جسمیسطح با انتقال واقعی بیت های خام روبرو می شود
کانال ارتباطی
انتقال داده در شبکه های رایانه ای از یک رایانه به رایانه دیگر به ترتیب و ذره ذره انجام می شود. از نظر فیزیکی ، بیت های داده از طریق کانال های داده به صورت سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال منتقل می شوند.
به مجموعه وسایل (خطوط ارتباطی ، تجهیزات انتقال و دریافت داده ها) که برای انتقال داده در شبکه های رایانه ای استفاده می شود ، کانال انتقال داده گفته می شود. بسته به نوع اطلاعات ارسالی ، کانالهای انتقال داده را می توان به دو نوع آنالوگ (پیوسته) و دیجیتال (گسسته) تقسیم کرد.
از آنجا که تجهیزات برای انتقال و دریافت داده ها با داده ها به صورت گسسته کار می کنند (یعنی سیگنال های الکتریکی گسسته با یک و صفر داده مطابقت دارند) ، بنابراین هنگام انتقال از طریق کانال آنالوگ ، تبدیل داده های گسسته به آنالوگ (مدولاسیون) مورد نیاز است.
هنگام دریافت چنین داده های آنالوگ ، تبدیل معکوس لازم است - تخریب مجدد. مدولاسیون / مدولاسیون - فرآیندهای تبدیل اطلاعات دیجیتال به سیگنال های آنالوگ و بالعکس. در طول مدولاسیون ، اطلاعات توسط یک سیگنال سینوسی فرکانس نشان داده می شود که کانال داده به خوبی آن را منتقل می کند.
روش های مدولاسیون شامل موارد زیر است:
· مدولاسیون دامنه ؛
· مدولاسیون فرکانس؛
· مدولاسیون فاز.
هنگام انتقال سیگنال های گسسته از طریق کانال انتقال داده های دیجیتال ، از کدگذاری استفاده می شود:
· پتانسیل؛
· نبض.
بنابراین ، از کدگذاری پتانسیل یا ضربه در کانالهای با کیفیت بالا استفاده می شود و تعدیل بر اساس سیگنالهای سینوسی در مواردی که کانال تحریفات شدیدی را در سیگنالهای منتقل شده ایجاد کند ، ارجح است.
به طور معمول ، مدولاسیون در شبکه های وسیع برای انتقال داده ها از طریق مدارهای تلفنی آنالوگ ، که برای انتقال صدا به شکل آنالوگ طراحی شده اند ، استفاده می شود و بنابراین برای انتقال مستقیم پالس ها مناسب نیست.
بسته به روش های همگام سازی ، کانال های انتقال داده شبکه های رایانه ای را می توان به همزمان و ناهمزمان تقسیم کرد. همگام سازی لازم است تا گره داده انتقال دهنده بتواند نوعی سیگنال را به گره گیرنده منتقل کند تا گره گیرنده بداند چه زمانی دریافت داده های ورودی را شروع کند.
انتقال همزمان داده برای انتقال پالس های ساعت به یک خط ارتباطی اضافی نیاز دارد. انتقال بیت ها توسط ایستگاه فرستنده و دریافت آنها توسط ایستگاه گیرنده در لحظه های پالس های همگام سازی انجام می شود.
برای انتقال داده های ناهمزمان خط ارتباطی اضافی مورد نیاز نیست. در این حالت ، انتقال داده در بلوکهایی با طول ثابت (بایت) انجام می شود. همگام سازی توسط بیت های اضافی (بیت های شروع و بیت های توقف) انجام می شود ، که قبل و بعد از بایت منتقل می شوند.
هنگام مبادله داده ها بین گره های شبکه های رایانه ای ، از سه روش انتقال داده استفاده می شود:
انتقال ساده (یک جهته) (تلویزیون ، رادیو) ؛
نیمه دوبلکس (دریافت / انتقال اطلاعات به طور متناوب انجام می شود) ؛
دوبلکس (دو جهته) ، هر گره همزمان داده ها را انتقال و دریافت می کند (به عنوان مثال مکالمات تلفنی).
| | | سخنرانی بعدی \u003d\u003d\u003e | |
هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی ، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و براساس توالی پالس های مستطیلی شکل است. روش اول که اغلب تحت عنوان مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ شناخته می شود ، تأکید بر این واقعیت است که کدگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. از روش دوم معمولاً به عنوان کدگذاری دیجیتال یاد می شود. این روش ها از نظر عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.
مدولاسیون آنالوگ این برای انتقال داده های گسسته از طریق کانالهای پهنای باند باریک استفاده می شود که نماینده معمول آن یک کانال فرکانس صوتی است که در دسترس کاربران شبکه های تلفن عمومی است. پاسخ فرکانس معمول کانال فرکانس صدا در شکل نشان داده شده است. 2.12 این کانال فرکانس هایی را از 300 تا 3400 هرتز منتقل می کند ، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است. دستگاهی که وظایف تعدیل سینوسوئید حامل را در سمت انتقال دهنده و تغییر حالت در سمت گیرنده را انجام می دهد ، مودم (تعدیل کننده - دمولاتور) نامیده می شود.
تکنیک های مدولاسیون آنالوگ
مدولاسیون آنالوگ یک تکنیک کدگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه ، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کد می شود.
نمودار (شکل 2.13 ، الف) توالی بیت های اطلاعات اولیه را نشان می دهد که با پتانسیل های سطح بالا برای یک واحد منطقی و یک پتانسیل سطح صفر برای یک صفر منطقی نشان داده شده است. به این روش کدگذاری کد پتانسیل گفته می شود که غالباً هنگام انتقال داده ها بین بلوک های رایانه استفاده می شود.
با مدولاسیون دامنه (شکل 2.13 ، ب) ، یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل برای یک واحد منطقی و دیگری برای یک صفر منطقی انتخاب می شود. این روش به دلیل ایمنی کم صدا در عمل به ندرت در شکل خالص خود استفاده می شود ، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.
با مدولاسیون فرکانس (شکل 2.13 ، c) ، مقادیر 0 و 1 داده های اصلی توسط سینوسییدها با فرکانس های مختلف - f0 و f1 منتقل می شوند. این روش مدولاسیون در مودم ها به مدار پیچیده ای نیاز ندارد و معمولاً در مودم های با سرعت پایین با سرعت 300 یا 1200 دور در ثانیه استفاده می شود.
با مدولاسیون فاز ، مقادیر داده های 0 و 1 مربوط به سیگنال های همان فرکانس است ، اما با فازهای مختلف ، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0.90 ، 180 و 270 درجه.
در مودم های پرسرعت ، معمولاً از روش های مدولاسیون ترکیبی ، به طور معمول ، دامنه در ترکیب با فاز استفاده می شود.
هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته ، لازم است یک روش کدگذاری را انتخاب کنید که به طور همزمان به چندین هدف برسد:
· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشته باشد.
· هماهنگی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.
· از توانایی تشخیص خطاها برخوردار است.
· اجرای کم هزینه ای داشته است.
طیف باریک تری از سیگنال ها سرعت داده های بالاتر را در همان خط (با همان پهنای باند) امکان پذیر می کند. علاوه بر این ، طیف سیگنال اغلب لازم است که هیچ جز component DC ، یعنی وجود جریان DC بین فرستنده و گیرنده نداشته باشد. به طور خاص ، استفاده از مدارهای مختلف جداسازی گالوانیک ترانس از عبور جریان مستقیم جلوگیری می کند.
همگام سازی فرستنده و گیرنده لازم است تا گیرنده دقیقاً بداند در چه زمانی از زمان لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند.
شناسایی و اصلاح داده های تحریف شده با استفاده از لایه فیزیکی دشوار است ، بنابراین ، اغلب این کار توسط پروتکل های موجود در بالا انجام می شود: کانال ، شبکه ، حمل و نقل یا کاربرد. از طرف دیگر ، تشخیص خطا در لایه فیزیکی باعث صرفه جویی در وقت می شود ، زیرا گیرنده منتظر قرار گرفتن فریم کامل در بافر نمی ماند ، اما بلافاصله پس از شناسایی بیت های اشتباه درون کادر ، آن را رد می کند.
