноста на дигиталните методи за снимање, репродукција и пренос на аналогни информации е способноста да се контролира точноста на податоците што се читаат од медиум или се добиваат преку комуникациска линија. За да го направите ова, можете да ги користите истите методи што се користат за компјутерски податоци (и подетално се дискутирани подолу), - пресметување контролна сума, реемитување на искривени рамки, примена на самопоправливи кодови.

За висококвалитетен пренос на глас, методот PCM користи фреквенција на квантизација на амплитудата на звучните вибрации од 8000 Hz. Тоа се должи на фактот што во аналогната телефонија за пренос на глас беше избран опсегот од 300 до 3400 Hz, кој со доволен квалитет ги пренесува сите основни хармоници на соговорниците. Според Теорема Никвист-Котелтковза висококвалитетен пренос на глас

146 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

доволно е да се избере фреквенција на земање примероци што е двојно поголема од највисоката хармоника на континуираниот сигнал, односно 2 x 3400 = 6800 Hz. Вистински избраната стапка на земање примероци од 8000 Hz обезбедува одредена маргина на квалитет. Методот PCM обично користи 7 или 8 бита код за да ја претстави амплитудата на еден примерок. Според тоа, ова дава 127 или 256 градации на звучниот сигнал, што е сосема доволно за висококвалитетен пренос на глас. Кога се користи методот PCM, еден гласовен канал бара пропусната моќ од 56 или 64 Kbps, во зависност од тоа со колку битови е претставен секој примерок. Доколку се користи за овие цели

7 бита, а потоа со мерна фреквенција на пренос од 8000 Hz добиваме:

8000 x 7 = 56000 bps или 56 Kbps; и за случајот со 8 бита:

8000 x 8 - 64000 bps или 64 kbps.

Стандард е дигитален канал 64 Kbps, исто така наречени елементарен канал на дигитални телефонски мрежи.

Преносот на континуиран сигнал во дискретна форма бара мрежите строго да се придржуваат до временски интервал од 125 μs (што одговара на фреквенција на земање примероци од 8000 Hz) помеѓу соседните мерења, односно бара синхрони пренос на податоци помеѓу мрежните јазли. Доколку не се одржува синхронизацијата на мерењата што пристигнуваат, оригиналниот сигнал се враќа погрешно, што доведува до нарушување на гласот, сликата или други мултимедијални информации пренесени преку дигитални мрежи. Така, изобличувањето на синхронизацијата од 10 ms може да доведе до ефект на „ехо“, а промените помеѓу мерењата од 200 ms доведуваат до губење на препознавањето на изговорените зборови. Во исто време, губењето на едно мерење, додека се одржува синхроничност помеѓу другите мерења, практично нема никакво влијание врз репродуцираниот звук. Ова се случува поради уредите за измазнување во дигитално-аналогни конвертори, кои се засноваат на својството на инерција на кој било физички сигнал - амплитудата на звучните вибрации не може веднаш да се промени за голема количина.

На квалитетот на сигналот по DAC влијае не само синхронизмот на мерењата што пристигнуваат на неговиот влез, туку и грешката при земање примероци на амплитудите на овие мерења.

8 од теоремата Никвист-Котелников претпоставува дека амплитудите на функцијата се мерат точно, во исто време, употребата на бинарни броеви со ограничен бит капацитет за нивно складирање донекаде ги искривува овие амплитуди. Соодветно на тоа, реконструираниот континуиран сигнал е искривен, што се нарекува бучава за земање примероци (во амплитуда).

Постојат и други техники за дискретна модулација кои можат да претставуваат гласовни мерења во покомпактна форма, како што е низа од 4-битни или 2-битни броеви. Во овој случај, еден гласовен канал бара помал пропусен опсег, на пример 32 Kbps, 16 Kbps или уште помалку. Од 1985 година, се користи стандард за гласовно кодирање CCITT наречен Адаптивна модулација на диференцијален пулсен код (ADPCM). Кодовите на ADPCM се засноваат на пронаоѓање на разликите помеѓу последователните гласовни мерења, кои потоа се пренесуваат преку мрежата. ADPCM кодот користи 4 бита за складирање на една разлика и пренесува глас со брзина од 32 Kbps. Повеќе модерен методЛинеарно предвидливо кодирање (LPC) поретко ја зема оригиналната функција, но користи методи за предвидување на насоката на промената на амплитудата на сигналот. Користејќи го овој метод, можете да ја намалите брзината на пренос на глас на 9600 bps.

