Diaphonie à l'extrémité proche de la ligne - détermine l'immunité au bruit du câble aux sources d'interférences internes. Généralement, ils sont évalués par rapport à un câble composé de plusieurs paire torsadée, lorsque les micros mutuels d'une paire sur une autre peuvent atteindre des valeurs importantes et créer des interférences internes à la hauteur du signal utile.
Fiabilité de la transmission des données(ou taux d'erreur binaire) caractérise la probabilité de distorsion pour chaque bit de données transmis. Les raisons de la distorsion des signaux d'information sont les interférences sur la ligne, ainsi que la bande passante limitée de son passage. Par conséquent, une augmentation de la fiabilité de la transmission de données est obtenue en augmentant le degré d'immunité au bruit de la ligne, en réduisant le niveau de diaphonie dans le câble et en utilisant davantage de lignes de communication à large bande.
Pour les lignes de communication par câble classiques sans fonds supplémentaires protection contre les erreurs, la fiabilité de la transmission des données est, en règle générale, de 10 -4 -10 -6 . Cela signifie qu'en moyenne, sur 10 4 ou 10 6 bits transmis, la valeur d'un bit sera corrompue.
Équipement de ligne de communication(équipement de transmission de données - ATD) est l'équipement de périphérie qui connecte directement les ordinateurs à la ligne de communication. Il fait partie de la ligne de communication et fonctionne généralement au niveau physique, assurant la transmission et la réception d'un signal de la forme et de la puissance souhaitées. Des exemples d'ADF sont les modems, les adaptateurs, les convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique.
Le DTE n'inclut pas l'équipement terminal de données (DTE) de l'utilisateur, qui génère des données à transmettre sur la ligne de communication et est connecté directement au DTE. Un DTE comprend, par exemple, un routeur LAN. Notez que la division des équipements en classes APD et OOD est plutôt conditionnelle.
L'équipement intermédiaire est utilisé sur les lignes de communication longue distance, ce qui résout deux tâches principales : améliorer la qualité des signaux d'information (leur forme, leur puissance, leur durée) et créer un canal composite permanent (canal de bout en bout) de communication entre deux réseaux. les abonnés. Dans le LCN, les équipements intermédiaires ne sont pas utilisés si la longueur du support physique (câbles, air radio) n'est pas élevée, de sorte que les signaux d'un adaptateur réseau à un autre peuvent être transmis sans restauration intermédiaire de leurs paramètres.
À réseaux mondiaux une transmission de signal de haute qualité sur des centaines et des milliers de kilomètres est assurée. Par conséquent, les amplificateurs sont installés à certaines distances. Pour créer une ligne directe entre deux abonnés, des multiplexeurs, des démultiplexeurs et des commutateurs sont utilisés.
L'équipement intermédiaire du canal de communication est transparent pour l'utilisateur (il ne le remarque pas), bien qu'en réalité il forme réseau complexe appelé réseau principal et servant de base à la construction de réseaux informatiques, téléphoniques et autres.
Distinguer lignes de communication analogiques et numériques, qui utilisent divers types d'équipements intermédiaires. Dans les lignes analogiques, l'équipement intermédiaire est conçu pour amplifier les signaux analogiques qui ont une plage continue de valeurs. Dans les canaux analogiques à haut débit, la technique est mise en œuvre multiplexage en fréquence lorsque plusieurs canaux d'abonnés analogiques bas débit sont multiplexés en un seul canal haut débit. Dans les canaux de communication numériques, où les signaux d'information rectangulaires ont un nombre fini d'états, des équipements intermédiaires améliorent la forme des signaux et restituent leur période de répétition. Il fournit la formation de grande vitesse chaînes numériques, fonctionnant sur le principe du multiplexage temporel des canaux, lorsque chaque canal bas débit se voit allouer une certaine fraction du temps d'un canal haut débit.
Lors de la transmission de données informatiques discrètes sur lignes numériques communication, le protocole de couche physique est défini, car les paramètres des signaux d'information transmis par la ligne sont normalisés, et lorsqu'ils sont transmis sur des lignes analogiques, il n'est pas défini, car les signaux d'information ont une forme arbitraire et il n'y a pas d'exigences pour le méthode de représentation des uns et des zéros par un équipement de transmission de données.
Les éléments suivants sont utilisés dans les réseaux de communication modes de transfert d'informations:
simplex, lorsque l'émetteur et le récepteur sont connectés par un canal de communication, à travers lequel les informations sont transmises dans une seule direction (ce qui est typique des réseaux de communication télévisuelle) ;
semi-duplex, lorsque deux nœuds de communication sont également connectés par un même canal, à travers lequel les informations sont transmises alternativement dans un sens, puis dans le sens opposé (ce qui est typique des systèmes de référence d'informations, de requête-réponse);
duplex, lorsque deux nœuds de communication sont reliés par deux canaux (canal de communication aller et retour), à travers lesquels les informations sont transmises simultanément dans des directions opposées. Les canaux duplex sont utilisés dans les systèmes avec retour de décision et d'information.
Canaux de communication commutés et dédiés. Dans le TSS, il existe des canaux de communication dédiés (non commutés) et ceux avec commutation pour la durée de transmission des informations sur ces canaux.
Lors de l'utilisation de canaux de communication dédiés, les équipements émetteurs-récepteurs des nœuds de communication sont constamment connectés les uns aux autres. Cela garantit un degré élevé de préparation du système pour le transfert d'informations, plus haute qualité communications, prise en charge d'une grande quantité de trafic. En raison des coûts relativement élevés d'exploitation des réseaux avec des canaux de communication dédiés, leur rentabilité n'est atteinte que si les canaux sont pleinement chargés.
Les canaux de communication commutés, créés uniquement pour le temps de transmission d'une quantité fixe d'informations, se caractérisent par une grande flexibilité et un coût relativement faible (avec une faible quantité de trafic). Inconvénients de tels canaux: perte de temps pour la commutation (pour établir la communication entre abonnés), possibilité de blocage en raison de l'occupation de sections individuelles de la ligne de communication, plus basse qualité communication, coût élevé avec un trafic important.
Les informations initiales qui doivent être transmises sur une ligne de communication peuvent être soit discrètes (données de sortie d'ordinateur) soit analogiques (parole, image de télévision).
Transmission de données discrète repose sur l'utilisation de deux types d'encodage physique :
un) modulation analogique lorsque le codage est effectué en modifiant les paramètres du signal de porteuse sinusoïdale ;
b) codage numérique en changeant les niveaux de la séquence d'impulsions d'information rectangulaires.
La modulation analogique conduit à un spectre du signal résultant beaucoup plus petit qu'avec le codage numérique, à même débit d'information, mais sa mise en oeuvre nécessite des équipements plus complexes et coûteux.
Actuellement, les données initiales, qui ont une forme analogique, sont de plus en plus transmises sur des canaux de communication sous une forme discrète (sous la forme d'une séquence de uns et de zéros), c'est-à-dire modulation discrète signaux analogiques.
Modulation analogique. Il est utilisé pour transmettre des données discrètes sur des canaux à bande passante étroite, dont un représentant typique est un canal à fréquence vocale fourni aux utilisateurs des réseaux téléphoniques. Des signaux avec une fréquence de 300 à 3400 Hz sont transmis sur ce canal, c'est-à-dire que sa bande passante est de 3100 Hz. Une telle bande est tout à fait suffisante pour la transmission de la parole avec une qualité acceptable. La limitation de la bande passante du canal de tonalité est associée à l'utilisation d'équipements de multiplexage et de commutation de circuits dans les réseaux téléphoniques.
Avant la transmission de données discrètes côté émission à l'aide d'un modulateur-démodulateur (modem), une modulation de la sinusoïde porteuse de la séquence originale de chiffres binaires est effectuée. La conversion inverse (démodulation) est effectuée par le modem récepteur.
Il existe trois manières de convertir des données numériques sous forme analogique, ou trois méthodes de modulation analogique :
Modulation d'amplitude, lorsque seule l'amplitude de la porteuse d'oscillations sinusoïdales change en fonction de la séquence de bits d'information transmis : par exemple, lors de la transmission d'un, l'amplitude d'oscillation est définie sur grande, et lors de la transmission de zéro, elle est petite, ou il y a pas de signal porteur du tout ;
la modulation de fréquence, lorsque sous l'action de signaux modulants (bits d'information transmis) seule la fréquence de la porteuse d'oscillations sinusoïdales change : par exemple, lorsque zéro est transmis, elle est faible, et lorsqu'un est transmis, elle est élevée ;
modulation de phase, lorsque, conformément à la séquence de bits d'information transmis, seule la phase de la porteuse d'oscillations sinusoïdales change : lors du passage du signal 1 au signal 0 ou inversement, la phase change de 180°.
Dans sa forme pure, la modulation d'amplitude est rarement utilisée dans la pratique en raison de sa faible immunité au bruit. La modulation de fréquence ne nécessite pas schémas complexes dans les modems et est généralement utilisé dans les modems à faible vitesse fonctionnant à 300 ou 1200 bps. L'augmentation du débit de données est assurée par l'utilisation de méthodes de modulation combinées, plus souvent une modulation d'amplitude en combinaison avec la phase.
La méthode analogique de transmission de données discrètes fournit une transmission à large bande en utilisant des signaux de différentes fréquences porteuses dans un canal. Cela garantit l'interaction d'un grand nombre d'abonnés (chaque paire d'abonnés fonctionne à sa propre fréquence).
Codage numérique. Lors du codage numérique d'informations discrètes, deux types de codes sont utilisés :
a) codes de potentiel, lorsque seule la valeur du potentiel du signal est utilisée pour représenter les unités d'information et les zéros, et ses chutes ne sont pas prises en compte ;
b) les codes impulsionnels, lorsque les données binaires sont représentées soit par des impulsions d'une certaine polarité, soit par des chutes de potentiel d'une certaine direction.
Les exigences suivantes sont imposées aux méthodes de codage numérique des informations discrètes lors de l'utilisation d'impulsions rectangulaires pour représenter des signaux binaires :
assurer la synchronisation entre l'émetteur et le récepteur ;
Assurer la plus petite largeur de spectre du signal résultant au même débit binaire (puisqu'un spectre de signaux plus étroit permet d'atteindre un débit de données plus élevé sur une ligne avec la même bande passante);
la capacité de reconnaître les erreurs dans les données transmises ;
Coût de mise en œuvre relativement faible.
Au moyen de la couche physique, seule la reconnaissance des données corrompues (détection d'erreurs) est effectuée, ce qui fait gagner du temps, puisque le récepteur, sans attendre que la trame reçue soit complètement placée dans le tampon, la rejette immédiatement lorsqu'il reconnaît des données erronées. morceaux dans le cadre. Une opération plus complexe - la correction des données corrompues - est effectuée par des protocoles de niveau supérieur : canal, réseau, transport ou application.
La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement quand lire les données entrantes. Les signaux d'horloge règlent le récepteur sur le message transmis et maintiennent le récepteur synchronisé avec les bits de données entrants. Le problème de synchronisation est facilement résolu lors de la transmission d'informations sur de courtes distances (entre des blocs à l'intérieur d'un ordinateur, entre un ordinateur et une imprimante) en utilisant une ligne de communication de synchronisation séparée : les informations ne sont lues qu'au moment où la prochaine impulsion d'horloge arrive. Dans les réseaux informatiques, l'utilisation d'impulsions d'horloge est abandonnée pour deux raisons : par souci d'économie de conducteurs dans des câbles coûteux et en raison de l'hétérogénéité des caractéristiques des conducteurs dans les câbles (sur de longues distances, la vitesse inégale de propagation du signal peut conduire à désynchronisation des impulsions d'horloge dans la ligne d'horloge et des impulsions d'information dans la ligne principale, à la suite de quoi le bit de données sera soit sauté, soit relu).
