Человек в своем стремлении общаться друг с другом, это привело его к поиску различных путей. Начиная с знаков или жестов доисторических людей, чтобы получить разговорный язык. Позже ему нужно было иметь возможность расширить свое общение в своей географической среде, используя дымовые сигналы, зеркальные вспышки, сигналы флагов - все с общей целью, которые покрывали и до сих пор покрывают потребности времени. С течением времени и техническим прогрессом пришли инновации: КОД Морзе через телеграф с помощью кабелей позволял осуществлять связь на большие расстояния за секунды.
Позже был изобретен способ передачи голоса на большие расстояния, и таким образом родился телефон. Позже появилась радиосвязь, затем передача изображений по телевидению.
В 60-е годы началась эпоха компьютеров, а вместе с ней и идея соединения нескольких компьютеров друг с другом, которая стала реальностью в 70-е годы. В этом последнем пункте основной упор будет сделан на коммуникации между компьютерами, их интерфейсы, методы и средства.
Цели и основные части
Основной целью коммуникации является обмен информацией между двумя субъектами.
Источник: это устройство, которое генерирует данные для передачи.
Передатчик: обычно сгенерированные данные не передаются, поскольку они генерируются. Передатчик преобразует и кодирует информацию, производящую электромагнитные сигналы, которые должны быть переданы через некоторую систему передачи.
Система передачи: это может быть кабель от простой линии передачи до сложной сети, соединяющей источник с пунктом назначения.
Приемник: принимает сигнал от системы передачи и преобразует его таким образом, чтобы его могло обрабатывать целевое устройство.
Пункт назначения: принимает данные от получателя.
Передача данных
Передача данных между отправителем и получателем всегда осуществляется через среду передачи. Их можно разделить на управляемые и неуправляемые. В обоих случаях связь осуществляется с помощью электромагнитных волн. В управляемых средах, таких как витые пары, коаксиальные кабели и оптические волокна, волны передаются, ограничивая их на физическом пути. Напротив, неуправляемые среды обеспечивают способ передачи электромагнитных волн, но без их направления, например, распространение через воздух, море или вакуум.
Аналоговые и цифровые сигналы
Необходимо учитывать характер данных, то, как они физически распространяются, и какая обработка или корректировки необходимы на этом пути, чтобы гарантировать, что полученные данные понятны. С учетом всех этих соображений решающим моментом является то, будет ли они являются цифровыми или аналоговыми объектами. В коммуникациях эти два термина часто используются для характеристики следующих трех понятий:
Данные: сущность, несущая информацию. Сигналы имеют электрическую или электромагнитную кодировку.
Сигнализация: это акт распространения сигнала через подходящую среду.
Передача: это передача данных посредством распространения и обработки сигналов.
Данные
Аналоговые данные могут принимать значения в определенном непрерывном интервале.
Цифровые данные принимают дискретные значения.
Аналоговыми данными может быть голос, который представляет собой значение интенсивности, которое непрерывно изменяется. А цифровые данные будут текстом.
Возьмем голос как пример аналоговых данных. В акустическом спектре человеческого голоса можно найти компоненты с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Хотя большая часть энергии речи находится в низких частотах, эксперименты показали, что частоты ниже 600-700 Гц вносят небольшой вклад в разборчивость речи человеческим ухом.
Наиболее типичным примером цифровых данных являются текстовые или символьные строки. Хотя тексты больше подходят для людей, в целом их нелегко передать или сохранить (в виде символов) в системах обработки или коммуникации. Такие системы предназначены для двоичных данных. По этой причине было разработано большое количество кодов, в которых символы представлены последовательностью битов. Возможно, самым известным первым примером является код Морзе, и в настоящее время это код ASCII.
сигналы
В системе связи данные передаются из одной точки в другую с помощью электрических сигналов. Аналоговый сигнал - это непрерывно меняющаяся электромагнитная волна. Цифровой сигнал - это последовательность импульсов напряжения, которые могут передаваться по кабелю; Например, постоянный положительный уровень напряжения может представлять двоичную 1, а постоянный отрицательный уровень напряжения может представлять 0.
Примеры
В случае голоса данные могут быть напрямую представлены электромагнитным сигналом того же спектра.
Передача инфекции
Как аналоговые, так и цифровые сигналы могут передаваться через подходящие средства передачи.
Особенности обработки этих сигналов будут зависеть от конкретной системы передачи. В следующей таблице эти детали описаны более подробно:
Данные и сигналы
| Аналоговые данные | Цифровые данные | |
| Аналоговый сигнал | Возможны две альтернативы: (1) сигнал занимает тот же спектр, что и аналоговые данные; (2) Аналоговые данные кодируются, занимая другую часть спектра. | Аналоговые данные кодируются с помощью кодека для генерации битовой строки |
| Цифровой сигнал | Цифровые данные кодируются с помощью модема для генерации аналогового сигнала. | Существует две альтернативы: (1) сигнал состоит из двух уровней напряжения, представляющих два двухгодичных значения (2) цифровые данные кодируются для получения цифрового сигнала с желаемыми свойствами |
Обработка сигналов
| Аналоговая передача | Цифровая передача | |
| Аналоговый сигнал | Он распространяется через усилители; он обрабатывается одинаково, если сигнал используется для представления аналоговых или цифровых данных | Аналоговый сигнал должен представлять цифровые данные. Сигнал проходит через репитеры; В каждом репитере из входного сигнала получают два цифровых данных, которые используются для восстановления нового аналогового выходного сигнала. |
| Цифровой сигнал | Не используется | Цифровой сигнал представляет собой строку из единиц или нулей, которая может представлять цифровые данные или может быть результатом кодирования аналоговых данных. Сигнал распространяется через |
Выбор лучшего способа передачи:
Как аналоговые, так и цифровые сигналы могут передаваться через подходящие средства передачи. Аналоговая передача - это способ передачи аналоговых сигналов независимо от их содержания; Сигналы могут представлять аналоговые данные (например, голосовые) или цифровые данные (например, двоичные данные, которые проходят через модем). Во всех случаях сигнал будет ослабевать с расстоянием, и для достижения больших расстояний потребуется использовать усилители.
