روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی. روش های انتقال داده ها در سطح فیزیکی. شبکه تلفن سوئیچ شده عمومی

دو نوع اصلی از رمزگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس یک سیگنال حامل سینوسی (مدولاسیون آنالوگ) و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیلی (رمزگذاری دیجیتال).

مدولاسیون آنالوگ - برای انتقال داده های گسسته از طریق یک کانال با پهنای باند باریک - شبکه های تلفن کانال فرکانس صوتی (پهنای باند از 300 تا 3400 هرتز) دستگاهی که مدولاسیون و دمدولاسیون را انجام می دهد - مودم.

روش های مدولاسیون آنالوگ

n مدولاسیون دامنه (ایمنی کم صدا، که اغلب همراه با مدولاسیون فاز استفاده می شود).

مدولاسیون فرکانس n (پیاده سازی فنی پیچیده، معمولا در مودم های کم سرعت استفاده می شود).

مدولاسیون فاز n.

طیف سیگنال مدوله شده

کد بالقوه- اگر داده های گسسته با سرعت N بیت در ثانیه ارسال شوند، طیف از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی نهایت هارمونیک با فرکانس های f0، 3f0، 5f0، 7f0، ... تشکیل شده است که در آن f0 = N است. /2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5، 1/7، ... از دامنه f0. طیف سیگنال کد بالقوه حاصل هنگام انتقال داده دلخواه، باندی از مقدار مشخصی نزدیک به 0 تا تقریباً 7f0 را اشغال می کند. برای یک کانال فرکانس صوتی، حد بالای نرخ انتقال برای نرخ انتقال داده 971 بیت در ثانیه به دست می‌آید و حد پایین برای هر سرعتی قابل قبول نیست، زیرا پهنای باند کانال از 300 هرتز شروع می‌شود. یعنی از کدهای بالقوه در کانال های فرکانس صوتی استفاده نمی شود.

مدولاسیون دامنه- طیف متشکل از یک سینوسی فرکانس حامل fc و دو هارمونیک جانبی fc+fm و fc-fm است که fm فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی است که با سرعت انتقال داده در هنگام استفاده از دو دامنه منطبق است. سطوح فرکانس fm ظرفیت خط را برای یک روش کدگذاری مشخص تعیین می کند. با یک فرکانس مدولاسیون کوچک، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر با 2fm) و اگر پهنای باند بزرگتر یا مساوی 2fm باشد سیگنال ها توسط خط تحریف نمی شوند. برای یک کانال فرکانس صوتی، این روش با نرخ انتقال داده بالاتر از 3100 / 2 = 1550 بیت در ثانیه قابل قبول است.

مدولاسیون فاز و فرکانس- طیف پیچیده تر، اما متقارن، با تعداد زیادی هارمونیک به سرعت در حال کاهش است. این روش ها برای انتقال از طریق کانال فرکانس صوتی مناسب هستند.

مدولاسیون دامنه چهارگانه - مدولاسیون فاز با 8 مقدار تغییر فاز و مدولاسیون دامنه با 4 مقدار دامنه. همه 32 ترکیب سیگنال استفاده نمی شوند.

کدگذاری دیجیتال

کدهای بالقوه- برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی، فقط از مقدار پتانسیل سیگنال استفاده می شود و افت آن که پالس های تکمیل شده را فرموله می کند، در نظر گرفته نمی شود.

کدهای پالس- داده های باینری را یا به صورت پالس هایی با یک قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - به عنوان اختلاف پتانسیل در یک جهت خاص نشان می دهد.

الزامات روش کدگذاری دیجیتال:

با همان نرخ بیت، کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشت (طیف سیگنال باریکتر دستیابی به نرخ انتقال داده بالاتر در همان خط را ممکن می‌سازد؛ همچنین نیاز به عدم وجود یک جزء ثابت وجود دارد، که وجود جریان مستقیم بین فرستنده و گیرنده است.

ارائه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده (گیرنده باید دقیقاً بداند که در چه مقطعی از زمان اطلاعات لازم را از خط بخواند، در سیستم های محلی - خطوط ساعت، در شبکه ها - کدهای خود همگام، که سیگنال های آن دستورالعمل هایی را برای فرستنده در مورد اینکه در چه نقطه ای از زمان لازم است بیت بعدی را تشخیص دهد.

دارای توانایی تشخیص اشتباهات؛

هزینه اجرایی پایینی داشت.

کد بالقوه بدون بازگشت به صفر. NRZ (بدون بازگشت به صفر). سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد.

پیاده سازی آن آسان است، به دلیل دو سیگنال کاملاً متفاوت، تشخیص خطای خوبی دارد، اما خاصیت همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند تعیین کند که چه زمانی داده ها باید دوباره خوانده شوند. یکی دیگر از معایب وجود یک جزء با فرکانس پایین است که در هنگام انتقال دنباله های طولانی از یک ها و صفرها به صفر نزدیک می شود. کد به ندرت به شکل خالص خود استفاده می شود؛ از تغییرات استفاده می شود. جذابیت - فرکانس پایین هارمونیک اساسی f0 = N / 2.

روش کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین. (دو قطبی جایگزین علامت وارونگی، AMI)، اصلاح روش NRZ.

برای رمزگذاری صفر، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، یک واحد منطقی با یک پتانسیل مثبت یا با یک منفی رمزگذاری می شود، که پتانسیل هر واحد بعدی مخالف پتانسیل قبلی است. تا حدی مشکلات مولفه ثابت و عدم خود همگام سازی را برطرف می کند. در مورد ارسال یک دنباله طولانی از واحدها، دنباله ای از پالس های چند قطبی با طیف مشابه کد NRZ که دنباله ای از پالس های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون یک جزء ثابت و یک هارمونیک اساسی N/2. به طور کلی، استفاده از AMI منجر به طیف باریک‌تر از NRZ و در نتیجه ظرفیت پیوند بالاتر می‌شود. به عنوان مثال، هنگام انتقال صفر و یک متناوب، هارمونیک اصلی f0 دارای فرکانس N/4 است. تشخیص انتقال های اشتباه امکان پذیر است، اما برای اطمینان از دریافت قابل اعتماد، لازم است قدرت را حدود 3 دسی بل افزایش دهید، زیرا از تنظیمات سطح سیگنال استفاده می شود.

کد بالقوه با وارونگی در یک. (عدم بازگشت به صفر با یکها معکوس، NRZI) کد AMI مانند با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیل چرخه قبلی منتقل می شود و در هنگام انتقال یک، پتانسیل به عکس معکوس می شود. کد در مواردی که استفاده از سطح سوم مطلوب نیست (کابل نوری) مناسب است.

دو روش برای بهبود AMI، NRZI استفاده می شود. اولین مورد اضافه کردن واحدهای اضافی به کد است. خاصیت خود همگام سازی ظاهر می شود، جزء ثابت ناپدید می شود و طیف باریک می شود، اما توان عملیاتی مفید کاهش می یابد.

روش دیگر این است که اطلاعات اولیه را "مخلوط" کنید تا احتمال ظهور یک ها و صفرها در خط نزدیک شود - درهم. هر دو روش کدگذاری منطقی هستند، زیرا شکل سیگنال های روی خط را تعیین نمی کنند.

کد پالس دوقطبی. یکی با یک پالس یک قطبی و صفر با دیگری نشان داده می شود. هر نبض نیم ضرب طول می کشد.

کد دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است، اما هنگام انتقال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد. طیف گسترده تر از کدهای بالقوه است.

کد منچستر. رایج ترین کد مورد استفاده در شبکه های اترنت Token Ring است.

هر اندازه گیری به دو بخش تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت احتمالی که در میانه یک چرخه ساعت رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک با افت از یک سطح سیگنال پایین به یک بالا کدگذاری می شود و صفر با یک افت معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه ساعت، اگر نیاز به نمایش چندین یک یا صفر در یک ردیف باشد، ممکن است یک افت سیگنال سرویس رخ دهد. کد دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است. پهنای باند از یک پالس دوقطبی باریک تر است؛ هیچ جزء ثابتی وجود ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت دارای فرکانس N و در بهترین حالت - N/2 است.

کد بالقوه 2B1Q. هر دو بیت در یک سیکل ساعت توسط یک سیگنال چهار حالته ارسال می شود. 00 - -2.5 V، 01 - -0.833 V، 11 - +0.833 V، 10 - +2.5 V. وسایل اضافی برای مقابله با دنباله های طولانی از جفت بیت های یکسان مورد نیاز است. با تناوب تصادفی بیت‌ها، طیف دو برابر باریک‌تر از NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می‌شود، یعنی می‌توان داده‌ها را از روی یک خط دو برابر سریع‌تر از AMI، NRZI انتقال داد. اما به قدرت فرستنده بیشتری نیاز دارید.

کدگذاری منطقی

طراحی شده برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI، NRZI، 2B1Q، جایگزینی توالی طولانی بیت ها که منجر به پتانسیل ثابت با واحدهای پراکنده می شود. دو روش استفاده می شود - کدگذاری اضافی و درهم.

کدهای اضافیبر اساس شکستن دنباله اصلی بیت ها به بخش هایی است که اغلب به آنها نماد می گویند، پس از آن هر نماد اصلی با نماد جدیدی جایگزین می شود که بیت های بیشتری از اصلی دارد.