الزامات روش های کدگذاری با هم متناقض هستند ، بنابراین ، هر یک از روش های محبوب کدگذاری دیجیتال که در زیر بحث شده است ، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به روش های دیگر دارد.
موضوع 2. لایه فیزیکی
طرح
مبانی نظری انتقال داده ها
اطلاعات را می توان با تغییر مقداری مقدار فیزیکی ، مانند ولتاژ یا جریان ، از طریق سیم منتقل کرد. با نمایش مقدار ولتاژ یا جریان به عنوان یک تابع واحد با زمان ، می توانید رفتار سیگنال را شبیه سازی کرده و آن را در معرض تحلیل ریاضی قرار دهید.سریال فوریه
در آغاز قرن نوزدهم ، ریاضیدان فرانسوی ژان باتیست فوریه اثبات کرد که هر عملکرد دوره ای با دوره T را می توان در یک مجموعه (احتمالاً بی نهایت) ، متشکل از مجموع سینوس ها و کسینوس ها گسترش داد:(2.1)
فرکانس اساسی (هارمونیک) کجاست ، و دامنه سینوسها و کسینوسهای هارمونیک n-th هستند ، و c یک ثابت است. چنین توسعه ای را سری فوریه می نامند. عملکرد گسترش یافته در یک سری فوریه را می توان از عناصر این مجموعه بازیابی کرد ، یعنی اگر دوره T و دامنه هارمونیک ها مشخص باشد ، می توان عملکرد اصلی را با استفاده از مجموع مجموعه بازیابی کرد (2.1).
اگر تصور کنیم که کل سیگنال بی نهایت بارها و بارها تکرار می شود (یعنی فاصله از T تا 2T به طور کامل بازه از 0 تا T را تکرار می کند) می توان یک سیگنال اطلاعاتی را که دارای مدت زمان محدود است (تمام سیگنال های اطلاعاتی دارای مدت زمان محدود هستند) گسترش داد. و غیره.).
دامنه ها را می توان برای هر تابع داده شده محاسبه کرد. برای انجام این کار ، باید ضلع های سمت چپ و راست معادله (2.1) را در ضرب کرده و سپس از 0 به T ادغام کنید.
(2.2)
فقط یک عضو این مجموعه باقی مانده است. ردیف کاملا ناپدید می شود. به همین ترتیب ، ضرب معادله (2.1) در و ادغام در طول زمان از 0 به T ، مقادیر را می توان محاسبه کرد. اگر هر دو طرف معادله را بدون تغییر در آن ادغام کنیم ، در این صورت می توانیم مقدار ثابت را بدست آوریم از جانب... نتایج این اقدامات به شرح زیر خواهد بود:
(2.3.)
رسانه ذخیره سازی مدیریت شده
هدف از لایه فیزیکی یک شبکه انتقال جریان خام بیت از یک ماشین به دستگاه دیگر است. برای انتقال می توان از رسانه های فیزیکی مختلفی استفاده کرد که اصطلاحاً به آنها رسانه انتشار سیگنال نیز گفته می شود. هر یک از آنها دارای یک مجموعه مشخص از پهنای باند ، تأخیر ، قیمت و سهولت نصب و استفاده هستند. رسانه ها را می توان به دو گروه تقسیم کرد: رسانه های مدیریت شده ، مانند سیم مسی و کابل فیبر نوری و رسانه های کنترل نشده ، مانند ارتباط رادیویی و انتقال لیزر بدون کابل.رسانه های مغناطیسی
یکی از ساده ترین راه ها برای انتقال داده ها از یک رایانه به رایانه دیگر ، نوشتن آنها در نوار مغناطیسی یا سایر رسانه های قابل جابجایی (مانند DVD قابل بازنویسی) ، انتقال فیزیکی آن نوارها و دیسک ها به مقصد و خواندن آنها در آنجا است.توان عملیاتی بالا یک کارتریج نواری استاندارد Ultrium 200 گیگابایت را در خود جای داده است. یک جعبه 60x60x60 حدود 1000 عدد از این کاست ها را در خود جای داده است که ظرفیت ذخیره سازی 1600 Tbit (1.6 Pbit) را دارد. یک جعبه کاست می تواند ظرف 24 ساعت توسط فدرال اکسپرس یا شرکت دیگری در ایالات متحده حمل شود. پهنای باند موثر برای این انتقال 1600 Tbps / 86 400 s یا 19 گیگابیت بر ثانیه است. اگر مقصد فقط یک ساعت فاصله داشته باشد ، سرعت تولید بیش از 400 گیگابیت بر ثانیه خواهد بود. هنوز هیچ شبکه رایانه ای حتی قادر به نزدیک شدن به چنین شاخص هایی نیست.
سودآوری. قیمت عمده کاست حدود 40 دلار است. یک جعبه روبان 4000 دلار قیمت دارد و همین روبان را می توان ده ها بار استفاده کرد. 1000 دلار برای انتقال اضافه کنید (و در واقع ، خیلی کمتر) و حدود 5000 دلار برای انتقال 200 ترابایت یا 3 سنت در هر گیگابایت دریافت می کنیم.
معایب اگرچه سرعت انتقال داده با نوارهای مغناطیسی عالی است ، اما تأخیر در آن بسیار زیاد است. زمان انتقال بر حسب دقیقه یا ساعت اندازه گیری می شود نه میلی ثانیه. بسیاری از برنامه ها نیاز به پاسخ فوری از سیستم از راه دور (حالت متصل) دارند.
جفت پیچ خورده
یک جفت پیچ خورده از دو سیم مسی عایق بندی شده با قطر معمولی 1 میلی متر تشکیل شده است. سیمها به صورت مارپیچ به دور یکدیگر پیچیده می شوند. این تداخل الکترومغناطیسی چندین جفت پیچ خورده مجاور را کاهش می دهد.برنامه کاربردی - خط تلفن ، شبکه رایانه ای. این می تواند یک سیگنال را بدون تضعیف نیرو از فاصله چند کیلومتری منتقل کند. برای مسافت بیشتر ، تکرار لازم است. آنها به یک کابل ، با یک پوشش محافظ ترکیب می شوند. این کابل دارای یک جفت سیم پیچ خورده است تا از همپوشانی سیگنال جلوگیری کند. از آنها می توان برای انتقال داده های آنالوگ و دیجیتال استفاده کرد. پهنای باند به قطر و طول سیم بستگی دارد ، اما در بیشتر موارد سرعت چند مگابیت در ثانیه در مسافت تا چندین کیلومتر قابل دستیابی است. به دلیل پهنای باند نسبتاً زیاد و قیمت پایین ، جفت های پیچ خورده بسیار گسترده هستند و به احتمال زیاد در آینده محبوب خواهند بود.
جفت های پیچ خورده در چندین نوع استفاده می شود که دو مورد از آنها در زمینه شبکه های رایانه ای بسیار مهم هستند. جفت های پیچ خورده دسته 3 (CAT 3) از دو سیم عایق پیچ خورده به هم تشکیل شده است. چهار تا از این جفت ها معمولاً در یک بسته بندی پلاستیکی کنار هم قرار می گیرند.
جفت های پیچ خورده دسته 5 (CAT 5) مشابه جفت های پیچ خورده دسته 3 هستند ، اما در هر سانتی متر طول سیم چرخش بیشتری دارند. این امکان را ایجاد می کند تا میزان عبور متقابل بین کانال های مختلف بیشتر شود و کیفیت انتقال سیگنال بهبود یافته در فواصل طولانی فراهم شود (شکل 1).
شکل: 1. دسته UTP 3 (a) ، دسته UTP 5 (b).
همه این نوع اتصالات اغلب به عنوان UTP (جفت پیچ خورده بدون محافظ - جفت پیچ خورده بدون محافظ) نامیده می شوند
کابل های محافظ جفت پیچ خورده از IBM در خارج از IBM محبوب نشده اند.