При аналоговой передаче, когда используются каскадные усилители, сигнал становится все более искаженным. Для аналоговых данных могут быть допущены некоторые небольшие искажения, поскольку данные все еще понятны. Для цифровой передачи происходит обратное, так как усилители будут вносить шум, который трансформируется в ошибки.
При цифровой передаче, наоборот, это зависит от содержания сигнала. Цифровой сигнал может передаваться только на ограниченное расстояние, поскольку затухание и другие отрицательные аспекты могут вносить ошибки в передаваемые данные. В этом случае используются повторители, которые восстанавливают последовательность нулей и единиц и повторно передают ее.
Текущий выбор - цифровая технология как наиболее надежное средство передачи, в отличие от различных инвестиций в аналоговую связь. Постепенно первая навязывается пользователям и компаниям. Приведем несколько причин, почему такая тенденция к цифровым технологиям.
- Цифровые технологии: усовершенствования в технологиях крупномасштабной интеграции (LSI) и очень крупномасштабной интеграции (VLSI) привели к уменьшению как размера, так и стоимости технологий цифровых процессоров. Напротив, аналоговая технология не претерпела подобных изменений. Целостность данных: при использовании ретрансляторов вместо усилителей шум и другие негативные эффекты не суммируются. Это означает, что с помощью цифровых технологий можно передавать данные с сохранением целостности на большие расстояния, используя даже линии более низкого качества. Загрузка производственных мощностей:Прокладка широкополосных линий передачи стала возможной для таких сред, как спутниковая и волоконная оптика. Для эффективного использования всей этой полосы пропускания требуется высокая степень мультиплексирования. Это проще и дешевле сделать с помощью цифровых методов (временное разделение), чем аналоговых методов (частотное разделение). Безопасность и конфиденциальность: методы шифрования могут применяться к цифровым или аналоговым данным, которые ранее были оцифрованы. Интеграция: обработка аналоговых и цифровых данных позволяет одинаково обрабатывать все сигналы. Таким образом обеспечивается интеграция голоса, видео и данных с использованием одной и той же инфраструктуры.
Нарушения передачи
В любой системе связи необходимо принять, что принятый сигнал будет отличаться от переданного сигнала из-за различных неблагоприятных факторов и неудач при передаче.
Наиболее значительные нарушения:
- Затухание и затухание искажение задержка искажение шум
ослабление
Энергия сигнала затухает с расстоянием в любой среде передачи. Три соображения могут быть сделаны в отношении затухания.
Во-первых, полученный сигнал должен иметь достаточную мощность, чтобы электронные схемы приемника могли правильно обнаруживать и интерпретировать сигнал. Во-вторых, чтобы сигнал был принят без ошибок, он должен сохранять уровень, значительно превышающий уровень шума. В-третьих, ослабление является возрастающей функцией частоты.
В итоге; Первые две проблемы решаются путем управления энергией сигнала, для чего используются повторители или усилители.
Третья проблема особенно актуальна для аналоговых сигналов, потому что затухание меняется в зависимости от частоты, принимаемый сигнал искажается, что снижает разборчивость.
Задержка искажения
Это явление характерно для управляемых СМИ. Это вызвано тем, что скорость распространения сигнала в среде зависит от частоты.
Для сигнала с ограниченной полосой частот скорость обычно выше около центральной частоты и уменьшается по мере приближения к концам полосы. Это называется искажением задержки, поскольку принимаемый сигнал искажается из-за переменной задержки, которую испытывают его компоненты.
Шум
В любых передаваемых данных принятый сигнал будет состоять из переданного сигнала, модифицированного искажениями, вносимыми системой передачи, в дополнение к нежелательным сигналам, которые вставляются между передатчиком и приемником. Последние называют шумом
Шум можно классифицировать по его происхождению:
- Тепловой шум:
Это связано с тепловым возбуждением электронов внутри проводника. Он присутствует во всех электронных устройствах и средствах передачи данных, поскольку, как указывает его название, является функцией температуры.
- Интермодуляционный шум:
Когда сигналы разных частот используют одну и ту же среду передачи, может возникать интермодуляционный шум. Это необходимо для генерации сигналов на частотах, которые являются суммой или разностью двух исходных частот или кратными им. Это могло произойти из-за неисправности систем или использования чрезмерной энергии сигнала.
- Перекрестные помехи:
это нежелательная связь между линиями, по которым передаются сигналы. Это может происходить из-за электрического соединения между кабелями близких пар. Перекрестные помехи того же порядка или того же порядка, что и тепловой шум
- Импульсный шум:
другие предыдущие шумы предсказуемы и имеют постоянную величину, напротив, импульсный шум не является непрерывным и состоит из нерегулярных импульсов или пиков короткой длительности и относительно большой амплитуды. Они могут быть вызваны различными причинами, такими как внешние электромагнитные помехи, вызванные атмосферными штормами, или сбои и дефекты в системах связи. Импульсный шум - одна из основных причин потери данных при цифровой связи.