کد 4B/5B دنباله های 4 بیتی را با دنباله های 5 بیتی جایگزین می کند. سپس به جای ترکیب های 16 بیتی، 32 می گیرید. از این تعداد، 16 عدد انتخاب می شوند که تعداد صفرهای زیادی ندارند، بقیه تخلفات کد محسوب می شوند. علاوه بر حذف مولفه DC و خود همگام سازی کد، کدهای اضافی به گیرنده اجازه می دهند بیت های خراب را تشخیص دهد. اگر گیرنده کدهای ممنوعه دریافت کند، به این معنی است که سیگنال در خط مخدوش شده است.

این کد با استفاده از رمزگذاری فیزیکی با استفاده از یک روش رمزگذاری بالقوه که فقط به دنباله های طولانی صفر حساس است، از طریق خط منتقل می شود. کد تضمین می کند که بیش از سه صفر در یک ردیف در خط وجود نخواهد داشت. کدهای دیگری مانند 8B/6T وجود دارد.

برای اطمینان از توان عملیاتی مشخص شده، فرستنده باید در فرکانس ساعت بالاتر (برای 100 مگابیت بر ثانیه - 125 مگاهرتز) کار کند. طیف سیگنال در مقایسه با سیگنال اصلی گسترش می یابد، اما از طیف کد منچستر باریک تر است.

Scrambling - مخلوط کردن داده ها با Scrambler قبل از ارسال از خط.

روش‌های درهم‌سازی شامل محاسبه بیت به بیت کد نتیجه بر اساس بیت‌های کد منبع و بیت‌های کد نتیجه به‌دست‌آمده در چرخه‌های ساعت قبلی است. مثلا،

B i = A i xor B i -3 xor B i -5،

که در آن B i رقم باینری کد به دست آمده در چرخه ساعت i-امین اسکرامبلر است، A i رقم باینری کد منبع دریافت شده در چرخه ساعت i در ورودی اسکرامبلر است، B i -3 و B i -5 ارقام باینری کد به دست آمده در چرخه های قبلی کار هستند.

برای دنباله 110110000001، اسکرامبلر 110001101111 می دهد، یعنی هیچ دنباله ای از شش صفر متوالی وجود نخواهد داشت.

پس از دریافت دنباله به دست آمده، گیرنده آن را به descrambler ارسال می کند که تبدیل معکوس را اعمال می کند.

C i = B i xor B i-3 xor B i-5،

سیستم های درهم آمیزی مختلف از نظر تعداد اصطلاحات و تغییر بین آنها متفاوت هستند.

روش‌های ساده‌تری برای برخورد با دنباله‌های صفر یا یک وجود دارد که به عنوان روش‌های تقلبی نیز طبقه‌بندی می‌شوند.

برای بهبود AMI دوقطبی استفاده می شود:

B8ZS (دوقطبی با جایگزینی 8 صفر) - فقط دنباله های متشکل از 8 صفر را تصحیح می کند.

برای انجام این کار، پس از سه صفر اول، به جای پنج عدد باقی مانده، پنج سیگنال V-1*-0-V-1* را وارد می کند، که در آن V نشان دهنده یک سیگنال است که برای یک چرخه قطبی معین ممنوع است، یعنی سیگنالی که قطبیت قبلی را تغییر نمی دهد، 1* - سیگنال یک از قطبیت صحیح است، و علامت ستاره این واقعیت را نشان می دهد که در کد منبع در این چرخه ساعت یک وجود ندارد، بلکه یک صفر وجود دارد. . در نتیجه، در 8 سیکل ساعت، گیرنده 2 اعوجاج را مشاهده می کند - بسیار بعید است که به دلیل نویز روی خط این اتفاق افتاده باشد. بنابراین، گیرنده چنین تخلفاتی را به عنوان رمزگذاری 8 صفر متوالی در نظر می گیرد. در این کد مولفه ثابت برای هر دنباله ای از ارقام باینری صفر است.

کد HDB3 هر چهار صفر متوالی را در دنباله اصلی تصحیح می کند. هر چهار صفر با چهار سیگنال جایگزین می شوند که در آنها یک سیگنال V وجود دارد. برای سرکوب مولفه DC، قطبیت سیگنال V در جایگزینی های متوالی متناوب می شود. علاوه بر این، از دو الگوی کدهای چهار چرخه برای جایگزینی استفاده می شود. اگر قبل از جایگزینی کد منبع حاوی تعداد فرد واحد بود، از دنباله 000 ولت استفاده می شود و اگر تعداد واحدها زوج بود، از دنباله 1*00 ولت استفاده می شود.

کدهای بالقوه بهبودیافته دارای پهنای باند نسبتاً باریکی برای هر توالی صفر و یک است که در داده های ارسالی رخ می دهد.

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیلی. روش اول اغلب نامیده می شود مدولاسیونیا مدولاسیون آنالوگ،با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم معمولا نامیده می شود کدگذاری دیجیتالاین روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. اگر به یاد بیاوریم که طیف یک پالس ایده آل دارای عرض بی نهایت است، تعجب آور نیست. استفاده از موج سینوسی منجر به طیفی با عرض بسیار کوچکتر در همان سرعت انتقال اطلاعات می شود. با این حال، برای اجرای مدولاسیون سینوسی، تجهیزات پیچیده‌تر و گران‌تری نسبت به اجرای پالس‌های مستطیلی مورد نیاز است.

در حال حاضر، به طور فزاینده ای، داده هایی که در ابتدا به شکل آنالوگ بودند - گفتار، تصاویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته، یعنی به صورت دنباله ای از یک ها و صفرها منتقل می شوند. فرآیند نمایش اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسستهاصطلاحات "مدولاسیون" و "کدگذاری" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.

2.2.1. مدولاسیون آنالوگ

مدولاسیون آنالوگ برای انتقال داده های گسسته بر روی کانال هایی با باند فرکانسی باریک استفاده می شود که یک نماینده معمولی آن است. کانال صوتی،در دسترس کاربران شبکه های تلفن عمومی قرار می گیرد. یک پاسخ فرکانس دامنه معمولی یک کانال فرکانس صوتی در شکل نشان داده شده است. 2.12. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است. اگرچه صدای انسان برای کیفیت گفتار قابل قبول، دامنه بسیار وسیع تری دارد - از تقریباً 100 هرتز تا 10 کیلوهرتز - محدوده 3100 هرتز راه حل خوبی است. محدودیت شدید پهنای باند کانال صوتی با استفاده از تجهیزات مالتی پلکس و سوئیچینگ کانال در شبکه های تلفن همراه است.

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 133

دستگاهی که عملکرد مدولاسیون سینوسی حامل را در سمت فرستنده و دمودولاسیون در سمت گیرنده انجام می دهد، نامیده می شود. مودم(مدولاتور-دمودولاتور).

روش های مدولاسیون آنالوگ

مدولاسیون آنالوگ یک روش رمزگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود. روش های اصلی مدولاسیون آنالوگ در شکل 1 نشان داده شده است. 2.13. در نمودار (شکل 2.13، آ)دنباله ای از بیت های اطلاعات منبع را نشان می دهد که با پتانسیل های سطح بالا برای یک منطقی و پتانسیل سطح صفر برای صفر منطقی نشان داده می شود. این روش رمزگذاری کد پتانسیل نامیده می شود که اغلب هنگام انتقال داده ها بین واحدهای کامپیوتری استفاده می شود.

در مدولاسیون دامنه(شکل 2.13، 6) برای یک واحد منطقی یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل و برای یک صفر منطقی - سطح دیگری انتخاب می شود. این روش به ندرت به صورت خالص در عمل به دلیل ایمنی کم صدا استفاده می شود، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.

در مدولاسیون فرکانس(شکل 2.13، ج) مقادیر 0 و 1 داده های منبع توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - fo و fi منتقل می شوند. این روش مدولاسیون به مدارهای پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های کم سرعت که در 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود.

در مدولاسیون فاز(شکل 2.13، د) مقادیر داده 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان، اما با فازهای مختلف، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0.90،180 و 270 درجه است.

مودم های پرسرعت اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می کنند که معمولاً دامنه همراه با فاز است.

فصل 2. مبانی انتقال اطلاعات گسسته

طیف سیگنال مدوله شده

طیف سیگنال مدوله شده به نوع مدولاسیون و نرخ مدولاسیون، یعنی نرخ بیت مورد نظر اطلاعات اصلی بستگی دارد.

اجازه دهید ابتدا طیف سیگنال را در طول رمزگذاری پتانسیل در نظر بگیریم. بگذارید یک منطقی با یک پتانسیل مثبت و یک صفر منطقی با پتانسیل منفی به همان اندازه کدگذاری شود. برای ساده‌سازی محاسبات، فرض می‌کنیم که اطلاعات از یک دنباله نامتناهی از یک‌ها و صفرهای متناوب ارسال می‌شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 2.13، آ.توجه داشته باشید که در این مورد مقادیر baud و بیت در ثانیه یکسان هستند.

