Ayrık verilerin fiziksel düzeyde aktarımı. Dersler Bilgisayar ağları. fiziksel seviye. Veri iletiminin teorik temelleri

Ayrık verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken, iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır - sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale dayalı ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı. İlk yöntem genellikle aynı zamanda modülasyon veya analog modülasyon, kodlamanın analog sinyalin parametreleri değiştirilerek gerçekleştirildiğinin vurgulanması. İkinci yol genellikle denir dijital kodlama Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gerekli ekipmanın karmaşıklığı bakımından farklılık gösterir.

Dikdörtgen darbeler kullanıldığında, ortaya çıkan sinyalin spektrumu çok geniştir. İdeal bir momentumun spektrumunun sonsuz bir genişliğe sahip olduğunu hatırlarsak, bu şaşırtıcı değildir. Bir sinüzoidin kullanılması, aynı bilgi hızında çok daha küçük bir spektrumla sonuçlanır. Bununla birlikte, sinüzoidal modülasyonun uygulanması, dikdörtgen darbelerin uygulanmasından daha karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir.

Şu anda, başlangıçta analog bir forma - konuşma, bir televizyon görüntüsü - sahip olan veriler, iletişim kanalları üzerinden ayrı bir biçimde, yani birler ve sıfırlar dizisi biçiminde iletilmektedir. Analog bilgiyi ayrık formda temsil etme işlemine denir. ayrık modülasyon"Modülasyon" ve "kodlama" terimleri sıklıkla birbirinin yerine kullanılır.

-de dijital kodlama ayrık bilgi, potansiyel ve dürtü kodları kullanılır. Potansiyel kodlarda, mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeleri oluşturan düşüşleri dikkate alınmaz. Darbe kodları, ikili verilerin belirli bir kutuptaki darbelerle veya darbenin bir kısmıyla (belirli bir yönde potansiyel bir düşüş) temsil edilmesini sağlar.

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanırken, aynı anda birkaç hedefe ulaşacak bir kodlama yöntemi seçmek gerekir: aynı bit hızında, elde edilen sinyalin spektrumunun en küçük genişliğine sahip olmak; verici ve alıcı arasında sağlanan senkronizasyon;

Hataları tanıma yeteneğine sahip; düşük bir uygulama maliyeti vardı.

Ağlar sözde kullanır kendi kendini senkronize eden kodlar, sonraki bitin (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna yönelikse birkaç bitin) tanınmasının gerekli olduğu zamanda verici için göstergeler taşıyan sinyaller. Sinyaldeki herhangi bir keskin kenar - sözde kenar - alıcının verici ile senkronizasyonu için iyi bir gösterge olabilir. Bozulmuş verilerin tanınması ve düzeltilmesinin fiziksel katman aracılığıyla uygulanması zordur, bu nedenle, çoğu zaman bu iş, yukarıdaki protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, taşıma veya uygulama. Öte yandan, fiziksel katmandaki hata tanıma, alıcı çerçevenin tam olarak arabelleğe yerleştirilmesini beklemediği ve yerleştirmeden hemen sonra reddettiği için zaman kazandırır. bir çerçeve içindeki bit hatalarını bilmek.

Potansiyel sıfıra geri dönüşü olmayan kod, bir potansiyel kodlama yöntemi, aynı zamanda kodlama olarak da adlandırılır sıfıra dönmeden (Olmayan geri dönmek ile Sıfır, NRZ). Soyadı, bir diziyi iletirken, döngü sırasında sinyalin sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde bu durumda sıfıra dönüş gerçekleşir). NRZ yönteminin uygulanması kolaydır, iyi bir hata tanıma özelliğine sahiptir (kesinlikle farklı iki potansiyel nedeniyle), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisini iletirken, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verileri tekrar okumanın gerekli olduğu zamanları giriş sinyalinden belirleyemez. Son derece hassas bir saat üreteciyle bile, iki üretecin frekansları hiçbir zaman tam olarak aynı olmadığından, alıcı veri toplama anında hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek veri hızlarında ve uzun birler veya sıfır dizilerinde, saat frekanslarının küçük bir uyumsuzluğu tüm döngüde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına neden olabilir.

Alternatif evirme ile çift kutuplu kodlama yöntemi. NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri de yöntemdir. alternatif ters çevirme ile iki kutuplu kodlama (Bipolar Alternatif İşaret tersine çevirme, BEN MİYİM). Bu yöntem, üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal sıfırı kodlamak için, sıfır potansiyel kullanılır ve mantıksal birim, pozitif veya negatif bir potansiyelle kodlanırken, her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır. Bu nedenle, sinyallerin kutupsallığının katı değişiminin ihlali, yanlış bir dürtüyü veya hattan doğru bir dürtünün kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal çağrılır yasak sinyal (sinyal ihlal). AMI kodunda, hat başına iki değil, üç sinyal seviyesi kullanılır. Ek katman, hatta aynı bit doğruluğunu sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3dB'lik bir artış gerektirir; bu, yalnızca iki durum arasında ayrım yapan kodlara kıyasla çoklu sinyal durumlarına sahip kodların genel bir dezavantajıdır.

Birlikte ters çevirmeli potansiyel kod. AMI'ye benzer bir kod var, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi var. Sıfır iletildiğinde, önceki döngüde ayarlanan potansiyeli iletir (yani, onu değiştirmez) ve bir iletildiğinde, potansiyel tersine çevrilir. Bu kod denir birlikte ters çevirmeli potansiyel kod (Olmayan geri dönmek ile Sıfır ile olanlar ters, nrzı). Bu kod, örneğin iki sinyal durumunun - açık ve koyu - güvenilir bir şekilde tanındığı optik kablolarda, üçüncü bir sinyal seviyesinin kullanılmasının son derece istenmediği durumlarda kullanışlıdır.

Bipolar darbe kodu Potansiyel kodlara ek olarak, ağlar, veriler tam bir darbe veya onun bir parçası olan bir cephe ile temsil edildiğinde darbe kodlarını da kullanır. Bu yaklaşımın en basit örneği iki kutuplu darbe kodu, birimin bir polaritenin darbesi ile temsil edildiği ve sıfırın diğer olduğu . Her darbe yarım döngü sürer. Bu tür bir kod, mükemmel kendi kendine zamanlama özelliklerine sahiptir, ancak örneğin, uzun bir birler veya sıfır dizisini iletirken bir DC bileşeni mevcut olabilir. Ayrıca, spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Bu nedenle, tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı NHz'e eşit olacaktır; bu, NRZ kodunun temel harmoniğinden iki kat daha yüksek ve alternatif birler ve sıfırlar iletilirken AMI kodunun temel harmoniğinden dört kat daha yüksektir. Çok geniş spektrum nedeniyle, iki kutuplu darbe kodu nadiren kullanılır.

Manchester kodu. Yerel ağlarda, yakın zamana kadar en yaygın kodlama yöntemi sözde kodlama yöntemiydi. Manchester kodu. Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır. Manchester kodunda, potansiyel bir düşüş, yani darbenin önü, birleri ve sıfırları kodlamak için kullanılır. Manchester kodlamasında her saat iki parçaya bölünmüştür. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Bir birim, düşükten yükseğe bir sinyal seviyesiyle kodlanır ve sıfır, bir ters kenarla kodlanır. Her döngünün başında, arka arkaya birkaç bir veya sıfırı temsil etmeniz gerekiyorsa bir servis sinyali kenarı oluşabilir. Sinyal, bir veri bitinin iletim döngüsü başına en az bir kez değiştiğinden, Manchester kodu iyi kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir. Manchester kodunun bant genişliği, iki kutuplu darbeninkinden daha dardır. Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği iki kutuplu darbe kodununkinden bir buçuk kat daha dardır ve temel harmonik 3N/4 civarında salınır. Manchester kodunun iki kutuplu darbe koduna göre başka bir avantajı daha vardır. İkincisi, veri iletimi için üç sinyal seviyesi kullanırken, Manchester iki sinyal seviyesi kullanır.

Potansiyel kod 2B 1Q. Verileri kodlamak için dört sinyal seviyeli potansiyel kod. bu kod 2'Sİ 1 ARADAQ, adı özünü yansıtan - her iki bit (2B), dört duruma (1Q) sahip bir sinyal tarafından bir döngüde iletilir. Bit 00, -2,5V'dir, bit 01, -0,833V'dir, 11, +0,833V'dir ve 10, +2,5V'dir. Bu kodlama yöntemiyle, sinyal daha sonra sabit bir bileşene dönüştürüldüğünden, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle başa çıkmak için ek önlemler gerekir. Rastgele bit serpiştirme ile, aynı bit hızında saat süresi iki katına çıktığından, sinyalin spektrumu NRZ kodununkinden iki kat daha dardır. Böylece 2B 1Q kodunu kullanarak aynı hat üzerinde AMI veya NRZI koduna göre iki kat daha hızlı veri aktarabilirsiniz. Bununla birlikte, uygulanması için verici gücü daha yüksek olmalıdır, böylece alıcı tarafından parazit arka planına karşı dört seviye açıkça ayırt edilebilir.

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

Gereksiz kodlar orijinal bit dizisini, genellikle karakter olarak adlandırılan bölümlere ayırmaya dayanır. Daha sonra her orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yeni bir karakterle değiştirilir.

Belirli bir hat kapasitesi sağlamak için, yedek kod kullanan bir vericinin artırılmış bir saat frekansında çalışması gerekir. Yani 4V/5V kodlarını 100 Mb/s hızında iletmek için vericinin 125 MHz saat frekansında çalışması gerekir. Bu durumda, hattaki sinyalin spektrumu, hat üzerinden saf, yedeksiz bir kodun iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, gereksiz potansiyel kodun spektrumunun Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkıyor, bu da mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcının ve vericinin artırılmış bir saat frekansında çalışmasını haklı çıkarıyor.

Çırpınma Verileri açık bir kodla sıraya koymadan önce bir karıştırıcı ile karıştırmak, mantıksal kodlamanın başka bir yoludur. Karıştırma yöntemleri, kaynak kodun bitlerine ve sonuç kodunun önceki döngülerde alınan bitlerine dayalı olarak sonuç kodunun bit-bit hesaplanmasından oluşur. Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

Asenkron ve senkron iletim

Veriler fiziksel katmanda değiş tokuş edildiğinde, bilgi birimi birazdır, bu nedenle fiziksel katman, alıcı ve verici arasında her zaman bit-bit senkronizasyonu sağlar. Verici ve alıcının istikrarlı bir bilgi alışverişini sağlayabilmesi için bu iki düzeyde - bit ve çerçeve - senkronizasyonu sağlamak genellikle yeterlidir. Bununla birlikte, iletişim hattının kalitesi düşükse (bu genellikle anahtarlamalı telefon kanalları için geçerlidir), ekipman maliyetini azaltmak ve veri iletiminin güvenilirliğini artırmak için bayt düzeyinde ek senkronizasyon araçları sunulur.

