Acasă › Sfat › Metode de transmitere a informaţiei la nivel fizic. Prelegeri Rețele de calculatoare. Nivelul fizic. Comunicații cu microunde

Metode de transmitere a informaţiei la nivel fizic. Prelegeri Rețele de calculatoare. Nivelul fizic. Comunicații cu microunde

2 Funcții ale stratului fizic Reprezentarea biților prin semnale electrice/optice Codificarea biților Sincronizarea biților Transmiterea/recepția biților pe canalele de comunicație fizică Coordonare cu mediul fizic Viteza de transmisie Interval Niveluri de semnal, conectori În toate dispozitivele de rețea Implementare hardware (adaptoare de rețea) ) Exemplu: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohmi, 100 m, 10 Mbit/s, cod MII, RJ-45

5 Echipament de transmisie a datelor Convertor Mesaj - El. Codificator de semnal (compresie, coduri de corecție) Modulator Echipament intermediar Îmbunătățirea calității comunicației - (Amplificator) Crearea unui canal compus - (Comutator) Multiplexare canale - (Multiplexor) (PA poate fi absent într-o rețea LAN)

6 Principalele caracteristici ale liniilor de comunicație Debit (protocol) Fiabilitatea transmisiei de date (protocol) Întârziere de propagare Răspuns amplitudine-frecvență (AFC) Atenuare lățime de bandă Imunitate la zgomot Diafonie la capătul apropiat al liniei Cost unitar

9 Atenuare A – un punct pe răspunsul în frecvență A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin deciBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin deciBel (dB) q Exemplul 1: Pin = 10 mW , Pout =5 mW Atenuare = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Exemplul 2: UTP cat 5 Atenuare >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M De obicei este indicat A pentru frecvența fundamentală a semnalului = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M De obicei, A este indicat pentru frecvența semnalului principal">

11 Imunitate la zgomot Linii de fibră optică Linii de cablu Linii aeriene cablate Linii radio (Ecranare, răsucire) Imunitate la interferențe externe Imunitate la interferențe interne Atenuare a diafoniei la capătul apropiat (NEXT) Atenuarea diafoniei la capătul îndepărtat (FEXT) (FEXT - Două perechi într-o direcție )

12 Near End Cross Talk Pierde – NEXT Pentru cabluri cu mai multe perechi NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Fiabilitatea transmisiei datelor Rata de eroare – BER Probabilitatea coruperii biților de date Cauze: interferențe externe și interne, lățime de bandă îngustă Luptă: creșterea imunității la zgomot, reducerea interferențelor NEXT, extinderea lățimii de bandă Pereche răsucită BER ~ Cablu fibră optică BER ~ Fără mijloace suplimentare de protecție :: coduri corective, protocoale cu repetare

16 Pereche răsucită Pereche răsucită (TP) Ecran de folie Ecran de sârmă împletită Înveliș exterior de sârmă izolată UTP Pereche răsucită neecranată categoria 1, perechi UTP Cat în manta Tipuri de perechi răsucite ecranate STP Tip 1...9 Fiecare pereche are propriul ecran Fiecare pereche are propriul pas răsturnări, propria ta culoare Imunitate la zgomot Cost Complexitatea așezării

18 Fibră optică Reflexia internă totală a unui fascicul la interfața a două medii n1 > n2 - (indice de refracție) n1 n2 n2 - (indice de refracție) n1 n2"> n2 - (indice de refracție) n1 n2"> n2 - (indice de refracție) n1 n2" title="18 Fibră optică Reflexia internă totală a unui fascicul la limita a două media n1 > n2 - (indicele de refracție) n1 n2"> title="18 Fibră optică Reflexia internă totală a unui fascicul la interfața a două medii n1 > n2 - (indice de refracție) n1 n2"> !}

22 Cablu fibră optică 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 (2005) MMSM

23 Surse de semnal optic Canal: sursă - purtătoare - receptor (detector) Surse LED (Light Emitting Diode) nm sursă incoerentă - MMF Sursă coerentă laser semiconductor - SMF - Putere = f (t o) Detectoare Fotodiode, diode cu pini, diode avalanșă

25 Sistem de cablare structurată – SCS First LAN – diverse cabluriși topologii Unificarea sistemului de cablu SCS - infrastructură deschisă de cablu LAN (subsisteme, componente, interfețe) - independență față de tehnologie de rețea- Cabluri LAN, TV, sisteme de securitate etc. - cablare universală fără referire la o anumită tehnologie de rețea - Constructor

27 Standarde SCS (de bază) EIA/TIA-568A Standard de cablare pentru telecomunicații pentru clădiri comerciale (SUA) CENELEC EN50173 Cerințe de performanță ale schemelor generice de cablare (Europa) ISO/IEC IS Tehnologia informației - Cablare generică pentru cablarea sediului clientului Pentru fiecare subsistem: Mediu de transmisie a datelor . Topologie Distanţe admisibile (lungimi de cablu) Interfaţă de conectare utilizator. Cabluri și echipamente de conectare. Debit (performanță). Practică de instalare (Subsistem orizontal - UTP, stea, 100 m...)

28 Comunicații fără fir Transmisie fără fir Avantaje: confort, zone inaccesibile, mobilitate. implementare rapidă... Dezavantaje: nivel ridicat de interferență ( mijloace speciale: coduri, modulaţie...), complexitatea utilizării unor game Linie de comunicaţie: emiţător - mediu - receptor Caracteristici LAN ~ F(Δf, fн);

34 2. Telefonie celulară Împărțirea teritoriului în celule Reutilizarea frecvențelor Putere redusă (dimensiuni) În centru - stație de bază Europa - Sistem global pentru mobil - GSM Wireless comunicatii telefonice 1. Stație radio de putere redusă - (bază receptor, 300 m) DECT Digital European Cordless Telecommunication Roaming - comutare de la unul rețea centrală la celălalt - baza comunicatii celulare

35 Conexiune prin satelit Bazat pe un satelit (reflector-amplificator) Transceiver - transpondere H~50 MHz (1 satelit ~ 20 transpondere) Game de frecvență: C. Ku, Ka C - Down 3,7 - 4,2 GHz Up 5,925-6,425 GHz Ku - Down 11,7- 12,2 GHz în sus 14,0-14,5 GHz Ka - în jos 17,7-21,7 GHz în sus 27,5-30,5 GHz

36 Comunicații prin satelit. Tipuri de sateliți Comunicații prin satelit: microunde - linie de vedere Geostaționar Acoperire mare Fix, uzură redusă Satelit repetitor, difuzare, cost redus, costul nu depinde de distanță, Stabilirea conexiunii instantanee (Mil) Tz=300ms Securitate scăzută, Antenă mare inițial (dar VSAT) Sistem de poziționare globală cu kilometri pe orbită medie GPS - 24 de sateliți Pe orbită joasă km acoperire scăzută latență redusă acces la Internet

40 Tehnici Spread Spectrum Tehnici speciale de modulare și codare pentru comunicații fără fir C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Reducerea puterii Imunitate la zgomot Stealth OFDM, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

La transmiterea datelor discrete pe canalele de comunicație, sunt utilizate două tipuri principale de codare fizică - bazată pe un semnal purtător sinusoidal și pe o secvență de impulsuri dreptunghiulare. Prima metodă este adesea numită modulare sau modulație analogică, subliniind faptul că codificarea se realizează prin modificarea parametrilor semnalului analogic. A doua metodă este de obicei numită codificare digitală. Aceste metode diferă prin lățimea spectrului semnalului rezultat și complexitatea echipamentului necesar pentru implementarea lor.

Când se utilizează impulsuri dreptunghiulare, spectrul semnalului rezultat este foarte larg. Acest lucru nu este surprinzător dacă ne amintim că spectrul unui impuls ideal are o lățime infinită. Utilizarea unei unde sinusoidale are ca rezultat un spectru de lățime mult mai mică la aceeași rată de transfer de informații. Cu toate acestea, pentru a implementa modulația sinusoidală, este nevoie de echipamente mai complexe și mai costisitoare decât pentru a implementa impulsuri dreptunghiulare.

În prezent, din ce în ce mai mult, datele care au fost inițial în formă analogică - vorbire, imagini de televiziune - sunt transmise pe canalele de comunicație în formă discretă, adică ca o secvență de unu și zero. Procesul de reprezentare a informațiilor analogice în formă discretă se numește modulație discretă. Termenii „modulare” și „codare” sunt adesea folosiți interschimbabil.

2.2.1. Modulație analogică

Modulația analogică este utilizată pentru a transmite date discrete pe canale cu o bandă de frecvență îngustă, un reprezentant tipic al căruia este canal vocal, puse la dispoziția utilizatorilor rețelelor publice de telefonie. Un răspuns tipic de amplitudine-frecvență al unui canal de frecvență vocală este prezentat în Fig. 2.12. Acest canal transmite frecvențe în intervalul de la 300 la 3400 Hz, deci lățimea de bandă este de 3100 Hz. Deși vocea umană are o gamă mult mai largă - de la aproximativ 100 Hz la 10 kHz - pentru o calitate acceptabilă a vorbirii, gama de 3100 Hz este o soluție bună. Limitarea strictă a lățimii de bandă a canalului de voce este asociată cu utilizarea echipamentelor de multiplexare și comutare de canale în rețelele de telefonie.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete către nivel fizic 133

Un dispozitiv care îndeplinește funcțiile de modulare sinusoidală purtătoare pe partea de transmisie și demodulare pe partea de recepție se numește modem(modulator-demodulator).