2.2. Методи за пренос на дискретни податоци на физичко ниво 147

Континуираните податоци презентирани во дигитална форма може лесно да се пренесат преку компјутерска мрежа. За да го направите ова, доволно е да поставите неколку мерења во рамка на некоја стандардна мрежна технологија, да ја дадете рамката со точната адреса на дестинацијата и да ја испратите до примачот. Примачот мора да извлече мерења од рамката и да ги достави на фреквенција на квантизација (за глас - на фреквенција од 8000 Hz) до дигитално-аналоген конвертор. Како што пристигнуваат следните рамки со гласовни мерења, операцијата мора да се повтори. Ако кадрите пристигнуваат доволно синхроно, квалитетот на гласот може да биде доста висок. Сепак, како што веќе знаеме, рамки во компјутерските мрежи може да се одложат и во крајните јазли (додека чекаат пристап до споделениот медиум) и во средните комуникациски уреди - мостови, прекинувачи и рутери. Затоа, квалитетот на гласот кога се пренесува дигитално преку компјутерски мрежиобично ниско. За висококвалитетен пренос на дигитализирани континуирани сигнали - глас, слика - денес се користат специјални дигитални мрежи, како што се ISDN, ATM и дигитална телевизија. Сепак, за пренос на внатре-корпоративни телефонски разговориДенес, типични се мрежите за рамковно реле, чии доцнења на преносот на рамката се во прифатливи граници.

2.2.5. Асинхрони и синхрони пренос

При размена на податоци на физичкиот слој, единицата на информации е малку, така што физичкиот слој секогаш одржува бит-синхронизација помеѓу приемникот и предавателот.

Слојот за поврзување работи на рамки со податоци и обезбедува синхронизација на ниво на рамка помеѓу приемникот и предавателот. Одговорностите на приемникот вклучуваат препознавање на почетокот на првиот бајт од рамката, препознавање на границите на полињата на рамката и препознавање на крајот на рамката.

Обично, доволно е да се обезбеди синхронизација на овие две нивоа - бит и рамка - за да може предавателот и примачот да обезбедат стабилна размена на информации. Меѓутоа, кога лош квалитетКомуникациските линии (обично ова се однесува на телефонски канали) за да се намалат трошоците за опремата и да се зголеми веродостојноста на преносот на податоци, воведуваат дополнителни средства за синхронизација на ниво на бајт.

Овој начин на работа се нарекува асинхрониили старт-стоп.Друга причина за користење на овој начин на работа е присуството на уреди кои генерираат бајти податоци по случаен момент. Така функционира тастатурата на дисплејот или друг терминален уред, од кој едно лице внесува податоци за обработка на компјутер.

Во асинхрониот режим, секој бајт на податоци е придружен со специјални сигнали „старт“ и „стоп“ (Сл. 2.20, А).Целта на овие сигнали е, прво, да го известат примачот за пристигнувањето на податоците и, второ, да му дадат доволно време на примачот да изврши некои функции поврзани со синхронизацијата пред да пристигне следниот бајт. Сигналот за почеток има времетраење од еден такт интервал, а сигналот за стоп може да трае еден, еден и пол или два тактови, така што се вели дека еден, еден и пол или два бита се користат како сигнал за стоп , иако овие сигнали не претставуваат кориснички битови.

Опишаниот режим се нарекува асинхрон бидејќи секој бајт може малку да се помести во времето во однос на бит-тактовите од претходниот

148 Поглавје 2 Основи на дискретен пренос на податоци

бајт. Овој асинхрон пренос на бајти не влијае на исправноста на примените податоци, бидејќи на почетокот на секој бајт се јавува дополнителна синхронизација на приемникот со изворот поради битовите „старт“. Повеќе „лабави“ временски толеранции ја одредуваат ниската цена на асинхроната системска опрема.