کابل هممحور
کابل کواکسیال یکی دیگر از رسانه های متداول انتقال داده است. از جفت پیچ خورده بهتر محافظت می شود ، بنابراین می تواند داده ها را در مسافت های طولانی با سرعت بالاتر انتقال دهد. از دو نوع کابل به طور گسترده استفاده می شود. یکی از آنها ، 50 اهم ، معمولاً برای انتقال داده های کاملاً دیجیتالی استفاده می شود. نوع دیگری از کابل ، 75 اهم ، اغلب برای انتقال اطلاعات آنالوگ و همچنین در تلویزیون کابلی استفاده می شود.نمای مقطعی کابل در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل: 2. کابل کواکسیال.
طراحی و نوع خاص محافظ کابل کواکسیال ، پهنای باند بالا و مصونیت نویز عالی را ایجاد می کند. حداکثر توان عملیاتی به کیفیت ، طول و نسبت سیگنال به نویز خط بستگی دارد. پهنای باند کابل های مدرن تقریباً 1 گیگاهرتز است.
کاربرد - سیستم های تلفنی (بزرگراه ها) ، تلویزیون کابلی ، شبکه های منطقه ای.
فیبرهای نوری
فن آوری فیبر نوری موجود می تواند سرعت انتقال داده تا 50،000 Gbps (50 Tbps) را توسعه دهد ، و در عین حال بسیاری از متخصصان مشغول جستجوی مواد بهتر هستند. محدودیت عملی 10 گیگابیت بر ثانیه امروز به دلیل عدم توانایی تبدیل سریع سیگنالهای الکتریکی به سیگنالهای نوری و بالعکس است ، گرچه در شرایط آزمایشگاهی سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه بر روی یک فیبر از قبل حاصل شده است.یک سیستم انتقال داده فیبر نوری از سه جز main اصلی تشکیل شده است: یک منبع نور ، یک حامل که از طریق آن سیگنال نور منتشر می شود و یک گیرنده سیگنال یا ردیاب. پالس نور به عنوان یكی در نظر گرفته می شود و نبود پالس به صفر می رسد. نور در یک الیاف شیشه ای بسیار نازک حرکت می کند. وقتی نور به آن برخورد می کند ، آشکارساز یک پالس الکتریکی ایجاد می کند. با اتصال یک منبع نور به یک انتهای فیبر نوری و یک آشکارساز به سر دیگر ، یک سیستم انتقال داده یک جهته بدست می آید.
هنگام انتقال سیگنال نوری ، هنگام عبور از 2 رسانه از خاصیت انعکاس و شکست نور استفاده می شود. بنابراین ، هنگامی که نور با زاویه خاصی نسبت به رابط بین رسانه تامین می شود ، پرتو نور کاملاً منعکس شده و در فیبر قفل می شود (شکل 3).
شکل: 3. خاصیت شکست نور.
دو نوع کابل فیبر نوری وجود دارد: چند حالته - پرتویی از نور را انتقال می دهد ، به حالت تک حالت - نازک است تا چندین طول موج ، تقریباً مانند یک هدایت کننده موج عمل می کند ، نور در یک خط مستقیم و بدون بازتاب حرکت می کند. فیبر تک حالته امروز می تواند با سرعت 50 گیگابیت بر ثانیه در مسافت حداکثر 100 کیلومتر کار کند.
در سیستم های ارتباطی از سه دامنه طول موج استفاده می شود: به ترتیب 0.85 ، 1.30 و 1.55 میکرون.
ساختار کابل فیبر نوری مشابه سیم کواکسیال است. تنها تفاوت این است که در شبکه قبلی هیچ مشبک غربالگری وجود ندارد.
در مرکز هسته فیبر نوری یک هسته شیشه ای قرار دارد که از طریق آن نور منتشر می شود. در الیاف چند حالته ، قطر هسته 50 میکرون است که تقریباً به ضخامت موی انسان است. قطر هسته در فیبر تک حالت 8 تا 10 میکرون است. هسته با یک لایه شیشه ای با ضریب شکست پایین تر از هسته پوشانده شده است. این طراحی شده است تا با اطمینان بیشتری از تابش نور خارج از هسته جلوگیری کند. لایه خارجی یک پوسته پلاستیکی است که از شیشه محافظت می کند. هادیهای فیبر نوری معمولاً به صورت دسته ای محافظت شده توسط ژاکت خارجی هستند. شکل 4 یک کابل سه هسته ای را نشان می دهد.
شکل: 4. کابل فیبر نوری سه هسته ای.
در صورت قطع ، اتصال بخشهای کابل را می توان به سه روش انجام داد:
- یک اتصال خاص می تواند به انتهای کابل متصل شود ، که با آن کابل به یک خروجی نوری وارد می شود. از دست دادن 10-20٪ شدت نور است ، اما تغییر تنظیمات سیستم را آسان می کند.
اتصال - دو انتهای کابل که به طور مرتب برش داده شده در کنار یکدیگر قرار گرفته و با یک آستین مخصوص بسته می شوند. با تراز كردن انتهای كابل ، انتقال نور بهبود می یابد. از دست دادن - 10٪ از قدرت نور.
ذوب. عملاً ضرری ندارد.
میز 1.
نمودار مقایسه لیزر LED و نیمه هادی
انتهای دریافت کابل نوری یک فوتودیود است که در صورت برخورد نور روی آن یک پالس الکتریکی تولید می کند.
ویژگی های مقایسه ای کابل فیبر نوری و سیم مسی.
فیبر نوری چندین مزیت دارد:- سرعت بالا.
میرایی سیگنال کمتر ، خروجی تکرار کننده کمتر (یک در هر 50 کیلومتر ، نه 5)
بی اثر در برابر تابش الکترومغناطیسی خارجی ، از نظر شیمیایی خنثی است.
وزن سبک تر 1000 جفت مس پیچ خورده به طول 1 کیلومتر حدود 8000 کیلوگرم وزن دارند. وزن یک جفت کابل فیبر نوری با پهنای باند بیشتر فقط 100 کیلوگرم است
هزینه نصب کم
- پیچیدگی و صلاحیت در هنگام نصب.
تردی
گرانتر از مس.
انتقال سیمپلکس ، حداقل 2 هسته بین شبکه ها مورد نیاز است.
اتصال بیسیم
طیف الکترومغناطیسی
حرکت الکترون ها امواج الکترومغناطیسی ایجاد می کند که می توانند از طریق فضا (حتی در خلا) منتشر شوند. به تعداد نوسانات الکترومغناطیسی در ثانیه فرکانس گفته می شود و در هرتز اندازه گیری می شود. فاصله بین دو اوج متوالی (یا پایین) را طول موج می نامند. این مقدار به طور سنتی با حرف یونانی (لامبدا) نشان داده می شود.اگر آنتني با اندازه مناسب در مدار الكتريكي موجود باشد ، امواج الكترومغناطيسي را مي توان با موفقيت توسط گيرنده در فاصله مشخصي دريافت كرد. تمام سیستم های ارتباطی بی سیم بر اساس این اصل ساخته شده اند.
در خلاuum ، تمام امواج الکترومغناطیسی ، بدون در نظر گرفتن فرکانس ، با همان سرعت حرکت می کنند. این سرعت را سرعت نور می نامند ، - 3 * 108 متر بر ثانیه. در مس یا شیشه ، سرعت نور حدود 2/3 از این مقدار است ، علاوه بر این ، کمی به فرکانس بستگی دارد.
رابطه بین مقادیر ، و:
اگر فرکانس () در مگاهرتز اندازه گیری شود ، و طول موج () بر حسب متر است پس آنگاه.
مجموع تمام امواج الکترومغناطیسی به اصطلاح طیف تابشی الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد (شکل 5). از رادیو ، مایکروویو ، مادون قرمز و نور مرئی می توان برای انتقال اطلاعات با استفاده از دامنه ، فرکانس یا مدولاسیون فازی امواج استفاده کرد. اشعه ماوراio بنفش ، اشعه ایکس و گاما به دلیل فرکانس های بالا حتی بهتر خواهند بود ، اما تولید و تعدیل آنها دشوار است ، از ساختمان ها به خوبی عبور نمی کنند و علاوه بر این ، برای همه زندگی خطرناک هستند. نام های رسمی محدوده ها در جدول 6 نشان داده شده است.
شکل: 5. طیف الکترومغناطیسی و کاربرد آن در ارتباطات.