Actuellement, la synchronisation de l'émetteur et du récepteur dans les réseaux est réalisée en utilisant codes auto-synchronisants(SK). Le codage des données transmises à l'aide du SC a pour but d'assurer des changements (transitions) réguliers et fréquents des niveaux du signal d'information dans le canal. Chaque transition de niveau de signal de haut en bas ou vice versa est utilisée pour ajuster le récepteur. Les meilleurs sont les SC qui fournissent une transition de niveau de signal au moins une fois pendant l'intervalle de temps requis pour recevoir un bit d'information. Plus les transitions de niveau de signal sont fréquentes, plus la synchronisation du récepteur est fiable et plus l'identification des bits de données reçus est fiable.
Ces exigences pour les méthodes de codage numérique d'informations discrètes sont dans une certaine mesure contradictoires entre elles, par conséquent, chacune des méthodes de codage considérées ci-dessous a ses avantages et ses inconvénients par rapport aux autres.
Codes auto-synchronisants. Les plus courants sont les SC suivants :
code potentiel sans retour à zéro (NRZ - Non Return to Zero) ;
code d'impulsion bipolaire (code RZ);
Le code Manchester
· code bipolaire avec inversion de niveau alternée.
Sur la fig. 32 montre les schémas de codage pour le message 0101100 utilisant ces CK.
Riz. 32. Schémas de codage des messages utilisant des codes auto-synchronisants
7. COUCHE PHYSIQUE
7.2. Méthodes de transmission de données discrètes
Lors de la transmission de données discrètes sur des canaux de communication, deux principaux types de codage physique sont utilisés - basés sur un signal de porteuse sinusoïdal et basés sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première méthode est souvent aussi appelée modulation ou modulation analogique , mettant l'accent sur le fait que le codage s'effectue en changeant les paramètres du signal analogique. La deuxième voie s'appelle codage numérique . Ces méthodes se différencient par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité des équipements nécessaires à leur mise en oeuvre.
Lors de l'utilisation d'impulsions rectangulaires, le spectre du signal résultant est très large. L'utilisation d'une sinusoïde se traduit par un spectre plus étroit au même débit d'information. Cependant, la mise en oeuvre de la modulation nécessite des équipements plus complexes et coûteux que la mise en oeuvre d'impulsions rectangulaires.
A l'heure actuelle, de plus en plus souvent, des données qui ont initialement une forme analogique - parole, image de télévision - sont transmises sur des canaux de communication sous une forme discrète, c'est-à-dire sous la forme d'une séquence de uns et de zéros. Le processus de représentation des informations analogiques sous forme discrète est appelé modulation discrète .
La modulation analogique est utilisée pour transmettre des données discrètes sur des canaux à bande de fréquence étroite - canal de fréquence vocale (réseaux téléphoniques publics). Ce canal transmet des fréquences comprises entre 300 et 3400 Hz, sa bande passante est donc de 3100 Hz.
Un dispositif qui remplit les fonctions de modulation d'une sinusoïde de porteuse côté émission et de démodulation côté réception est appelé modem (modulateur-démodulateur).
La modulation analogique est une méthode de codage physique dans laquelle les informations sont codées en modifiant l'amplitude, la fréquence ou la phase d'un signal de fréquence porteuse sinusoïdal (Fig. 27).
À la modulation d'amplitude (Fig. 27, b) pour une unité logique, un niveau de l'amplitude de la sinusoïde de fréquence porteuse est sélectionné, et pour un zéro logique, un autre. Cette méthode est rarement utilisée sous sa forme pure dans la pratique en raison de sa faible immunité au bruit, mais est souvent utilisée en combinaison avec un autre type de modulation - la modulation de phase.
À modulation de fréquence (Fig. 27, c) les valeurs 0 et 1 des données initiales sont transmises par des sinusoïdes de fréquences différentes - f 0 et f 1,. Cette méthode de modulation ne nécessite pas de circuits complexes dans les modems et est généralement utilisée dans les modems à faible vitesse fonctionnant à 300 ou 1200 bps.
À modulation de phase (Fig. 27, d) les valeurs de données 0 et 1 correspondent à des signaux de même fréquence, mais avec une phase différente, par exemple, 0 et 180 degrés ou 0, 90, 180 et 270 degrés.
Dans les modems à haut débit, les méthodes de modulation combinées sont souvent utilisées, en règle générale, l'amplitude en combinaison avec la phase.
Riz. 27. différents types modulation
Le spectre du signal modulé résultant dépend du type et du taux de modulation.
Pour le codage potentiel, le spectre est directement obtenu à partir des formules de Fourier de la fonction périodique. Si des données discrètes sont transmises à un débit binaire N bit/s, alors le spectre est constitué d'une composante constante de fréquence nulle et d'une série infinie d'harmoniques de fréquences f 0 , 3f 0 , 5f 0 , 7f 0 , ... , où f0 = N/2. Les amplitudes de ces harmoniques diminuent assez lentement - avec les coefficients 1/3, 1/5, 1/7, ... de l'amplitude harmonique f 0 (Fig. 28, a). Par conséquent, le spectre de code potentiel nécessite une large bande passante pour une transmission de haute qualité. De plus, il faut tenir compte du fait qu'en réalité le spectre du signal change constamment en fonction de la nature des données. Par conséquent, le spectre du signal de code potentiel résultant lors de la transmission de données arbitraires occupe une bande allant d'une valeur proche de 0 Hz à environ 7f 0 (les harmoniques avec des fréquences supérieures à 7f 0 peuvent être négligées en raison de leur faible contribution au signal résultant) . Pour un canal à fréquence vocale, la limite supérieure de codage potentiel est atteinte à un débit de données de 971 bps. En conséquence, les codes potentiels sur les canaux de fréquence vocale ne sont jamais utilisés.
Avec la modulation d'amplitude, le spectre est constitué d'une sinusoïde de la fréquence porteuse f c et deux harmoniques latérales : (f c + f m) et ( F c- F m ), où F m – fréquence de changement paramètre d'information sinusoïde, qui coïncide avec le taux de transfert de données lors de l'utilisation de deux niveaux d'amplitude (Fig. 28, b). Fréquence f m détermine la bande passante de la ligne pour une méthode de codage donnée. A une faible fréquence de modulation, la largeur du spectre du signal sera également faible (égale à 2f m ), ainsi les signaux ne seront pas déformés par la ligne si sa bande passante est supérieure ou égale à 2f m . Pour un canal à fréquence vocale, cette méthode de modulation est acceptable à un débit de données ne dépassant pas 3100/2 = 1550 bps. Si 4 niveaux d'amplitude sont utilisés pour représenter les données, alors débit canal est augmenté à 3100 bps.
Riz. 28. Spectres des signaux lors du codage potentiel
et modulation d'amplitude
Avec la modulation de phase et de fréquence, le spectre du signal est plus complexe qu'avec la modulation d'amplitude, car plus de deux harmoniques secondaires se forment ici, mais ils sont également situés symétriquement par rapport à la fréquence porteuse principale et leurs amplitudes diminuent rapidement. Par conséquent, ces modulations sont également bien adaptées à la transmission de données sur un canal à fréquence vocale.
Lors du codage numérique d'informations discrètes, des codes de potentiel et d'impulsion sont utilisés. Dans les codes de potentiel, seule la valeur du potentiel du signal est utilisée pour représenter les uns et les zéros logiques, et ses chutes ne sont pas prises en compte. Les codes d'impulsions permettent aux données binaires d'être représentées soit par des impulsions d'une certaine polarité, soit par une partie de l'impulsion - par une chute de potentiel d'une certaine direction.
Lors de l'utilisation d'impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir une méthode de codage qui permettrait d'atteindre simultanément plusieurs objectifs :
· avait au même débit binaire la plus petite largeur du spectre du signal résultant;
· synchronisation assurée entre l'émetteur et le récepteur ;
· avait la capacité de reconnaître les erreurs;
· avait un faible coût de mise en œuvre.
Un spectre de signaux plus étroit vous permet d'obtenir un taux de transfert de données plus élevé sur la même ligne. Souvent, le spectre du signal nécessite l'absence d'une composante constante.
La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement à quel moment il est nécessaire de lire de nouvelles informations à partir de la ligne de communication. Ce problème est plus difficile à résoudre dans les réseaux que dans l'échange de données entre des dispositifs étroitement espacés, par exemple, entre des unités au sein d'un ordinateur ou entre un ordinateur et une imprimante. On utilise donc dans les réseaux des codes dits auto-synchronisants dont les signaux portent des instructions pour l'émetteur indiquant à quel moment il faut reconnaître le bit (ou plusieurs bits) suivant. Toute arête vive dans le signal - le soi-disant front - peut être une bonne indication de la synchronisation du récepteur avec l'émetteur.
Lors de l'utilisation de sinusoïdes comme signal porteur, le code résultant a la propriété d'auto-synchronisation, car une modification de l'amplitude de la fréquence porteuse permet au récepteur de déterminer le moment où le code d'entrée apparaît.
Les exigences relatives aux méthodes de codage sont mutuellement contradictoires, de sorte que chacune des méthodes de codage numérique populaires décrites ci-dessous présente ses propres avantages et inconvénients par rapport aux autres.
Sur la fig. 29a montre une méthode de codage potentiel, également appelée codage pas de retour à zéro (Non Retour à zéro, NRZ) . Le nom de famille reflète le fait que lorsqu'une séquence de uns est transmise, le signal ne revient pas à zéro pendant le cycle. La méthode NRZ est facile à mettre en œuvre, a une bonne reconnaissance des erreurs (due à deux potentiels très différents), mais n'a pas la propriété d'auto-synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros, le signal sur la ligne ne change pas, de sorte que le récepteur est incapable de déterminer par signal d'entrée moments où les données doivent être lues. Même avec un générateur d'horloge très précis, le récepteur peut se tromper de moment d'acquisition des données, car les fréquences des deux générateurs ne sont jamais totalement identiques. Par conséquent, à des débits de données élevés et de longues séquences de uns ou de zéros, un petit décalage des fréquences d'horloge peut entraîner une erreur dans tout un cycle et, par conséquent, la lecture d'une valeur de bit incorrecte.
Un autre inconvénient sérieux de la méthode NRZ est la présence d'une composante basse fréquence qui se rapproche de zéro lors de la transmission de longues séquences de uns ou de zéros. De ce fait, de nombreux canaux de communication qui n'offrent pas de liaison galvanique directe entre le récepteur et la source ne supportent pas ce type de codage. Par conséquent, dans sa forme pure, le code NRZ n'est pas utilisé dans les réseaux. Néanmoins, ses diverses modifications sont utilisées, dans lesquelles à la fois la mauvaise autosynchronisation du code NRZ et la présence d'une composante constante sont éliminées. L'attractivité du code NRZ, pour laquelle il est logique de l'améliorer, réside dans la fréquence assez basse de l'harmonique fondamentale f 0 qui est égale à N/2 Hz. D'autres méthodes de codage, telles que Manchester, ont une fréquence fondamentale plus élevée.
Riz. 29. Modes de codage discret des données
Une des modifications de la méthode NRZ est la méthode codage bipolaire avec inversion alternative (Bipolaire Inversion de marque alternative, AMI). Cette méthode (Fig. 29, b) utilise trois niveaux de potentiel - négatif, zéro et positif. Pour coder un zéro logique, on utilise un potentiel zéro, et une unité logique est codée soit par un potentiel positif, soit par un potentiel négatif, tandis que le potentiel de chaque nouvelle unité est opposé au potentiel de la précédente.