Во режимот на синхроно пренос, нема битови за почеток-стоп помеѓу секој пар бајти. Корисничките податоци се собираат во рамка, на која и претходат бајти за синхронизација (Сл. 2.20, б).Бајт за синхронизација е бајт што содржи познат код, како што е 0111110, кој го известува примачот за пристигнувањето на податочна рамка. Откако ќе го прими, примачот мора да внесе синхронизација на бајти со предавателот, односно правилно да го разбере почетокот на следниот бајт на рамката. Понекогаш се користат повеќе синхронизирани бајти за да се обезбеди посигурна синхронизација помеѓу приемникот и предавателот. Бидејќи при пренос на долга рамка, приемникот може да има проблеми со синхронизацијата на битови, во овој случај се користат самосинхронизирани кодови.

» При пренос на дискретни податоци преку теснопојасен говорно-фреквентен канал што се користи во телефонијата, најсоодветни методи се аналогната модулација, во која синусоидот на носителот се модулира со оригиналната низа на бинарни цифри. Оваа операција ја вршат специјални уреди - модеми.

* За пренос на податоци со мала брзина, се применува промена на фреквенцијата на синусоидот на носачот. Модемите со поголема брзина работат користејќи комбинирани методи на квадратна амплитудна модулација (QAM), кои се карактеризираат со 4 нивоа на синусоидна амплитуда на носителот и 8 нивоа на фаза. Не се користат сите можни 32 комбинации на методот QAM за пренос на податоци; забранетите комбинации овозможуваат препознавање на искривени податоци на физичко ниво.

* На широкопојасните комуникациски канали се користат методи за кодирање на потенцијалот и пулсот, во кои податоците се претставени со различни нивоа на постојан сигнален потенцијал или поларитети на пулсот или неговиот преден дел.

* При користење на потенцијални кодови, задачата за синхронизирање на приемникот со предавателот е од особено значење, бидејќи при пренос на долги секвенци од нули или единици, сигналот на влезот на приемникот не се менува и на приемникот му е тешко да го одреди моментот на подигање на следниот податочен бит.

___________________________________________2.3. Методи за пренос на слој на податочна врска _______149

* Наједноставниот потенцијален код е кодот кој не се враќа на нула (NRZ), но тој не се само-клокира и произведува DC компонента.

» Најпопуларниот пулсен код е кодот Манчестер, во кој информациите се пренесуваат според насоката на падот на сигналот во средината на секој такт. Кодот на Манчестер се користи во технологиите за етернет и токен прстен.

» За да се подобрат својствата на потенцијалниот NRZ код, се користат логички техники за кодирање кои елиминираат долги секвенци од нули. Овие методи се засноваат на:

За воведување на вишок битови во изворните податоци (шифри од типот 4B/5B);

Скримирање на изворни податоци (шифри од типот 2B1Q).

» Подобрените потенцијални кодови имаат потесен спектар од импулсните кодови, па затоа се користат во технологии со голема брзина како FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Физичкислојот се занимава со реалниот пренос на необработени битови

канал за комуникација.

Преносот на податоци во компјутерските мрежи од еден компјутер на друг се врши последователно, малку по малку. Физички, податочните битови се пренесуваат преку податочни врски во форма на аналогни или дигитални сигнали.

Множеството средства (комуникациски линии, опрема за пренос на податоци и прием) што се користат за пренос на податоци во компјутерските мрежи се нарекува канал за пренос на податоци. Во зависност од формата на пренесените информации, каналите за пренос на податоци можат да се поделат на аналогни (континуирани) и дигитални (дискретни).

Бидејќи опремата за пренос и прием на податоци работи со податоци во дискретна форма (т.е., дискретните електрични сигнали одговараат на единици и нули на податоци), кога се пренесуваат преку аналоген канал, потребна е конверзија на дискретни податоци во аналогни (модулација).

При примање на такви аналогни податоци, потребна е инверзна конверзија - демодулација. Модулација/демодулација – процеси на конверзија дигитални информациина аналогни сигнали и обратно. За време на модулацијата, информациите се претставени со синусоидален сигнал на фреквенцијата што каналот за пренос на податоци добро ја пренесува.

Методите на модулација вклучуваат:

· амплитудна модулација;

· модулација на фреквенција;

· фазна модулација.

