- Главная
- Информатика
- Методы передачи дискретных данных на физическом уровне
Содержание
- 2. При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования - на основе
- 3. В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму - речь, телевизионное изображение, - передаются
- 4. Аналоговая модуляция Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, типичным
- 5. Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит
- 6. Основные способы аналоговой модуляции показаны на рис. 2. На диаграмме (рис. 2, а) показана последовательность бит
- 7. При амплитудной модуляции (рис. 2, б) для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты,
- 8. Спектр модулированного сигнала Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции и скорости модуляции, то есть
- 9. В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу пропускания. Кроме того, нужно учесть,
- 10. При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты fc и двух боковых гармоник: (fc +
- 11. Частота fm определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При небольшой частоте модуляции ширина спектра
- 12. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по каналу тональной частоты. Для повышения
- 13. Цифровое кодирование При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах для
- 14. Требования к методам цифрового кодирования При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой
- 15. Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же
- 16. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи (рис. 4.), так что
- 17. Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том,
- 18. С другой стороны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, так как приемник не ждет полного
- 19. Потенциальный код без возвращения к нулю На рис. 5, а показан уже упомянутый ранее метод потенциального
- 20. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности
- 21. Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных
- 22. Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией Одной из модификаций метода NRZ является метод биполярного кодирования с
- 23. Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при
- 24. В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру
- 25. Потенциальный код с инверсией при единице Существует код, похожий на AMI, но только с двумя уровнями
- 26. Но этот метод снижает полезную пропускную способность линии, так как избыточные единицы пользовательской информации не несут.
- 27. Биполярный импульсный код Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды, когда данные представлены полным
- 28. Манчестерский код В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования был так называемый манчестерский
- 29. Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. У него также нет постоянной составляющей, а
- 30. Потенциальный код 2B1Q На рис. 5, д показан потенциальный код с четырьмя уровнями сигнала для кодирования
- 31. Логическое кодирование Логическое кодирование используется для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI или 2Q1B. Логическое кодирование
- 32. Например, логический код 4В/5В, используемый в технологиях FDDI и Fast Ethernet, заменяет исходные символы длиной в
- 33. Код 4В/5В затем передается по линии с помощью физического кодирования по одному из методов потенциального кодирования,
- 34. Имеются также коды и с тремя состояниями сигнала, например, в коде 8В/6Т для кодирования 8 бит
- 35. Скрэмблирование Перемешивание данных скрэмблером перед передачей их в линию с помощью потенциального кода является другим способом
- 36. Например, для исходной последовательности 110110000001 скрэмблер даст следующий результирующий код: B1 = А1 = 1 (первые
- 37. Существуют и более простые методы борьбы с последовательностями единиц, также относимые к классу скрэмблирования. Для улучшения
- 38. V - сигнал единицы запрещенной полярности; 1*-сигнал единицы корректной полярности, но заменившей 0 в исходном коде
- 39. Код HDB3 исправляет любые четыре подряд идущих нуля в исходной последовательности. Правила формирования кода HDB3 более
- 40. Естественно, что результирующие коды могут иметь и другое распределение нулей и единиц. Из рис. 7. видно,
- 41. Рис. 7. Спектры потенциальных и импульсных кодов
- 42. Дискретная модуляция аналоговых сигналов Одной из основных тенденций развития сетевых технологий является передача в одной сети
- 43. Сам аналоговый сигнал не дает никаких указаний ни о том, что произошло искажение, ни о том,
- 44. Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом - за счет этого происходит дискретизация по времени.
- 45. Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи
- 46. Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться от исходной. Преимуществом цифровых методов
- 47. В соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в
- 48. Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения временного интервала в 125 мкс
- 49. На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на его вход замеров, но и
- 50. В коде ADPCM для хранения одной разности используются 4 бит и голос передается со скоростью 32
- 51. Если кадры будут прибывать достаточно синхронно, то качество голоса может быть достаточно высоким. Однако, как мы
- 52. Асинхронная и синхронная передача При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства
- 53. Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств,
- 54. Рис. 9. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт Асинхронным описанный режим называется потому,
- 55. При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют. Пользовательские данные собираются в кадр,
- 56. Выводы При передаче дискретных данных по узкополосному каналу тональной частоты, используемому в телефонии, наиболее подходящими оказываются
- 57. На широкополосных каналах связи применяются потенциальные и импульсные методы кодирования, в которых данные представлены различными уровнями
- 59. Скачать презентацию
При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа
При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа
При использовании прямоугольных импульсов спектр результирующего сигнала получается весьма широким. Это не удивительно, если вспомнить, что спектр идеального импульса имеет бесконечную ширину. Применение синусоиды приводит к спектру гораздо меньшей ширины при той же скорости передачи информации. Однако для реализации синусоидальной модуляции требуется более сложная и дорогая аппаратура, чем для реализации прямоугольных импульсов.
