Ev › tavsiye › Fiziksel düzeyde bilgi aktarma yöntemleri. Dersler Bilgisayar ağları. Fiziksel seviye. Mikrodalga iletişimi

Fiziksel düzeyde bilgi aktarma yöntemleri. Dersler Bilgisayar ağları. Fiziksel seviye. Mikrodalga iletişimi

2 Fiziksel katmanın işlevleri Bitlerin elektrik/optik sinyallerle temsil edilmesi Bitlerin kodlanması Bitlerin senkronizasyonu Bitlerin fiziksel iletişim kanalları üzerinden iletimi/alınması Fiziksel ortamla koordinasyon İletim hızı Aralığı Sinyal seviyeleri, konektörler Tüm ağ cihazlarında Donanım uygulaması (ağ bağdaştırıcıları) ) Örnek: 10 BaseT - UTP cat 3, 100 ohm, 100m, 10Mbit/s, MII kodu, RJ-45

5 Veri aktarım ekipmanı Dönüştürücü Mesajı - El. sinyal Kodlayıcı (sıkıştırma, düzeltme kodları) Modülatör Ara ekipman İletişim kalitesinin iyileştirilmesi - (Yükseltici) Kompozit kanal oluşturma - (Anahtar) Kanal çoğullama - (Çoklayıcı) (PA LAN'da olmayabilir)

6 İletişim hatlarının temel özellikleri Verim (Protokol) Veri iletiminin güvenilirliği (Protokol) Yayılma gecikmesi Genlik-frekans tepkisi (AFC) Bant genişliği Zayıflatma Gürültü bağışıklığı Hattın yakın ucunda çapraz konuşma Birim maliyet

9 Zayıflama A – frekans yanıtında bir nokta A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin desiBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin desiBel (dB) q Örnek 1: Pin = 10 mW , Pout =5 mW Zayıflama = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Örnek 2: UTP cat 5 Zayıflama >= -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Tipik olarak A gösterilir sinyalin temel frekansı için = -23,6 dB F= 100 MHz, L= 100 M Tipik olarak ana sinyal frekansı için A gösterilir">

11 Gürültü bağışıklığı Fiber optik hatlar Kablo hatları Kablolu havai hatlar Radyo hatları (Ekranlama, büküm) Dış parazitlere karşı bağışıklık Dahili parazitlere karşı bağışıklık Yakın uç karışma zayıflaması (NEXT) Uzak uç karışma zayıflaması (FEXT) (FEXT - Tek yönde iki çift )

12 Yakın Uç Çapraz Konuşma kaybı – NEXT Çok çiftli kablolar için NEXT = 10 log Pout/Pin dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Veri iletiminin güvenilirliği Bit Hata Oranı – BER Veri bitinin bozulması olasılığı Nedenler: harici ve dahili girişim, dar bant genişliği Mücadele: gürültü bağışıklığının arttırılması, NEXT girişiminin azaltılması, bant genişliğinin genişletilmesi Bükümlü çift BER ~ Fiber optik kablo BER ~ Ek koruma aracı yoktur :: düzeltici kodlar, tekrarlı protokoller

16 Bükümlü çift Bükümlü Çift (TP) folyo ekran örgülü tel ekran yalıtımlı tel dış kılıf UTP Korumasız Bükümlü Çift kategori 1, kılıftaki UTP kedi çiftleri STP Korumalı Bükümlü Çift Tipleri Tip 1…9 Her çiftin kendi ekranı vardır Her çiftin kendi adımı vardır kıvrımlar, kendi renginiz Gürültü bağışıklığı Maliyet Döşeme karmaşıklığı

18 Fiber Optik İki ortamın arayüzünde bir ışının toplam iç yansıması n1 > n2 - (kırılma indisi) n1 n2 n2 - (kırılma indisi) n1 n2"> n2 - (kırılma indisi) n1 n2"> n2 - (kırılma indisi) n1 n2" title="18 Fiber Optik Bir ışının iki sınırındaki toplam iç yansıması ortam n1 > n2 - (kırılma indisi) n1 n2"> title="18 Fiber Optik İki ortamın arayüzünde bir ışının toplam iç yansıması n1 > n2 - (kırılma indisi) n1 n2"> !}

22 Fiber optik kablo Çok Modlu Fiber MMF50/125, 62,5/125, Tek Modlu FiberSMF8/125, 9,5/125 D = 250 µm 1 GHz – 100 km BaseLH5000 km - 1 Gbit/s (2005) MMSM

23 Optik sinyal kaynakları Kanal: kaynak - taşıyıcı - alıcı (dedektör) Kaynaklar LED (Işık Yayan Diyot) nm tutarsız kaynak - MMF Yarı iletken lazer uyumlu kaynak - SMF - Güç = f (t o) Dedektörler Fotodiyotlar, pin diyotlar, çığ diyotları

25 Yapısal Kablolama Sistemi - SCS İlk LAN'lar – çeşitli kablolar ve topolojiler SCS kablo sisteminin birleştirilmesi - açık LAN kablo altyapısı (alt sistemler, bileşenler, arayüzler) - bağımsızlığı internet teknolojisi- LAN kabloları, TV, güvenlik sistemleri vb. - belirli bir ağ teknolojisine referans olmadan evrensel kablolama - Yapıcı

27 SCS standartları (temel) EIA/TIA-568A Ticari Bina Telekomünikasyon Kablolama Standardı (ABD) CENELEC EN50173 Genel Kablolama Şemalarının Performans Gereksinimleri (Avrupa) ISO/IEC IS Bilgi Teknolojisi - müşteri tesisleri kablolaması için genel kablolama Her alt sistem için: Veri iletim ortamı . Topoloji İzin verilen mesafeler (kablo uzunlukları) Kullanıcı bağlantı arayüzü. Kablolar ve bağlantı ekipmanları. Verim (Performans). Kurulum uygulaması (Yatay alt sistem - UTP, yıldız, 100 m...)

28 Kablosuz İletişim Kablosuz İletim Avantajları: kolaylık, erişilemeyen alanlar, hareketlilik. hızlı dağıtım... Dezavantajları: yüksek seviyede parazit ( özel araçlar: kodlar, modülasyon...), bazı aralıkları kullanmanın karmaşıklığı İletişim hattı: verici - ortam - alıcı LAN özellikleri ~ F(Δf, fн);

34 2. Hücresel telefon Bölgenin hücrelere bölünmesi Frekansların yeniden kullanımı Düşük güç (boyutlar) Merkezde - baz istasyonu Avrupa - Mobil için Küresel Sistem - GSM Kablosuz telefon iletişimi 1. Düşük güçlü radyo istasyonu - (telefon tabanı, 300 m) DECT Dijital Avrupa Kablosuz Telekomünikasyon Dolaşımı - birinden diğerine geçiş çekirdek ağ diğerine - taban hücresel iletişim

35 Uydu bağlantısı Uydu bazında (yansıtıcı-amplifikatör) Alıcı-vericiler - transponderler H~50 MHz (1 uydu ~ 20 transponder) Frekans aralıkları: C. Ku, Ka C - Aşağı 3,7 - 4,2 GHz Yukarı 5,925-6,425 GHz Ku - Aşağı 11,7- 12,2 GHz Yukarı 14,0-14,5 GHz Ka - Aşağı 17,7-21,7 GHz Yukarı 27,5-30,5 GHz

36 Uydu iletişimi. Uydu türleri Uydu iletişimi: mikrodalga - görüş hattı Geostationary Geniş kapsama alanı Sabit, Düşük aşınma Tekrarlayıcı uydu, yayın, düşük maliyet, maliyet mesafeye bağlı değildir, Anında bağlantı kurulumu (Mil) Tz=300ms Düşük güvenlik, Başlangıçta büyük anten (ancak VSAT) Orta yörünge km Küresel Konumlandırma Sistemi GPS - 24 uydu Düşük yörünge km düşük kapsama alanı düşük gecikmeli İnternet erişimi

40 Yayılı Spektrum Teknikleri Özel modülasyon ve kodlama teknikleri kablosuz iletişim C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Güç azaltma Gürültü bağışıklığı Gizli OFDM, FHSS (Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Ayrı verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken, sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale dayalı ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı olmak üzere iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır. İlk yöntem genellikle denir modülasyon veya analog modülasyon, kodlamanın analog sinyalin parametreleri değiştirilerek gerçekleştirildiği gerçeğini vurguluyor. İkinci yöntem genellikle denir dijital kodlama. Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gerekli ekipmanın karmaşıklığı açısından farklılık gösterir.

Dikdörtgen darbeler kullanıldığında ortaya çıkan sinyalin spektrumu çok geniştir. İdeal bir darbenin spektrumunun sonsuz genişliğe sahip olduğunu hatırlarsak bu şaşırtıcı değildir. Sinüs dalgasının kullanılması, aynı bilgi aktarım hızında çok daha küçük genişlikte bir spektrumla sonuçlanır. Ancak sinüzoidal modülasyonu uygulamak için dikdörtgen darbelerin uygulanmasından daha karmaşık ve pahalı ekipmanlar gerekir.

Şu anda, başlangıçta analog biçimde olan veriler - konuşma, televizyon görüntüleri - iletişim kanalları üzerinden ayrı biçimde, yani birler ve sıfırlardan oluşan bir dizi halinde giderek daha fazla aktarılıyor. Analog bilginin ayrık formda temsil edilmesi sürecine ne ad verilir? ayrık modülasyon."Modülasyon" ve "kodlama" terimleri sıklıkla birbirinin yerine kullanılır.

2.2.1. Analog modülasyon

Analog modülasyon, tipik bir temsilcisi olan dar frekans bandına sahip kanallar üzerinden ayrık verileri iletmek için kullanılır. ses kanalı, kamuya açık telefon ağlarının kullanıcılarına sunulmuştur. Bir ses frekansı kanalının tipik bir genlik-frekans tepkisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.12. Bu kanal 300 ila 3400 Hz aralığındaki frekansları iletir, dolayısıyla bant genişliği 3100 Hz'dir. İnsan sesinin kabul edilebilir bir konuşma kalitesi için çok daha geniş bir aralığı (yaklaşık 100 Hz ila 10 kHz) olmasına rağmen, 3100 Hz aralığı iyi bir çözümdür. Ses kanalı bant genişliğinin katı şekilde sınırlandırılması, telefon ağlarında çoğullama ve kanal değiştirme ekipmanının kullanımıyla ilişkilidir.