- Емкость канала:
Было замечено множество негативных эффектов, искажающих или искажающих сигнал. Только для цифровых данных возникает вопрос, в какой степени эти дефекты влияют на скорость их передачи. Вот почему здесь обсуждается пропускная способность канала, то есть скорость, с которой данные могут передаваться по каналу или тракту передачи данных.
Есть четыре основных понятия, связанных с пропускной способностью канала, а именно:
- Скорость передачи данных; которая представляет собой скорость, выраженную в битах в секунду (бит / с), с которой могут передаваться данные. это полоса пропускания передаваемого сигнала, которая будет ограничена передатчиком и природой среды передачи; измеряется в циклах в секунду или в герцах Шум; средний уровень шума на пути передачи. Коэффициент ошибок; является причиной ошибок, где ошибка считается, когда 1 получено с передачей 0 и наоборот.
Передача средств массовой информации
Вот 3 наиболее часто используемых управляемых носителя и введение в то, что такое неуправляемый носитель.
Среда передачи - это физический путь между передатчиком и приемником. Они делятся на управляемые и неуправляемые. В обоих случаях передача осуществляется электромагнитными волнами. В управляемых средах волны ограничены твердой средой, например витой парой. Атмосфера или космическое пространство являются примерами неуправляемых средств массовой информации, обеспечивающих средства передачи сигналов, но не ограничивающих их; этот тип передачи называется беспроводной.
Характеристики и качество передачи определяются как типом сигнала, так и характеристиками среды. В случае управляемых средств массовой информации средства массовой информации являются наиболее важными при определении ограничений передачи.
В неуправляемых средах ширина полосы сигнала, излучаемого антенной, является более важной, чем сама среда, при определении характеристик передачи.
Управляемые средства передачи
В управляемых средах передачи пропускная способность, с точки зрения скорости передачи или ширины полосы, существенно зависит от расстояния и от того, используется ли среда для двухточечной линии связи или для многоточечной линии связи, такой как LAN.
Тремя наиболее часто используемыми управляемыми средами для передачи данных являются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволокно.
Витая пара
- Физическое описание:
Витая пара состоит из двух медных кабелей, встроенных в изолятор, скрещенных по спирали. Каждая пара кабелей представляет собой только одну линию связи. Обычно используются связки, в которых несколько пар заключены в защитную оболочку. Использование оплетки имеет тенденцию уменьшать электромагнитные помехи (перекрестные помехи) между соседними парами в пределах одной оболочки.
- Приложения:
Как для цифровых, так и для аналоговых сигналов сегодня наиболее широко используется витая пара. В цифровых приложениях чаще всего используется витой APR, особенно для подключения к цифровому коммутатору, а также для подключения локальных сетей внутри зданий. Типичная скорость 10 Мбит / с. Хотя в настоящее время эта скорость уже широко превышена.
- Характеристики трансмиссии:
Кабели витой пары могут использоваться для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов. Для аналоговых сигналов усилители нужны каждые 5 или 6 км, а для цифровых сигналов - каждые 2 или 3 км.
Витая пара имеет сильную зависимость затухания от частоты. Его основные характеристики - большая восприимчивость к помехам и шумам.
Варианты
Экранированные и неэкранированные витые пары
Витая пара бывает двух вариантов: экранированная и неэкранированная.
Неэкранированная витая пара (UTP) - распространенная среда в телефонии. Желтый неэкранированный (STP «Экранированная витая пара») используется для компьютерных сетевых подключений.
UTP типа 3 и 5
В 1991 году EIA («Ассоциация электронной промышленности») опубликовала стандарт EIA-568, названный «Стандарт телекоммуникационных кабелей для коммерческих зданий», который определяет использование неэкранированных витых пар и экранированных пар телефонного класса в качестве среды передачи данных. данные в зданиях.
В стандарте EIA-568-A рассматриваются три типа кабелей UTP.
- Тип 3: состоит из кабелей и связанного с ними оборудования, рассчитан на частоты до 16 МГц Тип 4: состоит из кабелей и соответствующего оборудования, рассчитан на частоты до 20 МГц Тип 5: состоит из кабелей и соответствующего оборудования, предназначенных для частот до 100 МГц..
Коаксиальный кабель
Физическое описание
Как и витая пара, он имеет два проводника, но имеет другую конструкцию, поэтому может работать в более широком диапазоне частот. Он состоит из внешнего цилиндрического проводника, который окружает проводящий кабель. Внутренний проводник удерживается вдоль осевой оси серией регулярно расположенных изолирующих колец из твердого диэлектрического материала. Внешний проводник закрывается защитным кожухом или рукавом.
Приложения
Благодаря своей универсальности наиболее важными приложениями являются:
- Распределение телевидения Междугородняя телефония Связь с периферийными устройствами на короткие расстояния Локальные сети
- Характеристики трансмиссии
Волоконно - оптические
Физическое описание
Волоконная оптика - это гибкая и очень тонкая среда, способная проводить энергию оптического характера.
Волоконно-оптический кабель имеет цилиндрическую форму и состоит из трех концентрических частей: сердечника, оболочки и оболочки. Сердечник - это самая внутренняя часть, состоящая из одного или нескольких стеклянных или пластиковых волокон. Каждое волокно окружено собственной оболочкой, которая представляет собой не что иное, как другой кристалл с оптическими свойствами, отличными от сердцевины., Самый внешний слой, который окружает одно или несколько покрытий, - это покрытие.