В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму -
В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму -
Аналоговая модуляция
Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с
Аналоговая модуляция
Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с
Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и
Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и
Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.
Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты
Основные способы аналоговой модуляции показаны на рис. 2. На диаграмме (рис.
Основные способы аналоговой модуляции показаны на рис. 2. На диаграмме (рис.
Рис. 2. Различные типы модуляции
При амплитудной модуляции (рис. 2, б) для логической единицы выбирается один
При амплитудной модуляции (рис. 2, б) для логической единицы выбирается один
При частотной модуляции (рис. 2, в) значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f0 и f1. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.
При фазовой модуляции (рис. 2, г) значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, нос различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов. В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная в сочетании с фазовой.
Спектр модулированного сигнала Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции
Спектр модулированного сигнала Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции
В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу
В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу
При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты fc и
При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты fc и
Рис. 3. Спектры сигналов при потенциальном кодировании и амплитудной модуляции.
Частота fm определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При
Частота fm определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При
Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по
Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по
Цифровое кодирование
При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.
В
Цифровое кодирование
При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.
В
Требования к методам цифрового кодирования При использовании прямоугольных импульсов для передачи
Требования к методам цифрового кодирования При использовании прямоугольных импульсов для передачи
имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
обладал способностью распознавать ошибки;
обладал низкой стоимостью реализации.
Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии
Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии
На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии
На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии
Рис. 4. Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях
Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут
Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут
С другой стороны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, так
С другой стороны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, так
Потенциальный код без возвращения к нулю На рис. 5, а показан
Потенциальный код без возвращения к нулю На рис. 5, а показан
Рис. 5. Способы дискретного кодирования данных.
При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не
При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не
Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается
Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается
Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией
Одной из модификаций метода NRZ является
Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией
Одной из модификаций метода NRZ является
Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие
Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие
В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI
В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI
В коде AMI используются не два, а три уровня сигнала на линии. Дополнительный уровень требует увеличение мощности передатчика примерно на 3 дБ для обеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общим недостатком кодов с несколькими состояниями сигнала по сравнению с кодами, которые различают только два состояния.
Потенциальный код с инверсией при единице
Существует код, похожий на AMI, но
Потенциальный код с инверсией при единице
Существует код, похожий на AMI, но
Для улучшения потенциальных кодов, подобных AMI и NRZI, используются два метода. Первый метод основан на добавлении в исходный код избыточных бит, содержащих логические единицы. Очевидно, что в этом случае длинные последовательности нулей прерываются и код становится самосинхронизирующимся для любых передаваемых данных. Исчезает также постоянная составляющая, а значит, еще более сужается спектр сигнала.
Но этот метод снижает полезную пропускную способность линии, так как избыточные
Но этот метод снижает полезную пропускную способность линии, так как избыточные
Биполярный импульсный код
Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды,
Биполярный импульсный код
Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды,
Манчестерский код
В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования
Манчестерский код
В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования
В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачи одного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами.
Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. У него
Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. У него
Потенциальный код 2B1Q
На рис. 5, д показан потенциальный код с четырьмя
Потенциальный код 2B1Q
На рис. 5, д показан потенциальный код с четырьмя
Логическое кодирование
Логическое кодирование используется для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI
Логическое кодирование
Логическое кодирование используется для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI
Избыточные коды Избыточные коды основаны на разбиении исходной последовательности бит на порции, которые часто называют символами. Затем каждый исходный символ заменяется на новый, который имеет большее количество бит, чем исходный.