جدول 2
اسامی باند رسمی توسط ITU
مقدار اطلاعاتی که یک موج الکترومغناطیسی می تواند حمل کند مربوط به محدوده فرکانس کانال است. فناوری مدرن رمزگذاری چندین بیت در هر هرتز در فرکانس های پایین را امکان پذیر می کند. تحت برخی شرایط ، این تعداد می تواند در فرکانس های بالا هشت برابر شود.
با دانستن عرض دامنه طول موج ، می توانید دامنه فرکانس مربوطه و نرخ داده را محاسبه کنید.
مثال: برای یک کابل فیبر نوری با دامنه 1.3 میکرون ، بنابراین. سپس با سرعت 8 بیت در ثانیه می توانید سرعت انتقال 240 Tbit / s را بدست آورید.
ارتباطات رادیویی
امواج رادیویی به راحتی تولید می شوند ، مسافت زیادی را طی می کنند ، از دیوار عبور می کنند ، به دور ساختمان خم می شوند و از هر جهت حرکت می کنند. خاصیت امواج رادیویی به فرکانس بستگی دارد (شکل 6). هنگام کار در فرکانس های پایین ، امواج رادیویی به خوبی از موانع عبور می کنند ، اما با دور شدن از فرستنده ، قدرت سیگنال در هوا به شدت کاهش می یابد. نسبت قدرت و فاصله از منبع تقریباً به این صورت بیان می شود: 1 / r2. در فرکانس های بالا ، امواج رادیویی معمولاً در یک مسیر کاملاً مستقیم حرکت می کنند و از موانع باز می گردند. علاوه بر این ، به عنوان مثال ، توسط باران جذب می شوند. سیگنال های رادیویی در تمام فرکانس ها در معرض تداخل موتور قلم مو و سایر تجهیزات الکتریکی هستند.شکل: 6. امواج باندهای VLF ، LF ، MF در اطراف ناهمواری های سطح زمین می چرخند (a) ، امواج باندهای HF و VHF از یونوسفر منعکس شده و توسط زمین جذب می شوند (b).
ارتباط مایکروویو
در فرکانس های بالاتر از 100 مگاهرتز ، امواج رادیویی تقریباً در یک خط مستقیم حرکت می کنند ، بنابراین می توان آنها را به پرتوهای باریک متمرکز کرد. غلظت انرژی به شکل یک پرتو باریک با استفاده از آنتن سهموی (مانند بشقاب تلویزیونی ماهواره ای معروف) منجر به بهبود نسبت سیگنال به نویز می شود ، با این حال ، برای چنین ارتباطی ، آنتن های فرستنده و گیرنده باید به طور دقیق به سمت یکدیگر هدایت شوند.برخلاف امواج رادیویی با فرکانس پایین تر ، مایکروویو به خوبی در ساختمان نفوذ نمی کند. ارتباطات رادیویی مایکروویو به طور گسترده ای در تلفن از راه دور ، تلفن های همراه ، پخش تلویزیونی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گرفت به طوری که کمبود طیف احساس می شود.
این اتصال مزایای زیادی نسبت به فیبر نوری دارد. مورد اصلی این است که نیازی به قرار دادن کابل نیست ، بنابراین نیازی به پرداخت اجاره زمین در مسیر سیگنال نیست. کافی است هر 50 کیلومتر زمین های کوچک خریداری کنید و برج های رله ای بر روی آنها نصب کنید.
امواج مادون قرمز و میلی متر
تابش موج مادون قرمز و میلی متر بدون استفاده از کابل به طور گسترده ای برای ارتباط در مسافت های کوتاه (به عنوان مثال ، کنترل از راه دور) استفاده می شود. آنها نسبتاً جهت دار ، ارزان و نصب آسان هستند ، اما از وسایل جامد عبور نمی کنند.ارتباطات مادون قرمز در سیستم های رایانه رومیزی (به عنوان مثال ، برای اتصال لپ تاپ به چاپگرها) استفاده می شود ، اما نقش مهمی در ارتباطات از راه دور ندارد.
ماهواره های ارتباطی
انواع ماهواره های مورد استفاده زمین ثابت (GEO) ، ارتفاع متوسط \u200b\u200b(MEO) و مدار کم زمین (LEO) هستند (شکل 7).شکل: 7. ماهواره های ارتباطی و خصوصیات آنها: ارتفاع مداری ، تاخیر ، تعداد ماهواره های مورد نیاز برای پوشاندن کل سطح کره زمین.
شبکه تلفن سوئیچ عمومی
ساختار سیستم تلفن
ساختار یک مسیر تلفنی متوسط \u200b\u200bحمل و نقل متوسط \u200b\u200bدر شکل 8 نشان داده شده است.شکل: 8- راه ارتباطی معمولی با فاصله متوسط \u200b\u200bبین مشترکین.
خطوط محلی: مودم ، ADSL ، بی سیم
از آنجا که رایانه با یک سیگنال دیجیتال کار می کند و خط تلفن محلی انتقال سیگنال آنالوگ است ، از دستگاه مودم برای انجام تبدیل دیجیتال به آنالوگ و بالعکس استفاده می شود و خود فرآیند مدولاسیون / تغییر شکل (شکل 9) نامیده می شود.شکل: 9. استفاده از خط تلفن هنگام انتقال سیگنال دیجیتال.
3 روش تعدیل وجود دارد (شکل 10):
- مدولاسیون دامنه - از 2 دامنه سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1) ،
فرکانس - چندین فرکانس سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1) ،
شیفت های فاز - فاز هنگام جابجایی بین واحدهای منطقی (0 و 1) استفاده می شود. زاویه برش - 45 ، 135 ، 225 ، 180.
شکل: 10. سیگنال (های) دودویی ؛ مدولاسیون دامنه (b) مدولاسیون فرکانس (ج) ؛ مدولاسیون فاز
همه مودم های مدرن امکان انتقال داده در هر دو جهت را دارند ، به این حالت عملکرد duplex گفته می شود. به یک اتصال متناوب نیم دوبلکس گفته می شود. به اتصالی که فقط یک جهت در آن منتقل می شود ، سیمپلکس گفته می شود.
حداکثر سرعت مودم های قابل دستیابی در حال حاضر 56Kb / s است. استاندارد V.90
خطوط مشترک دیجیتال. فناوری XDSL.
پس از رسیدن سرعت به مودم ها به حد مجاز ، شرکت های تلفنی شروع به جستجوی راهی برای برون رفت از این وضعیت کردند. بنابراین ، بسیاری از پیشنهادها با نام عمومی xDSL ظاهر شدند. xDSL (خط اشتراک دیجیتال) - خط مشترک دیجیتال ، جایی که به جای آن ایکس ممکن است نامه های دیگری وجود داشته باشد. بهترین فناوری شناخته شده از این پیشنهادات ، ADSL (Asymmetric DSL) است.دلیل محدود کردن سرعت مودم ها این بود که آنها از دامنه انتقال گفتار انسانی برای انتقال داده - 300 هرتز تا 3400 هرتز استفاده می کنند. همراه با فرکانس های قطع ، پهنای باند 3100 هرتز نبود ، بلکه 4000 هرتز بود.
اگرچه طیف خط تلفن محلی خود 1.1 هرتز است.
اولین پیشنهاد فناوری ADSL از کل طیف خط تلفن محلی استفاده می شود که به 3 باند تقسیم شده است:
- گلدان - باند گلدان؛
دامنه خروجی
محدوده ورودی
یک روش جایگزین به نام مدولاسیون MultiTone گسسته (DMT) شامل تقسیم طیف پیوند محلی 1.1 مگاهرتز به 256 کانال 4312.5 هرتز مستقل است. کانال 0 POTS است. کانال های 1 تا 5 برای جلوگیری از تداخل سیگنال صوتی با سیگنال داده استفاده نمی شوند. از 250 کانال باقیمانده ، یکی مشغول کنترل انتقال به سمت ارائه دهنده ، دیگری به سمت کاربر است و سایر کانال ها برای انتقال داده های کاربر در دسترس هستند (شکل 11).
شکل: 11. عملیات ADSL با استفاده از مدولاسیون چند صدا گسسته.