Приложения
Дифференциальные характеристики оптического волокна по сравнению с коаксиальным кабелем и витой парой.
- Большая полоса пропускания: полоса пропускания и, следовательно, скорость передачи в оптоволокнах огромна. Эксперименты показали, что скорость передачи данных 2 Гбит / с может быть достигнута на расстоянии десятков километров. Меньшие размер и вес: они значительно тоньше коаксиального кабеля или вытянутой витой пары.Уменьшение размера, в свою очередь, ведет к уменьшению веса, что снижает инфраструктуру. Более низкое затухание: оно значительно ниже в оптических волокнах, чем в коаксиальных кабелях и витых парах, и является постоянным в широком диапазоне частот. Большее разделение репитеров: чем меньше ретрансляторов, тем ниже стоимость и, в свою очередь, меньше источников ошибок.
Характеристика по передаче
Свет от источника проникает в ядро. Лучи, падающие под углом к поверхности, отражаются и распространяются внутри сердцевины волокна, тогда как под другими углами лучи поглощаются материалом оболочки. Есть два типа передачи: многомодовая и одномодовая.
Беспроводная передача
В неуправляемых средах и передача, и прием осуществляются с помощью антенн. Существует в основном два типа настроек для беспроводной передачи: направленная и всенаправленная. В первом передающая антенна излучает электромагнитную энергию, концентрируя их в луче; поэтому передающая и приемная антенны должны быть точно выровнены. Во всенаправленном случае диаграмма направленности антенны рассеивается, излучается во всех направлениях, и сигнал может приниматься несколькими антеннами.
Физический интерфейс
Для двух устройств, соединенных средой передачи для обмена данными, необходима высокая степень взаимодействия. Обычно данные передаются по носителю бит за битом; синхронизация этих битов должна быть одинаковой для получателя и отправителя. Есть два распространенных метода управления синхронизацией: асинхронная и синхронная передача.
Синхронная и асинхронная передача
Асинхронная передача
Он состоит в том, чтобы избежать проблемы синхронизации, непрерывно отправляя строку битов, которая не очень длинная. Вместо этого данные передаются посимвольно, каждый символ имеет длину от 5 до 8 бит. Во время вывода символа необходимо поддерживать синхронизацию или синхронизацию, поскольку получатель имеет возможность повторно синхронизировать в начале каждого символа.
Начало каждого символа обозначается стартовым битом, который соответствует двоичному значению 0. Затем символ передается, начиная с младшего бита, который будет иметь от пяти до восьми битов. Например, в символах ASCII первый передаваемый бит помечен как b1. Обычно за этим следует бит четности, который соответствует старшему значащему биту. Бит четности определяется в отправителе таким образом, чтобы количество единиц в символе, включая бит четности, было четным или нечетным. Этот бит также используется для обнаружения ошибок. Последний элемент - стоп, что соответствует двоичной единице.
Асинхронная передача проста и недорога, хотя для каждого символа требуется 2 или 3 дополнительных бита. Например, в 8-битном коде, если используется 1 стоповый бит, из каждых 10 битов 2 не будет содержать информации, поскольку они будут выделены для синхронизации; поэтому дополнительные биты достигают 20%.
Синхронная передача
Здесь блок битов передается в виде постоянной строки без использования кодов запуска или остановки. Чтобы предотвратить рассинхронизацию между отправителем и получателем, их часы должны быть каким-то образом синхронизированы. Одна из возможностей может заключаться в передаче тактового сигнала по отдельной линии.
Один конец (приемник или передатчик) будет регулярно посылать короткие импульсы. Другой конец будет использовать этот сигнал как часы. Эта техника хорошо работает на коротких дистанциях, а не на больших.
Другой альтернативой является включение информации о синхронизации в сам сигнал данных.
При синхронной передаче также требуется дополнительный уровень синхронизации, чтобы приемник мог определить, где находятся начало и конец каждого блока данных. Для этого каждый блок начинается с битовой комбинации преамбулы и обычно заканчивается битовой комбинацией конца.
Настройки линии
Две из конфигураций, которые различают различные конфигурации канала, представляют собой топологию и то, является ли канал "полудуплексным" или "полнодуплексным".
Топология
Термин топология относится к физическому расположению станций в среде передачи.
Полный дуплекс и полудуплекс
Обмен данными по линии передачи можно классифицировать как «полнодуплексный», «полудуплексный». При полудуплексной передаче каждый раз может передавать только одна из двух станций связи точка-точка. Это сравнимо с однополосным мостом с двусторонним движением.
При полнодуплексной передаче две станции могут одновременно отправлять и получать данные. Этот режим называется одновременным в двух направлениях и сравним с двухполосным мостом с движением в обоих направлениях.
В цифровой сигнализации, где требуется управляемая среда, для полнодуплексной передачи обычно требуется два отдельных пути (например, две витые пары), тогда как для полудуплексной передачи обычно требуется один. Для аналоговой сигнализации это будет зависеть от частоты: если станция передает и принимает на одной и той же частоте, для беспроводной передачи она должна работать в полудуплексном режиме, хотя для управляемых сред она может работать в полнодуплексном режиме, используя две разные линии передачи., Интерфейсы
Большинство устройств, используемых для обработки данных, имеют ограниченную пропускную способность. Рассматриваемые устройства, обычно терминалы и компьютеры, обычно называются DTE («оконечное оборудование данных»). DTE использует среду передачи через DCE («оборудование для терминирующей передачи данных»). Пример последнего - модем. С одной стороны, DCE отвечает за передачу и прием битов, по одному или за раз, через среду передачи или сеть. С другой стороны, DCE должна взаимодействовать с DTE. Каждая пара DTE-DCE должна быть разработана для совместной работы. Спецификация интерфейса имеет четыре важных характеристики:
- Механические, электрические, функциональные, процедурные.