2.2. Ayrık verileri iletme yöntemleri fiziksel seviye 133

Verici tarafta taşıyıcı sinüzoidal modülasyon, alıcı tarafta demodülasyon fonksiyonlarını yerine getiren cihaza ne ad verilir? modem(modülatör-demodülatör).

Analog modülasyon yöntemleri

Analog modülasyon, sinüzoidal bir sinyalin genliğini, frekansını veya fazını değiştirerek bilginin kodlandığı fiziksel bir kodlama yöntemidir. taşıyıcı frekansı. Analog modülasyonun ana yöntemleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.13. Diyagramda (Şekil 2.13, A) Mantıksal bir potansiyel için yüksek seviyeli potansiyeller ve mantıksal sıfır için sıfır seviyeli bir potansiyel ile temsil edilen kaynak bilgisi bitlerinin bir dizisini gösterir. Bu kodlama yöntemine, bilgisayar birimleri arasında veri aktarımında sıklıkla kullanılan potansiyel kod adı verilir.

Şu tarihte: genlik modülasyonu(Şekil 2.13, 6) mantıksal birim için taşıyıcı frekans sinüzoidinin genliğinin bir seviyesi seçilir ve mantıksal sıfır için diğeri seçilir. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte saf haliyle nadiren kullanılır, ancak sıklıkla başka bir modülasyon türü olan faz modülasyonuyla birlikte kullanılır.

Şu tarihte: frekans modülasyonu (Şekil 2.13, c) Kaynak verilerinin 0 ve 1 değerleri, fo ve fi gibi farklı frekanslara sahip sinüzoidler tarafından iletilir. Bu modülasyon yöntemi, modemlerde karmaşık devreler gerektirmez ve genellikle 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır.

Şu tarihte: faz modülasyonu(Şekil 2.13, d) 0 ve 1 veri değerleri aynı frekanstaki ancak farklı fazlardaki sinyallere karşılık gelir, örneğin 0 ve 180 derece veya 0,90,180 ve 270 derece.

Yüksek hızlı modemler genellikle kombine modülasyon yöntemlerini kullanır; genellikle genlik fazla birleştirilir.

Bölüm 2. Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

Modüle edilmiş sinyal spektrumu

Ortaya çıkan modüle edilmiş sinyalin spektrumu, modülasyonun türüne ve modülasyon hızına, yani orijinal bilginin istenen bit hızına bağlıdır.

Öncelikle potansiyel kodlama sırasında sinyalin spektrumunu ele alalım. Mantıksal olanın pozitif bir potansiyel tarafından ve mantıksal sıfırın aynı büyüklükte negatif bir potansiyel tarafından kodlanmasına izin verin. Hesaplamaları basitleştirmek için, Şekil 2'de gösterildiği gibi bilginin sonsuz sayıda değişen bir ve sıfır dizisinden oluşan iletildiğini varsayıyoruz. 2.13, A. Bu durumda baud ve saniye başına bit değerlerinin aynı olduğunu unutmayın.

Potansiyel kodlama için spektrum doğrudan periyodik fonksiyona ait Fourier formüllerinden elde edilir. Ayrık veriler N bit/s bit hızında iletiliyorsa, spektrum sıfır frekansın sabit bir bileşeninden ve fo, 3fo, 5fo, 7fo,... frekanslarına sahip sonsuz bir harmonik serisinden oluşur; burada fo = N /2. Bu harmoniklerin genlikleri, fo harmonik genliğinden 1/3, 1/5,1/7,... katsayılarıyla oldukça yavaş bir şekilde azalır (Şekil 2.14, A). Sonuç olarak potansiyel kod spektrumu, yüksek kaliteli iletim için geniş bir bant genişliği gerektirir. Ek olarak, gerçekte iletişim hattı üzerinden hangi verilerin iletildiğine bağlı olarak sinyal spektrumunun sürekli değiştiğini dikkate almanız gerekir. Örneğin, uzun bir sıfırlar veya birler dizisinin iletilmesi spektrumu yana kaydırır düşük frekanslar ve aşırı durumda, iletilen veriler yalnızca birlerden (veya yalnızca sıfırlardan) oluştuğunda, spektrum sıfır frekanslı bir harmonikten oluşur. Alternatif birleri ve sıfırları iletirken sabit bir bileşen yoktur. Bu nedenle, rastgele veri iletirken ortaya çıkan potansiyel kod sinyalinin spektrumu, 0 Hz'ye yakın belirli bir değerden yaklaşık 7fo'ya kadar bir bant işgal eder (7fo'nun üzerindeki frekanslara sahip harmonikler, ortaya çıkan sinyale küçük katkıları nedeniyle ihmal edilebilir). Bir ses frekansı kanalı için, potansiyel kodlamanın üst sınırı 971 bps veri hızı için elde edilir ve kanal bant genişliği 300 Hz'den başladığından alt sınır herhangi bir hız için kabul edilemez. Sonuç olarak ses kanallarındaki potansiyel kodlar hiçbir zaman kullanılmaz.

2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri 135

Genlik modülasyonu ile spektrum, f c taşıyıcı frekansının bir sinüzoidinden ve iki yan harmonikten oluşur: (f c + f m) ve (f c - f m), burada f m, sinüzoidin bilgi parametresinin değişim frekansıdır; iki genlik seviyesi kullanıldığında veri aktarım hızı (Şekil 2.14, 6). Frekans f m, hat kapasitesini belirler Bu method kodlama. Küçük bir modülasyon frekansında, sinyal spektrumu genişliği de küçük olacaktır (2fm'ye eşit), dolayısıyla bant genişliği 2fm'den büyük veya ona eşitse sinyaller hat tarafından bozulmayacaktır. Bir ses frekans kanalı için bu modülasyon yöntemi, 3100/2=1550 bps'yi aşmayan bir veri aktarım hızında kabul edilebilir. Verileri sunmak için 4 genlik seviyesi kullanılırsa kanal kapasitesi 3100 bps'ye çıkar.

Faz ve frekans modülasyonunda sinyal spektrumu, genlik modülasyonundan daha karmaşıktır, çünkü burada ikiden fazla yan harmonik oluşur, ancak bunlar aynı zamanda ana taşıyıcı frekansına göre simetrik olarak yerleştirilir ve genlikleri hızla azalır. Bu nedenle, bu tür modülasyonlar aynı zamanda bir ses kanalı üzerinden veri iletimi için de çok uygundur.

Veri aktarım hızını arttırmak için kombine modülasyon yöntemleri kullanılır. En yaygın yöntemler şunlardır: karesel genlik modülasyonu (QAM). Bu yöntemler, 8 faz kayma değerine sahip faz modülasyonu ve 4 genlik seviyesine sahip genlik modülasyonunun kombinasyonuna dayanmaktadır. Ancak olası 32 sinyal kombinasyonunun tamamı kullanılmaz. Örneğin kodlarda Çardak Orijinal verileri temsil etmek için yalnızca 6, 7 veya 8 kombinasyonun kullanılmasına izin verilir ve geri kalan kombinasyonlar yasaktır. Bu tür bir kodlama fazlalığı, modemin, telefon kanallarında, özellikle de çevirmeli bağlantı kanallarında genlik açısından çok önemli ve zaman açısından uzun olan parazit nedeniyle bozulmalardan kaynaklanan hatalı sinyalleri tanıması için gereklidir.

2.2.2. Dijital kodlama

Ayrık bilgileri dijital olarak kodlarken potansiyel ve darbe kodları kullanılır.

Potansiyel kodlarda, mantıksal birleri ve sıfırları temsil etmek için sinyalin yalnızca potansiyel değeri kullanılır ve tam darbeler oluşturan düşüşleri dikkate alınmaz. Darbe kodları, ikili verileri belirli bir polaritenin darbeleri olarak veya bir darbenin parçası olarak (belirli bir yönde potansiyel bir fark) temsil etmenize olanak tanır.

Dijital kodlama yöntemleri için gereksinimler

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanıldığında, aynı anda birkaç hedefe ulaşan bir kodlama yönteminin seçilmesi gerekir:

Aynı bit hızında, ortaya çıkan sinyalin en küçük spektrum genişliğine sahipti;

Verici ve alıcı arasında sağlanan senkronizasyon;

Hataları tanıma yeteneğine sahipti;

Uygulama maliyeti düşüktü.

136 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

Daha dar bir sinyal spektrumu, aynı hattın (aynı bant genişliğine sahip) daha yüksek bir veri aktarım hızı elde etmesine olanak tanır. Ek olarak, sinyal spektrumu sıklıkla sabit bir bileşenin bulunmaması, yani varlığın gerekliliğine tabidir. doğru akım verici ve alıcı arasında. Özellikle çeşitli transformatör devrelerinin kullanılması Galvanik izolasyon doğru akımın geçişini engeller.

Vericinin ve alıcının senkronizasyonu, alıcının iletişim hattından yeni bilgiyi tam olarak hangi anda okuması gerektiğini bilmesi için gereklidir. Bu sorunun ağlarda çözülmesi, yakın konumdaki cihazlar arasında, örneğin bir bilgisayarın içindeki birimler arasında veya bir bilgisayar ile bir yazıcı arasında veri alışverişinde bulunmaktan daha zordur. Açık kısa mesafeler Ayrı bir saat iletişim hattını temel alan şema iyi çalışır (Şekil 2.15), böylece bilgi veri hattından yalnızca saat darbesi geldiği anda kaldırılır. Ağlarda bu şemanın kullanılması, kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin heterojenliği nedeniyle zorluklara neden olur. Büyük mesafelerde, eşit olmayan sinyal yayılma hızı, saat darbesinin veri bitinin atlanmasına veya yeniden okunmasına neden olacak kadar geç veya karşılık gelen veri sinyalinden önce gelmesine neden olabilir. Ağların saat darbelerini kullanmayı reddetmesinin bir başka nedeni de iletkenleri pahalı kablolardan kurtarmaktır.

