A fizikai kódolásnak két fő típusát alkalmazzák - szinuszos vivőjelen (analóg moduláció) és téglalap alakú impulzusok sorozatán (digitális kódolás) alapul.

Analóg moduláció - diszkrét adatok továbbítására szűk csatornán keresztül sávszélesség- telefonhálózatok hangfrekvenciás csatorna (sávszélesség 300-3400 Hz) Modulációt és demodulációt végző eszköz - modem.

Analóg modulációs módszerek

n amplitúdómoduláció (alacsony zajtűrő képesség, gyakran fázismodulációval együtt alkalmazzák);

n frekvenciamoduláció (bonyolult műszaki megvalósítás, általában kis sebességű modemekben használják).

n fázisú moduláció.

A modulált jel spektruma

Potenciális kód- ha a diszkrét adatot N bit/másodperc sebességgel továbbítják, akkor a spektrum nulla frekvenciájú állandó összetevőből és f0, 3f0, 5f0, 7f0, ... frekvenciájú harmonikusok végtelen sorozatából áll, ahol f0 = N/2. Ezeknek a harmonikusoknak az amplitúdója lassan csökken - az f0 amplitúdó 1/3, 1/5, 1/7, ... együtthatóival. A kapott potenciálkód jel spektruma tetszőleges adatok továbbításakor valamilyen 0-hoz közeli értéktől körülbelül 7f0-ig terjedő sávot foglal el. Hangfrekvenciás csatorna esetében az átviteli sebesség felső határát 971 bit/s adatsebességnél érjük el, az alsó határt pedig semmilyen sebességnél elfogadhatatlan, mivel a csatorna sávszélessége 300 Hz-nél kezdődik. Vagyis a potenciális kódokat nem használják a hangfrekvenciás csatornákon.

Amplitúdó moduláció- a spektrum egy fc vivőfrekvenciás szinuszból és két fc+fm és fc-fm oldalharmonikusból áll, ahol fm a szinusz információs paraméterének változási frekvenciája, amely két amplitúdószint használata esetén egybeesik az adatsebességgel . Az fm frekvencia egy adott kódolási módszer vonalkapacitását határozza meg. Kis modulációs frekvencia esetén a jelspektrum szélessége még kicsi is lesz (2 fm-nek felel meg), és a jeleket nem torzítja a vonal, ha a sávszélesség nagyobb vagy egyenlő, mint 2 fm. Hangfrekvenciás csatorna esetén ez a módszer 3100/2 = 1550 bit/s adatátviteli sebességnél is elfogadható.

Fázis- és frekvenciamoduláció- a spektrum összetettebb, de szimmetrikus, nagyszámú gyorsan csökkenő harmonikussal. Ezek a módszerek hangfrekvenciás csatornaátvitelre alkalmasak.

Kvadratúra amplitúdómoduláció (Quadrate Amplitude Modulation) - fázismoduláció 8 fáziseltolási értékkel és amplitúdómoduláció 4 amplitúdóértékkel. Nem használja mind a 32 jelkombinációt.

Digitális kódolás

Potenciális kódok- a logikai egyesek és nullák ábrázolásához csak a jelpotenciál értékét használjuk, és annak cseppjeit, amelyek teljes impulzusokat fogalmaznak meg, nem vesszük figyelembe.

Impulzus kódok- bináris adatot reprezentálnak vagy bizonyos polaritású impulzusokkal, vagy az impulzus egy részével - egy bizonyos irányú potenciáleséssel.

A digitális kódolási módszer követelményei:

Ennek volt a legkisebb spektrumszélessége a kapott jelnek azonos bitsebességgel (a keskenyebb jelspektrum lehetővé teszi, hogy ugyanazon a vonalon nagyobb adatsebességet érjünk el, követelmény az állandó komponens hiánya is, azaz a egyenáram jelenléte az adó és a vevő között);

Biztosított szinkronizálás az adó és a vevő között (a vevőnek pontosan tudnia kell, hogy mikor tudja kiolvasni a szükséges információkat a vonalról, helyi rendszerek- időzítési vonalak, hálózatokban - önszinkronizáló kódok, amelyek jelei utasításokat hordoznak az adó számára, hogy melyik időpontban kell felismerni a következő bitet);

Képes volt felismerni a hibákat;

Alacsony megvalósítási költséggel rendelkezik.

Potenciális kód nullához való visszatérés nélkül. NRZ (Non Return to Zero). A jel nem tér vissza nullára egy cikluson belül.

Könnyen kivitelezhető, két élesen eltérő jel miatt jó hibaérzékeléssel rendelkezik, de nincs szinkronizálási tulajdonsága. A nullák vagy egyesek hosszú sorozatának továbbításakor a vonalon a jel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni, hogy mikor kell újra olvasni az adatokat. Egy másik hátránya az alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek és nullák hosszú sorozatait továbbítják. Tiszta formájában a kódot ritkán használják, módosításokat alkalmaznak. Vonzóképesség - az alapharmonikus alacsony frekvenciája f0 = N /2.

Bipoláris kódolási módszer alternatív inverzióval. (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI), az NRZ módszer módosítása.

A nulla potenciál kódolására szolgál, a logikai egységet pozitív vagy negatív potenciál kódolja, míg minden következő egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával. Részben kiküszöböli az állandó komponens problémáit és az önszinkronizálás hiányát. Egyek hosszú sorozatának továbbítása esetén különböző polaritású impulzusok sorozata, ugyanolyan spektrummal, mint az NRZ kód, amely váltakozó impulzusok sorozatát továbbítja, azaz konstans komponens és alapharmonikus N / 2 nélkül. Általánosságban elmondható, hogy az AMI használata szűkebb spektrumot eredményez, mint az NRZ, és ezáltal nagyobb kapcsolati kapacitást. Például váltakozó nullák és egyesek átvitelekor az f0 alapharmonikus frekvenciája N/4. A hibás adások felismerése lehetséges, de a megbízható vétel biztosításához körülbelül 3 dB-es teljesítménynövekedés szükséges, mivel valódi jelszinteket használnak.

Potenciális kód egységnyi inverzióval. (Non Return to Zero egyesekkel Inverted, NRZI) AMI-szerű kód, de két jelszinttel. A nulla átvitelekor az előző ciklus potenciálja, egy átvitelekor pedig az ellenkezőre fordítódik. A kód olyan esetekben kényelmes, amikor a harmadik szint használata nem kívánatos (optikai kábel).

Az AMI, az NRZI javítására két módszert alkalmaznak. Az első a redundáns egységek hozzáadása a kódhoz. Megjelenik az önszinkronizáció tulajdonsága, eltűnik az állandó komponens és szűkül a spektrum, de csökken a hasznos sávszélesség.

Egy másik módszer a kezdeti információk „keverése” oly módon, hogy az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a sorban szorossá válik - kódolás. Mindkét módszer logikai kódolás, mivel nem határozza meg a vonalon lévő jelek alakját.

Bipoláris impulzuskód. Az egyest egy polaritású impulzus képviseli, a nullát pedig egy másik. Minden impulzus fél ciklusig tart.

A kód kiváló önidőzítő tulajdonságokkal rendelkezik, de előfordulhat, hogy egy egyenáramú komponens hosszú nullák vagy egyesek sorozatának továbbításakor. A spektrum szélesebb, mint a potenciális kódoké.

Manchester kód. Az Ethernet hálózatokban leggyakrabban használt kód a Token Ring.

Minden intézkedés két részre oszlik. Az információkat a ciklus közepén fellépő potenciális esések kódolják. Az egységet alacsony-magas átmenet kódolja, a nullát pedig egy fordított él kódolja. Minden ciklus elején felléphet egy felső jel széle, ha több 1-et vagy 0-t kell ábrázolni egymás után. A kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik. A sávszélesség szűkebb, mint a bipoláris impulzusoké, nincs állandó komponens, és az alapharmonikus frekvenciája legrosszabb esetben N, legjobb esetben N/2.

2B1Q potenciálkód. Minden két bitet egy ciklusban négy állapotú jel továbbít. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Kötelező további pénzeszközök azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére. Véletlenszerű bitbeillesztésnél a spektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ-é, mivel azonos bitsebesség mellett a ciklusidő megduplázódik, vagyis ugyanazon a vonalon kétszer olyan gyorsan továbbíthatók az adatok, mint az AMI, NRZI használatával, de a nagy adóteljesítményre van szükség.

Logikai kódolás

Úgy tervezték, hogy javítsa a potenciális kódokat, mint például az AMI, NRZI, 2B1Q, lecserélve a hosszú bitsorozatokat, amelyek állandó potenciálhoz vezetnek, és bitekkel tarkítva. Két módszert alkalmaznak - redundáns kódolást és kódolást.

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat részekre bontásán alapulnak, amelyeket gyakran karaktereknek neveznek, majd minden eredeti karaktert egy új karakterrel helyettesítenek, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti.

A 4B/5B kód a 4 bites sorozatokat 5 bites szekvenciákkal helyettesíti. Ekkor 16 bites kombináció helyett 32-t kapunk, ebből 16-ot választunk ki, amelyek nem tartalmaznak nagyszámú nullát, a többi tiltott kódnak minősül (kódsértés). A DC eltávolítása és a kód önszinkronizálása mellett a redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára a sérült bitek felismerését. Ha a vevő tiltott kódokat kap, akkor a jel torzult a vonalon.

Ezt a kódot a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják a potenciális kódolási módszerek egyikével, amely csak a hosszú nullák sorozatára érzékeny. A kód garantálja, hogy háromnál több nulla ne legyen egymás után a sorban. Vannak más kódok is, például 8V/6T.

A megadott sávszélesség biztosítása érdekében az adónak megnövelt órajelen kell működnie (100 Mb / s - 125 MHz esetén). A jel spektruma kitágul az eredetihez képest, de szűkebb marad, mint a manchesteri kód spektruma.

Scrambling - az adatok keverése egy scramblerrel a vonalról való átvitel előtt.

A titkosítási módszerek a kapott kód bitenkénti kiszámításából állnak a forráskód bitjei és az eredményül kapott kód előző ciklusokban kapott bitjei alapján. Például,

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

ahol B i a kódoló i-edik ciklusában kapott kód bináris számjegye, A i a kódoló bemenetén az i-edik ciklusba érkező forráskód bináris számjegye, B i - 3 és B i -5 az előző munkaciklusokban kapott kód bináris számjegyei.

Az 110110000001 sorozathoz a kódoló 110001101111-et ad, vagyis nem lesz hat egymást követő nullából álló sorozat.

A kapott szekvencia vétele után a vevő átadja azt a dekódolónak, amely az inverz transzformációt alkalmazza

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

A különböző kódoló rendszerek a kifejezések számában és a köztük lévő eltolódásban különböznek.

Több is van egyszerű módszerek a nullák vagy egyesek sorozatai elleni küzdelem, amelyeket titkosítási módszereknek is neveznek.

A bipoláris AMI javítására a következőket használják:

B8ZS (Bipoláris 8-zérós helyettesítéssel) - csak a 8 nullából álló sorozatokat javítja.

Ehhez az első három nulla után a maradék öt helyett öt V-1 * -0-V-1 * jelet szúr be, ahol V egy adott polaritási ciklusra tiltott egy jelet, azaz egy jelet jelöl. amely nem változtatja meg az előző polaritását, 1 * - egy helyes polaritású egység jele, és a csillag jelzi azt a tényt, hogy a forráskódban ebben a ciklusban nem egység volt, hanem nulla. Ennek eredményeként a vevő 2 torzítást lát 8 ciklusban - nagyon valószínűtlen, hogy ez a vonal zaja miatt történt. Ezért a vevő az ilyen jogsértéseket 8 egymást követő nulla kódolásaként kezeli. Ebben a kódban a konstans összetevő nulla bármely bináris számjegysorozat esetén.

A HDB3 kód az eredeti sorrendben bármely négy egymást követő nullát kijavít. Minden négy nullát négy olyan jel helyettesít, amelyekben egy V. A DC komponens elnyomására a V jel polaritása megfordul az egymást követő változtatásoknál. Ezenkívül két négyciklusú kódmintát használnak a cseréhez. Ha csere előtt forrás páratlan számú egységet tartalmazott, akkor a 000V sorozatot használjuk, és ha az egységek száma páros, akkor az 1*00V sorozatot.

A továbbfejlesztett jelöltkódok meglehetősen szűk sávszélességgel rendelkeznek a továbbított adatokban előforduló nullák és egyesek sorozataihoz.

A kommunikációs vonalon továbbítandó kezdeti információ lehet diszkrét (számítógépes kimeneti adat) vagy analóg (beszéd, televíziós kép).

A diszkrét adatok továbbítása kétféle fizikai kódoláson alapul:

a) analóg moduláció, ha a kódolás egy szinuszos vivőjel paramétereinek megváltoztatásával történik;

b) digitális kódolás a téglalap alakú információimpulzusok sorozatának szintjének változtatásával.

Az analóg moduláció a kapott jel sokkal kisebb spektrumához vezet, mint a digitális kódolással, azonos információátviteli sebesség mellett, de megvalósítása bonyolultabb és drágább berendezéseket igényel.

Jelenleg az eredeti, analóg formájú adatokat egyre inkább diszkrét formában (egyesek és nullák sorozataként) továbbítják kommunikációs csatornákon, azaz az analóg jelek diszkrét modulációját hajtják végre.

analóg moduláció. Diszkrét adatok továbbítására szolgál szűk sávszélességű csatornákon, amelyek tipikus képviselője a telefonhálózatok felhasználóinak biztosított hangfrekvenciás csatorna. A 300-3400 Hz frekvenciájú jelek ezen a csatornán kerülnek továbbításra, azaz a sávszélessége 3100 Hz. Egy ilyen sáv elégséges az elfogadható minőségű beszédátvitelhez. A hangcsatorna sávszélesség-korlátozása a telefonhálózatokban multiplexelő és áramkörkapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

A diszkrét adatok átvitele előtt az adó oldalon modulátor-demodulátor (modem) segítségével az eredeti bináris számjegysorozat vivő szinuszos modulációját hajtjuk végre. Az inverz konverziót (demodulációt) a fogadó modem végzi.

Három módja van a digitális adatok analóg formába konvertálásának, vagy három módszer az analóg modulációra:

Amplitúdómoduláció, amikor a szinuszos rezgések hordozójának csak az amplitúdója változik a továbbított információs bitek sorrendjének megfelelően: például egy továbbításakor az oszcillációs amplitúdó nagyra van állítva, nulla adásnál kicsi, vagy egyáltalán nincs vivőjel;

Frekvenciamoduláció, amikor a moduláló jelek (átvitt információs bitek) hatására csak a szinuszos rezgések vivőfrekvenciája változik: például nulla átvitelekor alacsony, egy átvitele esetén magas;

Fázismoduláció, amikor az átvitt információs bitek sorrendjének megfelelően csak a szinuszos rezgések hordozójának fázisa változik: amikor az 1 jelről 0 jelre váltunk, vagy fordítva, a fázis 180 ° -kal változik. Tiszta formájában az amplitúdómodulációt a gyakorlatban ritkán alkalmazzák az alacsony zajtűrés miatt. A frekvenciamoduláció nem igényel bonyolult áramkört a modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használatos. Az adatsebesség növelését kombinált modulációs eljárások, gyakrabban fázissal kombinált amplitúdómoduláció alkalmazása biztosítja.

A diszkrét adatátvitel analóg módszere széles sávú átvitelt biztosít különböző vivőfrekvenciás jelek egy csatornán történő felhasználásával. Ez nagyszámú előfizető interakcióját garantálja (minden egyes előfizetőpár saját frekvencián működik).

Digitális kódolás. A diszkrét információk digitális kódolásakor kétféle kódot használnak:

a) lehetséges kódok, mikor kell bemutatni információs egységekés nullák, csak a jelpotenciál értékét alkalmazzuk, és annak esését nem vesszük figyelembe;

b) impulzuskódok, amikor a bináris adatokat vagy egy bizonyos polaritású impulzusok, vagy egy bizonyos irányú potenciálesés reprezentálják.

A következő követelmények vonatkoznak a diszkrét információk digitális kódolásának módszereire, amikor négyszögletes impulzusokat használnak a bináris jelek ábrázolására:

Az adó és a vevő közötti szinkronizálás biztosítása;

Az eredményül kapott jel legkisebb spektrumszélességének biztosítása azonos bitsebességgel (mivel a jelek szűkebb spektruma lehetővé teszi a

az azonos sávszélességű hálózatok nagyobb sebességet érnek el

adatátvitel);

Az átvitt adatok hibáinak felismerése;

Viszonylag alacsony megvalósítási költség.