Bu çalışma şekline denir eşzamansız veya başla dur. Eşzamansız modda, her veri baytına özel başlatma ve durdurma sinyalleri eşlik eder. Bu sinyallerin amacı, ilk olarak, alıcıya verinin geldiğini bildirmek ve ikinci olarak, alıcıya bir sonraki bayt gelmeden önce zamanlamayla ilgili bazı işlevleri yerine getirmesi için yeterli zamanı vermektir. Başlatma sinyalinin bir saat aralığı süresi vardır ve durdurma sinyali bir, bir buçuk veya iki saat sürebilir, bu nedenle bir, bir buçuk veya iki bitin durma sinyali olarak kullanıldığı söylenir, ancak bu sinyaller kullanıcı bitlerini temsil etmez.

Eşzamanlı aktarım modunda, her bayt çifti arasında start-stop biti yoktur. sonuçlar

Telefonda kullanılan dar bantlı bir ses frekansı kanalı üzerinden ayrı veri iletirken, taşıyıcı sinüzoidin orijinal ikili basamak dizisi tarafından modüle edildiği analog modülasyon yöntemleri en uygun olanıdır. Bu işlem özel cihazlar - modemler tarafından gerçekleştirilir.

Düşük hızlı veri iletimi için, taşıyıcı sinüzoidin frekansındaki bir değişiklik kullanılır. Daha yüksek hızlı modemler, 4 seviyeli taşıyıcı sinüzoidal genlik ve 8 seviyeli faz ile karakterize edilen birleşik Dörtlü Genlik Modülasyonu (QAM) yöntemleri üzerinde çalışır. Veri iletimi için QAM yönteminin olası 32 kombinasyonunun tümü kullanılmaz, yasak kombinasyonlar fiziksel düzeyde bozuk verilerin tanınmasını mümkün kılar.

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

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

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

En popüler darbe kodu, bilginin her döngünün ortasında sinyal kenarının yönü tarafından taşındığı Manchester kodudur. Manchester kodu, Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır.

Potansiyel bir NRZ kodunun özelliklerini iyileştirmek için, uzun sıfır dizilerini hariç tutan mantıksal kodlama yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler aşağıdakilere dayanmaktadır:

Yedek bitlerin orijinal verilere (4V/5V tipi kodlar) eklenmesi üzerine;

Orijinal verilerin karıştırılması (2B 1Q gibi kodlar).

Geliştirilmiş potansiyel kodlar, darbe kodlarından daha dar bir spektruma sahiptir, bu nedenle FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde kullanılırlar.

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

5 Veri aktarım ekipmanı Dönüştürücü Mesajı - El. sinyal Kodlayıcı (sıkıştırma, düzeltme kodları) Modülatör Aracı ekipman İletişim kalitesini iyileştirme - (Amplifikatör) Kompozit kanal oluşturma - (Anahtar) Kanal çoklama - (Çoğullayıcı) (PA, LAN'da mevcut olmayabilir)

6 İletişim hatlarının temel özellikleri Bant genişliği (Protokol) Veri iletiminin güvenilirliği (Protokol) Yayılma gecikmesi Frekans tepkisi (AFC) Bant genişliği Zayıflatma Gürültü bağışıklığı Hattın yakın ucunda karışma Birim maliyet

9 Zayıflatma A - frekans yanıtı başına bir nokta A= log 10 Pout/Pin Bel A=10 log 10 Pout/Pin desiBel (dB) A=20 log 10 Uout/Uin desiBel (dB) q Örnek 1: Pin = 10 mW, Pout =5 mW Zayıflatma = 10 log 10 (5/10) = 10 log 10 0,5 = - 3 dB q Örnek 2: UTP cat 5 Zayıflatma >= -23,6 dB F= 100MHz, L= 100M Genellikle temel için A belirtilir \u003d -23,6 dB F \u003d 100 MHz, L \u003d 100 M Genellikle sinyalin ana frekansı için A belirtilir ">

11 Gürültü Bağışıklığı Fiber Optik Hatlar Kablo Hatları Kablolu Havai Hatlar Radyo Bağlantıları (Ekranlama, Bükülme) Harici Parazit Bağışıklığı Dahili Parazit Bağışıklığı Yakın Uç Çapraz Konuşma Zayıflatma (NEXT) Uzak Uç Çapraz Konuşma Zayıflatma (FEXT) (FEXT - Tek Yönde İki Çift)

12 Near End Cross Talk kaybı (NEXT) Çok çiftli kablolar için NEXT = 10 log Pout/Pout dB NEXT = NEXT (L) UTP 5: NEXT

13 Veri aktarımının güvenilirliği Bit Hata Oranı - BER Veri bit bozulması olasılığı Nedenler: harici ve dahili parazit, dar bant genişliği Mücadele: artan gürültü bağışıklığı, azaltılmış parazit NEXT, artan bant genişliği

16 Bükümlü Çift Bükümlü Çift (TP) folyo ekran örgülü tel koruyucu yalıtımlı tel dış kılıf UTP Korumasız Bükümlü Çift kategori 1, UTP kılıflı kedi çiftleri STP Korumalı Bükümlü Çift Tipler Tip 1…9 Her çiftin kendi koruması vardır Her çiftin kendi büküm aralığı, kendi rengi vardır Parazit Bağışıklık Maliyeti Döşeme karmaşıklığı

18 Fiber Optik İki ortam arasındaki arayüzde bir ışının toplam iç yansıması n1 > n2 - (kırılma indeksi) n1 n2 n2 - (kırılma indeksi) n1 n2"> n2 - (kırılma indeksi) n1 n2"> n2 - (kırılma indeksi) n1 n2" title="18 Fiber Optik"> title="18 Fiber Optik İki ortam arasındaki arayüzde bir ışının toplam iç yansıması n1 > n2 - (kırılma indeksi) n1 n2"> !}

22 Fiber optik kablo Çok Modlu Fiber MMF50/125, 62.5/125, Tek Modlu FiberSMF8/125, 9.5/125 D = 250 µm 1 GHz - 100 km BaseLH5000km - 1 Gbps (2005) MMSM

23 Optik sinyal kaynakları Kanal: kaynak - taşıyıcı - alıcı (dedektör) Kaynaklar LED (LED-Light Emitting Diod) nm tutarsız kaynak - MMF Yarı iletken lazer tutarlı kaynak - SMF - Güç = f (t o) Dedektörler Fotodiyotlar, pim diyotları, çığ diyotları

25 Yapısal kablolama sistemleri - SCS Yapısal Kablolama Sistemi - SCS First LAN'lar - çeşitli kablolar ve topolojiler SCS kablolama sistemi birleştirme - açık LAN kablolama altyapısı (alt sistemler, bileşenler, arayüzler) - ağ teknolojisinden bağımsızlık - LAN kabloları, TV, güvenlik sistemleri vb. - belirli bir ağ teknolojisine atıfta bulunmadan evrensel kablolama - Yapıcı

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

28 Kablosuz İletişim Kablosuz İletim Faydaları: Kolaylık, erişilemeyen alanlar, hareketlilik. hızlı dağıtım ... Dezavantajlar: yüksek düzeyde parazit (özel araçlar: kodlar, modülasyon ...), bazı aralıkları kullanmada zorluk İletişim hattı: verici - ortam - alıcı LAN ~ F'nin (Δf, fn) özellikleri;

34 2. Hücresel telefon Bölgeyi hücrelere bölme Frekansların yeniden kullanımı Düşük güç (boyutlar) Merkezde - baz istasyonu Avrupa - Mobil için Küresel Sistem - GSM Kablosuz telefon iletişimi 1. Düşük güçlü radyo istasyonu - (ahize-baz, 300m) DECT Dijital Avrupa Kablosuz Telekomünikasyon Dolaşım - bir çekirdek ağdan diğerine geçiş - hücresel iletişimin temeli

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

36 Uydu iletişimi. Uydu türleri Uydu iletişimi: Mikrodalga - görüş hattı Geostationary Geniş kapsama alanı Sabit, Düşük aşınmalı Follower uydu, yayın, düşük maliyetli, mesafeden bağımsız maliyet, Anlık bağlantı (Mil) Tc=300ms Düşük güvenlik, Başlangıçta büyük anten (ancak VSAT) MEO km Global Konumlandırma Sistemi GPS - 24 uydu Düşük yörünge km düşük kapsama alanı düşük gecikme süreli İnternet erişimi

40 Yayılı Spektrum Tekniği Kablosuz Haberleşme için Özel Modülasyon ve Kodlama Teknikleri C (Bit/s) = Δ F (Hz) * log2 (1+Ps/P N) Güç Azaltma Gürültü Bağışıklığı Gizlilik OFDM, FHSS (, Blue-Tooth), DSSS, CDMA

Fiziksel katman, ham bitlerin gerçek iletimi ile ilgilenir.

iletişim kanalı.

Bilgisayar ağlarındaki verilerin bir bilgisayardan diğerine aktarılması, sırayla, bit parça gerçekleştirilir. Fiziksel olarak veri bitleri, veri kanalları üzerinden analog veya dijital sinyaller şeklinde iletilir.

Bilgisayar ağlarında veri iletmeye yarayan bir dizi araca (iletişim hatları, veri iletme ve alma ekipmanı) veri iletim kanalı denir. İletilen bilgilerin biçimine bağlı olarak, veri iletim kanalları analog (sürekli) ve dijital (ayrık) olarak ayrılabilir.

Veri iletme ve alma ekipmanı, verilerle ayrı bir biçimde çalıştığından (yani, ayrık elektrik sinyalleri, birler ve sıfırlara karşılık gelir), bunlar bir analog kanal aracılığıyla iletildiklerinde, ayrık verilerin analog verilere dönüştürülmesi (modülasyon) gerekir.

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

Modülasyon yöntemleri şunları içerir:

genlik modülasyonu;

· frekans modülasyonu;

faz modülasyonu.

Bir dijital veri kanalı üzerinden ayrık sinyaller iletirken, kodlama kullanılır:

· potansiyel;

dürtüsel.

Bu nedenle, yüksek kaliteli kanallarda potansiyel veya dürtü kodlaması kullanılır ve kanalın iletilen sinyallere güçlü bozulmalar getirdiği durumlarda sinüzoidal tabanlı modülasyon tercih edilir.

Modülasyon, WAN'larda sesi analog biçimde taşımak için tasarlanmış ve bu nedenle darbelerin doğrudan iletimi için pek uygun olmayan analog telefon devreleri üzerinden veri iletmek için yaygın olarak kullanılır.

Senkronizasyon yöntemlerine bağlı olarak, bilgisayar ağlarının veri iletim kanalları senkron ve asenkron olarak ayrılabilir. Verici veri düğümünün alıcı düğüme bir tür sinyal gönderebilmesi için senkronizasyon gereklidir, böylece alıcı düğüm gelen verileri ne zaman almaya başlayacağını bilir.

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

Asenkron veri aktarımı ile ek bir haberleşme hattına ihtiyaç duyulmaz. Bu durumda, veri aktarımı sabit uzunluktaki (bayt) bloklar halinde gerçekleştirilir. Senkronizasyon, iletilen bayttan önce ve sonra iletilen ek bitlerle (başlangıç bitleri ve bitiş bitleri) gerçekleştirilir.

Bilgisayar ağlarının düğümleri arasında veri alışverişinde bulunurken, üç veri aktarım yöntemi kullanılır:

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

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

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

	\|	sonraki ders ==>

Sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale (analog modülasyon) dayalı ve bir dikdörtgen darbe dizisine (dijital kodlama) dayalı olmak üzere iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır.