Механические характеристики связаны с физическим соединением между DTE и DCE. Как правило, цепи управления и обмена сигналами сгруппированы в кабель с разъемом, мужской или женский, на каждом конце. DTE и DCE должны иметь разъемы разного пола на каждом конце кабеля.
Электрические характеристики связаны с уровнями напряжения и их временем. И DTE, и DCE должны использовать один и тот же код (например, NRZ-L), должны использовать одинаковые уровни напряжения и должны использовать одинаковую продолжительность для элементов сигнала.
Функциональные характеристики определяют последовательность событий, которые должны происходить при передаче данных, исходя из функциональных характеристик интерфейса.
Для интерфейса существует несколько стандартизаций. Вот два наиболее значимых: V.24EIA-232-E и физический интерфейс ISDN.
V.24 / EIA-232-E
Наиболее широко используется интерфейс, указанный в стандарте ITU-T V.24. Фактически, этот стандарт определяет только функциональные и процедурные аспекты интерфейса; V.24 относится к другим стандартам по электрическим и механическим аспектам. В США существует соответствующая спецификация, охватывающая четыре упомянутых аспекта: EIA-232. Соответствие такое:
- Механические: ISO 2110 Электрические: V.28 Функциональные: V.24 Процедурные: V.24
Этот интерфейс используется для подключения модемных устройств DTE по качественным телефонным линиям для использования в общественных аналоговых телекоммуникационных системах.
Механические характеристики
Для EIA-232-E используется разъем из 25 металлических контактов, распределенных особым образом, как определено в ISO 2110. Этот разъем является терминатором кабеля, идущего от DTE (терминала) к DCE.
Электрические характеристики
Цифровые вывески используются на всех телефонных станциях. Электрические значения будут интерпретироваться как двоичные или как управляющие сигналы, в зависимости от функции схемы обмена. Эта нормализация указывает, что относительно общего заземления напряжение более отрицательное, чем 3 вольта, интерпретируется как двоичная 1, а напряжение более 3 вольт интерпретируется как двоичный 0. Это соответствует коду NRZ-L. Интерфейс используется со скоростью менее 20 кбит / с на расстоянии менее 15 метров.
Функциональные характеристики
Цепи сгруппированы в данные, управление, синхронизацию и заземление. В каждом направлении имеется одна цепь, поэтому полнодуплексная работа разрешена. Кроме того, есть две вторичные цепи передачи данных, которые полезны, когда устройство работает в полудуплексном режиме.
Всего пятнадцать цепей управления. Первые 10 относятся к передаче данных по первичному каналу. Для асинхронной передачи используются шесть из этих цепей. В дополнение к этим шести схемам в синхронной передаче используются еще три схемы управления.
Схема детектора качества сигнала включается DCE, чтобы указать, что качество входного сигнала по линии ухудшилось выше определенного порога. Схемы для выбора скорости сигнала данных («детектор скорости сигнала данных») используются для изменения скорости; И DTE, и DCE могут начать модификацию.
Последняя группа сигналов связана с проверкой соединения между DTE и DCE. Эти схемы позволяют DTE испытывать DCE соединение. Эти схемы полезны только в том случае, если рассматриваемый модем или DTE допускает контур управления.
Мониторинг контуров - полезный инструмент для диагностики неисправностей. Локальный цикл проверяет работу локального интерфейса, а также локального DCE. С помощью удаленных тестов вы можете проверить работу канала передачи и удаленного АКД.
Синхронизирующие сигналы обеспечивают синхронизирующие импульсы при синхронной передаче. Когда DCE отправляет данные через схему приема данных, она одновременно передает переходы от 0 к 1 или от 1 к 0 через схему синхронизации приемника с переходами в середине каждого элемента сигнала в схеме приемника. Данные. Когда DTE отправляет синхронные данные, и DTE, и DCE могут предоставлять импульсы синхронизации.
Процедурные спецификации.
Характеристики процедуры определяют последовательность использования различных схем данного приложения.
Например: есть два устройства, подключенных очень близко друг к другу, они называются модемами частных линий. Они принимают сигналы DTE и преобразуют их в аналоговые сигналы, передают их на короткое расстояние через среду и передают на короткое расстояние через среду. На другом конце линии находится другой модем с ограниченным расстоянием, который принимает входные цифровые сигналы, преобразует их в цифровые и передает их на удаленный терминал или компьютер. Предполагается, что обмен информацией двусторонний. В этом приложении нужны только схемы обмена:
- Наземный сигнал (102) Передача данных (103) Прием данных (104 Отправить запрос (105) Готов к отправке (106) Готов к DCE (107) Детектор принятого сигнала (109)
Когда модем (DCE) включен и готов к работе, он активирует линию готовности DCE (подает постоянное отрицательное напряжение). Когда DTE готово к отправке данных, оно активирует активированную линию для подготовки. Модем отвечает, когда готов, активируя цепь готовности к отправке. Если передача полудуплексная, схема запроса на отправку, в свою очередь, запрещает режим приема. DTE теперь может передавать данные по линии передачи данных. Когда данные принимаются от удаленного модема, локальный модем активирует линию детектора принятого сигнала, чтобы указать, что удаленный модем передает, а также передает данные по линии приема данных.