Bu nedenle ağlar sözde kullanır kendi kendini senkronize eden kodlar, sinyalleri vericiye yönelik talimatları hangi zamanda bir sonraki bitin (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna odaklanmışsa birkaç bitin) tanınmasının gerekli olduğu talimatlar taşır. Sinyalde kenar olarak adlandırılan herhangi bir keskin değişiklik, alıcının vericiyle senkronize edilmesi için iyi bir gösterge olabilir.

Sinüzoidleri taşıyıcı sinyal olarak kullanırken, ortaya çıkan kod kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahiptir, çünkü taşıyıcı frekansının genliğini değiştirmek alıcının giriş kodunun göründüğü anı belirlemesine olanak tanır.

Bozuk verilerin tanınması ve düzeltilmesinin fiziksel katman araçları kullanılarak gerçekleştirilmesi zordur, bu nedenle çoğu zaman bu iş yukarıda yer alan protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, aktarım veya uygulama. Öte yandan, fiziksel katmandaki hata tanıma, alıcının çerçevenin tamamen arabelleğe yerleştirilmesini beklememesi, çerçeve içindeki hatalı bitleri fark ettiğinde onu hemen atması nedeniyle zaman tasarrufu sağlar.

Kodlama yöntemlerine ilişkin gereksinimler karşılıklı olarak çelişkilidir, bu nedenle aşağıda tartışılan popüler dijital kodlama yöntemlerinin her birinin, diğerlerine kıyasla kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

______________________________2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri _______137

Sıfıra dönmeden potansiyel kod

İncirde. 2.16, daha önce sözü edilen ve kodlama olarak da adlandırılan potansiyel kodlama yöntemini gösterir. sıfıra dönmeden (Sıfıra Dönüşsüz, NRZ). Soyadı, birler dizisi iletilirken sinyalin saat döngüsü sırasında sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde bu durumda sıfıra dönüş meydana gelir). NRZ yönteminin uygulanması kolaydır, iyi bir hata tanıma özelliğine sahiptir (keskin olarak farklı iki potansiyel nedeniyle), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletilirken, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verileri tekrar okumanın gerekli olduğu anları giriş sinyalinden belirleyemez. Yüksek hassasiyetli bir saat üretecinde bile, iki üretecin frekansları hiçbir zaman tam olarak aynı olmadığından, alıcı veri toplama anında hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek veri hızlarında ve uzun bir veya sıfır dizilerinde, küçük bir saat uyumsuzluğu, tüm saat döngüsünde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına yol açabilir.

NRZ yönteminin bir diğer ciddi dezavantajı, uzun bir veya sıfır dizileri iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığıdır. Bu nedenle birçok iletişim kanalı

138 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

Alıcı ile kaynak arasında doğrudan galvanik bağlantı sağlayanlar bu tip kodlamayı desteklemez. Sonuç olarak, NRZ kodu saf haliyle ağlarda kullanılmaz. Bununla birlikte, hem NRZ kodunun zayıf kendi kendine senkronizasyonunu hem de sabit bir bileşenin varlığını ortadan kaldıran çeşitli modifikasyonları kullanılır. NRZ kodunun çekiciliği, onu geliştirmeye değer kılan, önceki bölümde gösterildiği gibi N/2 Hz'ye eşit olan fo temel frekansının oldukça düşük olmasıdır. Manchester gibi diğer kodlama yöntemlerinde temel harmonik daha yüksek bir frekansa sahiptir.

Alternatif ters çevirmeli iki kutuplu kodlama yöntemi

NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri de yöntemdir. alternatif ters çevirmeli bipolar kodlama (Bipolar Alternatif İşaret Ters Çevirme, AMI). Bu yöntemde (Şekil 2.16, 6) Üç potansiyel seviye kullanılır - negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal bir sıfırı kodlamak için bir sıfır potansiyeli kullanılır ve mantıksal bir potansiyel ya pozitif bir potansiyel ya da negatif bir potansiyel tarafından kodlanır; her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır.

AMI kodu, DC'yi ve NRZ kodunda bulunan kendi kendine senkronizasyon sorunlarının eksikliğini kısmen ortadan kaldırır. Bu, uzun bir dizileri iletirken meydana gelir. Bu durumlarda, hattaki sinyal, NRZ koduyla aynı spektruma sahip, alternatif sıfırlar ve birler ileten, yani sabit bir bileşeni olmayan ve N/2 Hz temel harmoniği olan bir dizi zıt polarize darbe dizisidir (burada N, veri aktarımının bit hızıdır). Uzun sıfır dizileri, NRZ kodu için olduğu kadar AMI kodu için de tehlikelidir; sinyal, sabit bir sıfır genlik potansiyeline dönüşür. Bu nedenle, görev basitleştirilmiş olsa da, AMI kodu daha fazla iyileştirme gerektirir; geriye kalan tek şey sıfır dizileriyle uğraşmaktır.

Genel olarak, bir hat üzerindeki farklı bit kombinasyonları için AMI kodunun kullanılması, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumuna ve dolayısıyla daha yüksek sinyal spektrumuna yol açar. Bant genişliğiçizgiler. Örneğin, alternatif birler ve sıfırlar gönderilirken temel harmonik fo'nun frekansı N/4 Hz'dir. AMI kodu ayrıca hatalı sinyallerin tanınmasına yönelik bazı yetenekler de sağlar. Bu nedenle, sinyal polaritesinin katı değişiminin ihlali, yanlış bir darbeyi veya hattan doğru bir darbenin kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal denir yasaklanmış bir sinyal (sinyal ihlali).

AMI kodu hatta iki değil üç sinyal seviyesi kullanır. Ek katman, hat üzerinde aynı bit doğruluğunu sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3 dB'lik bir artış gerektirir; bu, yalnızca iki durumu ayıran kodlarla karşılaştırıldığında, birden fazla sinyal durumuna sahip kodların ortak bir dezavantajıdır.

Birinde ters çevirmeli potansiyel kod

AMI'ye benzer bir kod var, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi var. Sıfır iletirken, önceki döngüde belirlenen potansiyeli iletir (yani onu değiştirmez) ve bir iletirken potansiyel tersine çevrilir. Bu kod denir birinde ters çevirmeli potansiyel kod

2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri 139

(Ters çevrilmiş olanlarla Sıfıra Dönmez, NRZI). Bu kod, üçüncü bir sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmediği durumlarda, örneğin iki sinyal durumunun tutarlı bir şekilde tanındığı optik kablolarda (ışık ve karanlık) kullanışlıdır. AMI ve NRZI gibi potansiyel kodları geliştirmek için iki yöntem kullanılır. İlk yöntem, mantıksal olanları içeren yedek bitlerin kaynak koduna eklenmesine dayanmaktadır. Açıkçası, bu durumda, uzun sıfır dizileri kesintiye uğrar ve kod, iletilen herhangi bir veri için kendi kendini senkronize eder hale gelir. Sabit bileşen de kaybolur, bu da sinyal spektrumunun daha da daralması anlamına gelir. Ancak bu yöntem, fazladan kullanıcı bilgisi birimleri taşınmadığından hattın faydalı kapasitesini azaltır. Başka bir yöntem, ilk bilgilerin ön "karıştırılmasına" dayanır, böylece satırda birlerin ve sıfırların ortaya çıkma olasılığı yakınlaşır. Bu tür bir işlemi gerçekleştiren cihaz veya bloklara denir karıştırıcılar(karışıklık - çöplük, düzensiz toplanma). Karıştırma sırasında iyi bilinen bir algoritma kullanılır, böylece ikili veri alan alıcı onu iletir. şifre çözücü, orijinal bit dizisini geri yükler. Bu durumda fazla bitler hat üzerinden iletilmez. Her iki yöntem de hat üzerindeki sinyallerin şeklini belirlemediğinden fiziksel kodlamadan ziyade mantıksal kodlamaya atıfta bulunur. Bir sonraki bölümde bunlar daha ayrıntılı olarak incelenmektedir.

Bipolar darbe kodu

Potansiyel kodlara ek olarak, veriler tam bir darbe veya bunun bir kısmı - bir kenar - ile temsil edildiğinde, ağlarda darbe kodları da kullanılır. Bu yaklaşımın en basit örneği bipolar darbe kodu, burada biri bir polarite darbesiyle, sıfır ise diğeriyle temsil edilir (Şekil 2.16, V). Her darbe yarım atım sürer. Bu tür kod mükemmel kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir, ancak örneğin uzun bir birler veya sıfırlar dizisini iletirken sabit bir bileşen mevcut olabilir. Ayrıca spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Böylece, tüm sıfırlar veya birler aktarılırken, kodun temel harmoniğinin frekansı, NRZ kodunun temel harmoniğinin iki katı ve AMI kodunun temel harmoniğinin dört katı olan N Hz'ye eşit olacaktır. alternatif birleri ve sıfırları iletirken. Çok geniş spektrumu nedeniyle bipolar darbe kodu nadiren kullanılır.

Manchester kodu

İÇİNDE yerel ağlar Yakın zamana kadar en yaygın kodlama yöntemi sözde Manchester kodu(Şekil 2.16, d). Ethernet ve Token Ring teknolojilerinde kullanılır.

Manchester kodu, birleri ve sıfırları kodlamak için bir potansiyel farkı, yani bir darbenin kenarını kullanır. Manchester kodlaması ile her ölçü iki parçaya bölünür. Bilgi, her saat döngüsünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Bir, düşük sinyal seviyesinden yüksek sinyal seviyesine kadar bir kenar tarafından kodlanır ve sıfır, ters kenar tarafından kodlanır. Her saat döngüsünün başında, art arda birkaç bir veya sıfırı temsil etmeniz gerekiyorsa, bir genel sinyal düşüşü meydana gelebilir. Sinyal, bir bitlik verinin iletildiği her saat döngüsünde en az bir kez değiştiğinden, Manchester kodunun iyi bir performansı vardır.