برای رمزگذاری پتانسیل، طیف مستقیماً از فرمول های فوریه برای تابع تناوبی به دست می آید. اگر داده‌های گسسته با نرخ بیت N بیت/ثانیه منتقل شوند، طیف از یک جزء ثابت فرکانس صفر و یک سری بی‌نهایت هارمونیک با فرکانس‌های fo، 3fo، 5fo، 7fo،... تشکیل شده است که در آن fo = N است. /2. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3، 1/5،1/7، ... از دامنه هارمونیک fo (شکل 2.14، آ).در نتیجه، طیف کد بالقوه به پهنای باند وسیعی برای انتقال با کیفیت بالا نیاز دارد. علاوه بر این، باید در نظر داشته باشید که در واقعیت بسته به اینکه چه داده هایی از طریق خط ارتباطی منتقل می شود، طیف سیگنال به طور مداوم در حال تغییر است. به عنوان مثال، انتقال یک دنباله طولانی از صفر یا یک، طیف را به سمت فرکانس های پایین تر تغییر می دهد، و در حالت شدید که داده های ارسالی فقط از یک ها (یا فقط صفرها) تشکیل شده است، طیف از هارمونیک فرکانس صفر تشکیل شده است. هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب، هیچ جزء ثابتی وجود ندارد. بنابراین، طیف سیگنال کد بالقوه حاصل هنگام انتقال داده دلخواه، باندی از مقدار مشخصی نزدیک به 0 هرتز تا تقریباً 7fo را اشغال می کند (هارمونیک های با فرکانس های بالاتر از 7fo به دلیل سهم اندک آنها در سیگنال حاصل می توانند نادیده گرفته شوند). برای یک کانال فرکانس صوتی، حد بالایی برای رمزگذاری بالقوه برای نرخ داده 971 bps به دست می‌آید و حد پایین برای هر سرعتی قابل قبول نیست، زیرا پهنای باند کانال از 300 هرتز شروع می‌شود. در نتیجه، کدهای بالقوه در کانال های صوتی هرگز استفاده نمی شوند.

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 135

با مدولاسیون دامنه، طیف از یک سینوسی با فرکانس حامل f c و دو هارمونیک جانبی تشکیل شده است: (f c + f m) و (f c - f m)، که در آن f m فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی است که منطبق با نرخ داده هنگام استفاده از دو سطح دامنه (شکل 2.14، 6). فرکانس f m ظرفیت خط را برای یک روش کدگذاری معین تعیین می کند. با یک فرکانس مدولاسیون کوچک، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر با 2fm)، بنابراین اگر پهنای باند آن بزرگتر یا مساوی 2fm باشد، سیگنال ها توسط خط تحریف نمی شوند. برای یک کانال فرکانس صوتی، این روش مدولاسیون در نرخ داده بیش از 3100/2 = 1550 bps قابل قبول است. اگر از 4 سطح دامنه برای نمایش داده ها استفاده شود، ظرفیت کانال به 3100 bps افزایش می یابد.

با مدولاسیون فاز و فرکانس، طیف سیگنال پیچیده تر از مدولاسیون دامنه است، زیرا بیش از دو هارمونیک جانبی در اینجا تشکیل می شود، اما آنها نیز به طور متقارن نسبت به فرکانس حامل اصلی قرار دارند و دامنه آنها به سرعت کاهش می یابد. بنابراین، این مدولاسیون ها برای انتقال داده از طریق کانال فرکانس صوتی نیز مناسب هستند.

روش های مدولاسیون ترکیبی برای افزایش نرخ داده استفاده می شود. رایج ترین روش ها هستند مدولاسیون دامنه مربعی (Quadrature Amplitude Modulation, QAM).این روش ها بر اساس ترکیبی از مدولاسیون فاز با 8 مقدار تغییر فاز و مدولاسیون دامنه با 4 سطح دامنه است. با این حال، همه 32 ترکیب سیگنال ممکن استفاده نمی شوند. مثلا در کدها داربستتنها 6، 7 یا 8 ترکیب مجاز به نمایش داده های اصلی هستند و ترکیب های باقی مانده ممنوع هستند. چنین افزونگی کدگذاری برای مودم مورد نیاز است تا سیگنال‌های اشتباه ناشی از اعوجاج ناشی از تداخل را تشخیص دهد، که در کانال‌های تلفن، به‌ویژه کانال‌های سوئیچ شده، از نظر دامنه و زمان طولانی بسیار مهم هستند.

2.2.2. کدگذاری دیجیتال

هنگام رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته، از کدهای پتانسیل و پالس استفاده می شود.

در کدهای پتانسیل، فقط از مقدار پتانسیل سیگنال برای نمایش یک ها و صفرهای منطقی استفاده می شود و افت آن که پالس های کامل را تشکیل می دهد، در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس به شما این امکان را می دهند که داده های باینری را یا به عنوان پالس هایی با قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از یک پالس - یک تفاوت پتانسیل در یک جهت خاص نشان دهید.

الزامات روش های کدگذاری دیجیتال

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد:

در همان نرخ بیت، کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشت.

ارائه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده؛

دارای توانایی تشخیص اشتباهات؛

هزینه اجرایی پایینی داشت.

136 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها به یک خط (با پهنای باند یکسان) اجازه می‌دهد تا به سرعت انتقال داده بالاتری دست یابد. علاوه بر این، طیف سیگنال اغلب لازم است که هیچ جزء DC نداشته باشد، یعنی وجود جریان DC بین فرستنده و گیرنده. به طور خاص، استفاده از مدارهای مختلف ترانسفورماتور جداسازی گالوانیکیاز عبور جریان مستقیم جلوگیری می کند.

همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند در چه مقطع زمانی لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند. حل این مشکل در شبکه‌ها دشوارتر از مبادله داده‌ها بین دستگاه‌های نزدیک، به عنوان مثال، بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر است. در فواصل کوتاه، یک طرح مبتنی بر یک خط ارتباطی ساعت جداگانه به خوبی کار می کند (شکل 2.15)، به طوری که اطلاعات از خط داده تنها در لحظه ای که پالس ساعت می رسد حذف می شود. در شبکه ها، استفاده از این طرح به دلیل ناهمگونی ویژگی های هادی ها در کابل ها، مشکلاتی را ایجاد می کند. در فواصل زیاد، سرعت انتشار نامناسب سیگنال می‌تواند باعث شود که پالس ساعت آنقدر دیر یا قبل از سیگنال داده مربوطه برسد که بیت داده دوباره نادیده گرفته شود یا دوباره خوانده شود. یکی دیگر از دلایلی که شبکه ها از استفاده از پالس های ساعت خودداری می کنند، صرفه جویی در هادی ها در کابل های گران قیمت است.

بنابراین، شبکه ها به اصطلاح استفاده می کنند کدهای خود همگام،سیگنال‌های آن دستورالعمل‌هایی را برای فرستنده حمل می‌کنند که در چه نقطه‌ای از زمان لازم است بیت بعدی (یا چند بیت، اگر کد روی بیش از دو حالت سیگنال متمرکز شده است) تشخیص داده شود. هر تغییر شدید در سیگنال - به اصطلاح لبه - می تواند به عنوان نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد.

هنگام استفاده از سینوسی ها به عنوان سیگنال حامل، کد به دست آمده دارای خاصیت خود همگام سازی است، زیرا تغییر دامنه فرکانس حامل به گیرنده اجازه می دهد تا لحظه ظاهر شدن کد ورودی را تعیین کند.

تشخیص و تصحیح داده های تحریف شده با استفاده از ابزارهای لایه فیزیکی دشوار است، بنابراین اغلب این کار توسط پروتکل هایی انجام می شود که در بالا قرار دارند: کانال، شبکه، حمل و نقل یا برنامه. از سوی دیگر، تشخیص خطا در لایه فیزیکی باعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم به طور کامل در بافر قرار گیرد، اما زمانی که بیت های اشتباه را در قاب تشخیص داد بلافاصله آن را دور می اندازد.

الزامات روش‌های رمزگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.

______________________________2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی _______137

کد بالقوه بدون بازگشت به صفر

در شکل 2.16، و روش رمزگذاری بالقوه ذکر شده قبلی را نشان می دهد که رمزگذاری نیز نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (Non Return to Zero, NRZ).نام خانوادگی نشان دهنده این واقعیت است که هنگام ارسال دنباله ای از یک ها، سیگنال در طول چرخه ساعت به صفر برنمی گردد (همانطور که در زیر خواهیم دید، در سایر روش های رمزگذاری بازگشت به صفر در این مورد رخ می دهد). روش NRZ پیاده سازی آسان است، تشخیص خطای خوبی دارد (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت)، اما خاصیت خود همگام سازی را ندارد. هنگام ارسال یک دنباله طولانی از یک یا صفر، سیگنال روی خط تغییر نمی کند، بنابراین گیرنده نمی تواند لحظاتی را که لازم است دوباره داده ها را بخواند، از سیگنال ورودی تعیین کند. حتی با یک ژنراتور ساعت با دقت بالا، گیرنده ممکن است در لحظه جمع آوری داده ها اشتباه کند، زیرا فرکانس های دو ژنراتور هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین، در نرخ داده‌های بالا و توالی‌های طولانی یک یا صفر، یک ناهماهنگی کوچک ساعت می‌تواند منجر به خطای کل چرخه ساعت و بر این اساس، خواندن مقدار بیت نادرست شود.

یکی دیگر از معایب جدی روش NRZ وجود یک جزء فرکانس پایین است که هنگام انتقال دنباله های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. به همین دلیل، بسیاری از کانال های ارتباطی فراهم نمی کنند

138 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

آنهایی که ارتباط مستقیم گالوانیکی بین گیرنده و منبع ایجاد می کنند از این نوع کدگذاری پشتیبانی نمی کنند. در نتیجه کد NRZ به شکل خالص خود در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود، اصلاحات مختلف آن مورد استفاده قرار می گیرد که هم خود همگام سازی ضعیف کد NRZ و هم وجود یک جزء ثابت را از بین می برد. جذابیت کد NRZ که بهبود آن را ارزشمند می کند، فرکانس بنیادی نسبتا پایین fo است که برابر N/2 هرتز است، همانطور که در بخش قبل نشان داده شد. در روش های رمزگذاری دیگر مانند منچستر، هارمونیک بنیادی فرکانس بالاتری دارد.