Физический интерфейс ISDN
Широкий спектр функций, предоставляемых V.24 / EIA-232-E, достигается за счет использования большого количества схем обмена. Это дорогое решение. Альтернативой могло бы быть использование меньшего числа цепей, включающих больше управляющей логики между интерфейсами DTE и DCE. ISDN - это полностью цифровая сеть, которая заменит существующие в настоящее время аналоговые телекоммуникационные и телефонные сети общего пользования.
Физическая связь
В терминологии ISDN устанавливается физическое соединение между оконечным оборудованием (TE) и оконечным оборудованием линии (NT). Для исследования, которое будет проведено здесь, эти термины приблизительно соответствуют DTE и DCE соответственно. Физическое соединение, определенное в ISO 8877, указывает, что кабели NT и TE имеют два соответствующих разъема, каждый с 8 контактами.
Два контакта используются для передачи данных в каждом из двух адресов. Контактные клеммы используются для соединения цепей между NT и TE через витые пары. Поскольку схемы не имеют конкретных функциональных характеристик, приемные и передающие схемы используются для передачи данных и сигналов управления. Передача управления передается с использованием сообщений.
Электрические характеристики
Электрическая спецификация ISDN гласит, что используется симметричная передача, сигналы передаются по двум проводам, например по витой паре. Сигналы передаются в виде тока, который проходит по одному из проводников и возвращается по другому, образуя замкнутую цепь. В случае цифровых сигналов этот метод называется дифференциальной сигнализацией, поскольку двоичные значения зависят от направления разностей напряжений между двумя проводниками. Несбалансированная передача используется на более старых интерфейсах, таких как EIA-232, расстояния обычно короткие.
Сбалансированный режим более терпим и производит меньше шума, чем несбалансированный режим. В идеале помехи в симметричной линии будут одинаково влиять на оба проводника и, следовательно, не будут влиять на разницу напряжений.Поскольку несимметричная передача не имеет этих преимуществ, ее использование обычно ограничивается коаксиальными кабелями.
Формат, используемый при кодировании данных на интерфейсе ISDN, зависит от соотношения данных. В базовой ссылке (192 кбит / с) стандарт определяет использование псевдо-третичного кодирования. Двоичные единицы представлены отсутствием напряжения, а двоичный ноль представлен отрицательным или положительным импульсом 750 мВ. Для основного канала есть две возможности: если вы выберете скорость передачи данных, равную 1,544 Мбит / с, используйте кодирование с альтернативной инверсией меток (AMI) с B8ZS, и если вы выберете скорость, равную Кодирование 2049 Мбит / с AMI используется с HDB3.
Кодирование данных
Аналоговая передача основана на непрерывном сигнале постоянной частоты, который называется несущей. Несущая частота выбирается в соответствии с характеристиками используемой среды. Данные могут передаваться путем модуляции несущего сигнала, где под модуляцией понимается процесс кодирования данных, генерируемых источником, в сигнале с частотой fc.
Все методы модуляции включают изменение одного или нескольких из трех основных параметров несущей:
- Амплитуда частота фаза
Входной сигнал называется модулирующим сигналом.
Цифровые данные, Цифровые сигналы
Цифровой сигнал - это последовательность дискретных и прерывистых импульсов, каждый из которых является элементом сигнала.
Если все сигнальные элементы имеют один и тот же алгебраический знак, то есть все они положительные или отрицательные, это называется «униполярным» сигналом. В «полярном» сигнале, с другой стороны, одно логическое состояние будет представлено положительным уровнем напряжения, а другое - отрицательным уровнем. Скорость передачи данных сигнала - это скорость передачи, выраженная в битах в секунду, с которой передаются данные. С другой стороны, «скорость модуляции» - это скорость или скорость, с которой уровень сигнала изменяется в секунду.
| Законченный | Единицы | Определение |
| Элементы данных | биты | Двоичная единица или ноль |
| Причина данных | Бит в секунду (бит / с) | Причина, по которой передаются элементы данных |
| Элемент сигнала | Цифровой: импульс напряжения постоянной амплитуды | Та часть сигнала, которая занимает самый короткий интервал, соответствующий сигнальному коду. |
| Коэффициент передачи сигналов или скорость модуляции | Количество сигнальных элементов в секунду (бод) | Соотношение, с которым передаются элементы сигнала |
Важным фактором, который можно использовать для повышения производительности системы, является сама схема кодирования. Это просто соответствие, которое устанавливается между битами данных с элементами сигнала.