Le code AMI élimine partiellement le DC et l'absence de problèmes de temporisation inhérents au code NRZ. Cela se produit lors de l'envoi de longues séquences de celles-ci. Dans ces cas, le signal sur la ligne est une séquence d'impulsions bipolaires de même spectre que le code NRZ transmettant des zéros et des uns en alternance, c'est-à-dire sans composante constante et avec une harmonique fondamentale de N/2 Hz (où N est le débit binaire des données). De longues séquences de zéros sont également dangereuses pour le code AMI, ainsi que pour le code NRZ - le signal dégénère en un potentiel constant d'amplitude nulle. Par conséquent, le code AMI doit encore être amélioré.
En général, pour diverses combinaisons de bits sur la ligne, l'utilisation du code AMI conduit à un spectre de signal plus étroit que pour le code NRZ, et donc à un débit de ligne plus élevé. Par exemple, lors de la transmission de uns et de zéros en alternance, l'harmonique fondamentale f 0 a une fréquence de N/4 Hz. Le code AMI fournit également certaines fonctionnalités pour reconnaître les signaux erronés. Ainsi, une violation de la stricte alternance de la polarité des signaux indique une fausse impulsion ou la disparition d'une impulsion correcte de la ligne. Un tel signal est appelé signal interdit (signal violation).
Le code AMI utilise non pas deux, mais trois niveaux de signal par ligne. La couche supplémentaire nécessite une augmentation de la puissance de l'émetteur d'environ 3 dB pour fournir la même fidélité de bit sur la ligne, ce qui est un inconvénient général des codes avec plusieurs états de signal par rapport aux codes qui ne distinguent que deux états.
Il existe un code similaire à AMI, mais avec seulement deux niveaux de signal. Lorsque zéro est transmis, il transmet le potentiel qui a été défini lors du cycle précédent (c'est-à-dire qu'il ne le change pas), et lorsqu'un est transmis, le potentiel est inversé à l'opposé. Ce code s'appelle code potentiel avec inversion à l'unité (Pas revenir à Zéro avec ceux inversé , NRZI ) . Ce code est utile dans les cas où l'utilisation d'un troisième niveau de signal est hautement indésirable, par exemple, dans les câbles optiques, où deux états de signal sont reconnus de manière fiable - la lumière et l'ombre.
En plus des codes potentiels, les réseaux utilisent également des codes d'impulsion, lorsque les données sont représentées par une impulsion complète ou sa partie - un front. Le cas le plus simple de cette approche est code d'impulsion bipolaire , dans lequel l'unité est représentée par une impulsion d'une polarité, et zéro est l'autre (Fig. 29, c). Chaque impulsion dure un demi-cycle. Ce code a une excellente auto-synchronisant propriétés, mais une composante constante peut être présente, par exemple, lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros. De plus, son spectre est plus large que celui des codes potentiels. Ainsi, lors de la transmission de zéros ou de uns, la fréquence de l'harmonique fondamentale du code sera égale à N Hz, qui est deux fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code NRZ et quatre fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code AMI lors de la transmission de uns et de zéros en alternance. En raison du spectre trop large, le code d'impulsion bipolaire est rarement utilisé.
Dans les réseaux locaux, jusqu'à récemment, la méthode de codage la plus courante était la méthode dite Code Manchester (Fig. 29, d). Il est utilisé dans les technologies Ethernet et Token Ring.
Dans le code de Manchester, une chute de potentiel, c'est-à-dire le front de l'impulsion, est utilisée pour coder les uns et les zéros. Dans le codage Manchester, chaque horloge est divisée en deux parties. L'information est codée par des baisses potentielles qui se produisent au milieu de chaque cycle. Une unité est codée par un niveau de signal bas à haut, et un zéro est codé par un front inverse. Au début de chaque cycle, un front de signal de service peut se produire si vous devez représenter plusieurs uns ou zéros à la suite. Etant donné que le signal change au moins une fois par cycle de transmission d'un bit de données, le code Manchester a une bonne auto-synchronisant Propriétés. La bande passante du code Manchester est plus étroite que celle de l'impulsion bipolaire. Il n'a pas non plus de composante constante, et l'harmonique fondamentale dans le pire des cas (lors de la transmission d'une séquence de uns ou de zéros) a une fréquence de N Hz, et dans le meilleur des cas (lors de la transmission de uns et de zéros alternés), elle est égale à N / 2 Hz, comme dans les codes AMI ou NRZ. En moyenne, la bande passante du code Manchester est une fois et demie plus étroite que celle du code impulsionnel bipolaire, et l'harmonique fondamentale oscille autour de 3N/4. Le code Manchester a un autre avantage par rapport au code d'impulsion bipolaire. Ce dernier utilise trois niveaux de signal pour la transmission de données, tandis que Manchester en utilise deux.
Sur la fig. 29, e montre un code potentiel avec quatre niveaux de signal pour le codage des données. Il s'agit d'un code 2B1Q, dont le nom reflète son essence - tous les deux bits (2B) sont transmis en un cycle par un signal à quatre états (1Q). Le bit 00 vaut -2,5 V, le bit 01 vaut -0,833 V, le bit 11 vaut +0,833 V et le bit 10 vaut +2,5 V. des séquences de paires de bits identiques, puisque dans ce cas le signal est converti en une composante constante. Avec l'entrelacement binaire aléatoire, le spectre du signal est deux fois plus étroit que celui du code NRZ, puisqu'à même débit la durée d'horloge est doublée. Ainsi, en utilisant le code 2B1Q, vous pouvez transférer des données sur la même ligne deux fois plus vite qu'en utilisant le code AMI ou NRZI. Cependant, pour sa mise en oeuvre, la puissance de l'émetteur doit être plus élevée pour que les quatre niveaux soient bien distingués par le récepteur sur fond de brouillage.
Sujet 2. Couche physique
Planifier
Fondements théoriques de la transmission de données
Les informations peuvent être transmises sur des fils en modifiant certaines grandeurs physiques, telles que la tension ou le courant. En représentant la valeur de la tension ou du courant comme une fonction univoque du temps, il est possible de modéliser le comportement du signal et de le soumettre à une analyse mathématique.Série de Fourier
Au début du XIXe siècle, le mathématicien français Jean-Baptiste Fourier a prouvé que toute fonction périodique de période T peut être développée en une série (éventuellement infinie) constituée de sommes de sinus et de cosinus :(2.1)
où est la fréquence fondamentale (harmonique), et sont les amplitudes des sinus et cosinus de la nième harmonique, et c est une constante. Un tel développement s'appelle une série de Fourier. La fonction développée dans la série de Fourier peut être restaurée par les éléments de cette série, c'est-à-dire que si la période T et les amplitudes des harmoniques sont connues, alors la fonction d'origine peut être restaurée en utilisant la somme de la série (2.1).
Un signal d'information qui a une durée finie (tous les signaux d'information ont une durée finie) peut être étendu en une série de Fourier si nous imaginons que le signal entier se répète indéfiniment encore et encore (c'est-à-dire que l'intervalle de T à 2T répète complètement le intervalle de 0 à T, etc.).
Les amplitudes peuvent être calculées pour n'importe quelle fonction donnée. Pour ce faire, vous devez multiplier les membres gauche et droit de l'équation (2.1) par, puis intégrer de 0 à T. Puisque :
(2.2)
il ne reste qu'un seul membre de la série. La ligne disparaît complètement. De même, en multipliant l'équation (2.1) par et en intégrant dans le temps de 0 à T, on peut calculer les valeurs. Si nous intégrons les deux parties de l'équation sans la changer, nous pouvons obtenir la valeur de la constante Avec. Les résultats de ces actions seront les suivants :
(2.3.)
Supports de stockage gérés
Le but de la couche physique d'un réseau est de transférer le flux binaire brut d'une machine à une autre. Divers supports physiques, également appelés supports de propagation du signal, peuvent être utilisés pour la transmission. Chacun d'eux a un ensemble caractéristique de bandes passantes, de délais, de prix et de facilité d'installation et d'utilisation. Les supports peuvent être divisés en deux groupes : les supports orientables tels que le fil de cuivre et le câble à fibre optique, et les supports non orientables tels que la transmission par faisceau radio et laser sans câble.Support magnétique
Un des plus des moyens simples transférer des données d'un ordinateur à un autre - écrivez-les sur une bande magnétique ou sur un autre support amovible (par exemple, un DVD réinscriptible), transférez physiquement ces bandes et disques vers la destination et lisez-les là-bas.Haut débit. Une cartouche de bande Ultrium standard contient 200 Go. Environ 1000 de ces cassettes sont placées dans un boîtier 60x60x60, ce qui donne une capacité totale de 1600 Tbit (1,6 Pbit). Une boîte de cassettes peut être expédiée aux États-Unis dans les 24 heures par Federal Express ou une autre société. La bande passante effective pour cette transmission est de 1600 Tbps/86400 s, soit 19 Gbps. Si la destination n'est qu'à une heure de route, le débit sera supérieur à 400 Gbps. Pas un seul réseau informatique n'est encore capable de s'approcher de tels indicateurs.
Rentabilité. Le prix de gros de la cassette est d'environ 40 $. Une boîte de rubans coûtera 4 000 $ et le même ruban peut être utilisé des dizaines de fois. Ajoutons 1 000 $ pour l'expédition (en fait, beaucoup moins) et obtenons environ 5 000 $ pour le transfert de 200 To, soit 3 cents par gigaoctet.
Défauts. Bien que la vitesse de transfert de données à l'aide de bandes magnétiques soit excellente, le retard dans un tel transfert est cependant très important. Le temps de transfert est mesuré en minutes ou en heures, et non en millisecondes. De nombreuses applications nécessitent une réponse immédiate du système distant (en mode connecté).
paire torsadée
Une paire torsadée est constituée de deux fils de cuivre isolés d'un diamètre typique de 1 mm. Les fils s'enroulent les uns autour des autres en forme de spirale. Cela vous permet de réduire l'interaction électromagnétique de plusieurs paires torsadées adjacentes.Application - ligne téléphonique, réseau informatique. Il peut transmettre un signal sans atténuation de puissance sur une distance de plusieurs kilomètres. Des répéteurs sont nécessaires pour les longues distances. Ils sont combinés en un câble, avec un revêtement protecteur. Une paire de fils est torsadée dans le câble pour éviter le chevauchement des signaux. Ils peuvent être utilisés pour transmettre des données analogiques et numériques. La bande passante dépend du diamètre et de la longueur du fil, mais dans la plupart des cas, plusieurs mégabits par seconde peuvent être atteints sur des distances de plusieurs kilomètres. En raison de la bande passante plutôt élevée et du faible coût, les câbles à paires torsadées sont largement utilisés et continueront très probablement à être populaires à l'avenir.
Les câbles à paires torsadées se présentent sous plusieurs formes, dont deux sont particulièrement importantes dans le domaine de réseaux informatiques. La paire torsadée de catégorie 3 (CAT 3) se compose de deux fils isolés torsadés ensemble. Quatre de ces paires sont généralement placées ensemble dans une coque en plastique.
La paire torsadée de catégorie 5 (CAT 5) est similaire à la paire torsadée de catégorie 3, mais a plus de spires par centimètre de longueur de fil. Cela permet de réduire davantage les interférences entre les différents canaux et d'améliorer la qualité de transmission du signal sur de longues distances (Fig. 1).
Riz. 1. PTU catégorie 3 (a), PTU catégorie 5 (b).
Tous ces types de connexions sont souvent appelés UTP (paire torsadée non blindée - paire torsadée non blindée)
Les câbles à paires torsadées blindées d'IBM ne sont pas devenus populaires en dehors d'IBM.
Câble coaxial
Un autre moyen courant de transmission de données est le câble coaxial. Il est mieux blindé que la paire torsadée, il peut donc transporter des données sur de plus longues distances à des vitesses plus élevées. Deux types de câbles sont largement utilisés. L'un d'eux, 50 ohms, est généralement utilisé pour la transmission de données exclusivement numériques. Un autre type de câble, 75 ohms, est souvent utilisé pour transmettre des informations analogiques, ainsi que dans la télévision par câble.La vue en coupe du câble est illustrée à la figure 2.