A fizikai réteg segítségével csak a sérült adatok felismerése (hibadetektálás) valósul meg, ami időt takarít meg, mivel a vevő anélkül, hogy megvárná, hogy a kapott keret teljesen a pufferbe kerüljön, azonnal elutasítja, ha hibásat észlel. bitek a keretben. Egy bonyolultabb műveletet - a sérült adatok kijavítását - magasabb szintű protokollok hajtják végre: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás.

Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, mikor kell kiolvasnia a bejövő adatokat. Az órajelek ráhangolják a vevőt a továbbított üzenetre, és szinkronban tartják a vevőt a bejövő adatbitekkel. A szinkronizálási probléma könnyen megoldható kis távolságra (számítógépen belüli blokkok között, számítógép és nyomtató között) külön időzítő kommunikációs vonal használatával: az információ csak a következő óraimpulzus megérkezésekor kerül olvasásra. A számítógépes hálózatokban az óraimpulzusok használatát két okból hagyják el: a vezetők megtakarítása miatt a drága kábelekben, illetve a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt (a hosszútáv a jelek egyenetlen terjedési sebessége az időzítési vonalban az órajelek, a fővonalban az információimpulzusok deszinkronizálásához vezethet, aminek következtében egy adatbit vagy kimarad, vagy újraolvasható).

Jelenleg az adó és a vevő hálózatokban történő szinkronizálása önszinkronizáló kódok (SC) használatával valósul meg. A továbbított adatok SC-vel történő kódolása a csatornában lévő információs jel szintjei rendszeres és gyakori változását (átmenetét) biztosítja. Minden jelszint-átmenet magasról alacsonyra vagy fordítva a vevő beállítására szolgál. A legjobbak azok az SC-k, amelyek legalább egyszer jelszint-átmenetet biztosítanak az egy információs bit fogadásához szükséges időintervallumban. Minél gyakoribbak a jelszint-átmenetek, annál megbízhatóbb a vevő szinkronizálása, és annál biztosabb a vett adatbitek azonosítása.

A diszkrét információk digitális kódolásának módszereivel szemben támasztott követelmények bizonyos mértékig egymásnak ellentmondanak, ezért az alábbiakban tárgyalt kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Önszinkronizáló kódok. A leggyakoribbak a következő SC-k:

Potenciális kód nullához való visszatérés nélkül (NRZ - Non Return to Zero);

Bipoláris impulzuskód (RZ kód);

Manchester kód;

Bipoláris kód alternatív szintű inverzióval.

ábrán. A 32. ábra a 0101100 számú üzenet kódolási sémáját mutatja ezeknek a CK-knak a használatával.

Jellemzésére és összehasonlító értékelés Az SC a következő mutatókat használja:

A szinkronizálás szintje (minősége);

A vett információbitek felismerésének és kiválasztásának megbízhatósága (megbízhatósága);

A kommunikációs vonal jelszintjének szükséges változási sebessége az SC használatakor, ha a vonal sávszélessége be van állítva;

Az SC-t megvalósító berendezés összetettsége (és így költsége).

Az NRZ kód könnyen kódolható és alacsony költséggel megvalósítható. Azért kapott ilyen nevet, mert azonos nevű bitsorozat (egyesek vagy nullák) átvitelekor a jel nem tér vissza nullára a ciklus során, ahogy az más kódolási módszereknél történik. A jelszint sorozatonként változatlan marad, ami jelentősen rontja a szinkronizálás minőségét és a vett bitek felismerésének megbízhatóságát (a vevő időzítője rosszul igazodhat a bejövő jelhez, és előfordulhat, hogy a vonalak idő előtti lekérdezése történik).

Az N^-kódra a következő relációk érvényesek:

ahol VI a jelszint változási sebessége a kommunikációs vonalon (baud);

Y2 - a kommunikációs vonal átviteli sebessége (bit / s).

Amellett, hogy ez a kód nem rendelkezik az önszinkronizálás tulajdonságával, van egy másik komoly hátránya is: egy alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek vagy nullák hosszú futásait továbbítják. Ennek eredményeként az NRZ kódot tiszta formájában nem használják a hálózatokban. Különféle módosításait alkalmazzák, amelyekben a kód rossz önszinkronizálása és egy állandó komponens jelenléte kiküszöbölhető.

Az RZ-kód vagy bipoláris impulzuskód (return-to-nulla kód) abban különbözik, hogy egy információs bit átvitele során a jelszint kétszer változik, függetlenül attól, hogy azonos nevű bitek sorozata vagy váltakozó bitek vannak. továbbított. Az egységet egy polaritású impulzus képviseli, a nullát pedig egy másik. Minden impulzus fél ciklusig tart. Az ilyen kód kiváló önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik, de megvalósításának költsége meglehetősen magas, mivel biztosítani kell az arányt

Az RZ kód spektruma szélesebb, mint a potenciális kódoké. Túl széles spektruma miatt ritkán használják.

A Manchester kód az egyes bitek bemutatásakor a jelszint változását, az azonos nevű bitsorozat átvitelekor pedig dupla változást biztosít. Minden intézkedés két részre oszlik. Az információkat az egyes ciklusok közepén előforduló potenciális esések kódolják. Egy egység kódolása alacsony-magas közötti átmenettel történik, a nullát pedig fordított átmenet kódolja. Ennek a kódnak a sebességaránya:

A Manchester kód jó önórajellel rendelkezik, mivel a jel egy adatbit átviteli ciklusánként legalább egyszer megváltozik. Sávszélessége szűkebb, mint az RZ kódé (átlagosan másfélszerese). Ellentétben a bipoláris impulzuskóddal, ahol három jelszintet használnak az adatátvitelhez (ami néha nagyon nem kívánatos, például az optikai kábelekben csak két állapotot ismernek fel következetesen - a fényt és a sötétséget), a Manchester kódnak két szintje van.

A Manchester kódot széles körben használják az Ethernet és a Token Ring technológiákban.

Az alternatív szintű inverziós bipoláris kód (AMI kód) az NRZ kód módosítása. Három potenciálszintet használ - negatív, nulla és pozitív. Az egység pozitív vagy negatív potenciállal van kódolva. A nulla potenciált nulla kódolására használják. A kód jó szinkronizálási tulajdonságokkal rendelkezik az egységek sorozatának átvitelekor, mivel minden új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával. Nullák továbbításakor nincs szinkronizálás. Az AMI kód ​​viszonylag könnyen implementálható. Neki

Amikor a vonalon különböző bitkombinációkat továbbítunk, az AMI kód ​​használata szűkebb jelspektrumhoz vezet, mint az NRZ kódé, és ennélfogva nagyobb vonali átvitelhez vezet.

Vegye figyelembe, hogy a továbbfejlesztett potenciálkódok (bővített Manchester-kód és AMI-kód) szűkebb spektrummal rendelkeznek, mint az impulzuskódok, ezért ezeket használják nagy sebességű technológiák, mint például az FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Analóg jelek diszkrét modulációja. Mint már említettük, a modern fejlődésének egyik trendje számítógépes hálózatok ezek digitalizálása, azaz bármilyen jellegű jelek digitális továbbítása. Ezeknek a jeleknek a forrásai lehetnek számítógépek (diszkrét adatokhoz) vagy eszközök, például telefonok, videokamerák, video- és audioberendezések (analóg adatok esetén). Egészen a közelmúltig (a digitális kommunikációs hálózatok megjelenése előtt) a területi hálózatokban minden típusú adatot analóg formában továbbítottak, és a diszkrét jellegű számítógépes adatokat modemek segítségével analóg formává alakították át.

Az információ analóg formában történő továbbítása azonban nem javítja a vett adatok minőségét, ha az átvitel során jelentős torzítás történt. Ezért a hang és kép rögzítésének és továbbításának analóg technikáját digitális technológia váltotta fel, amely az analóg jelek diszkrét modulációját használja.

A diszkrét moduláció a folyamatos jelek amplitúdójában és időben történő mintavételezésén alapul. Az analóg jelek digitálissá alakításának egyik széles körben használt módszere az impulzuskód moduláció (PCM), amelyet 1938-ban javasolt A.Kh. Reeves (USA).

PCM használata esetén az átalakítási folyamat három szakaszból áll: leképezés, kvantálás és kódolás (33. ábra).

Az első szakasz a megjelenítés. Az eredeti folytonos jel amplitúdóját egy adott periódussal mérjük, aminek következtében idődiszkretizáció következik be. Ebben a szakaszban az analóg jelet impulzus amplitúdó modulációs (PAM) jelekké alakítják. A szakasz végrehajtása a Nyquist-Kotelnikov leképezési elméleten alapul, melynek fő álláspontja: ha az analóg jelet szabályos időközönként jelenítjük meg (vagyis diszkrét idejű értékeinek sorozataként ábrázoljuk) frekvenciával legalább kétszerese az eredeti folyamatos jel legmagasabb harmonikus spektrumának frekvenciájának, akkor a kijelző az eredeti jel visszaállításához elegendő információt tartalmaz. Az analóg telefonálásban a 300 és 3400 Hz közötti tartományt választják a hangátvitelhez, ami elegendő a beszélgetőpartnerek összes fő harmonikusának kiváló minőségű átviteléhez. Ezért azokban a digitális hálózatokban, ahol a PCM-módszert hangátvitelre valósítják meg, 8000 Hz-es megjelenítési frekvenciát alkalmaznak (ez több mint 6800 Hz, ami némi minőségi különbséget biztosít).

A kvantálási lépésben minden IAM jel a legközelebbi kvantálási szintnek megfelelő kvantált értéket kap. Az IAM jel amplitúdó változásának teljes tartománya 128 vagy 256 kvantálási szintre oszlik. Minél több a kvantálási szint, annál pontosabban ábrázolja az IAM jel amplitúdóját a kvantált szint.

A kódolási szakaszban minden kvantált leképezéshez 7 bites (ha a kvantálási szintek száma 128) vagy 8 bites (ha a kvantálási szintek száma 128) bináris kódot rendelnek. ábrán. A 33. ábra a 8 elemű 00101011 bináris kód jeleit mutatja, amelyek egy 43-as szintű kvantált jelnek felelnek meg. 7 elemű kódokkal történő kódolás esetén a csatornán keresztüli adatsebesség 56 Kbps legyen (ez a megjelenítési frekvencia és a a bináris kód bitmélysége), 8 elemű kódok kódolásakor pedig 64 Kbps. A szabvány egy 64 kbit/s sebességű digitális csatorna, amelyet a digitális telefonhálózatok elemi csatornájának is neveznek.

Az analóg érték digitális kóddá alakításának ezen lépéseit végrehajtó eszközt analóg-digitális konverternek (ADC) nevezik. A vevő oldalon egy digitális-analóg konverter (DAC) segítségével inverz átalakítást hajtanak végre, azaz egy folytonos jel digitalizált amplitúdóit demodulálják, az eredetit folyamatos funkció idő.

A modern digitális kommunikációs hálózatokban más diszkrét modulációs módszereket is alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik a hangmérések kompaktabb formában történő megjelenítését, például 4 bites számsorozatként. Használják az analóg jelek digitálissá alakításának koncepcióját is, amelyben nem magukat az IAM jeleket kvantálják, majd kódolják, hanem csak azok változásait, és a kvantálási szintek számát azonosnak tételezzük fel. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen koncepció lehetővé teszi a jelek nagyobb pontosságú átalakítását.

Az analóg információk rögzítésére, reprodukálására és továbbítására szolgáló digitális módszerek lehetővé teszik a hordozóról olvasott vagy kommunikációs vonalon fogadott adatok megbízhatóságának ellenőrzését. Erre a célra ugyanazokat az ellenőrzési módszereket alkalmazzuk, mint a számítógépes adatoknál (lásd 4.9).

A folyamatos jel diszkrét formában történő továbbítása szigorú követelményeket támaszt a vevő szinkronizálásával szemben. Ha a szinkronizálás nem figyelhető meg, az eredeti jel helytelenül áll vissza, ami a hang vagy az átvitt kép torzulásához vezet. Ha a hangméréseket (vagy más analóg értékeket) tartalmazó keretek szinkronban érkeznek, akkor a hangminőség meglehetősen magas lehet. A számítógépes hálózatokban azonban mind a végcsomópontokban, mind a közbenső kapcsolóberendezésekben (hidak, kapcsolók, útválasztók) késhetnek a keretek, ami negatívan befolyásolja a hangátvitel minőségét. Ezért a digitalizált folyamatos jelek kiváló minőségű átviteléhez speciális digitális hálózatok (ISDN, ATM, hálózatok) digitális televíziózás), bár a Frame Relay hálózatokat továbbra is használják vállalaton belüli telefonbeszélgetések továbbítására, mivel ezekben a keretátviteli késések elfogadható határokon belül vannak.

2. témakör. Fizikai réteg

Terv

Az adatátvitel elméleti alapjai

Az információ vezetékeken keresztül továbbítható bizonyos fizikai mennyiségek, például feszültség vagy áram megváltoztatásával. A feszültség vagy áram értékét az idő egyértékű függvényeként ábrázolva lehetőség nyílik a jel viselkedésének modellezésére és matematikai elemzésére.

Fourier sorozat

A 19. század elején Jean-Baptiste Fourier francia matematikus bebizonyította, hogy bármely T periódusú periodikus függvény kibővíthető szinuszok és koszinuszok összegeiből álló (esetleg végtelen) sorozattá:
(2.1)
ahol az alapfrekvencia (harmonikus), és az n-edik harmonikus szinuszainak és koszinuszainak amplitúdói, c pedig állandó. Az ilyen bővítést Fourier-sorozatnak nevezik. A Fourier-sorral kibővített függvény ennek a sorozatnak az elemeivel állítható vissza, vagyis ha a T periódus és a harmonikusok amplitúdói ismertek, akkor a (2.1) sorozat összegével visszaállítható az eredeti függvény.
Egy véges időtartamú információs jel (minden információs jelnek véges időtartama) Fourier-sorrá bővíthető, ha elképzeljük, hogy a teljes jel korlátlanul ismétlődik újra és újra (vagyis a T-től 2T-ig terjedő intervallum teljesen megismétli a intervallum 0-tól T-ig stb.).
Az amplitúdók bármely adott függvényre kiszámíthatók. Ehhez meg kell szorozni a (2.1) egyenlet bal és jobb oldalát, majd integrálni kell 0-ról T-re. Mivel:
(2.2)
a sorozatnak csak egy tagja maradt. A vonal teljesen eltűnik. Hasonlóképpen, ha a (2.1) egyenletet megszorozzuk és 0-ról T-re integráljuk, akkor kiszámíthatjuk az értékeket. Ha az egyenlet mindkét részét változtatás nélkül integráljuk, akkor megkaphatjuk az állandó értékét Val vel. Ezeknek a műveleteknek az eredménye a következő lesz:
(2.3.)

Felügyelt adathordozó

A hálózat fizikai rétegének célja a nyers bitfolyam átvitele egyik gépről a másikra. Az átvitelhez különféle fizikai adathordozók, más néven jelterjedési médiák használhatók. Mindegyikük jellemző sávszélességekkel, késleltetésekkel, árakkal, valamint egyszerű telepítéssel és használattal rendelkezik. A médiát két csoportra oszthatjuk: menedzselt médiát, mint pl rézdrótés száloptikai kábel, és nem irányított, mint például a rádiókommunikáció és a kábel nélküli lézersugáron keresztüli átvitel.