Analog modülasyon - ayrı verilerin dar bant genişliğine sahip bir kanal üzerinden iletilmesi için - telefon ağları ses frekans kanalı (bant genişliği 300 ila 3400 Hz) Modülasyon ve demodülasyonu gerçekleştiren cihaz bir modemdir.

Analog modülasyon yöntemleri

n genlik modülasyonu (düşük gürültü bağışıklığı, genellikle faz modülasyonu ile birlikte kullanılır);

n frekans modülasyonu (karmaşık teknik uygulama, genellikle düşük hızlı modemlerde kullanılır).

n faz modülasyonu.

Modüle edilmiş sinyalin spektrumu

Potansiyel Kod- eğer kesikli veri saniyede N bit hızında iletilirse, spektrum sıfır frekanslı sabit bir bileşenden ve f0 = N/2 olmak üzere f0, 3f0, 5f0, 7f0, ... frekanslı sonsuz bir harmonik serisinden oluşur. Bu harmoniklerin genlikleri f0 genliğinin 1/3, 1/5, 1/7, ... katsayılarıyla yavaşça azalır. Elde edilen potansiyel kod sinyalinin spektrumu, rasgele veri iletirken, 0'a yakın bir değerden yaklaşık 7f0'a kadar bir bant işgal eder. Bir ses frekansı kanalı için, iletim hızının üst sınırına saniyede 971 bitlik bir veri hızında ulaşılır ve kanal bant genişliği 300 Hz'de başladığı için alt sınır hiçbir hız için kabul edilemez. Yani potansiyel kodlar ses frekans kanallarında kullanılmaz.

genlik modülasyonu- spektrum, fc taşıyıcı frekansının bir sinüzoidinden ve fc+fm ve fc-fm'nin iki yan harmoniğinden oluşur; burada fm, iki genlik seviyesi kullanılırken veri hızıyla çakışan sinüzoidin bilgi parametresinin değişim frekansıdır. Frekans fm, belirli bir kodlama yöntemi için hat kapasitesini belirler. Küçük bir modülasyon frekansıyla, sinyal spektrum genişliği daha da küçük olacaktır (2fm'ye eşit) ve bant genişliği 2fm'den büyük veya eşitse sinyaller hat tarafından bozulmaz. Bir ses frekans kanalı için bu yöntem, saniyede 3100 / 2 = 1550 bitten yüksek olmayan bir veri aktarım hızında kabul edilebilir.

Faz ve frekans modülasyonu- spektrum daha karmaşıktır, ancak çok sayıda hızla azalan harmonik ile simetriktir. Bu yöntemler, ses frekanslı kanal iletimi için uygundur.

Dördün genlik modülasyonu (Dörtlü Genlik Modülasyonu) - 8 faz kayma değeri ile faz modülasyonu ve 4 genlik değeri ile genlik modülasyonu. 32 sinyal kombinasyonunun tümü kullanılmaz.

Dijital kodlama

Potansiyel Kodlar- mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeleri formüle eden düşüşleri dikkate alınmaz.

Nabız kodları- ikili verileri ya belirli bir polaritedeki darbelerle ya da darbenin bir kısmıyla - belirli bir yönde potansiyel bir düşüşle temsil eder.

Dijital kodlama yöntemi için gereksinimler:

Aynı bit hızında elde edilen sinyalin en küçük spektrum genişliğine sahipti (daha dar bir sinyal spektrumu, aynı hat üzerinde daha yüksek bir veri hızı elde etmenizi sağlar, ayrıca sabit bir bileşenin olmaması, yani verici ve alıcı arasında bir doğru akımın varlığı için bir gereklilik vardır);

Verici ve alıcı arasında senkronizasyon sağladı (alıcı, yerel sistemlerde - zamanlama hatlarında, ağlarda - sinyalleri verici için talimatlar taşıyan kendi kendini senkronize eden kodlarda, hattan gerekli bilgileri tam olarak hangi noktada okuyacağını bilmelidir) sonraki bitin tanınması gereken zaman);

Hataları tanıma yeteneğine sahip;

Düşük uygulama maliyetine sahiptir.

Sıfıra dönüşü olmayan potansiyel kod. NRZ (Sıfıra Dönüşsüz). Sinyal bir döngü içinde sıfıra dönmez.

Uygulaması kolaydır, keskin bir şekilde farklı iki sinyal nedeniyle iyi bir hata tespitine sahiptir, ancak senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir sıfır veya bir dizisini iletirken, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verilerin ne zaman tekrar okunması gerektiğini belirleyemez. Diğer bir dezavantaj, birler ve sıfırlardan oluşan uzun dizileri iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığıdır. Saf haliyle, kod nadiren kullanılır, değişiklikler kullanılır. Çekicilik - temel harmoniğin düşük frekansı f0 = N /2.

Alternatif ters çevirme ile bipolar kodlama yöntemi. (Bipolar Alternatif Mark Inversion, AMI), NRZ yönteminin bir modifikasyonu.

Sıfır potansiyel, sıfırı kodlamak için kullanılır, mantıksal bir birim ya bir pozitif potansiyel ya da bir negatif ile kodlanırken, sonraki her bir birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır. Sabit bileşen sorunlarını ve kendi kendine senkronizasyon eksikliğini kısmen ortadan kaldırır. Uzun bir dizi dizisinin iletilmesi durumunda, NRZ kodu ile aynı spektruma sahip, yani sabit bir bileşen ve temel harmonik N / 2 olmadan bir dizi alternatif darbe ileten farklı polariteye sahip bir darbe dizisi. Genel olarak, AMI kullanımı, NRZ'den daha dar bir spektrum ve dolayısıyla daha yüksek bağlantı kapasitesi ile sonuçlanır. Örneğin, dönüşümlü sıfırlar ve birler iletirken, f0 temel harmoniği N/4 frekansına sahiptir. Hatalı iletimleri tanımak mümkündür, ancak güvenilir alım sağlamak için, gerçek sinyal seviyeleri kullanıldığından güçte yaklaşık 3 dB'lik bir artış gereklidir.

Birlikte ters çevirmeli potansiyel kod. (Non Return to Zero with one Inverted, NRZI) AMI benzeri kod ancak iki sinyal seviyesi. Sıfır aktarılırken, önceki döngünün potansiyeli iletilir ve bir aktarılırken potansiyel zıt olana ters çevrilir. Kod, üçüncü seviyenin (optik kablo) kullanılmasının istenmediği durumlarda uygundur.

AMI, NRZI'yi iyileştirmek için iki yöntem kullanılır. İlki, koda yedek birimler eklemektir. Kendi kendine senkronizasyon özelliği ortaya çıkar, sabit bileşen kaybolur ve spektrum daralır, ancak faydalı bant genişliği azalır.

Başka bir yöntem, ilk bilgileri, satırda birlerin ve sıfırların görünme olasılığı yakın olacak şekilde "karıştırmaktır" - karıştırma. Hat üzerindeki sinyallerin şeklini belirlemediği için her iki yöntem de mantıksal kodlamadır.

Bipolar darbe kodu. Bir, bir polaritenin dürtüsü ile temsil edilir ve sıfır, bir başkası tarafından temsil edilir. Her darbe yarım döngü sürer.

Kod, mükemmel kendi kendine zamanlama özelliklerine sahiptir, ancak uzun bir sıfır veya bir dizisini iletirken bir DC bileşeni olabilir. Spektrum, potansiyel kodlarınkinden daha geniştir.

Manchester kodu. Ethernet ağlarında kullanılan en yaygın kod Token Ring'dir.

Her ölçü iki kısma ayrılmıştır. Bilgi, döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Birim, düşükten yükseğe geçişle kodlanır ve sıfır, ters geçişle kodlanır. Her döngünün başında, birkaç 1'in veya 0'ın arka arkaya temsil edilmesi gerekiyorsa, bir tepe sinyal kenarı oluşabilir. Kod, mükemmel kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir. Bant genişliği iki kutuplu darbeden daha dardır, sabit bir bileşen yoktur ve temel harmoniğin frekansı en kötü durumda N ve en iyi durumda N / 2'dir.

Potansiyel kod 2B1Q. Her iki bit, dört durumlu bir sinyal tarafından bir döngüde iletilir. 00 - -2,5 V, 01 - -0,833 V, 11 - +0,833 V, 10 - +2,5 V. Özdeş bit çiftlerinin uzun dizileriyle başa çıkmak için ek araçlar gerekir. Rastgele bit serpiştirme ile, spektrum NRZ'ninkinden iki kat daha dardır, çünkü aynı bit hızında döngü süresi iki katına çıkar, yani aynı hat üzerinde AMI, NRZI kullanmaktan iki kat daha hızlı veri iletmek mümkündür, ancak daha fazla verici gücü gerekir.

Mantık kodlaması

AMI, NRZI, 2B1Q gibi potansiyel kodları iyileştirmek için tasarlanmış, uzun bit dizilerini sabit bir potansiyele götüren, serpiştirilmiş birlerle değiştirerek tasarlanmıştır. İki yöntem kullanılır - gereksiz kodlama ve karıştırma.

Gereksiz kodlar orijinal bit dizisini, genellikle karakter olarak adlandırılan bölümlere ayırmaya dayanır, ardından her orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yeni bir karakterle değiştirilir.

4B/5B kodu, 4 bitlik dizileri 5 bitlik dizilerle değiştirir. Daha sonra 16 bitlik kombinasyonlar yerine 32 tane elde edilir.Bunlardan çok sayıda sıfır içermeyen 16 tanesi seçilir, geri kalanı yasak kodlar (kod ihlali) olarak kabul edilir. DC'yi kaldırmaya ve kodu kendi kendine senkronize etmeye ek olarak, artık kodlar alıcının bozuk bitleri tanımasını sağlar. Alıcı yasak kodları alırsa, hattaki sinyal bozulmuştur.

Bu kod, yalnızca uzun sıfır dizilerine duyarlı potansiyel kodlama yöntemlerinden biri kullanılarak fiziksel kodlama kullanılarak hat üzerinden iletilir. Kod, satırda arka arkaya üçten fazla sıfır olmayacağını garanti eder. 8V/6T gibi başka kodlar da vardır.

Belirtilen bant genişliğini sağlamak için, verici artırılmış bir saat frekansında çalışmalıdır (100 Mb / s - 125 MHz için). Sinyalin spektrumu, orijinaline kıyasla genişler, ancak Manchester kodunun spektrumundan daha dar kalır.

Karıştırma - verileri hattan aktarmadan önce bir karıştırıcı ile karıştırma.

Karıştırma yöntemleri, kaynak kodun bitlerine ve sonuç kodunun önceki döngülerde elde edilen bitlerine dayalı olarak ortaya çıkan kodun bit bit hesaplanmasından oluşur. Örneğin,

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

burada B i, karıştırıcının i. döngüsünde elde edilen sonuç kodunun ikili basamağı, A i, karıştırıcının girişinde i. döngüye ulaşan kaynak kodun ikili basamağı, B i -3 ve B i -5, önceki çalışma döngülerinde elde edilen sonuç kodunun ikili basamağıdır.

110110000001 dizisi için, karıştırıcı 110001101111 verecek, yani ardışık altı sıfır dizisi olmayacak.

Ortaya çıkan diziyi aldıktan sonra, alıcı bunu ters dönüşümü uygulayacak olan şifre çözücüye iletecektir.