استاندارد ADSL به شما امکان می دهد حداکثر 8 مگابایت بر ثانیه دریافت کنید و حداکثر 1 مگابایت بر ثانیه ارسال کنید. ADSL2 + - خروجی حداکثر 24 مگابایت در ثانیه ، ورودی تا 1.4 مگابایت در ثانیه.
یک پیکربندی سخت افزاری معمولی ADSL شامل موارد زیر است:
- DSLAM - مالتی پلکسر دسترسی DSL ؛
NID یک دستگاه رابط شبکه است که مالکیت شرکت تلفن و مشترک را از هم جدا می کند.
Splitter - شکاف دهنده ای که باند POTS و داده های ADSL را جدا می کند.
خطوط و مهر و موم ها
صرفه جویی در منابع نقش مهمی در سیستم تلفنی دارد. هزینه تخمگذار و نگهداری ستون فقرات با کارایی بالا و خط کم کیفیت تقریباً یکسان است (یعنی سهم شیر از این هزینه برای حفر ترانشه است و نه خود کابل مسی یا فیبر نوری).به همین دلیل ، شرکت های تلفنی چندین طرح برای انتقال مکالمه های متعدد از طریق یک کابل فیزیکی به طور مشترک ایجاد کرده اند. طرح های مالتی پلکسینگ (مالتی پلکسینگ) را می توان به دو دسته اصلی FDM (Multiplexing Division Frequency) و TDM (Multiplexing Division Time) تقسیم کرد (شکل 13).
در مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس ، طیف فرکانس بین کانالهای منطقی تقسیم می شود و هر کاربر مالکیت انحصاری زیر گروه خود را بدست می آورد. در مالتی پلکسینگ تقسیم زمان ، کاربران به نوبت (به صورت دوره ای) از یک کانال استفاده می کنند و به هر کانال برای مدت زمان کوتاه پهنای باند کامل داده می شود.
در کانالهای فیبر نوری ، از نسخه ویژه تقسیم فرکانس استفاده می شود. به آن Wavelength Division Multiplexing (WDM) می گویند.
شکل: 13. نمونه ای از مالتی پلکسینگ فرکانس: طیف های سیگنال اولیه 1 (الف) ، طیف های تغییر یافته فرکانس (ب) ، کانال فشرده (ج).
تخفیف
از نظر مهندس معمولی تلفن ، یک سیستم تلفنی از دو قسمت تشکیل می شود: تجهیزات خارجی (خطوط تلفن و صندوق های داخلی ، در خارج از سوئیچ ها) و تجهیزات داخلی (سوئیچ ها) واقع در مرکز تلفن.هر شبکه ارتباطی از روشی برای جابجایی (ارتباط) بین مشترکین خود پشتیبانی می کند. عملاً غیرممکن است که خط ارتباطی فیزیکی بدون تعویض خود را برای هر جفت مشترک در حال تعامل برقرار کنید ، که آنها می توانند برای مدت طولانی "خود را" در اختیار بگیرند. بنابراین ، هر شبکه ای همیشه از روش سوئیچینگ مشترک استفاده می کند که در دسترس بودن کانالهای فیزیکی موجود به طور همزمان برای چندین جلسه ارتباطی بین مشترکان شبکه را تضمین می کند.
در سیستم های تلفنی دو روش مختلف وجود دارد: سوئیچینگ مدار و سوئیچینگ بسته.
تغییر کانال
سوئیچینگ مدار شامل تشکیل یک کانال فیزیکی متصل به هم پیوسته از بخشهای کانال مجزا متصل شده برای انتقال مستقیم داده ها بین گره ها است. در یک شبکه مدار سوئیچ ، قبل از انتقال داده ها ، همیشه لازم است که روش برقراری اتصال ، که در طی آن کانال متصل شده ایجاد می شود ، انجام شود (شکل 14).سوئیچینگ بسته
در سوئیچینگ بسته ، تمام پیام های منتقل شده توسط کاربر شبکه در گره منبع به قطعات نسبتاً کوچکی به نام بسته تقسیم می شوند. هر بسته دارای یک سرصفحه است که اطلاعات آدرس مورد نیاز برای تحویل بسته به گره مقصد و همچنین شماره بسته ای را که گره مقصد برای جمع آوری پیام استفاده خواهد کرد ، مشخص می کند. بسته ها به عنوان واحدهای اطلاعاتی مستقل از طریق شبکه منتقل می شوند. سوئیچ های شبکه بسته ها را از گره های انتهایی دریافت می کنند و بر اساس اطلاعات آدرس ، آنها را به یکدیگر و در نهایت به گره مقصد منتقل می کنند (شکل 14).و غیره.................
صفحه 27 از 27 مبنای فیزیکی انتقال داده ها (خطوط ارتباطی ،)
مبنای فیزیکی انتقال داده ها
هر فناوری شبکه باید انتقال مطمئن و سریع داده های گسسته را از طریق خطوط ارتباطی فراهم کند. اگرچه تفاوت های زیادی بین فناوری ها وجود دارد ، اما آنها بر اساس اصول کلی انتقال داده های گسسته است. این اصول در روش های نمایش باینری و صفر با استفاده از سیگنال های پالسی یا سینوسی در خطوط ارتباطی با ماهیت های مختلف فیزیکی ، روش های تشخیص و اصلاح خطا ، روش های فشرده سازی و روش های سوئیچینگ گنجانده شده است.
خطوط اتصالات
شبکه ها ، خطوط و کانالهای ارتباطی اولیه
هنگام توصیف یک سیستم فنی که اطلاعات را بین گره های شبکه منتقل می کند ، چندین نام را می توان در ادبیات یافت: خط ارتباطی ، کانال مرکب ، کانال ، لینک.غالباً این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده می شوند و در بسیاری از موارد این مشکلی نیست. در عین حال ، ویژگی خاصی در استفاده از آنها وجود دارد.
ارتباط دادن(link) بخشی است که انتقال داده را بین دو گره شبکه همسایه فراهم می کند. یعنی پیوند حاوی وسایل سوئیچینگ و مالتی پلکسینگ متوسط \u200b\u200bنیست.
کانال(کانال) اغلب نشان دهنده بخشی از پهنای باند لینک است که به طور مستقل در هنگام سوئیچینگ استفاده می شود. به عنوان مثال ، یک پیوند در شبکه اصلی می تواند از 30 کانال تشکیل شود که هر کانال دارای پهنای باند 64 کیلوبیت بر ثانیه است.
کانال ترکیبی(مدار) مسیری بین دو گره انتهایی در یک شبکه است. یک پیوند متصل شده توسط پیوندهای میانی جداگانه و اتصالات متقابل در سوئیچ ها تشکیل می شود. غالباً صفت "مرکب" حذف می شود و اصطلاح "کانال" برای نشان دادن هم یک کانال ترکیبی و هم یک کانال بین گره های مجاور ، یعنی درون یک پیوند استفاده می شود.
خط ارتباطیمی تواند برای هر یک از سه اصطلاح دیگر به صورت مترادف استفاده شود.
در شکل دو نسخه از خط ارتباطی نشان داده شده است. در حالت اول ( و) این خط از یک بخش کابل به طول چند ده متر تشکیل شده و یک پیوند است. در حالت دوم (b) ، پیوند ارتباطی یک کانال ترکیبی است که در یک شبکه مدار سوئیچ مستقر شده است. چنین شبکه ای می تواند باشد شبکه اصلییا شبکه تلفن.
با این حال ، برای یک شبکه رایانه ای ، این خط یک پیوند است ، زیرا دو گره همسایه را به هم متصل می کند و همه تجهیزات میانی سوئیچینگ برای این گره ها شفاف هستند. دلیل سو mis تفاهم متقابل در سطح متخصصان رایانه و متخصصان شبکه های اصلی در اینجا مشهود است.
شبکه های اصلی به ویژه برای ارائه خدمات کانال های انتقال داده برای شبکه های رایانه ای و تلفنی ایجاد می شوند که در چنین مواردی می گویند که "در بالای" شبکه های اصلی کار می کنند و شبکه های سوار شده
طبقه بندی خط ارتباطی
خط ارتباطی به طور کلی از یک محیط فیزیکی تشکیل شده است که از طریق آن سیگنال های اطلاعات الکتریکی ، تجهیزات انتقال داده و تجهیزات میانی منتقل می شوند. محیط فیزیکی انتقال داده (رسانه فیزیکی) می تواند یک کابل باشد ، یعنی مجموعه ای از سیم ها ، غلاف ها و اتصالات عایق و محافظ و همچنین جو زمین یا فضای بیرونی که از طریق آن امواج الکترومغناطیسی گسترش می یابد.