Metode de modulație analogică

Modulația analogică este o metodă de codare fizică în care informațiile sunt codificate prin modificarea amplitudinii, frecvenței sau fazei unui semnal sinusoidal. frecvență purtătoare. Principalele metode de modulare analogică sunt prezentate în Fig. 2.13. Pe diagramă (Fig. 2.13, A) arată o secvență de biți de informație sursă, reprezentată de potențiale de nivel înalt pentru unul logic și un potențial de nivel zero pentru zero logic. Această metodă de codificare se numește cod potențial, care este adesea folosit la transferul de date între blocuri de computer.

La modulație de amplitudine(Fig. 2.13, 6) pentru o unitate logică este selectat un nivel al amplitudinii sinusoidei frecvenței purtătoare, iar pentru un zero logic - altul. Această metodă este rareori folosită în forma sa pură în practică, datorită imunității scăzute la zgomot, dar este adesea folosită în combinație cu un alt tip de modulație - modulația de fază.

La modulația de frecvență (Fig. 2.13, c) valorile 0 și 1 ale datelor sursă sunt transmise de sinusoide cu frecvențe diferite - fo și fi. Această metodă de modulație nu necesită circuite complexe în modemuri și este utilizată în mod obișnuit în modemurile cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1200 bps.

La modularea fazei(Fig. 2.13, d) valorile datelor 0 și 1 corespund semnalelor de aceeași frecvență, dar cu faze diferite, de exemplu 0 și 180 de grade sau 0,90, 180 și 270 de grade.

Modemurile de mare viteză folosesc adesea metode combinate de modulare, de obicei amplitudine combinată cu fază.

Capitolul 2. Bazele transferului de date discrete

Spectru de semnal modulat

Spectrul semnalului modulat rezultat depinde de tipul de modulație și de rata de modulație, adică de rata de biți dorită a informațiilor originale.

Să luăm în considerare mai întâi spectrul semnalului în timpul codificării potențiale. Fie unul logic să fie codificat cu un potențial pozitiv, iar un zero logic cu un potențial negativ de aceeași mărime. Pentru a simplifica calculele, presupunem că informațiile sunt transmise constând dintr-o succesiune infinită de unu și zero alternativ, așa cum se arată în Fig. 2.13, A. Rețineți că, în acest caz, valorile baud și biți pe secundă sunt aceleași.

Pentru codificarea potențială, spectrul este obținut direct din formulele Fourier pentru funcția periodică. Dacă datele discrete sunt transmise la o rată de biți de N biți/s, atunci spectrul constă dintr-o componentă constantă de frecvență zero și o serie infinită de armonici cu frecvențele fo, 3fo, 5fo, 7fo,..., unde fo = N /2. Amplitudinile acestor armonici scad destul de lent - cu coeficienți de 1/3, 1/5,1/7,... din amplitudinea armonicii fo (Fig. 2.14, A). Ca rezultat, spectrul de cod potențial necesită o lățime de bandă largă pentru o transmisie de înaltă calitate. În plus, trebuie să țineți cont de faptul că, în realitate, spectrul de semnal se schimbă constant în funcție de ce date sunt transmise prin linia de comunicație. De exemplu, transmiterea unei secvențe lungi de zerouri sau unu mută spectrul în lateral frecvente joase, iar în cazul extrem, când datele transmise sunt formate doar din unu (sau numai zerouri), spectrul este format dintr-o armonică de frecvență zero. La transmiterea unora și zerouri alternative, nu există o componentă constantă. Prin urmare, spectrul semnalului de cod potențial rezultat la transmiterea de date arbitrare ocupă o bandă de la o anumită valoare apropiată de 0 Hz până la aproximativ 7fo (armonicele cu frecvențe peste 7fo pot fi neglijate datorită contribuției lor mici la semnalul rezultat). Pentru un canal de frecvență vocală, limita superioară pentru codificare potențială este atinsă pentru o rată de date de 971 bps, iar limita inferioară este inacceptabilă pentru orice viteză, deoarece lățimea de bandă a canalului începe de la 300 Hz. Ca rezultat, codurile potențiale de pe canalele vocale nu sunt niciodată folosite.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 135

Cu modulația de amplitudine, spectrul este format dintr-o sinusoidă a frecvenței purtătoare f c și două armonice laterale: (f c + f m) și (f c - f m), unde f m este frecvența de modificare a parametrului informațional al sinusoidei, care coincide cu rata de transmisie a datelor atunci când se utilizează două niveluri de amplitudine (Fig. 2.14, 6). Frecvența f m determină capacitatea liniei la aceasta metoda codificare. La o frecvență de modulație mică, lățimea spectrului de semnal va fi, de asemenea, mică (egale cu 2f m), astfel încât semnalele nu vor fi distorsionate de linie dacă lățimea de bandă a acesteia este mai mare sau egală cu 2f m. Pentru un canal de frecvență vocală, această metodă de modulare este acceptabilă la o rată de transfer de date de cel mult 3100/2=1550 bps. Dacă sunt utilizate 4 niveluri de amplitudine pentru a prezenta datele, atunci capacitatea canalului crește la 3100 bps.

Cu modulația de fază și frecvență, spectrul semnalului este mai complex decât cu modulația de amplitudine, deoarece aici se formează mai mult de două armonici laterale, dar sunt și situate simetric față de frecvența purtătoarei principale, iar amplitudinile lor scad rapid. Prin urmare, aceste tipuri de modulație sunt, de asemenea, potrivite pentru transmisia de date pe un canal de voce.

Pentru a crește rata de transfer de date, sunt utilizate metode de modulare combinate. Cele mai comune metode sunt modulația de amplitudine în cuadratura (QAM). Aceste metode se bazează pe o combinație de modulare de fază cu 8 valori de defazare și modulare de amplitudine cu 4 niveluri de amplitudine. Cu toate acestea, dintre cele 32 de combinații de semnale posibile, nu toate sunt folosite. De exemplu, în coduri Spalier Doar 6, 7 sau 8 combinații sunt permise pentru a reprezenta datele originale, iar combinațiile rămase sunt interzise. O astfel de redundanță de codare este necesară pentru ca modemul să recunoască semnalele eronate rezultate din distorsiunile datorate interferențelor, care pe canalele telefonice, în special cele de linie telefonică, sunt foarte semnificative ca amplitudine și lungi în timp.

2.2.2. Codare digitală

La codificarea digitală a informațiilor discrete, se folosesc coduri de potențial și impuls.

În codurile potențiale, doar valoarea potențială a semnalului este folosită pentru a reprezenta cele și zerouri logice, iar picăturile sale, care formează impulsuri complete, nu sunt luate în considerare. Codurile de impulsuri vă permit să reprezentați date binare fie ca impulsuri cu o anumită polaritate, fie ca parte a unui impuls - o diferență de potențial într-o anumită direcție.

Cerințe pentru metodele de codare digitală

Atunci când utilizați impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să alegeți o metodă de codare care atinge simultan mai multe obiective:

La aceeași rată de biți, avea cea mai mică lățime de spectru a semnalului rezultat;

Sincronizare asigurată între emițător și receptor;

Posedă capacitatea de a recunoaște greșelile;

A avut un cost redus de implementare.

136 Capitolul 2 Elementele de bază ale transferului de date discrete

Un spectru mai restrâns de semnale permite uneia și aceleiași linii (cu aceeași lățime de bandă) să obțină o rată de transfer de date mai mare. În plus, spectrul semnalului este adesea supus cerinței că nu există o componentă constantă, adică prezența curent continuuîntre emițător și receptor. În special, utilizarea diferitelor circuite transformatoare izolare galvanicăîmpiedică trecerea curentului continuu.

Sincronizarea emițătorului și receptorului este necesară pentru ca receptorul să știe exact în ce moment este necesar să citească informații noi de pe linia de comunicație. Această problemă este mai dificil de rezolvat în rețele decât atunci când se schimbă date între dispozitive aflate în apropiere, de exemplu, între unitățile din interiorul unui computer sau între un computer și o imprimantă. Pe distante scurte O schemă bazată pe o linie de comunicație separată a ceasului funcționează bine (Fig. 2.15), astfel încât informațiile sunt eliminate din linia de date numai în momentul în care sosește pulsul ceasului. În rețele, utilizarea acestei scheme provoacă dificultăți din cauza eterogenității caracteristicilor conductoarelor din cabluri. Pe distanțe mari, viteza neuniformă de propagare a semnalului poate face ca pulsul de ceas să ajungă atât de târziu sau înaintea semnalului de date corespunzător încât bitul de date este sărit sau citit din nou. Un alt motiv pentru care rețelele refuză să folosească impulsuri de ceas este acela de a salva conductorii în cabluri scumpe.

Prin urmare, rețelele folosesc așa-numitele coduri de auto-sincronizare, ale căror semnale poartă instrucțiuni pentru transmițător în ce moment în timp este necesar să recunoască următorul bit (sau mai mulți biți, dacă codul este concentrat pe mai mult de două stări de semnal). Orice schimbare bruscă a semnalului - așa-numita margine - poate servi ca un bun indiciu pentru sincronizarea receptorului cu transmițătorul.

Când se utilizează sinusoide ca semnal purtător, codul rezultat are proprietatea de auto-sincronizare, deoarece modificarea amplitudinii frecvenței purtătoare permite receptorului să determine momentul în care apare codul de intrare.

Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate este dificil de realizat folosind mijloace ale stratului fizic, așa că cel mai adesea această muncă este întreprinsă de protocoalele care se află mai sus: canal, rețea, transport sau aplicație. Pe de altă parte, recunoașterea erorilor la nivelul fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă ca cadrul să fie complet plasat în buffer, ci îl renunță imediat când recunoaște biți eronați în cadrul cadru.

Cerințele pentru metodele de codificare sunt reciproc contradictorii, prin urmare fiecare dintre metodele de codificare digitală populare discutate mai jos are propriile avantaje și dezavantaje în comparație cu altele.

______________________________2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic _______137

Cod potențial fără a reveni la zero

În fig. 2.16, și arată metoda de codificare potențială menționată anterior, numită și codificare fără a reveni la zero (Non Return to Zero, NRZ). Numele de familie reflectă faptul că la transmiterea unei secvențe de unități, semnalul nu revine la zero în timpul ciclului de ceas (cum vom vedea mai jos, în alte metode de codificare are loc o revenire la zero în acest caz). Metoda NRZ este ușor de implementat, are o recunoaștere bună a erorilor (datorită a două potențiale puternic diferite), dar nu are proprietatea de auto-sincronizare. La transmiterea unei secvențe lungi de unu sau zero, semnalul pe linie nu se modifică, astfel încât receptorul nu poate determina din semnalul de intrare momentele în timp în care este necesară citirea din nou a datelor. Chiar și cu un generator de ceas de înaltă precizie, receptorul poate face o greșeală cu momentul colectării datelor, deoarece frecvențele celor două generatoare nu sunt niciodată complet identice. Prin urmare, la rate mari de date și secvențe lungi de unu sau zero, o nepotrivire mică a ceasului poate duce la o eroare a unui întreg ciclu de ceas și, în consecință, la citirea unei valori incorecte a biților.

Un alt dezavantaj serios al metodei NRZ este prezența unei componente de joasă frecvență care se apropie de zero atunci când transmit secvențe lungi de unu sau zero. Din această cauză, multe canale de comunicare nu oferă

138 Capitolul 2 Bazele transferului de date discrete

Cele care asigură o conexiune galvanică directă între receptor și sursă nu suportă acest tip de codare. Drept urmare, codul NRZ în forma sa pură nu este utilizat în rețele. Cu toate acestea, sunt utilizate diversele sale modificări, care elimină atât autosincronizarea slabă a codului NRZ, cât și prezența unei componente constante. Atractivitatea codului NRZ, care merită îmbunătățirea acestuia, este frecvența fundamentală destul de scăzută fo, care este egală cu N/2 Hz, așa cum a fost arătat în secțiunea anterioară. În alte metode de codificare, cum ar fi Manchester, armonica fundamentală are o frecvență mai mare.

Metoda de codare bipolară cu inversare alternativă

Una dintre modificările metodei NRZ este metoda codificare bipolară cu inversare alternativă (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI).În această metodă (Fig. 2.16, 6) Sunt utilizate trei niveluri potențiale - negativ, zero și pozitiv. Pentru a codifica un zero logic, se folosește un potențial zero, iar unul logic este codificat fie de un potențial pozitiv, fie de unul negativ, potențialul fiecărei unități noi fiind opus potențialului precedent.

Codul AMI elimină parțial DC și lipsa problemelor de auto-sincronizare inerente codului NRZ. Acest lucru se întâmplă la transmiterea unor secvențe lungi. În aceste cazuri, semnalul pe linie este o secvență de impulsuri polarizate opus cu același spectru ca și codul NRZ, care transmit alternativ zero și unu, adică fără componentă constantă și cu o armonică fundamentală de N/2 Hz (unde N este rata de biți a transferului de date). Secvențele lungi de zerouri sunt la fel de periculoase pentru codul AMI ca și pentru codul NRZ - semnalul degenerează într-un potențial constant de amplitudine zero. Prin urmare, codul AMI necesită îmbunătățiri suplimentare, deși sarcina este simplificată - tot ce rămâne este să se ocupe de secvențe de zerouri.

În general, pentru diferite combinații de biți pe o linie, utilizarea codului AMI are ca rezultat un spectru de semnal mai îngust decât codul NRZ și, prin urmare, mai mare lățime de bandă linii. De exemplu, la transmiterea alternantelor unu și zero, armonica fundamentală fo are o frecvență de N/4 Hz. Codul AMI oferă, de asemenea, unele capacități pentru recunoașterea semnalelor eronate. Astfel, o încălcare a alternanței stricte a polarității semnalului indică un impuls fals sau dispariția unui impuls corect din linie. Se numește un semnal cu polaritate incorectă un semnal interzis (încălcarea semnalului).

Codul AMI folosește nu două, ci trei niveluri de semnal pe linie. Stratul suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului de aproximativ 3 dB pentru a oferi aceeași fidelitate a biților pe linie, ceea ce este un dezavantaj comun al codurilor cu stări multiple de semnal în comparație cu codurile care disting doar două stări.

Cod potențial cu inversare la unu

Există un cod similar cu AMI, dar cu doar două niveluri de semnal. La transmiterea unui zero, transmite potențialul care a fost setat în ciclul anterior (adică nu îl modifică), iar la transmiterea unui unu, potențialul este inversat la cel opus. Acest cod este numit cod potențial cu inversare la unu

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 139

(Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI). Acest cod este convenabil în cazurile în care utilizarea unui al treilea nivel de semnal este extrem de nedorită, de exemplu în cablurile optice, în care două stări de semnal sunt recunoscute în mod constant - lumină și întuneric. Două metode sunt utilizate pentru a îmbunătăți codurile potențiale precum AMI și NRZI. Prima metodă se bazează pe adăugarea de biți redundanți care conțin logici la codul sursă. Evident, în acest caz, secvențele lungi de zerouri sunt întrerupte și codul devine auto-sincronizant pentru orice date transmise. De asemenea, componenta constantă dispare, ceea ce înseamnă că spectrul semnalului se îngustează și mai mult. Dar această metodă reduce capacitatea utilă a liniei, deoarece unitățile redundante de informații despre utilizator nu sunt transportate. O altă metodă se bazează pe „amestecarea” preliminară a informațiilor inițiale, astfel încât probabilitatea de apariție a unor și zerouri pe linie să devină apropiată. Sunt apelate dispozitivele sau blocurile care efectuează o astfel de operație scramblers(scramble - groapa, asamblare dezordonată). La codificare, se folosește un algoritm binecunoscut, astfel încât receptorul, după ce a primit date binare, le transmite către descifrator, care restabilește secvența inițială de biți. În acest caz, biții în exces nu sunt transmiși pe linie. Ambele metode se referă mai degrabă la codificare logică decât fizică, deoarece ele nu determină forma semnalelor pe linie. Ele sunt studiate mai detaliat în secțiunea următoare.

Cod puls bipolar

În plus față de codurile potențiale, codurile de impuls sunt, de asemenea, utilizate în rețele, atunci când datele sunt reprezentate de un impuls complet sau o parte din acesta - o margine. Cel mai simplu caz al acestei abordări este codul pulsului bipolar,în care unul este reprezentat printr-un impuls de o polaritate, iar zero prin alta (Fig. 2.16, V). Fiecare puls durează o jumătate de bătaie. Un astfel de cod are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar o componentă constantă poate fi prezentă, de exemplu, atunci când se transmite o secvență lungă de unu sau zero. În plus, spectrul său este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Astfel, la transmiterea tuturor zerourilor sau unuurilor, frecvența armonicii fundamentale a codului va fi egală cu N Hz, care este de două ori mai mare decât armonica fundamentală a codului NRZ și de patru ori mai mare decât armonica fundamentală a codului AMI. la transmiterea alternante a unor şi zerouri. Datorită spectrului prea larg, codul pulsului bipolar este rar folosit.

Codul Manchester

ÎN rețele locale Până de curând, cea mai comună metodă de codare era așa-numita Codul Manchester(Fig. 2.16, d). Este folosit în tehnologiile Ethernet și Token Ring.

Codul Manchester folosește o diferență de potențial, adică marginea unui impuls, pentru a codifica unii și zerourile. Cu codificarea Manchester, fiecare măsură este împărțită în două părți. Informațiile sunt codificate de potențiale scăderi care apar la mijlocul fiecărui ciclu de ceas. Unul este codificat de o margine de la un nivel de semnal scăzut la unul ridicat, iar un zero este codificat de o margine inversă. La începutul fiecărui ciclu de ceas, poate apărea o scădere a semnalului superior dacă trebuie să reprezentați mai multe uni sau zerouri la rând. Deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe ciclu de ceas de transmitere a unui bit de date, codul Manchester este bun

140 Capitolul 2 Elementele de bază ale transferului de date discrete _____________________________________________

proprietăți de autosincronizare. Lățimea de bandă a codului Manchester este mai îngustă decât cea a pulsului bipolar. De asemenea, nu are componentă de curent continuu, iar armonica fundamentală în cel mai rău caz (când se transmite o secvență de uni sau zerouri) are o frecvență de N Hz, iar în cel mai bun caz (când se transmite alternant uni și zerouri) este egală cu N / 2 Hz, cum ar fi AMI sau NRZ În medie, lățimea de bandă a codului Manchester este de o ori și jumătate mai îngustă decât cea a codului de impuls bipolar, iar armonica fundamentală fluctuează în jurul valorii de 3N/4. Codul Manchester are un alt avantaj față de codul pulsului bipolar. Acesta din urmă utilizează trei niveluri de semnal pentru transmiterea datelor, în timp ce cel de la Manchester utilizează două.

