Байланыс желісі арқылы берілетін ақпарат әдетте арнайы кодтауға ұшырайды, бұл жіберу сенімділігін арттырады. Бұл жағдайда кодтау мен декодтау үшін қосымша аппараттық шығындар сөзсіз, ал желілік адаптерлердің құны артады.

Желі арқылы тасымалданатын ақпаратты кодтау рұқсат етілген максималды жіберу жылдамдығы мен пайдаланылатын тасымалдау ортасының өткізу қабілетінің арақатынасымен байланысты. Мысалы, әртүрлі кодтармен бір кабель бойынша максималды беру жылдамдығы екі есеге ерекшеленуі мүмкін. Желілік жабдықтың күрделілігі және ақпаратты жіберудің сенімділігі де таңдалған кодқа тікелей байланысты.

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру үшін бастапқы дискретті деректерді физикалық кодтаудың екі әдісі қолданылады - синусоидалы тасымалдаушы сигналға негізделген және тік бұрышты импульстар тізбегіне негізделген. Бірінші жолды жиі атайды аналогтық модуляция,өйткені кодтау аналогтық сигналдың (амплитудасы, фазасы, жиілігі) параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылады. Екінші жол деп аталады сандық кодтау. Қазіргі уақытта аналогтық нысаны бар деректер (сөйлеу, теледидар бейнесі) дискретті түрде байланыс арналары арқылы беріледі. Аналогты ақпаратты дискретті түрде көрсету процесі деп аталады дискретті модуляция.

5.1Аналогтық модуляция

Дискретті мәліметтерді синусоидалы сигнал ретінде көрсету деп аталады аналогтық модуляция. Аналогтық модуляция ақпаратты амплитуданың, фазаның немесе жиіліктің әртүрлі деңгейлері бар синусоидалы сигнал ретінде көрсетуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, өзгеретін параметрлердің комбинацияларын қолдануға болады - амплитуда және жиілік, амплитудалық-фаза. Мысалы, төрт амплитудалық деңгейлері және төрт жиілік деңгейі бар синусоидалы сигналды құрасаңыз, бұл ақпараттық параметрдің 16 күйін береді, бұл бір өзгеріс үшін 4 бит ақпарат дегенді білдіреді.

Аналогтық модуляцияның үш негізгі түрі бар:

амплитудасы,

жиілігі,

Амплитудалық модуляция.(AM)Амплитудалық модуляция кезінде логикалық үшін тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі, ал логикалық нөл үшін басқасы таңдалады (5.1-суретті қараңыз). Сигнал жиілігі тұрақты болып қалады. Бұл әдіс практикада шуға төзімділігі төмен болғандықтан таза түрінде сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрімен – фазалық модуляциямен бірге қолданылады.

Күріш. 5.1 Модуляцияның әртүрлі түрлері

Жиілік модуляциясы. ( Әлем кубогі) Жиілік модуляциясы кезінде бастапқы деректердің логикалық 0 және логикалық 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі - f 1 және f 2 (5.1-суретті қараңыз). Сигнал амплитудасы тұрақты болып қалады. Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі схемаларды қажет етпейді және әдетте төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады.

Фазалық модуляция. (FM)Фазалық модуляция кезінде логикалық 0 және 1 мәндері бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ басқа фазамен (төңкерілген), мысалы, 0 және 180 градус немесе 0,90,180 және 270 градус. Алынған сигнал инверттелген синусты толқындар тізбегіне ұқсайды (5.1 суретті қараңыз). Сигналдың амплитудасы мен жиілігі тұрақты болып қалады.

Тасымалдау жылдамдығын арттыру үшін біріктірілген модуляция әдістері қолданылады (ақпараттық параметрдің бір цикліндегі биттердің санын көбейту). Ең көп таралған әдістер квадратуралық амплитудалық модуляция (Qуадратура Амплитудасы Модуляция, QAM). Бұл әдістер 8 фазалық ығысу мәндері бар фазалық модуляция және 4 амплитудалық деңгейлері бар амплитудалық модуляция комбинациясын пайдаланады. Бұл әдіспен 32 сигнал комбинациясы мүмкін. Және олардың барлығы пайдаланылмаса да, жылдамдық әлі де айтарлықтай артады және артық болуына байланысты деректерді берудегі қателерді басқаруға болады. Мысалы, кейбір кодтарда бастапқы деректерді көрсету үшін тек 6, 7 немесе 8 комбинацияға рұқсат етіледі, ал қалған комбинацияларға тыйым салынады. Бұл кодтаудың артықтығы модемге кедергілер салдарынан бұрмалану нәтижесі болып табылатын қате сигналдарды тануы үшін қажет. телефон арналары, әсіресе ауыстырылғандар амплитудасы бойынша өте маңызды және уақыт бойынша ұзақ.

Аналогтық модуляция қандай желілерде жұмыс істей алатынын және бұл әдіс бір немесе басқа қолданылатын тарату желісінің өткізу қабілеттілігін қаншалықты қанағаттандыратынын анықтайық, ол үшін нәтиже сигналдарының спектрін қарастырамыз. Мысалы, амплитудалық модуляция әдісін алайық. Амплитудалық модуляциясы бар алынған сигналдың спектрі тасымалдаушы жиіліктің синусоидынан тұрады. f біргежәне екі жақты гармоника:

(ф бірге -ф м ) және (ф бірге +f м ), қайда f м- екі амплитудалық деңгей пайдаланылған жағдайда деректер жылдамдығымен сәйкес келетін модуляция жиілігі (синусоидтың ақпараттық параметрінің өзгеруі).

Күріш. 5.2 Амплитудалық модуляциясы бар сигнал спектрі

Жиілік f мкезіндегі желінің өткізу қабілеттілігін анықтайды бұл әдіскодтау. Модуляция жиілігі төмен болса, сигнал спектрінің ені де аз болады (тең 2f м 5.2-суретті қараңыз), сондықтан оның өткізу қабілеттілігі одан үлкен немесе оған тең болса, сигналдар сызықпен бұрмаланбайды. 2f м .

Осылайша, амплитудалық модуляция кезінде алынған сигнал тар спектрге ие болады.

Фазалық және жиілік модуляциясы кезінде сигнал спектрі амплитудалық модуляцияға қарағанда күрделірек, өйткені мұнда екіден көп бүйірлік гармоникалар түзіледі, бірақ олар сонымен қатар негізгі тасымалдаушы жиілікке қатысты симметриялы орналасады және олардың амплитудалары тез төмендейді. Сондықтан модуляцияның бұл түрлері тар өткізу қабілеті бар желілер арқылы деректерді беру үшін де қолайлы. Мұндай желілердің типтік өкілі жалпыға ортақ телефон желілерінің пайдаланушыларына қолжетімді болатын дауыс жиілігінің арнасы болып табылады.

Дауыс жиілік арнасының типтік жиілік реакциясынан бұл арна 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазондағы жиіліктерді жіберетінін көруге болады, осылайша оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц (5.3-суретті қараңыз).

Күріш. 5.3 Дауыс жиілігі арнасының жиілік реакциясы

Сөйлеудің қолайлы сапасы үшін адам дауысы әлдеқайда кең спектрге ие болғанымен - шамамен 100 Гц-тен 10 кГц-ке дейін - 3100 Гц диапазоны жақсы шешім болып табылады. Тондық арнаның өткізу қабілеттілігін қатаң шектеу телефон желілерінде мультиплексирлеу және тізбекті коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

Осылайша, дауыс жиілігі арнасы үшін амплитудалық модуляция 3100/2=1550 бит/с аспайтын деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз етеді. Ақпараттық параметрдің бірнеше деңгейін (амплитуданың 4 деңгейі) пайдалансаңыз, онда дауыс жиілігі арнасының өткізу қабілеті екі есе артады.

Көбінесе аналогтық кодтау тар өткізу қабілеті бар арна арқылы ақпаратты жіберу кезінде қолданылады, мысалы, телефон желілеріжаһандық желілерде. Жергілікті желілерде ол кодтау және декодтау жабдықтарының күрделілігі мен құнының жоғары болуына байланысты сирек қолданылады.

Қазіргі уақытта аналогтық сигналдармен жұмыс істейтін барлық дерлік жабдықтар қымбат микросұлбалар негізінде әзірленуде. DSP (сандық сигнал процессоры). Бұл жағдайда модуляциядан және сигнал беруден кейін қабылдау кезінде демодуляцияны жүргізу қажет, бұл тағы да қымбат жабдық. Тасымалдаушы синусоидты жіберуші жағында модуляциялау және қабылдау жағында демодуляциялау функциясын орындау үшін арнайы құрылғы қолданылады, ол деп аталады. модем (модулятор-демодулятор). 56 000 бит/с модем $100, ал 100 Мбит/с желі картасы $10 тұрады.

Қорытындылай келе, біз аналогтық модуляцияның артықшылықтары мен кемшіліктерін ұсынамыз.

Аналогтық модуляцияның көптеген әртүрлі ақпараттық параметрлері бар: амплитуда, фаза, жиілік. Осы параметрлердің әрқайсысы тасымалдаушыны өзгерту үшін бірнеше күйді қабылдай алады. Демек, алынған сигнал секундына көп биттерді жібере алады.

Аналогтық модуляция алынған сигналды тар спектрмен қамтамасыз етеді, сондықтан нашар желілерде (тар өткізу қабілетімен) жұмыс істеу керек жерде жақсы, ол сол жерде жоғары тасымалдау жылдамдығын қамтамасыз ете алады. Аналогтық модуляция жақсы желілерде де жұмыс істей алады, мұнда аналогтық модуляцияның тағы бір артықшылығы ерекше маңызды - спектрді ауыстыру мүмкіндігі. қалаған аумақ, пайдаланылатын желінің өткізу қабілетіне байланысты.

Аналогтық модуляцияны жүзеге асыру қиын және оны жасайтын жабдық өте қымбат.

Аналогтық модуляция одан бас тарту мүмкін емес жерде қолданылады, бірақ жергілікті желілерде басқа кодтау әдістері қолданылады, оны жүзеге асыру үшін қарапайым және арзан жабдық қажет. Сондықтан, көбінесе жергілікті желілерде, байланыс желілерінде деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екінші әдісі - цифрлық кодтау қолданылады.

5. 2. Цифрлық кодтау

Сандық кодтау- ақпаратты тік бұрышты импульстар арқылы көрсету. Сандық кодтауды пайдалану үшін потенциалжәне импульскодтар.

Потенциалды кодтар.Потенциалды кодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін цикл кезеңіндегі сигнал потенциалының мәні ғана пайдаланылады, ал оның толық импульстарды құрайтын тамшылары есепке алынбайды. Цикл кезеңінде алынған сигналдың қандай мәні бар екендігі ғана маңызды.

импульстік кодтар.Импульстік кодтар логикалық нөлді және логикалық бірлікті не белгілі бір полярлық импульстар арқылы, не импульстің бір бөлігі бойынша - белгілі бір бағыттағы потенциалды құлдырау арқылы көрсетеді. Импульстік кодтың мәні бүкіл импульсті оның ауысуларымен бірге қамтиды.

Цифрлық кодтауға қойылатын талаптарды анықтайық. Мысалы, дискретті деректерді (логикалық нөлдер мен бірліктер тізбегі) бір компьютердің шығысынан – көзден – басқа компьютердің – қабылдағыштың кірісіне байланыс желісі арқылы беру керек.

1. Мәліметтерді беру үшін бізде барлық жиіліктерді өткізбейтін байланыс желілері бар, олардың түріне байланысты белгілі өткізу қабілеті бар. Сондықтан деректерді кодтау кезінде кодталған деректер байланыс желісі арқылы «өтетінін» ескеру қажет.

2. Дискретті деректер тізбегі белгілі бір жиіліктегі цифрлық импульстар ретінде кодталуы керек. Бұл жағдайда, әрине, ең жақсысы:

а) кодталған сигналдардың жиіліктері жалпы байланыс буындарының өткізу жолақтарына сәйкес келетіндей төмен болуы.

б) кодталған сигналдар жоғары жіберу жылдамдығын қамтамасыз етеді.

Сондықтан жақсы код болуы керек аз Герц және секундына көбірек бит.

3. Берілетін деректер логикалық нөлдер мен бірліктердің күтпеген өзгеретін тізбегі болып табылады.

Бұл деректерді белгілі бір жолмен цифрлық импульстармен кодтайық, содан кейін алынған сигналдың жиілігі қандай екенін қалай анықтауға болады? Біз үшін максималды жиілікті анықтау үшін сандық коджеке тізбектерді кодтау кезінде алынған сигналды ескеру жеткілікті, мысалы:

логикалық нөлдердің тізбегі

логикалық тізбегі

логикалық нөлдер мен бірліктердің ауыспалы тізбегі

Әрі қарай, Фурье әдісін қолданып сигналды ыдырату, спектрді табу, әрбір гармониканың жиіліктерін анықтау және сигналдың жалпы жиілігін табу қажет, бұл ретте сигналдың негізгі спектрінің өткізу қабілетінің шегіне түсуі маңызды. байланыс желісі. Барлық осы есептеулерді жасамау үшін сигнал спектрінің іргелі гармониясын анықтауға тырысу жеткілікті, ол үшін оның пішінінің контурын қайталайтын сигнал пішінінен бірінші синусоидты болжау керек, содан кейін осы синусоидтың кезеңі. Период - сигналдың екі өзгерісінің арасындағы қашықтық. Содан кейін сигнал спектрінің негізгі гармоникасының жиілігін де анықтауға болады F = 1/T, қайда Ф- жиілік, Т- сигналдық кезең. Әрі қарай есептеулерге ыңғайлы болу үшін сигналдың өзгеруінің бит жылдамдығы тең деп есептейміз Н.

Мұндай есептеулер нәтиже сигналының жиілігін анықтау үшін әрбір цифрлық кодтау әдісі үшін жасалуы мүмкін. Цифрлық кодтаудағы нәтиже сигналы тікбұрышты импульстердің белгілі бір тізбегі болып табылады. Спектрді табу үшін тікбұрышты импульстар тізбегін синусоидтардың қосындысы ретінде көрсету үшін мұндай синусоидтардың көп саны қажет. Шаршы толқын тізбегінің спектрі әдетте модуляцияланған сигналдарға қарағанда әлдеқайда кең болады.

Егер цифрлық код деректерді дауыс жиілігі арнасында жіберу үшін пайдаланылса, онда әлеуетті кодтаудың жоғарғы шегіне 971 бит/с деректер жылдамдығына қол жеткізіледі, ал төменгі шегі кез келген жылдамдықтар үшін қабылданбайды, өйткені арнаның өткізу қабілеті 300 Гц-тен басталады. .

Сонымен сандық кодтар дауыс жиілігі арналарында ешқашан пайдаланылмайды. Бірақ екінші жағынан, олар деректерді беру үшін телефон желілерін пайдаланбайтын жергілікті желілерде өте жақсы жұмыс істейді.

Осылайша, сандық кодтау жоғары сапалы жіберу үшін кең өткізу қабілеттілігін қажет етеді.

4. Ақпаратты байланыс желілері арқылы бастапқы түйіннен қабылдағыш түйінге бергенде, қабылдаушы әрқашан қай уақытта дереккөзден деректерді алатынын нақты білетіндей беру режимін қамтамасыз ету қажет, яғни бұл қажет. қамтамасыз ету синхрондаукөз және қабылдағыш. Желілерде синхрондау мәселесін шешу компьютер ішіндегі блоктар арасында немесе компьютер мен принтер арасында деректер алмасуға қарағанда қиынырақ. Қысқа қашықтықта жеке сағаттық байланыс желісіне негізделген схема жақсы жұмыс істейді. Мұндай схемада ақпарат деректер желісінен тек такт импульсі келген сәтте ғана жойылады (5.4-суретті қараңыз).

Күріш. 5.4 Қысқа қашықтықта қабылдағыш пен таратқышты синхрондау

Бұл синхрондау опциясы кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының гетерогенділігіне байланысты кез келген желіге мүлдем жарамайды. Ұзақ қашықтықтарда сигнал жылдамдығының толқындары деректер битінің өткізіп жіберілгені немесе қайта оқылатыны туралы сәйкес деректер сигналы үшін сағаттың кеш немесе тым ерте келуіне әкелуі мүмкін. Желілердің сағаттық импульстерді пайдаланудан бас тартуының тағы бір себебі - өткізгіштерді қымбат кабельдерде үнемдеу. Сондықтан желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары.