Mágneses adathordozó

Az egyik legtöbb egyszerű módokon adatok átvitele egyik számítógépről a másikra - írja fel mágnesszalagra vagy más cserélhető adathordozóra (például újraírható DVD-re), fizikailag vigye át ezeket a szalagokat és lemezeket a célállomásra, és ott olvassa el.
Nagy áteresztőképesség. Egy szabványos Ultrium szalagkazetta 200 GB kapacitású. Körülbelül 1000 ilyen kazettát helyeznek el egy 60x60x60-as dobozban, ami összesen 1600 Tbit (1,6 Pbit) kapacitást ad. Egy doboz kazettát a Federal Express vagy más cég 24 órán belül kiszállíthat az Egyesült Államokon belül. Ennek az átvitelnek a tényleges sávszélessége 1600 Tbps/86400 s vagy 19 Gbps. Ha a cél csak egy óra távolságra van, akkor az átviteli sebesség meghaladja a 400 Gbps-ot. Egyelőre egyetlen számítógépes hálózat sem képes megközelíteni ezeket a mutatókat.
Jövedelmezőség. A kazetta nagykereskedelmi ára körülbelül 40 dollár. Egy doboz szalag 4000 dollárba kerül, és ugyanaz a szalag több tucatszor használható. Adjunk hozzá 1000 dollárt a szállításért (valójában sokkal kevesebbet), és körülbelül 5000 dollárt kapunk 200 TB átviteléért, vagyis gigabájtonként 3 centet.
Hibák. Bár a mágnesszalagos adatátvitel sebessége kiváló, az ilyen átvitel késleltetése nagyon nagy. Az átviteli időt percekben vagy órákban mérik, nem ezredmásodpercekben. Sok alkalmazás azonnali választ igényel a távoli rendszertől (csatlakozott módban).

csavart érpár

Egy csavart érpár két szigetelt rézhuzalból áll, amelyek tipikus átmérője 1 mm. A vezetékek spirál formájában csavarodnak egymás köré. Ez lehetővé teszi több szomszédos csavart érpár elektromágneses kölcsönhatásának csökkentését.
Alkalmazás - telefonvonal, számítógépes hálózat. Több kilométeres távolságra is képes jelet továbbítani teljesítménycsillapítás nélkül. Nagyobb távolságokhoz ismétlőkre van szükség. Kábellé vannak kombinálva, védőbevonattal. A jelek átfedésének elkerülése érdekében a kábelben egy pár vezeték van csavarva. Használhatók analóg és digitális adatok továbbítására is. A sávszélesség a vezeték átmérőjétől és hosszától függ, de a legtöbb esetben másodpercenként több megabit is elérhető több kilométeres távolságon. A meglehetősen nagy sávszélesség és az alacsony költség miatt a sodrott érpárú kábeleket széles körben használják, és valószínűleg a jövőben is népszerűek lesznek.
A sodrott érpárú kábelek többféle formában léteznek, amelyek közül kettő különösen fontos a számítógépes hálózatok területén. A 3. kategóriájú csavart érpár (CAT 3) két szigetelt, egymáshoz csavart vezetékből áll. Négy ilyen pár általában össze van helyezve egy műanyag héjban.
Az 5-ös kategóriájú csavart érpár (CAT 5) hasonló a 3-as kategóriájú csavart érpárhoz, de több fordulattal rendelkezik a vezetékhossz centiméterenként. Ez lehetővé teszi a különböző csatornák közötti interferencia további csökkentését, és jobb jelátviteli minőséget biztosít nagy távolságokon (1. ábra).

Rizs. 1. UTP kategória 3 (a), UTP kategória 5 (b).
Az összes ilyen típusú kapcsolatot gyakran UTP-nek (árnyékolatlan csavart érpárnak – árnyékolatlan csavart érpárnak) nevezik.
Az IBM árnyékolt csavart érpárú kábelei nem váltak népszerűvé az IBM-en kívül.

Koaxiális kábel

Az adatátvitel másik gyakori módja a koaxiális kábel. Jobban árnyékolt, mint a csavart érpár, így nagyobb távolságra is képes adatot továbbítani nagyobb sebességgel. Kétféle kábelt széles körben használnak. Az egyik, 50 ohmos, általában kizárólag digitális adatok továbbítására szolgál. Egy másik típusú, 75 ohmos kábelt gyakran használnak analóg információk továbbítására, valamint a kábeltelevízióban.
A kábel metszetét a 2. ábra mutatja.

Rizs. 2. Koaxiális kábel.
A koaxiális kábel kialakítása és speciális árnyékolása nagy sávszélességet és kiváló zajvédelmet biztosít. A maximális áteresztőképesség a vonal minőségétől, hosszától és jel-zaj viszonyától függ. A modern kábelek sávszélessége körülbelül 1 GHz.
Alkalmazás - telefonrendszerek (hálózati), kábeltelevízió, regionális hálózatok.

száloptika

A jelenlegi száloptikai technológia akár 50 000 Gb/s (50 Tb/s) adatátviteli sebességet is elérhet, és sokan jobb anyagokat keresnek. A mai gyakorlati 10 Gbps-os korlát annak köszönhető, hogy az elektromos jeleket nem lehet gyorsabban optikai jelekké alakítani, és fordítva, bár a 100 Gbps-ot egyetlen szálon már laboratóriumi körülmények között is sikerült elérni.
Az optikai szálas adatátviteli rendszer három fő összetevőből áll: egy fényforrásból, egy vivőből, amelyen keresztül a fényjel terjed, valamint egy jelvevőből vagy detektorból. A fényimpulzust egynek, az impulzus hiányát pedig nullának tekintjük. A fény ultravékony üvegszálban terjed. Amikor fény éri, az érzékelő elektromos impulzust generál. Az optikai szál egyik végére fényforrást, a másikra detektort csatlakoztatva egyirányú adatátviteli rendszert kapunk.
Átadáskor fényjelzés a fény visszaverődésének és törésének tulajdonságát használják a 2 közegről való átmenetben. Így ha a fényt a közeg határához képest bizonyos szögben tápláljuk be, a fénysugár teljesen visszaverődik, és a szálban rögzül (3. ábra).

Rizs. 3. A fénytörés tulajdonsága.
2 féle optikai kábel létezik: többmódusú - fénysugarat továbbít, egymódusú - több hullámhossz határáig vékony, szinte hullámvezetőként működik, a fény visszaverődés nélkül, egyenes vonalban mozog. A mai egymódusú optikai kapcsolatok 50 Gb/s sebességgel képesek működni akár 100 km távolságig.
A kommunikációs rendszerekben három hullámhossz-tartományt használnak: 0,85, 1,30 és 1,55 µm.
Az optikai kábel szerkezete hasonló a koaxiális vezetékéhez. Az egyetlen különbség az, hogy az első nem rendelkezik árnyékoló ráccsal.
A száloptikai mag közepén egy üvegmag található, amelyen keresztül a fény terjed. A multimódusú szál magátmérője 50 µm, ami körülbelül egy emberi hajszál vastagsága. Az egymódusú szálban a mag átmérője 8-10 µm. A magot a magnál alacsonyabb törésmutatójú üvegréteg borítja. Úgy tervezték, hogy megbízhatóbban megakadályozza a fény kijutását a magból. A külső réteg egy műanyag héj, amely védi az üvegezést. A száloptikai magokat általában külső burkolattal védett kötegekbe csoportosítják. A 4. ábrán egy háromeres kábel látható.

Rizs. 4. Háromerű optikai kábel.
Szakadás esetén a kábelszakaszok csatlakoztatása háromféleképpen történhet:

A kábel végére egy speciális csatlakozó rögzíthető, amellyel a kábel egy optikai aljzatba kerül. A veszteség a fényintenzitás 10-20%-a, de könnyen megváltoztatható a rendszer konfigurációja.
Összeillesztés - a kábel két szépen vágott végét egymás mellé fektetik, és egy speciális karmantyúval rögzítik. A jobb fényáteresztés a kábel végeinek egybeállításával érhető el. Veszteség - a fényerő 10%-a.
Fúzió. Gyakorlatilag nincs veszteség.

Optikai kábelen kétféle fényforrás használható a jel továbbítására: fénykibocsátó diódák (LED, Light Emitting Diode) és félvezető lézerek. Összehasonlító jellemzőiket az 1. táblázat tartalmazza.

Asztal 1.
A LED és a félvezető lézer használatának összehasonlító táblázata
Az optikai kábel vevővége egy fotodióda, amely elektromos impulzust generál, amikor fény esik rá.

Az optikai kábel és a rézhuzal összehasonlító jellemzői.

Az optikai szálnak számos előnye van:

Magassebesség.
Kevesebb jelcsillapítás, kevesebb jelismétlő kimenet (50 km-enként egy, nem 5)
A külső elektromágneses sugárzással szemben közömbös, kémiailag semleges.
Könnyebb súlyú. 1000 réz csavart érpár 1 km hosszú, súlya körülbelül 8000 kg. Egy pár optikai kábel mindössze 100 kg-ot nyom nagyobb sávszélesség mellett
Alacsony fektetési költségek

Hibák:

A telepítés nehézségei és hozzáértése.
törékenység
Több mint réz.
szimplex módban történő átvitel, legalább 2 vezeték szükséges a hálózatok között.

Vezetéknélküli kapcsolat

elektromágneses spektrum

Az elektronok mozgása elektromágneses hullámokat generál, amelyek terjedhetnek a térben (még vákuumban is). Az elektromágneses rezgések másodpercenkénti oszcillációinak számát frekvenciának nevezzük, és hertzben mérjük. A két egymást követő magas (vagy mélypont) közötti távolságot hullámhossznak nevezzük. Ezt az értéket hagyományosan a görög betűvel (lambda) jelölik.
Ha be elektromos áramkör kapcsoljon be egy megfelelő méretű antennát, akkor az elektromágneses hullámokat egy bizonyos távolságból sikeresen tudja fogadni a vevő. Minden vezeték nélküli kommunikációs rendszer ezen az elven alapul.
Vákuumban minden elektromágneses hullám azonos sebességgel terjed, függetlenül a frekvenciájától. Ezt a sebességet fénysebességnek nevezzük, - 3*108 m/s. Rézben vagy üvegben a fény sebessége ennek az értéknek körülbelül a 2/3-a, és némileg függ a frekvenciától is.
A mennyiségek és:

Ha a frekvenciát () MHz-ben, a hullámhosszt () méterben mérjük, akkor.
Az összes elektromágneses hullám összessége alkotja az elektromágneses sugárzás úgynevezett folytonos spektrumát (5. ábra). Rádió, mikrohullámú, infravörös és látható fény használható információ továbbítására a hullámok amplitúdója, frekvencia vagy fázismodulációja segítségével. Az ultraibolya-, röntgen- és gamma-sugárzás még jobb lenne a magas frekvenciájuk miatt, de nehezen generálhatók, modulálhatók, nem haladnak át jól az épületeken, ráadásul minden élőlényre veszélyesek. A tartományok hivatalos neve a 6. táblázatban található.

Rizs. 5. Elektromágneses spektrum és alkalmazása a kommunikációban.
2. táblázat.
Hivatalos ITU zenekarnevek
Az elektromágneses hullám által hordozható információ mennyisége összefügg frekvenciatartomány csatorna. A modern technológiák lehetővé teszik hertzenenként több bit kódolását alacsony frekvenciák. Bizonyos körülmények között ez a szám a nyolcszorosára nőhet magas frekvenciákon.
A hullámhossz-tartomány szélességének ismeretében ki lehet számítani a megfelelő frekvenciatartományt és adatsebességet.

Példa: 1,3 mikronos optikai kábelek esetén. Aztán 8 bps-nál kiderül, hogy 240 Tbps átviteli sebességet kaphatsz.

Rádióösszeköttetés

A rádióhullámok könnyen generálhatók, nagy távolságokat tesznek meg, áthaladnak a falakon, megkerülik az épületeket, minden irányban terjednek. A rádióhullámok tulajdonságai a frekvenciától függenek (6. ábra). Alacsony frekvenciájú működés esetén a rádióhullámok jól áthaladnak az akadályokon, de a levegőben a jelerősség meredeken csökken, ahogy távolodunk az adótól. A teljesítmény és a forrástól való távolság arányát körülbelül a következőképpen fejezzük ki: 1/r2. Magas frekvenciákon a rádióhullámok általában csak egyenes vonalban terjednek, és visszaverődnek az akadályokról. Ráadásul felszívják őket például az eső. Bármilyen frekvenciájú rádiójelek interferenciának vannak kitéve a szikrakefe-motorokból és más elektromos berendezésekből.

Rizs. 6. A VLF, LF, MF sávok hullámai a földfelszín egyenetlenségeit körbejárják (a), a HF és VHF sávok hullámai az ionoszféráról visszaverődnek és a földben elnyelik (b).

Kommunikáció a mikrohullámú tartományban

A 100 MHz feletti frekvenciákon a rádióhullámok szinte egyenes vonalban terjednek, így keskeny nyalábokra fókuszálhatók. Az energia keskeny nyaláb formájában történő koncentrálása parabola antennával (mint a jól ismert műholdas TV antenna) a jel-zaj arány javulásához vezet, de egy ilyen kapcsolathoz az adó- és vevőantennáknak elég pontosan mutassák egymásra.
Az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámokkal ellentétben a mikrohullámok nem jutnak át jól az épületeken. A mikrohullámú rádiót olyan széles körben alkalmazták a távolsági telefonálásban, a mobiltelefonokban, a televíziós adásokban és más területeken, hogy súlyos spektrumhiány alakult ki.
Ennek a csatlakozásnak számos előnye van az optikai szálakkal szemben. A legfontosabb az, hogy nem kell kábelt fektetni, és ennek megfelelően nem kell fizetni a jelút mentén lévő földbérletért. Elég 50 km-enként kis telkeket vásárolni és relétornyokat telepíteni rájuk.

Infravörös és milliméteres hullámok

Az infravörös és a milliméteres sugárzást kábel használata nélkül széles körben használják a rövid távolságú kommunikációra (például távirányítók). Viszonylag irányítottak, olcsók és könnyen telepíthetők, de nem mennek át szilárd tárgyakon.
Az infravörös tartományban történő kommunikációt asztali számítógépes rendszerekben használják (például laptopok nyomtatókkal való összekapcsolására), de a távközlésben még mindig nem játszik jelentős szerepet.

Kommunikációs műholdak

E típusú műholdakat használnak: geostacionárius (GEO), közepes magasságú (MEO) és alacsony pályán (LEO) (7. ábra).

Rizs. 7. Kommunikációs műholdak és tulajdonságaik: pályamagasság, késleltetés, a földgömb teljes felületének lefedéséhez szükséges műholdak száma.

Nyilvános kapcsolt telefonhálózat

A telefonrendszer felépítése

Egy tipikus telefonos kommunikációs útvonal felépítése közepes távolságokon a 8. ábrán látható.

Rizs. 8. Tipikus kommunikációs útvonal az előfizetők közötti átlagos távolsággal.

Helyi vonalak: modemek, ADSL, vezeték nélküli

Mivel a számítógép digitális jellel működik, és a helyi telefonvonal az analóg jel átvitele, egy modemeszközt használnak a digitális digitális analóggá alakítására és fordítva, magát a folyamatot pedig modulációnak/demodulációnak nevezik (9. ábra). .

Rizs. 9. Telefonvonal használata digitális jel továbbításakor.
Három modulációs módszer létezik (10. ábra):

amplitúdómoduláció - 2 különböző jelamplitúdót használnak (0-hoz és 1-hez),
frekvencia - több különböző jelfrekvenciát használnak (0-hoz és 1-hez),
fázis - fáziseltolások használatosak a logikai egységek (0 és 1) közötti átmenet során. Nyírási szögek - 45, 135, 225, 180.

A gyakorlatban kombinált modulációs rendszereket alkalmaznak.

Rizs. 10. Bináris jel (a); amplitúdó moduláció (b); frekvencia moduláció (c); fázis moduláció.
Minden modern modem lehetővé teszi az adatok mindkét irányba történő átvitelét, ezt a működési módot duplexnek nevezik. A soros átviteli képességgel rendelkező kapcsolatot félduplexnek nevezzük. Az olyan kapcsolatot, amelyben az átvitel csak egy irányban megy végbe, szimplexnek nevezzük.
A modem maximálisan elérhető sebessége jelenleg 56Kb/s. V.90 szabvány.

Digitális előfizetői vonalak. xDSL technológia.

Miután a modemek sebessége elérte a határt, a telefontársaságok elkezdték keresni a kiutat ebből a helyzetből. Így sok javaslat jelent meg xDSL általános néven. xDSL (Digital Subscribe Line) - digitális előfizetői vonal, ahol ahelyett x lehetnek más betűk is. A javaslatok közül a legismertebb technológia az ADSL (aszimmetrikus DSL).
A modemek sebességkorlátozásának oka az volt, hogy az emberi beszéd átviteli tartományát használták adatátvitelre - 300 Hz és 3400 Hz között. A határfrekvenciákkal együtt a sávszélesség nem 3100 Hz, hanem 4000 Hz volt.
Bár a helyi telefonvonal spektruma 1,1 Hz.
Az ADSL technológia első javaslata a helyi telefonvonal teljes spektrumát használta, amely 3 sávra oszlik:

POTS - a hagyományos telefonhálózat hatótávolsága;
kimenő tartomány;
beviteli tartomány.