Riz. 2. Câble coaxial.
La conception et le type spécial de blindage du câble coaxial offrent une bande passante élevée et une excellente immunité au bruit. Le débit maximal dépend de la qualité, de la longueur et du rapport signal/bruit de la ligne. Les câbles modernes ont une bande passante d'environ 1 GHz.
Application - systèmes téléphoniques (secteur), télévision par câble, réseaux régionaux.
la fibre optique
La technologie actuelle de la fibre optique peut atteindre des débits de données allant jusqu'à 50 000 Gb/s (50 Tb/s), et de nombreuses personnes recherchent de meilleurs matériaux. La limite pratique actuelle de 10 Gbps est due à l'incapacité de convertir plus rapidement les signaux électriques en signaux optiques et vice versa, bien que 100 Gbps sur une seule fibre aient déjà été atteints dans des conditions de laboratoire.Un système de transmission de données par fibre optique se compose de trois composants principaux : une source lumineuse, un support à travers lequel le signal lumineux se propage et un récepteur de signal, ou détecteur. Une impulsion lumineuse est considérée comme une, et l'absence d'impulsion est considérée comme nulle. La lumière se propage dans une fibre de verre ultra-fine. Lorsque la lumière le frappe, le détecteur génère une impulsion électrique. En attachant une source lumineuse à une extrémité d'une fibre optique et un détecteur à l'autre, un système de transmission de données unidirectionnel est obtenu.
Lors de la transmission d'un signal lumineux, la propriété de réflexion et de réfraction de la lumière lors de la transition entre 2 supports est utilisée. Ainsi, lorsque la lumière est fournie à un certain angle par rapport à la limite du support, le faisceau lumineux est complètement réfléchi et bloqué dans la fibre (Fig. 3).
Riz. 3. Propriété de réfraction de la lumière.
Il existe 2 types de câble à fibre optique : multimode - transmet un faisceau de lumière, monomode - fin à la limite de plusieurs longueurs d'onde, agit presque comme un guide d'onde, la lumière se déplace en ligne droite sans réflexion. Les liaisons fibre monomode d'aujourd'hui peuvent fonctionner à 50 Gbps sur des distances allant jusqu'à 100 km.
Trois gammes de longueurs d'onde sont utilisées dans les systèmes de communication : 0,85, 1,30 et 1,55 µm, respectivement.
La structure du câble à fibre optique est similaire à celle du fil coaxial. La seule différence est que le premier n'a pas de grille de dépistage.
Au centre du noyau de la fibre optique se trouve un noyau en verre à travers lequel la lumière se propage. La fibre multimode a un diamètre de cœur de 50 µm, soit environ l'épaisseur d'un cheveu humain. Le cœur d'une fibre monomode a un diamètre de 8 à 10 µm. Le noyau est recouvert d'une couche de verre d'indice de réfraction inférieur à celui du noyau. Il est conçu pour empêcher de manière plus fiable la lumière de s'échapper du noyau. La couche extérieure est une coque en plastique qui protège le vitrage. Les cœurs de fibre optique sont généralement regroupés en faisceaux protégés par une gaine extérieure. La figure 4 montre un câble à trois conducteurs.
Riz. 4. Câble à fibre optique à trois conducteurs.
En cas de rupture, le raccordement des tronçons de câbles peut s'effectuer de trois manières :
- Un connecteur spécial peut être fixé à l'extrémité du câble, avec lequel le câble est inséré dans une prise optique. La perte est de 10 à 20 % de l'intensité lumineuse, mais cela facilite la modification de la configuration du système.
Épissage - deux extrémités soigneusement coupées du câble sont posées l'une à côté de l'autre et serrées avec un manchon spécial. Une meilleure transmission de la lumière est obtenue en alignant les extrémités du câble. Perte - 10% de puissance lumineuse.
La fusion. Il n'y a pratiquement aucune perte.
Tableau 1.
Tableau comparatif de l'utilisation des LED et des lasers à semi-conducteurs
L'extrémité réceptrice d'un câble optique est une photodiode qui génère une impulsion électrique lorsque la lumière tombe dessus.
Caractéristiques comparatives du câble à fibre optique et du fil de cuivre.
La fibre optique présente plusieurs avantages :- Haute vitesse.
Moins d'atténuation du signal, moins de sorties de répéteurs (un par 50 km, pas 5)
Inerte à l'extérieur un rayonnement électromagnétique, chimiquement neutre.
Plus léger. 1000 paires torsadées en cuivre de 1 km de long pèsent environ 8000 kg. Une paire de câbles à fibre optique ne pèse que 100 kg avec plus de bande passante
Faibles coûts de pose
- Difficulté et compétence dans l'installation.
fragilité
Plus que du cuivre.
transmission en mode simplex, un minimum de 2 fils est requis entre les réseaux.
Connexion sans fil
spectre électromagnétique
Le mouvement des électrons génère des ondes électromagnétiques qui peuvent se propager dans l'espace (même dans le vide). Le nombre d'oscillations d'oscillations électromagnétiques par seconde est appelé fréquence et se mesure en hertz. La distance entre deux hauts (ou bas) successifs s'appelle la longueur d'onde. Cette valeur est traditionnellement désignée par la lettre grecque (lambda).Si dans circuit électrique allumez une antenne de taille appropriée, les ondes électromagnétiques peuvent être reçues avec succès par le récepteur à une certaine distance. Tous les systèmes de communication sans fil sont basés sur ce principe.
Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même vitesse, quelle que soit leur fréquence. Cette vitesse s'appelle la vitesse de la lumière, - 3*108 m/s. Dans le cuivre ou le verre, la vitesse de la lumière est d'environ 2/3 de cette valeur, et elle dépend aussi légèrement de la fréquence.
Relation des quantités, et :
Si la fréquence () est mesurée en MHz, et la longueur d'onde () en mètres alors.
La totalité de tout ondes électromagnétiques forme le soi-disant spectre continu du rayonnement électromagnétique (Fig. 5). La radio, les micro-ondes, l'infrarouge et la lumière visible peuvent être utilisés pour transmettre des informations en utilisant la modulation d'amplitude, de fréquence ou de phase des ondes. Les rayonnements ultraviolets, X et gamma seraient encore meilleurs en raison de leurs hautes fréquences, mais ils sont difficiles à générer et à moduler, ils traversent mal les bâtiments et, en plus, ils sont dangereux pour tous les êtres vivants. Le nom officiel des gammes est donné dans le tableau 6.
Riz. 5. Spectre électromagnétique et son application dans les communications.
Tableau 2.
Noms de bande officiels de l'UIT
La quantité d'informations qu'une onde électromagnétique peut transporter est liée à la gamme de fréquences du canal. Les technologies modernes permettent de coder plusieurs bits par hertz par basses fréquences. Sous certaines conditions, ce nombre peut être multiplié par huit par hautes fréquences.
Connaissant la largeur de la plage de longueurs d'onde, il est possible de calculer la plage de fréquences et le débit de données correspondants.
Exemple : Pour une gamme de câble à fibre optique de 1,3 micron, alors. Ensuite, à 8 bps, il s'avère que vous pouvez obtenir un taux de transfert de 240 Tbps.
Communication radio
Les ondes radio sont faciles à générer, parcourent de longues distances, traversent les murs, contournent les bâtiments, se propagent dans toutes les directions. Les propriétés des ondes radio dépendent de la fréquence (Fig. 6). Lorsqu'elles fonctionnent à basses fréquences, les ondes radio traversent bien les obstacles, mais la force du signal dans l'air chute fortement lorsque vous vous éloignez de l'émetteur. Le rapport puissance/distance à la source s'exprime approximativement comme suit : 1/r2. Aux hautes fréquences, les ondes radio ont généralement tendance à se déplacer uniquement en ligne droite et à rebondir sur les obstacles. De plus, ils sont absorbés, par exemple, par la pluie. Les signaux radio de toute fréquence sont sujets aux interférences des moteurs à balais à étincelles et autres équipements électriques.Riz. 6. Les ondes des bandes VLF, LF, MF contournent la rugosité de la surface terrestre (a), les ondes des bandes HF et VHF sont réfléchies par l'ionosphère et absorbées par la terre (b).
Communication dans le domaine des micro-ondes
À des fréquences supérieures à 100 MHz, les ondes radio se propagent presque en ligne droite, de sorte qu'elles peuvent être focalisées en faisceaux étroits. La concentration d'énergie sous la forme d'un faisceau étroit à l'aide d'une antenne parabolique (comme la parabole de télévision par satellite bien connue) conduit à une amélioration du rapport signal sur bruit, mais pour une telle connexion, les antennes d'émission et de réception doivent pointés l'un vers l'autre avec assez de précision.Contrairement aux ondes radio avec des fréquences plus basses, les micro-ondes ne traversent pas bien les bâtiments. La radio à micro-ondes est devenue si largement utilisée dans la téléphonie longue distance, les téléphones portables, les émissions de télévision et d'autres domaines qu'il y avait une grave pénurie de spectre.
Cette connexion présente un certain nombre d'avantages par rapport à la fibre optique. Le principal est qu'il n'est pas nécessaire de poser un câble et, par conséquent, il n'est pas nécessaire de payer la location d'un terrain le long du trajet du signal. Il suffit d'acheter de petits terrains tous les 50 km et d'y installer des tours relais.
Ondes infrarouges et millimétriques
Le rayonnement infrarouge et millimétrique sans l'utilisation d'un câble est largement utilisé pour la communication sur courtes distances(exemple de télécommandes). Ils sont relativement directionnels, bon marché et faciles à installer, mais ne traversent pas les objets solides.La communication dans la gamme infrarouge est utilisée dans les systèmes informatiques de bureau (par exemple, pour connecter des ordinateurs portables à des imprimantes), mais ne joue toujours pas un rôle significatif dans les télécommunications.
Communications satellites
E types de satellites sont utilisés : géostationnaire (GEO), moyenne altitude (MEO) et orbite basse (LEO) (Fig. 7).Riz. 7. Les satellites de communication et leurs propriétés : hauteur d'orbite, retard, nombre de satellites nécessaires pour couvrir toute la surface du globe.
Réseau Téléphonique Commuté
Structure du système téléphonique
La structure d'une voie de communication téléphonique typique sur des distances moyennes est illustrée à la figure 8.Riz. 8. Route de communication typique avec une distance moyenne entre les abonnés.
Lignes locales : modems, ADSL, sans fil
Étant donné que l'ordinateur fonctionne avec un signal numérique et que la ligne téléphonique locale est la transmission d'un signal analogique, un modem est utilisé pour convertir le numérique en analogique et vice versa, et le processus lui-même est appelé modulation / démodulation (Fig. 9) .Riz. 9. Utilisation d'une ligne téléphonique lors de la transmission d'un signal numérique.
Il existe 3 méthodes de modulation (Fig. 10) :
- modulation d'amplitude - 2 amplitudes de signal différentes sont utilisées (pour 0 et 1),
fréquence - plusieurs fréquences de signal différentes sont utilisées (pour 0 et 1),
phase - les déphasages sont utilisés lors de la transition entre les unités logiques (0 et 1). Angles de cisaillement - 45, 135, 225, 180.
Riz. 10. Signal binaire (a); modulation d'amplitude (b); modulation de fréquence (c); modulation de phase.
Tous les modems modernes vous permettent de transférer des données dans les deux sens, ce mode de fonctionnement est appelé duplex. Une connexion avec capacité de transmission série est appelée semi-duplex. Une connexion dans laquelle la transmission se produit dans une seule direction est appelée simplex.
La vitesse maximale du modem pouvant être atteinte actuellement est de 56Kb/s. Norme V.90.