140 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri _____________________________________________

kendi kendini senkronize eden özellikler. Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbenin bant genişliğinden daha dardır. Aynı zamanda DC bileşeni yoktur ve en kötü durumda (birler veya sıfırlar dizisini iletirken) temel harmonik N Hz frekansına sahiptir ve en iyi durumda (alternatif olanları ve sıfırları iletirken) N'ye eşittir. / 2 Hz, AMI veya NRZ gibi Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbe kodunun bant genişliğinden bir buçuk kat daha dardır ve temel harmonik 3N/4 değeri civarında dalgalanır. Manchester kodunun bipolar darbe koduna göre başka bir avantajı daha vardır. İkincisi veri iletimi için üç sinyal seviyesi kullanırken, Manchester'da iki seviye kullanılıyor.

Potansiyel kod 2B1Q

İncirde. 2.16, D verileri kodlamak için dört sinyal seviyesine sahip potansiyel bir kodu gösterir. Bu kod 2V1Ç adı özünü yansıtan - her iki bit (2B), dört duruma (1Q) sahip bir sinyal tarafından bir saat döngüsünde iletilir. Bit çifti 00, -2,5 V'luk bir potansiyele karşılık gelir, bit çifti 01, -0,833 V'luk bir potansiyele karşılık gelir, çift I, +0,833 V'luk bir potansiyele karşılık gelir ve çift 10, +2,5 V'luk bir potansiyele karşılık gelir. Bu kodlamayla Yöntemde, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle mücadele etmek için ek önlemler gereklidir, çünkü bu durumda sinyal sabit bir bileşene dönüşür. Bitlerin rastgele serpiştirilmesiyle, sinyal spektrumu NRZ kodununkinden iki kat daha dardır, çünkü aynı bit hızında saat süresi iki katına çıkar. Böylece 2B1Q kodunu kullanarak aynı hat üzerinden AMI veya NRZI kodunu kullanmaya göre iki kat daha hızlı veri aktarımı yapabilirsiniz. Bununla birlikte, bunu uygulamak için, dört seviyenin alıcı tarafından parazit arka planına karşı açıkça ayırt edilebilmesi için verici gücünün daha yüksek olması gerekir.

2.2.3. Mantık kodlaması

AMI, NRZI veya 2Q1B gibi potansiyel kodları geliştirmek için mantıksal kodlama kullanılır. Mantık kodlaması, sabit bir potansiyele yol açan uzun bit dizilerini serpiştirilmiş olanlarla değiştirmelidir. Yukarıda belirtildiği gibi mantıksal kodlama iki yöntemle karakterize edilir: yedek kodlar ve karıştırma.

Yedek kodlar

Yedek kodlar orijinal bit dizisini genellikle sembol adı verilen parçalara ayırmaya dayanır. Daha sonra her orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yeni bir karakterle değiştirilir. Örneğin FDDI ve Fast Ethernet teknolojilerinde kullanılan 4V/5V lojik kod, orijinal 4 bitlik sembolleri 5 bitlik sembollerle değiştirmektedir. Ortaya çıkan semboller yedek bitler içerdiğinden, içindeki bit kombinasyonlarının toplam sayısı orijinal olanlardan daha fazladır. Böylece, bir 4B/5B kodunda, orijinal semboller yalnızca 16 kombinasyon içerirken, elde edilen semboller 32 bitlik kombinasyonlar içerebilir. Bu nedenle, ortaya çıkan kodda, çok sayıda sıfır içermeyen bu tür 16 kombinasyon seçebilirsiniz ve gerisini say yasak kodlar (kod ihlali). Yedek kodlar, sabit bileşeni ortadan kaldırmanın ve koda kendi kendini senkronize etme özellikleri vermenin yanı sıra,

2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri 141

alıcı bozuk bitleri tanıyabilir. Alıcının yasadışı bir kod alması, hattaki sinyalin bozuk olduğu anlamına gelir.

Kaynak ve sonuç kodları 4B/5B arasındaki yazışmalar aşağıda sunulmuştur.

Daha sonra 4B/5B kodu, yalnızca uzun sıfır dizilerine duyarlı olan potansiyel kodlama yöntemlerinden biri kullanılarak fiziksel kodlama kullanılarak hat üzerinden iletilir. 5 bit uzunluğundaki 4B/5B kod sembolleri, nasıl birleştirilirse birleştirilsin, satırda art arda üçten fazla sıfırın görünmeyeceğini garanti eder.

Kodun adındaki B harfi, temel sinyalin İngilizce ikiliden - ikiliden 2 duruma sahip olduğu anlamına gelir. Ayrıca üç sinyal durumuna sahip kodlar da vardır, örneğin 8B/6T kodunda, 8 bitlik kaynak bilgisini kodlamak için, her biri üç duruma sahip olan 6 sinyalden oluşan bir kod kullanılır. 8B/6T kodunun fazlalığı, 4B/5B kodununkinden daha yüksektir, çünkü 256 kaynak kodu için 3 6 =729 sonuç sembolü vardır.

Arama tablosu kullanmak çok basit bir işlemdir, dolayısıyla bu yaklaşım ağ bağdaştırıcılarına ve anahtarların ve yönlendiricilerin arayüz bloklarına karmaşıklık katmaz.

Belirli bir hat kapasitesini sağlamak için yedek kod kullanan bir vericinin artırılmış saat frekansında çalışması gerekir. Yani 4B/5B kodlarını 100 Mb/s hızında iletmek için vericinin 125 MHz saat frekansında çalışması gerekir. Bu durumda, hat üzerindeki sinyalin spektrumu, saf, yedeksiz bir kodun hat boyunca iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, gereksiz potansiyel kodun spektrumu, mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcı ve vericinin artan saat frekansında çalışmasını haklı çıkaran Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkıyor.

Karıştırma

Verileri potansiyel bir kod kullanarak hatta aktarmadan önce bir karıştırıcıyla karıştırmak, mantıksal kodlamanın başka bir yoludur.

Karıştırma yöntemleri, bitlere dayalı olarak ortaya çıkan kodun bit düzeyinde hesaplanmasından oluşur. kaynak kodu ve önceki saat döngülerinde alınan sonuçtaki kod bitleri. Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

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

burada bi, karıştırıcının i'inci saat döngüsünde alınan sonuç kodunun ikili basamağıdır, ai, karıştırıcının i'inci saat döngüsünde alınan kaynak kodun ikili basamağıdır.

142 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

karıştırıcı girişi, B^3 ve B t .5 - karıştırıcının önceki döngülerinde elde edilen sonuçtaki kodun ikili rakamları, mevcut saat döngüsünden sırasıyla 3 ve 5 saat döngüsü önce, 0 - özel VEYA işlemi (ekleme modulo 2) .

Örneğin orijinal dizi 110110000001 için karıştırıcı aşağıdaki sonuç kodunu verecektir:

bi = ai - 1 (sonuçta ortaya çıkan kodun ilk üç basamağı, henüz gerekli önceki basamak olmadığından orijinal kodla çakışacaktır)

Böylece, karıştırıcının çıktısı, kaynak kodunda bulunan altı sıfır dizisini içermeyen 110001101111 dizisi olacaktır.

Ortaya çıkan diziyi aldıktan sonra, alıcı bunu ters ilişkiye dayalı olarak orijinal diziyi geri yükleyen şifre çözücüye iletir:

Farklı karıştırma algoritmaları, ortaya çıkan kod basamağını veren terimlerin sayısı ve terimler arasındaki kayma açısından farklılık gösterir. Yani, içinde ISDN ağları Ağdan bir aboneye veri aktarılırken, 5 ve 23 konumlu kaydırmalarla bir dönüşüm kullanılır ve bir aboneden ağa veri aktarılırken, 18 ve 23 konumlu kaydırmalarla bir dönüşüm kullanılır.

Fazlası var basit yöntemler Aynı zamanda karıştırma olarak da sınıflandırılan birimlerin savaş dizileri.

Bipolar AMI kodunu geliştirmek için sıfırların sırasını yasa dışı karakterlerle yapay olarak bozmaya dayanan iki yöntem kullanılır.

İncirde. Şekil 2.17, AMI kodunu ayarlamak için B8ZS (8-Sıfırlı Bipolar) yönteminin ve HDB3 (Yüksek Yoğunluklu Bipolar 3-Sıfır) yönteminin kullanımını göstermektedir. Kaynak kodu iki uzun sıfır dizisinden oluşur: ilk durumda - 8'den ve ikincisinde - 5'ten.

B8ZS kodu yalnızca 8 sıfırdan oluşan dizileri düzeltir. Bunu yapmak için ilk üç sıfırdan sonra kalan beş sıfır yerine beş rakam ekler: V-1*-0-V-1*. Burada V, belirli bir polarite döngüsü için yasaklanmış bir birim sinyalini, yani önceki birimin polaritesini değiştirmeyen bir sinyali belirtir; 1*, doğru polariteye sahip bir birim sinyalidir ve yıldız işareti şunu belirtir:

2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri 143

Gerçek şu ki, bu döngüdeki kaynak kodunda bir birim değil sıfır vardı. Sonuç olarak, 8 saat döngüsünde alıcı 2 distorsiyon gözlemliyor; bunun hat gürültüsü veya diğer iletim arızalarından kaynaklanmış olması pek olası değil. Bu nedenle, alıcı bu tür ihlalleri ardışık 8 sıfırın kodlanması olarak değerlendirir ve alımdan sonra bunları orijinal 8 sıfırla değiştirir. B8ZS kodu, herhangi bir ikili rakam dizisi için sabit bileşeni sıfır olacak şekilde oluşturulmuştur.

HDB3 kodu, orijinal dizideki ardışık dört sıfırı düzeltir. HDB3 kodunu oluşturma kuralları B8ZS kodundan daha karmaşıktır. Her dört sıfır, bir V sinyalinin bulunduğu dört sinyalle değiştirilir. DC bileşenini bastırmak için, V sinyalinin polaritesi ardışık değiştirmelerle değiştirilir. Ek olarak, değiştirme için dört döngülü kodlardan oluşan iki model kullanılır. Değiştirmeden önce kaynak kodu tek sayıda bir içeriyorsa, OOOV dizisi kullanılır ve birlerin sayısı çift ise 1*OOV dizisi kullanılır.