Мы рассматриваем следующие процедуры для вашей оценки и сравнения:
Определение форматов кодирования цифрового сигнала
| Нет возврата к нулю (NRZ-L) | 0 = высокий уровень
1 = низкий уровень |
| Нет возврата к нулевой инверсии (NRZI) | 0 = нет перехода в начале интервала (по одному биту за раз)
1 = переход к началу интервала |
| Биполярный -AMI | 0 = нет сигнала
1 = положительный или отрицательный уровень, чередующийся |
| пСЕВДОТРОЙНЫЕ | 0 = положительный или отрицательный уровень, чередующийся
1 = переход от низкого к высокому среднему диапазону |
| Манчестер | 0 = переход от высокого к низкому в середине интервала
1 = переход от низкого к высокому среднему диапазону |
| Дифференциальный Манчестер | В середине интервала всегда есть переход
0 = переход к началу интервала 1 = нет перехода в начале интервала |
| B8ZS | То же, что и bipolar-AMI, за исключением того, что любая строка из восьми нулей заменяется строкой с двумя нарушениями кода. |
| HDB3 | То же, что и Bipolar-AMI, за исключением того, что любая строка из четырех нулей заменяется строкой, содержащей нарушение кода |
- Спектр сигнала: Отсутствие сигнала на высоких частотах означает, что для передачи требуется меньшая полоса пропускания. Кроме того, отсутствие прямой составляющей (постоянного тока) также является желательной характеристикой. Если сигнал непрерывный, для его передачи требуется наличие прямого физического соединения; если сигнал не содержит прямой составляющей, его передача возможна через связанные трансформаторы. Синхронизация: необходимо определить начало и конец каждого бита. Это достигается за счет обеспечения синхронизации через сам передаваемый сигнал. Обнаружение ошибок: Эти методы являются ответственностью уровня выше уровня сигнализации, называемого управлением каналом передачи данных. Полезно иметь возможность обнаружения ошибок, встроенную в схему кодирования на физическом уровне. Устойчивость к шуму и помехам: некоторые коды демонстрируют лучшее поведение в присутствии шума, чем другие. Это измеряется количеством ошибок на бит. Стоимость и сложность: чем выше соотношение элементов сигнала для данной скорости передачи, тем выше стоимость.
Нет возврата к нулю (NRZ, «Невозврат к нулю»)
Наиболее распространенный и простой способ передачи цифровых сигналов - использование разного уровня напряжения для каждого из битов.
NRZ обычно используется для генерации или интерпретации двоичных данных в терминалах и других устройствах.
Вариант NRZ называется NRZI («Невозврат к нулю, инвертирование единиц»). Как и NRZ-L, NRZI поддерживает постоянный уровень напряжения в течение одного бита. Данные кодируются наличием или отсутствием перехода сигнала в начале интервала длительности бит, 1 кодируется переходом (от низкого к высокому или от высокого к низкому) в начале битового интервала, в то время как ноль представлен отсутствием перехода.
NRZI - это пример дифференциального кодирования. В дифференциальном кодировании вместо определения абсолютного значения сигнал декодируется путем сравнения полярности соседних элементов сигнала. Преимущество этой схемы заключается в том, что при наличии шума безопаснее обнаружить переход, а не сравнивать значение с пороговым значением. Еще одно преимущество состоит в том, что в сложной переходной системе несложно потерять полярность сигнала. Например, на линии витой пары, если кабели случайно перепутаны, все 1 и 0 на NRZ-L будут обратными.
Коды NRZ проще всего реализовать, и они также характеризуются эффективным использованием полосы пропускания.
Основное ограничение сигналов NRZ - это наличие составляющей постоянного тока и отсутствие возможности синхронизации. Например, длинная строка из единиц или нулей в схеме NRZ-L или строка нулей в NRZ-I будет закодирована как постоянный уровень напряжения в течение длительного интервала времени. В этих ситуациях любое колебание между тайминговыми сигналами передатчика и приемника приведет к потере синхронизации между ними.
Многоуровневый двоичный
Так называемые методы многоуровневого двоичного кодирования устраняют некоторые недостатки, упомянутые для кодов NRZ.
В случае биполярной схемы AMI двоичный 0 представлен отсутствием сигнала, а двоичная 1 представлена как отрицательный или положительный импульс. Импульсы, соответствующие 1, должны иметь переменную полярность. Преимущества этой схемы: не возникнет проблем с синхронизацией в случае длинной цепочки из 1. Каждая единица вызывает переход, поэтому получатель может синхронизироваться на этом переходе. Длинная строка 0 по-прежнему проблема. Нет сплошных компонентов. Кроме того, ширина полосы результирующего сигнала намного меньше, чем у NRZ.
Те же комментарии относятся к псевдотроичным кодам. В этом случае бит 1 представлен отсутствием сигнала, а 0 - импульсами переменной полярности.
Одной из проблем, которые еще не решены, является степень синхронизации этих кодов.
двухфазный
Некоторыми альтернативными методами являются Biphase, которые преодолевают ограничения, обнаруженные в кодах NRZ. Часто используются два из этих методов, называемые манчестерским и дифференциальным.
В манчестерском коде всегда есть переход в середине интервала длительности бита. Этот переход в середине бита служит процедурой синхронизации при передаче данных: переход от низкого к высокому уровню представляет 1, а переход от высокого к низкому уровню соответствует 0. В манчестерском дифференциале переход к половина интервала используется только для обеспечения синхронизации. Кодирование 0 представлено наличием перехода в начале битового диапазона, а 1 представлено отсутствием перехода.
Все методы Biphase вызывают по крайней мере один переход для каждого бита и могут иметь до двух переходов за один и тот же период. Следовательно, максимальная скорость модуляции вдвое больше, чем у NRZ; это означает, что требуемая пропускная способность выше.
Преимуществами двухфазных схем являются:
- Синхронизация: из-за перехода, который всегда происходит в течение интервала длительности, соответствующего одному биту, приемник может синхронизироваться с использованием этого перехода.Он не имеет компонента постоянного тока Обнаружение ошибок: ошибки могут быть обнаружены, если в середине обнаруживается отсутствие ожидаемого перехода интервала
Техники взлетов и падений
Признание того, что двухфазные схемы были достигнуты в сетях LAN на относительно высоких скоростях (до 10 Мбит / с), не может быть перенесено в сети на большие расстояния.
Основная причина этого заключается в том, что в двухфазном режиме требуется высокая скорость сигнальных элементов по сравнению со скоростью передачи данных.