روش کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین

یکی از اصلاحات روش NRZ روش است کدگذاری دوقطبی با وارونگی جایگزین (Bipolar Alternate Mark Inversion، AMI).در این روش (شکل 2.16، 6) از سه سطح پتانسیل منفی، صفر و مثبت استفاده می شود. برای رمزگذاری یک صفر منطقی، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود، و یک پتانسیل منطقی با یک پتانسیل مثبت یا منفی، با پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل قبلی است.

کد AMI تا حدی DC و عدم وجود مشکلات خود همگام سازی ذاتی در کد NRZ را حذف می کند. این زمانی اتفاق می افتد که دنباله های طولانی از یک ها ارسال می شود. در این موارد، سیگنال روی خط دنباله ای از پالس های پلاریزه مخالف با طیف مشابه کد NRZ است که صفر و یک های متناوب را ارسال می کند، یعنی بدون مولفه ثابت و با هارمونیک اساسی N/2 هرتز (که در آن N نرخ بیت انتقال داده است). توالی های طولانی صفر برای کد AMI به همان اندازه خطرناک هستند که برای کد NRZ - سیگنال به یک پتانسیل ثابت با دامنه صفر تبدیل می شود. بنابراین، کد AMI نیاز به بهبود بیشتری دارد، اگرچه کار ساده شده است - تنها چیزی که باقی می ماند پرداختن به دنباله های صفر است.

به طور کلی، برای ترکیب های مختلف بیت در یک خط، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تر از کد NRZ و در نتیجه ظرفیت خط بالاتر می شود. برای مثال، هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب، هارمونیک بنیادی fo دارای فرکانس N/4 هرتز است. کد AMI نیز برخی از قابلیت ها را برای تشخیص سیگنال های اشتباه فراهم می کند. بنابراین، نقض تناوب شدید قطبیت سیگنال نشان دهنده یک پالس کاذب یا ناپدید شدن یک پالس صحیح از خط است. سیگنالی با قطبیت نادرست نامیده می شود سیگنال ممنوعه (نقض سیگنال).

کد AMI نه از دو، بلکه از سه سطح سیگنال در خط استفاده می کند. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده تقریباً 3 دسی بل دارد تا وفاداری بیت یکسانی را در خط ایجاد کند، که در مقایسه با کدهایی که فقط دو حالت را از هم متمایز می کنند، یک نقطه ضعف رایج کدهای با حالت های سیگنال متعدد است.

کد بالقوه با وارونگی در یک

کد مشابه AMI وجود دارد، اما تنها با دو سطح سیگنال. هنگام انتقال یک صفر، پتانسیلی را که در چرخه قبلی تنظیم شده بود، منتقل می کند (یعنی آن را تغییر نمی دهد) و هنگام انتقال یک، پتانسیل به سمت مقابل معکوس می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 139

(عدم بازگشت به صفر با یکها معکوس، NRZI).این کد در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است، مناسب است، به عنوان مثال در کابل های نوری، که در آن دو حالت سیگنال به طور مداوم تشخیص داده می شود - نور و تاریکی. دو روش برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI و NRZI استفاده می شود. روش اول مبتنی بر افزودن بیت های اضافی حاوی بیت های منطقی به کد منبع است. بدیهی است که در این حالت، توالی های طولانی صفر قطع می شوند و کد برای هر داده ارسالی خود همگام می شود. مولفه ثابت نیز ناپدید می شود، به این معنی که طیف سیگنال حتی بیشتر باریک می شود. اما این روش ظرفیت مفید خط را کاهش می دهد، زیرا واحدهای اضافی از اطلاعات کاربر حمل نمی شوند. روش دیگر مبتنی بر "اختلاط" اولیه اطلاعات اولیه است به طوری که احتمال ظهور یک ها و صفرها در خط نزدیک می شود. دستگاه ها یا بلوک هایی که چنین عملیاتی را انجام می دهند نامیده می شوند اسکرامبلرها(تلاقی - تخلیه، مونتاژ بی نظم). هنگام تقلب، از یک الگوریتم شناخته شده استفاده می شود، بنابراین گیرنده با دریافت داده های باینری، آن را به پاک کننده،که توالی بیت اصلی را بازیابی می کند. در این مورد، بیت های اضافی از طریق خط منتقل نمی شوند. هر دو روش به کدگذاری منطقی و نه فیزیکی اشاره دارند، زیرا شکل سیگنال ها را در خط تعیین نمی کنند. آنها در بخش بعدی با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار می گیرند.

کد پالس دوقطبی

علاوه بر کدهای بالقوه، کدهای پالس نیز در شبکه ها استفاده می شود، زمانی که داده ها با یک پالس کامل یا بخشی از آن - یک لبه نشان داده می شوند. ساده ترین مورد این رویکرد است کد پالس دوقطبی،که در آن یک با یک پالس با یک قطب و صفر با دیگری نشان داده می شود (شکل 2.16، V).هر نبض نیم ضرب طول می کشد. چنین کدی دارای ویژگی های خود همگام سازی عالی است، اما ممکن است یک جزء ثابت وجود داشته باشد، به عنوان مثال، هنگام انتقال یک دنباله طولانی از یک یا صفر. علاوه بر این، طیف آن گسترده تر از کدهای بالقوه است. بنابراین، هنگام انتقال همه صفر یا یک، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر N هرتز خواهد بود که دو برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد AMI است. هنگام انتقال یکها و صفرهای متناوب. به دلیل طیف بسیار گسترده آن، کد پالس دوقطبی به ندرت استفاده می شود.

کد منچستر

در شبکه های محلی تا همین اواخر رایج ترین روش رمزگذاری به اصطلاح بود کد منچستر(شکل 2.16، د). در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

کد منچستر از یک تفاوت پتانسیل، یعنی لبه یک پالس برای رمزگذاری یک ها و صفرها استفاده می کند. با رمزگذاری منچستر، هر اندازه گیری به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط افت های احتمالی که در وسط هر چرخه رخ می دهد، رمزگذاری می شود. یک واحد با یک انتقال کم به زیاد کدگذاری می شود و یک صفر با یک انتقال معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه، اگر بخواهید چندین یک یا صفر را در یک ردیف نشان دهید، یک لبه سیگنال سرویس رخ می دهد. از آنجایی که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند، کد منچستر خوب است

140 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته _____________________________________________

ویژگی های خود همگام سازی پهنای باند کد منچستر از پالس دوقطبی باریک تر است. همچنین مولفه ثابتی ندارد و هارمونیک بنیادی در بدترین حالت (هنگام ارسال دنباله ای از یک یا صفر) دارای فرکانس N هرتز و در بهترین حالت (هنگام ارسال یک ها و صفرهای متناوب) برابر است. به N / 2 هرتز، مانند کدهای AMI یا NRZ به طور متوسط، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریکتر از کد پالس دوقطبی است و هارمونیک بنیادی در حدود 3N/4 نوسان می کند. کد منچستر مزیت دیگری نسبت به کد پالس دوقطبی دارد. دومی از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می کند، در حالی که منچستر از دو سطح استفاده می کند.

کد بالقوه 2B1Q

در شکل 2.16، دیک کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها را نشان می دهد. این کد است 2V1Qنامی که ماهیت آن را منعکس می کند - هر دو بیت (2B) در یک سیکل ساعت توسط یک سیگنال دارای چهار حالت (1Q) منتقل می شود. جفت بیت 00 مربوط به پتانسیل 2.5- ولت، جفت بیت 01 با پتانسیل 0.833- ولت، جفت I با پتانسیل 0.833 ولت و جفت 10 مربوط به پتانسیل 2.5 ولت است. با این کدگذاری روش، اقدامات اضافی برای مبارزه با توالی طولانی از جفت بیت یکسان مورد نیاز است، زیرا در این مورد سیگنال به یک جزء ثابت تبدیل می شود. با درهم‌پاشی تصادفی بیت‌ها، طیف سیگنال دو برابر باریک‌تر از کد NRZ است، زیرا در همان نرخ بیت، مدت زمان ساعت دو برابر می‌شود. بنابراین، با استفاده از کد 2B1Q، می توانید داده ها را دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI از طریق یک خط انتقال دهید. با این حال، برای اجرای آن، قدرت فرستنده باید بالاتر باشد تا چهار سطح به وضوح توسط گیرنده در پس زمینه تداخل متمایز شوند.

2.2.3. کدگذاری منطقی

کدگذاری منطقی برای بهبود کدهای بالقوه مانند AMI، NRZI یا 2Q1B استفاده می شود. کدگذاری منطقی باید جایگزین توالی‌های طولانی بیت‌هایی شود که به پتانسیل ثابت منتهی می‌شوند با توالی‌های پراکنده. همانطور که در بالا ذکر شد، دو روش مشخصه کدگذاری منطقی است - کدهای اضافی و درهم.