Өздігінен синхрондау кодтары- қабылдағышқа уақыттың қай нүктесінде келесі разрядты тану қажет екенін көрсететін сигналдар (немесе код екіден көп сигналдық күйге бағытталған болса, бірнеше разрядтар). Сигналдың кез келген күрт төмендеуі - деп аталады алдыңғы- қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш бола алады. Өзін-өзі синхрондау кодының мысалы синус толқыны болады. Тасымалдаушы жиілігінің амплитудасының өзгеруі қабылдағышқа кіріс кодының пайда болған сәтін анықтауға мүмкіндік беретіндіктен. Бірақ бұл аналогтық модуляцияға қатысты. Сандық кодтауда өзін-өзі синхрондау кодтарын жасайтын әдістер де бар, бірақ бұл туралы кейінірек.

Осылайша, жақсы сандық код үндестіруді қамтамасыз етуі керек

Жақсы цифрлық кодқа қойылатын талаптарды қарастыра отырып, цифрлық кодтау әдістерін қарастыруға көшейік.

5. 2.1 NRZ нөлге қайтарусыз ықтимал код

Бұл код өз атауын алды, себебі 1s тізбегі берілгенде сигнал цикл барысында нөлге оралмайды (төменде көретініміздей, басқа кодтау әдістерінде бұл жағдайда нөлге қайтару орын алады).

NRZ коды (нөлге қайтарылмайды)- нөлге оралмай - бұл ең қарапайым екі деңгейлі код. Алынған сигналдың екі потенциалдық деңгейі бар:

Нөл төменгі деңгейге сәйкес келеді, бірлік - жоғарғы. Ақпараттық ауысулар бит шекарасында орын алады.

Код бойынша деректерді берудің үш ерекше жағдайын қарастырайық NRZ: нөлдер мен бірліктердің ауыспалы тізбегі, нөлдер тізбегі және бірлер тізбегі (5.5, а-суретті қараңыз).

Күріш. 5.5 NRZ коды

Бұл код аталған талаптарға сәйкес келетінін анықтауға тырысайық. Ол үшін қандай NRZ кодында қолданылатын байланыс желісіне қойылатын талаптар бар екенін дәлірек анықтау үшін ұсынылған жағдайлардың әрқайсысында потенциалды кодтаумен спектрдің іргелі гармониясын анықтау қажет.

Бірінші жағдай - ауыспалы бірліктер мен нөлдердің шексіз тізбегінен тұратын ақпарат беріледі (5.5, б-суретті қараңыз).

Бұл сурет бірлер мен нөлдерді ауыстырған кезде бір циклде екі бит 0 және 1 берілетінін көрсетеді.Синусоидтың пішіні суретте көрсетілген. 4.22б Н- разряд жылдамдығы, осы синусоидтың периоды тең T=2N. Бұл жағдайда негізгі гармоника жиілігі тең f 0 = N/2.

Көріп отырғаныңыздай, осы кодтың осындай реттілігімен деректерді беру жылдамдығы сигнал жиілігінен екі есе көп.

Нөлдер мен бірліктердің тізбегін беру кезінде алынған сигнал тұрақты ток, сигналдың өзгеру жиілігі нөлге тең болады. f 0 = 0 .

Нақты сигналдың спектрі байланыс желісі арқылы қандай деректер жіберілетініне байланысты үнемі өзгеріп отырады және нөлдердің ұзын тізбегінің немесе сигнал спектрін жағына жылжытатындардың берілуінен сақ болу керек. төмен жиіліктер. Өйткені NRZ коды нөлдердің немесе бірліктердің ұзын тізбегін беру кезінде тұрақты құрамдас бөлікке ие.

Сигнал теориясынан белгілі, еніне қойылатын талаптардан басқа, берілетін сигнал спектріне тағы бір өте маңызды талап қойылады - тұрақты компонент жоқ(қабылдағыш пен таратқыш арасында тұрақты токтың болуы), себебі әртүрлі пайдалану трансформаторлық алмасуларбайланыс желісінде тұрақты ток өтпейді.

Сондықтан кейбір ақпарат осы сілтеме арқылы еленбейді. Сондықтан іс жүзінде олар әрқашан кодтау сатысында тасымалдаушы сигнал спектрінде тұрақты компоненттің болуынан құтылуға тырысады.

Осылайша, біз жақсы цифрлық кодқа тағы бір талапты анықтадық сандық кодтың тұрақты құрамдас бөлігі болмауы керек.

NRZ тағы бір кемшілігі - синхронизацияның болмауы. Бұл жағдайда синхрондаудың қосымша әдістері ғана көмектеседі, ол туралы кейінірек айтатын боламыз.

NRZ кодының негізгі артықшылықтарының бірі - қарапайымдылығы. Тік бұрышты импульстарды генерациялау үшін екі транзистор қажет, ал аналогтық модуляцияны жүзеге асыру үшін күрделі микросұлбалар қажет. Потенциалды сигналды кодтау және декодтау қажет емес, өйткені компьютер ішінде деректерді беру үшін бірдей әдіс қолданылады.

Жоғарыда көрсетілгендердің барлығының нәтижесінде біз цифрлық кодтаудың басқа әдістерін қарастырған кезде бізге көмектесетін бірнеше қорытынды жасаймыз:

NRZ іске асыру өте оңай, қателерді жақсы анықтауға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты).

NRZ нөлдер мен бірліктерді беру кезінде тұрақты тұрақты құрамдас бөлікке ие, бұл трансформатордың оқшауланған желілерінде таратуды мүмкін емес етеді.

NRZ өздігінен синхрондалатын код емес және бұл оның кез келген желіде берілуін қиындатады.

NRZ кодының тартымдылығы, оны жақсартудың мағынасы бар, жоғарыда көрсетілгендей N/2 Гц-ке тең іргелі гармоникалық fo өте төмен жиілігінде. Осылайша код NRZ 0-ден N/2 Гц-ке дейінгі төмен жиілікте жұмыс істейді.

Нәтижесінде таза түрінде NRZ коды желілерде қолданылмайды. Осыған қарамастан, оның әртүрлі модификациялары қолданылады, онда NRZ кодының нашар өзін-өзі синхрондауы да, тұрақты компоненттің болуы да сәтті жойылады.

NRZ кодының мүмкіндігін қандай да бір жолмен жақсарту мақсатында келесі цифрлық кодтау әдістері әзірленді

5. 2.2. AMI балама инверсиялық биполярлық кодтау әдісі

Альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау әдісі (Биполярлық Alternate Mark Inversion, AMI) NRZ әдісінің модификациясы болып табылады.

Бұл әдіс потенциалдың үш деңгейін пайдаланады – теріс, нөлдік және оң. Үш сигнал деңгейі кодтың кемшілігі болып табылады, өйткені үш деңгейді ажырату үшін қабылдағыштың кірісінде сигналдың шуылға жақсырақ қатынасы қажет. Қосымша қабат желіде бірдей бит дәлдігін қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын шамамен 3 дБ арттыруды талап етеді, бұл екі деңгейлі кодтармен салыстырғанда көп күйлі кодтардың жалпы кемшілігі. AMI кодында нөлдік потенциал логикалық нөлді кодтау үшін пайдаланылады, логикалық потенциал оң немесе теріс потенциалмен кодталады, ал әрбір потенциалдың потенциалы жаңа бірлікалдыңғысына қарама-қарсы.

Күріш. 5.6 AMI коды

Бұл кодтау әдісі тұрақты ток құрамдас бөлігінің проблемаларын және NRZ кодына тән өздігінен синхрондаудың жоқтығын ішінара жояды, олардың ұзын тізбектерін беру кезінде. Бірақ нөлдер тізбегін беру кезінде тұрақты компонент мәселесі оған қалады (5.6-суретті қараңыз).

Кодтық операцияның жеке жағдайларын қарастырайық және олардың әрқайсысы үшін алынған сигнал спектрінің іргелі гармониясын анықтайық. Нөлдер тізбегімен - сигнал - тұрақты ток - fo \u003d 0 (5.7, а-сурет)

Күріш. 5.7 AMI спектрінің негізгі жиіліктерін анықтау

Осы себепті, AMI коды да одан әрі жетілдіруді қажет етеді. Бірлер тізбегін жіберген кезде желідегі сигнал ауыспалы нөлдер мен бірліктерді тарататын NRZ коды сияқты спектрі бар, яғни тұрақты құрамдас бөлігі жоқ және іргелі гармоникасы fo = N/2 Гц болатын биполярлық импульстар тізбегі болып табылады. .

Айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника fo = N/4 Гц, бұл NRZ кодынан екі есе аз.

Жалпы, желідегі биттердің әртүрлі комбинациялары үшін AMI кодын пайдалану NRZ кодына қарағанда сигналдың тар спектріне, демек, жоғары желі өткізу қабілетіне әкеледі. AMI коды қате сигналдарды тану үшін кейбір мүмкіндіктерді де қамтамасыз етеді. Осылайша, сигналдардың полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал тыйым салынған сигнал деп аталады. (сигналдың бұзылуы).

Келесі қорытындылар жасауға болады:

AMI бірізділік тізбегін беру кезінде DC компонентін болдырмайды;

AMI тар спектрге ие - N/4 - N/2;

AMI синхрондау мәселелерін ішінара жояды

AMI желіде екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланады және бұл оның кемшілігі, бірақ келесі әдіс оны жоюға мүмкіндік берді.

5. 2.3 NRZI бірліктегі инверсиясы бар потенциалдық код

Бұл код AMI кодына толығымен ұқсас, бірақ тек екі сигнал деңгейін пайдаланады. Нөлді жібергенде, ол алдыңғы циклде орнатылған потенциалды жібереді (яғни оны өзгертпейді), ал біреуін бергенде потенциал керісінше кері айналады.

Бұл код деп аталады бірде инверсиясы бар әлеуетті код (Төңкерілгендермен нөлге қайтарылмайды, NRZI).

Бұл үшінші сигнал деңгейін пайдалану өте қажет емес жағдайларда ыңғайлы, мысалы, екі сигнал күйі сенімді түрде танылатын оптикалық кабельдерде - ашық және қараңғы.

Күріш. 5.8 NRZI коды

NRZI коды AMI кодынан алынған сигналдың пішінімен ерекшеленеді, бірақ егер сіз іргелі гармоникаларды есептесеңіз, әрбір жағдай үшін олардың бірдей екендігі белгілі болады. Айнымалылар мен нөлдердің тізбегі үшін сигналдың негізгі жиілігі болып табылады fo=N/4.(5.9, а-суретті қараңыз). Бірліктер тізбегі үшін - fo=N/2.Нөлдер тізбегімен бірдей кемшілік сақталады fo=0- желідегі тұрақты ток.

Күріш. 5.9 NRZI үшін спектрдің негізгі жиіліктерін анықтау

Қорытындылар келесідей:

NRZI - AMI коды сияқты мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді, бірақ бұл үшін тек екі сигнал деңгейін пайдаланады, сондықтан одан әрі жетілдіру үшін қолайлы. NRZI кемшіліктері нөлдер тізбегі бар тұрақты ток құрамдас бөлігі және беру кезінде синхронизацияның болмауы. NRZI коды жоғары деңгейлерде неғұрлым жетілдірілген кодтау әдістерін әзірлеуге негіз болды.

5. 2.4 MLT3 коды

MLT-3 үш деңгейлі беріліс коды (көп деңгейлі беріліс - 3) NRZI кодымен көп ұқсастықтары бар. Оның ең маңызды айырмашылығы үш сигнал деңгейі болып табылады.

Біреуі бір сигнал деңгейінен екіншісіне өтуге сәйкес келеді. Сызықтық сигнал деңгейінің өзгеруі кірісте бірлік қабылданған жағдайда ғана орын алады, алайда, NRZI кодынан айырмашылығы, генерациялау алгоритмі көршілес екі өзгеріс әрқашан қарама-қарсы бағытта болатындай етіп таңдалады.

Күріш. 5.10 Потенциалды MLT-3 коды

Барлық алдыңғы мысалдардағыдай ерекше жағдайларды қарастырыңыз.

Нөлдерді беру кезінде сигналдың тұрақты құрамдас бөлігі де болады, сигнал өзгермейді - fo = 0 Hz. (5.10-суретті қараңыз). Барлығы жіберілген кезде, ақпараттық ауысулар бит шекарасында бекітіледі және бір сигналдық цикл төрт битті сыйдыра алады. Бұл жағдайда fo=N/4 Гц – максималды код жиілігі MLT-3 барлық бірліктерді тасымалдау кезінде (5.11, а-сурет).

Күріш. 5.11 үшін спектрдің негізгі жиіліктерін анықтау MLT-3

Ауыспалы реттілік жағдайында код MLT-3тең максималды жиілікке ие fo=N/8, бұл NRZI кодынан екі есе аз, сондықтан бұл кодтың өткізу қабілеті тарырақ.

Өздеріңіз байқағандай, NRZI коды сияқты MLT-3 кодының кемшілігі синхронизацияның жоқтығы болып табылады. Бұл мәселе нөлдердің ұзақ реттілігін және синхронизация мүмкіндігін жоққа шығаратын қосымша деректерді түрлендіру арқылы шешіледі. Жалпы қорытындыны келесідей жасауға болады – үш деңгейлі кодтауды қолдану MLT-3желілік сигналдың тактілік жиілігін азайтуға және сол арқылы тарату жылдамдығын арттыруға мүмкіндік береді.

5. 2.5 Биполярлық импульстік код

Потенциалды кодтардан басқа импульстік кодтар деректер толық импульспен немесе оның бөлігімен – фронтпен берілгенде де қолданылады.

Бұл тәсілдің ең қарапайым жағдайы биполярлық импульстік код, онда бірлік бір полярлықтың импульсімен, ал нөл екіншісімен көрсетіледі. Әрбір импульс жарты циклге созылады (5.12-сурет). Биполярлық импульстік код – үш деңгейлі код. Дәл сол нақты жағдайларда биполярлық кодтау арқылы деректерді беру кезінде алынған сигналдарды қарастырайық.

Күріш. 5.12 Биполярлық импульстік код

Кодтың ерекшелігі биттің ортасында әрқашан ауысу (оң немесе теріс) болады. Сондықтан әрбір бит таңбаланады. Қабылдағыш сигналдың өзінен импульстің қайталану жиілігі бар синхрондау импульсін (строб) шығара алады. Әрбір битке байланыстыру орындалады, бұл қабылдағыштың таратқышпен синхрондалуын қамтамасыз етеді. Стробты алып жүретін мұндай кодтар деп аталады өзін-өзі синхрондау. Әрбір жағдай үшін сигналдар спектрін қарастырайық (5.13-сурет). Барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың негізгі гармоникасының жиілігі fo=N Гц, бұл NRZ кодының іргелі мәнінен екі есе және AMI кодының негізінен төрт есе. Ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде - fo=N/2

Күріш. 5.13 Биполярлық импульстік код үшін спектрдің негізгі жиіліктерін анықтау.

Кодтың бұл кемшілігі деректерді беру жылдамдығын арттырмайды және импульстік кодтардың әлеуетті кодтардан баяу екенін анық көрсетеді.

Мысалы, 10 Мбит/с сілтеме 10 МГц тасымалдаушы жиілігін қажет етеді. Ауыспалы нөлдер мен бірліктердің тізбегін беру кезінде жылдамдық артады, бірақ көп емес, себебі кодтың негізгі гармоникасының жиілігі fо=N/2 Гц.

Биполярлық импульстік кодтың алдыңғы кодтарға қарағанда үлкен артықшылығы бар - ол өздігінен синхрондау.

Биполярлық импульстік кодтың сигнал спектрі кең және сондықтан баяуырақ.

Биполярлық импульстік код үш деңгейді пайдаланады.

5. 2.6 Манчестер коды

Манчестер кодыжақсартылған биполярлық импульстік код ретінде әзірленді. Манчестер коды өзін-өзі синхрондау кодтарына да қатысты, бірақ биполярлық кодтан айырмашылығы, оның үш емес, тек екі деңгейі бар, бұл шуылға жақсы қарсы тұруды қамтамасыз етеді.