Lignes d'abonnés numériques. technologie xDSL.
Après que la vitesse des modems ait atteint sa limite, les compagnies de téléphone ont commencé à chercher un moyen de sortir de cette situation. Ainsi, de nombreuses propositions sont apparues sous le nom général de xDSL. xDSL (Digital Subscribe Line) - ligne d'abonné numérique, où au lieu de X il peut y avoir d'autres lettres. La technologie la plus connue de ces propositions est l'ADSL (Asymmetric DSL).La raison de la limite de vitesse des modems était qu'ils utilisaient la plage de transmission de la parole humaine pour la transmission de données - 300 Hz à 3400 Hz. Avec les fréquences limites, la bande passante n'était pas de 3100 Hz, mais de 4000 Hz.
Bien que le spectre de la ligne téléphonique locale soit de 1,1 Hz.
La première proposition de technologie ADSL utilisait tout le spectre de la ligne téléphonique locale, qui est divisé en 3 bandes :
- POTS - la portée du réseau téléphonique conventionnel;
plage sortante ;
plage d'entrée.
Une méthode alternative appelée modulation multitonalité discrète, DMT (Discrete MultiTone) consiste à diviser tout le spectre d'une ligne locale de 1,1 MHz de large en 256 canaux indépendants de 4312,5 Hz chacun. Le canal 0 est POTS. Les canaux 1 à 5 ne sont pas utilisés afin que le signal vocal ne puisse pas interférer avec le signal d'information. Sur les 250 canaux restants, l'un est occupé par le contrôle de la transmission vers le fournisseur, l'autre vers l'utilisateur et tous les autres sont disponibles pour la transmission des données utilisateur (Fig. 11).
Riz. 11. Fonctionnement ADSL utilisant une modulation multitonalité discrète.
La norme ADSL permet de recevoir jusqu'à 8 Mb/s, et d'émettre jusqu'à 1 Mb/s. ADSL2+ - sortant jusqu'à 24Mb/s, entrant jusqu'à 1,4 Mb/s.
Une configuration d'équipement ADSL typique contient :
- DSLAM - multiplexeur d'accès DSL ;
NID est un périphérique d'interface réseau qui sépare la propriété de la compagnie de téléphone et de l'abonné.
Un séparateur (splitter) est un séparateur de fréquence qui sépare la bande POTS et les données ADSL.
Lignes et joints
L'économie de ressources joue un rôle important dans le système téléphonique. Le coût de pose et d'entretien d'une dorsale de grande capacité et d'une ligne de faible qualité est presque le même (c'est-à-dire que la part du lion de ce coût est dépensée pour creuser des tranchées, et non pour le câble en cuivre ou en fibre optique lui-même).Pour cette raison, les compagnies de téléphone ont collaboré pour développer plusieurs schémas permettant de transporter plusieurs conversations sur un seul câble physique. Les schémas de multiplexage (compression) peuvent être divisés en deux catégories principales FDM (Multiplexage par répartition en fréquence - multiplexage par répartition en fréquence) et TDM (Multiplexage par répartition dans le temps - multiplexage par répartition dans le temps) (Fig. 13).
Avec le multiplexage en fréquence, le spectre de fréquence est divisé entre les canaux logiques et chaque utilisateur reçoit la propriété exclusive de sa sous-bande. Dans le multiplexage temporel, les utilisateurs utilisent à tour de rôle (cycliquement) le même canal, et chacun reçoit la pleine capacité du canal pendant une courte période de temps.
Les canaux à fibre optique utilisent une variante spéciale du multiplexage de fréquence. C'est ce qu'on appelle le multiplexage par répartition spectrale (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).
Riz. 13. Un exemple de multiplexage fréquentiel : spectres originaux de 1 signaux (a), spectres décalés en fréquence (b), canal multiplexé (c).
Commutation
Du point de vue de l'ingénieur téléphonique moyen, système téléphonique se compose de deux parties : les équipements externes (lignes téléphoniques locales et jonctions, à l'extérieur des commutateurs) et les équipements internes (commutateurs) situés au niveau du central téléphonique.Tous les réseaux de communication prennent en charge un moyen de commutation (communication) de leurs abonnés entre eux. Il est pratiquement impossible de doter chaque couple d'abonnés en interaction de sa propre ligne de communication physique non commutée, qu'ils pourraient monopoliser "propre" pendant longtemps. Par conséquent, dans tout réseau, une méthode de commutation d'abonné est toujours utilisée, ce qui garantit la disponibilité des canaux physiques disponibles simultanément pour plusieurs sessions de communication entre les abonnés du réseau.
Deux techniques différentes sont utilisées dans les systèmes téléphoniques : la commutation de circuits et la commutation de paquets.
Commutation de circuits
La commutation de circuit implique la formation d'un canal physique composite continu à partir de sections de canal individuelles connectées en série pour une transmission directe de données entre les nœuds. Dans un réseau à commutation de circuits, avant la transmission des données, il est toujours nécessaire d'effectuer une procédure d'établissement de connexion, au cours de laquelle un canal composite est créé (Fig. 14).Commutation de paquets
Dans la commutation par paquets, tous les messages transmis par l'utilisateur du réseau sont divisés au nœud source en parties relativement petites, appelées paquets. Chaque paquet est fourni avec un en-tête qui spécifie les informations d'adresse nécessaires pour livrer le paquet à l'hôte de destination, ainsi que le numéro de paquet qui sera utilisé par l'hôte de destination pour assembler le message. Les paquets sont transportés sur le réseau en tant qu'unités d'information indépendantes. Les commutateurs de réseau reçoivent les paquets des nœuds d'extrémité et, sur la base des informations d'adresse, les transmettent les uns aux autres, et finalement au nœud de destination (Fig. 14).etc.................
Pour la transmission de données discrètes sur des lignes de communication à bande de fréquence étroite, modulation analogique. Un exemple typique de telles lignes est une ligne de communication à fréquence vocale mise à la disposition des utilisateurs des réseaux téléphoniques publics. Cette ligne de communication transmet des signaux analogiques dans la gamme de fréquences de 300 à 3400 Hz (la bande passante de la ligne est donc de 3100 Hz). La limitation stricte de la bande passante des lignes de communication dans ce cas est associée à l'utilisation d'équipements de multiplexage et de commutation de circuits dans les réseaux téléphoniques.
Un dispositif qui remplit les fonctions de modulation d'une sinusoïde de porteuse côté émission et de démodulation côté réception est appelé modem (modulateur-démodulateur).
La modulation analogique est une méthode de codage physique dans laquelle les informations sont codées en changeant amplitudes, fréquences ou phases un signal sinusoïdal de la fréquence porteuse. À la modulation d'amplitude pour un un logique, un niveau de l'amplitude de la sinusoïde de fréquence porteuse est sélectionné, et pour un zéro logique, un autre. Cette méthode est rarement utilisée dans la pratique sous sa forme pure en raison de sa faible immunité au bruit, mais est souvent utilisée en combinaison avec d'autres types de modulation. À modulation de fréquence les valeurs 0 et 1 des données d'origine sont transmises par des sinusoïdes de fréquences différentes . Cette méthode de modulation ne nécessite pas de complexe circuits électroniques dans les modems et est généralement utilisé dans les modems à faible vitesse fonctionnant à 300 ou 1200 bps. À modulation de phase les valeurs de données 0 et 1 correspondent à des signaux de même fréquence mais de phase différente, tels que 0 et 180 degrés ou 0, 90, 180 et 270 degrés. Dans les modems à haut débit, les méthodes de modulation combinées sont souvent utilisées, en règle générale, l'amplitude en combinaison avec la phase. Des méthodes de modulation combinées sont utilisées pour augmenter le débit de données. Les méthodes les plus courantes sont Modulation d'amplitude en quadrature-MAQ). Ces méthodes sont basées sur une combinaison de modulation de phase avec 8 valeurs de déphasage et de modulation d'amplitude avec 4 niveaux d'amplitude. Cependant, toutes les 32 combinaisons de signaux possibles ne sont pas utilisées. Une telle redondance de codage est nécessaire pour que le modem reconnaisse des signaux erronés, qui sont le résultat de distorsions dues à des interférences, qui sur les voies téléphoniques (notamment commutées) sont très importantes en amplitude et longues dans le temps.
À codage numérique des informations discrètes sont utilisées potentiel et impulsion codes. À potentiel Dans les codes, seule la valeur du potentiel du signal est utilisée pour représenter les uns et les zéros logiques, et ses gouttes, qui forment des impulsions complètes, ne sont pas prises en compte. Impulsion les codes permettent de représenter les données binaires soit par des impulsions d'une certaine polarité, soit par une partie de l'impulsion - une chute de potentiel d'une certaine direction.
Lorsque l'on utilise des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir une méthode de codage permettant d'atteindre simultanément plusieurs objectifs : à un même débit, avoir la plus petite largeur du spectre du signal résultant ; synchronisation assurée entre l'émetteur et le récepteur ; avait la capacité de reconnaître les erreurs; avait un faible coût de mise en œuvre.
Un spectre de signal plus étroit vous permet d'atteindre un taux de transfert de données plus élevé sur la même ligne (avec la même bande passante). La synchronisation de l'émetteur et du récepteur est nécessaire pour que le récepteur sache exactement à quel moment il est nécessaire de lire de nouvelles informations à partir de la ligne de communication. Ce problème est plus difficile à résoudre dans les réseaux que lors de la communication entre des appareils à proximité, comme entre des appareils à l'intérieur d'un ordinateur ou entre un ordinateur et une imprimante. Sur de courtes distances, un schéma basé sur une ligne de communication de synchronisation séparée fonctionne bien et les informations ne sont supprimées de la ligne de données qu'au moment où une impulsion d'horloge arrive. Dans les réseaux, l'utilisation de ce schéma pose des difficultés dues à l'hétérogénéité des caractéristiques des conducteurs dans les câbles. Sur de longues distances, les ondulations de vitesse du signal peuvent amener l'horloge à arriver si tard ou trop tôt pour le signal de données correspondant qu'un bit de données est sauté ou relu. Une autre raison pour laquelle les réseaux refusent d'utiliser des impulsions d'horloge est d'économiser des conducteurs dans des câbles coûteux. Par conséquent, les réseaux utilisent ce qu'on appelle codes auto-synchronisants, dont les signaux portent des indications pour l'émetteur à quel moment il est nécessaire de reconnaître le bit suivant (ou plusieurs bits, si le code est orienté vers plus de deux états de signal). Toute chute brutale du signal - la soi-disant de face- peut servir de bonne indication pour la synchronisation du récepteur avec l'émetteur. Lors de l'utilisation de sinusoïdes comme signal porteur, le code résultant a la propriété d'auto-synchronisation, car une modification de l'amplitude de la fréquence porteuse permet au récepteur de déterminer le moment où le code d'entrée apparaît.
La reconnaissance et la correction des données déformées sont difficiles à mettre en œuvre au moyen de la couche physique, par conséquent, le plus souvent ce travail est effectué par les protocoles qui se trouvent au-dessus : canal, réseau, transport ou application. D'autre part, la reconnaissance des erreurs au niveau de la couche physique permet de gagner du temps, car le récepteur n'attend pas que la trame soit complètement mise en mémoire tampon, mais la rejette immédiatement lorsque des bits erronés sont reconnus dans la trame.
Les exigences relatives aux méthodes de codage sont mutuellement contradictoires, de sorte que chacune des méthodes de codage numérique populaires décrites ci-dessous présente ses propres avantages et inconvénients par rapport aux autres.