کدهای اضافی

کدهای اضافیمبتنی بر تقسیم دنباله اصلی بیت ها به بخش هایی هستند که اغلب کاراکتر نامیده می شوند. سپس هر کاراکتر اصلی با یک کاراکتر جدید جایگزین می‌شود که بیت‌های بیشتری نسبت به نسخه اصلی دارد. به عنوان مثال، کد منطقی 4V/5V مورد استفاده در فناوری های FDDI و Fast Ethernet، نمادهای 4 بیتی اصلی را با نمادهای 5 بیتی جایگزین می کند. از آنجایی که نمادهای به دست آمده حاوی بیت های اضافی هستند، تعداد کل ترکیب بیت ها در آنها بیشتر از ترکیب های اصلی است. بنابراین، در کد 4B / 5B، نمادهای به دست آمده می توانند شامل ترکیبات 32 بیتی باشند، در حالی که نمادهای اصلی - فقط 16. بنابراین، در کد به دست آمده، می توانید 16 ترکیب از این قبیل را انتخاب کنید که حاوی تعداد زیادی صفر نیستند، و بقیه را بشمار کدهای ممنوعه (نقض کد).علاوه بر حذف مؤلفه DC و دادن ویژگی خود همگام سازی به کد، کدهای اضافی اجازه می دهند

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 141

گیرنده می تواند بیت های خراب را تشخیص دهد. اگر گیرنده یک کد ممنوعه دریافت کند، سیگنال در خط مخدوش شده است.

مطابقت بین کد منبع و نتیجه 4B/5B در زیر ارائه شده است.

کد 4B/5B سپس با استفاده از رمزگذاری فیزیکی با استفاده از یکی از روش های رمزگذاری بالقوه که فقط به دنباله های طولانی صفر حساس است، از طریق خط منتقل می شود. نمادهای کد 4B/5B، 5 بیتی، تضمین می کنند که مهم نیست که چگونه ترکیب شوند، بیش از سه صفر پشت سر هم نمی توانند روی خط ظاهر شوند.

حرف B در نام کد به این معنی است که سیگنال ابتدایی دارای 2 حالت - از باینری انگلیسی - باینری است. همچنین کدهایی با سه حالت سیگنال وجود دارد به عنوان مثال در کد 8B/6T برای رمزگذاری 8 بیت اطلاعات منبع از کد 6 سیگنال استفاده می شود که هر کدام دارای سه حالت هستند. افزونگی کد 8B/6T بیشتر از کد 4B/5B است، زیرا برای 256 کد منبع 3 6 = 729 نماد وجود دارد.

استفاده از جدول جستجو یک عملیات بسیار ساده است، بنابراین این رویکرد به آداپتورهای شبکه و بلوک های رابط سوئیچ ها و روترها پیچیدگی اضافه نمی کند.

برای اطمینان از ظرفیت خط معین، فرستنده ای که از کد اضافی استفاده می کند باید با فرکانس ساعت افزایش یافته کار کند. بنابراین، برای انتقال کدهای 4B/5B با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه، فرستنده باید در فرکانس ساعت 125 مگاهرتز کار کند. در این حالت، طیف سیگنال روی خط در مقایسه با حالتی که یک کد خالص و غیر زائد در طول خط ارسال می‌شود، گسترش می‌یابد. با این وجود، طیف کد پتانسیل اضافی باریکتر از طیف کد منچستر است که مرحله اضافی کدگذاری منطقی و همچنین عملکرد گیرنده و فرستنده را در فرکانس ساعت افزایش یافته توجیه می کند.

تقلا کردن

به هم ریختن داده ها با یک اسکرامبلر قبل از ارسال آن به خط با استفاده از یک کد بالقوه، راه دیگری برای رمزگذاری منطقی است.

روش‌های درهم‌سازی شامل محاسبه بیت به بیت کد حاصل بر اساس بیت‌های کد منبع و بیت‌های کد به‌دست‌آمده در چرخه‌های ساعت قبلی است. به عنوان مثال، یک Scrambler ممکن است رابطه زیر را پیاده سازی کند:

بی - آی 8 بی ز ف بی. 5،

که در آن bi رقم باینری کد به دست آمده در چرخه ساعت i ام اسکرامبلر است، ai رقم باینری کد منبع دریافت شده در چرخه ساعت i در

142 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

ورودی Scrambler، B^3 و B t.5 - ارقام باینری کد حاصل که در چرخه های قبلی اسکرامبلر به دست آمده است، به ترتیب 3 و 5 چرخه ساعت زودتر از چرخه ساعت فعلی، 0 - عملیات OR انحصاری (مدول اضافه 2) .

به عنوان مثال، برای دنباله اصلی 110110000001، scrambler کد نتیجه زیر را می دهد:

bi = ai - 1 (سه رقم اول کد حاصل با کد اصلی منطبق است، زیرا هنوز ارقام قبلی لازم وجود ندارد)

بنابراین، خروجی scrambler دنباله 110001101111 خواهد بود که شامل دنباله شش صفر موجود در کد منبع نیست.

پس از دریافت دنباله به دست آمده، گیرنده آن را به descrambler ارسال می کند که بر اساس رابطه معکوس، دنباله اصلی را بازیابی می کند:

الگوریتم‌های درهم‌سازی مختلف در تعداد عبارت‌هایی که رقم کد حاصل را می‌دهند و تغییر بین عبارت‌ها متفاوت هستند. بنابراین در شبکه های ISDN هنگام انتقال داده از شبکه به مشترک از تبدیل با شیفت های 5 و 23 و هنگام انتقال داده از مشترک به شبکه با شیفت های 18 و 23 استفاده می شود.

روش‌های ساده‌تری برای برخورد با دنباله‌ای از واحدها وجود دارد که به عنوان تقلب نیز طبقه‌بندی می‌شوند.

برای بهبود کد Bipolar AMI، از دو روش استفاده می‌شود که مبتنی بر تحریف مصنوعی توالی صفرها با کاراکترهای غیرقانونی است.

در شکل شکل 2.17 استفاده از روش B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) و روش HDB3 (High-Density Bipolar 3-Zeros) را برای تنظیم کد AMI نشان می دهد. کد منبع شامل دو دنباله طولانی صفر است: در مورد اول - از 8 و در مورد دوم - از 5.

کد B8ZS فقط توالی های متشکل از 8 صفر را تصحیح می کند. برای این کار بعد از سه صفر اول به جای پنج صفر باقی مانده، پنج رقم V-1*-0-V-1* را وارد می کند. V در اینجا یک سیگنال واحد را نشان می دهد که برای یک چرخه قطبی معین ممنوع است، یعنی سیگنالی که قطبیت واحد قبلی را تغییر نمی دهد، 1* یک سیگنال واحد از قطبیت صحیح است، و علامت ستاره نشان می دهد که

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 143

واقعیت این است که در کد منبع در این چرخه یک واحد نبود، بلکه یک صفر وجود داشت. در نتیجه، در 8 سیکل ساعت، گیرنده 2 اعوجاج را مشاهده می کند - بسیار بعید است که این اتفاق به دلیل نویز خط یا سایر خرابی های انتقال رخ داده باشد. بنابراین گیرنده چنین تخلفاتی را رمزگذاری 8 صفر متوالی می داند و پس از دریافت، 8 صفر اصلی را جایگزین می کند. کد B8ZS به گونه ای ساخته شده است که جزء ثابت آن برای هر دنباله ای از ارقام باینری صفر باشد.

کد HDB3 هر چهار صفر متوالی را در دنباله اصلی تصحیح می کند. قوانین تولید کد HDB3 پیچیده تر از کد B8ZS است. هر چهار صفر با چهار سیگنال جایگزین می شوند که در آنها یک سیگنال V وجود دارد. برای سرکوب مولفه DC، قطبیت سیگنال V در جایگزینی های متوالی متناوب می شود. علاوه بر این، از دو الگوی کدهای چهار چرخه برای جایگزینی استفاده می شود. اگر قبل از جایگزینی کد منبع حاوی یک عدد فرد بود، از دنباله OOOV استفاده می شود و اگر تعداد یک ها زوج بود، دنباله 1*OOV استفاده می شود.

کدهای کاندید بهبودیافته دارای پهنای باند نسبتاً باریکی برای هر دنباله ای از یک ها و صفرهایی هستند که در داده های ارسالی رخ می دهند. در شکل شکل 2.18 طیف سیگنال‌های کدهای مختلف را نشان می‌دهد که هنگام ارسال داده‌های دلخواه به دست می‌آیند، که در آن ترکیب‌های مختلف صفر و یک در کد منبع به یک اندازه محتمل است. هنگام ترسیم نمودارها، طیف در تمام مجموعه های ممکن از توالی های اولیه به طور میانگین محاسبه شد. به طور طبیعی، کدهای حاصل ممکن است توزیع متفاوتی از صفر و یک داشته باشند. از شکل 2.18 نشان می دهد که کد NRZ بالقوه دارای یک طیف خوب با یک اشکال است - دارای یک جزء ثابت است. کدهای به دست آمده از پتانسیل با کدگذاری منطقی، طیف باریک تری نسبت به منچستر دارند، حتی در فرکانس ساعت افزایش یافته (در شکل، طیف کد 4B/5B باید تقریباً با کد B8ZS منطبق باشد، اما تغییر یافته است.

144 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

به منطقه فرکانس های بالاتر، زیرا فرکانس ساعت آن نسبت به کدهای دیگر 1/4 افزایش یافته است). این موضوع استفاده از کدهای اضافی و درهم بالقوه را در فناوری های مدرن مانند FDDI، Fast Ethernet، Gigabit Ethernet، ISDN و غیره به جای منچستر و کدگذاری پالس دوقطبی توضیح می دهد.

2.2.4. مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ

یکی از روندهای اصلی در توسعه فناوری های شبکه، انتقال داده های گسسته و آنالوگ در یک شبکه است. منابع داده های گسسته رایانه ها و سایر دستگاه های محاسباتی هستند و منابع داده های آنالوگ دستگاه هایی مانند تلفن، دوربین های فیلمبرداری، تجهیزات پخش صدا و تصویر هستند. در مراحل اولیه حل این مشکل در شبکه های سرزمینی، انواع داده ها به صورت آنالوگ منتقل می شد، در حالی که داده های رایانه ای که ماهیت گسسته داشتند با استفاده از مودم ها به شکل آنالوگ تبدیل می شدند.

