Материал: Лекции
Волоконно-оптическая линии передачи данных
Электрический сигнал от источника преобразуется в световой и передается по волоконно-оптическому кабелю.
На приемном конце световой сигнал после преобразования в электрический выводится в приемник.
Электрический сигнал модулирует интенсивность света => световой сигнал несет ту же информацию, что и электрический. Для подключения оптоволоконного кабеля к оборудованию – разъемы.
Оптические коннекторы
ST – наиболее широко используемый для многомодовых сетей;
SC – многомодовый разъем с защелкой;
FC – популярный одномодовый разъем;
LC – одномодовый разъем;
MT – 12-ти волоконный коннектор для ленточных кабелей;
FDDI – дуплексный, два оптических волокна для двусторонней связи.
Беспроводная передача
Радиоволны: радиосвязь, телевидение, навигация;
Сверхвысокочастотное излучение: Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, LTE;
Излучение инфракрасного спектра: IrDA.
Пути распространения РЧ- и СВЧ-сигнала
Приземная (поверхностная) волна – волны следуют за кривизной Земли (до 2 МГц; #AM);
Ионосферная (пространственная) волна – отражаются от ионосферы (30…85 МГц, могут меняться со временем суток и погодными условиями);
В пределах прямой видимости (Line-of-sight, LOS) – в серии ретрансляторов каждая башня в пределах прямой видимости от предыдущей башни (до 100 км – от горизонта до горизонта, для спутников – весь мир).
Способы и режимы передачи данных
Канал связи – путь, по которому передаются данные.
Способы передачи данных:
Последовательный, параллельный;
Синхронный, асинхронный.
Режимы передачи данных (направление):
Симплекс;
Полудуплекс;
Дуплекс.
Последовательная и параллельная передачи
Последовательная передача – по одному биту за раз в потоке => на большие расстояния.
Параллельная передача – несколькими битами одновременно => высокая скорость, но возможно искажение данных.
Параллельно-последовательный преобразователь – сдвиговый регистр: биты загружаются в регистр, затем сдвигаются последовательно с тактовой частотой – скоростью передачи данных (в битах, бит/с, bps).
Асинхронная передача
Пакет: биты данных, бит четности и старт/стоп биты. Несколько пакетов = сообщение.
Отправляющее и принимающее устройства работают с отдельными генераторами, на одинаковой тактовой частоте (синхронизируются с начальным битом).
#логический уровень простоя + 1 стартовый бит + 8 бит данных + 1 бит четности + 1 бит останова.
Синхронная передача
Передатчик и приемник синхронизируются из одного тактового сигнала от передатчика при вводе синхронизирующей последовательности.
Достоинство: скорость;
Недостаток: необходимы отдельные каналы (физические линии) для передачи данных и тактовых импульсов.
RZ (с возвратом к нулю) – 3-хуровневый код, возврат к 0 после передачи значащего интервала;
NRZ (без возвратом к нулю) – сигнал не возвращается к 0 до появления 0 после 1, и не возвращается к 1 до появления 1 после 1.
Манчестерское кодирование
Сигнал синхронизации включается передатчиком в данные => требуется только один канал.
Нарастающий фронт в биимпульсном коде=1, а спадающий фронт=0. Переходы возникают в середине битового времени.
Приемник извлекает встроенный сигнал синхронизации.
Применеие: 10BASE-T, Ethernet (IEEE 802.3), ИК-протоколы, RFID-метки.
Кадры синхронной передачи
Преамбула – предупреждение приемника о начале кадра и синхронизации тактов приемника с тактами передатчика.
Поля адреса – содержат адреса отправителя и получателя.
Контрольное поле – идентифицирует тип отправляемых данных (установка соединения передача файлов, размер данных).
Поле данных – содержит фактическую отправляемую информацию.
Проверка кадра – для проверки ошибок (четность, CRC-циклическая проверка избыточности, контрольная сумма).
Конец кадра – предупреждение о завершении кадра.
Скорость передачи данных
Битрейт = [бит/с].
Битрейт = число битов в сиволе × Бод
Бод – количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду, полная емкость канала со служебными битами => всегда Битрейт ≥ Бод.
Эффективность канала передачи данных – отношение битов данных к общим битам в пакете:
Эффективность = Биты данных/Общее число битов
Режимы передачи данных
Симплекс – данные передаются только в одном направлении от датчика к приемнику.
Полудуплекс – данные передаются в обоих направлениях, но не одновременно в одном и том же канале.
Дуплекс – данные передаются в обоих направлениях одновременно по одному и тому же каналу, ширина полосы канала делится между двумя направлениями.