Geliştirilmiş aday kodlar, iletilen verilerde meydana gelen herhangi bir birler ve sıfırlar dizisi için oldukça dar bir bant genişliğine sahiptir. İncirde. Şekil 2.18, kaynak kodundaki çeşitli sıfır ve bir kombinasyonlarının eşit derecede olası olduğu, rastgele veri iletirken elde edilen farklı kodların sinyallerinin spektrumunu göstermektedir. Grafikler çizilirken, spektrumun tüm olası başlangıç dizileri üzerinden ortalaması alındı. Doğal olarak ortaya çıkan kodlar farklı bir sıfır ve bir dağılımına sahip olabilir. Şek. Şekil 2.18, potansiyel NRZ kodunun tek dezavantajıyla birlikte iyi bir spektruma sahip olduğunu göstermektedir; sabit bir bileşene sahiptir. Lojik kodlamayla potansiyelden elde edilen kodlar, artan saat frekansında bile Manchester'dan daha dar bir spektruma sahiptir (şekilde 4B/5B kodunun spektrumu yaklaşık olarak B8ZS koduyla örtüşmelidir, ancak kaydırılmıştır)

144 Bölüm2 Ayrık veri iletiminin temelleri

saat frekansı diğer kodlara göre 1/4 oranında artırıldığı için daha yüksek frekanslar bölgesine). Bu, potansiyel gereksiz ve şifreli kodların kullanımını açıklamaktadır. modern teknolojiler Manchester ve bipolar darbe kodlaması yerine FDDI, Hızlı Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN vb.

2.2.4. Analog sinyallerin ayrık modülasyonu

Ağ teknolojilerinin geliştirilmesindeki ana eğilimlerden biri, hem ayrık hem de analog verilerin tek bir ağda iletilmesidir. Ayrık veri kaynakları bilgisayarlar ve diğer bilgi işlem cihazlarıdır ve analog veri kaynakları ise telefonlar, video kameralar, ses ve video oynatma ekipmanları gibi cihazlardır. Bölgesel ağlarda bu sorunun çözülmesinin ilk aşamalarında, her türlü veri analog biçimde aktarılırken, doğası gereği ayrık olan bilgisayar verileri, modemler kullanılarak analog forma dönüştürülüyordu.

Ancak analog veri toplama ve iletme teknolojisi geliştikçe, analog biçimde iletmenin, iletim sırasında önemli ölçüde bozulduğu takdirde hattın diğer ucunda alınan verinin kalitesini iyileştirmediği açık hale geldi. Analog sinyalin kendisi, bozulmanın meydana geldiğine veya bunun nasıl düzeltileceğine dair herhangi bir gösterge vermez, çünkü sinyal şekli, alıcı tarafından tespit edilen şekil de dahil olmak üzere herhangi bir şekil olabilir. Hatların, özellikle de bölgesel olanların kalitesinin iyileştirilmesi, çok büyük çaba ve yatırım gerektirir. Bu nedenle ses ve görüntülerin kaydedilmesi ve iletilmesi için kullanılan analog teknolojinin yerini dijital teknoloji almıştır. Bu teknik, orijinal zaman-sürekli analog süreçlerin ayrık modülasyonunu kullanır.

Ayrık modülasyon yöntemleri, sürekli süreçlerin hem genlik hem de zaman açısından örneklenmesine dayanır (Şekil 2.19). Bir örnek kullanarak kıvılcım modülasyonunun ilkelerine bakalım darbe kodu modülasyonu, PCM (Darbe Genlik Modülasyonu, PAM), dijital telefonda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Orijinal sürekli fonksiyonun genliği belirli bir periyotta ölçülür - bu nedenle zaman içinde ayrıklaştırma meydana gelir. Daha sonra her ölçüm, belirli bir bit derinliğinin ikili sayısı olarak temsil edilir; bu, fonksiyon değerlerine göre ayrıklaştırma anlamına gelir - sürekli bir olası genlik değerleri kümesi, ayrı bir değer kümesiyle değiştirilir. Benzer görevi yapan cihaza denir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC). Bundan sonra ölçümler iletişim kanalları üzerinden birler ve sıfırlar dizisi halinde iletilir. Bu durumda, başlangıçta ayrı bilgilerin iletilmesi durumunda olduğu gibi aynı kodlama yöntemleri, yani örneğin B8ZS veya 2B1Q kodunu temel alan yöntemler kullanılır.

Hattın alıcı tarafında kodlar orijinal bit dizisine dönüştürülür ve özel ekipman çağrılır. dijital-analog dönüştürücü (DAC), sürekli bir sinyalin sayısallaştırılmış genliklerini demodüle ederek orijinal sürekli zaman fonksiyonunu geri yükler.

Ayrık modülasyon dayanmaktadır Nyquist-Kotelnikov haritalama teorisi. Bu teoriye göre, örnekleme hızının orijinal fonksiyonun en yüksek harmonik spektrumunun frekansından iki veya daha fazla kat daha yüksek olması durumunda, ayrık zamanlı değerlerinin bir dizisi olarak verilen bir analog sürekli fonksiyon, doğru bir şekilde yeniden yapılandırılabilir.

Bu koşul karşılanmazsa, geri yüklenen işlev orijinalinden önemli ölçüde farklı olacaktır.

Analog bilgilerin kaydedilmesi, çoğaltılması ve iletilmesinde dijital yöntemlerin avantajı, bir ortamdan okunan veya bir iletişim hattı aracılığıyla alınan verilerin doğruluğunun kontrol edilebilmesidir. Bunu yapmak için, bilgisayar verileri için kullanılan (ve aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılan) yöntemlerin aynılarını kullanabilirsiniz - hesaplama sağlama toplamı, bozuk çerçevelerin yeniden iletilmesi, kendi kendini düzelten kodların uygulanması.

Yüksek kaliteli ses iletimi için PCM yöntemi, 8000 Hz'lik ses titreşimlerinin genliğinin nicemleme frekansını kullanır. Bunun nedeni, analog telefonda, muhatapların tüm temel harmoniklerini yeterli kalitede ileten ses iletimi için 300 ila 3400 Hz aralığının seçilmiş olmasıdır. Buna göre Nyquist-Koteltkov teoremi yüksek kaliteli ses iletimi için

146 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

sürekli sinyalin en yüksek harmoniğinin iki katı olan, yani 2 x 3400 = 6800 Hz olan bir örnekleme frekansının seçilmesi yeterlidir. Gerçekte seçilen 8000 Hz'lik örnekleme hızı bir miktar kalite marjı sağlar. PCM yöntemi genellikle tek bir örneğin genliğini temsil etmek için 7 veya 8 bitlik kod kullanır. Buna göre bu, ses sinyalinin 127 veya 256 derecelendirmesini verir ve bu, yüksek kaliteli ses iletimi için oldukça yeterlidir. PCM yöntemini kullanırken, tek bir ses kanalı, her bir örneğin kaç bit ile temsil edildiğine bağlı olarak 56 veya 64 Kbps'lik bir verim gerektirir. Bu amaçlarla kullanıldığında

7 bit, daha sonra 8000 Hz'lik ölçüm iletim frekansıyla şunu elde ederiz:

8000 x 7 = 56000 bps veya 56 Kbps; ve 8 bitlik durum için:

8000 x 8 - 64000 bps veya 64 Kbps.

Standart: dijital kanal 64 Kbps, aynı zamanda denir dijital telefon ağlarının temel kanalı.

Sürekli bir sinyalin ayrı formda iletilmesi, ağların bitişik ölçümler arasında 125 μs'lik (8000 Hz örnekleme frekansına karşılık gelen) bir zaman aralığına sıkı sıkıya uymasını gerektirir, yani ağ düğümleri arasında senkronize veri iletimi gerektirir. Gelen ölçümlerin senkronizasyonu sağlanmazsa, orijinal sinyal hatalı şekilde geri yüklenir ve bu da dijital ağlar üzerinden iletilen ses, görüntü veya diğer multimedya bilgilerinin bozulmasına yol açar. Bu nedenle, 10 ms'lik bir senkronizasyon bozulması bir "yankı" etkisine yol açabilir ve 200 ms'lik ölçümler arasındaki kaymalar, konuşulan kelimelerin tanınmamasına neden olur. Aynı zamanda, diğer ölçümler arasındaki senkronizasyon korunurken bir ölçümün kaybedilmesinin, yeniden üretilen ses üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Bu, herhangi bir fiziksel sinyalin atalet özelliğine dayanan dijital-analog dönüştürücülerdeki yumuşatma cihazları nedeniyle oluşur - ses titreşimlerinin genliği anında büyük miktarda değişemez.

DAC'den sonraki sinyalin kalitesi yalnızca girişine gelen ölçümlerin senkronizasyonundan değil, aynı zamanda bu ölçümlerin genliklerinin örnekleme hatasından da etkilenir.

Nyquist-Kotelnikov teoreminin 8. maddesi, fonksiyonun genliklerinin doğru bir şekilde ölçüldüğünü varsayar, aynı zamanda bunları depolamak için sınırlı bit kapasitesine sahip ikili sayıların kullanılması bu genlikleri bir şekilde bozar. Buna göre, yeniden oluşturulan sürekli sinyal bozulur ve buna örnekleme gürültüsü (genlik olarak) adı verilir.

4 bitlik veya 2 bitlik sayılar dizisi gibi ses ölçümlerini daha kompakt bir biçimde temsil edebilen başka ayrık modülasyon teknikleri de vardır. Bu durumda, bir ses kanalı daha az bant genişliği gerektirir; örneğin 32 Kbps, 16 Kbps veya daha az. 1985'ten beri Uyarlanabilir Diferansiyel Darbe Kodu Modülasyonu (ADPCM) adı verilen bir CCITT ses kodlama standardı kullanılmaktadır. ADPCM kodları, daha sonra ağ üzerinden iletilen ardışık ses ölçümleri arasındaki farkları bulmaya dayanmaktadır. ADPCM kodu bir farkı saklamak için 4 bit kullanır ve sesi 32 Kbps hızında iletir. Daha modern yöntem Doğrusal Tahminli Kodlama (LPC), orijinal işlevi daha seyrek olarak örnekler, ancak sinyal genliğindeki değişimin yönünü tahmin etmek için yöntemler kullanır. Bu yöntemi kullanarak ses aktarım hızını 9600 bps'ye düşürebilirsiniz.