C ben \u003d B ben xveya B i-3 xveya B i-5,

Farklı karıştırma sistemleri, terim sayısı ve aralarındaki geçiş açısından farklılık gösterir.

Karıştırma yöntemleri olarak da adlandırılan sıfır veya bir dizileriyle uğraşmanın daha basit yöntemleri vardır.

Bipolar AMI'yi iyileştirmek için kullanılır:

B8ZS (8-Sıfır Değiştirmeli Bipolar) - yalnızca 8 sıfırdan oluşan dizileri düzeltir.

Bunu yapmak için, ilk üç sıfırdan sonra kalan beş yerine beş V-1*-0-V-1* sinyali ekler; burada V, belirli bir polarite döngüsü için yasaklanmış bir birim sinyalini, yani önceki birimin polaritesini değiştirmeyen bir sinyali belirtir, 1* doğru polariteye sahip bir birimin sinyalidir ve yıldız işareti, bu döngüdeki kaynak kodunda bir birim değil, sıfır olduğunu belirtir. Sonuç olarak, alıcı 8 döngüde 2 bozulma görür - bunun hattaki gürültü nedeniyle olması pek olası değildir. Bu nedenle, alıcı bu tür ihlalleri 8 ardışık sıfırı kodlamak olarak ele alır. Bu kodda, herhangi bir ikili basamak dizisi için sabit bileşen sıfırdır.

HDB3 kodu, orijinal dizideki ardışık dört sıfırı düzeltir. Her dört sıfır, bir V sinyaline sahip dört sinyal ile değiştirilir DC bileşenini bastırmak için, V sinyalinin polaritesi ardışık değişikliklerde tersine çevrilir. Ek olarak, değiştirme için iki dört döngülü kod modeli kullanılır. Değiştirmeden önce kaynak kodu tek sayıda birim içeriyorsa, 000V dizisi kullanılır ve birim sayısı çift ise, 1*00V dizisi kullanılır.

Geliştirilmiş aday kodlar, iletilen verilerde meydana gelen herhangi bir sıfır ve bir dizisi için oldukça dar bir bant genişliğine sahiptir.

Bir iletişim hattı üzerinden iletilen bilgiler, genellikle iletimin güvenilirliğini artıran özel kodlamaya tabi tutulur. Bu durumda, kodlama ve kod çözme için ek donanım maliyetleri kaçınılmazdır ve ağ bağdaştırıcılarının maliyeti artar.

Bir ağ üzerinden iletilen bilgilerin kodlanması, izin verilen maksimum aktarım hızının oranı ve kullanılan aktarım ortamının bant genişliği ile ilgilidir. Örneğin, farklı kodlarla, aynı kablo üzerinden maksimum iletim hızı iki kat farklılık gösterebilir. Ağ ekipmanının karmaşıklığı ve bilgi aktarımının güvenilirliği de doğrudan seçilen koda bağlıdır.

Ayrık verileri iletişim kanalları üzerinden iletmek için, başlangıçtaki ayrık verilerin fiziksel olarak kodlanması için iki yöntem kullanılır - sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale dayalı ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı. İlk yol genellikle denir analog modülasyon,Çünkü kodlama, analog sinyalin parametreleri (genlik, faz, frekans) değiştirilerek gerçekleştirilir. İkinci yol denir dijital kodlama. Şu anda, analog bir forma (konuşma, televizyon görüntüsü) sahip olan veriler, iletişim kanalları aracılığıyla ayrık bir biçimde iletilmektedir. Analog bilgiyi ayrık formda temsil etme işlemine denir. ayrık modülasyon

5.1analog modülasyon

Ayrık verilerin sinüzoidal bir sinyal olarak temsiline denir. analog modülasyon. Analog modülasyon, bilgiyi farklı genlik, faz veya frekans seviyelerine sahip sinüzoidal bir sinyal olarak temsil etmenizi sağlar. Ayrıca değişen parametrelerin kombinasyonlarını da kullanabilirsiniz - genlik ve frekans, genlik fazı. Örneğin, dört genlik seviyesi ve dört frekans seviyesi ile sinüzoidal bir sinyal oluşturursanız, bu bilgi parametresinin 16 durumunu verecektir, bu da bir değişiklik için 4 bit bilgi anlamına gelir.

Üç ana analog modülasyon türü vardır:

genlik,

sıklık,

Genlik modülasyonu.(AM) Genlik modülasyonu ile, mantıksal olan için, taşıyıcı frekans sinüzoidinin genliğinin bir seviyesi ve mantıksal sıfır için diğeri seçilir (bkz. Şekil 5.1). Sinyalin frekansı sabit kalır. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte saf haliyle nadiren kullanılır, ancak genellikle başka bir modülasyon türü olan faz modülasyonu ile birlikte kullanılır.

Pirinç. 5.1 Farklı modülasyon türleri

Frekans modülasyonu. ( Dünya Kupası) Frekans modülasyonu ile, ilk verilerin mantıksal 0 ve mantıksal 1 değerleri, farklı frekanslara sahip sinüzoidler tarafından iletilir - f 1 ve f 2 (bkz. Şekil 5.1). Sinyal genliği sabit kalır. Bu modülasyon yöntemi modemlerde karmaşık devreler gerektirmez ve genellikle düşük hızlı modemlerde kullanılır.

Faz modülasyonu. (FM) Faz modülasyonu ile mantıksal 0 ve 1 değerleri, aynı frekanstaki, ancak farklı bir faza (ters çevrilmiş), örneğin 0 ve 180 derece veya 0.90,180 ve 270 derece sinyallere karşılık gelir. Ortaya çıkan sinyal, bir dizi ters sinüs dalgası gibi görünür (bkz. Şekil 5.1). Sinyalin genliği ve frekansı sabit kalır.

İletim hızını artırmak için birleşik modülasyon yöntemleri kullanılır (bilgi parametresinin bir döngüsü başına bit sayısını artırın). En yaygın yöntemler dördün genlik modülasyonu (Qşamandıra Genlik Modülasyon, KAM). Bu yöntemler, 8 faz kayma değeri ile faz modülasyonu ve 4 genlik seviyesi ile genlik modülasyonu kombinasyonunu kullanır. Bu yöntemle 32 sinyal kombinasyonu mümkündür. Ve hepsi kullanılmasa da, hız yine de önemli ölçüde artar ve fazlalık nedeniyle veri aktarımındaki hatalar kontrol edilebilir. Örneğin bazı kodlarda orijinal verileri temsil etmesi için sadece 6, 7 veya 8 kombinasyona izin verilir ve geri kalan kombinasyonlar yasaktır. Bu tür bir kodlama fazlalığı, modemin, telefon kanallarında, özellikle anahtarlanmış kanallarda genlik açısından çok önemli ve zaman açısından uzun olan, girişimden kaynaklanan bozulmadan kaynaklanan hatalı sinyalleri tanıması için gereklidir.

Analog modülasyonun hangi hatlarda çalışabileceğini ve bu yöntemin, elde edilen sinyallerin spektrumunu düşündüğümüz, kullanılan bir veya başka bir iletim hattının bant genişliğini ne ölçüde karşıladığını belirleyelim. Örneğin genlik modülasyonu yöntemini ele alalım. Ortaya çıkan genlik modülasyonlu sinyalin spektrumu, taşıyıcı frekansın bir sinüsoidinden oluşacaktır. F İle ve iki yan harmonik:

(F İle -F M ) Ve (F İle +f M ), Nerede F M- iki genlik seviyesi kullanılırsa veri hızıyla çakışacak olan modülasyon frekansı (sinüzoidin bilgi parametresindeki değişiklikler).

Pirinç. 5.2 Genlik modülasyonlu sinyal spektrumu

Sıklık F M Belirli bir kodlama yöntemi için hattın bant genişliğini belirler. Düşük bir modülasyon frekansıyla, sinyal spektrumunun genişliği de küçük olacaktır (eşittir). 2f M bkz. Şekil 5.2), bu nedenle, bant genişliği şuna eşit veya bundan büyükse hat tarafından sinyaller bozulmaz: 2f M .

Böylece genlik modülasyonu ile ortaya çıkan sinyal dar bir spektruma sahiptir.

Faz ve frekans modülasyonunda, sinyal spektrumu genlik modülasyonundan daha karmaşıktır, çünkü burada ikiden fazla yan harmonik oluşur, ancak bunlar aynı zamanda ana taşıyıcı frekansına göre simetrik olarak yerleştirilmiştir ve genlikleri hızla azalır. Bu nedenle, bu tür modülasyonlar, dar bant genişliklerine sahip hatlar üzerinden veri iletimi için de çok uygundur. Bu tür hatların tipik bir temsilcisi, genel telefon ağlarının kullanıcılarına sunulan ses frekans kanalıdır.

Bir ses frekansı kanalının tipik frekans tepkisinden, bu kanalın 300 ila 3400 Hz aralığında frekanslar ilettiği ve dolayısıyla bant genişliğinin 3100 Hz olduğu görülebilir (bkz. Şekil 5.3).

Pirinç. 5.3 ses frekans kanalının frekans yanıtı

İnsan sesi, kabul edilebilir konuşma kalitesi için çok daha geniş bir spektruma (yaklaşık 100 Hz'den 10 kHz'e) sahip olsa da, 3100 Hz'lik bir aralık iyi bir çözümdür. Ton kanalının katı bant genişliği sınırlaması, telefon ağlarında çoklama ve devre anahtarlama ekipmanının kullanımıyla ilişkilidir.

Dolayısıyla, bir ses frekans kanalı için genlik modülasyonu, 3100/2=1550 bit/s'den fazla olmayan bir veri aktarım hızı sağlar. Bilgi parametresinin birkaç seviyesini (4 genlik seviyesi) kullanırsanız, ses frekansı kanalının verimi iki katına çıkar.

Çoğu zaman, analog kodlama, bilgileri dar bir bant genişliğine sahip bir kanal üzerinden, örneğin geniş alan ağlarındaki telefon hatları üzerinden iletirken kullanılır. Yerel ağlarda, hem kodlama hem de kod çözme ekipmanının yüksek karmaşıklığı ve maliyeti nedeniyle nadiren kullanılır.

Şu anda, analog sinyallerle çalışan hemen hemen tüm ekipmanlar, pahalı mikro devreler temelinde geliştirilmektedir. DSP (Dijital Sinyal İşlemcisi). Bu durumda, modülasyon ve sinyal iletiminden sonra, alım üzerine demodülasyon yapmak gerekir ve bu da yine pahalı bir ekipmandır. Taşıyıcı sinüzoidi verici tarafta modüle etme ve alıcı tarafta demodüle etme işlevini gerçekleştirmek için, adı verilen özel bir cihaz kullanılır. modem (modülatör-demodülatör). 56.000 bps modemin maliyeti 100$ ve 100 Mbps ağ kartının maliyeti 10$'dır.

Sonuç olarak, analog modülasyonun avantajlarını ve dezavantajlarını sunuyoruz.

Analog modülasyonun birçok farklı bilgi parametresi vardır: genlik, faz, frekans. Bu parametrelerin her biri, taşıyıcı değişikliği başına birden fazla durum alabilir. Ve bu nedenle, ortaya çıkan sinyal saniyede çok sayıda bit iletebilir.