Манчестер кодында потенциалды құлдырау, яғни импульстің алдыңғы бөлігі бірліктер мен нөлдерді кодтау үшін қолданылады. Манчестер кодтауында әрбір сағат екі бөлікке бөлінген. Ақпарат әр циклдің ортасында болатын ықтимал құлдырау арқылы кодталады. Бұл келесідей болады:

Бірлік төменнен жоғарыға өту арқылы кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір циклдің басында бірнеше бір немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, қызмет көрсету сигналының жиегі пайда болуы мүмкін.

Кодтаудың ерекше жағдайларын (айнымалы нөлдер мен бірліктердің тізбегі, кейбір нөлдер, кейбіреулер) қарастырайық, содан кейін біз тізбектердің әрқайсысы үшін негізгі гармоникаларды анықтаймыз (5.14-суретті қараңыз). Барлық жағдайларда Манчестер кодтауымен әрбір биттің ортасында сигналдың өзгеруі тактілік сигналды оқшаулауды жеңілдететінін көруге болады. Сондықтан Манчестер коды жақсы өзін-өзі синхрондау қасиеттеріне ие.

Күріш. 5.14 Манчестер коды

Өзін-өзі синхрондау әрқашан таратқыш пен қабылдағыштың тактілік жиілігінің айырмашылығына байланысты үлкен ақпарат пакеттерін жоғалтпай беруге мүмкіндік береді.

Сонымен, тек бір немесе тек нөлдерді беру кезінде негізгі жиілікті анықтайық.

Күріш. 5.15 Манчестер коды үшін спектрдің негізгі жиіліктерін анықтау.

Нөлдерді де, бірліктерді де беру кезінде көрініп тұрғандай, тұрақты компонент жоқ. Негізгі жиілік fo=NHz, биполярлық кодтаудағы сияқты. Осыған байланысты байланыс желілеріндегі сигналдарды гальваникалық оқшаулауды ең қарапайым әдістермен, мысалы, импульстік трансформаторларды қолдану арқылы орындауға болады. Айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника жиілігі тең болады fo=N/2Hz.

Осылайша, Манчестер коды жетілдірілген биполярлық код болып табылады, ол биполярлық кодтағыдай үш емес, деректерді беру үшін тек екі сигнал деңгейін пайдалану арқылы жақсартылған. Бірақ бұл код NRZI-мен салыстырғанда әлі де баяу, ол екі есе жылдам.

Мысал қарастырайық. Деректерді беру үшін өткізу қабілеті бар байланыс желісін алыңыз 100 МГцжәне жылдамдық 100 Мбит/с. Егер бұрын берілген жиіліктегі мәліметтер жылдамдығын анықтасақ, енді берілген желі жылдамдығында сигнал жиілігін анықтау керек. Осыған сүйене отырып, біз NRZI коды бойынша деректерді беру үшін N / 4-N / 2 жиілік диапазоны бізге жеткілікті екенін анықтаймыз - бұл 25 -50 МГц жиіліктер, бұл жиіліктер біздің желіміздің өткізу қабілетіне кіреді. - 100 МГц. Манчестер коды үшін бізге N / 2-ден N-ге дейінгі жиілік диапазоны қажет - бұл 50-ден 100 МГц-ке дейінгі жиіліктер, осы диапазонда сигнал спектрінің негізгі гармоникасы орналасқан. Манчестер коды үшін ол біздің желіміздің өткізу қабілетін қанағаттандырмайды, демек, желі үлкен бұрмаланулары бар мұндай сигналды жібереді (мұндай кодты бұл жолда қолдануға болмайды).

5.2.7Манчестердің дифференциалды коды.

Манчестердің дифференциалды кодыМанчестер кодтауының бір түрі болып табылады. Ол тек синхрондау үшін желілік сигналдың тактілік интервалының ортасын пайдаланады және ондағы сигнал деңгейінде әрқашан өзгеріс болады. Логика 0 және 1 сәйкесінше тактілік интервалдың басында сигнал деңгейінің өзгеруінің болуы немесе болмауы арқылы беріледі (5.16-сурет).

Күріш. 5.16 Манчестердің дифференциалдық коды

Бұл кодтың Манчестердегі сияқты артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Бірақ іс жүзінде бұл дифференциалды Манчестер коды қолданылады.

Осылайша, Манчестер коды бұрын (жоғары жылдамдықты желілер жергілікті желі үшін керемет сән-салтанат болған кезде) өзін-өзі синхрондауға және тұрақты құрамдастың болмауына байланысты жергілікті желілерде өте белсенді қолданылған. Ол әлі күнге дейін талшықты-оптикалық және электр желілерінде кеңінен қолданылады. Жақында әзірлеушілер әлеуетті кодтауды пайдалану әлі де жақсы деген қорытындыға келді, оның кемшіліктерін деп аталатын кодты пайдалана отырып жояды. логикалық кодтау.

5.2.8Потенциалды коды 2B1Q

Код 2B1Q- деректерді кодтауға арналған төрт сигнал деңгейі бар ықтимал код. Оның атауы оның мәнін көрсетеді - әрбір екі бит (2В)бір циклде төрт күйі бар сигнал арқылы беріледі (1Q).

Паре бит 00 потенциалға сәйкес келеді (-2,5 В), бірнеше бит 01 потенциалға сәйкес келеді (-0,833 В), жұп 11 - потенциал (+0,833 В), және жұп 10 - потенциал ( +2,5 В).

Күріш. 5.17 Потенциалды коды 2B1Q

5.17-суреттен көрініп тұрғандай, бұл кодтау әдісі бірдей бит жұптарының ұзақ реттілігімен жұмыс істеу үшін қосымша шараларды қажет етеді, өйткені сигнал кейін тұрақты тоқ компонентіне түрлендіріледі. Сондықтан нөлдерді де, бірліктерді де бергенде fo=0Hz.Бірлер мен нөлдерді ауыстырған кезде сигнал спектрі кодқа қарағанда екі есе тар болады NRZ, өйткені бірдей бит жылдамдығымен цикл ұзақтығы екі есе артады - fo=N/4Hz.

Осылайша, 2B1Q кодын пайдалана отырып, деректерді бір жол арқылы AMI немесе NRZI кодын пайдаланудан екі есе жылдам тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты төрт потенциалдық деңгей (-2,5В, -0,833 В, +0,833 В, +2,5 В) кедергі фонында қабылдағышпен анық ажыратылатындай жоғары болуы керек.

5. 2.9 PAM5 коды

Жоғарыда қарастырған сигналды кодтау схемаларының барлығы биттік негізде болды. Битті кодтау кезінде әрбір бит протокол логикасымен анықталған сигнал мәніне сәйкес келеді.

Байтты кодтау кезінде сигнал деңгейі екі немесе одан да көп битпен орнатылады. Бес деңгейлі кодта PAM5 5 кернеу деңгейі (амплитудасы) және екі разрядты кодтау қолданылады. Әрбір комбинацияның өз кернеу деңгейі бар. Екі разрядты кодтау кезінде ақпаратты беру үшін төрт деңгей қажет (екіден екінші дәрежеге дейін - 00, 01, 10, 11 ). Екі битті бір уақытта жіберу сигналдың өзгеру жылдамдығының екі есе азаюын қамтамасыз етеді. Бесінші деңгей қатені түзету үшін пайдаланылатын кодта артықшылықты жасау үшін қосылады. Бұл сигнал-шу қатынасының қосымша маржасын береді.

Күріш. 5.18 PAM коды 5

5. 3. Логикалық кодтау

Логикалық кодтау дейін жүгіреді физикалық кодтау.

Логикалық кодтау сатысында толқын пішіні енді қалыптаспайды, бірақ физикалық цифрлық кодтау әдістерінің синхронизацияның болмауы, тұрақты компоненттің болуы сияқты кемшіліктері жойылады. Осылайша, біріншіден, логикалық кодтау құралдарының көмегімен екілік деректердің түзетілген тізбегі қалыптасады, содан кейін олар физикалық кодтау әдістерін қолдана отырып, байланыс желілері арқылы беріледі.

Логикалық кодтау бастапқы ақпараттың разрядтарын бірдей ақпаратты тасымалдайтын, бірақ оған қоса, қабылдаушы тараптың қабылданған деректердегі қателерді анықтау мүмкіндігі сияқты қосымша қасиеттері бар биттердің жаңа тізбегімен ауыстыруды білдіреді. Түпнұсқа ақпараттың әрбір байтты бір паритет битімен сүйемелдеу модемдердің көмегімен деректерді беру кезінде логикалық кодтаудың өте жиі қолданылатын әдісінің мысалы болып табылады.

Логикалық кодтаудың екі әдісін ажыратыңыз:

Артық кодтар

Шығу.

5. 3.1 Артық кодтар

Артық кодтарбиттердің бастапқы тізбегін бөліктерге бөлуге негізделген, олар жиі таңбалар деп аталады. Содан кейін әрбір бастапқы таңба бар жаңасымен ауыстырылады үлкен мөлшертүпнұсқадан сәл. Артық кодтың айқын мысалы 4V/5V логикалық код болып табылады.

Логикалық код 4V/5V бастапқы 4 биттік таңбаларды 5 биттік таңбалармен ауыстырады. Алынған таңбалар артық биттерді қамтитындықтан, олардағы бит комбинацияларының жалпы саны бастапқыға қарағанда көбірек. Осылайша, бес разрядты схема 00-ден 31-ге дейінгі ондық кодтағы мәні бар 32 (2 5) екі таңбалы әріптік-цифрлық таңбаны береді. Бұл ретте бастапқы деректерде тек төрт бит немесе 16 (2 4) таңба болуы мүмкін.

Сондықтан алынған кодта құрамында жоқ 16 комбинацияны таңдауға болады үлкен саннөлдер және қалғандарын санау тыйым салынған кодтар (кодты бұзу).Бұл жағдайда нөлдердің ұзын жолдары үзіледі және код кез келген жіберілген деректер үшін өзін-өзі синхрондауға айналады. Тұрақты компонент те жоғалады, яғни сигнал спектрі одан да тарылады. Бірақ бұл әдіс артық бірліктерден бері желінің пайдалы қуатын азайтады пайдаланушы ақпаратыалып жүрмейді, тек «эфир уақытын алады». Артық кодтар ресиверге бүлінген биттерді тануға мүмкіндік береді. Егер қабылдағыш тыйым салынған кодты алса, бұл сигнал желіде бұрмаланғанын білдіреді.

Ендеше жұмысқа қарайық. логикалық код 4V/5V. Түрлендірілген сигнал бар Ақпаратты тасымалдау үшін 16 мән және 16 артық мән. Қабылдағыш декодерінде бес бит ақпараттық және қызмет көрсету сигналдары ретінде декодталған.

Қызмет көрсету сигналдары үшін тоғыз таңба бөлінген, жеті таңба алынып тасталды.

Үш нөлден асатын комбинациялар алынып тасталады (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) . Мұндай сигналдар таңба арқылы түсіндіріледі Вжәне қабылдаушы топ БҰЗУ- сәтсіздік. Пәрмен себебінен қате бар дегенді білдіреді жоғары деңгейкедергі немесе таратқыштың ақаулығы. Бес нөлдің жалғыз комбинациясы (00 - 00000 ) қызмет көрсету сигналдарына жатады, таңбаны білдіреді Qжәне мәртебесі бар ТЫНЫШ- желіде сигнал жоқ.

Мұндай деректерді кодтау екі мәселені шешеді - синхрондау және шу иммунитетін жақсарту. Синхрондау үш нөлден асатын тізбекті жою есебінен жүзеге асады, ал жоғары шу иммунитетіне бес биттік интервалда деректерді қабылдаушы қол жеткізеді.

Деректерді кодтаудың осы әдісімен осы артықшылықтардың бағасы жіберу жылдамдығының төмендеуі болып табылады. пайдалы ақпарат. Мысалы, төрт ақпараттық битке бір артық бит қосу нәтижесінде коды бар протоколдардағы өткізу қабілеттілігінің тиімділігі. MLT-3және деректерді кодтау 4B/5Bтиісінше 25%-ға төмендейді.

Кодтау схемасы 4В/5Вкестеде көрсетілген.

Сонымен, осы кестеге сәйкес код қалыптасады 4В/5В, содан кейін нөлдердің ұзақ тізбегіне ғана сезімтал болатын ықтимал кодтау әдістерінің бірін пайдаланып физикалық кодтау арқылы желі арқылы беріледі - мысалы, NRZI цифрлық кодын пайдалану.

Ұзындығы 5 бит болатын 4V/5V код таңбалары олардың кез келген комбинациясы үшін жолда үш нөлден аспайтынына кепілдік береді.

Хат Вкод атауында элементар сигналдың 2 күйі бар екенін білдіреді - ағылшын тілінен екілік- екілік. Сондай-ақ үш сигнал күйі бар кодтар бар, мысалы, кодта 8В/6Тбастапқы ақпараттың 8 битін кодтау үшін әрқайсысының үш күйі бар 6 сигналдың коды пайдаланылады. Кодтың артық болуы 8В/6Ткодтан жоғары 4В/5В, өйткені 256 бастапқы код үшін 3 6 = 729 нәтижелі таңба бар.

Жоғарыда айтқанымыздай, логикалық кодтау физикалықтан бұрын жүзеге асады, сондықтан оны желілік байланыс деңгейіндегі жабдық жүзеге асырады: желілік адаптерлер және коммутаторлар мен маршрутизаторлардың интерфейстік блоктары. Өйткені, өзіңіз байқағандай, іздеу кестесін пайдалану өте қарапайым операция, сондықтан артық кодтармен логикалық кодтау әдісі бұл жабдыққа қойылатын функционалдық талаптарды қиындатпайды.

Жалғыз талап - артық кодты пайдаланатын таратқыш берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін жоғары тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Иә, кодтарды жіберу үшін 4В/5Вжылдамдықпен 100 Мб/старатқыш тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек 125 МГц. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі арқылы таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Бірақ артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша кезеңін, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиіліктегі жұмысын негіздейді.

Осылайша, келесі қорытынды жасауға болады:

Негізінде, жергілікті желілер үшін оңайырақ, сенімдірек, жақсырақ, жылдамырақ – артық кодтарды пайдалана отырып, логикалық деректерді кодтауды пайдалану, ол нөлдердің ұзақ тізбегін жояды және сигналдың синхрондалуын қамтамасыз етеді, содан кейін физикалық деңгейде беру үшін жылдам цифрлық кодты пайдаланыңыз. NRZI, баяу, бірақ өзін-өзі синхрондауды пайдаланудың орнына Манчестер коды.

Мысалы, өткізу қабілеттілігі 100М бит/с және өткізу қабілеті 100 МГц болатын желі арқылы деректерді беру үшін NRZI коды 25 - 50 МГц жиіліктерді қажет етеді, бұл 4V / 5V кодтаусыз. Ал егер қолданылса NRZIсонымен қатар 4V / 5V кодтау, енді жиілік диапазоны 31,25-тен 62,5 МГц-ке дейін кеңейеді. Бірақ соған қарамастан, бұл диапазон әлі де желінің өткізу қабілетіне «сәйкес келеді». Ал Манчестер коды үшін ешқандай қосымша кодтауды қолданбай, 50-ден 100 МГц-ке дейінгі жиіліктер қажет және бұл негізгі сигналдың жиіліктері, бірақ олар енді 100 МГц желісі арқылы өтпейді.

5. 3.2 Скремблинг

Логикалық кодтаудың тағы бір әдісі бастапқы ақпаратты сызықта бір мен нөлдің пайда болу ықтималдығы жақын болатындай алдын ала «араластыруға» негізделген.

Бұл әрекетті орындайтын құрылғылар немесе блоктар деп аталады скрамблер (скрембл - төгу, кездейсоқ құрастыру).

Сағат шиеленісумәліметтер белгілі бір алгоритм бойынша араласады және қабылдаушы екілік мәліметтерді алып, оны келесіге жібереді. дескрамблер, ол бастапқы бит тізбегін қалпына келтіреді.

Артық биттер желі арқылы берілмейді.