2.2. Ayrık verileri fiziksel düzeyde iletme yöntemleri 147

Dijital biçimde sunulan sürekli veriler bir bilgisayar ağı üzerinden kolaylıkla iletilebilir. Bunu yapmak için, bazı standart ağ teknolojilerinin çerçevesine birkaç ölçüm yerleştirmek, çerçeveye doğru hedef adresini sağlamak ve bunu alıcıya göndermek yeterlidir. Alıcının çerçeveden ölçümler alması ve bunları bir niceleme frekansında (ses için - 8000 Hz frekansında) bir dijital-analog dönüştürücüye göndermesi gerekir. Ses ölçümlerinin olduğu sonraki kareler geldiğinde işlemin tekrarlanması gerekir. Çerçevelerin yeterince senkronize gelmesi durumunda ses kalitesi oldukça yüksek olabiliyor. Ancak, zaten bildiğimiz gibi, bilgisayar ağlarındaki çerçeveler hem uç düğümlerde (paylaşılan ortama erişimi beklerken) hem de ara iletişim cihazlarında (köprüler, anahtarlar ve yönlendiriciler) gecikebilir. Bu nedenle dijital olarak iletildiğinde ses kalitesi bilgisayar ağları genellikle düşüktür. Sayısallaştırılmış sürekli sinyallerin (ses, görüntü) yüksek kalitede iletimi için günümüzde ISDN, ATM ve gibi özel dijital ağlar kullanılmaktadır. dijital televizyon. Ancak şirket içi transfer için telefon konuşmaları Bugün, çerçeve iletim gecikmeleri kabul edilebilir sınırlar içinde olan çerçeve aktarma ağları tipiktir.

2.2.5. Asenkron ve senkron iletim

Fiziksel katmanda veri alışverişi yapılırken bilgi birimi bir bittir, dolayısıyla fiziksel katman alıcı ve verici arasındaki bit senkronizasyonunu her zaman korur.

Bağlantı katmanı, veri çerçeveleri üzerinde çalışır ve alıcı ile verici arasında çerçeve düzeyinde senkronizasyon sağlar. Alıcının sorumlulukları arasında çerçevenin ilk baytının başlangıcını tanımak, çerçeve alanlarının sınırlarını tanımak ve çerçevenin sonunu tanımak yer alır.

Verici ve alıcının istikrarlı bir bilgi alışverişi sağlayabilmesi için genellikle bu iki seviyede (bit ve çerçeve) senkronizasyonun sağlanması yeterlidir. Ancak ne zaman kötü kalite Ekipman maliyetini azaltmak ve veri iletiminin güvenilirliğini artırmak için iletişim hatları (genellikle telefon anahtarlamalı kanalları ifade eder), bayt düzeyinde ek senkronizasyon araçları sunar.

Bu çalışma moduna denir asenkron veya başla dur. Bu çalışma modunun kullanılmasının bir diğer nedeni, rastgele zamanlarda baytlarca veri üreten cihazların varlığıdır. Bir kişinin bilgisayar tarafından işlenmek üzere veri girdiği ekranın veya başka bir terminal cihazının klavyesi bu şekilde çalışır.

Asenkron modda, her veri baytına özel "başlatma" ve "durdurma" sinyalleri eşlik eder (Şekil 2.20, A). Bu sinyallerin amacı, öncelikle alıcıya verinin geldiğini bildirmek ve ikinci olarak, alıcıya bir sonraki bayt gelmeden önce senkronizasyonla ilgili bazı işlevleri yerine getirebilmesi için yeterli süre tanımaktır. Başlatma sinyalinin bir saat aralığı süresi vardır ve durdurma sinyali bir, bir buçuk veya iki saat periyodunda sürebilir, dolayısıyla durdurma sinyali olarak bir, bir buçuk veya iki bitin kullanıldığı söylenir. , ancak bu sinyaller kullanıcı bitlerini temsil etmemektedir.

Açıklanan mod eşzamansız olarak adlandırılır çünkü her bayt, bir öncekinin bit saatlerine göre zaman içinde hafifçe kaydırılabilir.

148 Bölüm 2 Ayrık Veri Aktarımının Temelleri

bayt. Baytların bu eşzamansız iletimi, alınan verilerin doğruluğunu etkilemez, çünkü her baytın başlangıcında, "başlangıç" bitleri nedeniyle alıcının kaynakla ek senkronizasyonu meydana gelir. Daha fazla "gevşek" zaman toleransı, asenkron sistem ekipmanının düşük maliyetini belirler.

Senkron iletim modunda, her bayt çifti arasında başlatma-durdurma bitleri yoktur. Kullanıcı verileri, önünde senkronizasyon baytlarının yer aldığı bir çerçeveye toplanır (Şekil 2.20, B). Bir senkronizasyon baytı, alıcıya bir veri çerçevesinin geldiğini bildiren, 0111110 gibi bilinen bir kodu içeren bir bayttır. Alıcının bunu aldıktan sonra vericiyle bayt senkronizasyonuna girmesi, yani çerçevenin bir sonraki baytının başlangıcını doğru bir şekilde anlaması gerekir. Bazen alıcı ve verici arasında daha güvenilir senkronizasyon sağlamak için birden fazla senkronizasyon baytı kullanılır. Uzun bir çerçeveyi iletirken alıcının bit senkronizasyonunda sorunlar yaşayabileceğinden, bu durumda kendi kendini senkronize eden kodlar kullanılır.

» Telefonda kullanılan dar bantlı bir ses frekansı kanalı üzerinden ayrık veriler iletilirken, en uygun yöntemler, taşıyıcı sinüzoidin ikili rakamların orijinal dizisi tarafından modüle edildiği analog modülasyondur. Bu işlem özel cihazlar - modemler tarafından gerçekleştirilir.

* Düşük hızlı veri iletimi için taşıyıcı sinüzoidin frekansında bir değişiklik uygulanır. Daha yüksek hızlı modemler, 4 seviyeli taşıyıcı sinüzoid genlik ve 8 seviyeli faz ile karakterize edilen birleşik karesel genlik modülasyonu (QAM) yöntemlerini kullanarak çalışır. QAM yönteminin olası 32 kombinasyonunun tümü veri iletimi için kullanılmaz; yasaklı kombinasyonlar, bozuk verilerin fiziksel düzeyde tanınmasını mümkün kılar.

* Geniş bant iletişim kanallarında, verilerin farklı sabit sinyal potansiyeli seviyeleri veya bir darbenin veya ön tarafının polariteleri ile temsil edildiği potansiyel ve darbe kodlama yöntemleri kullanılır.

* Potansiyel kodları kullanırken, alıcıyı vericiyle senkronize etme görevi özellikle önemlidir, çünkü uzun sıfır veya bir dizileri iletirken, alıcı girişindeki sinyal değişmez ve alıcının anı belirlemesi zordur. bir sonraki veri bitini alma.

___________________________________________2.3. Veri Bağlantı Katmanı İletim Yöntemleri _______149

* En basit potansiyel kod, sıfıra dönmeyen (NRZ) koddur, ancak kendi kendini ayarlamaz ve bir DC bileşeni üretir.

» En popüler darbe kodu, bilginin her saat döngüsünün ortasındaki sinyal düşüşünün yönüne göre taşındığı Manchester kodudur. Manchester kodu Ethernet ve Token Ring teknolojilerinde kullanılmaktadır.

» Potansiyel bir NRZ kodunun özelliklerini geliştirmek için uzun sıfır dizilerini ortadan kaldıran mantıksal kodlama teknikleri kullanılır. Bu yöntemler aşağıdakilere dayanmaktadır:

Kaynak verilere (4B/5B tipi kodlar) yedekli bitlerin eklenmesi hakkında;

Kaynak verilerinin karıştırılması (2B1Q tipi kodlar).

» Geliştirilmiş potansiyel kodlar, darbeli kodlara göre daha dar bir spektruma sahip olduğundan FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde kullanılır.

Fiziksel katman, ham bitlerin gerçek iletimiyle ilgilenir

iletişim kanalı.

Bilgisayar ağlarında bir bilgisayardan diğerine veri aktarımı sırayla, parça parça gerçekleştirilir. Fiziksel olarak veri bitleri, analog veya dijital sinyaller biçimindeki veri bağlantıları üzerinden iletilir.

Bilgisayar ağlarında veri iletmek için kullanılan araçlar kümesine (iletişim hatları, veri iletim ve alım ekipmanı) veri iletim kanalı denir. İletilen bilginin biçimine bağlı olarak veri iletim kanalları analog (sürekli) ve dijital (ayrık) olarak ikiye ayrılabilir.

Veri iletim ve alım ekipmanı ayrık formdaki verilerle çalıştığından (yani ayrık elektrik sinyalleri, verilerin birlerine ve sıfırlarına karşılık gelir), bunları bir analog kanal üzerinden iletirken, ayrık verilerin analoga dönüştürülmesi (modülasyon) gerekir.

Bu tür analog verileri alırken ters dönüşüm gereklidir - demodülasyon. Modülasyon/demodülasyon – dönüştürme süreçleri dijital bilgi analog sinyallere ve tersi. Modülasyon sırasında bilgi, veri iletim kanalının iyi ilettiği frekansın sinüzoidal sinyali ile temsil edilir.

Modülasyon yöntemleri şunları içerir:

· genlik modülasyonu;

· frekans modülasyonu;

· faz modülasyonu.

Ayrık sinyalleri bir dijital veri kanalı üzerinden iletirken kodlama kullanılır:

· potansiyel;

· darbeli.

Böylece kanallara potansiyel veya darbe kodlaması uygulanır. Yüksek kalite ve kanalın iletilen sinyallerde güçlü bozulmalara neden olduğu durumlarda sinüzoidal sinyallere dayalı modülasyon tercih edilir.

Tipik olarak modülasyon kullanılır küresel ağlar Sesi analog biçimde iletmek üzere tasarlanmış olan ve bu nedenle darbelerin doğrudan iletimi için pek uygun olmayan analog telefon hatları üzerinden veri iletirken.

