Александр Масальских
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 35

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ PowerPoint PPT Presentation


  • 140 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Александр Масальских [email protected] КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ. Лекция № 4 Технологии физического уровня. Линии связи. Кабели связи. Модуляция. Физическое кодирование. Санкт-Петербург, 2012. Теоретические основы передачи данных. Ряды Фурье.

Download Presentation

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


3443725

Александр [email protected]

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Лекция №4

Технологии физического уровня. Линии связи. Кабели связи. Модуляция. Физическое кодирование.

Санкт-Петербург, 2012


3443725

Теоретические основы передачи данных. Ряды Фурье

  • Любая периодическая функция g(t) с периодом T может быть разложена в ряд (возможно, бесконечный) вида:

  • F=1/T (основная частота), an bn – амплитуды синусов и косинусов n-й гармоники, c = const.

  • Если известны период T и амплитуды гармоник, может быть восстановлена исходная функция.


3443725

Сигналы с ограниченным спектром

  • Пусть требуется передать 8 битный сигнал 01100010.


3443725

Сигналы с ограниченным спектром


3443725

Сигналы с ограниченным спектром

  • Амплитуды передаются без изменений до частоты fc – частоты среза.

  • Диапазон частот от 0 до частоты среза называют полосой пропускания.

  • При скорости b бит/c время, требуемое для передачи 8 бит – 8/b секунд. Частота первой гармоники равно b/8 Гц. Речевой канал имеет частоту среза 3000 Гц. Номер самой высокой гармоники, которая может пройти через канал 3000/(b/8) или 24000/b.


3443725

Сигналы с ограниченным спектром


3443725

Максимальная скорость передачи через канал

  • В 1924 году Х. Найквист пришёл к выводу, что существует предельная скорость передачи даже для идеальных каналов.

  • В 1948 году Шеннон (а в 1933 В.А. Котельников) доказали теорему для канала со случайным шумом.

  • Если есть фильтрс полосой пропускания H, то отфильтрованный сигнал может быть восстановлен по дискретным значениям его, измеренным с частотой 2H в секунду.

  • Speed = 2H log2V, где V – дискретные уровни.

  • Бесшумный канал 3000Гц – 6000Кбит/c.


3443725

Максимальная скорость передачи через канал.Сигнал/шум

  • Если мощность сигнала S, мощность шума N, соотношение сигнал шум S/N

  • 10 lg S/N децибел. dB. дБ.

  • Maxsped = H log 2 (1+ S/N)

  • Если частота пропускания 3000 Гц и отношение сигнал шум 30дБ, максимальная скорость 30000 бит/c независимо от способа модуляции, частоты дискретизации и т.д.


3443725

Управляемые носители информации

  • Съёмные носители информации.

  • Витая пара (cat3 16 МГц, cat5 100 МГц, cat5e 125 МГц, cat6 250 МГц, cat7 600 МГц, CAT7a 1200 МГц)

  • Коаксиальный кабель (50 ом, 75 ом)

  • Волоконная оптика


3443725

Электромагнитный спектр


3443725

Беспроводная связь

  • Микроволновая связь

  • Инфракрасные и миллиметровые волны

  • Связь в видимом диапазоне

  • Спутники связи

  • 802.11

  • 802.16


3443725

Модуляция и кодирование

  • Для того чтобы приемник и передатчик могли обмениваться информацией, необходимо договориться о том, какие сигналы будут соответствовать двоичным 0 и 1 дискретной информации.

  • Для представления дискретной информации в среде передачи данных применяются сигналы двух типов: прямоугольные импульсы и синусоидальные волны. В первом случае представление информации будет называться «кодированием», во втором «модуляцией».


3443725

Модуляция

  • Модуляция изначально применялась для аналогового сигнала – передача низкочастотного аналогового сигнала через высокочастотный канал.


3443725

Модуляция

  • При передаче дискретной информации иногда используют термин «манипуляция» (keying)

  • Amplitude Shift Keying

  • Frequency Shift Keying (Binary, four-level, multilevel)

  • Phase Shift Keying (binary, quadrature)


3443725

Модуляция


3443725

Комбинированные методы модуляции

  • Для увеличения скорости передачи данных прибегают к комбинированным методам модуляции.

  • Наиболее распространена QAM (Quadrature Amplitude Modulation). 8 значений фазы, 4 значения амплитуды. Используется только 16 из возможных 32 комбинаций.