Az olyan technológiát, amely különböző célokra különböző frekvenciákat használ, frekvencia multiplexelésnek vagy frekvencia multiplexelésnek nevezzük.
A diszkrét többtónusú modulációnak nevezett alternatív módszer, a DMT (Discrete MultiTone) abból áll, hogy egy 1,1 MHz széles helyi vonal teljes spektrumát 256 független, egyenként 4312,5 Hz-es csatornára osztják. A 0. csatorna a POTS. Az 1-5 csatornákat nem használják, így a hangjel nem zavarhatja az információs jelet. A fennmaradó 250 csatornából egy a szolgáltató felé, egy a felhasználó felé az átvitelvezérléssel van lefoglalva, az összes többi pedig a felhasználói adatok továbbítására áll rendelkezésre (11. ábra).

Rizs. 11. ADSL működés diszkrét többtónusú modulációval.
Az ADSL szabvány legfeljebb 8 Mb / s fogadást és 1 Mb / s küldést tesz lehetővé. ADSL2+ - kimenő 24 Mb/s-ig, bejövő 1,4 Mb/s-ig.
Egy tipikus ADSL-berendezés konfiguráció a következőket tartalmazza:

DSLAM - DSL hozzáférési multiplexer;
A NID egy hálózati interfész, amely elválasztja a telefontársaság és az előfizető tulajdonjogát.
Az elosztó (splitter) egy frekvenciaelosztó, amely elválasztja a POTS sávot és az ADSL adatokat.

Rizs. 12. Az ADSL berendezések tipikus konfigurációja.

Vonalak és tömítések

Az erőforrás-megtakarítás fontos szerepet játszik a telefonrendszerben. A nagy kapacitású gerincvezeték és a rossz minőségű vezeték lefektetésének és fenntartásának költsége szinte azonos (vagyis ennek a költségnek az oroszlánrészét árkok ásására költik, és nem magára a réz- vagy optikai kábelre).
Emiatt a telefontársaságok együttműködve több sémát dolgoztak ki több beszélgetés egyetlen fizikai kábelen keresztüli továbbítására. A multiplexelési sémák (tömörítés) két fő kategóriába sorolhatók: FDM (Frequency Division Multiplexing – Frequency Division Multiplexing – Frequency Division Multiplexing) és TDM (Time Division Multiplexing – Time Division Multiplexing) (13. ábra).
A frekvencia-multiplexeléssel a frekvenciaspektrum fel van osztva a logikai csatornák között, és minden felhasználó kizárólagos tulajdonjogot kap az alsávjához. Az időosztásos multiplexelés során a felhasználók felváltva (ciklikusan) ugyanazt a csatornát használják, és rövid ideig mindegyik megkapja a csatorna teljes kapacitását.
A száloptikai csatornák a frekvencia multiplexelés egy speciális változatát használják. Spektrális osztásos multiplexelésnek (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) hívják.

Rizs. 13. Példa frekvencia multiplexelésre: 1 jel eredeti spektruma (a), frekvenciaeltolásos spektrum (b), multiplex csatorna (c).

Átkapcsolás

Az átlagos telefonmérnök szemszögéből a telefonrendszer két részből áll: külső berendezésekből (helyi telefonvonalak és fővonalak, a kapcsolókon kívül) és a telefonközponton elhelyezett belső berendezésekből (kapcsolótáblák).
Bármely kommunikációs hálózat támogatja az előfizetőik egymás közötti kapcsolását (kommunikációját). Gyakorlatilag lehetetlen minden kölcsönhatásban lévő előfizetőpárnak saját, nem kapcsolt fizikai kommunikációs vonalat biztosítani, amelyet hosszú időre monopolizálhatnának „saját”. Ezért minden hálózatban mindig alkalmaznak valamilyen előfizetőváltási módot, amely biztosítja a rendelkezésre álló fizikai csatornák egyidejű elérhetőségét a hálózati előfizetők közötti több kommunikációs munkamenethez.
A telefonrendszerekben két különböző technikát alkalmaznak: az áramkörkapcsolást és a csomagkapcsolást.

Áramkör kapcsolás

Az áramköri kapcsolás magában foglalja egy folyamatos összetett fizikai csatorna kialakítását a sorosan összekapcsolt egyedi csatornaszakaszokból a csomópontok közötti közvetlen adatátvitel érdekében. Áramkörkapcsolt hálózatban az adatátvitel előtt mindig el kell végezni egy kapcsolatlétesítési eljárást, amely során egy összetett csatorna jön létre (14. ábra).

Csomagváltás

A csomagváltás során a hálózati felhasználó által továbbított összes üzenetet a forráscsomóponton viszonylag kis részekre, csomagokra bontják. Minden csomaghoz tartozik egy fejléc, amely megadja a csomag célállomáshoz történő eljuttatásához szükséges címinformációkat, valamint azt a csomagszámot, amelyet a célállomás az üzenet összeállításához fog használni. A csomagok független információs blokkokként kerülnek továbbításra a hálózaton. A hálózati kapcsolók csomagokat fogadnak a végcsomópontoktól, és a címinformációk alapján továbbítják egymásnak, végül a célcsomópontnak (14. ábra).
stb.................

Diszkrét adatok átviteléhez szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon, analóg moduláció. Az ilyen vonalak tipikus képviselője a nyilvános telefonhálózatok felhasználói számára elérhető hangfrekvenciás kommunikációs vonal. Ez a link továbbítja analóg jelek a 300 és 3400 Hz közötti frekvenciatartományban (tehát a vonal sávszélessége 3100 Hz). A kommunikációs vonalak szigorú sávszélesség-korlátozása ez az eset a telefonhálózatokban a multiplexelésre és az áramkörkapcsolásra szolgáló berendezések használatával kapcsolatos.

Az adó oldalon vivő szinusz moduláció, a vevő oldalon demodulálás funkciót ellátó eszközt ún. modem (modulátor-demodulátor).

Az analóg moduláció egy fizikai kódolási módszer, amelyben az információt változtatással kódolják amplitúdók, frekvenciák vagy fázisok a vivőfrekvencia szinuszos jele. Nál nél amplitúdó moduláció logikai egyhez a vivőfrekvenciás szinusz amplitúdójának egy szintje van kiválasztva, logikai nullához pedig egy másik. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran használják más típusú modulációkkal kombinálva. Nál nél frekvencia moduláció az eredeti adatok 0 és 1 értékeit különböző frekvenciájú szinuszok továbbítják . Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolultságot elektronikus áramkörök modemekben, és jellemzően alacsony sebességű, 300 vagy 1200 bps-os modemekben használják. Nál nél fázis moduláció A 0 és 1 adatértékek azonos frekvenciájú, de különböző fázisú jeleknek felelnek meg, például 0 és 180 fok vagy 0, 90, 180 és 270 fok. A nagy sebességű modemekben gyakran alkalmaznak kombinált modulációs módszereket, általában amplitúdó és fázis kombinációját. Az adatsebesség növelésére kombinált modulációs módszereket alkalmaznak. A leggyakoribb módszerek a Kvadratúra amplitúdó moduláció-QAM). Ezek a módszerek a fázismoduláció 8 fáziseltolási értékkel és az amplitúdómoduláció 4 amplitúdószintű kombinációján alapulnak. A lehetséges 32 jelkombináció közül azonban nem mindegyiket használják. Ilyen kódolási redundanciára van szükség ahhoz, hogy a modem felismerje a hibás jeleket, amelyek az interferencia miatti torzítás eredményeként jönnek létre, és amelyek a telefoncsatornákon (különösen a kapcsolt csatornákon) igen jelentős amplitúdójúak és hosszú ideig tartanak.

Nál nél digitális kódolás diszkrét információkat használnak lehetségesÉs impulzus kódokat. BAN BEN lehetséges A kódokban csak a jelpotenciál értékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, ennek teljes impulzusokat képező cseppjeit pedig nem vesszük figyelembe. Impulzus A kódok lehetővé teszik a bináris adatok megjelenítését vagy egy bizonyos polaritású impulzusokkal, vagy az impulzus egy részével - egy bizonyos irányú potenciáleséssel.

Ha téglalap alakú impulzusokat használunk diszkrét információ továbbítására, olyan kódolási módszert kell választani, amely egyszerre több célt is elér: azonos bitsebességgel, a kapott jel spektrumának legkisebb szélessége legyen; biztosított az adó és a vevő közötti szinkronizálás; képes volt felismerni a hibákat; alacsony volt a megvalósítás költsége.

A szűkebb jelspektrum lehetővé teszi nagyobb adatátviteli sebesség elérését ugyanazon a vonalon (azonos sávszélesség mellett). Az adó és a vevő szinkronizálására azért van szükség, hogy a vevő pontosan tudja, mikor kell új információt olvasni a kommunikációs vonalról. Ezt a problémát nehezebb megoldani hálózatokban, mint a közeli eszközök közötti kommunikáció során, például a számítógépen belüli eszközök vagy a számítógép és a nyomtató között. Kis távolságokon jól működik egy külön órajeles kommunikációs vonalra épülő séma, és az információ csak akkor távolodik el az adatvonalról, amikor egy órajel impulzus érkezik. A hálózatokban ennek a sémának a használata nehézségeket okoz a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt. Nagy távolságokon a jelsebesség hullámzása miatt az óra olyan későn vagy túl korán érkezik meg a megfelelő adatjelhez, hogy egy adatbit kihagyásra vagy újraolvasásra kerül. Egy másik ok, amiért a hálózatok megtagadják az óraimpulzusok használatát, az, hogy a vezetőket drága kábelekben kell megtakarítani. Ezért a hálózatok az ún önszinkronizáló kódok, amelyek jelei jelzéseket hordoznak az adó számára, hogy mikor kell felismerni a következő bitet (vagy több bitet, ha a kód kettőnél több jelállapotra van orientálva). Bármilyen éles jelesés - az ún elülső- jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálásához. Ha szinuszokat használunk vivőjelként, a kapott kód önszinkronizációs tulajdonsággal rendelkezik, mivel a vivőfrekvencia amplitúdójának változása lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza a bemeneti kód megjelenésének pillanatát.

A torz adatok felismerése és kijavítása a fizikai réteg segítségével nehezen kivitelezhető, ezért ezt a munkát leggyakrabban a felette lévő protokollok végzik: csatorna, hálózat, szállítás vagy alkalmazás. Másrészt hibafelismerés fizikai szinten időt takarít meg, mivel a vevő nem várja meg a keret teljes pufferelését, hanem a kereten belüli hibás bitek felismerésekor azonnal elutasítja azt.

A kódolási módszerekkel szemben támasztott követelmények egymásnak ellentmondóak, ezért az alábbiakban tárgyalt népszerű digitális kódolási módszerek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai a többihez képest.

Az egyik legegyszerűbb módszer lehetséges kódolás az unipoláris potenciálkód, más néven kódolás nullához való visszatérés nélkül (Non Return to Zero-NRZ) (ábra 7.1.a). A vezetéknév azt a tényt tükrözi, hogy az egyesek sorozatának továbbításakor a jel nem tér vissza nullára a ciklus során. Az NRZ módszer jó hibadetektálással rendelkezik (két élesen eltérő potenciál miatt), de nem rendelkezik az önszinkronizációs tulajdonsággal. Egyesek vagy nullák hosszú sorozatának továbbításakor a vonaljel nem változik, így a vevő nem tudja meghatározni bemeneti jel pontok, amikor újra el kell olvasnia az adatokat. Még egy nagy pontosságú órajelgenerátornál is hibázhat a vevő az adatgyűjtés pillanatában, hiszen a két generátor frekvenciája szinte soha nem teljesen azonos. Ezért nagy adatsebesség és hosszú egyesek vagy nullák sorozata esetén az órafrekvenciák kis eltérése hibához vezethet egy teljes ciklusban, és ennek megfelelően hibás bitérték kiolvasásához vezethet.

a B C D E F

Rizs. 7.1. Bináris adatkódolási módszerek: a-egypólusú potenciál

szociális kód; b- bipoláris potenciál kód; V- egypólusú im-

impulzus kód; G -bipoláris impulzuskód; d-"Manchester" kód;

e- potenciálkód négy jelszinttel.

Az NRZ-módszer másik komoly hátránya egy alacsony frekvenciájú komponens jelenléte, amely közelít a nullához, amikor egyesek vagy nullák hosszú sorozatait továbbítják. Emiatt sok olyan kommunikációs vonal, amely nem biztosít közvetlen galvanikus kapcsolatot a vevő és a forrás között, nem támogatja az ilyen típusú kódolást. Ennek eredményeként az NRZ kód tiszta formájában nem kerül felhasználásra a hálózatokban, hanem annak különféle módosításait alkalmazzák, amelyekben az NRZ kód rossz önszinkronizálása és egy állandó komponens jelenléte egyaránt kiküszöbölhető.

Az NRZ módszer egyik módosítása a módszer bipoláris potenciálkódolás alternatív inverzióval (Bipolar Alternate Mark Inversion-AMI). Ebben a módszerben ( rizs. 7.1.b) három potenciálszintet használnak - negatív, nulla és pozitív. A logikai nulla kódolásához nulla potenciált használnak, a logikai egységet pedig pozitív vagy negatív potenciál kódolja (ebben az esetben minden új egység potenciálja ellentétes az előző potenciáljával). Az AMI kód ​​részben kiküszöböli a DC-t és az NRZ kódban rejlő önidőzítési problémák hiányát. Ez akkor fordul elő, ha hosszú sorozatokat küldünk. Ezekben az esetekben a vonalon lévő jel bipoláris impulzusok sorozata, amelyek spektruma megegyezik az NRZ kóddal váltakozó nullákat és egyeseket továbbító, azaz állandó komponens nélkül és N/2 Hz alapharmonikussal (ahol N az adatátviteli sebesség). A hosszú nullák sorozata veszélyes az AMI kódra, valamint az NRZ kódra is - a jel állandó nulla amplitúdójú potenciállá degenerálódik. Általánosságban elmondható, hogy a vonalon lévő bitek különböző kombinációinál az AMI kód ​​használata szűkebb jelspektrumhoz vezet, mint az NRZ kódé, és ennélfogva nagyobb vonali átviteli sebességhez vezet. Például váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az f 0 alapharmonikus frekvenciája N/4 Hz. Az AMI kód ​​néhány funkciót is biztosít a hibás jelek felismerésére. Így a jelek polaritásának szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet hívják tiltott jelzés (jelsértés). Mivel az AMI kód ​​nem két, hanem három jelszintet használ soronként, a további szint az adóteljesítmény növelését igényli, hogy ugyanazt a bithűséget biztosítsa a vonalon, ami a több jelállapotú kódok általános hátránya azokhoz képest, amelyek csak megkülönböztetni két állapotot.

A legegyszerűbb módszerek impulzív kódolások vannak unipoláris impulzuskód, amelyben az egyet a lendület, a nullát pedig a hiánya képviseli ( rizs. 7.1c), És bipoláris impulzuskód, amelyben az egységet egy polaritású impulzus képviseli, a nulla pedig a másik polaritású ( rizs. 7,1 g). Minden impulzus fél ciklusig tart. A bipoláris impulzuskód jó önórajelező tulajdonságokkal rendelkezik, de előfordulhat egy egyenáramú impulzuskomponens, például egy hosszú egyesek vagy nullák sorozatának továbbításakor. Ráadásul spektruma szélesebb, mint a potenciális kódoké. Tehát az összes nulla vagy egyes átvitelekor a kód alapharmonikusának frekvenciája N Hz lesz, ami kétszerese az NRZ kód alapharmonikusának és négyszerese az AMI kód ​​alapharmonikusának. váltakozó egyesek és nullák továbbításakor. A túl széles spektrum miatt a bipoláris impulzuskódot ritkán használják.

A helyi hálózatokban egészen a közelmúltig a leggyakoribb kódolási módszer az ún. Manchester kód"(rizs. 7.1e). A manchesteri kódban a potenciálesés, vagyis az impulzus eleje az egyesek és nullák kódolására szolgál. A manchesteri kódolásban minden óra két részre van osztva. Az információkat az egyes ciklusok közepén előforduló potenciális esések kódolják. Egy egység kódolása alacsony-magas közötti átmenettel történik, a nullát pedig fordított átmenet kódolja. Minden ciklus elején előfordulhat egy szolgáltatási jel él, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia. Mivel a jel egy adatbit átviteli ciklusánként legalább egyszer változik, a Manchester kód jó önórajelező tulajdonságokkal rendelkezik. A Manchester kód sávszélessége szűkebb, mint a bipoláris impulzusé. Konstans komponense sincs, és az alapharmonikus a legrosszabb esetben (egyesek vagy nullák sorozatának átvitelekor) N Hz frekvenciájú, legjobb esetben pedig (váltakozó egyesek és nullák adásakor) egyenlő N / 2 Hz-re, mint az AMI kódokban vagy az NRZ-ben. A manchesteri kód sávszélessége átlagosan másfélszer szűkebb, mint a bipoláris impulzuskódé, az alapharmonikus pedig 3N/4 körül ingadozik. A Manchester kód másik előnye, hogy csak két jelszinttel rendelkezik, míg a bipoláris impulzuskód három.