Cod potențial 2B1Q

În fig. 2.16, d arată un cod potențial cu patru niveluri de semnal pentru codificarea datelor. Acesta este codul 2В1Q al cărui nume reflectă esența sa - fiecare doi biți (2B) sunt transmisi într-un ciclu de ceas de un semnal având patru stări (1Q). Perechea de biți 00 corespunde unui potențial de -2,5 V, perechea de biți 01 corespunde unui potențial de -0,833 V, perechea I corespunde unui potențial de +0,833 V, iar perechea 10 corespunde unui potențial de +2,5 V. Cu această codificare metoda, sunt necesare măsuri suplimentare pentru a combate secvențele lungi de perechi de biți identice, deoarece în acest caz semnalul se transformă într-o componentă constantă. Cu intercalarea aleatorie a biților, spectrul semnalului este de două ori mai îngust decât cel al codului NRZ, deoarece la aceeași rată de biți durata ceasului este dublată. Astfel, folosind codul 2B1Q, puteți transfera date pe aceeași linie de două ori mai rapid decât folosind codul AMI sau NRZI. Cu toate acestea, pentru a o implementa, puterea emițătorului trebuie să fie mai mare, astfel încât cele patru niveluri să fie clar distinse de receptor pe fundalul interferenței.

2.2.3. Codare logica

Codarea logică este utilizată pentru a îmbunătăți codurile potențiale precum AMI, NRZI sau 2Q1B. Codarea logică trebuie să înlocuiască secvențele lungi de biți care conduc la un potențial constant cu unele intercalate. După cum sa menționat mai sus, codarea logică este caracterizată prin două metode - coduri redundante și codare.

Coduri redundante

Coduri redundante se bazează pe împărțirea secvenței inițiale de biți în bucăți, adesea numite simboluri. Fiecare caracter original este apoi înlocuit cu unul nou care are mai mulți biți decât originalul. De exemplu, codul logic 4V/5V utilizat în tehnologiile FDDI și Fast Ethernet înlocuiește simbolurile originale pe 4 biți cu simboluri pe 5 biți. Deoarece simbolurile rezultate conțin biți redundanți, numărul total de combinații de biți din ele este mai mare decât în cele originale. Astfel, într-un cod 4B/5B, simbolurile rezultate pot conține combinații de 32 de biți, în timp ce simbolurile originale conțin doar 16. Prin urmare, în codul rezultat, puteți selecta 16 astfel de combinații care nu conțin un număr mare de zerouri, și numără restul coduri interzise (încălcarea codului). Pe lângă eliminarea componentei constante și conferirea proprietăților de auto-sincronizare codului, codurile redundante permit

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 141

receptorul poate recunoaște biții corupti. Dacă receptorul primește un cod ilegal, înseamnă că semnalul a fost distorsionat pe linie.

Corespondența dintre codurile sursă și rezultatul 4B/5B este prezentată mai jos.

Codul 4B/5B este apoi transmis pe linie folosind codificare fizică folosind una dintre metodele de codificare potențiale, care este sensibilă numai la secvențe lungi de zerouri. Simbolurile codului 4B/5B, lungi de 5 biți, garantează că, indiferent de modul în care sunt combinate, mai mult de trei zerouri la rând nu pot apărea pe linie.

Litera B din numele codului înseamnă că semnalul elementar are 2 stări - din binarul englezesc - binar. Există și coduri cu trei stări de semnal, de exemplu, în codul 8B/6T, pentru a codifica 8 biți de informații sursă, se folosește un cod de 6 semnale, fiecare având trei stări. Redundanța codului 8B/6T este mai mare decât cea a codului 4B/5B, deoarece pentru 256 de coduri sursă există 3 6 =729 simboluri rezultate.

Utilizarea unui tabel de căutare este o operațiune foarte simplă, astfel încât această abordare nu adaugă complexitate adaptoarelor de rețea și blocurilor de interfață ale comutatoarelor și routerelor.

Pentru a asigura o capacitate de linie dată, un transmițător care utilizează un cod redundant trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas crescută. Deci, pentru a transmite coduri 4B/5B la o viteză de 100 Mb/s, emițătorul trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas de 125 MHz. În acest caz, spectrul semnalului de pe linie se extinde în comparație cu cazul în care un cod pur, neredundant este transmis de-a lungul liniei. Cu toate acestea, spectrul codului potențial redundant se dovedește a fi mai îngust decât spectrul codului Manchester, ceea ce justifică etapa suplimentară de codificare logică, precum și funcționarea receptorului și emițătorului la o frecvență de ceas crescută.

Scurtă

Amestecarea datelor cu un codificator înainte de a le trece pe linie folosind un cod potențial este o altă modalitate de codificare logică.

Metodele de amestecare constau în calculul pe biți a codului rezultat pe baza biților cod sursași biții de cod rezultați primiți în ciclurile de ceas anterioare. De exemplu, un scrambler poate implementa următoarea relație:

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

unde bi este cifra binară a codului rezultat primit la i-lea ciclu de ceas al codificatorului, ai este cifra binară a codului sursă primit la i-lea ciclu de ceas la

142 Capitolul 2 Elementele de bază ale transferului de date discrete

intrare scrambler, B^3 și B t .5 - cifre binare ale codului rezultat obținut în ciclurile anterioare ale scrambler-ului, respectiv cu 3 și 5 cicluri de ceas mai devreme decât ciclul curent de ceas, 0 - operație OR exclusivă (adăugare modulo 2) .

De exemplu, pentru secvența originală 110110000001, codificatorul va da următorul cod de rezultat:

bi = ai - 1 (primele trei cifre ale codului rezultat vor coincide cu cel original, deoarece încă nu există cifre anterioare necesare)

Astfel, ieșirea scrambler-ului va fi secvența 110001101111, care nu conține secvența de șase zerouri prezente în codul sursă.

După primirea secvenței rezultate, receptorul o transmite către decriptor, care restabilește secvența originală pe baza relației inverse:

Algoritmii diferiți de amestecare diferă în ceea ce privește numărul de termeni care dau cifra codului rezultat și schimbarea dintre termeni. Deci, în rețele ISDN La transmiterea datelor din rețea către un abonat, se folosește o transformare cu ture de 5 și 23 de poziții, iar la transmiterea datelor de la un abonat către rețea, se folosește o transformare cu ture de 18 și 23 de poziții.

Mai sunt metode simple secvențe de combatere a unităților, clasificate și ca scrabling.

Pentru a îmbunătăți codul Bipolar AMI, sunt utilizate două metode, bazate pe distorsionarea artificială a secvenței de zerouri cu caractere ilegale.

În fig. Figura 2.17 arată utilizarea metodei B8ZS (Bipolar cu 8-Zeros Substitution) și a metodei HDB3 (High-Density Bipolar 3-Zeros) pentru a ajusta codul AMI. Codul sursă este format din două secvențe lungi de zerouri: în primul caz - de la 8, iar în al doilea - de la 5.

Codul B8ZS corectează doar secvențele formate din 8 zerouri. Pentru a face acest lucru, după primele trei zerouri, în locul celor cinci zerouri rămase, el introduce cinci cifre: V-1*-0-V-1*. V desemnează aici un semnal unitar care este interzis pentru un anumit ciclu de polaritate, adică un semnal care nu modifică polaritatea unității anterioare, 1* este un semnal unitar cu polaritatea corectă, iar semnul asterisc marchează că

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 143

Cert este că în codul sursă din acest ciclu nu a existat o unitate, ci un zero. Ca rezultat, la 8 cicluri de ceas, receptorul observă 2 distorsiuni - este foarte puțin probabil ca acest lucru să se fi întâmplat din cauza zgomotului de linie sau a altor erori de transmisie. Prin urmare, receptorul consideră astfel de încălcări ca fiind o codificare a 8 zerouri consecutive și, după recepție, le înlocuiește cu cele 8 zerouri originale. Codul B8ZS este construit în așa fel încât componenta sa constantă să fie zero pentru orice succesiune de cifre binare.

Codul HDB3 corectează oricare patru zerouri consecutive din secvența originală. Regulile pentru generarea codului HDB3 sunt mai complexe decât codul B8ZS. Fiecare patru zerouri sunt înlocuite cu patru semnale, în care există un semnal V. Pentru a suprima componenta DC, polaritatea semnalului V este alternată în înlocuiri succesive. În plus, pentru înlocuire sunt utilizate două modele de coduri cu patru cicluri. Dacă înainte de înlocuire codul sursă conținea un număr impar de uni, atunci se folosește secvența OOOV, iar dacă numărul de unii era par, se folosește secvența 1*OOV.