Кога се пренесуваат дискретни сигнали преку дигитален податочен канал, се користи кодирање:

· потенцијал;

· пулсирачки.

Така, на каналите се применува потенцијално или импулсно кодирање Висок квалитет, а модулацијата заснована на синусоидни сигнали се претпочита во случаи кога каналот внесува силни изобличувања во пренесените сигнали.

Обично се користи модулација во глобалните мрежипри пренос на податоци преку аналогни телефонски линии, кои се дизајнирани да пренесуваат глас во аналогна форма и затоа не се добро прилагодени за директен пренос на импулси.

Во зависност од методите на синхронизација, каналите за пренос на податоци компјутерски мрежиможе да се подели на синхрони и асинхрони. Синхронизацијата е неопходна така што јазолот за испраќање податоци може да пренесе одреден сигнал до јазолот што прима, така што јазолот што прима знае кога да почне да прима дојдовни податоци.

Синхрониот пренос на податоци бара дополнителна комуникациска линија за пренос на такт пулсирањата. Преносот на битови од страна на предавателската станица и нивниот прием од станицата за примање се врши во моментите на појава на такт пулсирања.

За асинхрон пренос на податоци, не е потребна дополнителна комуникациска линија. Во овој случај, преносот на податоци се врши во блокови со фиксна должина (бајти). Синхронизацијата се врши со дополнителни битови (почетни битови и битови за прекин), кои се пренесуваат пред и по пренесениот бајт.

При размена на податоци помеѓу јазли на компјутерска мрежа, се користат три методи за пренос на податоци:

симплекс (еднонасочен) пренос (телевизија, радио);

полу-дуплекс (приемот/преносот на информации се врши наизменично);

дуплекс (двонасочен), секој јазол истовремено пренесува и прима податоци (на пример, телефонски разговори).

	\|	следно предавање ==>

При пренос на дискретни податоци преку комуникациски канали, се користат два главни типа на физичко кодирање - врз основасинусоидален носечки сигнал и врз основа на низа правоаголни импулси. Првиот метод често се нарекува модулацијаили 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.

Во моментов, сè повеќе, податоците што првично беа во аналогна форма - говор, телевизиски слики - 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.Термините „модулација“ и „кодирање“ често се користат наизменично.

На дигитално кодирањеПотенцијалните и импулсните шифри се користат за дискретни информации. Во потенцијалните кодови, само потенцијалната вредност на сигналот се користи за претставување на логички и нули, а неговите падови, кои формираат целосни импулси, не се земаат предвид. Импулсните кодови ви дозволуваат да ги претставите бинарните податоци или како импулси со одреден поларитет или како дел од пулсот - потенцијален пад во одредена насока.

Кога се користат правоаголни импулси за пренос на дискретни информации, неопходно е да се избере метод на кодирање кој истовремено би постигнал неколку цели: да има најмала ширина на спектарот на добиениот сигнал со иста брзина на битови; обезбедена синхронизација помеѓу предавателот и приемникот;

Поседувал способност за препознавање грешки; имаше ниска продажна цена.

Мрежите користат т.н само-синхронизирачки кодови,чии сигнали носат инструкции за предавателот во кој момент е потребно да се препознае следниот бит (или неколку бита, ако кодот е фокусиран на повеќе од две состојби на сигнал). Секоја остра промена на сигналот - таканаречениот раб - може да послужи како добар показател за синхронизирање на приемникот со предавателот. Препознавањето и корекцијата на искривените податоци е тешко да се изврши со помош на средства од физичкиот слој, па најчесто оваа работа ја преземаат протоколите што лежат погоре: канал, мрежа, транспорт или апликација. Од друга страна, препознавањето грешки на физичко ниво заштедува време, бидејќи ресиверот не чека рамката целосно да се смести во баферот, туку ја отфрла веднаш по поставувањето. познавање на погрешни битови во рамката.