Vannak lehetséges kódok is egy nagy szám jelszintek az adatok kódolásához. Példaként látható ( 7.1e ábra) potenciális kód 2B1Q négy jelszinttel az adatkódoláshoz. Ebben a kódban minden két bitet egy ciklusban továbbít egy jel, amelynek négy állapota van. A "00" bitpár -2,5 V, a "01" bitpár -0,833 V, a "11" bitpár - a +0,833 V potenciál és egy pár "01" bit "10" - a potenciál +2,5 V. Ez a kódolási módszer további intézkedéseket igényel az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ekkor a jel állandó komponenssé válik. Véletlenszerű bitbeillesztésnél a jelspektrum kétszer szűkebb, mint az NRZ kódé (ugyanolyan bitsebesség mellett a ciklusidő megduplázódik). Így a bemutatott 2B1Q kóddal kétszer olyan gyorsan lehet adatokat továbbítani ugyanazon a vonalon, mint az AMI kóddal. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy szintet a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.

A lehetséges kódok, például az AMI és a 2B1Q javítása érdekében, logikai kódolás. A logikai kódolást úgy tervezték, hogy helyettesítse a hosszú bitsorozatokat, amelyek állandó potenciálhoz vezetnek, amelyet bitekkel tarkítanak. A logikai kódolásra két módszer jellemző: redundáns kódok és kódolás.

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat részekre való felosztásán alapulnak, amelyeket gyakran karaktereknek neveznek. Ezután minden eredeti karakter lecserélődik egy új karakterre, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti. Például egy 4B/5B logikai kód lecseréli az eredeti 4 bites karaktereket 5 bites karakterekre. Mivel az így kapott szimbólumok redundáns biteket tartalmaznak, a bennük lévő bitkombinációk teljes száma nagyobb, mint az eredetiekben. Tehát a 4B / 5B kódban a kapott szimbólumok 32 bites kombinációt tartalmazhatnak, míg az eredeti szimbólumok csak 16-ot. Ezért a kapott kódban 16 olyan kombinációt választhat ki, amelyek nem tartalmaznak nagyszámú nullát, és számold a többit tiltott kódok (kódsértés). A DC eltávolítása és a kód önszinkronizálása mellett a redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára a sérült bitek felismerését. Ha a vevő tiltott kódot kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon. A 4V/5V-os kódot a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják a potenciális kódolási módszerek egyikével, amely csak a hosszú nullák sorozatára érzékeny. Az 5 bites 4V/5V kódszimbólumok garantálják, hogy ezek kombinációja esetén legfeljebb három nulla fordulhat elő a sorban. A kódnévben szereplő B betű azt jelenti, hogy az elemi jelnek 2 állapota van (az angol binárisból - bináris). Vannak három jelállapotú kódok is, például a 8B / 6T kódban 8 bit kezdeti információ kódolásához 6 jelből álló kódot használnak, amelyek mindegyikének három állapota van. A 8B/6T kód redundanciája magasabb, mint a 4B/5B kódé, mivel 256 forráskódhoz 729 (3 6 hatványig) eredő szimbóluma van. A keresőtábla használata nagyon egyszerű művelet, így ez a megközelítés nem bonyolult hálózati adapterekés kapcsolók és útválasztók interfész blokkjai (lásd szakaszok 9,11).

Egy adott vonalkapacitás biztosításához egy redundáns kódot használó adónak megnövelt órajelen kell működnie. Tehát a 4V / 5V kódok 100 Mbps sebességű továbbításához az adónak 125 MHz órajelen kell működnie. Ebben az esetben a vonalon lévő jel spektruma kibővül ahhoz az esethez képest, amikor egy tiszta, nem redundáns kódot továbbítanak a vonalon. Ennek ellenére a redundáns potenciálkód spektruma szűkebbnek bizonyul, mint a Manchester kód spektruma, ami indokolja a logikai kódolás további szakaszát, valamint a vevő és az adó megnövelt órajel-frekvencián történő működését.

A logikai kódolás másik módja a kiindulási információk előzetes "keverésén" alapul, oly módon, hogy az egyesek és nullák megjelenésének valószínűsége a sorban közel kerüljön. Azokat az eszközöket vagy blokkokat, amelyek ezt a műveletet végrehajtják, hívják scramblers(kavarás - szemétlerakás, rendetlen összeszerelés). Nál nél tülekedés jól ismert algoritmust használnak, így a vevő a bináris adatokat fogadva továbbítja azokat dekódoló, amely visszaállítja az eredeti bitsorozatot. A felesleges biteket nem továbbítják a vonalon. Továbbfejlesztett potenciális redundanciát és kódolt kódokat használnak a modern nagysebességű rendszerekben hálózati technológiák"Manchester" és bipoláris impulzuskódolás helyett.

7.6. Kommunikációs vonali multiplexelési technológiák

Mert multiplexelés A kommunikációs vonalak ("tömörítése") számos technológiát alkalmaznak. Technológia frekvenciamultiplexelés(Frekvenciaosztásos multiplexelés - FDM) eredetileg telefonhálózatokhoz fejlesztették ki, de más típusú hálózatokhoz is használják, például kábeltelevíziós hálózatokhoz. Ez a technológia feltételezi az egyes előfizetői csatornák jeleinek átvitelét a saját frekvenciatartományába, és több előfizetői csatorna jeleinek egyidejű továbbítását egy szélessávú kommunikációs vonalon. Például egy FDM kapcsoló bemenetei kezdeti jeleket fogadnak a telefonhálózat előfizetőitől. A kapcsoló minden csatornán a saját frekvenciasávjában hajtja végre a frekvencia transzlációt. Jellemzően a nagyfrekvenciás tartomány sávokra van osztva, amelyeket az előfizetői csatornákról származó adatok továbbítására osztanak ki. A két FDM switch közötti kommunikációs vonalon az összes előfizetői csatorna jeleit egyidejűleg továbbítják, de mindegyik saját frekvenciasávot foglal el. A kimeneti FDM kapcsoló elválasztja az egyes vivőfrekvenciák modulált jeleit, és továbbítja azokat a megfelelő kimeneti csatornára, amelyre az előfizetői telefon közvetlenül csatlakozik. Az FDM kapcsolók dinamikus és állandó kapcsolást is végezhetnek. A dinamikus kapcsolásnál az egyik előfizető a hívott előfizetői szám hálózatba küldésével kapcsolatot kezdeményez egy másik előfizetővel. A kapcsoló dinamikusan allokál ennek az előfizetőnek az egyik szabad sáv. Állandó kapcsolással a sáv hosszú időre az előfizetőhöz van rendelve. A frekvenciaosztáson alapuló kapcsolás elve az eltérő típusú hálózatokban változatlan marad, csak a külön előfizetői csatornához lekötött sávok határai, illetve azok száma változik.

Multiplexelési technológiaidőosztás(Időosztásos multiplexelés - TDM) vagy ideiglenes multiplexelés időmegosztásos üzemmódban működő TDM berendezések (multiplexerek, kapcsolók, demultiplexerek) használatán alapul, amelyek egy ciklus során sorra kiszolgálják az összes előfizetői csatornát. Minden kapcsolathoz a hardverműködési ciklus egy időszeletje van hozzárendelve, más néven időrés. Az időrés időtartama a berendezés által kiszolgált előfizetői csatornák számától függ. A TDM hálózatok bármelyiket támogathatják dinamikus, vagy állandó váltás, és néha mindkét mód.

Hálózatok dinamikus kapcsolás előfizetők közötti kapcsolat létesítéséhez előzetes eljárást igényelnek. Ehhez a hívott előfizető címét továbbítják a hálózatnak, amely áthalad a kapcsolókon, és konfigurálja azokat a későbbi adatátvitelhez. A kapcsolódási kérelmet egyik kapcsolóról a másikra irányítják, és végül eléri a hívott felet. A hálózat megtagadhatja a kapcsolat létrehozását, ha a szükséges kimeneti csatorna kapacitása már kimerült. FDM kapcsoló esetén a kimeneti kapacitás megegyezik a frekvenciasávok számával, TDM kapcsoló esetén pedig azoknak az időréseknek a számával, amelyekre a csatorna működési ciklusa fel van osztva. A hálózat akkor is megtagadja a csatlakozást, ha a kért előfizető mással már kapcsolatot létesített. Az első esetben azt mondják, hogy a kapcsoló foglalt, a másodikban pedig az előfizető. Az áramköri kapcsolási mód hátránya a csatlakozás meghibásodásának lehetősége. Ha létre lehet hozni egy kapcsolatot, akkor az FDM hálózatokban rögzített sávszélességet, a TDM hálózatokban pedig fix sávszélességet kap. Ezek az értékek a csatlakozási időszak alatt változatlanok maradnak. A garantált hálózati átvitel a kapcsolat létrejötte után olyan fontos funkció, amely olyan alkalmazásokhoz szükséges, mint a hang- és videóátvitel vagy a valós idejű objektumvezérlés.

Ha csak egy fizikai kommunikációs csatorna van, például a modemek segítségével történő adatcserénél keresztül telefonhálózat, a duplex működési mód a csatorna két logikai alcsatornára való felosztása alapján történik FDM vagy TDM technológiák segítségével. Az FDM technológia használatakor a kétvezetékes vonalon történő duplex működés megszervezésére szolgáló modemek négy frekvencián működnek (két frekvencia - az egyesek és nullák kódolására az adatok egyirányú átvitelekor, a másik két frekvencia pedig a kódoláshoz, ha az ellenkező irányba továbbít ). A TDM technológiában egyes időréseket az egyik irányú adatátvitelre, néhányat pedig a másik irányú adatátvitelre használnak. Általában az ellenkező irányú idősávok váltakoznak.

A duplex működés megszervezésére szolgáló száloptikai kábelekben, ha csak egy optikai szálat használnak, az adatátvitelt egy irányban egy hullámhosszúságú fénysugárral, az ellenkező irányban pedig egy másik hullámhosszúságú fénysugárral hajtják végre. Ez a technológia lényegében az FDM-módszerhez kapcsolódik, de az optikai kábeleknél az ún hullámhossz multiplexelési technológiák(Hullámosztásos multiplexelés - WDM) vagy hullám multiplexelés.

Technológiasűrű hullám(spektrális) multiplexelés(Sűrű hullámosztásos multiplexelés - DWDM) célja az optikai gerinchálózatok új generációjának létrehozása, amely több gigabites és terabites sebességgel működik. Egy ilyen minőségi ugrás a teljesítményben annak a ténynek köszönhető, hogy az optikai szálban lévő információt egyidejűleg nagyszámú fényhullám továbbítja. A DWDM hálózatok az áramköri kapcsolás elvén működnek, minden fényhullám külön spektrális csatornát képvisel, és saját információt hordoz. A DWDM technológia egyik fő előnye a 25 000 GHz elméleti sávszélességű optikai szál frekvenciapotenciáljának kihasználtsági tényezőjének jelentős növekedése.

Összegzés

A modern távközlési rendszerekben az információ továbbítása elektromágneses hullámokon – elektromos, fény- vagy rádiójeleken keresztül történik.

A kommunikációs vonalak az információátvitel fizikai közegének típusától függően lehetnek kábelesek (vezetékesek) vagy vezeték nélküliek. Kommunikációs vonalként párhuzamos, nem sodrott vezetékeken alapuló telefonkábeleket, koaxiális kábeleket, sodrott érpáron alapuló kábeleket (árnyékolatlan és árnyékolt), száloptikai kábeleket használnak. A ma leghatékonyabbak és a közeljövőben ígéretesek a sodrott érpáron alapuló kábelek és az optikai kábelek. A vezeték nélküli kommunikációs vonalakat leggyakrabban rádiójelek továbbításával valósítják meg különböző rádióhullám-sávokban. Az infravörös vezeték nélküli adatátviteli technológia a látható fény és a legrövidebb mikrohullámok közötti elektromágneses spektrum egy részét használja fel. A leggyorsabb és leginkább zajálló a vezeték nélküli kommunikáció lézertechnológiája.

A kommunikációs vonalak fő jellemzői a frekvenciaválasz, a sávszélesség és a csillapítás egy bizonyos frekvencián.

A kommunikációs vonal áteresztőképessége a rajta keresztül elérhető maximális adatátviteli sebességet jellemzi. A kommunikációs vonal zajtűrése határozza meg, hogy képes-e csökkenteni a külső környezetben a belső vezetőkön keltett interferencia szintjét. Az adatátvitel megbízhatósága minden egyes átvitt adatbit esetében jellemzi a torzítás valószínűségét.

A diszkrét információnak a kommunikációs vonalra adott jelek ilyen vagy olyan formában történő megjelenítését fizikai kódolásnak nevezzük. A logikai kódolás magában foglalja az eredeti információ bitjeinek helyettesítését egy új bitsorozattal, amely ugyanazt az információt hordozza, de további tulajdonságokkal rendelkezik.

A szűk frekvenciasávú kommunikációs vonalakon történő diszkrét adatok továbbítására analóg modulációt használnak, amelyben az információt a szinuszos vivőfrekvenciás jel amplitúdójának, frekvenciájának vagy fázisának megváltoztatásával kódolják. A diszkrét információk digitális kódolásakor potenciál- és impulzuskódokat használnak. A kommunikációs vonalak multiplexeléséhez frekvencia, idő és hullám multiplexelési technológiát alkalmaznak.

Ellenőrző kérdések és feladatok

1. Adja meg a kommunikációs vonalak osztályozását!

2. Ismertesse a leggyakoribb kábeles kommunikációs vonalakat!

3. Mutassa be a fő vezeték nélküli kommunikációs vonalakat, és adja meg azok összehasonlító jellemzőit.

4. Milyen fizikai tényezők miatt torzítják a kommunikációs csatornák az átvitt jeleket?

5. Mi a kommunikációs csatorna amplitúdó-frekvencia jellemzője?

6. Milyen mértékegységekben mérik a kommunikációs csatorna sávszélességét?

7. Ismertesse a "kommunikációs vonal zajtűrésének" fogalmát.

8. Mi határozza meg a jellemző "adatátviteli megbízhatóságot" és milyen mértékegységekben mérik?

9. Mi az "analóg moduláció", és milyen típusai használhatók diszkrét adatok továbbítására?

10. Melyik eszköz látja el azt a funkciót, hogy adó oldalon modulálja a vivő szinuszoidot, vevő oldalon pedig demodulálja?

11. Adja meg a különbséget a digitális jelek potenciál- és impulzuskódolása között!

12. Mik azok az önszinkronizáló kódok?

13. Mi a célja a digitális jelek logikai kódolásának és milyen módszereket alkalmaznak?

14. Ismertesse a technológiát! frekvencia multiplexelés kommunikációs vonalak.

15. Melyek az időosztásos multiplexelési technológia jellemzői?

16. Milyen multiplexelési technológiát alkalmaznak az optikai kábelekben a duplex működés megszervezésére, ha csak egy optikai szálat használnak?

17. Mi a célja a sűrűhullámú multiplexelési technológiának?

A kommunikációs vonalon továbbított információkat általában speciális kódolásnak vetik alá, ami javítja az átvitel megbízhatóságát. Ebben az esetben a kódolás és dekódolás további hardverköltségei elkerülhetetlenek, és a hálózati adapterek költsége nő.

A hálózaton keresztül továbbított információ kódolása a maximálisan megengedhető átviteli sebesség és a használt átviteli közeg sávszélességének arányához kapcsolódik. Például különböző kódok esetén a maximális átviteli sebesség ugyanazon a kábelen kétszeresére is eltérhet. A hálózati berendezés összetettsége és az információátvitel megbízhatósága is közvetlenül függ a választott kódtól.