Codurile candidate îmbunătățite au o lățime de bandă destul de îngustă pentru orice secvențe de unu și zero care apar în datele transmise. În fig. Figura 2.18 prezintă spectrele de semnale ale diferitelor coduri obținute la transmiterea datelor arbitrare, în care sunt la fel de probabile diferite combinații de zerouri și unități din codul sursă. La trasarea graficelor, spectrul a fost mediat pe toate seturile posibile de secvențe inițiale. Desigur, codurile rezultate pot avea o distribuție diferită de zerouri și unități. Din fig. 2.18 arată că potențialul cod NRZ are un spectru bun cu un dezavantaj - are o componentă constantă. Codurile obținute din potențial prin codificare logică au un spectru mai îngust decât Manchester, chiar și la o frecvență de ceas crescută (în figură, spectrul codului 4B/5B ar trebui să coincidă aproximativ cu codul B8ZS, dar este deplasat

144 Capitolul 2 Fundamentele transmisiei de date discrete

în regiunea frecvențelor mai înalte, deoarece frecvența sa de ceas este crescută cu 1/4 față de alte coduri). Aceasta explică utilizarea unor potențiale coduri redundante și amestecate în tehnologii moderne, cum ar fi FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN etc. în loc de codarea Manchester și a impulsurilor bipolare.

2.2.4. Modularea discretă a semnalelor analogice

Una dintre principalele tendințe în dezvoltarea tehnologiilor de rețea este transmiterea atât a datelor discrete, cât și a datelor analogice într-o singură rețea. Sursele de date discrete sunt computerele și alte dispozitive de calcul, iar sursele de date analogice sunt dispozitive precum telefoanele, camerele video, echipamentele de redare audio și video. În primele etape ale rezolvării acestei probleme în rețelele teritoriale, toate tipurile de date erau transmise în formă analogică, în timp ce datele computerizate, care erau de natură discretă, erau convertite în formă analogică folosind modemuri.

Cu toate acestea, pe măsură ce tehnologia de colectare și transmitere a datelor analogice s-a dezvoltat, a devenit clar că transmiterea lor în formă analogică nu îmbunătățește calitatea datelor primite la celălalt capăt al liniei dacă acestea au fost distorsionate semnificativ în timpul transmisiei. Semnalul analogic în sine nu oferă nicio indicație că a avut loc o distorsiune sau cum să o corecteze, deoarece forma semnalului poate fi oricare, inclusiv cea detectată de receptor. Îmbunătățirea calității liniilor, în special a celor teritoriale, necesită efort și investiții enorme. Prin urmare, tehnologia analogică pentru înregistrarea și transmiterea sunetului și imaginilor a fost înlocuită cu tehnologia digitală. Această tehnică folosește așa-numita modulare discretă a proceselor analogice originale în timp continuu.

Metodele de modulație discretă se bazează pe eșantionarea proceselor continue atât în amplitudine, cât și în timp (Fig. 2.19). Să ne uităm la principiile modulării scânteii folosind un exemplu modularea codului de impulsuri, PCM (Pulse Amplitude Modulation, PAM), care este utilizat pe scară largă în telefonia digitală.

Amplitudinea funcției continue originale este măsurată cu o perioadă dată - din această cauză, discretizarea are loc în timp. Apoi fiecare măsurătoare este reprezentată ca un număr binar cu o anumită adâncime de biți, ceea ce înseamnă discretizare prin valorile funcției - un set continuu de valori posibile de amplitudine este înlocuit cu un set discret de valori ale acestuia. Se numește un dispozitiv care îndeplinește o funcție similară convertor analog-digital (ADC). După aceasta, măsurătorile sunt transmise pe canalele de comunicare sub forma unei secvențe de unu și zero. În acest caz, se folosesc aceleași metode de codare ca și în cazul transmiterii informațiilor inițial discrete, adică, de exemplu, metode bazate pe codul B8ZS sau 2B1Q.

Pe partea de recepție a liniei, codurile sunt convertite în secvența de biți originală și echipament special numit convertor digital-analogic (DAC), demodulează amplitudinile digitizate ale unui semnal continuu, restabilind funcția inițială de timp continuu.

Modulația discretă se bazează pe Teoria cartografierii Nyquist-Kotelnikov. Conform acestei teorii, o funcție analogică continuă dată ca o secvență a valorilor sale discrete în timp poate fi reconstruită cu precizie dacă rata de eșantionare a fost de două sau mai multe ori mai mare decât frecvența celui mai înalt spectru armonic al funcției originale.

Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci funcția restaurată va diferi semnificativ de cea inițială.

Avantajul metodelor digitale de înregistrare, reproducere și transmitere a informațiilor analogice este capacitatea de a controla acuratețea datelor citite de pe un mediu sau primite printr-o linie de comunicație. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza aceleași metode care sunt utilizate pentru datele computerizate (și sunt discutate mai detaliat mai jos), - calcularea suma de control, retransmiterea cadrelor distorsionate, aplicarea codurilor autocorectoare.

Pentru transmisia vocală de înaltă calitate, metoda PCM utilizează o frecvență de cuantificare a amplitudinii vibrațiilor sonore de 8000 Hz. Acest lucru se datorează faptului că în telefonia analogică s-a ales pentru transmisia vocală gama de la 300 la 3400 Hz, care transmite toate armonicile de bază ale interlocutorilor cu o calitate suficientă. Conform Teorema Nyquist-Koteltkov pentru transmisie vocală de înaltă calitate

146 Capitolul 2 Elementele de bază ale transferului de date discrete

este suficient să alegeți o frecvență de eșantionare care să fie de două ori cea mai mare armonică a semnalului continuu, adică 2 x 3400 = 6800 Hz. Rata de eșantionare aleasă de fapt de 8000 Hz oferă o anumită marjă de calitate. Metoda PCM utilizează de obicei 7 sau 8 biți de cod pentru a reprezenta amplitudinea unui singur eșantion. În consecință, acest lucru oferă 127 sau 256 de gradări ale semnalului sonor, ceea ce este destul de suficient pentru transmisia vocală de înaltă calitate. Când utilizați metoda PCM, un singur canal de voce necesită un debit de 56 sau 64 Kbps, în funcție de câți biți este reprezentat fiecare probă. Dacă este folosit în aceste scopuri

7 biți, apoi cu o frecvență de transmisie a măsurătorilor de 8000 Hz obținem:

8000 x 7 = 56000 bps sau 56 Kbps; iar pentru cazul celor 8 biți:

8000 x 8 - 64000 bps sau 64 Kbps.

Standard este canal digital 64 Kbps, numit și canal elementar al rețelelor de telefonie digitală.

Transmiterea unui semnal continuu sub formă discretă necesită ca rețelele să respecte cu strictețe un interval de timp de 125 μs (corespunzător unei frecvențe de eșantionare de 8000 Hz) între măsurători adiacente, adică necesită transmiterea sincronă a datelor între nodurile rețelei. Dacă sincronizarea măsurătorilor care sosesc nu este menținută, semnalul original este restabilit incorect, ceea ce duce la distorsiunea vocii, imaginii sau a altor informații multimedia transmise prin rețele digitale. Astfel, o distorsiune a sincronizării de 10 ms poate duce la un efect de „ecou”, iar deplasările între măsurători de 200 ms conduc la pierderea recunoașterii cuvintelor rostite. În același timp, pierderea unei măsurători, menținând în același timp sincronicitatea între celelalte măsurători, nu are practic niciun efect asupra sunetului reprodus. Acest lucru se întâmplă datorită dispozitivelor de netezire din convertoarele digital-analogic, care se bazează pe proprietatea de inerție a oricărui semnal fizic - amplitudinea vibrațiilor sonore nu se poate schimba instantaneu cu o cantitate mare.

Calitatea semnalului după DAC este afectată nu numai de sincronismul măsurătorilor care ajung la intrarea acestuia, ci și de eroarea de eșantionare a amplitudinilor acestor măsurători.

8 din teorema Nyquist-Kotelnikov presupune că amplitudinile funcției sunt măsurate cu acuratețe, în același timp, utilizarea numerelor binare cu o capacitate limitată de biți pentru a le stoca distorsionează oarecum aceste amplitudini. În consecință, semnalul continuu reconstruit este distorsionat, ceea ce se numește zgomot de eșantionare (în amplitudine).

Există și alte tehnici de modulație discretă care pot reprezenta măsurători vocale într-o formă mai compactă, cum ar fi o secvență de numere de 4 biți sau 2 biți. În acest caz, un canal de voce necesită mai puțină lățime de bandă, de exemplu 32 Kbps, 16 Kbps sau chiar mai puțin. Din 1985, a fost utilizat un standard CCITT de codificare vocală numit Modulare Adaptive Differential Pulse Code (ADPCM). Codurile ADPCM se bazează pe găsirea diferențelor dintre măsurătorile vocale succesive, care sunt apoi transmise prin rețea. Codul ADPCM folosește 4 biți pentru a stoca o diferență și transmite voce la 32 Kbps. Mai mult metoda modernă,Linear Predictive Coding (LPC) eșantionează funcția originală, mai rar, dar folosește metode pentru a prezice direcția schimbării amplitudinii semnalului. Folosind această metodă, puteți reduce viteza de transmisie a vocii la 9600 bps.