Senkronizasyon yöntemlerine bağlı olarak veri iletim kanalları bilgisayar ağları senkron ve asenkron olarak ikiye ayrılabilir. Senkronizasyon, gönderen veri düğümünün alıcı düğüme bir miktar sinyal iletebilmesi ve böylece alıcı düğümün gelen verileri almaya ne zaman başlayacağını bilmesi için gereklidir.

Senkron veri iletimi, saat darbelerini iletmek için ek bir iletişim hattı gerektirir. Bitlerin verici istasyon tarafından iletilmesi ve alıcı istasyon tarafından alınması, saat darbelerinin ortaya çıktığı anlarda gerçekleştirilir.

Asenkron veri aktarımı için ek bir iletişim hattına gerek yoktur. Bu durumda veri iletimi sabit uzunlukta bloklar (bayt) halinde gerçekleştirilir. Senkronizasyon, iletilen bayttan önce ve sonra iletilen ek bitler (başlangıç bitleri ve durdurma bitleri) tarafından gerçekleştirilir.

Bilgisayar ağı düğümleri arasında veri alışverişinde bulunurken üç veri aktarım yöntemi kullanılır:

simpleks (tek yönlü) iletim (televizyon, radyo);

yarı çift yönlü (bilgi alımı/iletimi dönüşümlü olarak gerçekleştirilir);

dubleks (çift yönlü), her düğüm aynı anda veri (örneğin, telefon konuşmaları) iletir ve alır.

	\|	sonraki ders ==>

Ayrık verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken iki ana tür fiziksel kodlama kullanılır -temelli sinüzoidal taşıyıcı sinyal ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayanır. İlk yöntem genellikle denir modülasyon veya analog modülasyon, kodlamanın analog sinyalin parametreleri değiştirilerek gerçekleştirildiği gerçeğini vurguluyor. İkinci yöntem genellikle denir dijital kodlama. Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gerekli ekipmanın karmaşıklığı açısından farklılık gösterir.

Şu anda, başlangıçta analog biçimde olan veriler - konuşma, televizyon görüntüleri - iletişim kanalları üzerinden ayrık biçimde, yani birler ve sıfırlar dizisi biçiminde giderek daha fazla aktarılıyor. Analog bilginin ayrık formda temsil edilmesi sürecine ne ad verilir? ayrık modülasyon."Modülasyon" ve "kodlama" terimleri sıklıkla birbirinin yerine kullanılır.

Şu tarihte: dijital kodlama potansiyel ve darbe kodları ayrık bilgi için kullanılır. Potansiyel kodlarda, mantıksal birleri ve sıfırları temsil etmek için sinyalin yalnızca potansiyel değeri kullanılır ve tam darbeler oluşturan düşüşleri dikkate alınmaz. Darbe kodları, ikili verileri belirli bir polaritedeki darbeler olarak veya bir darbenin parçası olarak (belirli bir yönde potansiyel bir düşüş) temsil etmenize olanak tanır.

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanıldığında, aynı anda birkaç hedefe ulaşacak bir kodlama yönteminin seçilmesi gerekir: aynı bit hızında elde edilen sinyalin en küçük spektral genişliğine sahip olmak; verici ve alıcı arasında senkronizasyon sağlandı;

Hataları tanıma yeteneğine sahipti; düşük satış fiyatına sahipti.

Ağlar sözde kullanıyor kendi kendini senkronize eden kodlar, sinyalleri vericiye yönelik talimatları hangi zamanda bir sonraki bitin (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna odaklanmışsa birkaç bitin) tanınmasının gerekli olduğu talimatlar taşır. Sinyalde kenar olarak adlandırılan herhangi bir keskin değişiklik, alıcının vericiyle senkronize edilmesi için iyi bir gösterge olabilir. Bozuk verilerin tanınması ve düzeltilmesinin fiziksel katman araçları kullanılarak gerçekleştirilmesi zordur, bu nedenle çoğu zaman bu iş yukarıda yer alan protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, aktarım veya uygulama. Öte yandan, fiziksel düzeyde hata tanıma, alıcının çerçevenin tamamen ara belleğe yerleştirilmesini beklemediği, ancak yerleştirdikten hemen sonra onu reddettiği için zaman tasarrufu sağlar. çerçeve içindeki hatalı bitlerin bilgisi.

Sıfıra dönmeyen potansiyel kod, potansiyel kodlama yöntemi, kodlama olarak da adlandırılır sıfıra dönmeden (Olmayan Geri dönmek ile Sıfır, NRZ). Soyadı, birler dizisi iletilirken sinyalin saat döngüsü sırasında sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde bu durumda sıfıra dönüş meydana gelir). NRZ yönteminin uygulanması basittir, iyi bir hata tanıma özelliğine sahiptir (keskin biçimde farklı iki potansiyel nedeniyle), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletilirken, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verileri tekrar okumanın gerekli olduğu anları giriş sinyalinden belirleyemez. Yüksek hassasiyetli bir saat üretecinde bile, iki üretecin frekansları hiçbir zaman tam olarak aynı olmadığından, alıcı veri toplama anında hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek veri hızlarında ve uzun bir veya sıfır dizilerinde, küçük bir saat uyumsuzluğu, tüm saat döngüsünde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına yol açabilir.

Alternatif ters çevirmeli iki kutuplu kodlama yöntemi. NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri, alternatif ters çevirme ile bipolar kodlama (Bipolar Alternatif İşaret İnversiyon, BEN MİYİM). Bu yöntem üç potansiyel seviye kullanır: negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal bir sıfırı kodlamak için bir sıfır potansiyeli kullanılır ve mantıksal bir potansiyel ya pozitif bir potansiyel ya da negatif bir potansiyel tarafından kodlanır; her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır. Bu nedenle, sinyal polaritesinin katı değişiminin ihlali, yanlış bir darbeyi veya hattan doğru bir darbenin kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal denir yasaklanmış sinyal (sinyal ihlal). AMI kodu hatta iki değil üç sinyal seviyesi kullanır. Ek katman, hat üzerinde aynı bit doğruluğunu sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3 dB'lik bir artış gerektirir; bu, yalnızca iki durumu ayıran kodlarla karşılaştırıldığında, birden fazla sinyal durumuna sahip kodların ortak bir dezavantajıdır.

Birde ters çevirmeli potansiyel kod. AMI'ye benzer bir kod var, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi var. Sıfır iletirken, önceki döngüde belirlenen potansiyeli iletir (yani onu değiştirmez) ve bir iletirken potansiyel tersine çevrilir. Bu kod denir birinde ters çevirmeli potansiyel kod (Olmayan Geri dönmek ile Sıfır ile olanlar Ters çevrilmiş, NRZI). Bu kod, üçüncü bir sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmediği durumlarda, örneğin iki sinyal durumunun (açık ve karanlık) kararlı bir şekilde tanındığı optik kablolarda kullanışlıdır.

Bipolar darbe kodu Potansiyel kodlara ek olarak, veriler tam bir darbe veya bunun bir kısmı - ön kısım ile temsil edildiğinde, ağlarda darbe kodları da kullanılır. Bu yaklaşımın en basit örneği bipolar darbe kodu, burada biri bir polarite darbesi ile temsil edilir ve sıfır bir diğeri tarafından temsil edilir . Her darbe yarım atım sürer. Bu tür kod mükemmel kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir, ancak örneğin uzun bir birler veya sıfırlar dizisini iletirken sabit bir bileşen mevcut olabilir. Ayrıca spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Böylece, tüm sıfırlar veya birler iletilirken, kodun temel harmoniğinin frekansı, NRZ kodunun temel harmoniğinin iki katı ve AMI kodunun temel harmoniğinin dört katı olan NHz'ye eşit olacaktır. değişen birleri ve sıfırları iletmek. Çok geniş spektrumu nedeniyle bipolar darbe kodu nadiren kullanılır.

Manchester kodu. Yerel ağlarda yakın zamana kadar en yaygın kodlama yöntemi sözde Manchester kodu. Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır. Manchester kodu, birleri ve sıfırları kodlamak için bir potansiyel farkı, yani bir darbenin kenarını kullanır. Manchester kodlaması ile her ölçü iki parçaya bölünür. Bilgi, her saat döngüsünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Birim, düşük sinyal seviyesinden yüksek sinyal seviyesine kadar bir kenar tarafından kodlanır ve sıfır, bir ters kenar tarafından kodlanır. Her saat döngüsünün başında, art arda birkaç bir veya sıfırı temsil etmeniz gerekiyorsa, bir genel sinyal düşüşü meydana gelebilir. Sinyal, bir veri bitinin iletim döngüsü başına en az bir kez değiştiğinden, Manchester kodu iyi kendi kendine senkronizasyon özelliklerine sahiptir. Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbenin bant genişliğinden daha dardır. Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği bipolar darbe kodunun bant genişliğinden bir buçuk kat daha dardır ve temel harmonik 3N/4 değeri civarında dalgalanır. Manchester kodunun bipolar darbe koduna göre başka bir avantajı daha vardır. İkincisi veri iletimi için üç sinyal seviyesi kullanır ve Manchester'da iki seviye kullanılır.

Potansiyel kodu 2B 1Q. Verileri kodlamak için dört sinyal seviyesine sahip potansiyel kod. Bu kod 2'si 1 aradaQ, adı özünü yansıtan - her iki bit (2B), dört duruma (1Q) sahip bir sinyal tarafından bir saat döngüsünde iletilir. Bit çifti 00, -2,5V'luk bir potansiyele karşılık gelir, bit çifti 01, -0,833V'luk bir potansiyele karşılık gelir, çift 11, +0,833V'luk bir potansiyele karşılık gelir ve çift 10, +2,5V'luk bir potansiyele karşılık gelir. Bu kodlama yöntemiyle, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle başa çıkmak için ek önlemler gerekir, çünkü bu durumda sinyal sabit bir bileşene dönüşür. Bitlerin rastgele değişimiyle sinyal spektrumu, NRZ kodunun iki katı kadar dardır, çünkü aynı bit hızında saat süresi iki katına çıkar. Böylece 2B 1Q kodunu kullanarak aynı hat üzerinden AMI veya NRZI kodunu kullanmaya göre iki kat daha hızlı veri aktarımı yapabilirsiniz. Bununla birlikte, bunu uygulamak için, dört seviyenin alıcı tarafından parazit arka planına karşı açıkça ayırt edilebilmesi için verici gücünün daha yüksek olması gerekir.