A diszkrét adatok kommunikációs csatornákon történő továbbításához a kezdeti diszkrét adatok két fizikai kódolási módszerét alkalmazzák - egy szinuszos vivőjelen és egy téglalap alakú impulzussorozaton alapulóan. Az első utat gyakran hívják analóg moduláció, mert A kódolás az analóg jel paramétereinek (amplitúdó, fázis, frekvencia) megváltoztatásával történik. A második út az úgynevezett digitális kódolás. Jelenleg az analóg formájú adatok (beszéd, televíziókép) diszkrét formában kerülnek továbbításra kommunikációs csatornákon. Az analóg információ diszkrét formában való megjelenítésének folyamatát ún diszkrét moduláció.

5.1Analóg moduláció

A diszkrét adatok szinuszos jelként való megjelenítését ún analóg moduláció. Az analóg moduláció lehetővé teszi, hogy az információt szinuszos jelként ábrázolja, különböző amplitúdó-, fázis- vagy frekvenciaszintekkel. Használhatja a változó paraméterek kombinációit is - amplitúdó és frekvencia, amplitúdó-fázis. Például, ha négy amplitúdószintű és négy frekvenciaszintű szinuszos jelet hoz létre, az információs paraméter 16 állapotát adja meg, ami egy változáshoz 4 bit információt jelent.

Az analóg modulációnak három fő típusa van:

amplitúdó,

frekvencia,

Amplitúdó moduláció. (AM) Az amplitúdómodulációval a logikai egyhez a vivőfrekvenciás szinuszos amplitúdó egyik szintjét választjuk, a logikai nullához pedig egy másikat (lásd 5.1. ábra). A jel frekvenciája állandó marad. Ezt a módszert a gyakorlatban ritkán használják tiszta formájában az alacsony zajtűrés miatt, de gyakran más típusú modulációval - fázismodulációval kombinálva.

Rizs. 5.1 Különféle típusok moduláció

Frekvencia moduláció. ( Világbajnokság) Frekvenciamoduláció esetén a kezdeti adatok logikai 0 és logikai 1 értékeit különböző frekvenciájú szinuszok továbbítják - f 1 és f 2 (lásd 5.1. ábra). A jel amplitúdója állandó marad. Ez a modulációs módszer nem igényel bonyolult áramköröket a modemekben, és általában alacsony sebességű modemekben használják.

Fázis moduláció. (FM) Fázismoduláció esetén a logikai 0 és 1 értéke azonos frekvenciájú, de eltérő fázisú (fordított), például 0 és 180 fokos vagy 0,90, 180 és 270 fokos jeleknek felel meg. A kapott jel fordított szinuszhullámok sorozatának tűnik (lásd az 5.1. ábrát). A jel amplitúdója és frekvenciája állandó marad.

Kombinált modulációs módszereket használnak az átviteli sebesség növelésére (az információs paraméter egy ciklusára jutó bitek számának növelésére). A leggyakoribb módszerek kvadratúra amplitúdó moduláció (Kuadratúra Amplitúdó Moduláció, QAM). Ezek a módszerek a fázismodulációt 8 fáziseltolási értékkel és az amplitúdómodulációt 4 amplitúdószinttel kombinálják. Ezzel a módszerrel 32 jelkombináció lehetséges. És bár nem mindegyiket használják, a sebességet így is jelentősen megnövelik, és a redundancia miatt az adatátviteli hibák kontrollálhatók. Például egyes kódokban csak 6, 7 vagy 8 kombináció engedélyezett az eredeti adatok megjelenítésére, a többi kombináció pedig tilos. Ilyen kódolási redundanciára van szükség ahhoz, hogy a modem felismerje az interferencia miatti torzulásból adódó hibás jeleket, amelyek a telefoncsatornákon, különösen a kapcsolt csatornákon, amplitúdójukban és időben nagyon jelentősek.

Határozzuk meg, hogy mely vonalakon működhet az analóg moduláció, és ez a módszer mennyiben elégíti ki az egyik vagy másik használt átviteli vonal sávszélességét, amelynél figyelembe vesszük a kapott jelek spektrumát. Vegyük például az amplitúdómodulációs módszert. A kapott jel spektruma amplitúdómodulációval a vivőfrekvencia szinuszából áll f Val velés két oldalharmonikus:

(f Val vel -f m ) És (f Val vel + f m ), Ahol f m- modulációs frekvencia (a szinusz információs paraméterének változása), amely két amplitúdószint használata esetén egybeesik az adatsebességgel.

Rizs. 5.2 Jelspektrum amplitúdómodulációval

Frekvencia f m meghatározza a vonal sávszélességét egy adott kódolási módszerhez. Alacsony modulációs frekvencia esetén a jelspektrum szélessége is kicsi lesz (egyenlő a 2f m lásd 5.2 ábra), így a jeleket nem torzítja a vonal, ha a sávszélessége nagyobb vagy egyenlő 2f m .

Így az amplitúdómodulációval a kapott jel szűk spektrumú.

Fázis- és frekvenciamodulációnál bonyolultabb a jelspektrum, mint amplitúdómodulációnál, hiszen itt kettőnél több oldalharmonikus képződik, de ezek is szimmetrikusan helyezkednek el a fő vivőfrekvenciához képest, és amplitúdójuk gyorsan csökken. Ezért ezek a modulációs típusok szűk sávszélességű vonalakon történő adatátvitelre is kiválóan alkalmasak. Az ilyen vonalak tipikus képviselője a hangfrekvenciás csatorna, amelyet a nyilvános telefonhálózatok felhasználói számára bocsátanak rendelkezésre.

A hangfrekvenciás csatorna tipikus frekvenciamenetéből látható, hogy ez a csatorna 300-3400 Hz tartományban sugároz frekvenciákat, így a sávszélessége 3100 Hz (lásd 5.3. ábra).

Rizs. 5.3 a hangfrekvenciás csatorna frekvenciaválasza

Bár az emberi hang sokkal szélesebb spektrummal rendelkezik - körülbelül 100 Hz-től 10 kHz-ig - az elfogadható beszédminőség érdekében, a 3100 Hz-es tartomány jó megoldás. A hangcsatorna szigorú sávszélesség-korlátozása a telefonhálózatokban multiplexelő és áramkörkapcsoló berendezések használatához kapcsolódik.

Így egy hangfrekvenciás csatorna esetében az amplitúdómoduláció legfeljebb 3100/2=1550 bit/s adatátviteli sebességet biztosít. Ha az információs paraméter több szintjét használja (4 amplitúdószint), akkor a hangfrekvenciás csatorna áteresztőképessége megduplázódik.

Leggyakrabban az analóg kódolást használják szűk sávszélességű csatornán, például nagy kiterjedésű hálózatok telefonvonalain történő információtovábbításkor. A helyi hálózatokban ritkán használják a kódoló és dekódoló berendezések magas összetettsége és költsége miatt.

Jelenleg szinte minden analóg jelekkel működő berendezést drága mikroáramkörök alapján fejlesztenek. DSP (digitális jelprocesszor). Ebben az esetben a moduláció és a jelátvitel után vételkor demodulációt kell végrehajtani, és ez megint drága berendezés. Az adó oldalon a vivő szinusz moduláció, a vevő oldalon a demodulálás funkció ellátására egy speciális eszközt használnak, amely az ún. modem (modulátor-demodulátor). Egy 56 000 bps-os modem 100 dollárba kerül, és LAN kártya a 100 Mbps 10 dollárba kerül.

Befejezésül bemutatjuk az analóg moduláció előnyeit és hátrányait.

Az analóg modulációnak számos információs paramétere van: amplitúdó, fázis, frekvencia. Ezen paraméterek mindegyike több állapotot vehet fel vivőváltásonként. És ezért a kapott jel továbbíthatja nagyszámú bit per másodperc.

Az analóg moduláció szűk spektrummal biztosítja a kapott jelet, ezért ott jó, ahol rossz vonalakon kell dolgozni (szűk sávszélességgel), ott nagy átviteli sebességet tud biztosítani. Az analóg moduláció jó vonalakon is működhet, itt különösen fontos az analóg moduláció egy további előnye - a spektrum eltolása kívánt területet, a használt vonal sávszélességétől függően.

Az analóg modulációt nehéz megvalósítani, és az ezt végrehajtó berendezés nagyon drága.

Az analóg modulációt ott alkalmazzák, ahol nem lehet eltekinteni, de a helyi hálózatokban más kódolási módszereket alkalmaznak, amelyek megvalósításához egyszerű és olcsó berendezésekre van szükség. Ezért a helyi hálózatokban leggyakrabban a kommunikációs vonalakon történő adatátvitel során a fizikai kódolás második módszerét használják - a digitális kódolást.

5. 2.Digitális kódolás

Digitális kódolás- információ megjelenítése téglalap alakú impulzusokkal. Digitális kódolási használatra lehetségesÉs impulzus kódokat.

Potenciális kódok. A potenciálkódokban csak a ciklusperiódus alatti jelpotenciál értékét használjuk a logikai egyesek és nullák ábrázolására, és ennek teljes impulzusokat képező cseppjeit nem vesszük figyelembe. Csak az a fontos, hogy a ciklus periódusában milyen értéke van a kapott jelnek.

impulzus kódok. Az impulzuskódok egy logikai nullát és egy logikai egységet jelentenek vagy bizonyos polaritású impulzusok, vagy az impulzus egy része - egy bizonyos irányú potenciálesés révén. Az impulzuskód értéke tartalmazza a teljes impulzust az átmeneteivel együtt.

Határozzuk meg a digitális kódolás követelményeit. Például diszkrét adatokat (logikai nullák és egyesek sorozatát) kell átvinnünk az egyik számítógép kimenetéről - a forrásból - egy másik számítógép - a vevő - bemenetére a kommunikációs vonalon keresztül.

1. Az adatátvitelhez olyan kommunikációs vonalaink vannak, amelyek nem minden frekvenciát adnak át, típusuktól függően bizonyos sávszélességekkel rendelkeznek. Ezért az adatok kódolásakor figyelembe kell venni, hogy a kódolt adatokat a kommunikációs vonal „átengedi”.

2. A diszkrét adatok sorozatait meghatározott frekvenciájú digitális impulzusokként kell kódolni. Ebben az esetben természetesen a legjobb elérni:

a) hogy a kódolt jelek frekvenciái alacsonyak legyenek, hogy általában megfeleljenek a kommunikációs kapcsolatok sávszélességének.

b) hogy a kódolt jelek nagy átviteli sebességet biztosítsanak.

És így, jó kód kell kevesebb Hertz és több bit másodpercenként.

3. A továbbítandó adat logikai nullák és egyesek előre nem láthatóan változó sorozata.

Kódoljuk ezeket az adatokat egy bizonyos módon digitális impulzusokkal, akkor hogyan határozhatjuk meg, hogy a kapott jel milyen frekvenciájú? A digitális kód maximális frekvenciájának meghatározásához elegendő figyelembe venni az eredményül kapott jelet olyan privát sorozatok kódolásakor, mint például:

logikai nullák sorozata

a logikaiak sorozata

logikai nullák és egyesek váltakozó sorozata

Ezután meg kell bontani a jelet a Fourier-módszerrel, meg kell találni a spektrumot, meg kell határozni az egyes harmonikusok frekvenciáit és meg kell találni a jel teljes frekvenciáját, miközben fontos, hogy a jel fő spektruma a jel sávszélességébe essen. kommunikációs vonal. Ahhoz, hogy ezeket a számításokat ne végezzük el, elég megpróbálni meghatározni a jelspektrum alapharmonikusát, ehhez ki kell tippelni a jel alakjából az első szinuszost, amely megismétli alakjának kontúrját, majd meg kell keresni a időszaka ennek a szinuszoidnak. A periódus két jelváltozás közötti távolság. Ekkor a jelspektrum alapharmonikusának frekvenciáját is meghatározhatja as F = 1/T, Ahol F- gyakoriság, T- jelzési periódus. A további számítások kényelme érdekében feltételezzük, hogy a jelváltozás bitsebessége egyenlő N.

Ilyen számítások végezhetők minden egyes digitális kódolási módszerre a kapott jel frekvenciájának meghatározására. A digitális kódolás eredményeként kapott jel téglalap alakú impulzusok meghatározott sorozata. Ahhoz, hogy a téglalap alakú impulzusok sorozatát szinuszok összegeként ábrázoljuk a spektrum megtalálásához, nagyszámú ilyen szinuszra van szükség. A négyszögjelsorozat spektruma általában sokkal szélesebb, mint a modulált jeleké.

Ha digitális kódot használnak adatátvitelre egy hangfrekvenciás csatornán, akkor a lehetséges kódolás felső határa 971 bps adatátviteli sebességnél érhető el, az alsó határ pedig bármilyen sebességnél elfogadhatatlan, mivel a csatorna sávszélessége 300-nál kezdődik. Hz.

Ezért digitális kódok hangfrekvenciás csatornákon egyszerűen soha nem használják. De másrészt nagyon jól működnek olyan helyi hálózatokban, amelyek nem használnak telefonvonalat adatátvitelre.

És így, A digitális kódolás széles sávszélességet igényel a jó minőségű átvitelhez.

4. Amikor egy forráscsomóponttól egy vevőcsomóponthoz kommunikációs vonalakon továbbítunk információt, olyan átviteli módot kell biztosítani, amelyben a vevő mindig pontosan tudja, hogy melyik időpontban kap adatot a forrástól, azaz szükséges szolgáltatni szinkronizálás forrás és vevő. A hálózatokban a szinkronizálási problémát nehezebb megoldani, mint a számítógépen belüli blokkok vagy a számítógép és a nyomtató közötti adatcserénél. Kis távolságokon jól működik egy külön órajeles kommunikációs vonalon alapuló séma. Egy ilyen sémában az információ csak abban a pillanatban kerül ki az adatsorból, amikor megérkezik az óraimpulzus (lásd 5.4. ábra).

Rizs. 5.4 Vevő és adó szinkronizálása rövid távolságokon

Ez a szinkronizálási lehetőség egyáltalán nem alkalmas egyetlen hálózatra sem a kábelekben lévő vezetők jellemzőinek heterogenitása miatt. Nagy távolságokon a jelsebesség hullámzása miatt az óra olyan későn vagy túl korán érkezik meg a megfelelő adatjelhez, hogy egy adatbit kihagyásra vagy újraolvasásra kerül. Egy másik ok, amiért a hálózatok megtagadják az óraimpulzusok használatát, az, hogy a vezetőket drága kábelekben kell megtakarítani. Ezért a hálózatok az ún önszinkronizáló kódok.

Önszinkronizáló kódok- olyan jelek, amelyek jelzik a vevőnek, hogy mely időpontban szükséges felismerni a következő bitet (vagy több bitet, ha a kód kettőnél több jelállapotra irányul). Bármilyen éles jelesés - az ún elülső- jó jelzésként szolgálhat a vevő és az adó szinkronizálásához. Az önszinkronizáló kódra példa a szinuszhullám. Mivel a vivőfrekvencia amplitúdójának változása lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza a bemeneti kód megjelenésének pillanatát. De ez az analóg modulációra vonatkozik. A digitális kódolásban is vannak olyan módszerek, amelyek önszinkronizáló kódokat hoznak létre, de erről később.

És így, egy jó digitális kódnak biztosítania kell a szinkronizálást

Miután megvizsgáltuk a jó digitális kód követelményeit, térjünk át maguknak a digitális kódolási módszereknek a megfontolására.

5. 2.1 Potenciális kód nulla NRZ-hez való visszatérés nélkül

Ez a kód azért kapta a nevét, mert egy 1-es sorozat átvitelekor a jel nem tér vissza nullára a ciklus során (amint alább látni fogjuk, más kódolási módszereknél ilyenkor a nullához való visszatérés történik).

NRZ kód (nullához nem visszatérő)- nullára való visszatérés nélkül - ez a legegyszerűbb kétszintű kód. A kapott jelnek két potenciálszintje van:

A nulla az alsó szintnek, az egységnek a felsőnek felel meg. Az információátmenetek bithatáron mennek végbe.

Tekintsük a kód általi adatátvitel három speciális esetét NRZ: nullák és egyesek váltakozó sorozata, nullák és egyesek sorozata (lásd 5.5. ábra, a).

Rizs. 5.5 NRZ kód

Próbáljuk meg eldönteni, hogy ez a kód megfelel-e a felsorolt ​​követelményeknek. Ehhez minden bemutatott esetben meg kell határozni a spektrum alapharmonikusát potenciálkódolással annak érdekében, hogy pontosabban meghatározzuk, melyik NRZ kód rendelkezik követelményekkel a használt kommunikációs vonalra.

Az első eset - információ továbbításra kerül, amely váltakozó egyesek és nullák végtelen sorozatából áll (lásd 5.5. ábra, b).