Потенцијален код без враќање на нула, метод на потенцијално кодирање, исто така наречен кодирање без враќање на нула (Не Врати се до Нула, NRZ). Презимето го одразува фактот дека кога се пренесува низа од единици, сигналот не се враќа на нула за време на циклусот на часовникот (како што ќе видиме подолу, во други методи за кодирање се јавува враќање на нула во овој случај). Методот NRZ е едноставен за имплементација, има добро препознавање на грешки (поради два остро различни потенцијали), но нема својство на 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 моментите во времето кога е неопходно повторно да се прочитаат податоците. Дури и со генератор на часовник со висока прецизност, приемникот може да направи грешка со моментот на собирање податоци, бидејќи фреквенциите на двата генератори никогаш не се целосно идентични. Затоа, при високи стапки на податоци и долги секвенци од единици или нули, малото несовпаѓање на часовникот може да доведе до грешка на цел циклус на часовникот и, соодветно, до читање на погрешна бит вредност.

Биполарен метод на кодирање со алтернативна инверзија. Една од модификациите на методот NRZ е биполарно кодирање со алтернативна инверзија (Биполарно Алтернативен Означи Инверзија, АМИ). Овој метод користи три потенцијални нивоа - негативно, нула и позитивно. За шифрирање на логичка нула, се користи нулта потенцијал, а логичкиот е кодиран или со позитивен или негативен потенцијал, при што потенцијалот на секоја нова единица е спротивен на потенцијалот на претходната. Така, прекршувањето на строгата алтернација на поларитет на сигналот укажува на лажен пулс или исчезнување на правилен пулс од линијата. Се нарекува сигнал со погрешен поларитет забранет сигнал (сигнал повреда). Кодот AMI користи не две, туку три нивоа на сигнал на линијата. Дополнителниот слој бара зголемување на моќноста на предавателот од приближно 3 dB за да се обезбеди иста верност на битови на линијата, што е вообичаен недостаток на кодовите со повеќе состојби на сигналот во споредба со кодовите што разликуваат само две состојби.

Потенцијален код со инверзија на едно. Има код сличен на AMI, но со само две нивоа на сигнал. При пренесување на нула, тој го пренесува потенцијалот што бил поставен во претходниот циклус (односно, не го менува), а кога се пренесува еден, потенцијалот се превртува на спротивниот. Овој код се нарекува потенцијален код со инверзија на едно (Не Врати се до Нула со оние Превртена, NRZI). Оваа шифра е погодна во случаи кога употребата на трето ниво на сигнал е крајно непожелно, на пример во оптички кабли, каде што стабилно се препознаваат две сигнални состојби - светлина и темнина.

Биполарен пулсен кодПокрај потенцијалните кодови, пулсните кодови се користат и во мрежите, кога податоците се претставени со целосен пулс или дел од него - предниот дел. Наједноставниот случај на овој пристап е биполарен пулсен код,во кој еден е претставен со пулс со еден поларитет, а нула со друг . Секој пулс трае половина отчук. Таквиот код има одлични својства за самосинхронизирање, 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. Така, кога се пренесуваат сите нули или единици, фреквенцијата на основниот хармоник на кодот ќе биде еднаква на NHz, што е два пати повисока од основната хармоника на кодот NRZ и четири пати поголема од основната хармоника на кодот AMI кога пренесувајќи наизменични и нули. Поради преширокиот спектар, биполарниот пулсен код ретко се користи.

Шифра на Манчестер.Во локалните мрежи, до неодамна, најчестиот метод за кодирање беше т.н Шифра на Манчестер.Се користи во технологиите Ethernet и TokenRing. Кодот на Манчестер користи потенцијална разлика, односно работ на пулсот, за да ги шифрира единиците и нулите. Со кодирањето Манчестер, секоја мерка е поделена на два дела. Информациите се кодирани со потенцијални падови што се случуваат во средината на секој такт. Единицата е кодирана со раб од ниско ниво на сигнал до високо, а нулата е кодирана со обратен раб. На почетокот на секој циклус на часовник, може да се појави пад на надземниот 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 Манчестер има добри својства за самосинхронизација. Пропусниот опсег на кодот Манчестер е потесен од оној на биполарниот пулс. Во просек, пропусниот опсег на кодот од Манчестер е еден и пол пати потесен од оној на биполарниот пулсен код, а фундаменталниот хармоник флуктуира околу вредноста 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, а Манчестер користи две.