با این حال، با توسعه فناوری جمع‌آوری و انتقال داده‌های آنالوگ، مشخص شد که انتقال آن به شکل آنالوگ کیفیت داده‌های دریافت‌شده در انتهای خط را در صورتی که در حین انتقال به‌طور قابل توجهی تحریف شده باشد، بهبود نمی‌بخشد. سیگنال آنالوگ به خودی خود هیچ نشانه ای از وقوع اعوجاج یا نحوه تصحیح آن نشان نمی دهد، زیرا شکل سیگنال می تواند هر نوع باشد، از جمله شکلی که توسط گیرنده شناسایی می شود. بهبود کیفیت خطوط، به ویژه خطوط سرزمینی، نیازمند تلاش و سرمایه گذاری عظیم است. بنابراین فناوری آنالوگ برای ضبط و انتقال صدا و تصویر جای خود را به فناوری دیجیتال داده است. این تکنیک از مدولاسیون گسسته فرآیندهای آنالوگ پیوسته زمان اصلی استفاده می کند.

روش‌های مدولاسیون گسسته مبتنی بر نمونه‌برداری از فرآیندهای پیوسته هم در دامنه و هم در زمان هستند (شکل 2.19). بیایید با استفاده از یک مثال به اصول مدولاسیون جرقه نگاه کنیم مدولاسیون کد پالس، PCM (مدولاسیون دامنه پالس، PAM)،که در تلفن دیجیتال بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

دامنه تابع پیوسته اصلی با یک دوره معین اندازه گیری می شود - به همین دلیل، گسسته سازی در زمان اتفاق می افتد. سپس هر اندازه گیری به عنوان یک عدد باینری از یک عمق بیت مشخص نشان داده می شود، که به معنای گسسته سازی توسط مقادیر تابع است - مجموعه ای پیوسته از مقادیر دامنه ممکن با مجموعه ای گسسته از مقادیر آن جایگزین می شود. دستگاهی که عملکرد مشابهی را انجام می دهد نامیده می شود مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC).پس از این، اندازه گیری ها از طریق کانال های ارتباطی به صورت دنباله ای از یک ها و صفرها منتقل می شوند. در این مورد، از همان روش های کدگذاری استفاده می شود که در مورد انتقال اطلاعات اولیه گسسته، به عنوان مثال، روش های مبتنی بر کد B8ZS یا 2B1Q.

در سمت دریافت خط، کدها به دنباله بیت اصلی تبدیل می شوند و تجهیزات ویژه نامیده می شوند مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC)دامنه های دیجیتالی یک سیگنال پیوسته را تغییر می دهد و تابع زمان پیوسته اصلی را بازیابی می کند.

مدولاسیون گسسته بر اساس نظریه نقشه برداری نایکویست-کوتلنیکوف.طبق این نظریه، یک تابع پیوسته آنالوگ که به عنوان دنباله ای از مقادیر گسسته زمانی آن داده می شود، می تواند با دقت بازسازی شود اگر نرخ نمونه برداری دو یا چند برابر بیشتر از فرکانس بالاترین طیف هارمونیک تابع اصلی باشد.

اگر این شرط برآورده نشود، عملکرد بازیابی شده به طور قابل توجهی با عملکرد اصلی متفاوت است.

مزیت روش های دیجیتالی ثبت، بازتولید و انتقال اطلاعات آنالوگ، توانایی کنترل صحت داده های خوانده شده از یک رسانه یا دریافتی از طریق یک خط ارتباطی است. برای انجام این کار، می توانید از روش های مشابهی استفاده کنید که برای داده های رایانه ای استفاده می شود (و در زیر با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار گرفته است) - محاسبه یک چک جمع، ارسال مجدد فریم های خراب، با استفاده از کدهای خود اصلاحی.

برای انتقال صدای با کیفیت بالا، روش PCM از فرکانس کوانتیزاسیون دامنه ارتعاشات صوتی 8000 هرتز استفاده می کند. این امر به این دلیل است که در تلفن آنالوگ، بازه 300 تا 3400 هرتز برای انتقال صدا انتخاب شده است که تمام هارمونیک های اولیه مخاطبین را با کیفیت کافی منتقل می کند. مطابق با قضیه نایکویست-کوتلتکوفبرای انتقال صدای با کیفیت بالا

146 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

کافی است فرکانس نمونه برداری را انتخاب کنید که دو برابر بالاترین هارمونیک سیگنال پیوسته باشد، یعنی 2 x 3400 = 6800 هرتز. نرخ نمونه برداری واقعی انتخاب شده 8000 هرتز حاشیه کیفیتی را فراهم می کند. روش PCM معمولاً از 7 یا 8 بیت کد برای نشان دادن دامنه یک نمونه استفاده می کند. بر این اساس، این 127 یا 256 درجه سیگنال صدا را می دهد که برای انتقال صدای با کیفیت بسیار کافی است. هنگام استفاده از روش PCM، یک کانال صوتی واحد نیاز به توان عملیاتی 56 یا 64 کیلوبیت بر ثانیه دارد، بسته به اینکه هر نمونه با چند بیت نمایش داده می شود. اگر برای این اهداف استفاده شود

7 بیت، سپس با فرکانس انتقال اندازه گیری 8000 هرتز به دست می آوریم:

8000 x 7 = 56000 bps یا 56 Kbps. و برای مورد 8 بیت:

8000 x 8 - 64000 bps یا 64 Kbps.

استاندارد یک کانال دیجیتال 64 کیلوبیت بر ثانیه است که به آن نیز گفته می شود کانال ابتدایی شبکه های تلفن دیجیتال

انتقال یک سیگنال پیوسته به شکل گسسته مستلزم آن است که شبکه ها به شدت به فاصله زمانی 125 میکروثانیه (مرتبط با فرکانس نمونه برداری 8000 هرتز) بین اندازه گیری های مجاور پایبند باشند، یعنی به انتقال داده های همزمان بین گره های شبکه نیاز دارد. اگر همگام سازی اندازه گیری های رسیده حفظ نشود، سیگنال اصلی به اشتباه بازیابی می شود، که منجر به اعوجاج صدا، تصویر یا سایر اطلاعات چندرسانه ای منتقل شده از طریق شبکه های دیجیتال می شود. بنابراین، اعوجاج همگام‌سازی 10 میلی‌ثانیه می‌تواند به اثر «پژواک» منجر شود و جابه‌جایی بین اندازه‌گیری‌های 200 میلی‌ثانیه منجر به از دست دادن تشخیص کلمات گفتاری می‌شود. در عین حال، از دست دادن یک اندازه گیری، در حالی که همزمانی بین اندازه گیری های دیگر حفظ می شود، عملاً هیچ تأثیری بر صدای بازتولید شده ندارد. این به دلیل صاف کردن دستگاه ها در مبدل های دیجیتال به آنالوگ رخ می دهد که بر اساس خاصیت اینرسی هر سیگنال فیزیکی است - دامنه ارتعاشات صدا نمی تواند فوراً مقدار زیادی تغییر کند.

کیفیت سیگنال پس از DAC نه تنها تحت تأثیر همزمانی اندازه‌گیری‌هایی است که به ورودی آن می‌رسند، بلکه همچنین تحت تأثیر خطای نمونه‌برداری دامنه این اندازه‌گیری‌ها قرار می‌گیرد.

8 قضیه نایکویست-کوتلنیکوف فرض می‌کند که دامنه‌های تابع با دقت اندازه‌گیری می‌شوند، در عین حال، استفاده از اعداد باینری با ظرفیت بیت محدود برای ذخیره آنها تا حدودی این دامنه‌ها را مخدوش می‌کند. بر این اساس، سیگنال پیوسته بازسازی شده دچار اعوجاج می شود که به آن نویز نمونه برداری (در دامنه) می گویند.

تکنیک‌های مدولاسیون گسسته دیگری وجود دارد که می‌تواند اندازه‌گیری‌های صوتی را به شکل فشرده‌تر نشان دهد، مانند دنباله‌ای از اعداد ۴ بیتی یا ۲ بیتی. در این حالت، یک کانال صوتی به پهنای باند کمتری نیاز دارد، به عنوان مثال 32 کیلوبیت در ثانیه، 16 کیلوبیت در ثانیه یا حتی کمتر. از سال 1985، یک استاندارد کدگذاری صوتی CCITT به نام مدولاسیون کد پالس دیفرانسیل تطبیقی ​​(ADPCM) استفاده شده است. کدهای ADPCM بر اساس یافتن تفاوت‌های بین اندازه‌گیری‌های صوتی متوالی هستند که سپس از طریق شبکه منتقل می‌شوند. کد ADPCM از 4 بیت برای ذخیره یک تفاوت استفاده می کند و صدا را با سرعت 32 کیلوبیت بر ثانیه ارسال می کند. یک روش مدرن تر، کدگذاری پیش بینی خطی (LPC)، تابع اصلی را به ندرت نمونه برداری می کند، اما از روش هایی برای پیش بینی جهت تغییر در دامنه سیگنال استفاده می کند. با استفاده از این روش می توانید سرعت انتقال صدا را به 9600 bps کاهش دهید.