Mantık kodlaması AMI, NRZI veya 2Q.1B gibi potansiyel kodları geliştirmek için mantıksal kodlama kullanılır. Mantık kodlaması, sabit bir potansiyele yol açan uzun bit dizilerini serpiştirilmiş olanlarla değiştirmelidir. Yukarıda belirtildiği gibi mantıksal kodlama iki yöntemle karakterize edilir -. gereksiz kodlar ve karıştırma.

Belirli bir hat kapasitesini sağlamak için yedek kod kullanan bir vericinin artırılmış saat frekansında çalışması gerekir. Yani 4V/5V kodları 100 Mb/s hızında iletmek için vericinin 125 MHz saat frekansında çalışması gerekir. Bu durumda, hat üzerindeki sinyalin spektrumu, saf, yedeksiz bir kodun hat boyunca iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, gereksiz potansiyel kodun spektrumu, mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcı ve vericinin artan saat frekansında çalışmasını haklı çıkaran Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkıyor.

Çırpınıyorum. Verileri potansiyel bir kod kullanarak hatta aktarmadan önce bir karıştırıcıyla karıştırmak, mantıksal kodlamanın başka bir yoludur. Karıştırma yöntemleri, kaynak kodunun bitlerine ve önceki saat döngülerinde elde edilen sonuçtaki kodun bitlerine dayalı olarak ortaya çıkan kodun bit-bit hesaplanmasını içerir. Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

Asenkron ve senkron iletim

Fiziksel katmanda veri alışverişi yapılırken bilgi birimi bir bittir, dolayısıyla fiziksel katman alıcı ve verici arasındaki bit senkronizasyonunu her zaman korur. Verici ve alıcının istikrarlı bir bilgi alışverişi sağlayabilmesi için genellikle bu iki seviyede (bit ve çerçeve) senkronizasyonun sağlanması yeterlidir. Bununla birlikte, iletişim hattının kalitesi zayıf olduğunda (genellikle bu, çevirmeli telefon kanalları için geçerlidir), ekipmanın maliyetini azaltmak ve veri iletiminin güvenilirliğini artırmak için bayt düzeyinde ek senkronizasyon araçları uygulanır.

Bu çalışma moduna denir asenkron veya başla dur. Asenkron modda, her veri baytına özel başlatma ve durdurma sinyalleri eşlik eder. Bu sinyallerin amacı, öncelikle alıcıya verinin geldiğini bildirmek ve ikinci olarak, alıcıya bir sonraki bayt gelmeden önce senkronizasyonla ilgili bazı işlevleri yerine getirebilmesi için yeterli süre tanımaktır. Başlatma sinyalinin bir saat aralığı süresi vardır ve durdurma sinyali bir, bir buçuk veya iki saat periyodunda sürebilir, dolayısıyla durdurma sinyali olarak bir, bir buçuk veya iki bitin kullanıldığı söylenir. , ancak bu sinyaller kullanıcı bitlerini temsil etmemektedir.

Senkron iletim modunda, her bayt çifti arasında başlatma-durdurma bitleri yoktur. sonuçlar

Telefonda kullanılan dar bantlı bir ses frekansı kanalı üzerinden ayrık veriler iletilirken, en uygun yöntemler, taşıyıcı sinüzoidin ikili rakamların orijinal dizisi tarafından modüle edildiği analog modülasyondur. Bu işlem özel cihazlar - modemler tarafından gerçekleştirilir.

Düşük hızlı veri iletimi için taşıyıcı sinüzoidin frekansındaki bir değişiklik kullanılır. Yüksek hızlı modemler, 4 seviyeli taşıyıcı sinüzoid genlik ve 8 seviyeli faz ile karakterize edilen birleşik karesel genlik modülasyonu (QAM) yöntemleri kullanılarak çalışır. QAM yönteminin olası 32 kombinasyonunun tamamı veri aktarımı için kullanılmaz; yasaklı kombinasyonlar, bozuk verilerin fiziksel düzeyde tanınmasını mümkün kılar.

Geniş bant iletişim kanallarında, verilerin farklı seviyelerde sabit sinyal potansiyeli veya darbe polariteleri ile temsil edildiği potansiyel ve darbe kodlama yöntemleri kullanılır veya onunön.

Potansiyel kodları kullanırken, alıcıyı vericiyle senkronize etme görevi özellikle önem kazanır, çünkü uzun sıfır veya bir dizileri iletilirken, alıcı girişindeki sinyal değişmez ve alıcının etkileşim anını belirlemesi zordur. bir sonraki veri bitini alıyor.

En basit potansiyel kod, sıfıra dönmeyen (NRZ) koddur, ancak kendi kendine saat ayarlaması yapmaz ve bir DC bileşeni üretir.

En popüler darbe kodu, bilginin her saat döngüsünün ortasındaki sinyal düşüşünün yönüne göre taşındığı Manchester kodudur. Manchester kodu Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır.

Potansiyel bir NRZ kodunun özelliklerini geliştirmek için, uzun sıfır dizilerini ortadan kaldıran mantıksal kodlama yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler aşağıdakilere dayanmaktadır:

Kaynak verilere (4B/5B tipi kodlar) yedekli bitlerin eklenmesi hakkında;

Kaynak verilerinin karıştırılması (2B 1Q gibi kodlar).

Geliştirilmiş potansiyel kodlar, darbe kodlarına göre daha dar bir spektruma sahip olduğundan FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde kullanılır.

Ayrık verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken, iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır: sinüzoidal taşıyıcı sinyal ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayanır. Kodlamanın analog sinyalin parametreleri değiştirilerek gerçekleştirildiği gerçeğini vurgulayan ilk yönteme genellikle modülasyon veya analog modülasyon da denir. İkinci yönteme genellikle dijital kodlama denir. Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gerekli ekipmanın karmaşıklığı açısından farklılık gösterir.
Analog modülasyon Dar bir frekans bandına sahip kanallar üzerinden ayrık verilerin iletilmesi için kullanılır; bunun tipik bir temsilcisi, genel telefon ağlarının kullanıcılarına sağlanan ses frekansı kanalıdır. Bir ses frekansı kanalının tipik bir genlik-frekans tepkisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.12. Bu kanal 300 ila 3400 Hz aralığındaki frekansları iletir, dolayısıyla bant genişliği 3100 Hz'dir. Verici tarafta taşıyıcı sinüzoidal modülasyon, alıcı tarafta demodülasyon fonksiyonlarını yerine getiren cihaza modem (modülatör - demodülatör) denir.
Analog modülasyon yöntemleri
Analog modülasyon, sinüzoidal bir taşıyıcı sinyalin genliğini, frekansını veya fazını değiştirerek bilginin kodlandığı fiziksel bir kodlama yöntemidir.
Diyagram (Şekil 2.13, a), mantıksal bir birim için yüksek seviye potansiyelleri ve mantıksal sıfır için sıfır seviye potansiyeli ile temsil edilen orijinal bilginin bit dizisini gösterir. Bu kodlama yöntemine, bilgisayar blokları arasında veri aktarırken sıklıkla kullanılan potansiyel kod adı verilir.
Genlik modülasyonuyla (Şekil 2.13, b), mantıksal birim için taşıyıcı frekans sinüzoidinin genliğinin bir seviyesi ve mantıksal sıfır için diğeri seçilir. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte saf haliyle nadiren kullanılır, ancak sıklıkla başka bir modülasyon türü olan faz modülasyonuyla birlikte kullanılır.
Frekans modülasyonuyla (Şekil 2.13, c), kaynak verilerinin 0 ve 1 değerleri, f0 ve f1 gibi farklı frekanslara sahip sinüzoidler tarafından iletilir. Bu modülasyon yöntemi, modemlerde karmaşık devreler gerektirmez ve genellikle 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır.
Faz modülasyonuyla, 0 ve 1 veri değerleri aynı frekanstaki ancak farklı fazlara sahip sinyallere karşılık gelir, örneğin 0 ve 180 derece veya 0,90,180 ve 270 derece.
Yüksek hızlı modemler genellikle kombine modülasyon yöntemlerini kullanır; genellikle genlik fazla birleştirilir.
Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanıldığında, aynı anda birkaç hedefe ulaşan bir kodlama yönteminin seçilmesi gerekir:
· aynı bit hızında elde edilen sinyalin en küçük spektrum genişliğine sahipti;
· verici ve alıcı arasında senkronizasyonun sağlanması;
· hataları fark etme becerisine sahipti;
· satış maliyeti düşüktü.
Daha dar bir sinyal spektrumu, aynı hattın (aynı bant genişliğine sahip) daha yüksek bir veri aktarım hızı elde etmesine olanak tanır. Ek olarak, sinyal spektrumunun genellikle hiçbir DC bileşeninin olmaması, yani verici ile alıcı arasında bir DC akımının bulunması gerekir. Özellikle çeşitli transformatör galvanik izolasyon devrelerinin kullanılması doğru akımın geçişini engeller.
Vericinin ve alıcının senkronizasyonu, alıcının iletişim hattından yeni bilgiyi tam olarak hangi anda okuması gerektiğini bilmesi için gereklidir.
Bozuk verilerin tanınması ve düzeltilmesinin fiziksel katman araçları kullanılarak gerçekleştirilmesi zordur, bu nedenle çoğu zaman bu iş yukarıda yer alan protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, aktarım veya uygulama. Öte yandan, fiziksel katmandaki hata tanıma, alıcının çerçevenin tamamen arabelleğe yerleştirilmesini beklememesi, çerçeve içindeki hatalı bitleri fark ettiğinde onu hemen atması nedeniyle zaman tasarrufu sağlar.
Kodlama yöntemlerine ilişkin gereksinimler karşılıklı olarak çelişkilidir, bu nedenle aşağıda tartışılan popüler dijital kodlama yöntemlerinin her birinin, diğerlerine kıyasla kendi avantajları ve dezavantajları vardır.