Analog modülasyon, ortaya çıkan sinyali dar bir spektrumla sağlar ve bu nedenle, zayıf hatlarda (dar bant genişliği ile) çalışmanız gereken yerlerde iyidir, orada yüksek iletim hızı sağlayabilir. Analog modülasyon iyi hatlarda da çalışabilir, burada analog modülasyonun bir avantajı daha önemlidir - kullanılan hattın bant genişliğine bağlı olarak spektrumu istenen alana kaydırma yeteneği.

Analog modülasyonun uygulanması zordur ve bunu yapan ekipman çok pahalıdır.

Analog modülasyon, vazgeçilemediği yerlerde kullanılır, ancak yerel ağlarda, uygulanması için basit ve ucuz ekipmana ihtiyaç duyulan diğer kodlama yöntemleri kullanılır. Bu nedenle, çoğu zaman yerel ağlarda, iletişim hatlarında veri iletirken, ikinci fiziksel kodlama yöntemi kullanılır - dijital kodlama

5. 2.Dijital kodlama

Dijital kodlama- dikdörtgen darbelerle bilgilerin temsili. Dijital kodlama kullanımı için potansiyel Ve dürtü kodlar.

Potansiyel kodlar. Potansiyel kodlarda, mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için yalnızca döngü süresi boyunca sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeler oluşturan düşüşleri dikkate alınmaz. Sadece sonuç sinyalinin döngü süresi boyunca hangi değere sahip olduğu önemlidir.

dürtü kodları. Darbe kodları, mantıksal bir sıfırı ve belirli bir polaritedeki darbelerle veya darbenin bir kısmıyla - belirli bir yönde potansiyel bir düşüşle mantıksal bir birimi temsil eder. Darbe kodunun değeri, geçişleriyle birlikte tüm darbeyi içerir.

Dijital kodlama için gereksinimleri tanımlayalım. Örneğin, iletişim hattı üzerinden bir bilgisayarın çıkışından - kaynak - başka bir bilgisayarın girişine - alıcıya ayrı verileri (mantıksal sıfırlar ve birler dizisi) aktarmamız gerekir.

1. Veri iletimi için tüm frekansları geçmeyen, türüne göre belirli bant genişliklerine sahip iletişim hatlarımız mevcuttur. Bu nedenle, verileri kodlarken, kodlanan verilerin iletişim hattı tarafından "geçirildiği" dikkate alınmalıdır.

2. Ayrı veri dizileri, belirli bir frekansın dijital darbeleri olarak kodlanmalıdır. Bu durumda, elbette, elde etmek en iyisidir:

a) kodlanmış sinyallerin frekanslarının, genel olarak iletişim bağlantılarının bant genişliklerine uyması için düşük olması.

b) kodlanmış sinyallerin yüksek bir iletim hızı sağlaması.

Yani iyi kod sahip olmalıdır daha az Hertz ve saniyede daha fazla bit.

3. İletilecek veri, mantıksal sıfırlar ve birlerin tahmin edilemeyecek şekilde değişen bir dizisidir.

Bu veriyi dijital darbelerle belirli bir şekilde kodlayalım, o zaman ortaya çıkan sinyalin hangi frekansa sahip olduğunu nasıl belirleyebiliriz? Bir dijital kodun maksimum frekansını belirlemek için, aşağıdaki gibi özel dizileri kodlarken ortaya çıkan sinyali dikkate almak yeterlidir:

mantıksal sıfır dizisi

mantıklı olanlar dizisi

mantıksal sıfırlar ve birlerin dönüşümlü dizisi

Daha sonra, Fourier yöntemini kullanarak sinyali ayrıştırmak, spektrumu bulmak, her bir harmoniğin frekanslarını belirlemek ve sinyalin toplam frekansını bulmak gerekirken, sinyalin ana spektrumunun iletişim hattının bant genişliği içinde kalması önemlidir. Tüm bu hesaplamaları yapmamak için sinyal spektrumunun temel harmoniğinin belirlenmesine çalışmak yeterlidir, bunun için şeklinin konturunu tekrarlayan sinyal şeklinden ilk sinüzoidi tahmin etmek, ardından bu sinüzoidin periyodunu bulmak gerekir. Periyot, iki sinyal değişikliği arasındaki mesafedir. Ardından, sinyal spektrumunun temel harmoniğinin frekansını şu şekilde belirleyebilirsiniz: F = 1/T, Nerede F- sıklık, T- sinyal süresi. Daha fazla hesaplama kolaylığı için, sinyal değişiminin bit hızının şuna eşit olduğunu varsayıyoruz: N.

Ortaya çıkan sinyalin frekansını belirlemek için her bir dijital kodlama yöntemi için bu tür hesaplamalar yapılabilir. Dijital kodlamada ortaya çıkan sinyal, belirli bir dikdörtgen darbe dizisidir. Spektrumu bulmak için bir dizi dikdörtgen darbeyi sinüzoidlerin toplamı olarak temsil etmek için, bu tür çok sayıda sinüzoide ihtiyaç vardır. Bir kare dalga dizisinin spektrumu genellikle modüle edilmiş sinyallerinkinden çok daha geniş olacaktır.

Bir ses frekansı kanalında veri iletmek için bir dijital kod kullanılıyorsa, 971 bps'lik bir veri aktarım hızı için potansiyel kodlama için üst sınıra ulaşılır ve kanal bant genişliği 300 Hz'de başladığından, alt sınır herhangi bir hız için kabul edilemez.

Bu yüzden dijital kodlar ses frekanslı kanallarda asla kullanılmaz. Ancak öte yandan, veri iletimi için telefon hatlarını kullanmayan yerel ağlarda çok iyi çalışırlar.

Böylece, dijital kodlama, yüksek kaliteli iletim için geniş bir bant genişliği gerektirir.

4. Bir kaynak düğümden bir alıcı düğüme iletişim hatları üzerinden bilgi iletirken, alıcının kaynaktan veriyi tam olarak hangi noktada aldığını her zaman bileceği böyle bir iletim modunun sağlanması gerekir, yani sağlamak gerekir. senkronizasyon kaynak ve alıcı. Ağlarda senkronizasyon problemini çözmek, bir bilgisayar içindeki bloklar arasında veya bir bilgisayar ile bir yazıcı arasında veri alışverişinde bulunmaktan daha zordur. Kısa mesafelerde, ayrı bir saatli iletişim hattına dayalı bir şema iyi çalışır. Böyle bir şemada, bilgi veri hattından yalnızca saat darbesinin geldiği anda kaldırılır (bkz. Şekil 5.4).

Pirinç. 5.4 Alıcı ve vericinin kısa mesafelerde senkronizasyonu

Bu senkronizasyon seçeneği, kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin heterojenliğinden dolayı kesinlikle herhangi bir ağ için uygun değildir. Uzun mesafelerde, sinyal hızı dalgalanmaları, bir veri bitinin atlanmasına veya yeniden okunmasına neden olacak şekilde, ilgili veri sinyali için saatin çok geç veya çok erken gelmesine neden olabilir. Ağların saat darbelerini kullanmayı reddetmesinin bir başka nedeni de pahalı kablolardaki iletkenlerden tasarruf etmektir. Bu nedenle, ağlar sözde kullanır kendi kendini senkronize eden kodlar.

Kendi kendini senkronize eden kodlar- alıcıya, bir sonraki biti (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna yönlendirilmişse birkaç biti) tanımanın gerekli olduğu zamanı gösteren sinyaller. Sinyalde herhangi bir keskin düşüş - sözde ön- alıcının verici ile senkronizasyonu için iyi bir gösterge olabilir. Kendi kendini senkronize eden bir kod örneği sinüs dalgası olabilir. Taşıyıcı frekansının genliğindeki değişiklik, alıcının giriş kodunun göründüğü anı belirlemesine izin verdiğinden. Ancak bu analog modülasyon için geçerlidir. Dijital kodlamada, kendi kendini senkronize eden kodlar oluşturan yöntemler de vardır, ancak daha sonra buna daha fazla değineceğiz.

Böylece, iyi bir dijital kod senkronizasyon sağlamalıdır

İyi bir dijital kodun gerekliliklerini göz önünde bulundurduktan sonra, dijital kodlama yöntemlerinin kendisinin değerlendirilmesine geçelim.

5. 2.1 Sıfır NRZ'ye dönüş olmadan potansiyel kod

Bu kod adını almıştır çünkü 1'lik bir dizi iletildiğinde, döngü sırasında sinyal sıfıra dönmez (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde bu durumda sıfıra dönüş gerçekleşir).

Kod NRZ (Sıfıra Dönüşsüz)- sıfıra dönmeden - bu en basit iki seviyeli koddur. Ortaya çıkan sinyalin iki potansiyel seviyesi vardır:

Sıfır, alt seviyeye, birim - üst seviyeye karşılık gelir. Bilgi geçişleri bir bit sınırında gerçekleşir.

Kodla veri iletiminin üç özel durumunu ele alalım. NRZ: değişen bir sıfırlar ve birler dizisi, bir sıfırlar dizisi ve birler dizisi (bkz. Şekil 5.5, a).

Pirinç. 5.5 NRZ kodu

Bu kodun listelenen gereksinimleri karşılayıp karşılamadığını belirlemeye çalışalım. Bunu yapmak için, kullanılan iletişim hattı için hangi NRZ kodunun gereksinimleri olduğunu daha doğru bir şekilde belirlemek için sunulan durumların her birinde potansiyel kodlama ile spektrumun temel harmoniğinin belirlenmesi gerekir.

İlk durum - sonsuz bir değişen ve sıfır dizisinden oluşan bilgi iletilir (bkz. Şekil 5.5, b).

Bu şekil, birler ve sıfırlar değiştirilirken, iki bit 0 ve 1'in bir döngüde iletileceğini gösterir.Şekil 2'de gösterilen sinüzoidin şekli ile. 4.22b N- bit hızı, bu sinüzoidin periyodu şuna eşittir: T=2N. Bu durumda temel harmoniğin frekansı şuna eşittir: F 0 = N/2.

Gördüğünüz gibi, bu kodun böyle bir dizilimi ile veri aktarım hızı, sinyal frekansının iki katıdır.

Sıfır ve bir dizilerini iletirken, ortaya çıkan sinyal doğru akımdır, sinyal değişiminin frekansı sıfırdır F 0 = 0 .

Gerçek bir sinyalin spektrumu, iletişim hattı üzerinden hangi verilerin iletildiğine bağlı olarak sürekli değişir ve sinyal spektrumunu düşük frekanslara kaydıran uzun sıfır dizilerinin veya birlerin iletimlerine karşı dikkatli olunmalıdır. Çünkü Uzun sıfır veya bir dizilerini iletirken NRZ kodunun sabit bir bileşeni vardır.

Sinyal teorisinden, genişlik gerekliliklerine ek olarak, iletilen sinyalin spektrumu için çok önemli bir gereklilik ileri sürüldüğü bilinmektedir - sabit bileşen yok(alıcı ve verici arasında doğru akımın varlığı), çünkü çeşitli trafo değişimleri iletişim hattında doğru akım geçmez.

Bu nedenle, bilgilerin bir kısmı bu bağlantı tarafından basitçe göz ardı edilecektir. Bu nedenle, pratikte, zaten kodlama aşamasında olan taşıyıcı sinyalin spektrumunda sabit bir bileşenin varlığından her zaman kurtulmaya çalışırlar.