2.2. Metode de transmitere a datelor discrete la nivel fizic 147

Datele continue prezentate în formă digitală pot fi transmise cu ușurință printr-o rețea de calculatoare. Pentru a face acest lucru, este suficient să plasați mai multe măsurători într-un cadru al unei tehnologii de rețea standard, să furnizați cadrul cu adresa de destinație corectă și să o trimiteți destinatarului. Destinatarul trebuie să extragă măsurătorile din cadru și să le trimită la o frecvență de cuantizare (pentru voce - la o frecvență de 8000 Hz) unui convertor digital-analogic. Pe măsură ce sosesc următoarele cadre cu măsurători vocale, operația trebuie repetată. Dacă cadrele ajung suficient de sincron, calitatea vocii poate fi destul de ridicată. Cu toate acestea, după cum știm deja, cadrele din rețelele de calculatoare pot fi întârziate atât în nodurile finale (în timp ce se așteaptă accesul la mediul partajat), cât și în dispozitivele intermediare de comunicație - poduri, switch-uri și routere. Prin urmare, calitatea vocii atunci când este transmisă digital prin retele de calculatoare de obicei scăzut. Pentru transmisia de înaltă calitate a semnalelor continue digitalizate - voce, imagine - astăzi sunt utilizate rețele digitale speciale, cum ar fi ISDN, ATM și televiziune digitală. Cu toate acestea, pentru transferul intra-corporat convorbiri telefonice Astăzi, rețelele frame relay sunt tipice, ale căror întârzieri de transmisie a cadrelor sunt în limite acceptabile.

2.2.5. Transmisie asincronă și sincronă

La schimbul de date la nivelul fizic, unitatea de informație este un bit, astfel încât stratul fizic menține întotdeauna sincronizarea biților între receptor și transmițător.

Stratul de legătură de date operează pe cadre de date și asigură sincronizarea la nivel de cadru între receptor și transmițător. Responsabilitățile receptorului includ recunoașterea începutului primului octet al cadrului, recunoașterea limitelor câmpurilor cadrului și recunoașterea sfârșitului cadrului.

De obicei este suficient să se asigure sincronizarea la aceste două niveluri – bit și cadru – astfel încât emițătorul și receptorul să poată asigura un schimb stabil de informații. Cu toate acestea, când calitate proastă Liniile de comunicație (de obicei se referă la canalele comutate telefonice) pentru a reduce costul echipamentului și a crește fiabilitatea transmisiei de date introduc mijloace suplimentare de sincronizare la nivel de octet.

Acest mod de operare este numit asincron sau start Stop. Un alt motiv pentru utilizarea acestui mod de operare este prezența dispozitivelor care generează octeți de date în momente aleatorii. Așa funcționează tastatura unui afișaj sau alt dispozitiv terminal, de pe care o persoană introduce date pentru prelucrare de către un computer.

În modul asincron, fiecare octet de date este însoțit de semnale speciale de „pornire” și „oprire” (Fig. 2.20, A). Scopul acestor semnale este, în primul rând, de a anunța receptorul cu privire la sosirea datelor și, în al doilea rând, de a oferi receptorului suficient timp pentru a efectua unele funcții legate de sincronizare înainte de sosirea următorului octet. Semnalul de pornire are o durată de un interval de ceas, iar semnalul de oprire poate dura una, una și jumătate sau două perioade de ceas, așa că se spune că unul, unul și jumătate sau doi biți sunt folosiți ca semnal de oprire. , deși aceste semnale nu reprezintă biți de utilizator.

Modul descris se numește asincron deoarece fiecare octet poate fi ușor deplasat în timp în raport cu ceasurile de biți ale celui precedent

148 Capitolul 2 Bazele transferului de date discrete

octet. Această transmisie asincronă de octeți nu afectează corectitudinea datelor recepționate, deoarece la începutul fiecărui octet are loc o sincronizare suplimentară a receptorului cu sursa datorită biților „de pornire”. Mai multe toleranțe de timp „slăbite” determină costul scăzut al echipamentelor de sistem asincron.

În modul de transmisie sincronă, nu există biți de pornire-oprire între fiecare pereche de octeți. Datele utilizatorului sunt colectate într-un cadru, care este precedat de octeți de sincronizare (Fig. 2.20, b). Un octet de sincronizare este un octet care conține un cod cunoscut, cum ar fi 0111110, care notifică receptorul sosirea unui cadru de date. La primirea acestuia, receptorul trebuie să intre în sincronizarea octetului cu transmițătorul, adică să înțeleagă corect începutul următorului octet al cadrului. Uneori sunt utilizați mai mulți octeți de sincronizare pentru a oferi o sincronizare mai fiabilă între receptor și transmițător. Deoarece la transmiterea unui cadru lung receptorul poate avea probleme cu sincronizarea biților, în acest caz se folosesc coduri de auto-sincronizare.

» La transmiterea datelor discrete pe un canal de frecvență vocală în bandă îngustă utilizat în telefonie, cele mai potrivite metode sunt modulația analogică, în care sinusoidul purtător este modulat de secvența originală de cifre binare. Această operațiune este efectuată de dispozitive speciale - modemuri.

* Pentru transmisia de date cu viteză mică, se aplică o modificare a frecvenței sinusoidei purtătoare. Modemurile de viteză mai mare funcționează folosind metode combinate de modulare a amplitudinii în cuadratură (QAM), care sunt caracterizate prin 4 niveluri de amplitudine sinusoidă purtătoare și 8 niveluri de fază. Nu toate cele 32 de combinații posibile ale metodei QAM sunt utilizate pentru transmiterea datelor; combinațiile interzise fac posibilă recunoașterea datelor distorsionate la nivel fizic.

* Pe canalele de comunicație în bandă largă, se folosesc metode de codare a potențialului și a impulsurilor, în care datele sunt reprezentate de diferite niveluri de potențial de semnal constant sau de polarități ale unui impuls sau din față.

* Când se utilizează coduri potențiale, sarcina de sincronizare a receptorului cu emițătorul este de o importanță deosebită, deoarece atunci când se transmit secvențe lungi de zerouri sau unu, semnalul la intrarea receptorului nu se modifică și este dificil pentru receptor să determine momentul de preluarea următorului bit de date.

___________________________________________2.3. Metode de transmitere a stratului de legătură de date _______149

* Cel mai simplu cod potențial este codul non-return-to-zero (NRZ), cu toate acestea nu este auto-tac și produce o componentă DC.

» Cel mai popular cod de puls este codul Manchester, în care informația este transportată de direcția căderii semnalului la mijlocul fiecărui ciclu de ceas. Codul Manchester este utilizat în tehnologiile Ethernet și Token Ring.

» Pentru a îmbunătăți proprietățile unui potențial cod NRZ, sunt utilizate tehnici de codare logică care elimină secvențele lungi de zerouri. Aceste metode se bazează pe:

Despre introducerea de biți redundanți în datele sursă (coduri de tip 4B/5B);

Amestecarea datelor sursă (coduri de tip 2B1Q).

» Codurile potențiale îmbunătățite au un spectru mai îngust decât codurile cu impulsuri, așa că sunt utilizate în tehnologii de mare viteză precum FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Fizic stratul se ocupă cu transmiterea efectivă a biților bruti peste

canal de comunicare.

Transferul de date în rețelele de calculatoare de la un computer la altul se realizează secvenţial, bit cu bit. Din punct de vedere fizic, biții de date sunt transmisi prin legături de date sub formă de semnale analogice sau digitale.

Setul de mijloace (linii de comunicație, echipamente de transmisie și recepție a datelor) utilizate pentru transmiterea datelor în rețelele de calculatoare se numește canal de transmisie a datelor. În funcție de forma informațiilor transmise, canalele de transmisie a datelor pot fi împărțite în analogice (continue) și digitale (discrete).

Deoarece echipamentele de transmisie și recepție a datelor funcționează cu date în formă discretă (adică, semnalele electrice discrete corespund cu unu și zerouri de date), atunci când le transmit printr-un canal analog, este necesară conversia datelor discrete în analog (modulație).

La primirea unor astfel de date analogice, este necesară o conversie inversă - demodulare. Modulare/demodulare – procese de conversie informatii digitale la semnale analogice și invers. În timpul modulării, informația este reprezentată de un semnal sinusoidal al frecvenței pe care o transmite bine canalul de transmisie a datelor.

Metodele de modulare includ:

· modulație de amplitudine;

· modulația de frecvență;

· modularea fazei.

Când se transmit semnale discrete printr-un canal de date digital, se utilizează codificarea:

· potențial;

· pulsat.

Astfel, codarea potențialului sau a impulsurilor este aplicată pe canale Calitate superioară, iar modularea bazată pe semnale sinusoidale este de preferat în cazurile în care canalul introduce distorsiuni puternice în semnalele transmise.

De obicei, modulația este utilizată în rețele globale atunci când transmiteți date prin linii telefonice analogice, care au fost concepute pentru a transmite voce în formă analogică și, prin urmare, nu sunt potrivite pentru transmiterea directă a impulsurilor.

În funcție de metodele de sincronizare, canalele de transmisie a datelor retele de calculatoare poate fi împărțit în sincron și asincron. Sincronizarea este necesară astfel încât nodul de transmitere a datelor să poată transmite un anumit semnal către nodul de recepție, astfel încât nodul de primire să știe când să înceapă să primească datele de intrare.

Transmisia de date sincronă necesită o linie de comunicație suplimentară pentru a transmite impulsurile de ceas. Transmisia biților de către stația de transmisie și recepția lor de către stația de recepție se realizează în momentele apariției impulsurilor de ceas.

Pentru transferul asincron de date, nu este necesară nicio linie de comunicație suplimentară. În acest caz, transmisia datelor se realizează în blocuri de lungime fixă (octeți). Sincronizarea se realizează prin biți suplimentari (biți de pornire și biți de oprire), care sunt transmiși înainte și după octetul transmis.