Скремблингтің мәні жай ғана жүйе арқылы өтетін деректер ағынының аздап өзгеруі болып табылады. Скремблерлерде қолданылатын жалғыз дерлік операция XOR - «биттік XOR», немесе олар айтады - қосу арқылы модуль 2. Екі бірлік эксклюзивті НЕМЕСЕ арқылы қосылғанда, ең жоғары бірлік алынып тасталады және нәтиже жазылады - 0.

Скрамблинг әдісі өте қарапайым. Алдымен скремблерді ойлап табыңыз. Басқаша айтқанда, олар «эксклюзив НЕМЕСЕ» арқылы бастапқы реттілікте биттерді араластыру үшін қандай қатынасты ойлап табады. Содан кейін, осы қатынасқа сәйкес, белгілі бір биттердің мәндері ағымдағы бит тізбегінен таңдалады және сәйкес қосылады XORөзара. Бұл жағдайда барлық разрядтар 1 битке жылжытылады және жаңа ғана алынған мән («0» немесе «1») босатылған ең аз маңызды битке орналастырылады. Ауыстыру алдында ең маңызды битте болған мән кодтау тізбегіне қосылып, оның келесі битіне айналады. Содан кейін бұл реттілік сызыққа шығарылады, мұнда физикалық кодтау әдістерін қолдана отырып, ол қабылдаушы түйінге беріледі, оның кірісінде бұл реттілік кері қатынас негізінде дескрамирленеді.

Мысалы, скремблер келесі қатынасты жүзеге асыруы мүмкін:

қайда Би- скрамблердің i-ші циклінде алынған нәтиже кодының екілік цифры, AI- скрамблердің кірісіне i-ші циклде келетін бастапқы кодтың екілік цифры, Б i-3 және В i-5- скрамблердің алдыңғы циклдарында алынған нәтиже кодының екілік сандары, сәйкесінше ағымдағы циклден 3 және 5 цикл бұрын,  - XOR операциясы (модуль 2 қосу).

Енді кодталған тізбекті анықтайық, мысалы, осындай бастапқы тізбек үшін 110110000001 .

Жоғарыда анықталған скрамблер келесі нәтиже кодын шығарады:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (нәтижедегі кодтың алғашқы үш саны бастапқымен бірдей болады, өйткені қажетті алдыңғы сандар әлі жоқ)

Осылайша, скрамблердің шығысы реттілік болады 110001101111 . Онда болған алты нөлдің тізбегі жоқ бастапқы код.

Алынған тізбекті алғаннан кейін қабылдаушы оны кері байланыс негізінде бастапқы ретті қайта құрастыратын декрамблерге береді.

Басқа да әртүрлі шифрлеу алгоритмдері бар, олар алынған кодтың цифрын беретін терминдер санымен және терминдер арасындағы жылжумен ерекшеленеді.

Негізгі мәселе кодтауға негізделген скрамблерлер - жіберу (кодтау) және қабылдау (декодтау) құрылғыларын синхрондау. Кем дегенде бір бит түсірілсе немесе қате енгізілсе, барлық жіберілген ақпарат қайтымсыз жоғалады. Сондықтан скрамблер негізіндегі кодтау жүйелерінде синхрондау әдістеріне көп көңіл бөлінеді. .

Іс жүзінде бұл мақсаттар үшін әдетте екі әдістің комбинациясы қолданылады:

а) ақпарат ағынына қабылдаушы тарапқа алдын ала белгілі синхрондау биттерін қосу, егер мұндай бит табылмаса, жіберушімен синхронизацияны іздеуді белсенді түрде бастауға мүмкіндік береді;

б) синхрондау жоғалған кезде синхронизациясыз «жадтан» алынған ақпарат биттерін декодтауға мүмкіндік беретін жоғары дәлдіктегі уақыттық импульстік генераторларды қолдану.

Тағы да бар қарапайым әдістербірліктердің реттілігіне қарсы күрес, сонымен қатар скрамблинг класына жатады.

Кодты жақсарту үшін Биполярлық AMIтыйым салынған белгілермен нөлдер тізбегін жасанды түрде бұрмалауға негізделген екі әдіс қолданылады.

Күріш. 5.19 B8ZS және HDB3 кодтары

Бұл сурет әдісті қолдануды көрсетеді B8ZS (8-нөлдік алмастырумен биполярлық)және әдіс HDB3 (жоғары тығыздықтағы биполярлық 3-нөл) AMI кодын түзету үшін. Бастапқы код екі ұзын нөл тізбегінен тұрады (бірінші жағдайда 8- және екіншісінде 5).

B8ZS кодытек 8 нөлден тұратын тізбектерді түзетеді. Ол үшін алғашқы үш нөлден кейін қалған бес нөлдің орнына бес цифрды енгізеді: V-1*-0-V-1*.Вмұнда полярлықтың берілген циклі үшін тыйым салынған бірлік сигналын білдіреді, яғни алдыңғы бірліктің полярлығын өзгертпейтін сигнал, 1 * - дұрыс полярлық бірлігінің сигналы, ал жұлдызша белгісі бұл циклдегі бастапқы кодта бірлік емес, нөл болғанын көрсетеді. Нәтижесінде ресивер 8 сағаттық циклде 2 бұрмалануды көреді - бұл желідегі шудың немесе басқа жіберу ақауларының салдарынан орын алуы екіталай. Сондықтан қабылдаушы 8 реттік нөлді кодтау сияқты бұзушылықтарды қарастырады және қабылдау кезінде оларды бастапқы 8 нөлмен ауыстырады.

B8ZS коды оның тұрақты құрамдас бөлігі екілік цифрлардың кез келген тізбегі үшін нөлге тең болатындай етіп құрастырылған.

HDB3 кодыбастапқы реттіліктегі кез келген 4 дәйекті нөлді түзетеді. HDB3 кодын жасау ережелері B8ZS кодына қарағанда күрделірек. Әрбір төрт нөл бір V сигналы бар төрт сигналмен ауыстырылады.Тұрақты ток компонентін басу үшін сигналдың полярлығы Вдәйекті ауыстырулармен кезектесіп отырады.

Сонымен қатар, ауыстыру үшін төрт циклды кодтардың екі үлгісі пайдаланылады. Егер бастапқы кодта ауыстыру алдында тақ сан болса, онда реттілік қолданылады 000В, ал бірлік саны жұп болса – реттілік 1*00 В.

Осылайша, ықтимал кодтаумен бірге логикалық кодтауды пайдалану келесі артықшылықтарды береді:

Жақсартылған кандидат кодтары жіберілетін деректерде орын алатын 1 және 0 кез келген реттілік үшін өте тар өткізу қабілетіне ие. Нәтижесінде логикалық кодтау арқылы потенциалдан алынған кодтар Манчестерге қарағанда, тіпті жоғары тактілік жиілікте де тар спектрге ие.

Бет 27 бастап 27 Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық негізі(Байланыс желілері,)

Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық негізі

Кез келген желілік технология байланыс желілері бойынша дискретті деректерді сенімді және жылдам беруді қамтамасыз етуі керек. Ал технологиялар арасында үлкен айырмашылықтар болғанымен, олар деректерді дискретті тасымалдаудың жалпы принциптеріне негізделген. Бұл принциптер әртүрлі физикалық сипаттағы байланыс желілеріндегі импульстік немесе синусоидалы сигналдарды пайдалана отырып, екілік және нөлдерді көрсету әдістерінде, қателерді анықтау және түзету әдістерінде, қысу әдістерінде және коммутация әдістерінде бейнеленген.

сызықтарбайланыстар

Бастапқы желілер, желілер және байланыс арналары

Сипаттау кезінде техникалық жүйежелі түйіндері арасында ақпаратты тасымалдайтын , әдебиетте бірнеше атауларды табуға болады: байланыс желісі, құрама арна, арна, буын.Көбінесе бұл терминдер бір-бірінің орнына қолданылады және көп жағдайда бұл қиындық тудырмайды. Сонымен қатар, оларды пайдаланудың ерекшеліктері бар.

Сілтеме(сілтеме) – екі көрші желі түйіндері арасында мәліметтерді тасымалдауды қамтамасыз ететін сегмент. Яғни, сілтемеде аралық коммутация және мультиплексирлеу құрылғылары жоқ.

арна(арна) көбінесе коммутация кезінде тәуелсіз пайдаланылатын байланыс өткізу қабілеттілігінің бөлігін білдіреді. Мысалы, негізгі желілік байланыс 30 арнадан тұруы мүмкін, олардың әрқайсысының өткізу қабілеті 64 Кбит/с.

Құрама арна(схема) - желінің екі соңғы түйіні арасындағы жол. Композиттік байланыс жеке аралық буындар мен коммутаторлардағы ішкі байланыстар арқылы қалыптасады. Көбінесе «құрама» эпитеті алынып тасталады және «арна» термині құрама арнаны да, іргелес түйіндер арасындағы арнаны да, яғни сілтеме ішіндегі арнаны білдіреді.

Байланыс желісіқалған үш терминнің кез келгеніне синоним ретінде қолдануға болады.

Суретте. байланыс желісінің екі нұсқасы көрсетілген. Бірінші жағдайда ( а) желі ұзындығы бірнеше ондаған метр кабельдік сегменттен тұрады және буын болып табылады. Екінші жағдайда (b) сілтеме тізбекті ауыстырып қосылатын желіде орналастырылған құрама сілтеме болып табылады. Мұндай желі болуы мүмкін негізгі желінемесе телефон желісі.

Дегенмен, компьютерлік желі үшін бұл сызық сілтеме болып табылады, өйткені ол екі көрші түйінді қосады және барлық коммутациялық аралық жабдық осы түйіндерге мөлдір. Компьютер мамандары мен бастапқы желілер мамандарының терминдер деңгейінде өзара түсініспеушілік себебі осында анық.

Бастапқы желілер компьютерлік және телефондық желілер үшін деректерді беру қызметтерін қамтамасыз ету үшін арнайы жасалған, мұндай жағдайларда олар бастапқы желілердің «үстінде» жұмыс істейді және қабаттасатын желілер.

Байланыс желілерінің классификациясы

Байланыс желісі әдетте электрлік ақпараттық сигналдар берілетін физикалық ортадан, мәліметтерді тасымалдау жабдығы мен аралық жабдықтан тұрады. Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық ортасы (физикалық тасымалдағыш) кабель, яғни сымдар, оқшаулағыш және қорғаныш қабықтар мен қосқыштар жиынтығы, сондай-ақ электромагниттік толқындар таралатын жер атмосферасы немесе ғарыш кеңістігі болуы мүмкін.

Бірінші жағдайда біреу айтады сымды орта,ал екіншісінде - сымсыз.

Заманауи телекоммуникациялық жүйелерде ақпараттар көмегімен беріледі электр тогы немесе кернеу, радио сигналдары немесе жарық сигналдары- бұл физикалық процестердің барлығы әртүрлі жиіліктегі электромагниттік өрістің тербелісі болып табылады.

Сымды (әуе) желілербаулар – бұл тіректердің арасына салынған және ауада ілулі тұрған оқшаулағыш немесе экрандаушы өрімдері жоқ сымдар. Тіпті жақын арада мұндай байланыс желілері телефон немесе телеграф сигналдарын беру үшін негізгі болды. Бүгінгі таңда сымды байланыс желілері кабельдік желілерге қарқынды түрде ауыстырылуда. Бірақ кейбір жерлерде олар әлі күнге дейін сақталған және басқа мүмкіндіктер болмаған жағдайда олар компьютерлік деректерді беру үшін қолданыла береді. Бұл желілердің жылдамдығы мен шуға төзімділігі көп нәрсені қалағандай етеді.

кабельдік желілербіршама күрделі құрылымға ие. Кабель оқшаулаудың бірнеше қабаттарымен қоршалған өткізгіштерден тұрады: электрлік, электромагниттік, механикалық және мүмкін климаттық. Сонымен қатар, кабель әртүрлі жабдықты оған жылдам қосуға мүмкіндік беретін қосқыштармен жабдықталуы мүмкін. Компьютерлік (және телекоммуникациялық) желілерде кабельдің үш негізгі түрі қолданылады: мыс сымдарының бұралған жұптарына негізделген кабельдер - экрандалмаған бұралған жұп(Қорғалмаған бұралған жұп, UTP) және экрандалған бұралған жұп(Қорғалған бұралған жұп, STP), коаксиалды кабельдермыс өзегімен, талшықты-оптикалық кабельдермен. Кабельдердің алғашқы екі түрі де аталады мыс кабельдер.

радиоарналаржер және спутниктік байланысрадиотолқындардың таратқышы мен қабылдағышы арқылы жасалады. Қолданылатын жиілік диапазонында да, арна диапазонында да ерекшеленетін радиоарналардың алуан түрлері бар. Таратылатын радио диапазондары(ұзын, орташа және қысқа толқындар) деп те аталады AM жолақтары,немесе амплитудалық модуляция диапазондары (Amplitude Modulation, AM), қалааралық байланысты қамтамасыз етеді, бірақ төмен деректер жылдамдығымен. Жылдамырақ арналар пайдаланатын арналар болып табылады диапазондары өте көп жоғары жиіліктер (Өте жоғары жиілік, VHF), онда жиілік модуляциясы қолданылады (Жиілік модуляциясы, FM). Сондай-ақ деректерді тасымалдау үшін қолданылады. ультра жоғары жиілікті жолақтар(Ультра жоғары жиілік, UHF) деп те аталады микротолқынды диапазондар(300 МГц жоғары). 30 МГц-тен жоғары жиіліктерде сигналдар енді Жердің ионосферасы арқылы көрсетілмейді және тұрақты байланыс таратқыш пен қабылдағыш арасында көру сызығын қажет етеді. Сондықтан мұндай жиіліктер не спутниктік арналарды, не микротолқынды арналарды, немесе жергілікті немесе пайдаланады ұялы желілербұл шарт орындалатын жерде.

Желінің жақын шетіндегі қиылысу - кедергінің ішкі көздеріне кабельдің шуға төзімділігін анықтайды. Әдетте олар бірнешеден тұратын кабельге қатысты бағаланады бұралған жұп, бір жұптың екінші жұптың өзара қабылдануы маңызды мәндерге жетіп, пайдалы сигналға сәйкес ішкі кедергі жасай алатын кезде.

Мәліметтерді тасымалдау сенімділігі(немесе бит қатесінің жылдамдығы) әрбір жіберілетін деректер битінің бұрмалану ықтималдығын сипаттайды. Ақпараттық сигналдардың бұрмалану себептері желідегі кедергілер, сондай-ақ оның өтуінің шектеулі өткізу қабілеттілігі болып табылады. Сондықтан деректерді беру сенімділігін арттыру желінің шуға төзімділік дәрежесін жоғарылату, кабельдегі айқаспалы байланыс деңгейін төмендету және кең жолақты байланыс желілерін көбірек пайдалану арқылы қол жеткізіледі.

Қосымша қателерден қорғаусыз кәдімгі кабельдік байланыс желілері үшін деректерді беру сенімділігі, әдетте, 10 -4 -10 -6 құрайды. Бұл орта есеппен жіберілген 10 4 немесе 10 6 биттің бір биттің мәні бүлінетінін білдіреді.

Байланыс желісінің жабдықтары(мәліметтерді жіберу жабдығы – АТД) – компьютерлерді байланыс желісіне тікелей қосатын шеткі жабдық. Ол байланыс желісінің бөлігі болып табылады және әдетте физикалық деңгейде жұмыс істейді, қажетті пішін мен қуаттың сигналын беру мен қабылдауды қамтамасыз етеді. ADF мысалдары модемдер, адаптерлер, аналогты-цифрлық және цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер болып табылады.

DTE байланыс желісі арқылы беру үшін деректерді қалыптастыратын және тікелей DTE-ге қосылған пайдаланушының деректер терминалының жабдығын (DTE) қамтымайды. DTE, мысалы, LAN маршрутизаторын қамтиды. Жабдықты APD және OOD кластарына бөлу өте шартты екенін ескеріңіз.