در حالت اول ، آنها در مورد صحبت می کنند محیط سیمیو در دوم - در مورد بي سيم.
در سیستم های مخابراتی مدرن ، اطلاعات با استفاده از انتقال می یابد جریان یا ولتاژ الکتریکی ، سیگنال های رادیویی یا سیگنال های نوری - تمام این فرایندهای فیزیکی نوسانات میدان الکترومغناطیسی فرکانس های مختلف هستند.
خطوط سیم (سربار)گره ها سیمهایی هستند که هیچگونه عایق یا برشهای گره ای ندارند ، بین ستونها گذاشته می شوند و در هوا آویزان هستند. حتی در گذشته نه چندان دور ، چنین خطوط ارتباطی اصلی ترین خط انتقال سیگنال های تلفنی یا تلگرافی بودند. امروزه خطوط ارتباطی سیمی به سرعت با خطوط کابل جایگزین می شوند. اما در بعضی از مکان ها هنوز هم حفظ شده و در صورت عدم وجود امکانات دیگر ، همچنان برای انتقال داده های رایانه استفاده می شود. سرعت و ایمنی نویز این خطوط مورد انتظار بسیاری است.
خطوط کابلطراحی نسبتاً پیچیده ای دارند این کابل متشکل از هادی هایی است که در چندین لایه عایق محصور شده اند: الکتریکی ، الکترومغناطیسی ، مکانیکی و احتمالاً آب و هوایی. علاوه بر این ، کابل می تواند مجهز به کانکتورهایی باشد که به شما امکان می دهد سریع به تجهیزات مختلف متصل شوید. در شبکه های رایانه ای (و مخابرات) از سه نوع اصلی کابل استفاده می شود: کابل های ساخته شده بر اساس جفت سیم های مسی پیچ خورده - سیم بهم تابیده بدون محافظ(جفت پیچ خورده بدون محافظ ، UTP) و جفت پیچ خورده محافظ(جفت پیچ خورده محافظ ، STP) ، کابل های کواکسیالهادی مسی ، کابل های فیبر نوری. به دو نوع اول کابل نیز گفته می شود کابل های مسی
کانال های رادیوییارتباطات زمینی و ماهواره ای با استفاده از فرستنده و گیرنده امواج رادیویی شکل می گیرد. انواع متنوعی از کانال های رادیویی وجود دارد که هم در دامنه فرکانس مورد استفاده و هم در دامنه کانال متفاوت است. پخش گروههای رادیویی(امواج بلند ، متوسط \u200b\u200bو کوتاه) ، همچنین نامیده می شود باند AM ،یا دامنه مدولاسیون دامنه (AM) ، ارتباطات از راه دور را ارائه می دهند ، اما با سرعت داده پایین. کانالهایی که سریعتر استفاده می شوند محدوده فرکانس بسیار بالا(فرکانس بسیار بالا ، VHF) ، که برای آن مدولاسیون فرکانسی (فرکانس مدولاسیون ، FM) اعمال می شود. همچنین برای انتقال داده استفاده می شود باندهای فرکانس فوق العاده بالا(فرکانس فوق العاده بالا ، UHF) ، همچنین نامیده می شود محدوده مایکروویو(بیش از 300 مگاهرتز) بالاتر از 30 مگاهرتز ، سیگنال ها دیگر توسط یونوسفر زمین منعکس نمی شوند و برای ارتباط پایدار به یک خط دید بین فرستنده و گیرنده نیاز است. بنابراین ، در چنین شرایطی ، چنین فرکانسهایی از کانالهای ماهواره ای ، یا کانالهای رله رادیویی یا شبکه های محلی یا تلفن همراه استفاده می کنند.
اطلاعات اولیه ای که باید از طریق خط ارتباطی منتقل شوند می توانند گسسته (داده های خروجی رایانه) یا آنالوگ (گفتار ، تصویر تلویزیونی) باشند.
انتقال داده گسسته براساس استفاده از دو نوع کدگذاری فیزیکی است:
الف) مدولاسیون آنالوگ ، هنگامی که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال حامل سینوسی انجام می شود ؛
ب) کدگذاری دیجیتالی با تغییر سطح توالی پالس های اطلاعات مستطیلی.
مدولاسیون آنالوگ منجر به طیفی از سیگنال حاصل از عرض بسیار کمتر از کدگذاری دیجیتال ، با همان سرعت انتقال اطلاعات می شود ، اما اجرای آن به تجهیزات پیچیده و گرانتری نیاز دارد.
در حال حاضر ، داده های اصلی که دارای فرم آنالوگ هستند ، بطور فزاینده ای از طریق کانالهای ارتباطی به صورت گسسته (به صورت توالی یک و صفر) منتقل می شوند ، یعنی مدولاسیون گسسته سیگنالهای آنالوگ انجام می شود.
مدولاسیون آنالوگ این برای انتقال داده های گسسته از طریق کانالهای پهنای باند باریک استفاده می شود که نماینده معمول آن یک کانال فرکانس صوتی است که به کاربران شبکه های تلفنی ارائه می شود. این کانال سیگنال هایی را با فرکانس 300 تا 3400 هرتز منتقل می کند ، یعنی پهنای باند آن 3100 هرتز است. این پهنای باند برای انتقال گفتار با کیفیت قابل قبول کاملاً کافی است. محدود کردن پهنای باند کانال تن با استفاده از تجهیزات مالتی پلکس و مدار سوئیچینگ در شبکه های تلفنی همراه است.
قبل از انتقال داده های گسسته از طرف انتقال دهنده ، یک مدولاتور-دمدولاتور (مودم) سینوسیس حامل توالی اصلی ارقام باینری را تعدیل می کند. تغییر شکل معکوس (مدولاسیون) توسط مودم گیرنده انجام می شود.
برای تبدیل داده های دیجیتال به فرم آنالوگ یا سه روش مدولاسیون آنالوگ ، سه روش وجود دارد:
مدولاسیون دامنه ، هنگامی که فقط دامنه حامل نوسانات سینوسی متناسب با توالی بیت های اطلاعات منتقل شده تغییر می کند: به عنوان مثال ، هنگام انتقال واحد ، دامنه نوسانات بزرگ تنظیم می شود و هنگام انتقال صفر ، کم است یا اصلاً سیگنال حامل وجود ندارد ؛
مدولاسیون فرکانس ، هنگامی که تحت عمل تعدیل سیگنال ها (بیت های اطلاعاتی منتقل شده) است ، فقط فرکانس حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: به عنوان مثال ، هنگام انتقال صفر ، کم است و هنگام انتقال یکی ، زیاد است ؛
مدولاسیون فاز ، هنگامی که مطابق با توالی بیت های اطلاعاتی منتقل شده ، فقط فاز حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: هنگام تغییر از سیگنال 1 به سیگنال 0 یا بالعکس ، فاز 180 درجه تغییر می کند. در فرم خالص خود ، از مدولاسیون دامنه به دلیل ایمنی کم صدا ، در عمل به ندرت استفاده می شود. مدولاسیون فرکانس در مودم ها به مدار پیچیده ای نیاز ندارد و معمولاً در مودم های با سرعت پایین با سرعت 300 یا 1200 دور در ثانیه استفاده می شود. افزایش سرعت انتقال داده با استفاده از روشهای مدولاسیون ترکیبی ، اغلب دامنه در ترکیب با فاز ، فراهم می شود.
روش آنالوگ انتقال داده های گسسته ، انتقال باند پهن را با استفاده از سیگنال های فرکانس های مختلف حامل در یک کانال فراهم می کند. این تعامل تعداد زیادی از مشترکان را تضمین می کند (هر جفت مشترک با فرکانس خاص خود کار می کند).