Böylece, iyi bir dijital kod için bir gereksinimi daha belirledik. dijital kodun sabit bir bileşeni olmamalıdır.

NRZ'nin bir başka dezavantajı - senkronizasyon eksikliği. Bu durumda, yalnızca daha sonra konuşacağımız ek senkronizasyon yöntemleri yardımcı olacaktır.

NRZ kodunun ana avantajlarından biri basitliğidir. Dikdörtgen darbeler üretmek için iki transistöre ve analog modülasyonu uygulamak için karmaşık mikro devrelere ihtiyaç vardır. Bilgisayar içinde veri iletimi için aynı yöntem kullanıldığından, potansiyel sinyalin kodlanıp kodunun çözülmesine gerek yoktur.

Yukarıda gösterilen her şeyin bir sonucu olarak, diğer dijital kodlama yöntemlerini değerlendirirken bize yardımcı olacak birkaç sonuç çıkaracağız:

NRZ'nin uygulanması çok kolaydır, iyi bir hata tespitine sahiptir (kesinlikle farklı iki potansiyel nedeniyle).

NRZ, sıfırları ve birleri iletirken bir DC bileşenine sahiptir, bu da trafo izole hatlarında iletmeyi imkansız kılar.

NRZ kendi kendini senkronize eden bir kod değildir ve bu, herhangi bir hatta iletimini zorlaştırır.

NRZ kodunun çekiciliği, onu geliştirmek mantıklı olduğu için, yukarıda gösterildiği gibi N/2 Hz'ye eşit olan fo temel harmoniğinin oldukça düşük frekansında yatmaktadır. Böylece kod NRZ 0 ile N/2 Hz arasındaki düşük frekanslarda çalışır.

Sonuç olarak, saf haliyle NRZ kodu ağlarda kullanılmaz. Bununla birlikte, hem NRZ kodunun zayıf kendi kendine senkronizasyonunun hem de sabit bir bileşenin varlığının başarıyla ortadan kaldırıldığı çeşitli modifikasyonları kullanılır.

Aşağıdaki dijital kodlama yöntemleri, NRZ kodunun kapasitesini bir şekilde geliştirmek amacıyla geliştirilmiştir.

5. 2.2. AMI Alternatif Ters Bipolar Kodlama Yöntemi

Alternatif ters çevirme ile iki kutuplu kodlama yöntemi (Bipolar Alternatif İşaret Ters Çevirme, AMI) NRZ yönteminin bir modifikasyonudur.

Bu yöntem, üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Üç sinyal seviyesi, kodun bir dezavantajıdır, çünkü üç seviyeyi ayırt etmek için, alıcının girişinde daha iyi bir sinyal-gürültü oranı gereklidir. Ek katman, hatta aynı bit doğruluğunu sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3 dB'lik bir artış gerektirir; bu, iki seviyeli kodlara kıyasla çok durumlu kodların genel bir dezavantajıdır. AMI kodunda, bir mantıksal sıfırı kodlamak için bir sıfır potansiyeli kullanılır, mantıksal bir pozitif potansiyel veya negatif bir potansiyel tarafından kodlanırken, her yeninin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır.

Pirinç. 5.6 AMI kodu

Bu kodlama tekniği, DC bileşeninin sorunlarını ve uzun dizi dizilerini iletirken NRZ kodunda bulunan kendi kendine senkronizasyon eksikliğini kısmen ortadan kaldırır. Ancak sıfır dizilerini iletirken sabit bileşen sorunu onun için kalır (bkz. Şekil 5.6).

Kod işleminin özel durumlarını ele alalım ve bunların her biri için ortaya çıkan sinyal spektrumunun temel harmoniği belirleyelim. Bir sıfır dizisi ile - sinyal - doğru akım - fo \u003d 0 (Şekil 5.7, a)

Pirinç. 5.7 AMI spektrumunun temel frekanslarının belirlenmesi

Bu nedenle AMI kodunun da daha fazla geliştirilmesi gerekiyor. Birler dizisini iletirken, hattaki sinyal, NRZ koduyla aynı spektruma sahip, alternatif sıfırlar ve birler ileten, yani sabit bir bileşen olmadan ve temel bir harmonik fo = N/2 Hz olan bir çift kutuplu darbeler dizisidir.

Alternatif birler ve sıfırlar iletirken, NRZ kodununkinden iki kat daha az olan temel harmonik fo = N/4 Hz.

Genel olarak, hattaki çeşitli bit kombinasyonları için, AMI kodunun kullanılması, NRZ koduna göre daha dar bir sinyal spektrumuna ve dolayısıyla daha yüksek bir hat verimine yol açar. AMI kodu ayrıca hatalı sinyalleri tanımak için bazı özellikler sağlar. Bu nedenle, sinyallerin kutupsallığının katı değişiminin ihlali, yanlış bir dürtüyü veya hattan doğru bir dürtünün kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal, yasaklanmış bir sinyal olarak adlandırılır. (sinyal ihlali).

Aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

AMI, bir diziyi iletirken DC bileşenini iptal eder;

AMI dar bir spektruma sahiptir - N/4 - N/2;

AMI, senkronizasyon sorunlarını kısmen ortadan kaldırır

AMI hatta iki değil üç sinyal seviyesi kullanır ve bu onun dezavantajıdır, ancak aşağıdaki yöntem bunu ortadan kaldırmayı başardı.

5. 2.3 Birlik NRZI'de ters çevirmeli potansiyel kod

Bu kod, AMI koduna tamamen benzer, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi kullanır. Sıfır iletildiğinde, önceki döngüde ayarlanan potansiyeli iletir (yani, onu değiştirmez) ve bir iletildiğinde, potansiyel tersine çevrilir.

Bu kod denir birinde ters çevirmeli potansiyel kod (Ters Çevrilmiş Olanlar ile Sıfıra Dönüş Olmayan, NRZI).

Üçüncü sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmeyen olduğu durumlarda, örneğin iki sinyal durumunun - açık ve koyu - güvenilir bir şekilde tanındığı optik kablolarda uygundur.

Pirinç. 5.8 NRZI kodu

NRZI kodu, ortaya çıkan sinyalin şekli bakımından AMI kodundan farklıdır, ancak temel harmonikleri hesaplarsanız, her durum için bunların aynı olduğu ortaya çıkar. Değişen birler ve sıfırlar dizisi için, sinyalin temel frekansı fo=N/4.(bkz. Şekil 5.9, a). Bir dizi birim için - fo=N/2. Bir sıfır dizisi ile aynı dezavantaj kalır fo=0- hattaki doğru akım.

Pirinç. 5.9 NRZI için spektrumun temel frekanslarının belirlenmesi

Sonuçlar aşağıdaki gibidir:

NRZI - AMI koduyla aynı yetenekleri sağlar, ancak bunun için yalnızca iki sinyal seviyesi kullanır ve bu nedenle daha fazla iyileştirme için daha uygundur. NRZI'nin dezavantajları, sıfır dizisine sahip bir DC bileşeni ve iletim sırasında senkronizasyon eksikliğidir. NRZI kodu, daha yüksek seviyelerde daha gelişmiş kodlama yöntemlerinin geliştirilmesi için temel oluşturdu.

5. 2.4 Kod MLT3

Üç seviyeli iletim kodu MLT-3 (Çok Seviyeli İletim - 3) NRZI koduyla pek çok ortak noktası vardır. En önemli farkı üç sinyal seviyesidir.

Biri, bir sinyal seviyesinden diğerine geçişe karşılık gelir. Doğrusal sinyal seviyesindeki bir değişiklik, yalnızca girişte bir birim alındığında gerçekleşir, ancak NRZI kodundan farklı olarak, oluşturma algoritması, iki bitişik değişikliğin her zaman zıt yönlere sahip olacağı şekilde seçilir.

Pirinç. 5.10 Potansiyel MLT-3 kodu

Önceki tüm örneklerde olduğu gibi özel durumları göz önünde bulundurun.

Sıfırları iletirken, sinyalin de sabit bir bileşeni vardır, sinyal değişmez - fo = 0 Hz. (Bkz. Şekil 5.10). Hepsi iletildiğinde, bilgi geçişleri bit sınırında sabitlenir ve bir sinyal döngüsü dört bit barındırabilir. Bu durumda fo=N/4 Hz - maksimum kod frekansı MLT-3 tüm birimleri aktarırken (Şekil 5.11, a).

Pirinç. 5.11 Spektrumun temel frekanslarının belirlenmesi MLT-3

Alternatif bir dizi olması durumunda, kod MLT-3 eşit bir maksimum frekansa sahiptir fo=N/8 NRZI kodundan iki kat daha az olan bu nedenle, bu kodun daha dar bir bant genişliği vardır.

Fark ettiğiniz gibi, NRZI kodu gibi MLT-3 kodunun dezavantajı senkronizasyon eksikliğidir. Bu sorun, uzun sıfır dizilerini ve senkronizasyon olasılığını ortadan kaldıran ek bir veri dönüşümü ile çözülür. Genel sonuç şu şekilde çıkarılabilir - üç seviyeli kodlamanın kullanılması MLT-3 hat sinyalinin saat frekansını düşürmenize ve böylece iletim hızını artırmanıza olanak tanır.

5. 2.5 Bipolar darbe kodu

Potansiyel kodlara ek olarak, veriler tam bir dürtü veya onun bir parçası olan bir cephe ile temsil edildiğinde dürtü kodları da kullanılır.

Bu yaklaşımın en basit örneği iki kutuplu darbe kodu, birimin bir polarite darbesi ile temsil edildiği ve sıfırın diğeri olduğu. Her darbe yarım döngü sürer (Şekil 5.12). Bipolar darbe kodu - üç seviyeli kod. Aynı özel durumlarda iki kutuplu kodlama ile veri iletimi sırasında ortaya çıkan sinyalleri ele alalım.

Pirinç. 5.12 Bipolar darbe kodu

Kodun bir özelliği, bitin merkezinde her zaman bir geçiş (pozitif veya negatif) olmasıdır. Bu nedenle, her bit etiketlenir. Alıcı, sinyalin kendisinden bir darbe tekrarlama oranına sahip bir senkron darbesi (flaşör) çıkarabilir. Alıcının verici ile senkronizasyonunu sağlayan her bit için bağlama yapılır. Bir flaş taşıyan bu tür kodlara denir kendi kendini senkronize etme. Her durum için sinyal spektrumunu göz önünde bulundurun (Şekil 5.13). Tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı fo=NHz, NRZ kodunun iki katı ve AMI kodunun temelinin dört katıdır. Alternatif birleri ve sıfırları iletirken - fo=N/2

Pirinç. 5.13 Bipolar darbe kodu için spektrumun ana frekanslarının belirlenmesi.

Kodun bu eksikliği, veri aktarım hızında bir kazanç sağlamaz ve darbe kodlarının potansiyel kodlardan daha yavaş olduğunu açıkça gösterir.

Örneğin, 10 Mbps'lik bir bağlantı, 10 MHz'lik bir taşıyıcı frekansı gerektirir. Değişen sıfırlar ve birler dizisini iletirken, hız artar, ancak çok fazla değildir, çünkü fо=N/2 Hz kodunun temel harmoniğinin frekansı.