Ұзын байланыс желілерінде екі негізгі міндетті шешетін аралық жабдық қолданылады: ақпараттық сигналдардың сапасын жақсарту (олардың пішіні, қуаты, ұзақтығы) және екі желі абоненті арасындағы байланыстың тұрақты композиттік арнасын (соңғы арна) құру. . LCN-де физикалық ортаның ұзындығы (кабельдер, радиоауа) жоғары болмаса, олардың параметрлерін аралық қалпына келтірместен бір желілік адаптерден екіншісіне сигналдар берілуі үшін аралық жабдық пайдаланылмайды.

В жаһандық желілержүздеген және мыңдаған километрге жоғары сапалы сигнал беру қамтамасыз етіледі. Сондықтан күшейткіштер белгілі бір қашықтықта орнатылады. Екі абоненттің арасын құру үшін мультиплексорлар, демультиплексорлар және коммутаторлар қолданылады.

Байланыс арнасының аралық жабдығы пайдаланушы үшін мөлдір (ол оны байқамайды), бірақ шын мәнінде ол күрделі желіні құрайды. негізгі желіжәне компьютерлік, телефондық және басқа желілерді құру үшін негіз ретінде қызмет етеді.

Айырмау аналогтық және цифрлық байланыс желілері, пайдаланатын әртүрлі түрлеріаралық жабдық. Аналогтық желілерде аралық жабдық мәндердің үздіксіз диапазоны бар аналогтық сигналдарды күшейтуге арналған. Жоғары жылдамдықты аналогтық арналарда бірнеше төмен жылдамдықты аналогтық абоненттік арналар бір жоғары жылдамдықты арнаға мультиплексирленген кезде жиілікті мультиплекстеу техникасы жүзеге асырылады. Тік бұрышты ақпараттық сигналдардың күйлерінің шекті саны болатын цифрлық байланыс арналарында аралық жабдық сигналдардың пішінін жақсартады және олардың қайталану кезеңін қалпына келтіреді. Ол әрбір төмен жылдамдықты арнаға жоғары жылдамдықты арна уақытының белгілі бір бөлігі бөлінгенде, арналардың уақыттық мультиплексирлеу принципі бойынша жұмыс істейтін жоғары жылдамдықты цифрлық арналардың қалыптасуын қамтамасыз етеді.

Дискретті компьютерлік деректерді беру кезінде сандық сызықтарБайланыс кезінде физикалық деңгей хаттамасы анықталады, өйткені желі арқылы берілетін ақпараттық сигналдардың параметрлері стандартталған, ал аналогтық желілер арқылы жіберілген кезде ол анықталмайды, өйткені ақпараттық сигналдар ерікті пішінге ие және оларға қойылатын талаптар жоқ. мәліметтерді тасымалдау жабдығымен бірліктерді және нөлдерді көрсету әдісі.

Байланыс желілерінде мыналар қолданылады ақпаратты беру режимдері:

симплекс, таратқыш пен қабылдағыш бір байланыс арнасымен қосылған кезде, ол арқылы ақпарат тек бір бағытта беріледі (бұл теледидарлық байланыс желілеріне тән);

Жартылай дуплексті, екі байланыс түйіні де бір арнамен қосылғанда, олар арқылы ақпарат бір бағытта, содан кейін қарама-қарсы бағытта беріледі (бұл ақпараттық-анықтамалық, сұраныс-жауап жүйелеріне тән);

дуплексті, екі байланыс түйіні екі арна арқылы қосылған кезде (алғашқы байланыс арнасы және кері), олар арқылы ақпарат бір уақытта қарама-қарсы бағытта беріледі. Дуплексті арналар шешімдер мен ақпараттық кері байланыс бар жүйелерде қолданылады.

Коммутацияланған және бөлінген байланыс арналары. ТСЖ-да арнайы (коммутацияланбаған) байланыс арналары және осы арналар бойынша ақпаратты беру ұзақтығына ауысуы барлар бар.

Бөлінген байланыс арналарын пайдаланған кезде байланыс түйіндерінің қабылдағыш аппаратурасы бір-бірімен үздіксіз байланыста болады. Бұл жүйенің ақпаратты тасымалдауға дайындығының жоғары деңгейін, байланыстың жоғары сапасын және трафиктің үлкен көлемін қолдауды қамтамасыз етеді. Бөлінген байланыс арналары бар желілерді пайдаланудың салыстырмалы түрде жоғары шығындарына байланысты олардың табыстылығына арналар толық жүктелген жағдайда ғана қол жеткізіледі.

Белгіленген ақпарат көлемін беру уақытына ғана құрылған коммутацияланған байланыс арналары жоғары икемділігімен және салыстырмалы түрде төмен құнымен (трафиктің аз мөлшерімен) сипатталады. Мұндай арналардың кемшіліктері: коммутация уақытының жоғалуы (абоненттер арасындағы байланысты орнату үшін), байланыс желісінің жекелеген учаскелерінің бос еместігінен блоктау мүмкіндігі, байланыс сапасының төмендеуі, трафиктің айтарлықтай көлемімен жоғары құны.

Байланыс желісі бойынша берілуі қажет бастапқы ақпарат дискретті (компьютердің шығыс деректері) немесе аналогты (сөйлеу, теледидар кескіні) болуы мүмкін.

Мәліметтерді дискретті тасымалдауфизикалық кодтаудың екі түрін қолдануға негізделген:

а) аналогтық модуляциякодтау синусоидалы тасымалдаушы сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы орындалғанда;

б) сандық кодтаутікбұрышты ақпараттық импульстердің реттілігінің деңгейлерін өзгерту арқылы.

Аналогтық модуляция цифрлық кодтауға қарағанда алынған сигналдың әлдеқайда аз спектріне әкеледі, бірдей ақпаратты беру жылдамдығы, бірақ оны жүзеге асыру күрделі және қымбат жабдықты қажет етеді.

Қазіргі уақытта аналогтық нысаны бар бастапқы деректер байланыс арналары арқылы дискретті түрде (бірлер мен нөлдер тізбегі түрінде) барған сайын тасымалданады, яғни. дискретті модуляцияаналогтық сигналдар.

Аналогтық модуляция. Ол дискретті деректерді тар өткізу қабілеті бар арналар бойынша беру үшін қолданылады, оның типтік өкілі телефон желілерін пайдаланушыларға берілетін дауыс жиілігінің арнасы болып табылады. Бұл арна арқылы 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі жиіліктегі сигналдар беріледі, яғни оның өткізу қабілеттілігі 3100 Гц. Мұндай жолақ қолайлы сапада сөйлеуді беру үшін жеткілікті. Тондық арнаның өткізу қабілеттілігін шектеу телефон желілерінде мультиплексирлеу және тізбекті коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

Модулятор-демодулятордың (модемнің) көмегімен таратушы жағында дискретті деректерді беру алдында екілік цифрлардың бастапқы тізбегінің тасымалдаушы синусоидасының модуляциясы жүзеге асырылады. Кері түрлендіру(демодуляция) қабылдау модемімен орындалады.

Цифрлық деректерді аналогтық пішінге түрлендірудің үш жолы немесе аналогтық модуляцияның үш әдісі бар:

Амплитудалық модуляция, тек синусоидалы тербелістерді тасымалдаушының амплитудасы берілетін ақпарат разрядтарының тізбегіне сәйкес өзгерген кезде: мысалы, біреуін беру кезінде тербеліс амплитудасы үлкен, ал нөлді беру кезінде ол аз болады немесе бар тасымалдаушы сигнал мүлде жоқ;

жиілікті модуляция, модуляциялаушы сигналдардың (берілетін ақпараттық разрядтардың) әсерінен тек синусоидалы тербелістер тасымалдаушысының жиілігі ғана өзгереді: мысалы, нөлдік берілгенде ол төмен, ал біреуін бергенде ол жоғары;

фазалық модуляция, берілетін ақпараттық разрядтардың тізбегіне сәйкес синусоидалы тербелістерді тасымалдаушының фазасы ғана өзгергенде: 1-сигналдан 0-сигналға ауысқанда немесе керісінше фаза 180°-қа өзгереді.

Оның таза түрінде амплитудалық модуляция шуға төзімділігі төмен болғандықтан практикада сирек қолданылады. Жиілік модуляциясы қажет емес күрделі схемалармодемдерде және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады. Деректер жылдамдығын арттыру аралас модуляция әдістерін, көбінесе амплитудалық модуляцияны фазамен біріктіру арқылы қамтамасыз етеді.

Дискретті деректерді берудің аналогтық әдісі бір арнада әртүрлі тасымалдаушы жиіліктегі сигналдарды қолдану арқылы кең жолақты таратуды қамтамасыз етеді. Бұл абоненттердің үлкен санының өзара әрекеттесуіне кепілдік береді (әрбір абонент жұбы өз жиілігінде жұмыс істейді).

Сандық кодтау. Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде кодтардың екі түрі қолданылады:

а) ақпараттық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигнал потенциалының мәні ғана пайдаланылған және оның төмендеуі ескерілмейтін потенциалдық кодтар;

б) импульстік кодтар, екілік деректер не белгілі бір полярлық импульстармен, не белгілі бір бағыттағы потенциалдық төмендеулермен ұсынылған кезде.

Екілік сигналдарды көрсету үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде дискретті ақпаратты цифрлық кодтау әдістеріне келесі талаптар қойылады:

таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондауды қамтамасыз ету;

Алынған сигналдың спектрінің ең кіші енін бірдей разрядтық жылдамдықпен қамтамасыз ету (себебі сигналдардың тар спектрі өткізу қабілеттілігі бірдей желіде деректердің жоғары жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді);

жіберілген деректердегі қателерді тану мүмкіндігі;

Іске асырудың салыстырмалы түрде төмен құны.

Физикалық деңгейдің көмегімен тек бұзылған деректерді тану (қателерді анықтау) жүзеге асырылады, бұл уақытты үнемдейді, өйткені қабылдағыш қабылданған кадрдың буферге толығымен орналастырылуын күтпестен, қатені таныған кезде оны дереу қабылдамайды. жақтаудағы биттер. Неғұрлым күрделі операция – бүлінген деректерді түзету – жоғары деңгейлі хаттамалармен орындалады: арна, желі, көлік немесе қолданбалы.

Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қабылдағыштың кіріс деректерді қашан оқу керектігін білуі үшін қажет. Сағат сигналдары қабылдағышты жіберілген хабарламаға реттейді және қабылдағышты кіріс деректер биттерімен синхрондауды қамтамасыз етеді. Синхрондау мәселесі ақпаратты қысқа қашықтыққа (компьютер ішіндегі блоктар арасында, компьютер мен принтер арасында) жеке таймдық байланыс желісін пайдалану арқылы жіберу кезінде оңай шешіледі: ақпарат тек келесі сағат импульсі келген сәтте оқылады. Компьютерлік желілерде сағаттық импульстарды пайдалану екі себеп бойынша бас тартылады: қымбат кабельдердегі өткізгіштерді үнемдеу үшін және кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының біркелкі еместігіне байланысты (ұзақ қашықтықта сигналдың таралу жылдамдығының біркелкі емес болуы мүмкін тактілік жолдағы тактілік импульстарды және негізгі жолдағы ақпараттық импульстарды синхрондау , нәтижесінде деректер биті өткізіп жіберіледі немесе қайта оқылады).

Қазіргі уақытта желілерде таратқыш пен қабылдағышты синхрондау пайдалану арқылы жүзеге асырылады өзін-өзі синхрондау кодтары(СК). СК көмегімен жіберілетін мәліметтерді кодтау арнадағы ақпараттық сигнал деңгейлерінің тұрақты және жиі өзгеруін (ауысуын) қамтамасыз ету болып табылады. Әрбір сигнал деңгейінің жоғарыдан төменге немесе керісінше өтуі ресиверді кесу үшін қолданылады. Ең жақсысы - бір ақпараттық бит қабылдау үшін қажетті уақыт аралығы ішінде сигнал деңгейінің ауысуын кем дегенде бір рет қамтамасыз ететін СК. Сигнал деңгейінің ауысуы неғұрлым жиі болса, қабылдағыштың синхронизациясы соғұрлым сенімді болады және алынған деректер биттерін сәйкестендіру сенімдірек болады.

Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау әдістеріне қойылатын бұл талаптар белгілі бір дәрежеде бір-біріне қайшы келеді, сондықтан төменде қарастырылатын кодтау әдістерінің әрқайсысы басқалармен салыстырғанда өзінің артықшылықтары мен кемшіліктеріне ие.

Өздігінен синхрондау кодтары. Ең көп тарағандары келесі СК:

нөлге қайтарылмаған әлеуетті код (NRZ - Non Return to Zero);

биполярлық импульстік код (RZ коды);

Манчестер коды

· ауыспалы деңгейдегі инверсиясы бар биполярлық код.

Суретте. 32 осы CK пайдалана отырып 0101100 хабарламасының кодтау схемаларын көрсетеді.

Күріш. 32. Өзін-өзі синхрондау кодтары арқылы хабарламаларды кодтау схемалары

Байланыс арналары бойынша дискретті деректерді беру кезінде физикалық кодтаудың екі негізгі түрі қолданылады - синусоидалы тасымалдаушы сигналға негізделген және тікбұрышты импульстар тізбегіне негізделген. Бірінші әдіс жиі деп аталады модуляциянемесе аналогтық модуляция,кодтау аналогтық сигналдың параметрлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылатынын атап көрсетеді. Екінші жол әдетте аталады сандық кодтау.Бұл әдістер алынған сигналдың спектрінің енімен және оларды жүзеге асыру үшін қажетті жабдықтың күрделілігімен ерекшеленеді.

Тік бұрышты импульстарды пайдаланған кезде алынған сигналдың спектрі өте кең. Идеал импульс спектрінің шексіз ені бар екенін есте ұстасақ, бұл таңқаларлық емес. Синусоидты пайдалану бірдей ақпарат жылдамдығында әлдеқайда аз спектрге әкеледі. Дегенмен, синусоидальды модуляцияны жүзеге асыру тікбұрышты импульстарды жүзеге асыруға қарағанда күрделі және қымбат жабдықты қажет етеді.

Қазіргі уақытта көбінесе аналогтық нысаны бар деректер - сөйлеу, теледидар бейнесі - байланыс арналары арқылы дискретті түрде, яғни бірліктер мен нөлдер тізбегі түрінде беріледі. Жіберу процесі аналогтық ақпаратдискретті түрде деп аталады дискретті модуляция.«Модуляция» және «кодтау» терминдері жиі синоним ретінде қолданылады.

2.2.1. Аналогтық модуляция

Аналогтық модуляция дискретті деректерді тар өткізу жолағы арналары бойынша жіберу үшін пайдаланылады, типтік тондық жиілік арнасы,жалпыға ортақ телефон желілерін пайдаланушыларға қолжетімді болды. Дауыс жиілігі арнасының әдеттегі жиілік реакциясы күріште көрсетілген. 2.12. Бұл арна 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазондағы жиіліктерді жібереді, сондықтан оның өткізу қабілеті 3100 Гц. Адам дауысының диапазоны әлдеқайда кең болса да, шамамен 100 Гц-тен 10 кГц-ке дейін, қолайлы сөйлеу сапасы үшін 3100 Гц диапазоны жақсы шешім болып табылады. Тондық арнаның өткізу қабілеттілігін қатаң шектеу телефон желілерінде мультиплексирлеу және тізбекті коммутациялау жабдықтарын қолданумен байланысты.

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 133

Тасымалдаушы синусоидты жіберуші жағында модуляциялау және қабылдау жағында демодуляциялау қызметін атқаратын құрылғы деп аталады. модем(модулятор-демодулятор).

Аналогтық модуляция әдістері

Аналогтық модуляция – синусоидалы тасымалдаушы сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы ақпарат кодталатын физикалық кодтау әдісі. Аналогтық модуляцияның негізгі әдістері күріш. 2.13. Диаграмма бойынша (2.13-сурет, а)Логикалық үшін жоғары деңгейлі потенциалдармен және логикалық нөл үшін нөлдік потенциалдармен ұсынылған бастапқы ақпараттың биттерінің тізбегі көрсетілген. Бұл кодтау әдісі компьютер блоктары арасында деректерді тасымалдау кезінде жиі қолданылатын потенциалды код деп аталады.

