Сети ЭВМ и телекоммуникации

Среда передачи Кодирование данных Пакетная передача данных Стандарты Ethernet

Элементы систем цифровой связи

Канал с аддитивным шумом s(t) – передаваемый сигнал; n(t) – аддитивный шум; r(t) – принимаемый сигнал. f(x) - тригонометрический ряд Фурье.

Полоса пропускания Полоса пропускания диапазон частот, в пределах которого амплитудно- частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.

Скорость передачи информации Скорость передачи информации скорость передачи данных, выраженная в количестве бит передаваемых за единицу времени. Теоретическая верхняя граница скорости передачи информации определяется теоремой Шеннона-Хартли.

Теорема Шеннона-Хартли где C ёмкость канала бит в секунду; B полоса пропускания канала в герцах; S полная мощность сигнала над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; N полная шумовая мощность над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; S/N отношение сигнала к шуму, выраженное как отношение мощностей.

Методы аналоговой модуляции

Проблемы аналоговых сигналов – Затухание; – Искажение; – Задержка; – Шум.

Полоса пропускания среды Полоса пропускания среды – диапазон частот, которые могут передаваться в этой среде с минимальным затуханием. Это физическое свойство материала. Полоса варьируется обычно от 0 до какого- то максимального значения и измеряется в герцах (Гц).

Определения Скорость двоичной передачи, boud rate (в бодах) - это число отсчетов (символов), совершаемых за одну секунду. Битовой скоростью называется объем информации, передаваемый по каналу за секунду. Все хорошие модемы используют комбинированные методы модуляции сигналов для передачи максимального количества бит в одном боде.

Модуляция процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).

Виды модуляции

Цифровая модуляция

Аналоговая модуляция Амплитудная модуляция (АМ) Амплитудная модуляция – Амплитудная модуляция с одной боковой полосой (SSB однополосная АМ) Амплитудная модуляция с одной боковой полосой – Балансная амплитудная модуляция (БАМ) АМ с подавлением несущей – Квадратурная модуляция (QAM) Квадратурная модуляция Угловая модуляция – Частотная модуляция (ЧМ) Частотная модуляция Линейная частотная модуляция (ЛЧМ) Линейная частотная модуляция – Фазовая модуляция (ФМ) Фазовая модуляция Сигнально-кодовая модуляция (СКМ), в англоязычном варианте Signal Code Modulation (SCM) Сигнально-кодовая модуляция Сигма-дельта модуляция (Δ) Сигма-дельта модуляция

Импульсная модуляция Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ или PCM Pulse Code Modulation) Импульсно-кодовая модуляция – Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ или DPCM Differential PCM) Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция Адаптивная дифференциальная импульсно- кодовая модуляция (АДИКМ или ADPCM Adaptive DPCM) Адаптивная дифференциальная импульсно- кодовая модуляция Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) Широтно-импульсная модуляция Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) Амплитудно-импульсная модуляция Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) Частотно-импульсная модуляция Скважностно-импульсная модуляция Фазово-импульсная модуляция (ФИМ) Фазово-импульсная модуляция Дельта-модуляция (ДМ или Δ-модуляция) Дельта-модуляция Сигма-дельта-модуляция (ΣΔ) Сигма-дельта-модуляция

Различные методы модуляции а) метод QPSK (Квадратурная фазовая манипуляция). б) QAM-16 (Quadrature Аmрlitudе Modulation) для передачи 9600 бит/с по линии с пропускной способностью 2400 бод. в) Метод QAM-64.

Стандарт v.32 bis Скорость передачи 33.6 Кбит

ADSL технология Разделение местной линии шириной 1,1 МГц на 256 независимых каналов по 4312,5 Гц в каждом. Канал 0 - это POTS. Каналы с 1 по 5 не используются, чтобы голосовой сигнал не имел возможности интерферировать с информационным. Из оставшихся 250 каналов один занят контролем передачи в сторону провайдера, один - в сторону пользователя, а все прочие доступны для передачи пользовательских данных.

Развитие ADSL технологии Стандарт ADSL (ANSI Т1.413 и IТU G.992.1) позволяет принимать входящий трафик со скоростью 8 Мбит/с и отправлять исходящий со скоростью 1 Мбит/с. Ограниченная пропускная способность в сетях ADSL2+ до 29 Мбит/с. Тем не менее, лишь немногие провайдеры обеспечивают работу с такими параметрами.

Проблемы выбора кода Требуемая полоса пропускания кабеля при заданной скорости передачи; Синхронизация приёма битов; Детектирование начала передачи; Детектирование окончания передачи; Требуемая аппаратура кодирования/декодирования; Количество уровней сигнала кода; Количество требуемых линий передачи; Возможности использования гальванической развязки; Возможности использования разных сред передачи.

Стандартные коды локальных сетей

Рассинхронизация приёма (NRZ)

Код NRZ Достоинства: – Простота реализации; – Минимальная пропускная способность канала. Недостатки NRZ: – Плохая синхронизация; – Фиксированная длина сообщений.

Код RZ Достоинство: – Синхронизация при любой длине пакета. Недостатки: – Большая полоса пропускания; – Сложная передающая и принимающая аппаратура.

Манчестерский код Достоинства: – Самосинхронизирующийся (не требует стартового и конечного бита); – двухуровневая система кодирования, соответствующая ширина пропускания канала (50 МГц и 100МГц ); – легко убираются помехи в канале; – это код используется в Ethernet.

Код 4В/5В (FDDI, Fast Ethernet) ИнформацияКод 4В/5ВИнформацияКод 4В/5В

Код 8В/6Т (100BASE-T4) 8 бит преобразуются в 6 трехуровневых сигналов, которые передаются по трем парам одновременно (за 2 такта по 40 нс.) МГц полоса пропускания (3 категория кабеля) пропускная способность 100МГц.

Код 5В/6В (100VG-AnyLAN) 5 бит передаваемой информации передается кодированием 6 бит по 4 витым парам (12 бит за 3 такта). Полоса пропускания 15 МГц (третья категория) для 100 Мбит в секунду.

Дополнительные коды NRZI и MLT-3 Код NRZI: при нуле уровень не меняется, при единице меняется на противоположный (при кодировании 4b\5b дает хорошую синхронизацию – нет больше трех нулей подряд). Код MLT-3: при нуле уровень не меняется, при единице меняется по цепочке: +U, 0, -U, 0 +U, 0, -U и т.д. (не трогает последовательности нулей, будет хорошо синхронизироваться при 4b\5b кодировании).

Трёхуровневый самосинхронизирующийся код Полоса пропускания как в NRZ, но есть самосинхронизация в каждом бите.

Код PAM 5 (1000BASE-T) Код для Gigabin Ethrnet с пятью уровнями; – средний уровень нет передачи; – для двух бит есть синхронизация; – постоянный уровень сигнала для двух бит. Для гигабита требуется полоса пропускания 125 МГц. (используется по две пары в каждую сторону и кабель пятой категории). Но хуже помехоустойчивость.

Принципы создания новых кодов Обеспечение самосинхронизации: – Введение дополнительных переходов: в пределах битового интервала; между битами; – Введение дополнительных битов; Увеличение скорости передачи (или снижение требований к среде передачи при заданной скорости): – Увеличение количества уровней сигнала (до 3-5); – Увеличение количества линий передачи (до 2-4).

Ethernet Ethernét стандарт пакетной технологии компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне. Ethernet в описывается стандартами IEEE группы Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС.

Формат кадра Ethernet