İki kutuplu darbe kodunun önceki kodlara göre büyük bir avantajı vardır - kendi kendini senkronize eder.

Bipolar darbe kodu geniş bir sinyal spektrumuna sahiptir ve bu nedenle daha yavaştır.

Bipolar darbe kodu üç seviye kullanır.

5. 2.6 Manchester Kodu

Manchester kodu geliştirilmiş bir iki kutuplu darbe kodu olarak geliştirilmiştir. Manchester kodu aynı zamanda kendi kendini senkronize eden kodlara atıfta bulunur, ancak iki kutuplu kodun aksine, daha iyi gürültü bağışıklığı sağlayan üç değil, yalnızca iki düzeyi vardır.

Manchester kodunda, potansiyel bir düşüş, yani darbenin önü, birleri ve sıfırları kodlamak için kullanılır. Manchester kodlamasında her saat iki parçaya bölünmüştür. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Şu şekilde olur:

Birim, düşükten yükseğe geçişle kodlanır ve sıfır, ters kenarla kodlanır. Her döngünün başında, arka arkaya birkaç bir veya sıfırı temsil etmeniz gerekiyorsa bir servis sinyali kenarı oluşabilir.

Özel kodlama durumlarını ele alalım (sıfır ve birlerin dönüşümlü dizileri, bazı sıfırlar, bazı birler) ve ardından dizilerin her biri için ana harmonikleri belirleyeceğiz (bkz. Şekil 5.14). Her durumda, Manchester kodlamasında, her bitin merkezindeki sinyal değişikliğinin, saat sinyalinin izole edilmesini kolaylaştırdığı görülebilir. Bu nedenle, Manchester kodu iyi kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir.

Pirinç. 5.14 Manchester kodu

Kendi kendine senkronizasyon, verici ve alıcının saat frekansındaki farklılıklar nedeniyle büyük bilgi paketlerinin kayıp olmadan iletilmesini her zaman mümkün kılar.

Öyleyse, yalnızca birleri veya yalnızca sıfırları iletirken temel frekansı belirleyelim.

Pirinç. 5.15 Manchester kodu için spektrumun ana frekanslarının belirlenmesi.

Hem sıfırları hem de birleri iletirken görülebileceği gibi, sabit bir bileşen yoktur. Temel frekans fo=NHz., iki kutuplu kodlamada olduğu gibi. Bu nedenle, iletişim hatlarındaki sinyallerin galvanik izolasyonu, örneğin darbe transformatörleri kullanılarak en basit yollarla gerçekleştirilebilir. Alternatif birleri ve sıfırları iletirken, temel harmoniğin frekansı şuna eşittir: fo=N/2Hz..

Bu nedenle, Manchester kodu, iki kutuplu kodda olduğu gibi, veri iletimi için üç değil, yalnızca iki sinyal seviyesi kullanılarak geliştirilmiş, geliştirilmiş bir iki kutuplu koddur. Ancak bu kod, iki kat daha hızlı olan NRZI'ye kıyasla hala yavaş.

Bir örnek düşünün. Veri iletimi için bant genişliğine sahip bir iletişim hattı alın 100 Mhz ve hız 100 Mb/sn. Daha önce belirli bir frekansta veri hızını belirlediysek, şimdi belirli bir hat hızında sinyalin frekansını belirlememiz gerekiyor. Buna dayanarak, NRZI kodu ile veri iletimi için N / 4-N / 2 frekans aralığının bizim için yeterli olduğunu belirledik - bunlar 25 -50 MHz frekanslardır, bu frekanslar hattımızın bant genişliğine dahildir - 100 MHz. Manchester kodu için N / 2 ile N arasında bir frekans aralığına ihtiyacımız var - bunlar 50 ila 100 MHz arasındaki frekanslardır, bu aralıkta sinyal spektrumunun ana harmonikleri bulunur. Manchester kodu için hattımızın bant genişliğini karşılamaz ve bu nedenle hat böyle bir sinyali büyük bozulmalarla iletecektir (böyle bir kod bu hatta kullanılamaz).

5.2.7Diferansiyel Manchester kodu.

Diferansiyel Manchester kodu bir tür Manchester kodlamasıdır. Hat sinyalinin saat aralığının ortasını sadece senkronizasyon için kullanır ve sinyal seviyesinde her zaman bir değişiklik olur. Mantık 0 ve 1, sırasıyla saat aralığının başlangıcında bir sinyal seviyesi değişikliğinin varlığı veya yokluğu ile iletilir (Şekil 5.16)

Pirinç. 5.16 Diferansiyel Manchester kodu

Bu kod, Manchester koduyla aynı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Ancak pratikte kullanılan diferansiyel Manchester kodudur.

Bu nedenle, Manchester kodu, kendi kendine senkronizasyonu ve sabit bir bileşenin olmaması nedeniyle yerel ağlarda (yüksek hızlı hatların yerel alan ağı için büyük bir lüks olduğu zamanlar) çok aktifti. Halen fiber optik ve elektrik şebekelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak son zamanlarda, geliştiriciler potansiyel kodlamayı kullanmanın hala daha iyi olduğu sonucuna vardılar ve sözde kullanarak eksikliklerini ortadan kaldırdılar. mantıksal kodlama.

5.2.8Potansiyel kod 2B1Q

Kod 2B1Q- veri kodlama için dört sinyal seviyeli potansiyel kod. Adı özünü yansıtıyor - her iki bitte bir (2B) dört duruma sahip bir sinyal tarafından bir döngüde iletilir (1Q).

Pare biraz 00 potansiyele karşılık gelir (-2,5V), birkaç bit 01 potansiyele karşılık gelir (-0,833 V), çift 11 - potansiyel (+0,833 V) ve bir çift 10 - potansiyel ( +2,5 V).

Pirinç. 5.17 Potansiyel kod 2B1Q

Şekil 5.17'de görülebileceği gibi, bu kodlama yöntemi, sinyali bir DC bileşenine dönüştürdüğünden, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle başa çıkmak için ek önlemler gerektirir. Bu nedenle, hem sıfırları hem de birleri iletirken fo=0Hz. Birler ve sıfırlar değiştirilirken, sinyal spektrumu kodunkinden iki kat daha dardır NRZ, çünkü aynı bit hızında döngü süresi iki katına çıkar - fo=N/4Hz..

Böylece 2B1Q kodunu kullanarak aynı hat üzerinden AMI veya NRZI kodunu kullandığınızdan iki kat daha hızlı veri aktarabilirsiniz. Bununla birlikte, uygulanması için verici gücü, dört potansiyel düzeyin (-2,5V, -0,833 V, +0,833 V, +2,5 V) alıcı tarafından parazit arka planına karşı net bir şekilde ayırt edilebilmesi için daha yüksek olmalıdır.

5. 2.9 Kod PAM5

Yukarıda ele aldığımız tüm sinyal kodlama şemaları bit tabanlıydı. Bit kodlama ile her bit, protokol mantığı tarafından belirlenen bir sinyal değerine karşılık gelir.

Bayt kodlamada, sinyal seviyesi iki veya daha fazla bit tarafından belirlenir. Beş seviyeli bir kodda PAM5 5 voltaj seviyesi (genlik) ve iki bitlik kodlama kullanılır. Her kombinasyonun kendi voltaj seviyesi vardır. İki bitlik kodlamada, bilgiyi iletmek için dört seviye gerekir (ikinci kuvvet - 00, 01, 10, 11 ). İki bitin aynı anda iletilmesi, sinyal değişim oranının yarılanmasını sağlar. Hata düzeltme için kullanılan kodda fazlalık oluşturmak için beşinci seviye eklenir. Bu, ek bir sinyal-gürültü oranı marjı sağlar.

Pirinç. 5.18 Kod PAM 5

5. 3. Mantık kodlaması

Mantık kodlaması kadar çalışır fiziksel kodlama.

Mantıksal kodlama aşamasında dalga formu artık oluşmaz, ancak fiziksel dijital kodlama yöntemlerinin senkronizasyon eksikliği, sabit bir bileşenin varlığı gibi eksiklikleri giderilir. Böylece, önce mantıksal kodlama araçları kullanılarak ikili verilerin düzeltilmiş dizileri oluşturulur ve daha sonra bunlar fiziksel kodlama yöntemleri kullanılarak iletişim hatları üzerinden iletilir.

Mantıksal kodlama, orijinal bilginin bitlerinin, aynı bilgiyi taşıyan, ancak ek olarak, örneğin alıcı tarafın alınan verilerdeki hataları tespit etme yeteneği gibi ek özelliklere sahip yeni bir bit dizisiyle değiştirilmesini ifade eder. Orijinal bilginin her baytına bir eşlik bitinin eşlik etmesi, modemler kullanılarak veri iletirken çok yaygın olarak kullanılan bir mantıksal kodlama yönteminin bir örneğidir.

İki mantıksal kodlama yöntemini ayırın:

Gereksiz kodlar

Çırpınma

5. 3.1 Gereksiz kodlar

Mantık kodu 4V/5V orijinal 4 bitlik karakterleri 5 bitlik karakterlerle değiştirir. Ortaya çıkan semboller gereksiz bitler içerdiğinden, içlerindeki toplam bit kombinasyonu sayısı orijinal olanlardan daha fazladır. Böylece, beş bitlik şema, 00'dan 31'e kadar ondalık kodda bir değere sahip 32 (2 5) iki basamaklı alfasayısal karakter verir. Orijinal veri ise yalnızca dört bit veya 16 (2 4) karakter içerebilir.

Bu nedenle, ortaya çıkan kodda, çok sayıda sıfır içermeyen bu tür 16 kombinasyon seçebilir ve gerisini sayabilirsiniz. yasaklanmış kodlar (kod ihlali). Bu durumda, uzun sıfır dizileri bozulur ve kod, iletilen herhangi bir veri için kendi kendini senkronize eder hale gelir. Sabit bileşen de kaybolur, bu da sinyal spektrumunun daha da daralması anlamına gelir. Ancak bu yöntem, hattın yararlı bant genişliğini azaltır, çünkü gereksiz kullanıcı bilgisi birimleri taşımaz ve yalnızca "yayın süresini işgal eder". Yedek kodlar, alıcının bozuk bitleri tanımasına izin verir. Alıcı bir yasak kod alırsa, hattaki sinyal bozulmuştur.

Öyleyse işe bakalım. mantık kodu 4V/5V. Dönüştürülen sinyal Bilgi aktarımı için 16 değer ve 16 yedek değer. Alıcı kod çözücüde, beş bitin kodu bilgi ve hizmet sinyalleri olarak çözülür.

Servis sinyalleri için dokuz sembol tahsis edilmiştir, yedi sembol hariç tutulmuştur.

Üçten fazla sıfır içeren kombinasyonlar hariç tutulur (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) . Bu tür sinyaller sembolle yorumlanır. V ve alıcı ekip İHLAL- arıza. Komut, yüksek parazit veya verici arızasından kaynaklanan bir hatayı gösterir. Beş sıfırın tek kombinasyonu (00 - 00000 ) servis sinyallerini ifade eder, sembol anlamına gelir Q ve statüye sahip SESSİZLİK- Hatta sinyal yok.