کدگذاری دیجیتال هنگام کدگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته ، از دو نوع کد استفاده می شود:
الف) کدهای بالقوه ، هنگامی که فقط مقدار پتانسیل سیگنال برای نشان دادن واحدهای اطلاعاتی و صفر استفاده می شود ، و تفاوت آن در نظر گرفته نمی شود.
ب) کدهای پالس ، هنگامی که داده های باینری یا با پالس های قطبیت مشخص نشان داده می شوند ، یا با افت های بالقوه در یک جهت خاص.
هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای نشان دادن سیگنال های باینری ، الزامات زیر به روش رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته اعمال می شود:
اطمینان از همگام سازی بین فرستنده و گیرنده ؛
تأمین کمترین عرض طیف سیگنال حاصل با همان نرخ بیت (از آنجایی که طیف باریک تری از سیگنال ها اجازه می دهد تا
با همان پهنای باند برای دستیابی به سرعت بالاتر
انتقال داده)
توانایی تشخیص خطاها در داده های منتقل شده.
هزینه اجرای نسبتاً کم.
با استفاده از لایه فیزیکی ، فقط شناسایی داده های تحریف شده (تشخیص خطا) انجام می شود ، که باعث صرفه جویی در وقت می شود ، زیرا گیرنده ، بدون انتظار برای قرار دادن کامل قاب دریافت شده در بافر ، بلافاصله هنگام تشخیص بیت های اشتباه در قاب ، آن را رد می کند. یک عملیات پیچیده تر - اصلاح داده های خراب - توسط پروتکل های سطح بالاتر انجام می شود: کانال ، شبکه ، حمل و نقل ، یا برنامه.
همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقاً بداند چه موقع داده های ورودی را بخواند. همگام سازی گیرنده را به پیام ارسالی تنظیم کرده و گیرنده را با بیت های داده های ورودی همگام نگه دارید. مشکل همگام سازی هنگام انتقال اطلاعات در فواصل کوتاه (بین بلوک های داخل رایانه ، بین رایانه و چاپگر) با استفاده از یک خط ارتباطی جداگانه کلاکینگ به راحتی حل می شود: اطلاعات فقط در لحظه پالس ساعت بعدی خوانده می شوند. در شبکه های رایانه ای ، آنها به دو دلیل از استفاده از پالس های ساعت خودداری می کنند: به دلیل صرفه جویی در هادی ها در کابل های گران قیمت و به دلیل ناهمگنی بودن مشخصات هادی ها در کابل ها (در فواصل زیاد ، سرعت انتشار سیگنال ناهموار می تواند منجر به همگام سازی پالس های ساعت در خط ساعت و پالس های اطلاعات در خط اصلی شود) ، در نتیجه آن بیت داده یا رد می شود یا دوباره خوانده می شود).
در حال حاضر ، همگام سازی فرستنده و گیرنده در شبکه ها با استفاده از کدهای خودتنظیم (SK) حاصل می شود. کدگذاری داده های ارسالی با استفاده از SC برای اطمینان از تغییرات منظم و مکرر (انتقال) سطح سیگنال اطلاعات در کانال است. هر تراز سطح سیگنال از بالا به پایین یا بالعکس برای اصلاح گیرنده استفاده می شود. بهترین موارد در نظر گرفته می شود مواردی که حداقل یک بار در طول بازه زمانی لازم برای دریافت یک بیت اطلاعات ، از انتقال سطح سیگنال اطمینان حاصل کنند. هرچه انتقال سطح سیگنال بیشتر باشد ، گیرنده با اطمینان بیشتری همگام سازی می شود و بیت های داده دریافت شده با اطمینان بیشتری شناسایی می شوند.
الزامات مشخص شده برای روشهای کدگذاری دیجیتال برای اطلاعات گسسته تا حدی با هم متناقض هستند ، بنابراین ، هر یک از روشهای کدگذاری که در زیر بحث شده است ، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به روشهای دیگر دارد.
کدهای خودکار رایج ترین SC ها عبارتند از:
کد بالقوه بدون بازگشت به صفر (NRZ - عدم بازگشت به صفر) ؛
کد نبض دو قطبی (کد RZ) ؛
کد منچستر؛
کد دو قطبی با وارونگی سطح متناوب.
در شکل 32 با استفاده از این CK ها ، برنامه های کدگذاری پیام 0101100 را نشان می دهد.
برای توصیف و ارزیابی مقایسه ای انگلستان ، از شاخص های زیر استفاده می شود:
سطح (کیفیت) همگام سازی ؛
قابلیت اطمینان (اطمینان) در تشخیص و انتخاب بیت های اطلاعات دریافتی ؛
در صورت تعیین ظرفیت خط ، میزان تغییر مورد نیاز در سطح سیگنال در خط ارتباطی هنگام استفاده از SC.
پیچیدگی (و بنابراین هزینه) تجهیزات لازم برای اجرای IC.
کد NRZ آسان برای کدگذاری و کم هزینه اجرا است. این نام به این دلیل بدست آمده است که هنگام انتقال یک سری بیت به همین نام (یک یا صفر) ، سیگنال در طول یک چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد ، همانطور که در سایر روش های رمزگذاری وجود دارد. سطح سیگنال برای هر سری بدون تغییر باقی می ماند ، که به طور قابل توجهی کیفیت همگام سازی و قابلیت اطمینان تشخیص بیت های دریافتی را کاهش می دهد (تایمر گیرنده ممکن است با توجه به سیگنال ورودی و نظرسنجی نابهنگام خطوط متناسب نباشد).
برای کد L ^ ، روابط زیر برقرار است:
که در آن VI میزان تغییر سطح سیگنال در خط ارتباطی است (baud) ؛
U2 - پهنای باند خط ارتباطی (بیت / ثانیه).
علاوه بر این واقعیت که این کد خاصیت همگام سازی خود را ندارد ، یک اشکال جدی دیگر نیز دارد: وجود یک جز frequency با فرکانس پایین که هنگام انتقال سری های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. در نتیجه ، کد NRZ به شکل خالص در شبکه ها استفاده نمی شود. تغییرات مختلف آن اعمال می شود ، که در آنها هماهنگ سازی ضعیف کد و وجود یک جز component ثابت از بین می رود.
کد RZ یا کد پالس دو قطبی (کد با بازگشت به صفر) از این نظر متفاوت است که هنگام انتقال یک بیت اطلاعات ، بدون توجه به انتقال یک سری بیت های مشابه یا متناوباً تغییر بیت ، سطح سیگنال دو بار تغییر می کند. یکی با نبض یک قطب نشان داده می شود و صفر دیگری. هر ضربه نیم بار ضرب و شتم دارد. چنین کدی دارای ویژگی های هماهنگ سازی عالی است ، اما هزینه اجرای آن بسیار زیاد است ، زیرا برای اطمینان از نسبت لازم است
طیف کد RZ گسترده تر از کد بالقوه است. به دلیل طیف بسیار گسترده ، بندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
کد منچستر هنگام نمایش هر بیت ، تغییری در سطح سیگنال ایجاد می کند و هنگام انتقال یک سری بیت به همین نام ، یک تغییر مضاعف دارد. هر معیار به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط قطره های بالقوه ای که در وسط هر چرخه اتفاق می افتد رمزگذاری می شوند. یکی توسط شیب از سطح سیگنال پایین به بالا کد می شود و صفر توسط شیب معکوس کد می شود. نسبت سرعت برای این کد به شرح زیر است:
کد منچستر از ویژگی های زمان بندی خوبی برخوردار است ، زیرا سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند. پهنای باند آن باریکتر از کد RZ است (به طور متوسط \u200b\u200b1.5 برابر). برخلاف کد پالس دو قطبی ، که در آن از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می شود (که گاهی اوقات بسیار نامطلوب است ، به عنوان مثال ، فقط دو حالت در کابل های نوری ثابت می شوند - نور و تاریک) ، در کد منچستر دو سطح وجود دارد.
کد منچستر به طور گسترده ای در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.