Qam 16

QAM с 16 состояниями


3443725

Спектры сигналов при потенциальном кодировании и ASK


3443725

О дискретизации аналоговых сигналов

  • Дискретизация по времени

  • Дискретизация по значениям

  • АЦП и ЦАП

  • Импульсно-кодовая модуляция (PCM)

  • 7 или 8 бит для представления амплитуды (127 градаций или 256)

  • 56 Кбит/c и 64 Кбит/c


3443725

Кодирование

  • При выборе кодирования стремятся достичь следующих целей:

  • Минимизировать ширину спектра сигнала

  • Обеспечить синхронизацию между приемником и передатчиком

  • Обеспечивать устойчивость к шумам

  • Обнаруживать и по возможности, исправлять ошибки

  • Минимизировать мощность передатчика


3443725

Кодирование

  • При выборе кодирования стремятся достичь следующих целей:

  • Минимизировать ширину спектра сигнала

  • Обеспечить синхронизацию между приемником и передатчиком

  • Обеспечивать устойчивость к шумам

  • Обнаруживать и по возможности, исправлять ошибки

  • Минимизировать мощность передатчика


3443725

Синхронизация тактовыми импульсами


3443725

Самосинхронизирующиеся коды

  • Резкий перепад сигнала – фронт.

  • Фронт можно использовать указанием на необходимость синхронизации.

  • Применение синусоид в качестве результирующего сигнала – может использоваться для самосинхронизации.

  • Самосинхронизацию можно также получить, если использовать избыточное кодирование со служебными комбинациями. Манчестерский код самосинхронизирующийся по определению.


3443725

Кодирование


3443725

Код NRZ

  • Потенциальное кодирование без возвращения к нулю (Non Return to Zero).

  • Достоинства:

    • Простой

    • Хорошая распознаваемость ошибок

    • Основная гармоника низкой частоты N/2 (Узкий спектр)

  • Недостатки

    • Нет самосинхронизации

    • Наличие низкочастотной составляющей при постоянном сигнале из 0 или 1


3443725

Код AMI

  • Биполярное кодирование с альтернативной инверсией (AMI).

  • Три уровня потенциала. 0 = 0 1 = + или – (потенциал каждой новой 1 противоположен предыдущему)

  • Достоинства:

    • Простой

    • Спектр зачастую уже чему NRZ (N/4 при 0101010)

    • Есть распознаваемость ошибок

    • Решает проблему NRZ с последовательностью 1

  • Недостатки

    • Последовательности 0 так же проблематичны

    • 3 уровня потенциала – нужен мощнее передатчик


3443725

Биполярный импульсный код

  • Единица представлена импульсом одной полярности, ноль – другой.

  • Достоинства:

    • Простой

    • Самосинхронизация

  • Недостатки

    • Широкий спектр (при постоянном 0 или 1 спектр равен N Гц)

    • Есть постоянная составляющая

    • 3 уровня


3443725

Манчестерский код

  • Для кодирования 0 и 1 используется перепад потенциала (фронт импульса). Каждый такт делится на 2 части.

  • Единица – перепад в середине такта от низкого уровня к высокому

  • Ноль – перепад в середине такта от высокого к низкому

  • К начале каждого такта может происходить служебный перепад


3443725

Манчестерский код

  • Достоинства

    • Самосинхронизация

    • 2 уровня

    • Нет постоянной составляющей

    • Основная гармоника в худшем случае N Гц в лучшем N/2 Гц. В среднем, в полтора раза уже чем у биполярного импульсного

  • Недостатки

    • требует двойной пропускной способности линии по отношению к прямому двоичному кодированию, так как импульсы имеют половинную ширину. Например, для того чтобы отправлять данные со скоростью 10 Мбит/с, необходимо изменять сигнал 20 миллионов раз в секунду.


3443725

Потенциальный код 2B1Q

  • Каждый 2 бита кодируются за 1 такт сигналом, имеющим 4 состояния.

  • Пары 00 01 11 10 (-2.5 -0.833 +0.833 +2.5)

  • Достоинства

    • При случайном чередовании битов спектр в 2 раза уже чем у NRZ

    • Скорость в 2 раза выше чем у AMI и NRZI

  • Недостатки

    • Высокая мощность передатчика

    • Требуется бороться с длинными постоянными последовательностями


4b 5b

Избыточный код 4B/5B

  • Последовательность разбивается на символы, затем исходный символ заменяется новым с большим количеством битов.

  • Результирующие символы могут иметь 32 комбинации, используется 16 (не содержащих большого количества 0).

  • После 4B/5B можно применять кодирование, чувствительное к большому количеству нулей (например, NRZI)


4b 5b1

Избыточный код 4B/5B


3443725

Скремблирование

  • Заключается в побитовом вычислении результирующего кода на основе битов исходного кода и полученных в предыдущих тактах битов результирующего кода.

  • B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)

  • HDB3 (High-Density Bipolar 3-Zeros)


B8zs hdb3

B8ZS и HDB3


3443725

Спектры потенциальных и импульсных кодов


  • Login