Bu tür veri kodlaması iki sorunu çözer - senkronizasyon ve gürültü bağışıklığının iyileştirilmesi. Senkronizasyon, üçten fazla sıfır dizisinin ortadan kaldırılması nedeniyle gerçekleşir ve veri alıcısı tarafından beş bitlik bir aralıkta yüksek gürültü bağışıklığı sağlanır.

Bu veri kodlama yöntemiyle elde edilen bu avantajların bedeli, yararlı bilgilerin iletim hızında bir azalmadır. Örneğin, dört bilgi bitine bir fazlalık bit eklenmesi sonucunda, kodlu protokollerde bant genişliği verimliliği MLT-3 ve veri kodlama 4B/5B sırasıyla %25 azalır.

Kodlama şeması 4V/5V tabloda sunulmuştur.

İkili kod 4B	Sonuç kodu 5V

Yani bu tabloya göre kod oluşturulur. 4V/5V, ardından yalnızca uzun sıfır dizilerine duyarlı potansiyel kodlama yöntemlerinden biri kullanılarak fiziksel kodlama kullanılarak hat üzerinden iletilir - örneğin, NRZI dijital kodu kullanılarak.

5 bit uzunluğundaki 4V/5V kod sembolleri, bunların herhangi bir kombinasyonu için satırda en fazla üç sıfırın oluşabileceğini garanti eder.

Mektup İÇİNDE kod adında, temel sinyalin 2 durumu olduğu anlamına gelir - İngilizce'den ikili- ikili. Üç sinyal durumuna sahip kodlar da vardır, örneğin kodda 8V/6T orijinal bilginin 8 bitini kodlamak için, her biri üç duruma sahip 6 sinyallik bir kod kullanılır. Kod Fazlalığı 8V/6T koddan daha yüksek 4V/5V, çünkü 256 kaynak kodu için 3 6 = 729 sonuç sembolü vardır.

Söylediğimiz gibi, mantıksal kodlama fizikselden önce gerçekleşir, bu nedenle ağ bağlantı seviyesindeki ekipman tarafından gerçekleştirilir: ağ bağdaştırıcıları ve anahtarların ve yönlendiricilerin arayüz blokları. Sizin de gördüğünüz gibi, bir arama tablosunun kullanımı çok basit bir işlem olduğundan, gereksiz kodlarla mantıksal kodlama yöntemi bu ekipmanın işlevsel gerekliliklerini karmaşık hale getirmez.

Tek gereklilik, yedek kodu kullanan vericinin, belirli bir hat kapasitesini sağlamak için daha yüksek bir saat hızında çalışması gerektiğidir. Evet, kodları göndermek için 4V/5V hızlı 100 Mb/sn verici bir saat frekansında çalışmalıdır 125 Mhz. Bu durumda, hattaki sinyalin spektrumu, hat üzerinden saf, yedeksiz bir kodun iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, gereksiz potansiyel kodun spektrumu, Manchester kodunun spektrumundan daha dardır; bu, mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcı ve vericinin artırılmış bir saat frekansında çalışmasını haklı çıkarır.

Böylece, aşağıdaki sonuç çıkarılabilir:

Temel olarak, yerel ağlar için daha kolay, daha güvenilir, daha iyi, daha hızlı - uzun sıfır dizilerini ortadan kaldıracak ve sinyal senkronizasyonunu sağlayacak yedek kodlar kullanarak mantıksal veri kodlaması kullanmak, ardından fiziksel düzeyde iletim için hızlı bir dijital kod kullanmak nrzı, yavaş ama kendi kendine senkronize olan bir Manchester kodu.

Örneğin, 100M bit/s bant genişliğine ve 100 MHz bant genişliğine sahip bir hat üzerinden veri iletmek için, NRZI kodu 25 - 50 MHz frekans gerektirir, bu 4V / 5V kodlaması olmadan olur. Ve eğer uygulanırsa nrzı ayrıca 4V / 5V kodlama, şimdi frekans bandı 31,25'ten 62,5 MHz'e genişleyecektir. Ancak yine de, bu aralık hala hat bant genişliğine "uyar". Ve Manchester kodu için herhangi bir ek kodlama kullanılmadan 50 ila 100 MHz arasındaki frekanslara ihtiyaç vardır ve bunlar ana sinyalin frekanslarıdır ancak artık 100 MHz hattından geçilmeyecektir.

5. 3.2 Karıştırma

Mantıksal kodlamanın başka bir yöntemi, orijinal bilgilerin satırda birlerin ve sıfırların oluşma olasılığı yakın olacak şekilde ön "karıştırılmasına" dayanır.

Bu işlemi gerçekleştiren cihazlara veya bloklara denir. karıştırıcılar (karıştırma - boşaltma, rasgele montaj).

-de çırpınma veriler belirli bir algoritmaya göre karıştırılır ve ikili verileri alan alıcı, onu iletir. şifre çözücü, orijinal bit dizisini geri yükler.

Fazla bitler hat üzerinden iletilmez.

Karıştırmanın özü, sistemden geçen veri akışındaki bit-bit değişikliktir. Çırpıcılarda kullanılan neredeyse tek işlem, XOR - "bit düzeyinde XOR" veya başka derler ki - ek modül 2. Dışlayıcı OR tarafından iki birim eklendiğinde, en yüksek birim atılır ve sonuç - 0 yazılır.

Karıştırma yöntemi çok basittir. Önce bir çırpıcı bul. Başka bir deyişle, "exclusive OR" kullanarak orijinal dizideki bitleri hangi oranda karıştıracaklarını buluyorlar. Daha sonra bu orana göre belirli bitlerin değerleri mevcut bit dizisinden seçilir ve buna göre toplanır. XOR onların arasında. Bu durumda, tüm bitler 1 bit kaydırılır ve az önce alınan değer ("0" veya "1") serbest bırakılan en önemsiz bite yerleştirilir. Kaydırmadan önce en önemli bitte bulunan değer, kodlama dizisine eklenerek bir sonraki biti olur. Daha sonra bu dizi, hatta, fiziksel kodlama yöntemleri kullanılarak alıcı düğüme iletilir ve girişinde bu dizinin ters orana göre şifresi çözülür.

Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

Nerede Bi- Karıştırıcının i'nci döngüsünde elde edilen sonuç kodunun ikili basamağı, AI- Karıştırıcının girişine i'nci döngüde gelen kaynak kodun ikili basamağı, B i-3 ve B i-5- mevcut döngüden sırasıyla 3 ve 5 döngü önce, karıştırıcının önceki döngülerinde elde edilen sonuç kodunun ikili basamakları,  - XOR işlemi (modulo 2 ilavesi).

Şimdi, örneğin böyle bir kaynak dizi için kodlanmış diziyi tanımlayalım. 110110000001 .

Yukarıda tanımlanan karıştırıcı aşağıdaki sonuç kodunu üretecektir:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (henüz gerekli önceki basamaklar olmadığından, elde edilen kodun ilk üç hanesi orijinal ile aynı olacaktır)

Böylece, karıştırıcının çıktısı dizi olacaktır. 110001101111 . Kaynak kodunda mevcut olan altı sıfır dizisinin olmadığı.

Ortaya çıkan diziyi aldıktan sonra, alıcı bunu, ters ilişkiye dayalı olarak orijinal diziyi yeniden oluşturan şifre çözücüye iletir.

Başka farklı karıştırma algoritmaları da vardır, bunlar elde edilen kodun basamağını veren terimlerin sayısı ve terimler arasındaki kayma bakımından farklılık gösterir.

Kodlamaya dayalı temel sorun karıştırıcılar - verici (kodlama) ve alma (kod çözme) cihazlarının senkronizasyonu. En az bir bit atlanırsa veya hatalı bir şekilde eklenirse, iletilen tüm bilgiler geri alınamaz şekilde kaybolur. Bu nedenle karıştırıcı tabanlı kodlama sistemlerinde senkronizasyon yöntemlerine çok dikkat edilmektedir. .

Uygulamada, genellikle bu amaçlar için iki yöntemin bir kombinasyonu kullanılır:

a) bilgi akışına, alıcı tarafça önceden bilinen, böyle bir bit bulunmazsa aktif olarak gönderici ile senkronizasyon aramaya başlamasına izin veren senkronizasyon bitlerinin eklenmesi,

b) senkronizasyon kaybı zamanlarında senkronizasyon olmadan "bellekten" alınan bilgi bitlerinin kodunu çözmeyi mümkün kılan yüksek hassasiyetli zaman darbe üreteçlerinin kullanılması.

Bir dizileriyle başa çıkmanın daha basit yöntemleri de vardır ve yine karıştırma olarak sınıflandırılır.

Kodu geliştirmek için Bipolar AMİ sıfır dizisinin yasak sembollerle yapay olarak bozulmasına dayanan iki yöntem kullanılır.

Pirinç. 5.19 Kodlar B8ZS ve HDB3

Bu şekil yöntemin kullanımını göstermektedir B8ZS (8-Sıfır Yer Değiştirmeli Bipolar) ve yöntem HDB3 (Yüksek Yoğunluklu Bipolar 3-Sıfırlar) AMI kodunu düzeltmek için. Kaynak kodu iki uzun sıfır dizisinden oluşur (ilk durumda 8- ve ikinci durumda 5).

Kod B8ZS yalnızca 8 sıfırdan oluşan dizileri düzeltir. Bunu yapmak için ilk üç sıfırdan sonra kalan beş sıfır yerine beş basamak ekler: V-1*-0-V-1*.V burada, belirli bir polarite döngüsü için yasaklanmış bir birimin sinyalini, yani önceki birimin polaritesini değiştirmeyen bir sinyali belirtir, 1 * - doğru polarite biriminin bir sinyali ve yıldız işareti, bu döngüdeki kaynak kodunda bir birim değil, sıfır olduğunu gösterir. Sonuç olarak, alıcı 8 saat döngüsünde 2 bozulma görür - bunun hattaki gürültü veya diğer iletim arızaları nedeniyle olması pek olası değildir. Bu nedenle, alıcı bu tür ihlalleri ardışık 8 sıfırın kodlanması olarak kabul eder ve aldıktan sonra bunları orijinal 8 sıfırla değiştirir.

B8ZS kodu, herhangi bir ikili rakam dizisi için sabit bileşeni sıfır olacak şekilde oluşturulmuştur.

Kod HDB3 orijinal dizideki ardışık 4 sıfırı düzeltir. HDB3 kodunu oluşturma kuralları, B8ZS kodundan daha karmaşıktır. Her dört sıfır, bir V sinyaline sahip dört sinyalle değiştirilir DC bileşenini bastırmak için, sinyalin polaritesi V birbirini izleyen değiştirmelerle değişir.

Ek olarak, değiştirme için iki dört döngülü kod modeli kullanılır. Kaynak kodu, değiştirilmeden önce tek sayıda birler içeriyorsa, sıra kullanılır 000V ve birimlerin sayısı çift ise - sıra 1*00V.

Dolayısıyla, potansiyel kodlama ile birlikte mantıksal kodlamanın kullanılması aşağıdaki avantajları sağlar:

Geliştirilmiş aday kodlar, iletilen verilerde meydana gelen herhangi bir 1'ler ve 0'lar dizisi için oldukça dar bir bant genişliğine sahiptir. Sonuç olarak, mantıksal kodlama ile potansiyelden türetilen kodlar, artırılmış saat frekansında bile Manchester'dan daha dar bir spektruma sahiptir.