Сағат амплитудалық модуляция(2.13-сурет, 6) логикалық үшін тасымалдаушы жиілік синусоидасының амплитудасының бір деңгейі, ал логикалық нөл үшін басқасы таңдалады. Бұл әдіс практикада шуға төзімділігі төмен болғандықтан таза түрінде сирек қолданылады, бірақ көбінесе модуляцияның басқа түрімен – фазалық модуляциямен бірге қолданылады.

Сағат жиілікті модуляция(2.13, в-сурет) бастапқы деректердің 0 және 1 мәндері әртүрлі жиіліктегі синусоидтармен беріледі - fo және fi. Бұл модуляция әдісі модемдерде күрделі схемаларды қажет етпейді және әдетте 300 немесе 1200 бит/с жылдамдықта жұмыс істейтін төмен жылдамдықты модемдерде қолданылады.

Сағат фазалық модуляция(2.13, г-сурет) 0 және 1 деректер мәндері бірдей жиіліктегі сигналдарға сәйкес келеді, бірақ фазасы басқа, мысалы, 0 және 180 градус немесе 0,90,180 және 270 градус.

Жоғары жылдамдықты модемдерде аралас модуляция әдістері жиі қолданылады, әдетте амплитудасы фазамен біріктіріледі.

2-тарау. Мәліметтердің дискретті байланысының негіздері

Модуляцияланған сигналдың спектрі

Алынған модуляцияланған сигналдың спектрі модуляция түріне және модуляция жылдамдығына, яғни бастапқы ақпараттың қажетті разрядтық жылдамдығына байланысты.

Алдымен потенциалды кодтаумен сигналдың спектрін қарастырайық. Логикалық бірлік оң потенциалмен, ал логикалық нөл бірдей шамадағы теріс потенциалмен кодталсын. Есептеулерді жеңілдету үшін, ақпарат 1-суретте көрсетілгендей айнымалылар мен нөлдердің шексіз тізбегінен тұратын беріледі деп есептейміз. 2.13, а.Бұл жағдайда жіберу және секундына бит мәндері бірдей екенін ескеріңіз.

Потенциалды кодтау үшін спектр периодтық функция үшін Фурье формулаларынан тікелей алынады. Егер дискретті деректер N бит/с бит жылдамдығымен берілсе, онда спектр нөлдік жиіліктің тұрақты құрамдас бөлігінен және fo, 3fo, 5fo, 7fo,... жиіліктері бар гармоникалықтардың шексіз қатарынан тұрады, мұндағы fo = N/ 2. Бұл гармоникалардың амплитудалары біршама баяу төмендейді - коэффициенттері 1/3, 1/5,1/7,... fo гармоникалық амплитудасы (2.14-сурет, а).Нәтижесінде әлеуетті код спектрі жоғары сапалы жіберу үшін кең өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Сонымен қатар, шын мәнінде сигналдың спектрі байланыс желісі арқылы қандай деректер жіберілетініне байланысты үнемі өзгеретінін ескеру қажет. Мысалы, нөлдердің немесе бірлердің ұзын тізбегін беру спектрді төмен жиіліктерге қарай жылжытады, ал төтенше жағдайда жіберілетін деректер тек біреулерден (немесе тек нөлдерден) тұратын кезде спектр нөлдік жиілік гармониясынан тұрады. Ауыспалы және нөлдерді беру кезінде тұрақты ток құрамдас бөлігі болмайды. Демек, ерікті деректерді беру кезінде пайда болатын потенциалдық код сигналының спектрі 0 Гц-ке жақын кейбір мәннен шамамен 7fo-ға дейінгі жолақты алады (7fo-ден жоғары жиіліктегі гармоникаларды олардың нәтижелі сигналға қосқан аз үлесіне байланысты елемеуге болады). Дауыс жиілігі арнасы үшін әлеуетті кодтаудың жоғарғы шегіне 971 бит/с деректер жылдамдығы үшін қол жеткізіледі, ал төменгі шек кез келген жылдамдықтар үшін қабылданбайды, өйткені арна өткізу қабілеттілігі 300 Гц-тен басталады. Нәтижесінде дауыс жиілігі арналарындағы ықтимал кодтар ешқашан пайдаланылмайды.

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 135

Амплитудалық модуляция кезінде спектр тасымалдаушы жиілік fc синусоидасынан және екі бүйірлік гармоникадан тұрады: (fc + fm) және (fc - fm), мұндағы fm - сәйкес келетін синусоидтың ақпараттық параметрінің өзгеру жиілігі. екі амплитудалық деңгейді пайдаланған кезде деректер жылдамдығымен (2.14-сурет, 6). f m жиілігі берілген кодтау әдісі үшін желінің өткізу қабілетін анықтайды. Кішігірім модуляция жиілігімен сигнал спектрінің ені де аз болады (2f м-ге тең), сондықтан оның өткізу қабілеттілігі 2f м-ден үлкен немесе оған тең болса, сигналдар сызықпен бұрмаланбайды. Дауыс жиілігі арнасы үшін бұл модуляция әдісі 3100/2=1550 бит/с аспайтын деректер жылдамдығында қолайлы. Деректерді көрсету үшін 4 амплитудалық деңгей пайдаланылса, арнаның өткізу қабілеті 3100 бит/с дейін артады.

Фазалық және жиілік модуляциясы кезінде сигнал спектрі амплитудалық модуляцияға қарағанда күрделірек, өйткені мұнда екіден көп бүйірлік гармоникалар түзіледі, бірақ олар сонымен қатар негізгі тасымалдаушы жиілікке қатысты симметриялы орналасады және олардың амплитудалары тез төмендейді. Сондықтан, бұл модуляциялар дыбыстық жиілік арнасы арқылы деректерді беру үшін де қолайлы.

Деректер жылдамдығын арттыру үшін біріктірілген модуляция әдістері қолданылады. Ең көп таралған әдістер квадратуралық амплитудалық модуляция (Quadrature Amplitude Modulation, QAM).Бұл әдістер 8 фазалық ығысу мәндері бар фазалық модуляция және 4 амплитудалық деңгейлі амплитудалық модуляция комбинациясына негізделген. Дегенмен, мүмкін болатын 32 сигнал комбинациясының барлығы қолданылмайды. Мысалы, кодтарда Торлыбастапқы деректерді көрсету үшін тек 6, 7 немесе 8 комбинацияға рұқсат етіледі, ал қалған комбинацияларға тыйым салынады. Мұндай кодтаудың артықтығы модемге телефон арналарында, әсіресе коммутацияланған арналарда, амплитудасы бойынша өте маңызды және уақыт бойынша ұзақ болатын кедергілер салдарынан бұрмалану нәтижесінде пайда болатын қате сигналдарды тану үшін қажет.

2.2.2. Сандық кодтау

Дискретті ақпаратты цифрлық кодтау кезінде потенциалдық және импульстік кодтар қолданылады.

Потенциалды кодтарда логикалық бірліктерді және нөлдерді көрсету үшін сигнал потенциалының мәні ғана пайдаланылады, ал оның толық импульстарды құрайтын тамшылары есепке алынбайды. Импульстік кодтар екілік деректерді не белгілі бір полярлық импульстармен, не импульстің бір бөлігімен – белгілі бір бағыттағы потенциалды құлдыраумен көрсетуге мүмкіндік береді.

Цифрлық кодтау әдістеріне қойылатын талаптар

Дискретті ақпаратты беру үшін тікбұрышты импульстарды пайдалану кезінде бір уақытта бірнеше мақсатқа қол жеткізетін кодтау әдісін таңдау қажет:

Бірдей бит жылдамдығымен алынған сигнал спектрінің ең кіші еніне ие болды;

Таратқыш пен қабылдағыш арасындағы синхрондау қамтамасыз етілген;

Қателерді тани білу қабілеті болды;

Іске асырудың төмен құны бар.

136 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

Сигналдардың неғұрлым тар спектрі бір желіде (бірдей өткізу қабілеттілігімен) жоғары деректерді беру жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сигнал спектріне тұрақты компонент жоқ деген талап жиі қойылады, яғни тұрақты токтаратқыш пен қабылдағыш арасында. Атап айтқанда, әртүрлі трансформатор схемаларын пайдалану гальваникалық оқшаулаутұрақты токтың өтуіне жол бермейді.

Таратқыш пен қабылдағышты синхрондау қажет, сондықтан қабылдағыш қай уақытта оқу керек екенін біледі. жаңа ақпаратбайланыс желісінен. Бұл мәселені шешу жақын орналасқан құрылғылар арасында, мысалы, компьютердегі блоктар арасында немесе компьютер мен принтер арасында деректер алмасудан гөрі желілерде қиынырақ. Қысқа қашықтықта жеке тактілік байланыс желісіне негізделген схема (2.15-сурет) жақсы жұмыс істейді, осылайша ақпарат деректер желісінен тактілік импульс келген сәтте ғана жойылады. Желілерде бұл схеманы пайдалану кабельдердегі өткізгіштердің сипаттамаларының гетерогенділігіне байланысты қиындықтар тудырады. Ұзақ қашықтықтарда сигнал жылдамдығының толқындары деректер битінің өткізіп жіберілгені немесе қайта оқылатыны туралы сәйкес деректер сигналы үшін сағаттың кеш немесе тым ерте келуіне әкелуі мүмкін. Желілердің сағаттық импульстерді пайдаланудан бас тартуының тағы бір себебі - өткізгіштерді қымбат кабельдерде үнемдеу.

Сондықтан желілер деп аталатындарды пайдаланады өзін-өзі синхрондау кодтары,олардың сигналдары таратқышқа арналған көрсеткіштерді қай уақытта келесі битті тану қажет (немесе бірнеше бит, егер код екіден көп сигнал күйіне бағытталған болса). Сигналдағы кез келген өткір жиек - алдыңғы деп аталатын - қабылдағышты таратқышпен синхрондау үшін жақсы көрсеткіш болуы мүмкін.

Тасымалдаушы сигнал ретінде синусоидтарды пайдаланған кезде алынған код өзін-өзі синхрондау қасиетіне ие, өйткені тасымалдаушы жиілігінің амплитудасының өзгеруі қабылдағышқа кіріс кодының пайда болған сәтін анықтауға мүмкіндік береді.

Бұрмаланған деректерді тану және түзету физикалық деңгейдің көмегімен жүзеге асырылуы қиын, сондықтан көбінесе бұл жұмыс жоғарыда орналасқан хаттамалармен орындалады: арна, желі, көлік немесе қолданба. Екінші жағынан, физикалық деңгейде қатені тану уақытты үнемдейді, өйткені ресивер кадрдың толық буферленуін күтпейді, бірақ кадрдың ішінде қате разрядтар танылған кезде оны дереу қабылдамайды.

Кодтау әдістеріне қойылатын талаптар бір-біріне қарама-қайшы, сондықтан төменде талқыланатын танымал цифрлық кодтау әдістерінің әрқайсысының басқалармен салыстырғанда өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

______________________________2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері _______137

Нөлге қайтарусыз ықтимал код

Суретте. 2.16 және кодтау деп те аталатын ықтимал кодтаудың бұрын айтылған әдісін көрсетеді нөлге оралмай (Non Return to Zero, NRZ).Фамилия бірліктердің тізбегін беру кезінде цикл кезінде сигнал нөлге оралмайтындығын көрсетеді (төменде көретініміздей, басқа кодтау әдістерінде бұл жағдайда нөлге оралу орын алады). NRZ әдісін енгізу оңай, қатені жақсы тануға ие (екі күрт әртүрлі потенциалға байланысты), бірақ өзін-өзі синхрондау қасиеті жоқ. Бірлердің немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде желідегі сигнал өзгермейді, сондықтан қабылдағыш кіріс сигналынан деректерді қайта оқу қажет уақыттарды анықтай алмайды. Тіпті жоғары дәлдіктегі сағат генераторымен де қабылдағыш деректерді алу сәтінде қателесуі мүмкін, өйткені екі генератордың жиіліктері ешқашан толығымен бірдей болмайды. Сондықтан деректердің жоғары жылдамдықтарында және бір немесе нөлдердің ұзын тізбегінде тактілік жиіліктердің шамалы сәйкессіздігі бүкіл циклдегі қатеге және сәйкесінше қате бит мәнін оқуға әкелуі мүмкін.

NRZ әдісінің тағы бір елеулі кемшілігі - бір немесе нөлдердің ұзын тізбегін беру кезінде нөлге жақындайтын төмен жиілікті компоненттің болуы. Осыған байланысты көптеген байланыс арналары қамтамасыз етілмейді

138 2-тарау Дискретті байланыс негіздері

қабылдағыш пен көз арасында тікелей гальваникалық байланысы барлар кодтаудың бұл түрін қолдамайды. Нәтижесінде таза түрінде NRZ коды желілерде қолданылмайды. Осыған қарамастан, оның әртүрлі модификациялары қолданылады, онда NRZ кодының нашар өзін-өзі синхрондауы да, тұрақты компоненттің болуы да жойылады. Оны жақсартуды қажет ететін NRZ кодының тартымдылығы алдыңғы бөлімде көрсетілгендей N/2 Гц-ке тең fo өте төмен іргелі жиілік болып табылады. Манчестер сияқты басқа кодтау әдістерінің негізгі жиілігі жоғары.

Альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау әдісі

NRZ әдісінің модификацияларының бірі әдіс болып табылады альтернативті инверсиямен биполярлық кодтау (Биполярлық Alternate Mark Inversion, AMI).Бұл әдісте (2.16-сурет, 6) потенциалдың үш деңгейі қолданылады – теріс, нөлдік және оң. Логикалық нөлді кодтау үшін нөлдік потенциал пайдаланылады, ал логикалық бірлік оң потенциалмен немесе теріс арқылы кодталады, бұл ретте әрбір жаңа бірліктің потенциалы алдыңғысының потенциалына қарама-қарсы болады.

AMI коды тұрақты токты ішінара жояды және NRZ кодына тән уақытты реттеу мәселелерінің болмауы. Бұл ұзын тізбектерді жіберу кезінде орын алады. Бұл жағдайларда желідегі сигнал ауыспалы нөлдер мен бірліктерді беретін, яғни тұрақты құрамдас бөлігі жоқ және N/2 Гц негізгі гармоникасы бар NRZ коды сияқты спектрі бар биполярлық импульстар тізбегі болып табылады (мұндағы N деректер бит жылдамдығы). Нөлдердің ұзын тізбегі AMI коды үшін де, NRZ коды үшін де қауіпті – сигнал амплитудасы нөлдік тұрақты потенциалға азаяды. Сондықтан, тапсырма жеңілдетілген болса да, AMI коды одан әрі жетілдіруді қажет етеді - тек нөлдер тізбегімен айналысу керек.

Жалпы, желідегі биттердің әртүрлі комбинациялары үшін AMI кодын пайдалану NRZ кодына қарағанда сигналдың тар спектріне, демек, жоғары желі өткізу қабілетіне әкеледі. Мысалы, ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде негізгі гармоника fo N/4 Гц жиілігіне ие болады. AMI коды қате сигналдарды тану үшін кейбір мүмкіндіктерді де қамтамасыз етеді. Осылайша, сигналдардың полярлығының қатаң кезектесуінің бұзылуы жалған импульсті немесе сызықтан дұрыс импульстің жоғалуын көрсетеді. Полярлығы дұрыс емес сигнал шақырылады тыйым салынған сигнал (сигналдың бұзылуы).

AMI коды әр жолда екі емес, үш сигнал деңгейін пайдаланады. Қосымша қабат желіде бірдей бит дәлдігін қамтамасыз ету үшін таратқыш қуатын шамамен 3 дБ арттыруды талап етеді, бұл тек екі күйді ажырататын кодтармен салыстырғанда бірнеше сигнал күйлері бар кодтардың жалпы кемшілігі болып табылады.