Ez az ábra azt mutatja, hogy egyesek és nullák váltakozása esetén két bit 0 és 1 kerül átvitelre egy ciklusban. 4.22b N- bitsebesség, ennek a szinuszos periódusa egyenlő T=2N. Az alapharmonikus frekvenciája ebben az esetben egyenlő f 0 = N/2.

Amint láthatja, ennek a kódnak a sorozatával az adatátviteli sebesség kétszerese a jel frekvenciájának.

Nulla és egyes sorozatok átvitelekor a kapott jel egyenáram, a jelváltozás frekvenciája nulla f 0 = 0 .

A valós jel spektruma folyamatosan változik attól függően, hogy milyen adatot továbbítanak a kommunikációs vonalon, és óvakodni kell a hosszú nullák vagy egyesek sorozataitól, amelyek a jelspektrumot alacsony frekvenciák felé tolják el. Mert Az NRZ kód hosszú nullák vagy egyesek sorozatának továbbításakor állandó komponenssel rendelkezik.

A jelelméletből ismeretes, hogy a szélességre vonatkozó követelmények mellett egy másik nagyon fontos követelmény is megfogalmazódik a továbbított jel spektrumára vonatkozóan - nincs állandó komponens(egyenáram jelenléte a vevő és az adó között), mert a különféle transzformátor cserék nem megy át a kommunikációs vonalon D.C..

Ezért az információk egy részét egyszerűen figyelmen kívül hagyja ez a hivatkozás. Ezért a gyakorlatban már a kódolási szakaszban mindig megpróbálnak megszabadulni egy állandó komponens jelenlététől a vivőjel spektrumában.

Így azonosítottunk még egy követelményt a jó digitális kóddal szemben a digitális kódnak ne legyen állandó összetevője.

Az NRZ másik hátránya: szinkronizálás hiánya. Ebben az esetben csak további szinkronizálási módszerek segítenek, amelyekről később beszélünk.

Az NRZ kód egyik fő előnye az egyszerűség. A téglalap alakú impulzusok generálásához két tranzisztorra van szükség, és összetett mikroáramkörökre van szükség az analóg moduláció megvalósításához. A potenciális jelet nem kell kódolni és dekódolni, mivel ugyanazt a módszert használják a számítógépen belüli adatátvitelre.

A fentiek eredményeként számos olyan következtetést vonunk le, amelyek segítenek más digitális kódolási módszerek megfontolásában:

Az NRZ nagyon könnyen megvalósítható, jó hibaérzékelést biztosít (két élesen eltérő potenciál miatt).

Az NRZ egyenáramú komponenssel rendelkezik a nullák és egyesek átvitelekor, ami lehetetlenné teszi a transzformátor leválasztott vezetékeken történő átvitelt.

Az NRZ nem egy önszinkronizáló kód, és ez bonyolítja az átvitelt bármely vonalon.

Az NRZ kód vonzereje, ami miatt érdemes továbbfejleszteni, az alapharmonikus fo meglehetősen alacsony frekvenciájában rejlik, amely N/2 Hz-nek felel meg, amint az fent látható. Így a kód NRZ alacsony frekvencián működik 0 és N/2 Hz között.

Ennek eredményeként az NRZ kód tiszta formájában nem használatos a hálózatokban. Ennek ellenére alkalmazzák különféle módosításait, amelyekben mind az NRZ-kód rossz önszinkronizálását, mind az állandó komponens jelenlétét sikeresen kiküszöbölik.

Az alábbi digitális kódolási módszereket azzal a céllal fejlesztették ki, hogy valamilyen módon javítsák az NRZ kód képességét

5. 2.2. AMI alternatív inverziós bipoláris kódolási módszer

Bipoláris kódolás módszere alternatív inverzióval (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI) az NRZ módszer módosítása.

Ez a módszer három potenciálszintet használ - negatív, nulla és pozitív. A három jelszint hátránya a kódnak, mert a három szint megkülönböztetéséhez jobb jel-zaj arányra van szükség a vevő bemenetén. A további réteghez körülbelül 3 dB-lel kell megnövelni az adóteljesítményt, hogy ugyanazt a bithűséget biztosítsa a vonalon, ami a többállapotú kódok általános hátránya a kétszintű kódokhoz képest. Az AMI kódban nulla potenciált használnak a logikai nulla kódolására, a logikai potenciált pozitív vagy negatív potenciál kódolja, míg minden egyes új potenciálja ellentétes az előző potenciáljával.

Rizs. 5.6 AMI kód

Ez a kódolási technika részben kiküszöböli az egyenáramú komponens problémáit és az NRZ kódban rejlő önszinkronizálás hiányát hosszú sorozatok átvitelekor. A konstans komponens problémája azonban továbbra is fennáll számára, amikor nullák sorozatait továbbítja (lásd 5.6. ábra).

Tekintsük a kódművelet egyes eseteit, és határozzuk meg mindegyikre a kapott jelspektrum alapharmonikusát. Nullák sorozatával - jel - egyenáram - fo \u003d 0 (5.7. ábra, a)

Rizs. 5.7 Az AMI spektrum alapfrekvenciáinak meghatározása

Emiatt az AMI kód ​​is további fejlesztésre szorul. Egységek sorozatának átvitelekor a vonalon a jel bipoláris impulzusok sorozata, amelyek spektruma megegyezik az NRZ kóddal váltakozó nullákat és egyeseket továbbító, azaz állandó komponens nélkül és fo = N/2 Hz alapharmonikussal. .

Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az alapharmonikus fo = N/4 Hz, ami kétszer kisebb, mint az NRZ kódé.

Általánosságban elmondható, hogy a vonalon lévő bitek különféle kombinációinál az AMI kód ​​használata szűkebb jelspektrumhoz vezet, mint az NRZ kódé, és ezáltal nagyobb vonali átvitelhez vezet. Az AMI kód ​​néhány funkciót is biztosít a hibás jelek felismerésére. Így a jelek polaritásának szigorú váltakozásának megsértése hamis impulzust vagy a helyes impulzus eltűnését jelzi a vonalból. A hibás polaritású jelet tiltott jelnek nevezzük. (jelzés megsértése).

A következő következtetések vonhatók le:

Az AMI törli az egyenáramú komponenst, amikor egy sorozatot küld;

Az AMI szűk spektrumú - N/4 - N/2;

Az AMI részben kiküszöböli a szinkronizálási problémákat

Az AMI nem két, hanem három jelszintet használ a vonalon és ez a hátránya, de a következő módszerrel ezt sikerült kiküszöbölni.

5. 2.3 Potenciális kód inverzióval az NRZI egységnél

Ez a kód teljesen hasonló az AMI kódhoz, de csak két jelszintet használ. A nulla átvitelekor az előző ciklusban beállított potenciált továbbítja (vagyis nem változtatja meg), az egy átvitelekor pedig az ellenkezőjére fordítja a potenciált.

Ezt a kódot hívják potenciális kód inverzióval egynél (Non Return to Zero egyesekkel fordított, NRZI).

Kényelmes olyan esetekben, amikor a harmadik jelszint használata nagyon nem kívánatos, például optikai kábeleknél, ahol két jelállapotot megbízhatóan felismernek - világos és sötét.

Rizs. 5.8 NRZI kód

Az NRZI kód ​​a kapott jel alakjában különbözik az AMI kódtól, de ha kiszámítjuk az alapharmonikusokat, minden esetben kiderül, hogy ugyanazok. Váltakozó egyesek és nullák sorozata esetén a jel alapfrekvenciája az fo=N/4.(lásd 5.9. ábra, a). Mert egységsorozattal - fo=N/2. A nullák sorozata esetén ugyanaz a hátrány marad fo=0- egyenáram a vezetékben.

Rizs. 5.9 A spektrum alapfrekvenciáinak meghatározása NRZI-hez

A következtetések a következők:

NRZI - ugyanazokat a képességeket biztosítja, mint az AMI kód, de ehhez csak két jelszintet használ, ezért alkalmasabb a további fejlesztésekre. Az NRZI hátrányai az egyenáramú komponensek nullák sorozatával és a szinkronizálás hiánya az átvitel során. Az NRZI kód ​​a magasabb szintű, fejlettebb kódolási módszerek kifejlesztésének alapja lett.

5. 2.4 MLT3 kód

Háromszintű sebességváltó kódja MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) sok közös vonása van az NRZI kóddal. Legfontosabb különbsége a három jelszint.

Az egyik az egyik jelszintről a másikra való átmenetnek felel meg. A lineáris jel szintjének változása csak akkor következik be, ha a bemeneten egység érkezik, azonban az NRZI kódtól eltérően a generálási algoritmust úgy választják meg, hogy két szomszédos változás mindig ellentétes irányú legyen.

Rizs. 5.10 Potenciális MLT-3 kód

Vegye figyelembe a speciális eseteket, mint az összes korábbi példában.

Nullák átvitelekor a jelnek is van állandó komponense, a jel nem változik - fo = 0 Hz. (Lásd az 5.10. ábrát). Ha mindegyiket továbbítják, az információátmenetek a bithatáron rögzülnek, és egy jelciklus négy bitet fogadhat. Ebben az esetben fo=N/4 Hz - maximális kódfrekvencia MLT-3 az összes egység átvitelekor (5.11. ábra, a).

Rizs. 5.11 A spektrum alapfrekvenciáinak meghatározása a számára MLT-3

Váltakozó sorozat esetén a kód MLT-3 maximális frekvenciája egyenlő fo=N/8, ami kétszer kisebb, mint az NRZI kód, ezért ennek a kódnak szűkebb a sávszélessége.

Ahogy észrevette, az MLT-3 kód hátránya, akárcsak az NRZI kód, a szinkronizálás hiánya. Ezt a problémát egy további adattranszformáció oldja meg, amely kiküszöböli a hosszú nullák sorozatait és a deszinkronizálás lehetőségét. Az általános következtetés a következőképpen vonható le - háromszintű kódolás használata MLT-3 lehetővé teszi a vonali jel órajelének csökkentését és ezáltal az átviteli sebesség növelését.

5. 2.5 Bipoláris impulzuskód

A potenciális kódokon kívül impulzuskódokat is használnak, ha az adatokat egy teljes impulzus vagy annak része - egy front - képviseli.

Ennek a megközelítésnek a legegyszerűbb esete az bipoláris impulzuskód, amelyben az egységet egy polaritású impulzus képviseli, a nulla pedig a másik polaritású. Minden impulzus fél ciklusig tart (5.12. ábra). Bipoláris impulzuskód - háromszintű kód. Tekintsük a kapott jeleket a bipoláris kódolású adatátvitel során ugyanezen speciális esetekben.

Rizs. 5.12 Bipoláris impulzuskód

A kód jellemzője, hogy mindig van egy átmenet (pozitív vagy negatív) a bit közepén. Ezért minden bit fel van címkézve. A vevő magából a jelből tud kinyerni egy impulzusismétlési frekvenciájú szinkronimpulzust (villogót). Minden bithez kötés történik, ami biztosítja a vevő és az adó szinkronizálását. Az ilyen kódokat, amelyek villogót hordoznak, hívnak önszinkronizáló. Tekintsük minden esetben a jelek spektrumát (5.13. ábra). Az összes nulla vagy egyes átvitelekor a kód alapharmonikusának frekvenciája fo=N Hz, amely kétszerese az NRZ kód és négyszerese az AMI kód ​​alapértékének. Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor - fo=N/2

Rizs. 5.13 A spektrum fő frekvenciáinak meghatározása bipoláris impulzuskódhoz.

A kód ezen hiányossága nem növeli az adatátviteli sebességet, és egyértelműen jelzi, hogy az impulzuskódok lassabbak, mint a potenciálisak.

Például egy 10 Mbps-os kapcsolathoz 10 MHz vivőfrekvencia szükséges. Változó nullák és egyesek sorozatának átvitelekor a sebesség nő, de nem sokat, mert az fо=N/2 Hz kód alapharmonikusának frekvenciája.

A bipoláris impulzuskódnak nagy előnye van a korábbi kódokhoz képest - önszinkronizálódik.

A bipoláris impulzuskód széles jelspektrummal rendelkezik, ezért lassabb.

A bipoláris impulzuskód három szintet használ.

5. 2.6 Manchester kód

Manchester kód továbbfejlesztett bipoláris impulzuskódként fejlesztették ki. A manchesteri kód az önszinkronizáló kódokra is utal, de a bipoláris kóddal ellentétben ennek nem három, hanem csak két szintje van, ami jobb zajvédelmet biztosít.

A manchesteri kódban a potenciálesés, vagyis az impulzus eleje az egyesek és nullák kódolására szolgál. A manchesteri kódolásban minden óra két részre van osztva. Az információkat az egyes ciklusok közepén előforduló potenciális esések kódolják. Ez így történik:

Egy egység kódolása alacsony-magas közötti átmenettel történik, a nullát pedig fordított átmenet kódolja. Minden ciklus elején előfordulhat egy szolgáltatási jel él, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia.

Tekintsük a kódolás speciális eseteit (váltakozó nullák és egyesek sorozata, néhány nulla, néhány egyes), majd meghatározzuk az egyes szekvenciák fő harmonikusait (lásd 5.14. ábra). Minden esetben látható, hogy Manchester kódolással az egyes bitek közepén lévő jelváltozás megkönnyíti az órajel elkülönítését. Ezért a Manchester kód jó önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik.

Rizs. 5.14 Manchester kód

Az önszinkronizálás mindig lehetővé teszi nagy információcsomagok továbbítását veszteség nélkül az adó és a vevő órajel-frekvenciájának különbségei miatt.

Tehát határozzuk meg az alapfrekvenciát, ha csak egyeseket vagy csak nullákat adunk.

Rizs. 5.15 A spektrum fő frekvenciáinak meghatározása a Manchester kódhoz.

Amint a nullák és egyesek átvitelekor is látható, nincs állandó komponens. Alapfrekvencia fo=NHz, mint a bipoláris kódolásnál. Emiatt a jelek galvanikus leválasztása a kommunikációs vonalakban a legegyszerűbb módokon, például impulzustranszformátorok segítségével végezhető el. Váltakozó egyesek és nullák átvitelekor az alapharmonikus frekvenciája egyenlő fo=N/2Hz.

Így a Manchester-kód egy továbbfejlesztett bipoláris kód, amelyet csak két jelszinttel javítanak az adatátvitelhez, és nem hármat, mint a bipolárisban. De ez a kód még mindig lassú az NRZI-hez képest, amely kétszer olyan gyors.

Vegyünk egy példát. Vegyünk adatátvitelhez egy sávszélességű kommunikációs vonalat 100 MHzés a sebesség 100 Mbps. Ha korábban egy adott frekvencián határoztuk meg az adatsebességet, akkor most meg kell határoznunk a jel frekvenciáját egy adott vonalsebesség mellett. Ennek alapján megállapítjuk, hogy az NRZI kóddal történő adatátvitelhez elegendő számunkra az N / 4-N / 2 frekvenciatartomány - ezek 25-50 MHz frekvenciák, ezek a frekvenciák beleszámítanak vonalunk sávszélességébe. - 100 MHz. A Manchester kódhoz N / 2 és N közötti frekvenciatartományra van szükségünk - ezek 50 és 100 MHz közötti frekvenciák, ebben a tartományban találhatók a jelspektrum fő harmonikusai. A Manchester kód esetében ez nem elégíti ki a vonalunk sávszélességét, ezért a vonal nagy torzításokkal továbbítja az ilyen jelet (ilyen kód nem használható ezen a vonalon).

5.2.7Differenciál Manchester kód.

Differenciál Manchester kód a Manchester kódolás egyik típusa. A vonali jel órajelének közepét csak a szinkronizálásra használja, és azon mindig van jelszint változás. A logikai 0 és 1 jelszint-változás megléte vagy hiánya az óraintervallum elején, rendre továbbítódik (5.16. ábra)

Rizs. 5.16 Differenciál Manchester kód

Ennek a kódnak ugyanazok az előnyei és hátrányai vannak, mint a manchesterinek. De a gyakorlatban a differenciál Manchester kódot használják.

Így a Manchester-kód korábban nagyon aktív volt a helyi hálózatokban (amikor a nagy sebességű vonalak nagy luxust jelentettek egy helyi hálózat számára), az önszinkronizálása és az állandó komponens hiánya miatt. Még mindig széles körben használják az optikai és elektromos hálózatokban. Az utóbbi időben azonban a fejlesztők arra a következtetésre jutottak, hogy mégis jobb a potenciális kódolás alkalmazása, annak hiányosságait kiküszöbölve az ún. logikai kódolás.