2.2. روش های انتقال داده های گسسته در سطح فیزیکی 147

داده های پیوسته ارائه شده به شکل دیجیتال را می توان به راحتی از طریق یک شبکه کامپیوتری منتقل کرد. برای انجام این کار، کافی است چندین اندازه گیری را در یک فریم از برخی فناوری های شبکه استاندارد قرار دهید، آدرس مقصد صحیح را به فریم ارائه دهید و برای گیرنده ارسال کنید. گیرنده باید اندازه‌گیری‌ها را از فریم استخراج کند و آنها را با فرکانس کوانتیزاسیون (برای صدا - در فرکانس 8000 هرتز) به مبدل دیجیتال به آنالوگ ارسال کند. با رسیدن فریم های بعدی با اندازه گیری های صوتی، عملیات باید تکرار شود. اگر فریم ها به اندازه کافی همزمان وارد شوند، کیفیت صدا می تواند بسیار بالا باشد. با این حال، همانطور که قبلاً می‌دانیم، فریم‌ها در شبکه‌های کامپیوتری می‌توانند هم در گره‌های انتهایی (در حین انتظار برای دسترسی به رسانه مشترک) و هم در دستگاه‌های ارتباطی میانی - پل‌ها، سوئیچ‌ها و مسیریاب‌ها به تأخیر بیفتند. بنابراین، کیفیت صدا هنگام انتقال دیجیتال از طریق شبکه های کامپیوتری معمولاً ضعیف است. برای انتقال با کیفیت بالا سیگنال های پیوسته دیجیتالی - صدا، تصویر - امروزه از شبکه های دیجیتال ویژه مانند ISDN، ATM و شبکه های تلویزیون دیجیتال استفاده می شود. با این وجود، امروزه انتقال مکالمات تلفنی درون سازمانی با شبکه‌های رله فریم مشخص می‌شود که تاخیرهای ارسال فریم آن در محدوده‌های قابل قبولی قرار می‌گیرد.

2.2.5. انتقال ناهمزمان و سنکرون

هنگام تبادل داده در لایه فیزیکی، واحد اطلاعات کمی است، بنابراین لایه فیزیکی همیشه همگام سازی بیت را بین گیرنده و فرستنده حفظ می کند.

لایه پیوند روی فریم های داده عمل می کند و همگام سازی سطح فریم بین گیرنده و فرستنده را فراهم می کند. وظایف گیرنده شامل تشخیص ابتدای بایت اول فریم، تشخیص مرزهای فیلدهای فریم و تشخیص انتهای فریم است.

معمولاً کافی است از همگام سازی در این دو سطح - بیت و فریم - اطمینان حاصل شود تا فرستنده و گیرنده بتوانند تبادل پایدار اطلاعات را تضمین کنند. با این حال، هنگامی که کیفیت خط ارتباطی ضعیف است (معمولاً این مورد در مورد کانال های شماره گیری تلفن صدق می کند)، ابزارهای همگام سازی اضافی در سطح بایت برای کاهش هزینه تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان انتقال داده ها معرفی می شوند.

این حالت کار نامیده می شود نامتقارنیا شروع پایان.یکی دیگر از دلایل استفاده از این حالت عملکرد، وجود دستگاه هایی است که بایت های داده را در زمان های تصادفی تولید می کنند. به این ترتیب صفحه کلید یک نمایشگر یا دستگاه ترمینال دیگر کار می کند که از آن شخص داده ها را برای پردازش توسط رایانه وارد می کند.

در حالت ناهمزمان، هر بایت داده با سیگنال های «شروع» و «توقف» ویژه همراه است (شکل 2.20، آ).هدف از این سیگنال ها، اولاً اطلاع دادن به گیرنده از ورود داده ها و ثانیاً دادن زمان کافی به گیرنده برای انجام برخی از عملکردهای مرتبط با همگام سازی قبل از رسیدن بایت بعدی است. مدت زمان سیگنال شروع یک بازه ساعت است و سیگنال توقف می تواند یک، یک و نیم یا دو دوره ساعت طول بکشد، بنابراین گفته می شود که یک، یک و نیم یا دو بیت به عنوان سیگنال توقف استفاده می شود. ، اگرچه این سیگنال ها بیت های کاربر را نشان نمی دهند.

حالت توصیف شده ناهمزمان نامیده می شود زیرا هر بایت می تواند در زمان کمی نسبت به ساعت بیت قبلی تغییر کند.

148 فصل 2 مبانی انتقال داده های گسسته

بایت این انتقال ناهمزمان بایت ها بر صحت داده های دریافتی تأثیر نمی گذارد ، زیرا در ابتدای هر بایت به دلیل بیت های "شروع" همگام سازی اضافی گیرنده با منبع اتفاق می افتد. تلورانس‌های زمانی «سست» بیشتر، هزینه کم تجهیزات سیستم ناهمزمان را تعیین می‌کند.

در حالت انتقال همزمان، بین هر جفت بایت، هیچ بیت شروع توقفی وجود ندارد. داده های کاربر در یک قاب جمع آوری می شود که قبل از آن بایت های همگام سازی وجود دارد (شکل 2.20، ب).بایت همگام سازی بایتی است که حاوی کد شناخته شده ای مانند 0111110 است که دریافت کننده را از رسیدن یک قاب داده مطلع می کند. پس از دریافت آن، گیرنده باید همزمان سازی بایت را با فرستنده وارد کند، یعنی شروع بایت بعدی فریم را به درستی درک کند. گاهی اوقات از چندین بایت همگام سازی برای ارائه همگام سازی مطمئن تر بین گیرنده و فرستنده استفاده می شود. از آنجایی که هنگام ارسال یک فریم بلند، گیرنده ممکن است با همگام سازی بیت مشکل داشته باشد، در این مورد از کدهای خود همگام سازی استفاده می شود.

» هنگام انتقال داده های گسسته از طریق یک کانال باند باریک فرکانس صوتی مورد استفاده در تلفن، مناسب ترین روش ها مدولاسیون آنالوگ است که در آن سینوسی حامل توسط دنباله اصلی ارقام باینری مدوله می شود. این عملیات توسط دستگاه های ویژه - مودم ها انجام می شود.

* برای انتقال داده با سرعت کم، تغییر در فرکانس سینوسی حامل اعمال می شود. مودم‌های با سرعت بالاتر با استفاده از روش‌های مدولاسیون دامنه مربعات ترکیبی (QAM) کار می‌کنند که با 4 سطح دامنه سینوسی حامل و 8 سطح فاز مشخص می‌شوند. همه 32 ترکیب ممکن از روش QAM برای انتقال داده استفاده نمی شوند، ترکیبات ممنوعه امکان تشخیص داده های تحریف شده را در سطح فیزیکی فراهم می کند.

* در کانال های ارتباطی پهن باند، از روش های کدگذاری پتانسیل و پالس استفاده می شود که در آن داده ها با سطوح مختلف پتانسیل سیگنال ثابت یا قطبیت یک پالس یا جلوی آن نشان داده می شوند.

* هنگام استفاده از کدهای بالقوه، وظیفه همگام سازی گیرنده با فرستنده از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا هنگام انتقال دنباله های طولانی صفر یا یک، سیگنال در ورودی گیرنده تغییر نمی کند و تعیین لحظه برای گیرنده دشوار است. از برداشتن بیت داده بعدی

___________________________________________2.3. روش های انتقال لایه پیوند داده _______149

* ساده ترین کد پتانسیل، کد بدون بازگشت به صفر (NRZ) است، با این حال، خود کلاکینگ نیست و یک جزء DC تولید می کند.

» محبوب ترین کد پالس کد منچستر است که در آن اطلاعات با جهت افت سیگنال در وسط هر سیکل ساعت منتقل می شود. کد منچستر در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

» برای بهبود خصوصیات یک کد NRZ بالقوه، از تکنیک های کدگذاری منطقی استفاده می شود که دنباله های طولانی صفر را حذف می کند. این روش ها بر اساس موارد زیر است:

در مورد معرفی بیت های اضافی به داده های منبع (کدهای نوع 4B/5B)؛

درهم ریختن داده های منبع (کدهای نوع 2B1Q).

» کدهای پتانسیل بهبودیافته طیف باریک تری نسبت به کدهای پالسی دارند، بنابراین در فناوری های پرسرعت مانند FDDI، Fast Ethernet، Gigabit Ethernet استفاده می شوند.