Бірліктегі инверсиясы бар потенциалдық код

AMI-ге ұқсас код бар, бірақ тек екі сигнал деңгейі бар. Нөлді жібергенде, ол алдыңғы циклде орнатылған потенциалды жібереді (яғни оны өзгертпейді), ал біреуін бергенде потенциал керісінше кері айналады. Бұл код деп аталады бірліктегі инверсиясы бар потенциалды код

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 139

(Төңкерілгендермен нөлге қайта оралмау, NRZI).Бұл код үшінші сигнал деңгейін пайдалану өте қажет емес жағдайларда пайдалы, мысалы, екі сигнал күйі сенімді түрде танылатын оптикалық кабельдерде - ашық және қараңғы. AMI және NRZI сияқты ықтимал кодтарды жақсарту үшін екі әдіс қолданылады. Бірінші әдіс бастапқы кодқа логикалық биттерді қамтитын артық биттерді қосуға негізделген. Әлбетте, бұл жағдайда нөлдердің ұзын тізбегі үзіледі және код кез келген жіберілген деректер үшін өзін-өзі синхрондауға айналады. Тұрақты компонент те жоғалады, яғни сигнал спектрі одан да тарылады. Бірақ бұл әдіс желінің пайдалы өткізу қабілеттілігін азайтады, өйткені пайдаланушы ақпаратының артық бірліктері тасымалданбайды. Басқа әдіс бастапқы ақпаратты сызықта бір мен нөлдің пайда болу ықтималдығы жақын болатындай алдын ала «араластыруға» негізделген. Бұл әрекетті орындайтын құрылғылар немесе блоктар деп аталады скремблер(скрембл – үйінді, ретсіз құрастыру). Шифрлеу кезінде белгілі алгоритм пайдаланылады, сондықтан қабылдағыш екілік деректерді алып, оларды келесіге жібереді. дескрамблер,бастапқы бит тізбегін қалпына келтіреді. Артық биттер желі арқылы берілмейді. Екі әдіс те физикалық емес, логикалық кодтауға жатады, өйткені олар желідегі сигналдардың пішінін анықтамайды. Олар келесі тарауда толығырақ зерттеледі.

Биполярлық импульстік код

Потенциалды кодтардан басқа, деректер толық импульспен немесе оның бөлігі - фронтпен ұсынылған кезде, желілер импульстік кодтарды да пайдаланады. Бұл тәсілдің ең қарапайым жағдайы биполярлық импульстік код,онда бірлік бір полярлықтың импульсімен, ал нөл екіншісімен берілген (2.16-сурет, v).Әрбір импульс жарты циклге созылады. Мұндай кодтың тамаша өзін-өзі сағаттау қасиеттері бар, бірақ DC компоненті, мысалы, бір немесе нөлдердің ұзақ тізбегін беру кезінде болуы мүмкін. Сонымен қатар, оның спектрі ықтимал кодтарға қарағанда кеңірек. Сонымен, барлық нөлдерді немесе бірліктерді беру кезінде кодтың іргелі гармоникасының жиілігі N Гц-ке тең болады, бұл NRZ кодының іргелі гармоникасынан екі есе және AMI кодының іргелі гармоникасынан төрт есе жоғары. ауыспалы бірліктерді және нөлдерді беру кезінде. Тым кең спектрдің арқасында биполярлық импульстік код сирек қолданылады.

Манчестер коды

Жергілікті желілерде соңғы уақытқа дейін ең көп тараған кодтау әдісі деп аталатын әдіс болды Манчестер коды(2.16, г-сурет). Ол Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

Манчестер кодында потенциалды құлдырау, яғни импульстің алдыңғы бөлігі бірліктер мен нөлдерді кодтау үшін қолданылады. Манчестер кодтауында әрбір сағат екі бөлікке бөлінген. Ақпарат әр циклдің ортасында болатын ықтимал құлдырау арқылы кодталады. Бірлік төменнен жоғарыға өту арқылы кодталады, ал нөл кері жиекпен кодталады. Әрбір циклдің басында бірнеше бір немесе нөлді қатарда көрсету қажет болса, қызмет көрсету сигналының жиегі пайда болуы мүмкін. Сигнал бір деректер битінің беру цикліне кемінде бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды жақсы

140 2-тарау Дискретті байланыс негіздері _____________________________________________

өзін-өзі синхрондау қасиеттері. Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульске қарағанда тар. Сондай-ақ оның тұрақты құрамдас бөлігі жоқ, ал іргелі гармоника ең нашар жағдайда (бірлер немесе нөлдер тізбегін беру кезінде) N Гц жиілігіне ие, ал ең жақсы жағдайда (айнымалылар мен нөлдерді беру кезінде) ол тең. AMI кодтарындағы немесе NRZ сияқты N / 2 Гц дейін. Орташа алғанда, Манчестер кодының өткізу қабілеттілігі биполярлық импульстік кодқа қарағанда бір жарым есе тар және іргелі гармоникалық 3N/4 шамасында тербеледі. Манчестер кодының биполярлық импульстік кодқа қарағанда тағы бір артықшылығы бар. Соңғысы деректерді беру үшін үш сигнал деңгейін пайдаланады, ал Манчестер екеуін пайдаланады.

Потенциалды коды 2B1Q

Суретте. 2.16 гдеректерді кодтауға арналған төрт сигнал деңгейі бар ықтимал кодты көрсетеді. Бұл код 2B1Qоның атауы оның мәнін көрсетеді - әрбір екі бит (2В) бір циклде төрт күйі (1Q) бар сигнал арқылы беріледі. 00 биті -2,5В, 01 биті -0,833В, ЖӘНЕ +0,833В, ал 10 - +2,5В бірдей бит жұптарының тізбегі, өйткені бұл жағдайда сигнал тұрақты компонентке түрленеді. Кездейсоқ разрядты разрядта сигналдың спектрі NRZ кодының спектрінен екі есе тар, өйткені бірдей бит жылдамдығында тактілік ұзақтығы екі есе артады. Осылайша, 2B1Q кодын пайдалана отырып, деректерді бір жол арқылы AMI немесе NRZI кодын пайдаланудан екі есе жылдам тасымалдауға болады. Дегенмен, оны жүзеге асыру үшін таратқыштың қуаты кедергі фонында қабылдағышпен төрт деңгейді анық ажырататындай жоғары болуы керек.

2.2.3. Логикалық кодтау

Логикалық кодтау ықтимал AMI, NRZI немесе 2Q1B типті кодтарды жақсарту үшін қолданылады. Логикалық кодтау тұрақты потенциалға әкелетін биттердің ұзын тізбегін кесілгендермен ауыстыруы керек. Жоғарыда айтылғандай, логикалық кодтауға екі әдіс тән – артық кодтар және шифрлеу.

Артық кодтар

Артық кодтарбиттердің бастапқы тізбегін бөліктерге бөлуге негізделген, олар жиі таңбалар деп аталады. Содан кейін әрбір түпнұсқа таңба түпнұсқадан көбірек биттері бар жаңасымен ауыстырылады. Мысалы, FDDI және Fast Ethernet технологияларында қолданылатын 4V/5V логикалық код бастапқы 4-биттік таңбаларды 5-биттік белгілермен ауыстырады. Алынған таңбалар артық биттерді қамтитындықтан, олардағы бит комбинацияларының жалпы саны бастапқыға қарағанда көбірек. Сонымен, 4B / 5B кодында алынған таңбалар 32 биттік комбинацияларды қамтуы мүмкін, ал бастапқы символдар - тек 16. Сондықтан, алынған кодта нөлдердің көп санын қамтымайтын 16 осындай комбинацияны таңдауға болады, және қалғанын есепте тыйым салынған кодтар (кодты бұзу).Тұрақты ток компонентін жоюдан және кодқа өзін-өзі синхрондау қасиетін беруден басқа, артық кодтар

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 141

бұзылған биттерді тану үшін қабылдағыш. Егер қабылдағыш тыйым салынған кодты алса, бұл сигнал желіде бұрмаланғанын білдіреді.

4V/5V бастапқы және нәтиже кодтарының сәйкестігі төменде көрсетілген.

Содан кейін 4B/5B коды нөлдердің ұзын тізбегіне ғана сезімтал әлеуетті кодтау әдістерінің бірін пайдаланып физикалық кодтауды пайдаланып желі арқылы беріледі. Ұзындығы 5 бит болатын 4V/5V код таңбалары олардың кез келген комбинациясы үшін жолда үш нөлден аспайтынына кепілдік береді.

Кодтық атаудағы В әрпі элементар сигналдың 2 күйі бар екенін білдіреді - ағылшын тілінен екілік - екілік. Сондай-ақ үш сигнал күйі бар кодтар бар, мысалы, 8B / 6T кодында бастапқы ақпаратты 8 бит кодтау үшін әрқайсысының үш күйі бар 6 сигналдың коды пайдаланылады. 8B/6T кодының артықтығы 4B/5B кодынан жоғары, себебі 256 бастапқы кодқа 3 6 =729 нәтижелі таңба бар.

Іздеу кестесін пайдалану өте қарапайым операция, сондықтан бұл тәсіл желілік адаптерлер мен коммутаторлар мен маршрутизаторлардың интерфейс блоктарын қиындатпайды.

Берілген желі сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін артық кодты пайдаланатын таратқыш жоғарылатылған тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Сонымен, 4V / 5V кодтарын 100 Мбит / с жылдамдықпен жіберу үшін таратқыш 125 МГц тактілік жиілікте жұмыс істеуі керек. Бұл жағдайда желідегі сигналдың спектрі желі арқылы таза, артық емес код берілетін жағдаймен салыстырғанда кеңейеді. Осыған қарамастан, артық потенциалдық кодтың спектрі Манчестер кодының спектріне қарағанда тар болып шығады, бұл логикалық кодтаудың қосымша кезеңін, сондай-ақ қабылдағыш пен таратқыштың ұлғайтылған тактілік жиілікте жұмысын негіздейді.

Шығу

Ашық кодпен желіге қоймас бұрын деректерді скрамблермен араластыру логикалық кодтаудың тағы бір тәсілі болып табылады.

Шифрлеу әдістері бастапқы кодтың биттеріне және алдыңғы циклдерде алынған нәтиже кодының биттеріне негізделген нәтиже кодты биттік есептеуден тұрады. Мысалы, скремблер келесі қатынасты жүзеге асыруы мүмкін:

Bi - Ai 8 Bi-s f Bi. 5 ,

мұндағы bi - скрамблердің i-ші циклінде алынған нәтиже кодының екілік цифры, ai - кодтың i-ші циклінде алынған бастапқы кодтың екілік цифры.

142 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

скрамблердің кірісі, В^з және B t .5 - скрамблердің алдыңғы циклдарында алынған нәтиже кодының екілік сандары, сәйкесінше ағымдағы циклден 3 және 5 цикл бұрын, 0 - XOR жұмысы (модуль 2 қосу).

Мысалы, 110110000001 бастапқы реттілігі үшін скремблер келесі нәтиже кодын береді:

bi = ai - 1 (алынған кодтың алғашқы үш саны бастапқымен бірдей болады, өйткені әлі қажетті алдыңғы сандар жоқ)

Осылайша, скрамблердің шығысы бастапқы кодта болған алты нөл тізбегін қамтымайтын 110001101111 тізбегі болады.

Алынған тізбекті алғаннан кейін қабылдағыш оны кері қатынасқа негізделген бастапқы ретті қайта құрастыратын декрамблерге береді:

Әртүрлі шифрлеу алгоритмдері алынған кодтың цифрын беретін терминдер санымен және терминдер арасындағы жылжумен ерекшеленеді. Сонымен, ISDN желілерінде деректерді желіден абонентке тасымалдау кезінде 5 және 23 позициялардың ауысуы бар түрлендіру, ал абоненттен желіге деректерді беру кезінде 18 және 23 позициялардың ауысуы бар түрлендіру қолданылады.

Сондай-ақ скрамблинг ретінде жіктелген бірізділіктермен жұмыс істеудің қарапайым әдістері бар.

Биполярлық AMI кодын жақсарту үшін тыйым салынған таңбалар арқылы нөлдер тізбегін жасанды бұрмалауға негізделген екі әдіс қолданылады.

Суретте. 2.17-суретте AMI кодын түзету үшін B8ZS (8-нөлдік алмастырумен биполярлық) әдісін және HDB3 (жоғары тығыздықтағы биполярлық 3-нөлдер) әдісін пайдалану көрсетілген. Бастапқы код екі ұзын нөл тізбегінен тұрады: бірінші жағдайда – 8-ден, ал екіншісінде – 5-тен.

B8ZS коды тек 8 нөлден тұратын тізбектерді түзетеді. Ол үшін алғашқы үш нөлден кейін қалған бес нөлдің орнына бес цифрды енгізеді: V-1*-0-V-1*. V мұндағы полярлықтың берілген циклі үшін тыйым салынған бір сигналды білдіреді, яғни алдыңғысының полярлығын өзгертпейтін сигнал, 1* дұрыс полярлық бірлігінің сигналы, ал жұлдызша мынаны білдіреді.

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 143

бұл циклде бастапқы кодта бірлік емес, нөл болған. Нәтижесінде ресивер 8 сағаттық циклде 2 бұрмалануды көреді - бұл желідегі шудың немесе басқа жіберу ақауларының салдарынан орын алуы екіталай. Сондықтан қабылдаушы 8 реттік нөлді кодтау сияқты бұзушылықтарды қарастырады және қабылдау кезінде оларды бастапқы 8 нөлмен ауыстырады. B8ZS коды оның тұрақты құрамдас бөлігі екілік цифрлардың кез келген тізбегі үшін нөлге тең болатындай етіп құрастырылған.

HDB3 коды бастапқы реттіліктегі кез келген төрт дәйекті нөлді түзетеді. HDB3 кодын жасау ережелері B8ZS кодына қарағанда күрделірек. Әрбір төрт нөл бір V сигналы бар төрт сигналмен ауыстырылады.Тұрақты тоқ компонентін басу үшін V сигналының полярлығы кезекті өзгерістермен кері ауыстырылады. Сонымен қатар, ауыстыру үшін төрт циклды кодтардың екі үлгісі пайдаланылады. Егер бастапқы кодта ауыстыру алдында тақ 1 саны болса, онда OOOV тізбегі пайдаланылады, ал 1 саны жұп болса, 1*OOV тізбегі пайдаланылады.

Жақсартылған кандидат кодтары жіберілетін деректерде орын алатын 1 және 0 кез келген реттілік үшін өте тар өткізу қабілетіне ие. Суретте. 2.18 ерікті деректерді беру арқылы алынған әртүрлі кодтардың сигналдарының спектрлерін көрсетеді, оларда әртүрлі комбинацияларбастапқы кодтағы нөлдер мен бірліктердің ықтималдығы бірдей. Графиктерді құру кезінде спектр бастапқы тізбектердің барлық мүмкін жиынтықтары бойынша орташаланған. Әрине, алынған кодтар нөлдер мен бірліктердің әртүрлі таралуына ие болуы мүмкін. Суреттен. 2.18 потенциалдық NRZ кодының бір кемшілігі бар жақсы спектрі бар екенін көрсетеді - оның тұрақты құрамдас бөлігі бар. Логикалық кодтау арқылы потенциалдан алынған кодтар Манчестердікіне қарағанда тар спектрге ие, тіпті жоғарылатылған тактілік жиілікте де (суретте 4V / 5V кодының спектрі шамамен B8ZS кодымен сәйкес келуі керек, бірақ ол ауыстырылған

144 Glovo2 Дискретті деректерді беру негіздері

бастап жоғары жиіліктер аймағына тактілік жиілікбасқа кодтармен салыстырғанда 1/4 артты). Бұл ықтимал артық және шифрланған кодтарды пайдалануды түсіндіреді заманауи технологияларМанчестер және Биполярлық импульстік кодтау орнына FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN және т.б.

2.2.4. Аналогтық сигналдардың дискретті модуляциясы

Желілік технологиялардың дамуының негізгі тенденцияларының бірі бір желіде дискретті де, аналогтық мәліметтерді де беру болып табылады. Дискретті деректер көздері компьютерлер және т.б есептеуіш құрылғылар, және аналогтық деректер көздері телефондар, бейне камералар, дыбыс және бейне жабдықтары сияқты құрылғылар болып табылады. Территориялық желілерде бұл мәселені шешудің бастапқы кезеңдерінде деректердің барлық түрлері аналогтық формада берілсе, дискретті сипаттағы компьютерлік деректер модемдердің көмегімен аналогтық түрге ауыстырылды.