Une des méthodes les plus simples potentiel le codage est code de potentiel unipolaire, également appelé codage sans retour à zéro (Non Return to Zero-NRZ) (fig.7.1.a). Le nom de famille reflète le fait que lorsqu'une séquence de uns est transmise, le signal ne revient pas à zéro pendant le cycle. La méthode NRZ a une bonne détection d'erreur (en raison de deux potentiels très différents), mais n'a pas la propriété d'auto-synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros, le signal de ligne ne change pas, de sorte que le récepteur n'est pas en mesure de déterminer à partir du signal d'entrée les moments où il est nécessaire de relire les données. Même avec un générateur d'horloge très précis, le récepteur peut se tromper de moment d'acquisition des données, car les fréquences des deux générateurs ne sont presque jamais complètement identiques. Par conséquent, à des débits de données élevés et de longues séquences de uns ou de zéros, un petit décalage des fréquences d'horloge peut entraîner une erreur dans tout un cycle et, par conséquent, la lecture d'une valeur de bit incorrecte.
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Riz. 7.1. Méthodes d'encodage des données binaires : a-potentiomètre unipolaire
code social; b- code de potentiel bipolaire ; dans- unipolaire im-
code d'impulsion ; g -code d'impulsion bipolaire ; ré-Code "Manchester" ;
e- code potentiel avec quatre niveaux de signal.
Un autre inconvénient sérieux de la méthode NRZ est la présence d'une composante basse fréquence qui se rapproche de zéro lors de la transmission de longues séquences de uns ou de zéros. De ce fait, de nombreuses lignes de communication qui ne fournissent pas de connexion galvanique directe entre le récepteur et la source ne supportent pas ce type de codage. En conséquence, le code NRZ dans sa forme pure n'est pas utilisé dans les réseaux, mais ses diverses modifications sont utilisées, dans lesquelles à la fois une mauvaise autosynchronisation du code NRZ et la présence d'une composante constante sont éliminées.
Une des modifications de la méthode NRZ est la méthode codage de potentiel bipolaire avec inversion alternative (Bipolar Alternate Mark Inversion-SUIS-JE). Dans cette méthode ( riz. 7.1.b) trois niveaux de potentiel sont utilisés - négatif, zéro et positif. Pour coder un zéro logique, on utilise un potentiel nul, et une unité logique est codée soit par un potentiel positif, soit par un potentiel négatif (dans ce cas, le potentiel de chaque nouvelle unité est opposé au potentiel de la précédente). Le code AMI élimine partiellement le DC et l'absence de problèmes de temporisation inhérents au code NRZ. Cela se produit lors de l'envoi de longues séquences de celles-ci. Dans ces cas, le signal sur la ligne est une séquence d'impulsions bipolaires de même spectre que le code NRZ transmettant des zéros et des uns en alternance, c'est-à-dire sans composante constante et avec une harmonique fondamentale de N/2 Hz (où N est le débit binaire des données). De longues séquences de zéros sont également dangereuses pour le code AMI, ainsi que pour le code NRZ - le signal dégénère en un potentiel constant d'amplitude nulle. En général, pour différentes combinaisons de bits sur la ligne, l'utilisation du code AMI conduit à un spectre de signal plus étroit que pour le code NRZ, et donc à un débit de ligne plus élevé. Par exemple, lors de la transmission de uns et de zéros en alternance, l'harmonique fondamentale f 0 a une fréquence de N/4 Hz. Le code AMI fournit également certaines fonctionnalités pour reconnaître les signaux erronés. Ainsi, une violation de la stricte alternance de la polarité des signaux indique une fausse impulsion ou la disparition d'une impulsion correcte de la ligne. Un signal avec une polarité incorrecte est appelé signal interdit (violation du signal).Étant donné que le code AMI n'utilise pas deux, mais trois niveaux de signal par ligne, le niveau supplémentaire nécessite une augmentation de la puissance de l'émetteur pour fournir la même fidélité de bit sur la ligne, ce qui est un inconvénient général des codes avec plusieurs états de signal par rapport aux codes qui ne distinguer deux états.
Plus méthodes simples impulsif les encodages sont code d'impulsion unipolaire, dans lequel un est représenté par la quantité de mouvement et zéro est représenté par son absence ( riz. 7.1v), et code d'impulsion bipolaire, dans lequel l'unité est représentée par une impulsion d'une polarité, et zéro est l'autre ( riz. 7.1g). Chaque impulsion dure un demi-cycle. Le code d'impulsion bipolaire a de bonnes propriétés d'auto-synchronisation, mais une composante d'impulsion continue peut être présente, par exemple, lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros. De plus, son spectre est plus large que celui des codes potentiels. Ainsi, lors de la transmission de zéros ou de uns, la fréquence de l'harmonique fondamentale du code sera égale à N Hz, qui est deux fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code NRZ et quatre fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code AMI lors de la transmission de uns et de zéros en alternance. En raison du spectre trop large, le code d'impulsion bipolaire est rarement utilisé.
Dans les réseaux locaux, jusqu'à récemment, la méthode de codage la plus courante était la méthode dite " Code de Manchester"(riz. 7.1d). Dans le code de Manchester, une chute de potentiel, c'est-à-dire le front de l'impulsion, est utilisée pour coder les uns et les zéros. Dans le codage Manchester, chaque horloge est divisée en deux parties. L'information est codée par des baisses potentielles qui se produisent au milieu de chaque cycle. Une unité est codée par une transition de bas en haut et un zéro est codé par une transition inverse. Au début de chaque cycle, un front de signal de service peut se produire si vous devez représenter plusieurs uns ou zéros à la suite. Etant donné que le signal change au moins une fois par cycle de transmission d'un bit de données, le code Manchester a de bonnes propriétés d'auto-synchronisation. La bande passante du code Manchester est plus étroite que celle de l'impulsion bipolaire. Il n'a pas non plus de composante constante, et l'harmonique fondamentale dans le pire des cas (lors de la transmission d'une séquence de uns ou de zéros) a une fréquence de N Hz, et dans le meilleur des cas (lors de la transmission de uns et de zéros alternés), elle est égale à N / 2 Hz, comme dans les codes AMI ou NRZ. En moyenne, la bande passante du code Manchester est une fois et demie plus étroite que celle du code impulsionnel bipolaire, et l'harmonique fondamentale oscille autour de 3N/4. Un autre avantage du code Manchester est qu'il n'a que deux niveaux de signal, alors que le code d'impulsion bipolaire en a trois.
Il existe également des codes potentiels avec un grand nombre de niveaux de signal pour le codage des données. Montré à titre d'exemple ( figure 7.1e) code potentiel 2B1Q avec quatre niveaux de signal pour le codage des données. Dans ce code, tous les deux bits sont transmis en un cycle par un signal qui a quatre états. Une paire de bits « 00 » correspond à un potentiel de -2,5 V, une paire de bits « 01 » - un potentiel de -0,833 V, une paire de bits « 11 » - un potentiel de +0,833 V, et une paire de bits "10" - un potentiel de +2,5 V. Cette méthode de codage nécessite des mesures supplémentaires pour traiter de longues séquences de paires de bits identiques, car le signal se transforme alors en une composante constante. Avec l'entrelacement aléatoire des bits, le spectre du signal est deux fois plus étroit que celui du code NRZ (à même débit, le temps de cycle est doublé). Ainsi, en utilisant le code 2B1Q présenté, il est possible de transférer des données sur la même ligne deux fois plus vite qu'en utilisant le code AMI. Cependant, pour sa mise en oeuvre, la puissance de l'émetteur doit être plus élevée pour que les quatre niveaux soient bien distingués par le récepteur sur fond de brouillage.
Pour améliorer les codes potentiels comme AMI et 2B1Q, codage logique. Le codage logique est conçu pour remplacer de longues séquences de bits, conduisant à un potentiel constant, entrecoupé de uns. Deux méthodes sont caractéristiques du codage logique - codes redondants et brouillage.
Codes redondants sont basés sur le fractionnement de la séquence originale de bits en portions, souvent appelées caractères. Ensuite, chaque caractère original est remplacé par un nouveau qui a plus de bits que l'original. Par exemple, un code logique 4B/5B remplace les caractères 4 bits d'origine par des caractères 5 bits. Étant donné que les symboles résultants contiennent des bits redondants, le nombre total de combinaisons de bits qu'ils contiennent est supérieur à celui d'origine. Ainsi, dans le code 4B / 5B, les symboles résultants peuvent contenir des combinaisons de 32 bits, tandis que les symboles d'origine - seulement 16. Par conséquent, dans le code résultant, vous pouvez sélectionner 16 combinaisons de ce type qui ne contiennent pas un grand nombre de zéros, et compter le reste codes interdits (infraction au code). En plus de supprimer le courant continu et de rendre le code auto-synchronisant, les codes redondants permettent au récepteur de reconnaître les bits corrompus. Si le récepteur reçoit un code interdit, cela signifie que le signal a été déformé sur la ligne. Le code 4V/5V est transmis sur la ligne en utilisant un codage physique utilisant l'une des méthodes de codage potentielles qui n'est sensible qu'aux longues séquences de zéros. Les symboles de code 4V/5V, longs de 5 bits, garantissent que pas plus de trois zéros consécutifs ne peuvent apparaître sur la ligne pour n'importe quelle combinaison d'entre eux. La lettre B dans le nom de code signifie que le signal élémentaire a 2 états (du binaire anglais - binaire). Il existe également des codes à trois états de signal, par exemple, dans le code 8B/6T, pour coder 8 bits d'information initiale, on utilise un code de 6 signaux dont chacun a trois états. La redondance du code 8B/6T est supérieure à celle du code 4B/5B, puisqu'il y a 729 (3 puissance 6) symboles résultants pour 256 codes sources. L'utilisation de la table de recherche est une opération très simple, donc cette approche ne complique pas adaptateurs réseau et les blocs d'interface des commutateurs et des routeurs (voir articles 9,11).
Pour fournir une capacité de ligne donnée, un émetteur utilisant un code redondant doit fonctionner à une fréquence d'horloge accrue. Ainsi, pour transmettre des codes 4V / 5V à un débit de 100 Mbps, l'émetteur doit fonctionner à une fréquence d'horloge de 125 MHz. Dans ce cas, le spectre du signal sur la ligne est élargi par rapport au cas où un code pur et non redondant est transmis sur la ligne. Néanmoins, le spectre du code potentiel redondant s'avère plus étroit que le spectre du code Manchester, ce qui justifie l'étape supplémentaire de codage logique, ainsi que le fonctionnement du récepteur et de l'émetteur à une fréquence d'horloge accrue.
Un autre mode de codage logique est basé sur le "mélange" préalable des informations initiales de manière à ce que les probabilités d'apparition des uns et des zéros sur la ligne deviennent proches. Les appareils ou blocs qui effectuent cette opération sont appelés brouilleurs(bousculade - vidage, assemblage désordonné). À brouillage un algorithme bien connu est utilisé, de sorte que le récepteur, ayant reçu des données binaires, les transmet à désembrouilleur, qui restaure la séquence de bits d'origine. Les bits en excès ne sont pas transmis sur la ligne. Une redondance potentielle améliorée et des codes brouillés sont utilisés dans le haut débit moderne. technologies de réseau au lieu de "Manchester" et de codage d'impulsion bipolaire.