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و بر اساس دنباله ای از پالس های مستطیل شکل.روش اول اغلب مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ نیز نامیده می شود، با تاکید بر این واقعیت که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. روش دوم معمولاً رمزگذاری دیجیتال نامیده می شود. این روش ها در عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.
مدولاسیون آنالوگبرای انتقال داده های گسسته از طریق کانال هایی با باند فرکانسی باریک استفاده می شود که نماینده معمولی آن کانال فرکانس صوتی ارائه شده به کاربران شبکه های تلفن عمومی است. یک پاسخ فرکانس دامنه معمولی یک کانال فرکانس صوتی در شکل نشان داده شده است. 2.12. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز ارسال می کند، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است. دستگاهی که عملکرد مدولاسیون سینوسی حامل در سمت فرستنده و دمدولاسیون در سمت گیرنده را انجام می دهد، مودم (مدولاتور - دمدولاتور) نامیده می شود.
روش های مدولاسیون آنالوگ
مدولاسیون آنالوگ یک روش رمزگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود.
نمودار (شکل 2.13، a) دنباله ای از بیت های اطلاعات اصلی را نشان می دهد که با پتانسیل های سطح بالا برای یک واحد منطقی و یک پتانسیل سطح صفر برای صفر منطقی نشان داده شده است. این روش رمزگذاری کد پتانسیل نامیده می شود که اغلب هنگام انتقال داده ها بین واحدهای کامپیوتری استفاده می شود.
با مدولاسیون دامنه (شکل 2.13، b)، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل برای یک واحد منطقی، و سطح دیگری برای صفر منطقی انتخاب می شود. این روش به ندرت به صورت خالص در عمل به دلیل ایمنی کم صدا استفاده می شود، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.
با مدولاسیون فرکانس (شکل 2.13، c)، مقادیر 0 و 1 داده های منبع توسط سینوسی ها با فرکانس های مختلف - f0 و f1 منتقل می شوند. این روش مدولاسیون به مدارهای پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های کم سرعت که در 300 یا 1200 bps کار می کنند استفاده می شود.
با مدولاسیون فاز، مقادیر داده 0 و 1 مربوط به سیگنال هایی با فرکانس یکسان، اما با فازهای مختلف، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0،90،180 و 270 درجه است.
مودم های پرسرعت اغلب از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می کنند که معمولاً دامنه همراه با فاز است.
هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته، لازم است یک روش کدگذاری انتخاب شود که به طور همزمان به چندین هدف دست یابد:
· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشت.
· همگام سازی تضمین شده بین فرستنده و گیرنده.
· توانایی تشخیص اشتباهات را داشت.
· هزینه فروش پایینی داشت.
طیف باریک‌تری از سیگنال‌ها به یک خط (با پهنای باند یکسان) اجازه می‌دهد تا به سرعت انتقال داده بالاتری دست یابد. علاوه بر این، طیف سیگنال اغلب لازم است که هیچ جزء DC نداشته باشد، یعنی وجود جریان DC بین فرستنده و گیرنده. به ویژه استفاده از مدارهای مختلف عایق گالوانیکی ترانسفورماتور از عبور جریان مستقیم جلوگیری می کند.
همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقا بداند در چه مقطع زمانی لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند.
تشخیص و تصحیح داده های تحریف شده با استفاده از ابزارهای لایه فیزیکی دشوار است، بنابراین اغلب این کار توسط پروتکل هایی انجام می شود که در بالا قرار دارند: کانال، شبکه، حمل و نقل یا برنامه. از سوی دیگر، تشخیص خطا در لایه فیزیکی باعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم به طور کامل در بافر قرار گیرد، اما زمانی که بیت های اشتباه را در قاب تشخیص داد بلافاصله آن را دور می اندازد.
الزامات روش‌های رمزگذاری متقابل متضاد هستند، بنابراین هر یک از روش‌های رمزگذاری دیجیتال محبوب که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به سایرین دارند.

طرح

مبانی نظری انتقال داده ها

سری فوریه

رسانه مدیریت شده

رسانه مغناطیسی

جفت پیچ خورده

کابل هممحور

فیبرهای نوری

یک کانکتور مخصوص را می توان به انتهای کابل وصل کرد که با آن کابل به یک سوکت نوری وارد می شود. از دست دادن 10-20٪ شدت نور است، اما تغییر پیکربندی سیستم را آسان می کند.
اتصال - دو انتهای کابل به طور مرتب بریده شده در کنار یکدیگر قرار گرفته و با یک کوپلینگ مخصوص بسته می شوند. انتقال نور بهبود یافته با تراز کردن انتهای کابل حاصل می شود. از دست دادن - 10٪ از قدرت نور.
ذوب. عملا ضرری ندارد.

میز 1.
جدول مقایسه استفاده از لیزر LED و نیمه هادی
انتهای دریافت کننده کابل نوری یک فتودیود است که با برخورد نور به آن یک پالس الکتریکی تولید می کند.

مشخصات مقایسه ای کابل فیبر نوری و سیم مسی

سرعت بالا.
تضعیف سیگنال کمتر، خروجی از تکرار کننده های کمتر (یکی در 50 کیلومتر، نه 5)
نسبت به تابش الکترومغناطیسی خارجی بی اثر، از نظر شیمیایی خنثی است.
وزن سبک تر. 1000 جفت تابیده مس با طول 1 کیلومتر حدود 8000 کیلوگرم وزن دارد. یک جفت کابل فیبر نوری با پهنای باند بیشتر تنها 100 کیلوگرم وزن دارد.
هزینه نصب کم

پیچیدگی و شایستگی در هنگام نصب.
تردی
گران تر از مس.
انتقال در حالت سیمپلکس، حداقل 2 سیم بین شبکه مورد نیاز است.

اتصال بیسیم

طیف الکترومغناطیسی

ارتباط رادیویی

ارتباطات مایکروویو

امواج مادون قرمز و میلیمتری

ماهواره های ارتباطی

شبکه تلفن سوئیچ شده عمومی

ساختار سیستم تلفن

خطوط ارتباطی محلی: مودم، ADSL، ارتباط بی سیم

مدولاسیون دامنه - 2 دامنه سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1)،
فرکانس - چندین فرکانس سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1)،
تغییر فاز - فاز هنگام انتقال بین واحدهای منطقی (0 و 1) استفاده می شود. زوایای برشی - 45، 135، 225، 180.

خطوط مشترک دیجیتال تکنولوژی xDSL

POTS - محدوده شبکه تلفن معمولی؛
محدوده خروجی؛
محدوده ورودی

DSLAM - مالتی پلکسر دسترسی DSL.
NID یک وسیله واسط شبکه است که مالکیت شرکت تلفن و مشترک را از هم جدا می کند.
اسپلیتر (شکاف) - یک تقسیم کننده فرکانس که باند POTS و داده های ADSL را از هم جدا می کند.

خطوط و مهر و موم

سوئیچینگ

سوئیچینگ مدار

سوئیچینگ بسته

فیزیکیلایه با انتقال واقعی بیت های خام سر و کار دارد

کانال ارتباطی

انتقال داده ها در شبکه های کامپیوتری از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر به صورت متوالی، بیت به بیت انجام می شود. از نظر فیزیکی، بیت های داده از طریق کانال های داده به شکل سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال منتقل می شوند.

به مجموعه وسایلی (خطوط ارتباطی، تجهیزات انتقال داده و دریافت) که برای انتقال داده در شبکه های کامپیوتری استفاده می شود، کانال انتقال داده می گویند. بسته به شکل اطلاعات ارسالی، کانال های انتقال داده را می توان به آنالوگ (پیوسته) و دیجیتال (گسسته) تقسیم کرد.

از آنجایی که تجهیزات انتقال و دریافت داده با داده ها به صورت گسسته کار می کنند (یعنی سیگنال های الکتریکی گسسته مطابق با یک ها و صفرهای داده ها هستند)، هنگام انتقال آنها از طریق یک کانال آنالوگ، تبدیل داده های گسسته به آنالوگ (مدولاسیون) مورد نیاز است.

هنگام دریافت چنین داده های آنالوگ، یک تبدیل معکوس مورد نیاز است - دمودولاسیون. مدولاسیون/دمودولاسیون – فرآیندهای تبدیل اطلاعات دیجیتال به سیگنال های آنالوگ و بالعکس. در طول مدولاسیون، اطلاعات با یک سیگنال سینوسی فرکانس نمایش داده می شود که کانال انتقال داده به خوبی آن را ارسال می کند.

روش های مدولاسیون عبارتند از:

· مدولاسیون دامنه.

· مدولاسیون فرکانس؛

· مدولاسیون فاز.

هنگام انتقال سیگنال های گسسته از طریق یک کانال داده دیجیتال، از کدگذاری استفاده می شود:

· پتانسیل؛

· نبض دار

بنابراین، کدگذاری پتانسیل یا پالس در کانال های با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد و مدولاسیون بر اساس امواج سینوسی در مواردی که کانال اعوجاج شدید را به سیگنال های ارسالی وارد می کند، ترجیح داده می شود.

مدولاسیون معمولاً در شبکه‌های وسیع برای انتقال داده‌ها از طریق پیوندهای تلفن آنالوگ استفاده می‌شود که برای انتقال صدا به شکل آنالوگ طراحی شده‌اند و بنابراین برای انتقال مستقیم پالس مناسب نیستند.

بسته به روش های همگام سازی، کانال های انتقال داده شبکه های کامپیوتری را می توان به همزمان و ناهمزمان تقسیم کرد. همگام سازی لازم است تا گره داده ارسال کننده بتواند نوعی سیگنال را به گره دریافت کننده ارسال کند، به طوری که گره دریافت کننده بداند چه زمانی باید دریافت داده های ورودی را آغاز کند.

انتقال داده های همزمان به یک خط ارتباطی اضافی برای انتقال پالس های ساعت نیاز دارد. انتقال بیت ها توسط ایستگاه فرستنده و دریافت آنها توسط ایستگاه گیرنده در لحظه ظهور پالس های ساعت انجام می شود.

برای انتقال داده های ناهمزمان، هیچ خط ارتباطی اضافی مورد نیاز نیست. در این حالت، انتقال داده ها در بلوک هایی با طول ثابت (بایت) انجام می شود. همگام سازی توسط بیت های اضافی (بیت های شروع و بیت های توقف) انجام می شود که قبل و بعد از بایت ارسال شده ارسال می شوند.

هنگام تبادل داده بین گره های شبکه کامپیوتری، از سه روش انتقال داده استفاده می شود:

انتقال سیمپلکس (یک جهته) (تلویزیون، رادیو)؛

نیمه دوبلکس (دریافت / انتقال اطلاعات به طور متناوب انجام می شود).

دو طرفه (دو طرفه)، هر گره به طور همزمان داده ها را ارسال و دریافت می کند (به عنوان مثال، مکالمات تلفنی).