La schimbul de date între nodurile rețelei de calculatoare, sunt utilizate trei metode de transfer de date:

transmisie simplex (unidirecțională) (televiziune, radio);

semi-duplex (recepția/transmiterea informațiilor se realizează alternativ);

duplex (bidirecțional), fiecare nod transmite și primește simultan date (de exemplu, conversații telefonice).

	\|	următoarea prelegere =>

La transmiterea datelor discrete pe canalele de comunicație, sunt utilizate două tipuri principale de codare fizică -bazat semnal purtător sinusoidal și bazat pe o succesiune de impulsuri dreptunghiulare. Prima metodă este adesea numită modulare sau modulație analogică, subliniind faptul că codificarea se realizează prin modificarea parametrilor semnalului analogic. A doua metodă este de obicei numită codificare digitală. Aceste metode diferă prin lățimea spectrului semnalului rezultat și complexitatea echipamentului necesar pentru implementarea lor.

În prezent, din ce în ce mai mult, datele care au fost inițial în formă analogică - vorbire, imagini de televiziune - sunt transmise pe canalele de comunicație în formă discretă, adică sub forma unei secvențe de unu și zero. Procesul de reprezentare a informațiilor analogice în formă discretă se numește modulație discretă. Termenii „modulare” și „codare” sunt adesea folosiți interschimbabil.

La codificare digitală codurile de potențial și impuls sunt utilizate pentru informații discrete. În codurile potențiale, doar valoarea potențială a semnalului este folosită pentru a reprezenta cele și zerouri logice, iar picăturile sale, care formează impulsuri complete, nu sunt luate în considerare. Codurile de impulsuri vă permit să reprezentați date binare fie ca impulsuri cu o anumită polaritate, fie ca parte a unui impuls - o scădere potențială într-o anumită direcție.

Atunci când se utilizează impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să se aleagă o metodă de codare care să atingă simultan mai multe obiective: să aibă cea mai mică lățime spectrală a semnalului rezultat la aceeași rată de biți; asigurat sincronizarea între emițător și receptor;

Posedă capacitatea de a recunoaște greșelile; avea un preț de vânzare scăzut.

Rețelele folosesc așa-numitele coduri de auto-sincronizare, ale căror semnale poartă instrucțiuni pentru transmițător în ce moment în timp este necesar să recunoască următorul bit (sau mai mulți biți, dacă codul este concentrat pe mai mult de două stări de semnal). Orice schimbare bruscă a semnalului - așa-numita margine - poate servi ca un bun indiciu pentru sincronizarea receptorului cu transmițătorul. Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate este dificil de realizat folosind mijloace ale stratului fizic, așa că cel mai adesea această muncă este întreprinsă de protocoalele care se află mai sus: canal, rețea, transport sau aplicație. Pe de altă parte, recunoașterea erorilor la nivel fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă ca cadrul să fie complet plasat în buffer, ci îl respinge imediat după plasare. cunoașterea biților eronați din cadrul cadru.

Cod potențial fără a reveni la zero, metodă de codificare potențială, numită și codificare fără a reveni la zero (Non Întoarcere la Zero, NRZ). Numele de familie reflectă faptul că la transmiterea unei secvențe de unități, semnalul nu revine la zero în timpul ciclului de ceas (cum vom vedea mai jos, în alte metode de codificare are loc o revenire la zero în acest caz). Metoda NRZ este simplu de implementat, are o recunoaștere bună a erorilor (datorită a două potențiale puternic diferite), dar nu are proprietatea de auto-sincronizare. La transmiterea unei secvențe lungi de unu sau zero, semnalul pe linie nu se modifică, astfel încât receptorul nu poate determina din semnalul de intrare momentele în timp în care este necesară citirea din nou a datelor. Chiar și cu un generator de ceas de înaltă precizie, receptorul poate face o greșeală cu momentul colectării datelor, deoarece frecvențele celor două generatoare nu sunt niciodată complet identice. Prin urmare, la rate mari de date și secvențe lungi de unu sau zero, o nepotrivire mică a ceasului poate duce la o eroare a unui întreg ciclu de ceas și, în consecință, la citirea unei valori incorecte a biților.

Metoda de codare bipolară cu inversare alternativă. Una dintre modificările metodei NRZ este codificare bipolară cu inversare alternativă (Bipolar Alterna marcă Inversiunea, AMI). Această metodă utilizează trei niveluri potențiale - negativ, zero și pozitiv. Pentru a codifica un zero logic, se folosește un potențial zero, iar unul logic este codificat fie de un potențial pozitiv, fie de unul negativ, potențialul fiecărei unități noi fiind opus potențialului precedent. Astfel, o încălcare a alternanței stricte a polarității semnalului indică un impuls fals sau dispariția unui impuls corect din linie. Se numește un semnal cu polaritate incorectă semnal interzis (semnal încălcare). Codul AMI folosește nu două, ci trei niveluri de semnal pe linie. Stratul suplimentar necesită o creștere a puterii transmițătorului de aproximativ 3 dB pentru a oferi aceeași fidelitate a biților pe linie, ceea ce este un dezavantaj comun al codurilor cu stări multiple de semnal în comparație cu codurile care disting doar două stări.

Cod potențial cu inversare la unu. Există un cod similar cu AMI, dar cu doar două niveluri de semnal. La transmiterea unui zero, transmite potențialul care a fost setat în ciclul anterior (adică nu îl modifică), iar la transmiterea unui unu, potențialul este inversat la cel opus. Acest cod este numit cod potențial cu inversare la unu (Non Întoarcere la Zero cu cele Inversat, NRZI). Acest cod este convenabil în cazurile în care utilizarea unui al treilea nivel de semnal este extrem de nedorită, de exemplu în cablurile optice, unde două stări de semnal - lumină și întuneric - sunt recunoscute stabil.

Cod puls bipolarÎn plus față de codurile potențiale, codurile de impuls sunt, de asemenea, utilizate în rețele, atunci când datele sunt reprezentate de un impuls complet sau o parte din acesta - partea frontală. Cel mai simplu caz al acestei abordări este codul pulsului bipolar,în care unul este reprezentat printr-un impuls de o polaritate, iar zero printr-o alta . Fiecare puls durează o jumătate de bătaie. Un astfel de cod are proprietăți excelente de auto-sincronizare, dar o componentă constantă poate fi prezentă, de exemplu, atunci când se transmite o secvență lungă de unu sau zero. În plus, spectrul său este mai larg decât cel al codurilor potențiale. Astfel, la transmiterea tuturor zerourilor sau unuurilor, frecvența armonicii fundamentale a codului va fi egală cu NHz, care este de două ori mai mare decât armonica fundamentală a codului NRZ și de patru ori mai mare decât armonica fundamentală a codului AMI atunci când transmiterea alternante a unor si zerouri. Datorită spectrului prea larg, codul pulsului bipolar este rar folosit.

Codul Manchester.În rețelele locale, până de curând, cea mai comună metodă de codare era așa-numita Codul Manchester. Este folosit în tehnologiile Ethernet și TokenRing. Codul Manchester folosește o diferență de potențial, adică marginea unui impuls, pentru a codifica unii și zerourile. Cu codificarea Manchester, fiecare măsură este împărțită în două părți. Informațiile sunt codificate de potențiale scăderi care apar la mijlocul fiecărui ciclu de ceas. O unitate este codificată de o margine de la un nivel de semnal scăzut la unul ridicat, iar un zero este codificat de o margine inversă. La începutul fiecărui ciclu de ceas, poate apărea o scădere a semnalului superior dacă trebuie să reprezentați mai multe uni sau zerouri la rând. Deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe ciclu de transmisie a unui bit de date, codul Manchester are proprietăți bune de auto-sincronizare. Lățimea de bandă a codului Manchester este mai îngustă decât cea a pulsului bipolar. În medie, lățimea de bandă a codului Manchester este de o ori și jumătate mai îngustă decât cea a codului de impuls bipolar, iar armonica fundamentală fluctuează în jurul valorii de 3N/4. Codul Manchester are un alt avantaj față de codul pulsului bipolar. Acesta din urmă folosește trei niveluri de semnal pentru transmiterea datelor, iar cel de la Manchester utilizează două.

Cod potențial 2B 1Q. Cod potențial cu patru niveluri de semnal pentru codificarea datelor. Acesta este codul 2 ÎN 1Q, al cărui nume reflectă esența sa - fiecare doi biți (2B) sunt transmisi într-un ciclu de ceas de un semnal având patru stări (1Q). Perechea de biți 00 corespunde unui potențial de -2,5V, perechea de biți 01 corespunde unui potențial de -0,833V, perechea 11 corespunde unui potențial de +0,833V, iar perechea 10 corespunde unui potențial de +2,5V. Cu această metodă de codare, sunt necesare măsuri suplimentare pentru a trata secvențe lungi de perechi de biți identice, deoarece în acest caz semnalul se transformă într-o componentă constantă. Cu alternarea aleatorie a biților, spectrul semnalului este de două ori mai îngust decât cel al codului NRZ, deoarece la aceeași rată de biți durata ceasului este dublată. Astfel, folosind codul 2B 1Q, puteți transfera date pe aceeași linie de două ori mai repede decât folosind codul AMI sau NRZI. Cu toate acestea, pentru a o implementa, puterea emițătorului trebuie să fie mai mare, astfel încât cele patru niveluri să fie clar distinse de receptor pe fundalul interferenței.