Например, логический код 4В/5В, используемый в технологиях FDDI и Fast Ethernet,
Например, логический код 4В/5В, используемый в технологиях FDDI и Fast Ethernet,
Код 4В/5В затем передается по линии с помощью физического кодирования по
Код 4В/5В затем передается по линии с помощью физического кодирования по
Имеются также коды и с тремя состояниями сигнала, например, в коде
Имеются также коды и с тремя состояниями сигнала, например, в коде
Скрэмблирование Перемешивание данных скрэмблером перед передачей их в линию с помощью
Скрэмблирование Перемешивание данных скрэмблером перед передачей их в линию с помощью
где Bi - двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте работы скрэмблера, Ai - двоичная цифра исходного кода, поступающая на i-м такте на вход скрэмблера, Bi-з и Bi-5 - двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скрэмблера, соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта, - операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).
Например, для исходной последовательности 110110000001 скрэмблер даст следующий результирующий код: B1
Например, для исходной последовательности 110110000001 скрэмблер даст следующий результирующий код: B1
Различные алгоритмы скрэмблирования отличаются количеством слагаемых, дающих цифру результирующего кода, и сдвигом между слагаемыми. Так, в сетях ISDN при передаче данных от сети к абоненту используется преобразование со сдвигами в 5 и 23 позиции, а при передаче данных от абонента в сеть - со сдвигами 18 и 23 позиции.
Существуют и более простые методы борьбы с последовательностями единиц, также относимые
Существуют и более простые методы борьбы с последовательностями единиц, также относимые
Рис. 6. Коды B8ZS и HDB3.
V - сигнал единицы запрещенной полярности; 1*-сигнал единицы корректной полярности, но
V - сигнал единицы запрещенной полярности; 1*-сигнал единицы корректной полярности, но
Код HDB3 исправляет любые четыре подряд идущих нуля в исходной последовательности.
Код HDB3 исправляет любые четыре подряд идущих нуля в исходной последовательности.
Естественно, что результирующие коды могут иметь и другое распределение нулей и
Естественно, что результирующие коды могут иметь и другое распределение нулей и
Рис. 7. Спектры потенциальных и импульсных кодов
Рис. 7. Спектры потенциальных и импульсных кодов
Дискретная модуляция аналоговых сигналов
Одной из основных тенденций развития сетевых технологий является
Дискретная модуляция аналоговых сигналов
Одной из основных тенденций развития сетевых технологий является
Сам аналоговый сигнал не дает никаких указаний ни о том, что
Сам аналоговый сигнал не дает никаких указаний ни о том, что
Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом - за счет
Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом - за счет
Рис. 8. Дискретная модуляция непрерывного процесса
Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого
Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого
Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться
Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться
В соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для качественной передачи голоса
В соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для качественной передачи голоса
Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения
Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения
На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на
На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на
В коде ADPCM для хранения одной разности используются 4 бит и
В коде ADPCM для хранения одной разности используются 4 бит и
Если кадры будут прибывать достаточно синхронно, то качество голоса может быть
Если кадры будут прибывать достаточно синхронно, то качество голоса может быть
Асинхронная и синхронная передача
При обмене данными на физическом уровне единицей информации
Асинхронная и синхронная передача
При обмене данными на физическом уровне единицей информации
Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого
Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого
Рис. 9. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт
Асинхронным
Рис. 9. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт
Асинхронным
При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют.
При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют.
Выводы
При передаче дискретных данных по узкополосному каналу тональной частоты, используемому в
Выводы
При передаче дискретных данных по узкополосному каналу тональной частоты, используемому в
Для низкоскоростной передачи данных применяется изменение частоты несущей синусоиды. Более высокоскоростные модемы работают на комбинированных способах квадратурной амплитудной модуляции (QAM), для которой характерны 4 уровня амплитуды несущей синусоиды и 8 уровней фазы. Не все из возможных 32 сочетаний метода QAM используются для передачи данных, запрещенные сочетания позволяют распознавать искаженные данные на физическом уровне.
На широкополосных каналах связи применяются потенциальные и импульсные методы кодирования, в
На широкополосных каналах связи применяются потенциальные и импульсные методы кодирования, в
При использовании потенциальных кодов особое значение приобретает задача синхронизации приемника с передатчиком, так как при передаче длинных последовательностей нулей или единиц сигнал на входе приемника не изменяется и приемнику сложно определить момент съема очередного бита данных.
Наиболее простым потенциальным кодом является код без возвращения к нулю (NRZ), однако он не является самосинхронизирующимся и создает постоянную составляющую.
Наиболее популярным импульсным кодом является манчестерский код, в котором информацию несет направление перепада сигнала в середине каждого такта. Манчестерский код применяется в технологиях Ethernet и Token Ring.