Модуляция аналоговых сигналов цифровыми данными
Передача данных путем изменения свойств радиочастотного сигнала-носителя (обычно синусоидального) с целью передачи цифровой информации по беспроводной среде.
Классы методов модуляции:
Амплитудная манипуляция (amplitude-shift keying, ASK);
Частотная манипуляция (frequency-shift keying, FSK);
Фазовая манипуляция (phase-shift keying, PSK);
Квадратурная амплитудная модуляция (quadrature amplitude modulation, QAM).
Амплитудная манипуляция
Форма модуляции, при которой цифровой сигнал изменяет амплитуду синусоидальной волны более высокой (несущей) частоты => включается и выключается сигналом данных, ключ включения-выключения (on-off keying, OOK).
Чувствителен к шумовым помехам, не используется для беспроводной передачи данных.
В волоконной оптике: наличие света=1, отсутствие=0.
Частотная манипуляция
Форма модуляции, при которой цифровой сигнал модулирует частоту синусоидальной (несущей) волны более высокой частоты.
Сигнал несущей с более низкой частотой обычно=0, с более высокой частотой=1.
Квадратурная амплитудная модуляция
Комбинация амплитудной и фазовой манипуляции для передачи информации.
Квадратура – разность фаз на 90°.
Каждая комбинация фазы и амплитуды называется состоянием модуляции или символом и представляет собой комбинацию двух или более битов.
Телекоммуникации, цифровое кабельное телевидение.
M-QAM
8-QAM – 2 разные амплитуды с квадратурной разностью фаз между парой + 4 квадратуры по 90° (360°) => 8 комбинаций амплитуд/фаз или состояний модуляции (М=8), 3-хбитовая комбинация.
64-QAM – 16 уровней амплитуды и 4 фазы, 6-битные двоичные группы.
265-QAM – 32 уровней амплитуды и 8 фазы, 8-битные двоичные группы.
Сигнальное созвездие
Сигнальное созвездие – представление всевозможных значений комплексной амплитуды манипулированных радиосигналов на комплексной плоскости.
Зеленая точка – идеальная амплитуда и фаза модулированного сигнала.
Константа амплитуды – расстояние точки от начала координат.
Фаза – в соответствующем квадранте.
8 разных фаз (символов) = 3-битные двоичные комбинации.
Кластер красных точек – значение неидеального сигнала.
Модуляция цифровых сигналов аналоговыми данными
Амплитудная-импульсная модуляция (pulse amplitude modulation, PAM);
Широтно-импульсная модуляция (pulse-width modulation, PWN);
Широтно-импульсная модуляция (pulse-position modulation, PPM);
Импульсно-кодовая модуляция (pulse code modulation, PCM).
Амплитудно-импульсная модуляция
Амплитуды импульсов варьируются в соответствии с модулирующим аналоговым сигналом => импульс = значение аналогового сигнала.
Самый простой, но наименее используемый тип импульсной модуляции, используется в стандарте связи Ethernet (IEEE 802.3).
Широтно-импульсная модуляция
Длительность импульсов и коэффициент заполнения варьируются в зависимости от модулирующего аналогового сигнала => импульс = значение аналогово сигнала.
Приложение управления – тормозные системы, управление скоростью двигателя, системы возобновления энергии.
Пересекающаяся система ШИМ = генератор пилообразных волн и компаратор => пилообразный сигнал пересекает синусоидальный модулирующий сигнал дважды в течение каждого цикла.
ЛЕКЦИЯ 14 – ИНТЕРФЕЙСЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УЗЛОВ МТ К ЭВМ. МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ. ШИНЫ.
Системы цифровых данных
3 основные комбинации передачи данных: цифро-аналоговый, аналого-цифровой и цифро-цифровой
Мультиплексирование
Мультиплексирование – метод, используемый для передачи цифровых данных из нескольких источников по одному каналу связи.
Демультиплексирование процесс разделения данных из одного канала на несколько каналов. Мультиплексирование – на передающей стороне системы передачи данных, а демультиплексирование – на принимающей стороне.
Мультиплексирование с разделением по времени – тип передачи в основной полосе (цифровые или аналоговые сигналы передаются с использованием ширины полосы канала).
Мультиплексирование с разделением по частоте – тип широкополосной передачи (аналоговые сигналы разных частоты передаются одновременно).
Мультиплексирование с разделением по времени
Мультиплексирование с разделением по времени – данные из нескольких источников мультиплексируется по времени t1…t4 в один канал связи (канал передачи данных), а затем поток данных обратно демультиплексируется в несколько строк.