Потенцијален код 2B 1Q. Потенцијален код со четири нивоа на сигнал за кодирање на податоци. Ова е кодот 2 ВО 1П, чие име ја рефлектира неговата суштина - на секои два бита (2B) се пренесуваат во еден такт со сигнал со четири состојби (1Q). Парот на битови 00 одговара на потенцијал од -2,5V, парот битови 01 одговара на потенцијалот од -0,833V, парот 11 одговара на потенцијалот од +0,833V, а парот 10 одговара на потенцијалот од +2,5V. Со овој метод на кодирање, потребни се дополнителни мерки за справување со долги секвенци од идентични парови на битови, бидејќи во овој случај сигналот се претвора во постојана компонента. Со случајна алтернација на битови, спектарот на сигналот е двојно потесен од оној на кодот NRZ, бидејќи со истата брзина на битови, времетраењето на тактот се удвојува. Така, користејќи го кодот 2B 1Q, можете да пренесувате податоци преку иста линија двапати побрзо отколку со користење на кодот AMI или NRZI. Меѓутоа, за да се имплементира, моќноста на предавателот мора да биде поголема, така што четирите нивоа јасно се разликуваат од страна на приемникот во однос на позадината на пречки.

Логичко кодирањеЛогичкото кодирање се користи за подобрување на потенцијалните кодови како што се AMI, NRZI или 2Q.1B. Логичкото кодирање мора да ги замени долгите низи од битови кои водат до постојан потенцијал со прошарани. Како што е наведено погоре, логичкото кодирање се карактеризира со два методи -. излишни кодови и мешање.

За да се обезбеди даден капацитет на линијата, предавателот што користи вишок код мора да работи со зголемена фреквенција на часовникот. Значи, за пренос на шифри од 4V/5V со брзина од 100 Mb/s, предавателот мора да работи со фреквенција на часовникот од 125 MHz. Во овој случај, спектарот на сигналот на линијата се проширува во споредба со случајот кога чист, неизлишен код се пренесува долж линијата. Сепак, спектарот на вишокот потенцијален код се покажува дека е потесен од спектарот на кодот Манчестер, што ја оправдува дополнителната фаза на логично кодирање, како и работата на приемникот и предавателот со зголемена фреквенција на часовникот.

Се мешаат. Мешањето на податоците со скромлер пред да се пренесат на линијата користејќи потенцијален код е уште еден начин на логично кодирање. Методите на мешање вклучуваат бит-по-бит пресметка на добиениот код врз основа на битовите од изворниот код и битовите од добиениот код добиени во претходните такт циклуси. На пример, scrambler може да ја имплементира следната врска:

Асинхрони и синхрони пренос

При размена на податоци на физичкиот слој, единицата на информации е малку, така што физичкиот слој секогаш одржува бит-синхронизација помеѓу приемникот и предавателот. Обично, доволно е да се обезбеди синхронизација на овие две нивоа - бит и рамка - за да може предавателот и примачот да обезбедат стабилна размена на информации. Меѓутоа, кога квалитетот на комуникациската линија е слаб (обично ова се однесува на телефонските канали за бирање телефони), се воведуваат дополнителни средства за синхронизација на ниво на бајти за да се намалат трошоците за опремата и да се зголеми веродостојноста на преносот на податоци.

Овој начин на работа се нарекува асинхрониили старт-стоп.Во асинхрониот режим, секој бајт на податоци е придружен со специјални сигнали за почеток и стоп. Целта на овие сигнали е, прво, да го известат примачот за пристигнувањето на податоците и, второ, да му дадат доволно време на примачот да изврши некои функции поврзани со синхронизацијата пред да пристигне следниот бајт. Сигналот за почеток има времетраење од еден такт интервал, а сигналот за стоп може да трае еден, еден и пол или два тактови, така што се вели дека еден, еден и пол или два бита се користат како сигнал за стоп , иако овие сигнали не претставуваат кориснички битови.

Во режимот на синхроно пренос, нема битови за почеток-стоп помеѓу секој пар бајти. заклучоци

Кога се пренесуваат дискретни податоци преку теснопојасниот канал со гласовна фреквенција што се користи во телефонијата, најсоодветни методи се аналогната модулација, во која синусоидот на носителот се модулира со оригиналната низа на бинарни цифри. Оваа операција ја вршат специјални уреди - модеми.