کد وارونگی سطح متقابل دو قطبی (AMI) یکی از اصلاحات کد NRZ است. از سه سطح پتانسیل - منفی ، صفر و مثبت استفاده می کند. واحد با پتانسیل مثبت یا منفی کدگذاری می شود. پتانسیل صفر برای رمزگذاری صفر استفاده می شود. کد هنگام انتقال یک سری واحد از ویژگی های هماهنگ سازی خوبی برخوردار است ، زیرا پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل واحد قبلی است. هنگام انتقال سری صفرها هیچ هماهنگی وجود ندارد. اجرای کد AMI نسبتاً ساده است. برای او 
هنگام انتقال ترکیبات مختلف بیت بر روی یک خط ، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تری نسبت به کد NRZ می شود و بنابراین ظرفیت خط بالاتر است.
توجه داشته باشید که کدهای بالقوه بهبود یافته (کد منچستر و کد AMI مدرن) طیف باریک تری نسبت به پالس دارند ، بنابراین آنها در فناوری های پرسرعت ، به عنوان مثال در FDDI ، Fast Ethernet ، Gigabit Ethernet کاربرد دارند.
مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ. همانطور که قبلاً اشاره شد ، یکی از روندهای توسعه شبکه های رایانه ای مدرن ، دیجیتالی شدن آنها است ، یعنی انتقال سیگنال های از هر نوع طبیعت به شکل دیجیتال. منابع این سیگنال ها می توانند کامپیوتر (برای داده های گسسته) یا دستگاه هایی مانند تلفن ، دوربین فیلمبرداری ، تجهیزات تولید مثل فیلم و صدا (برای داده های آنالوگ) باشند. تا همین اواخر (قبل از ظهور شبکه های ارتباطی دیجیتال) در شبکه های سرزمینی ، انواع داده ها به صورت آنالوگ منتقل می شدند و داده های گسسته رایانه ای با استفاده از مودم به فرم آنالوگ تبدیل می شد.
با این وجود ، اگر تحریف قابل توجهی هنگام انتقال وجود داشته باشد ، انتقال اطلاعات به صورت آنالوگ کیفیت داده های دریافتی را بهبود نمی بخشد. بنابراین ، فناوری آنالوگ برای ضبط و انتقال صدا و تصویر با فناوری دیجیتال جایگزین شد ، که از مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ استفاده می کند.
مدولاسیون گسسته بر اساس نمونه برداری از سیگنالهای مداوم هم در دامنه و هم در زمان است. یکی از روشهای گسترده تبدیل سیگنالهای آنالوگ به دیجیتال ، مدولاسیون کد پالس (PCM) است که در سال 1938 توسط A.Kh پیشنهاد شد. ریوز (آمریکا).
هنگام استفاده از PCM ، فرآیند تبدیل شامل سه مرحله است: نمایش ، اندازه گیری و کدگذاری (شکل 33).
اولین مرحله نمایش است. دامنه سیگنال پیوسته اصلی با یک دوره مشخص اندازه گیری می شود ، به همین دلیل نمونه برداری از زمان اتفاق می افتد. در این مرحله ، سیگنال آنالوگ به سیگنال های مدولاسیون دامنه پالس (IAM) تبدیل می شود. اجرای مرحله بر اساس تئوری نقشه برداری Nyquist-Kotelnikov است ، موقعیت اصلی آن این است: اگر یک سیگنال آنالوگ نمایش داده شود (به عنوان مثال به عنوان دنباله ای از مقادیر زمانی گسسته آن نشان داده می شود) در یک بازه زمانی منظم با فرکانس حداقل دو برابر فرکانس بالاترین هارمونیک طیف سیگنال پیوسته اصلی ، صفحه نمایش شامل اطلاعات کافی برای بازیابی سیگنال اصلی است. در تلفن آنالوگ ، محدوده 300 تا 3400 هرتز برای انتقال صدا انتخاب شده است ، که برای انتقال با کیفیت بالا از همه هماهنگی های اساسی مکالمه کافی است. بنابراین ، در شبکه های دیجیتال ، که روش PCM برای انتقال صدا پیاده سازی شده است ، فرکانس نمایش 8000 هرتز اتخاذ می شود (این بیش از 6800 هرتز است که حاشیه کیفیتی را فراهم می کند).
در مرحله کوانتاسیون ، به هر سیگنال IAM مقدار کوانتیزه شده مربوط به نزدیکترین سطح کوانتیشن اختصاص می یابد. کل دامنه تغییرات در دامنه سیگنالهای IAM به 128 یا 256 سطح کوانتیزه تقسیم می شود. هرچه سطوح کوانتیزاسیون بیشتر باشد ، دامنه IAM دقیق تر است - سیگنال توسط سطح کوانتیزه شده نشان داده می شود.
در مرحله رمزگذاری ، به هر نقشه کوانتیزه کد باینری 7 بیتی (اگر تعداد سطوح کوانتیزاسیون 128 باشد) یا 8 بیتی (با کوانتاسیون 256 مرحله ای) اختصاص داده شده است. در شکل 33 سیگنالهای کد باینری 8 عنصر 00101011 را نشان می دهد ، مربوط به یک سیگنال کوانتیزه با سطح 43 است. هنگام رمزگذاری با کدهای 7 عنصر ، سرعت انتقال داده از طریق کانال باید 56 کیلوبیت بر ثانیه باشد (این محصول فرکانس نمایشگر و عرض کد باینری است) ، و هنگام کدگذاری 8- کد عناصر - 64 کیلوبیت بر ثانیه. استاندارد یک کانال دیجیتال 64 کیلوبیت بر ثانیه است که به آن کانال ابتدایی شبکه های تلفنی دیجیتال نیز می گویند.
دستگاهی که این مراحل تبدیل مقدار آنالوگ به کد دیجیتال را انجام می دهد مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) نامیده می شود. در قسمت دریافت کننده ، با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) ، تبدیل معکوس انجام می شود ، به عنوان مثال ، دامنه های دیجیتالی سیگنال مداوم تغییر شکل داده و عملکرد مداوم اصلی زمان بازیابی می شود.
در شبکه های ارتباطی دیجیتال مدرن ، از روش های دیگر مدولاسیون گسسته استفاده می شود که اجازه می دهد اندازه گیری های صدا را به صورت فشرده تر ، به عنوان مثال ، به صورت توالی اعداد 4 بیتی نشان دهد. از مفهوم تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال نیز استفاده می شود که در آن نه خود سیگنال های IAM کوانتی و سپس کدگذاری می شوند ، بلکه فقط تغییرات آنها انجام می شود و تعداد سطوح کوانتیزاسیون یکسان فرض می شود. بدیهی است که این مفهوم امکان تبدیل سیگنال را با دقت بیشتری فراهم می کند.
روش های دیجیتالی ضبط ، تولید مثل و انتقال اطلاعات آنالوگ توانایی کنترل قابلیت اطمینان داده های خوانده شده از یک رسانه یا دریافت شده از طریق یک خط ارتباطی را فراهم می کند. برای این منظور ، روشهای کنترلی مشابه داده های رایانه ای اعمال می شود (بند 4.9 را ببینید).
انتقال سیگنال مداوم به شکل گسسته ، الزامات سختگیرانه ای را برای هماهنگی گیرنده تحمیل می کند. اگر همگام سازی مشاهده نشود ، سیگنال اصلی به اشتباه بازسازی می شود ، که منجر به تحریف صدا یا تصویر ارسالی می شود. اگر فریم هایی با اندازه گیری صدا (یا مقدار دیگر آنالوگ) به صورت همزمان وارد شوند ، کیفیت صدا می تواند بسیار بالا باشد. با این حال ، در شبکه های رایانه ای ، فریم ها می توانند در گره های انتهایی و در دستگاه های سوئیچینگ متوسط \u200b\u200b(پل ها ، سوئیچ ها ، روترها) به تأخیر بیفتند ، که بر کیفیت انتقال صدا تأثیر منفی می گذارد. بنابراین ، برای انتقال با کیفیت بالا از سیگنال های پیوسته دیجیتالی ، از شبکه های دیجیتال ویژه (ISDN ، ATM ، شبکه های تلویزیونی دیجیتال) استفاده می شود ، اگرچه شبکه های Frame Relay هنوز هم برای انتقال مکالمات تلفنی درون سازمانی استفاده می شوند ، زیرا تاخیرهای انتقال قاب در آنها در حد قابل قبولی است.