Дегенмен, аналогтық деректерді қабылдау және беру технологиясы дамыған сайын, оларды аналогтық түрде беру, тасымалдау кезінде айтарлықтай бұрмаланатын болса, желінің екінші жағында алынған мәліметтердің сапасын жақсартпайтыны белгілі болды. Аналогтық сигналдың өзі бұрмалаудың орын алғанын да, оны түзету жолын да көрсетпейді, өйткені толқын пішіні кез келген нәрсе болуы мүмкін, соның ішінде қабылдағыш жазып алған. Желілердің, әсіресе аумақтық желілердің сапасын арттыру үлкен күш пен инвестицияны қажет етеді. Сондықтан дыбыс пен бейнені жазу мен таратудың аналогтық технологиясы цифрлық технологиямен ауыстырылды. Бұл әдістемеде бастапқы үздіксіз аналогтық процестердің дискретті модуляциясы қолданылады.

Дискретті модуляция әдістері амплитудада да, уақыт бойынша да үздіксіз процестерді дискретизациялауға негізделген (2.19-сурет). Мысал арқылы ұшқын модуляциясының принциптерін қарастырыңыз импульстік код модуляциясы, PCM (импульстік амплитудалық модуляция, PAM),сандық телефонияда кеңінен қолданылады.

Бастапқы үздіксіз функцияның амплитудасы берілген периодпен өлшенеді - осыған байланысты уақыттың дискретизациясы орын алады. Содан кейін әрбір өлшем белгілі бір сыйымдылықтың екілік саны ретінде көрсетіледі, бұл функция мәндері бойынша дискретизацияны білдіреді - мүмкін болатын амплитудалық мәндердің үздіксіз жиынтығы оның мәндерінің дискретті жиынтығымен ауыстырылады. Осы функцияны орындайтын құрылғы деп аталады аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC).Осыдан кейін өлшемдер байланыс арналары бойынша бір және нөл тізбегі түрінде беріледі. Бұл жағдайда бастапқы дискретті ақпаратты беру жағдайындағыдай кодтау әдістері қолданылады, яғни, мысалы, B8ZS немесе 2B1Q кодына негізделген әдістер.

Жолдың қабылдау жағында кодтар бастапқы разрядтық тізбегіне түрлендіріледі және арнайы жабдық деп аталады. цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC),уақыттың бастапқы үздіксіз функциясын қалпына келтіре отырып, үздіксіз сигналдың цифрланған амплитудаларының демодуляциясын орындайды.

Дискретті модуляция негізделген Найквист-Котельников картасының теориясы.Бұл теорияға сәйкес, оның уақыттық-дискретті мәндерінің тізбегі ретінде берілетін аналогтық үздіксіз функция, егер дискреттеу жиілігі бастапқы функция спектрінің ең жоғары гармоникалық жиілігінен екі немесе одан да көп есе жоғары болса, дәл қайта құруға болады.

Егер бұл шарт орындалмаса, қалпына келтірілген функция бастапқыдан айтарлықтай ерекшеленеді.

Аналогты ақпаратты жазудың, көбейтудің және берудің цифрлық әдістерінің артықшылығы - тасымалдаушыдан оқылған немесе байланыс желісі арқылы алынған деректердің сенімділігін бақылау мүмкіндігі. Ол үшін компьютер деректері үшін қолданылатын әдістерді қолдануға болады (және төменде толығырақ қарастырылады), - бақылау сомасын есептеу, бүлінген кадрларды қайта жіберу, өзін-өзі түзететін кодтарды пайдалану.

ИКМ әдісінде жоғары сапалы дауысты беру үшін 8000 Гц дыбыс тербелістерінің амплитудасының кванттау жиілігі қолданылады. Бұл аналогтық телефонияда дауысты жіберу үшін 300-ден 3400 Гц-ке дейінгі диапазон таңдалғанымен байланысты, ол әңгімелесушілердің барлық негізгі гармоникаларын жеткілікті сапамен жібереді. Сәйкес Никвист-Котелтков теоремасысапалы дауыс беру үшін

146 2-тарау Дискретті байланыс негіздері

үзіліссіз сигналдың ең жоғары гармониясынан екі есе артық, яғни 2 x 3400 = 6800 Гц дискреттеу жиілігін таңдау жеткілікті. Іс жүзінде таңдалған 8000 Гц үлгі жиілігі сапаның белгілі бір шегін қамтамасыз етеді. PCM әдісі әдетте бір үлгінің амплитудасын көрсету үшін 7 немесе 8 кодтық биттерді пайдаланады. Тиісінше, бұл дыбыстық сигналдың 127 немесе 256 градациясын береді, бұл жоғары сапалы дауысты беру үшін жеткілікті. PCM әдісін пайдаланған кезде әрбір үлгінің қанша бит көрсетілгеніне байланысты бір дауыстық арнаны жіберу үшін 56 немесе 64 Кбит/с өткізу қабілеттілігі қажет. Осы мақсатта пайдаланылса

7 бит, содан кейін 8000 Гц өлшеу жиілігімен біз аламыз:

8000 x 7 = 56000 бит/с немесе 56 кбит/с; және 8 бит жағдайында:

8000 x 8 - 64000 бит/с немесе 64 Кбит/с.

Стандартты сандық арна 64 кбит, ол да деп аталады сандық телефон желілерінің элементарлы арнасы.

Үздіксіз сигналдың дискретті түрде берілуі желілерден іргелес өлшемдер арасындағы 125 мкс (8000 Гц іріктеу жылдамдығына сәйкес) уақыт аралығын қатаң сақтауды талап етеді, яғни ол желі түйіндері арасында синхронды деректерді беруді талап етеді. Егер кіріс өлшемдердің синхрондылығы байқалмаса, бастапқы сигнал дұрыс қалпына келтірілмейді, бұл цифрлық желілер арқылы берілетін дауыстың, кескіннің немесе басқа мультимедиялық ақпараттың бұрмалануына әкеледі. Мысалы, уақыттың 10 мс бұрмалануы «жаңғырық» әсеріне әкелуі мүмкін, ал 200 мс үлгілер арасындағы ауысулар айтылған сөздерді танудың жоғалуына әкеледі. Сонымен қатар, бір өлшемнің жоғалуы қалған өлшемдер арасындағы синхронизмді сақтай отырып, қайта шығарылатын дыбысқа іс жүзінде ешқандай әсер етпейді. Бұл кез келген инерциялық қасиетіне негізделген цифрлық-аналогтық түрлендіргіштердегі тегістеу құрылғыларына байланысты. физикалық сигнал- дыбыс тербелістерінің амплитудасы бірден үлкен мөлшерге өзгере алмайды.

DAC-дан кейінгі сигналдың сапасына оның кірісінде алынған өлшемдердің синхрондылығы ғана емес, сонымен бірге осы өлшемдердің амплитудаларының дискретизация қателігі де әсер етеді.

8 Найквист-Котельников теоремасы функцияның амплитудалары дәл өлшенеді, сонымен бірге оларды сақтау үшін пайдаланылады. екілік сандаршектеулі бит тереңдігі бұл амплитудаларды біршама бұрмалайды. Сәйкесінше қалпына келтірілген үздіксіз сигнал бұрмаланады, ол дискретизация шуы (амплитудада) деп аталады.

Дауыс өлшемдерін неғұрлым ықшам түрде көрсетуге мүмкіндік беретін басқа дискретті модуляция әдістері бар, мысалы, 4-биттік немесе 2-биттік сандар тізбегі ретінде. Сонымен қатар, бір дауыстық арна үшін өткізу қабілеті аз, мысалы, 32 Кбит/с, 16 Кбит/с немесе одан да азырақ қажет. 1985 жылдан бастап адаптивті дифференциалды импульстік код модуляциясы (ADPCM) деп аталатын CCITT дауысты кодтау стандарты қолданылады. ADPCM кодтары кейіннен желі арқылы берілетін дауыс үлгілері арасындағы айырмашылықтарды табуға негізделген. ADPCM коды бір айырмашылықты сақтау үшін 4 битті пайдаланады және дауыс 32 Кбит/с жылдамдықпен беріледі. Көбірек заманауи әдіс, Сызықтық болжамды кодтау (LPC) бастапқы функцияны таңдауды сирек етеді, бірақ сигнал амплитудасының өзгеру бағытын болжау әдістерін пайдаланады. Бұл әдісті қолдану арқылы дауыс жылдамдығын 9600 бит/с дейін төмендетуге болады.

2.2. Физикалық деңгейде деректерді берудің дискретті әдістері 147

Цифрлық түрде ұсынылған үздіксіз деректерді компьютерлік желі арқылы оңай тасымалдауға болады. Ол үшін қандай да бір стандарттың шеңберіне бірнеше өлшемдерді орналастыру жеткілікті желілік технология, кадрға дұрыс тағайындалған мекенжайды беріңіз және оны тағайындалған жерге жіберіңіз. Қабылдаушы өлшемдерді кадрдан шығарып, оларды кванттау жиілігімен (дауыс үшін - 8000 Гц жиілікте) цифрлық-аналогтық түрлендіргішке жіберуі керек. Дауыс өлшемдері бар келесі кадрлар келген кезде операцияны қайталау керек. Егер кадрлар жеткілікті түрде синхронды түрде келсе, дауыс сапасы айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, біз білетіндей, компьютерлік желілердегі кадрлар соңғы түйіндерде де (ортақ ортаға кіруді күту кезінде) және аралық байланыс құрылғыларында - көпірлерде, коммутаторларда және маршрутизаторларда кешіктірілуі мүмкін. Демек, цифрлық арқылы берілетін дауыс сапасы компьютерлік желілерәдетте төмен. Цифрланған үздіксіз сигналдарды - дауыстарды, кескіндерді жоғары сапалы беру үшін бүгінгі күні ISDN, ATM және желілер сияқты арнайы цифрлық желілер қолданылады. сандық теледидар. Дегенмен, корпоративтік трансфер үшін телефон сөйлесулеріБүгінгі таңда кадрлық релелік желілер типтік болып табылады, олардың кадрды жіберу кідірістері рұқсат етілген шектерде.

2.2.5. Асинхронды және синхронды беріліс

Физикалық деңгейде деректер алмасу кезінде ақпарат бірлігі бит болады, сондықтан физикалық деңгей әрқашан қабылдағыш пен таратқыш арасындағы биттік синхрондауды қамтамасыз етеді.

Байланыс деңгейі деректер кадрларында жұмыс істейді және кадр деңгейінде қабылдағыш пен таратқыш арасындағы синхрондауды қамтамасыз етеді. Қабылдаушы кадрдың бірінші байтының басын тану, кадр өрістерінің шекараларын тану және кадр жалауының соңын тану міндеті болып табылады.

Таратқыш пен қабылдағыш ақпараттың тұрақты алмасуын қамтамасыз ете алатындай, әдетте осы екі деңгейде – разряд пен фреймде – синхрондауды қамтамасыз ету жеткілікті. Алайда, егер байланыс желісінің сапасы нашар болса (әдетте бұл телефон арқылы ауыстырылатын арналарға қатысты), жабдықтың құнын төмендету және деректерді беру сенімділігін арттыру үшін, қосымша қаражатбайт деңгейіндегі синхрондау.

Бұл жұмыс режимі деп аталады асинхрондынемесе старт-стоп.Бұл жұмыс режимін пайдаланудың тағы бір себебі - кездейсоқ уақытта деректер байттарын жасайтын құрылғылардың болуы. Дисплейдің немесе басқа терминалдық құрылғының пернетақтасы осылай жұмыс істейді, одан адам компьютермен өңдеу үшін деректерді енгізеді.

Асинхронды режимде деректердің әрбір байты арнайы «бастау» және «тоқтату» сигналдарымен бірге жүреді (2.20-сурет, а).Бұл сигналдардың мақсаты, біріншіден, қабылдағышты мәліметтердің келуі туралы хабардар ету, екіншіден, келесі байт келгенге дейін қабылдаушыға уақытша байланысты кейбір функцияларды орындауға жеткілікті уақыт беру. Іске қосу сигналының ұзақтығы бір тактілік интервалға ие, ал тоқтату сигналы бір, бір жарым немесе екі сағатқа созылуы мүмкін, сондықтан бір, бір жарым немесе екі бит тоқтату сигналы ретінде пайдаланылады, дегенмен бұл сигналдар пайдаланушы биттерін көрсетпейді.

Сипатталған режим асинхронды деп аталады, себебі әрбір байт алдыңғысының биттік циклдеріне қатысты уақыт бойынша аздап ығысуы мүмкін.

148 2-тарау Дискретті деректерді тасымалдау негіздері

байт. Байттардың мұндай асинхронды берілуі алынған мәліметтердің дұрыстығына әсер етпейді, өйткені әрбір байттың басында қабылдағыш «бастау» биттерінің арқасында көзбен қосымша синхрондалады. Көбірек «бос» уақыт рұқсаттары асинхронды жүйенің жабдығының төмен құнын анықтайды.

Синхронды тасымалдау режимінде әрбір байт жұбының арасында бастау-тоқтату биттері болмайды. Пайдаланушы деректері синхрондау байттары бар кадрда жиналады (2.20-сурет, б).Синхрондау байты – 0111110 сияқты алдын ала белгілі кодты қамтитын байт, ол қабылдаушыға деректер кадрының келгені туралы хабарлайды. Оны қабылдағаннан кейін қабылдағыш таратқышпен байт синхронизациясына кіруі керек, яғни кадрдың келесі байтының басын дұрыс түсінуі керек. Кейде қабылдағыш пен таратқыш арасында сенімді синхрондауды қамтамасыз ету үшін бірнеше синхрондау байты пайдаланылады. Ұзын кадрды беру кезінде ресиверде бит синхрондау проблемалары болуы мүмкін болғандықтан, бұл жағдайда өздігінен синхрондау кодтары қолданылады.

» Телефонияда қолданылатын тар жолақты дауыс жиілігі арнасы арқылы дискретті деректерді беру кезінде тасымалдаушы синусоид екілік цифрлардың бастапқы тізбегі арқылы модуляцияланатын аналогтық модуляция әдістері ең қолайлы болып табылады. Бұл операция арнайы құрылғылар - модемдер арқылы жүзеге асырылады.

* Төмен жылдамдықты деректерді беру үшін тасымалдаушы синусомолды толқын жиілігін өзгерту қолданылады. Жоғары жылдамдықты модемдер біріктірілген квадраттық амплитудалық модуляция (QAM) әдістерімен жұмыс істейді, олар тасымалдаушы синусоид амплитудасының 4 деңгейімен және фазаның 8 деңгейімен сипатталады. QAM әдісінің мүмкін болатын 32 комбинациясының барлығы деректерді беру үшін пайдаланылмайды, тыйым салынған комбинациялар физикалық деңгейде бұрмаланған деректерді тануға мүмкіндік береді.

* Кең жолақты байланыс арналарында деректер тұрақты сигнал потенциалының әртүрлі деңгейлерімен немесе импульстің немесе оның фронтының полярлығымен ұсынылатын потенциалды және импульстік кодтау әдістері қолданылады.

* Потенциалды кодтарды пайдаланған кезде қабылдағышты таратқышпен синхрондау тапсырмасы ерекше маңызға ие, өйткені нөлдердің немесе бірлердің ұзын тізбегін беру кезінде қабылдағыштың кірісіндегі сигнал өзгермейді және қабылдағышқа анықтау қиынға соғады. келесі деректер битін алу сәті.

___________________________________________2.3. Мәліметтерді байланыстыру деңгейін беру әдістері _______149

* Ең қарапайым әлеуетті код - бұл нөлге қайтарылмайтын (NRZ) коды, бірақ ол өздігінен жұмыс істемейді және DC құрамдас бөлігін жасайды.

» Ең танымал импульс коды – Манчестер коды, онда ақпарат әр циклдің ортасында сигнал жиегінің бағыты бойынша тасымалданады. Манчестер коды Ethernet және Token Ring технологияларында қолданылады.

» Потенциалды NRZ кодының қасиеттерін жақсарту үшін нөлдердің ұзын тізбегін жоққа шығаратын логикалық кодтау әдістері пайдаланылады. Бұл әдістер мыналарға негізделген:

Бастапқы деректерге артық биттерді енгізу туралы (4V/5V типті кодтар);

Бастапқы деректерді шифрлау (2B1Q сияқты кодтар).

» Жақсартылған әлеуетті кодтар импульстік кодтарға қарағанда тар спектрге ие, сондықтан олар FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet сияқты жоғары жылдамдықты технологияларда қолданылады.