Codare logica Codarea logică este utilizată pentru a îmbunătăți codurile potențiale precum AMI, NRZI sau 2Q.1B. Codarea logică trebuie să înlocuiască secvențele lungi de biți care conduc la un potențial constant cu unele intercalate. După cum sa menționat mai sus, codificarea logică este caracterizată prin două metode -. coduri redundante și amestecare.

Pentru a asigura o capacitate de linie dată, un transmițător care utilizează un cod redundant trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas crescută. Deci, pentru a transmite coduri de 4V/5V la o viteză de 100 Mb/s, transmițătorul trebuie să funcționeze la o frecvență de ceas de 125 MHz. În acest caz, spectrul semnalului de pe linie se extinde în comparație cu cazul în care un cod pur, neredundant este transmis de-a lungul liniei. Cu toate acestea, spectrul codului potențial redundant se dovedește a fi mai îngust decât spectrul codului Manchester, ceea ce justifică etapa suplimentară de codificare logică, precum și funcționarea receptorului și emițătorului la o frecvență de ceas crescută.

Scurtă. Amestecarea datelor cu un codificator înainte de a le trece pe linie folosind un cod potențial este o altă modalitate de codificare logică. Metodele de codificare implică calculul bit cu bit al codului rezultat pe baza biților codului sursă și a biților codului rezultat obținuți în ciclurile de ceas anterioare. De exemplu, un scrambler poate implementa următoarea relație:

Transmisie asincronă și sincronă

La schimbul de date la nivelul fizic, unitatea de informație este un bit, astfel încât stratul fizic menține întotdeauna sincronizarea biților între receptor și transmițător. De obicei este suficient să se asigure sincronizarea la aceste două niveluri – bit și cadru – astfel încât emițătorul și receptorul să poată asigura un schimb stabil de informații. Cu toate acestea, atunci când calitatea liniei de comunicație este slabă (de obicei, acest lucru se aplică canalelor telefonice dial-up), sunt introduse mijloace suplimentare de sincronizare la nivel de octeți pentru a reduce costul echipamentului și a crește fiabilitatea transmisiei datelor.

Acest mod de operare este numit asincron sau start Stop.În modul asincron, fiecare octet de date este însoțit de semnale speciale de pornire și oprire. Scopul acestor semnale este, în primul rând, de a anunța receptorul cu privire la sosirea datelor și, în al doilea rând, de a oferi receptorului suficient timp pentru a efectua unele funcții legate de sincronizare înainte de sosirea următorului octet. Semnalul de pornire are o durată de un interval de ceas, iar semnalul de oprire poate dura una, una și jumătate sau două perioade de ceas, așa că se spune că unul, unul și jumătate sau doi biți sunt folosiți ca semnal de oprire. , deși aceste semnale nu reprezintă biți de utilizator.

În modul de transmisie sincronă, nu există biți de pornire-oprire între fiecare pereche de octeți. concluzii

Atunci când se transmit date discrete pe un canal de frecvență vocală în bandă îngustă utilizat în telefonie, cele mai potrivite metode sunt modulația analogică, în care sinusoidul purtător este modulat de secvența originală de cifre binare. Această operațiune este efectuată de dispozitive speciale - modemuri.

Pentru transmisia de date cu viteză mică, se utilizează o modificare a frecvenței sinusoidei purtătoare. Modemurile de viteză mai mare funcționează folosind metode combinate de modulare a amplitudinii în cuadratură (QAM), care se caracterizează prin 4 niveluri de amplitudine sinusoidă purtătoare și 8 niveluri de fază. Nu toate cele 32 de combinații posibile ale metodei QAM sunt utilizate pentru transmiterea datelor; combinațiile interzise fac posibilă recunoașterea datelor corupte la nivel fizic.

Pe canalele de comunicație în bandă largă, se folosesc metode de codare a potențialului și a impulsurilor, în care datele sunt reprezentate prin diferite niveluri de potențial constant al semnalului sau polarități ale impulsului sau a lui față.

Când se utilizează coduri potențiale, sarcina de sincronizare a receptorului cu emițătorul devine de o importanță deosebită, deoarece atunci când se transmit secvențe lungi de zerouri sau unu, semnalul la intrarea receptorului nu se modifică și este dificil pentru receptor să determine momentul de preluarea următorului bit de date.

Cel mai simplu cod potențial este codul non-return-to-zero (NRZ), dar nu este auto-tac și produce o componentă DC.

Cel mai popular cod de puls este codul Manchester, în care informația este transportată de direcția căderii semnalului la mijlocul fiecărui ciclu de ceas. Codul Manchester este utilizat în tehnologiile Ethernet și TokenRing.

Pentru a îmbunătăți proprietățile unui potențial cod NRZ, sunt utilizate metode de codare logică care elimină secvențele lungi de zerouri. Aceste metode se bazează pe:

Despre introducerea de biți redundanți în datele sursă (coduri de tip 4B/5B);

Amestecarea datelor sursă (coduri precum 2B 1Q).

Codurile potențiale îmbunătățite au un spectru mai îngust decât codurile cu impulsuri, așa că sunt utilizate în tehnologii de mare viteză precum FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.

Atunci când se transmit date discrete prin canale de comunicație, sunt utilizate două tipuri principale de codare fizică - bazată pe semnal purtător sinusoidal și bazat pe o succesiune de impulsuri dreptunghiulare. Prima metodă este adesea numită și modulație sau modulație analogică, subliniind faptul că codarea se realizează prin modificarea parametrilor semnalului analogic. A doua metodă se numește de obicei codificare digitală. Aceste metode diferă prin lățimea spectrului semnalului rezultat și complexitatea echipamentului necesar pentru implementarea lor.
Modulație analogică utilizat pentru transmiterea de date discrete pe canale cu o bandă de frecvență îngustă, un reprezentant tipic al căruia este canalul de frecvență vocală furnizat utilizatorilor rețelelor publice de telefonie. Un răspuns tipic de amplitudine-frecvență al unui canal de frecvență vocală este prezentat în Fig. 2.12. Acest canal transmite frecvențe în intervalul de la 300 la 3400 Hz, deci lățimea de bandă este de 3100 Hz. Un dispozitiv care îndeplinește funcțiile de modulare sinusoidală purtătoare pe partea de transmisie și demodulare pe partea de recepție se numește modem (modulator - demodulator).
Metode de modulație analogică
Modulația analogică este o metodă de codificare fizică în care informațiile sunt codificate prin modificarea amplitudinii, frecvenței sau fazei unui semnal purtător sinusoidal.
Diagrama (Fig. 2.13, a) prezintă o succesiune de biți ai informațiilor originale, reprezentate de potențiale de nivel înalt pentru o unitate logică și un potențial de nivel zero pentru zero logic. Această metodă de codificare se numește cod potențial, care este adesea folosit la transferul de date între unitățile computerizate.
Cu modularea în amplitudine (Fig. 2.13, b), un nivel al amplitudinii sinusoidei frecvenței purtătoare este selectat pentru o unitate logică și altul pentru zero logic. Această metodă este rareori folosită în forma sa pură în practică, datorită imunității scăzute la zgomot, dar este adesea folosită în combinație cu un alt tip de modulație - modulația de fază.
Cu modularea în frecvență (Fig. 2.13, c), valorile 0 și 1 ale datelor sursă sunt transmise de sinusoide cu frecvențe diferite - f0 și f1. Această metodă de modulație nu necesită circuite complexe în modemuri și este utilizată în mod obișnuit în modemurile cu viteză redusă care funcționează la 300 sau 1200 bps.
Cu modularea de fază, valorile datelor 0 și 1 corespund semnalelor de aceeași frecvență, dar cu faze diferite, de exemplu 0 și 180 de grade sau 0,90,180 și 270 de grade.
Modemurile de mare viteză folosesc adesea metode combinate de modulare, de obicei amplitudine combinată cu fază.
Atunci când utilizați impulsuri dreptunghiulare pentru a transmite informații discrete, este necesar să alegeți o metodă de codare care atinge simultan mai multe obiective:
· avea cea mai mică lățime de spectru a semnalului rezultat la aceeași rată de biți;
· sincronizare asigurată între emițător și receptor;
· avea capacitatea de a recunoaște greșelile;
· a avut un cost de vânzare scăzut.
Un spectru mai restrâns de semnale permite uneia și aceleiași linii (cu aceeași lățime de bandă) să obțină o rată de transfer de date mai mare. În plus, spectrul semnalului este adesea necesar să nu aibă componentă DC, adică prezența unui curent continuu între emițător și receptor. În special, utilizarea diferitelor circuite de izolare galvanică a transformatorului împiedică trecerea curentului continuu.
Sincronizarea emițătorului și receptorului este necesară pentru ca receptorul să știe exact în ce moment este necesar să citească informații noi de pe linia de comunicație.
Recunoașterea și corectarea datelor distorsionate este dificil de realizat folosind mijloace ale stratului fizic, așa că cel mai adesea această muncă este întreprinsă de protocoalele care se află mai sus: canal, rețea, transport sau aplicație. Pe de altă parte, recunoașterea erorilor la nivelul fizic economisește timp, deoarece receptorul nu așteaptă ca cadrul să fie complet plasat în buffer, ci îl renunță imediat când recunoaște biți eronați în cadrul cadru.
Cerințele pentru metodele de codificare sunt reciproc contradictorii, prin urmare fiecare dintre metodele de codificare digitală populare discutate mai jos are propriile avantaje și dezavantaje în comparație cu altele.