7.6. Technologies de multiplexage des lignes de communication
Pour multiplexage(« compactage ») des lignes de communication, plusieurs technologies sont utilisées. Technologie la fréquencemultiplexage(Multiplexage par répartition en fréquence - FDM) a été développé à l'origine pour les réseaux téléphoniques, mais est également utilisé pour d'autres types de réseaux, tels que les réseaux télévision par câble. Cette technologie suppose le transfert des signaux de chaque canal d'abonné vers sa propre gamme de fréquences et la transmission simultanée des signaux de plusieurs canaux d'abonné dans une ligne de communication à large bande. Par exemple, les entrées d'un commutateur FDM reçoivent les signaux initiaux des abonnés au réseau téléphonique. Le commutateur effectue une translation de fréquence de chaque canal dans sa propre bande de fréquence. Typiquement, la gamme haute fréquence est divisée en bandes qui sont allouées pour la transmission de données à partir des canaux d'abonnés. Dans la ligne de communication entre deux commutateurs FDM, les signaux de tous les canaux d'abonnés sont transmis simultanément, mais chacun d'eux occupe sa propre bande de fréquences. Le commutateur FDM de sortie sépare les signaux modulés de chaque fréquence porteuse et les transmet au canal de sortie correspondant auquel le téléphone d'abonné est directement connecté. Les commutateurs FDM peuvent effectuer des commutations dynamiques et permanentes. Dans la commutation dynamique, un abonné initie une connexion avec un autre abonné en envoyant le numéro de l'abonné appelé au réseau. Le commutateur alloue dynamiquement une des bandes libres à cet abonné. Avec une commutation constante, la bande est attribuée à l'abonné pendant une longue période. Le principe de commutation basé sur la division de fréquence reste inchangé dans les réseaux d'un type différent, seules les limites des bandes attribuées à un canal d'abonné distinct, ainsi que leur nombre, changent.
Technologie de multiplexagepartage de temps(Multiplexage temporel - GDT) ou temporaire multiplexage repose sur l'utilisation d'équipements TDM (multiplexeurs, commutateurs, démultiplexeurs) fonctionnant en temps partagé, desservant tour à tour tous les canaux d'abonnés au cours d'un cycle. Chaque connexion se voit attribuer une tranche de temps du cycle de fonctionnement du matériel, également appelée créneau horaire. La durée du créneau horaire dépend du nombre de canaux d'abonnés desservis par l'équipement. Les réseaux TDM peuvent prendre en charge soit dynamique, ou constant commutation, et parfois ces deux modes.
Réseaux avec commutation dynamique nécessitent une procédure préalable d'établissement d'une connexion entre abonnés. Pour ce faire, l'adresse de l'abonné appelé est transmise au réseau, qui passe par les commutateurs et les configure pour la transmission ultérieure des données. La demande de connexion est acheminée d'un commutateur à un autre et parvient finalement à l'appelé. Le réseau peut refuser d'établir une connexion si la capacité du canal de sortie requis est déjà épuisée. Pour un commutateur FDM, la capacité de sortie est égale au nombre de bandes de fréquences, et pour un commutateur TDM, elle est égale au nombre de créneaux temporels dans lesquels le cycle de fonctionnement du canal est divisé. Le réseau refuse également la connexion si l'abonné demandé a déjà établi une connexion avec quelqu'un d'autre. Dans le premier cas, ils disent que le commutateur est occupé et dans le second - l'abonné. La possibilité d'échec de connexion est un inconvénient de la méthode de commutation de circuit. Si une connexion peut être établie, une bande passante fixe lui est attribuée dans les réseaux FDM ou une bande passante fixe dans les réseaux TDM. Ces valeurs restent inchangées tout au long de la période de connexion. Un débit réseau garanti après l'établissement d'une connexion est une caractéristique importante requise pour des applications telles que la transmission vocale et vidéo ou le contrôle d'objets en temps réel.
S'il n'y a qu'un seul canal de communication physique, par exemple lors d'échanges de données à l'aide de modems sur le réseau téléphonique, le fonctionnement en duplex est organisé sur la base d'une division du canal en deux sous-canaux logiques utilisant les technologies FDM ou TDM. Lors de l'utilisation de la technologie FDM, les modems pour organiser le fonctionnement en duplex sur une ligne à deux fils fonctionnent à quatre fréquences (deux fréquences - pour coder les uns et les zéros lors de la transmission de données dans un sens, et les deux autres fréquences - pour le codage lors de la transmission dans le sens opposé ). Dans la technologie TDM, certains intervalles de temps sont utilisés pour transférer des données dans un sens, et certains sont utilisés pour transférer des données dans l'autre sens. Habituellement, des créneaux horaires de sens opposés alternent.
Dans les câbles à fibres optiques pour l'organisation du fonctionnement en duplex lors de l'utilisation d'une seule fibre optique, la transmission de données dans une direction est effectuée à l'aide d'un faisceau lumineux d'une longueur d'onde et dans la direction opposée - une longueur d'onde différente. Cette technologie est essentiellement liée à la méthode FDM, mais pour les câbles à fibres optiques, elle est appelée technologies de multiplexage en longueur d'onde(Multiplexage par répartition d'onde - WDM) ou vague multiplexage.
Technologievague densemultiplexage (spectral)(Multiplexage Dense Wave Division - DWDM) est conçu pour créer une nouvelle génération de dorsales optiques fonctionnant à des vitesses multi-gigabit et térabit. Un tel saut qualitatif dans les performances est fourni du fait que les informations dans une fibre optique sont transmises simultanément par un grand nombre d'ondes lumineuses. Les réseaux DWDM fonctionnent sur le principe de la commutation de circuits, chaque onde lumineuse représentant un canal spectral distinct et transportant ses propres informations. L'un des principaux avantages Technologies DWDM est une augmentation significative du facteur d'utilisation du potentiel fréquentiel de la fibre optique dont la bande passante théorique est de 25 000 GHz.
Sommaire
Dans les systèmes de télécommunication modernes, les informations sont transmises par ondes électromagnétiques - signaux électriques, lumineux ou radio.
Les lignes de communication, selon le type de support physique de transmission d'informations, peuvent être câblées (câblées) ou sans fil. Comme lignes de communication, on utilise des câbles téléphoniques à base de conducteurs parallèles non torsadés, des câbles coaxiaux, des câbles à base de paires torsadées de conducteurs (non blindés et blindés), des câbles à fibres optiques. Les plus performants aujourd'hui et prometteurs dans un avenir proche sont les câbles à base de paires torsadées de conducteurs et les câbles à fibres optiques. Les lignes de communication sans fil sont le plus souvent mises en œuvre en transmettant des signaux radio dans diverses bandes d'ondes radio. technologie infrarouge transmission sans fil les données utilisent la partie du spectre électromagnétique entre la lumière visible et les micro-ondes les plus courtes. Le plus rapide et le plus insensible au bruit est technologie laser connexion sans fil.
Les principales caractéristiques des lignes de communication sont la réponse en fréquence, la bande passante et l'atténuation à une certaine fréquence.
Le débit d'une ligne de communication caractérise le débit de transfert de données maximal possible sur celle-ci. L'immunité au bruit d'une ligne de communication détermine sa capacité à réduire le niveau d'interférences générées dans l'environnement extérieur sur les conducteurs internes. La fiabilité de la transmission des données caractérise la probabilité de distorsion pour chaque bit de données transmis.
La représentation d'informations discrètes sous une forme ou une autre des signaux appliqués à la ligne de communication est appelée codage physique. Le codage logique consiste à remplacer les bits des informations d'origine par une nouvelle séquence de bits qui transporte les mêmes informations mais possède des propriétés supplémentaires.
Pour transmettre des données discrètes sur des lignes de communication avec une bande de fréquence étroite, une modulation analogique est utilisée, dans laquelle les informations sont codées en modifiant l'amplitude, la fréquence ou la phase d'un signal de fréquence porteuse sinusoïdal. Lors du codage numérique d'informations discrètes, des codes de potentiel et d'impulsion sont utilisés. Pour le multiplexage des lignes de communication, des technologies de multiplexage fréquentiel, temporel et ondulatoire sont utilisées.
question test et tâches
1. Donner la classification des lignes de communication.
2. Décrire les lignes de communication par câble les plus courantes.
3. Présenter les principales lignes de communication sans fil et donner leurs caractéristiques comparatives.
4. En raison de quels facteurs physiques les canaux de communication déforment-ils les signaux transmis ?
5. Quelle est la caractéristique amplitude-fréquence d'un canal de communication ?
6. Dans quelles unités la bande passante du canal de communication est-elle mesurée ?
7. Décrivez le concept de "l'immunité au bruit de la ligne de communication".
8. Qu'est-ce qui détermine la caractéristique "fiabilité de transmission des données" et dans quelles unités est-elle mesurée ?
9. Qu'est-ce que la "modulation analogique" et quels types de modulation sont utilisés pour transmettre des données discrètes ?
10. Quel appareil remplit les fonctions de modulation de la sinusoïde porteuse du côté émission et de démodulation du côté réception ?
11. Indiquez la différence entre le codage potentiel et impulsionnel des signaux numériques.
12. Qu'est-ce qu'un code auto-synchronisant ?
13. Quel est le but du codage logique des signaux numériques et quelles méthodes sont utilisées ?
14. Décrire la technologie de multiplexage de fréquence des lignes de communication.
15. Quelles sont les caractéristiques de la technologie de multiplexage temporel ?
16. Quelle technologie de multiplexage est utilisée dans les câbles à fibres optiques pour organiser le fonctionnement en duplex lors de l'utilisation d'une seule fibre optique ?
17. Quel est le but de la technologie de multiplexage à ondes denses ?
Lors de la transmission de données discrètes sur des canaux de communication, deux principaux types de codage physique sont utilisés -basé signal porteur sinusoïdal et basé sur une séquence d'impulsions rectangulaires. La première méthode est souvent aussi appelée modulation ou modulation analogique, mettant l'accent sur le fait que le codage s'effectue en changeant les paramètres du signal analogique. La deuxième voie est généralement appelée codage numérique. Ces méthodes se différencient par la largeur du spectre du signal résultant et la complexité des équipements nécessaires à leur mise en oeuvre.
Lors de l'utilisation d'impulsions rectangulaires, le spectre du signal résultant est très large. Ce n'est pas surprenant si l'on se rappelle que le spectre d'une quantité de mouvement idéale a une largeur infinie. L'utilisation d'une sinusoïde donne un spectre beaucoup plus petit au même débit d'information. Cependant, la mise en oeuvre d'une modulation sinusoïdale nécessite un matériel plus complexe et coûteux que la mise en oeuvre d'impulsions rectangulaires.
Actuellement, de plus en plus souvent, des données qui ont initialement une forme analogique - parole, image de télévision - sont transmises sur des canaux de communication sous une forme discrète, c'est-à-dire sous la forme d'une séquence de uns et de zéros. Le processus de représentation des informations analogiques sous forme discrète est appelé modulation discrète. Les termes "modulation" et "codage" sont souvent utilisés de manière interchangeable.
À codage numérique des informations discrètes, des codes de potentiel et d'impulsion sont utilisés. Dans les codes de potentiel, seule la valeur du potentiel du signal est utilisée pour représenter les uns et les zéros logiques, et ses gouttes, qui forment des impulsions complètes, ne sont pas prises en compte. Les codes d'impulsions permettent aux données binaires d'être représentées soit par des impulsions d'une certaine polarité, soit par une partie de l'impulsion - une chute de potentiel d'une certaine direction.
Lorsque l'on utilise des impulsions rectangulaires pour transmettre des informations discrètes, il est nécessaire de choisir une méthode de codage permettant d'atteindre simultanément plusieurs objectifs : à un même débit, avoir la plus petite largeur du spectre du signal résultant ; synchronisation assurée entre l'émetteur et le récepteur ;
Avait la capacité de reconnaître les erreurs; avait un faible coût de mise en œuvre.
Les réseaux utilisent ce qu'on appelle codes auto-synchronisants, dont les signaux portent des indications pour l'émetteur à quel moment il est nécessaire de reconnaître le bit suivant (ou plusieurs bits, si le code est orienté vers plus de deux états de signal). Tout bord net du signal - le soi-disant bord - peut servir de bonne indication pour la synchronisation du récepteur avec l'émetteur. La reconnaissance et la correction des données déformées sont difficiles à mettre en œuvre au moyen de la couche physique, par conséquent, le plus souvent ce travail est effectué par les protocoles qui se trouvent au-dessus : canal, réseau, transport ou application. D'autre part, la reconnaissance des erreurs au niveau de la couche physique permet de gagner du temps, puisque le récepteur n'attend pas que la trame soit complètement placée dans le tampon, mais la rejette immédiatement lors du placement. connaître les erreurs sur les bits dans une trame.