5.2.82B1Q potenciálkód

2B1Q kód- potenciálkód négy jelszinttel az adatkódoláshoz. A neve tükrözi a lényegét – két bitenként (2B) egy ciklus alatt egy négy állapotú jel továbbítja (1Q).

Pare bit 00 potenciálnak felel meg (-2,5V), pár bit 01 potenciálnak felel meg (-0,833 V), pár 11 - lehetséges (+0,833 V), és egy pár 10 - lehetséges ( +2,5 V).

Rizs. 5.17 2B1Q potenciálkód

Amint az 5.17. ábrán látható, ez a kódolási módszer további intézkedéseket igényel az azonos bitpárok hosszú sorozatainak kezelésére, mivel ez a jelet egyenáramú komponenssé alakítja. Ezért nullák és egyesek továbbításakor fo=0Hz. Egyesek és nullák váltakozása esetén a jelspektrum kétszer szűkebb, mint a kódé NRZ, mivel azonos bitsebesség mellett a ciklus időtartama megduplázódik - fo=N/4Hz.

Így a 2B1Q kód használatával kétszer olyan gyorsan továbbíthat adatokat ugyanazon a vonalon, mint az AMI vagy az NRZI kód ​​használatával. Ennek megvalósításához azonban az adó teljesítményének nagyobbnak kell lennie, hogy a négy potenciálszintet (-2,5 V, -0,833 V, +0,833 V, +2,5 V) a vevő egyértelműen megkülönböztethesse az interferencia hátterében.

5. 2.9 PAM5 kód

Az összes jelkódolási séma, amelyet fentebb megvizsgáltunk, bitalapú volt. Bitkódolás esetén minden bit a protokolllogika által meghatározott jelértéknek felel meg.

A bájtkódolásnál a jelszintet két vagy több bit állítja be. Öt szintű kódban PAM5 5 feszültségszintet (amplitúdót) és kétbites kódolást használnak. Minden kombinációnak saját feszültségszintje van. Kétbites kódolás esetén négy szintre van szükség az információ továbbításához (kettő másodfokú - 00, 01, 10, 11 ). Két bit egyidejű átvitele a jelváltozási sebesség felére csökken. Az ötödik szint hozzáadódik, hogy redundanciát hozzon létre a hibajavításhoz használt kódban. Ez további határt ad a jel-zaj arányban.

Rizs. 5.18 PAM 5 kód

5. 3. Logikai kódolás

Logikai kódolás ig fut fizikai kódolás.

A logikai kódolás szakaszában a hullámforma már nem alakul ki, de a fizikai digitális kódolási módszerek hiányosságai, például a szinkronizálás hiánya, állandó komponens jelenléte megszűnnek. Így először a bináris adatok korrigált sorozatait alakítják ki logikai kódoló eszközök segítségével, amelyeket ezután kommunikációs vonalakon továbbítanak fizikai kódolási módszerekkel.

A logikai kódolás magában foglalja az eredeti információ bitjeinek helyettesítését egy új bitsorozattal, amely ugyanazt az információt hordozza, de emellett további tulajdonságokkal is rendelkezik, például a fogadó oldal azon képessége, hogy a fogadott adatokban hibákat észleljen. Az eredeti információ minden bájtjának egy-egy paritásbittel való kísérése egy nagyon gyakran használt logikai kódolási módszer példa, amikor az adatokat modemekkel továbbítják.

Különíts el két logikai kódolási módszert:

Redundáns kódok

Tülekedés.

5. 3.1 Redundáns kódok

Redundáns kódok Az eredeti bitsorozat részekre való felosztásán alapulnak, amelyeket gyakran karaktereknek neveznek. Ezután minden eredeti karakter lecserélődik egy új karakterre, amely több bittel rendelkezik, mint az eredeti. A redundáns kód egyértelmű példája a 4V/5V logikai kód.

Logikai kód 4V/5V lecseréli az eredeti 4 bites karaktereket 5 bites karakterekre. Mivel az így kapott szimbólumok redundáns biteket tartalmaznak, a bennük lévő bitkombinációk teljes száma nagyobb, mint az eredetiekben. Így az ötbites séma 32 (2 5) kétjegyű alfanumerikus karaktert ad, amelyek értéke decimális kódban 00 és 31 között van. Míg az eredeti adat csak négy bitet vagy 16 (2 4) karaktert tartalmazhat.

Ezért a kapott kódban kiválaszthat 16 olyan kombinációt, amelyek nem tartalmaznak sok nullát, és megszámolhatja a többit tiltott kódok (kódsértés). Ebben az esetben a hosszú nullák megszakadnak, és a kód önszinkronizálódik minden továbbított adathoz. Az állandó komponens is eltűnik, ami azt jelenti, hogy a jelspektrum még jobban szűkül. De ez a módszer csökkenti a vonal hasznos sávszélességét, mivel a felhasználói információk redundáns egységei nem hordoznak, és csak "lefoglalják a műsoridőt". A redundáns kódok lehetővé teszik a vevő számára, hogy felismerje a sérült biteket. Ha a vevő tiltott kódot kap, az azt jelenti, hogy a jel torzult a vonalon.

Tehát nézzük a munkát. logikai kód 4V/5V. Az átalakított jelnek van 16 érték az információátvitelhez és 16 redundáns érték. A vevő dekódolóban öt bitet dekódolnak információs és szolgáltatási jelként.

A szervizjelekhez kilenc szimbólum van hozzárendelve, hét szimbólum nincs kizárva.

A háromnál több nullát tartalmazó kombinációk kizártak (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) . Az ilyen jeleket a szimbólum értelmezi Vés a fogadó csapat SZABÁLYOZÁS- kudarc. A parancs nagy interferencia vagy adóhiba miatti hibát jelez. Az öt nulla egyetlen kombinációja (00 - 00000 ) szervizjelzésekre utal, a szimbólumot jelenti Kés megvan a státusza CSENDES- nincs jel a vonalon.

Az ilyen adatkódolás két problémát old meg - a szinkronizálást és a zajtűrés javítását. A szinkronizálás a háromnál több nullából álló sorozat kiküszöbölése miatt következik be, és az adatvevő öt bites intervallumban nagy zajvédelmet ér el.

Ezen előnyök ára ezzel az adatkódolási módszerrel az átviteli sebesség csökkenése. hasznos információ. Például egy redundáns bit hozzáadásával négy információs bithez a sávszélesség hatékonysága a kóddal rendelkező protokollokban MLT-3és adatkódolás 4B/5B 25%-kal csökken.

Kódolási séma 4V/5V táblázatban mutatjuk be.

Bináris kód 4B	Eredménykód 5V

Tehát ennek a táblázatnak megfelelően alakul ki a kód 4V/5V, majd a vonalon keresztül fizikai kódolással továbbítják a potenciális kódolási módszerek egyikével, amely csak hosszú nullák sorozataira érzékeny - például az NRZI digitális kód használatával.

Az 5 bites 4V/5V kódszimbólumok garantálják, hogy ezek kombinációja esetén legfeljebb három nulla fordulhat elő a sorban.

Levél BAN BEN a kódnév azt jelenti, hogy az elemi jelnek 2 állapota van - angolból bináris- bináris. Három jelállapotú kódok is vannak, például a kódban 8V/6T az eredeti információ 8 bitjének kódolásához 6 jelből álló kódot használnak, amelyek mindegyikének három állapota van. Kód redundancia 8V/6T magasabb, mint a kód 4V/5V, mivel 3 6 = 729 eredő szimbólum van 256 forráskódhoz.

Mint mondtuk, a logikai kódolás a fizikai előtt történik, ezért azt a hálózati kapcsolati szintű berendezések végzik: hálózati adapterek és kapcsolók és útválasztók interfész blokkjai. Mivel, amint azt Ön is látta, a keresőtábla használata nagyon egyszerű művelet, így a redundáns kódokkal történő logikai kódolás módszere nem bonyolítja a berendezés funkcionális követelményeit.

Az egyetlen követelmény, hogy a redundáns kódot használó adónak magasabb órajelen kell működnie, hogy adott vonalkapacitást biztosítson. Igen, kódokat küldeni 4V/5V sebességgel 100 Mb/s az adónak órafrekvencián kell működnie 125 MHz. Ebben az esetben a vonalon lévő jel spektruma kibővül ahhoz az esethez képest, amikor egy tiszta, nem redundáns kódot továbbítanak a vonalon. A redundáns potenciálkód spektruma azonban szűkebb, mint a Manchester kód spektruma, ami indokolja a logikai kódolás további fokozatát, valamint a vevő és az adó megnövelt órajel-frekvencián történő működését.

Így a következő következtetés vonható le:

Főleg azért helyi hálózatok egyszerűbb, megbízhatóbb, jobb, gyorsabb - használjon redundáns kódokat használó logikai adatkódolást, amely kiküszöböli a hosszú nullák sorozatát és biztosítja a jel szinkronizálását, majd gyors digitális kódot használjon a fizikai szintű átvitelhez NRZI, nem pedig egy lassú, de önszinkronizáló Manchester kód.

Például egy 100M bit/s sávszélességű és 100 MHz sávszélességű vonalon történő adatátvitelhez az NRZI kód ​​25-50 MHz frekvenciát igényel, ez 4V / 5V kódolás nélkül. És ha alkalmazzák NRZI 4V / 5V kódolás is, most a frekvenciasáv 31,25 MHz-ről 62,5 MHz-re bővül. De ennek ellenére ez a tartomány még mindig "belefér" a vonal sávszélességébe. A manchesteri kódhoz pedig minden további kódolás nélkül 50-100 MHz-es frekvenciák kellenek, és ezek a fő jel frekvenciái, de ezeket a 100 MHz-es vonal már nem fogja átadni.

5. 3.2 Scrabling

A logikai kódolás másik módszere az eredeti információ előzetes „keverésén” alapul, oly módon, hogy az egyesek és nullák előfordulásának valószínűsége a sorban közel kerüljön.

Azokat az eszközöket vagy blokkokat, amelyek ezt a műveletet végrehajtják, hívják kódolók (scramble - dump, véletlenszerű összeállítás).

Nál nél tülekedés az adatokat egy bizonyos algoritmus szerint keverik, és a vevő a bináris adat vétele után továbbítja dekódoló, amely visszaállítja az eredeti bitsorozatot.

A felesleges biteket nem továbbítják a vonalon.

A kódolás lényege egyszerűen a rendszeren áthaladó adatfolyam bitenkénti megváltoztatása. Szinte az egyetlen művelet, amelyet a scramblerekben használnak XOR - "bitenkénti XOR", vagy azt mondják - kiegészítés által 2. modul. Ha két egységet adunk hozzá kizárólagos VAGY-val, a legmagasabb egységet eldobjuk, és az eredményt 0-val írjuk.

A kódolási módszer nagyon egyszerű. Először találj ki egy scramblert. Más szóval, kitalálják, hogy milyen arányban keverjék össze a biteket az eredeti sorozatban a "kizárólagos VAGY" használatával. Ezután ennek az aránynak megfelelően bizonyos bitek értékeit kiválasztják az aktuális bitsorozatból, és összeadják XOR egymás között. Ebben az esetben minden bit 1 bittel eltolódik, és az éppen kapott érték ("0" vagy "1") a felszabadult legkisebb jelentőségű bitbe kerül. Az az érték, amely az eltolás előtt a legjelentősebb bitben volt, hozzáadódik a kódolási sorozathoz, és ez lesz a következő bitje. Ezután ezt a sorozatot adjuk ki a vonalnak, ahol fizikai kódolási módszerekkel továbbítják a fogadó csomóponthoz, amelynek bemenetén ez a sorozat az inverz arány alapján dekódolásra kerül.

Például egy kódoló megvalósíthatja a következő kapcsolatot:

Ahol Kettős- a kódoló i-edik ciklusában kapott kód bináris számjegye, AI- a forráskód bináris számjegye, amely az i-edik ciklusban érkezik a kódoló bemenetére, B i-3 és B i-5- a kódoló előző ciklusaiban kapott kód bináris számjegyei, 3, illetve 5 ciklussal korábban, mint az aktuális ciklus,  - XOR művelet (modulo 2 összeadás).

Most határozzuk meg például a kódolt sorozatot egy ilyen forrásszekvenciához 110110000001 .

A fent definiált scrambler a következő eredménykódot produkálja:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (a kapott kód első három számjegye megegyezik az eredetivel, mivel még nincsenek szükséges korábbi számjegyek)

Így a kódoló kimenete a sorozat lesz 110001101111 . Amelyben nincs hat nullából álló sorozat, amely jelen volt a forráskódban.

A kapott szekvencia vétele után a vevő továbbítja azt a dekódolónak, amely az inverz összefüggés alapján rekonstruálja az eredeti sorozatot.

Vannak más különböző kódoló algoritmusok is, ezek különböznek a kapott kód számjegyét adó kifejezések számában és a kifejezések közötti eltolódásban.

A kódolás alapú fő probléma kódolók - az adó (kódoló) és a vevő (dekódoló) eszközök szinkronizálása. Ha legalább egy bitet kihagyunk vagy hibásan beszúrunk, az összes továbbított információ visszafordíthatatlanul elveszik. Ezért a scrambler alapú kódolási rendszerekben nagy figyelmet fordítanak a szinkronizálási módszerekre. .

A gyakorlatban általában két módszer kombinációját alkalmazzák ezekre a célokra:

a) a fogadó oldal számára előre ismert szinkronizációs bitek hozzáadása az információfolyamhoz, amely lehetővé teszi, hogy ha ilyen bitet nem talál, akkor aktívan elkezdheti a szinkronizálást a küldővel,

b) nagy pontosságú időimpulzus-generátorok alkalmazása, amelyek lehetővé teszik a vett információbitek "memóriából" történő dekódolását szinkronizálás nélkül a szinkronizálás elvesztése esetén.

Vannak egyszerűbb módszerek is az egyes sorozatok kezelésére, amelyek szintén a kódolásnak minősülnek.

A kód javítása érdekében Bipoláris AMI két módszert alkalmaznak, amelyek a nullák sorozatának tiltott szimbólumokkal történő mesterséges torzításán alapulnak.

Rizs. 5.19 B8ZS és HDB3 kódok

Ez az ábra a módszer használatát mutatja be B8ZS (bipoláris 8 nullával)és módszer HDB3 (High-Density Bipoláris 3-Zeros) az AMI kód ​​javításához. A forráskód két hosszú nullasorozatból áll (8- az első esetben és 5 a második esetben).

B8ZS kód csak a 8 nullából álló sorozatokat javítja. Ehhez az első három nulla után a maradék öt nulla helyett öt számjegyet szúr be: V-1*-0-V-1*.V itt egy egység jelét jelöli, amely egy adott polaritásciklusra tiltott, vagyis olyan jelet, amely nem változtatja meg az előző egység polaritását, 1 * - a helyes polaritás mértékegységének jele, a csillag pedig azt a tényt jelöli, hogy a forráskódban ebben a ciklusban nem egység volt, hanem nulla. Ennek eredményeként a vevő 2 torzítást lát 8 óraciklus alatt - nagyon valószínűtlen, hogy ez a vonal zaja vagy más átviteli hibák miatt történt. Ezért a vevő az ilyen jogsértéseket 8 egymást követő nulla kódolásának tekinti, és vételkor lecseréli őket az eredeti 8 nullára.

A B8ZS kód úgy van felépítve, hogy konstans összetevője nulla bármely bináris számjegysorozat esetén.

HDB3 kód kijavítja az eredeti sorozat bármely 4 egymást követő nulláját. A HDB3 kód generálására vonatkozó szabályok összetettebbek, mint a B8ZS kódé. Minden négy nullát négy olyan jel helyettesít, amelyekben egy V. A DC komponens elnyomására a jel polaritása V egymást követő cserékkel váltakozik.

Ezenkívül két négyciklusú kódmintát használnak a cseréhez. Ha a forráskód páratlan számú egyest tartalmazott a csere előtt, akkor a sorozat kerül felhasználásra 000V, és ha az egységek száma páros volt - a sorozat 1*00V.

Így a logikai kódolás potenciális kódolással együtt történő alkalmazása a következő előnyökkel jár:

A továbbfejlesztett jelöltkódok meglehetősen szűk sávszélességgel rendelkeznek a továbbított adatokban előforduló 1-es és 0-s sorozatokhoz. Ennek eredményeként a potenciálból logikai kódolással levezetett kódok még megnövelt órajel-frekvencián is szűkebb spektrummal rendelkeznek, mint Manchesterben.