За пренос на податоци со мала брзина, се користи промена на фреквенцијата на синусоидот на носачот. Модемите со поголема брзина работат со комбинирани методи на квадратна амплитудна модулација (QAM), која се карактеризира со 4 нивоа на носечка синусоидна амплитуда и 8 нивоа на фаза. Не се користат сите можни 32 комбинации на методот QAM за пренос на податоци; забранетите комбинации овозможуваат препознавање на оштетените податоци на физичко ниво.

На широкопојасните комуникациски канали, се користат методи за кодирање на потенцијалот и пулсот, во кои податоците се претставени со различни нивоа на постојан сигнален потенцијал или пулсни поларитети или неговиотнапред.

При користење на потенцијални кодови, задачата за синхронизирање на приемникот со предавателот станува од особена важност, бидејќи при пренос на долги секвенци од нули или единици, сигналот на влезот на приемникот не се менува и на приемникот му е тешко да го одреди моментот на подигање на следниот податочен бит.

Наједноставниот потенцијален код е кодот кој не се враќа на нула (NRZ), но тој не се само-клокира и произведува DC компонента.

Најпопуларниот пулсен код е кодот Манчестер, во кој информациите се пренесуваат според насоката на падот на сигналот во средината на секој такт. Кодот Манчестер се користи во технологиите Ethernet и TokenRing.

За да се подобрат својствата на потенцијалниот NRZ код, се користат логички методи за кодирање кои елиминираат долги секвенци од нули. Овие методи се засноваат на:

За воведување на вишок битови во изворните податоци (шифри од типот 4B/5B);

Скримбирање на изворни податоци (шифри како 2B 1Q).

Подобрените потенцијални кодови имаат потесен спектар од импулсните кодови, па затоа се користат во технологии со голема брзина како FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.

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 канали со тесен фреквентен опсег, чиј типичен претставник е гласовниот фреквентен канал што им се дава на корисниците на јавните телефонски мрежи. Типичен амплитудно-фреквентен одговор на каналот 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 што ги извршува функциите на носечка синусоидна модулација на предавателната страна и демодулација на страната примач се нарекува модем (модулатор - демодулатор).
Аналогни методи на модулација
Аналогната модулација е метод на физичко кодирање во кој информациите се кодираат со менување на амплитудата, фреквенцијата или фазата на синусоидалниот носител сигнал.
Дијаграмот (сл. 2.13, а) покажува низа од битови од оригиналната 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), едно ниво на амплитудата на синусоидот на носечката фреквенција се избира за логичка единица, а друго за логичка нула. 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 на изворните 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.
Со фазна модулација, вредностите на податоците 0 и 1 одговараат на сигнали со иста фреквенција, но со различни фази, на пример 0 и 180 степени или 0,90,180 и 270 степени.
Модемите со голема брзина често користат комбинирани методи на модулација, обично амплитуда во комбинација со фаза.
Кога користите правоаголни импулси за пренос на дискретни информации, неопходно е да се избере метод на кодирање кој истовремено постигнува неколку цели:
· ја имаше најмалата ширина на спектарот на добиениот сигнал со иста брзина на битови;
· обезбедена синхронизација помеѓу предавателот и приемникот;
· имаше способност да препознава грешки;
· имаше ниска цена на продажба.
Потесниот спектар на сигнали овозможува една иста линија (со ист пропусен опсег) да постигне повисока стапка на пренос на податоци. Покрај тоа, често се бара спектарот на сигналот да нема DC компонента, односно присуство на DC струја помеѓу предавателот и приемникот. Особено, употребата на различни кола за галванска изолација на трансформаторот го спречува преминувањето на директна струја.
Неопходна 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 изврши со помош на средства од физичкиот слој, па најчесто оваа работа ја преземаат протоколите што лежат погоре: канал, мрежа, транспорт или апликација. Од друга страна, препознавањето на грешки во физичкиот слој заштедува време, бидејќи приемникот не чека рамката целосно да се смести во баферот, туку веднаш ја отфрла кога ќе препознае погрешни битови во рамката.
Барањата за методите за кодирање се меѓусебно контрадикторни, затоа секој од популарните методи за дигитално кодирање дискутирани подолу има свои предности и недостатоци во споредба со другите.