Code potentiel de non-retour à zéro , une méthode de codage potentiel, également appelée codage sans revenir à zéro (Non revenir à Zéro, NRZ). Le nom de famille reflète le fait que lors de la transmission d'une séquence de uns, le signal ne revient pas à zéro pendant le cycle (comme nous le verrons ci-dessous, dans d'autres méthodes de codage, un retour à zéro se produit dans ce cas). La méthode NRZ est facile à mettre en œuvre, a une bonne reconnaissance des erreurs (due à deux potentiels très différents), mais n'a pas la propriété d'auto-synchronisation. Lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros, le signal sur la ligne ne change pas, de sorte que le récepteur est incapable de déterminer à partir du signal d'entrée les moments où il est nécessaire de relire les données. Même avec un générateur d'horloge très précis, le récepteur peut se tromper de moment d'acquisition des données, car les fréquences des deux générateurs ne sont jamais totalement identiques. Par conséquent, à des débits de données élevés et de longues séquences de uns ou de zéros, un petit décalage des fréquences d'horloge peut entraîner une erreur dans tout un cycle et, par conséquent, la lecture d'une valeur de bit incorrecte.
Méthode de codage bipolaire avec inversion alternative. Une des modifications de la méthode NRZ est la méthode codage bipolaire avec inversion alternative (Bipolaire Alterner Marquer renversement, SUIS-JE). Cette méthode utilise trois niveaux de potentiel - négatif, zéro et positif. Pour coder un zéro logique, on utilise un potentiel zéro, et une unité logique est codée soit par un potentiel positif, soit par un potentiel négatif, tandis que le potentiel de chaque nouvelle unité est opposé au potentiel de la précédente. Ainsi, une violation de la stricte alternance de la polarité des signaux indique une fausse impulsion ou la disparition d'une impulsion correcte de la ligne. Un signal avec une polarité incorrecte est appelé signal interdit (signal violation). Dans le code AMI, ce ne sont pas deux, mais trois niveaux de signal par ligne qui sont utilisés. La couche supplémentaire nécessite une augmentation de la puissance de l'émetteur d'environ 3 dB pour fournir la même fidélité de bit sur la ligne, ce qui est un inconvénient général des codes avec plusieurs états de signal par rapport aux codes qui ne distinguent que deux états.
Code potentiel avec inversion à l'unité. Il existe un code similaire à AMI, mais avec seulement deux niveaux de signal. Lorsque zéro est transmis, il transmet le potentiel qui a été défini lors du cycle précédent (c'est-à-dire qu'il ne le change pas), et lorsqu'un est transmis, le potentiel est inversé à l'opposé. Ce code s'appelle code potentiel avec inversion à l'unité (Non revenir à Zéro avec ceux inversé, NRZI). Ce code est utile dans les cas où l'utilisation d'un troisième niveau de signal est hautement indésirable, par exemple, dans les câbles optiques, où deux états de signal sont reconnus de manière fiable - clair et sombre.
Code d'impulsion bipolaire En plus des codes potentiels, les réseaux utilisent également des codes d'impulsion lorsque les données sont représentées par une impulsion complète ou sa partie - un front. Le cas le plus simple de cette approche est code d'impulsion bipolaire, dans lequel l'unité est représentée par une impulsion d'une polarité, et zéro est l'autre . Chaque impulsion dure un demi-cycle. Un tel code a d'excellentes propriétés d'auto-synchronisation, mais une composante continue peut être présente, par exemple, lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros. De plus, son spectre est plus large que celui des codes potentiels. Ainsi, lors de la transmission de zéros ou de uns, la fréquence de l'harmonique fondamentale du code sera égale à NHz, qui est deux fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code NRZ et quatre fois supérieure à l'harmonique fondamentale du code AMI lorsque transmettre des uns et des zéros en alternance. En raison du spectre trop large, le code d'impulsion bipolaire est rarement utilisé.
Code Manchester. Dans les réseaux locaux, jusqu'à récemment, la méthode de codage la plus courante était la méthode dite Code Manchester. Il est utilisé dans les technologies Ethernet et TokenRing. Dans le code de Manchester, une chute de potentiel, c'est-à-dire le front de l'impulsion, est utilisée pour coder les uns et les zéros. Dans le codage Manchester, chaque horloge est divisée en deux parties. L'information est codée par des baisses potentielles qui se produisent au milieu de chaque cycle. Une unité est codée par un niveau de signal bas à haut, et un zéro est codé par un front inverse. Au début de chaque cycle, un front de signal de service peut se produire si vous devez représenter plusieurs uns ou zéros à la suite. Etant donné que le signal change au moins une fois par cycle de transmission d'un bit de données, le code Manchester a de bonnes propriétés d'auto-synchronisation. La bande passante du code Manchester est plus étroite que celle de l'impulsion bipolaire. En moyenne, la bande passante du code Manchester est une fois et demie plus étroite que celle du code impulsionnel bipolaire, et l'harmonique fondamentale oscille autour de 3N/4. Le code Manchester a un autre avantage par rapport au code d'impulsion bipolaire. Ce dernier utilise trois niveaux de signal pour la transmission de données, tandis que Manchester en utilise deux.
Code potentiel 2B 1Q. Code potentiel avec quatre niveaux de signal pour le codage des données. C'est le code 2 EN 1Q, dont le nom reflète son essence - tous les deux bits (2B) sont transmis en un cycle par un signal à quatre états (1Q). Le bit 00 correspond à -2,5 V, le bit 01 à -0,833 V, le 11 à +0,833 V et le 10 à +2,5 V. Avec ce procédé de codage, des mesures supplémentaires sont nécessaires pour traiter de longues séquences de paires de bits identiques, puisque le signal est alors converti en une composante constante. Avec l'entrelacement binaire aléatoire, le spectre du signal est deux fois plus étroit que celui du code NRZ, puisqu'à même débit la durée d'horloge est doublée. Ainsi, en utilisant le code 2B 1Q, vous pouvez transférer des données deux fois plus vite sur la même ligne qu'en utilisant le code AMI ou NRZI. Cependant, pour sa mise en oeuvre, la puissance de l'émetteur doit être plus élevée pour que les quatre niveaux soient bien distingués par le récepteur sur fond de brouillage.
Codage logique Le codage logique est utilisé pour améliorer les codes potentiels comme AMI, NRZI ou 2Q.1B. Le codage logique devrait remplacer les longues séquences de bits conduisant à un potentiel constant par des séquences entrecoupées. Comme indiqué ci-dessus, deux méthodes sont caractéristiques du codage logique -. codes redondants et brouillage.
Codes redondants sont basés sur le fractionnement de la séquence originale de bits en portions, souvent appelées caractères. Ensuite, chaque caractère original est remplacé par un nouveau qui a plus de bits que l'original.
Pour fournir une capacité de ligne donnée, un émetteur utilisant un code redondant doit fonctionner à une fréquence d'horloge accrue. Ainsi, pour transmettre des codes 4V/5V à un débit de 100 Mb/s, l'émetteur doit fonctionner à une fréquence d'horloge de 125 MHz. Dans ce cas, le spectre du signal sur la ligne est élargi par rapport au cas où un code pur et non redondant est transmis sur la ligne. Néanmoins, le spectre du code potentiel redondant s'avère plus étroit que le spectre du code Manchester, ce qui justifie l'étape supplémentaire de codage logique, ainsi que le fonctionnement du récepteur et de l'émetteur à une fréquence d'horloge accrue.
Brouillage. Mélanger les données avec un brouilleur avant de les mettre en ligne avec un code candide est une autre façon de coder logiquement. Les méthodes d'embrouillage consistent à calculer bit à bit le code résultant à partir des bits du code source et des bits du code résultant reçus dans les cycles précédents. Par exemple, un brouilleur peut implémenter la relation suivante :
Transmission asynchrone et synchrone
Lorsque des données sont échangées au niveau de la couche physique, l'unité d'information est un bit, de sorte que les moyens de la couche physique maintiennent toujours une synchronisation bit par bit entre le récepteur et l'émetteur. Il suffit généralement d'assurer la synchronisation à ces deux niveaux - bit et trame - pour que l'émetteur et le récepteur puissent assurer un échange stable d'informations. Cependant, lorsque mauvaise qualité les lignes de communication (généralement cela s'applique aux canaux téléphoniques commutés) pour réduire le coût de l'équipement et améliorer la fiabilité de la transmission des données introduisent des moyens supplémentaires de synchronisation au niveau de l'octet.
Ce mode de fonctionnement est appelé asynchrone ou commencer arrêter. En mode asynchrone, chaque octet de données est accompagné de signaux spéciaux de démarrage et d'arrêt. Le but de ces signaux est, premièrement, de notifier au récepteur l'arrivée de données et, deuxièmement, de donner au récepteur suffisamment de temps pour exécuter certaines fonctions liées à la synchronisation avant que l'octet suivant n'arrive. Le signal de démarrage a une durée d'un intervalle d'horloge, et le signal d'arrêt peut durer une, une et demie ou deux horloges, donc on dit qu'un, un et demi ou deux bits sont utilisés comme signal d'arrêt, bien que ces signaux ne représentent pas des bits d'utilisateur.
En mode de transfert synchrone, il n'y a pas de bits start-stop entre chaque paire d'octets. conclusions
Lors de la transmission de données discrètes sur un canal de fréquence vocale à bande étroite utilisé en téléphonie, les méthodes de modulation analogiques sont les plus appropriées, dans lesquelles la sinusoïde de porteuse est modulée par la séquence originale de chiffres binaires. Cette opération est effectuée par des dispositifs spéciaux - les modems.
Pour la transmission de données à faible vitesse, un changement de la fréquence de la sinusoïde porteuse est utilisé. Les modems à vitesse plus élevée fonctionnent sur des méthodes combinées de modulation d'amplitude en quadrature (QAM), qui sont caractérisées par 4 niveaux d'amplitude sinusoïdale de porteuse et 8 niveaux de phase. Toutes les 32 combinaisons possibles de la méthode QAM ne sont pas utilisées pour la transmission de données, les combinaisons interdites permettent de reconnaître les données déformées au niveau physique.
Sur les canaux de communication à large bande, des méthodes de codage de potentiel et d'impulsion sont utilisées, dans lesquelles les données sont représentées par différents niveaux d'un potentiel de signal constant ou d'une polarité d'impulsion ou le sien de face.
Lors de l'utilisation de codes potentiels, la tâche de synchronisation du récepteur avec l'émetteur est d'une importance particulière, car lors de la transmission de longues séquences de zéros ou de uns, le signal à l'entrée du récepteur ne change pas et il est difficile pour le récepteur de déterminer le moment de capter le bit de données suivant.
Le code potentiel le plus simple est le code de non-retour à zéro (NRZ), mais il n'est pas auto-synchronisé et crée une composante continue.
Le code d'impulsion le plus populaire est le code Manchester, dans lequel les informations sont transportées par la direction du front du signal au milieu de chaque cycle. Le code Manchester est utilisé dans les technologies Ethernet et TokenRing.
Pour améliorer les propriétés d'un code NRZ potentiel, des méthodes de codage logique sont utilisées qui excluent les longues séquences de zéros. Ces méthodes reposent sur :
Sur l'introduction de bits redondants dans les données d'origine (codes de type 4V/5V) ;
Brouillage des données d'origine (codes comme 2B 1Q).
Les codes potentiels améliorés ont un spectre plus étroit que les codes à impulsions, ils sont donc utilisés dans les technologies à haut débit telles que FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet.