Другой альтернативный подход - использовать некоторую процедуру или технику «взлетов и падений». Идея проста: заменить последовательности битов, которые вызывают постоянные уровни напряжения, другими последовательностями, которые обеспечивают достаточное количество переходов вверх и вниз, чтобы часы приемника могли синхронизироваться. В приемнике заменяемая последовательность должна быть идентифицирована, поскольку она будет иметь ту же длину, что и исходная.
Цели этих методов:
- Избегайте составляющих постоянного тока Избегайте длинных последовательностей, которые соответствуют сигналам нулевого напряжения Не снижайте скорость передачи данных Способность обнаруживать ошибки
Одна из схем кодирования, используемая в Северной Америке, называется B8ZS («Биполярная с замещением 8 нулями») и основана на биполярном AMI. Обратной стороной кодов AMI является то, что длинная последовательность нулей может привести к потере синхронизации. Чтобы избежать этой проблемы, кодирование выполняется по следующим правилам:
- Если появляется октет из нулей и последнее значение напряжения перед этим октетом было положительным, закодируйте этот октет как 000 + -0- + Если появляется октет из всех нулей и последнее значение напряжения перед этим октетом было отрицательным, закодировать указанный октет как 000- + 0 + -
Эта процедура вызывает два нарушения кода AMI-кода, что маловероятно, что они были вызваны шумом или другими дефектами передачи. Получатель идентифицирует этот шаблон и легко интерпретирует его как байт из нулей.
Схема кодирования, используемая в Европе и Японии, называется HDB3 («биполярные с высокой плотностью-3 нулями»). Он также основан на кодировке AMI. В этой схеме строки из четырех нулей заменены строками, содержащими один или два импульса. В этом случае четвертый ноль заменяется состоянием сигнала, недопустимым в коде, эта процедура называется нарушением кода.
Правила замены в HCB3
| Количество биполярных импульсов (единиц) с момента последней замены | ||
| Полярность предыдущего импульса | Странный | пара |
| - | 000- | +00+ |
| + | 000+ | при этом -00- является |
Цифровые данные, аналоговые сигналы
Самый известный случай передачи цифровых данных по телефонной сети. Эта сеть была разработана для приема, переключения и передачи аналоговых сигналов в голосовом диапазоне от 300 до 3400 Гц.
Методы кодирования
Было упомянуто, что модуляция влияет на один или несколько характеристических параметров несущего сигнала: амплитуду, частоту и фазу.
Существует три основных метода кодирования или модуляции, которые преобразуют цифровые данные в аналоговые сигналы:
- Сдвиг амплитуды (ASK, «Амплитудная манипуляция») Сдвиг частоты (FSK, «Клавиша сдвига частоты») Сдвиг фазы (PSK, «клавиша сдвига фазы»)
В ASK два двоичных значения представлены двумя разными амплитудами несущей. Обычно одна из амплитуд равна нулю; то есть одна из двоичных цифр представлена наличием несущей постоянной амплитуды, а другая - отсутствием несущей. Таким образом, результирующий сигнал
S (t) = {A cos (2πfct) 1 двоичный
{0 0 двоичный
Где несущая - A cos (2πfct). ASK чувствителен к внезапным изменениям усиления и является неэффективным методом модуляции. На телефонных линиях качества ASK обычно используется на скорости 1200 бит / с. Он используется для передачи цифровых данных в оптических волокнах.
В FSK два двоичных значения представлены двумя разными частотами, близкими к несущей частоте. Результирующий сигнал
s (t) = {A cos (2πf1t) 1 двоичный
{A cos (2πf2t) 0 двоичный
Где часто f1 и f2 соответствуют смещениям одинаковой величины, но в противоположных направлениях несущей частоты.
FSK менее чувствителен к ошибкам, чем ASK. На телефонных линиях качества обычно используется скорость до 1200 бит / с. Он также используется в радиопередаче на более высоких частотах (от 3 до 30 МГц).
В схеме PSK фаза несущего сигнала сдвигается для представления цифровых данных. В этой системе двоичный 0 представлен передачей сигнала с той же фазой, что и сигнал ранее отправленного сигнала. В то время как 1 представлена передачей сигнала с той же фазой, она находится в фазе, противоположной предыдущему сигналу. Эта техника известна как дифференциальный PSK, так как фазовый сдвиг относительно фазы, соответствующей последнего переданного символа, а не по отношению к некоторому постоянная опорному значению. Результирующий сигнал
s (t) = {A cos (2πfc1t + π) 1 двоичный
{A cos (2πfct) 0 двоичный
Аналоговые данные, цифровые сигналы
Модуляция импульсного кодирования
Дельта-модуляция
Расширенный спектр
Библиография консультировалась
- Коммуникации и компьютерные сети, 6-е издание, Уильям Сталлингс Компьютерные сети, 3-е издание, Эндрю С. Таненбаум Сетевой курс Cisco, первый семестр, главы 4 и 10 Как составить монографию, monographs.com
Непрерывный сигнал - это сигнал, в котором интенсивность сигнала плавно изменяется во времени, не имеет скачков или разрывов.
Дискретный сигнал - это сигнал, в котором интенсивность остается постоянной в течение определенного интервала времени, после чего она изменяется на другое постоянное значение.
Крупномасштабная интеграция: технология, используемая в электронике для создания электронных цифровых интегралов.
Интеграция очень большого масштаба: более современные технологии и более низкая стоимость, чем LSI.
Скачать оригинальный файл
