Лекция №3. Техническое обеспечение САПР. Передача дискретных данных, страница 2

Среди витых парразличают экранированные и неэкранированные пары. Экранированные пары сравнительно дороги, их используют реже. Неэкранированные парыподразделяют на несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель — пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях спропускной способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта с названием 10Base-T) была разработана пара категории 3(10Mbit/c), а для сетей Token Ring — пара категории 4.

В высокоскоростных каналах используют более совершенную витую пару категории 5, котораяприменима при частотах до 100 МГц на расстояниях в десятки метров. Кабели категории 6 имеют частоту до 200 МГц, а кабели категории 7 до 600МГци обязательно экранируются.

Стоимость такой кабельной системы получается выше ВОЛС, а характеристики хуже.Оптические линии связи реализуются в виде волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). ВОЛС являются основой высокоскоростнойпередачи данных, особенно на большие расстояния. Конструктивно ВОЛС представляет собой кварцевый сердечник, заключенный в отражающуюоболочку с внешним диаметром 125...200 мкм. Различают одно- и многомодовые ВОЛС.

В одномодовых ВОЛС диаметр сердечника составляет5...10 мкм. Когерентное излучение от лазера распространяется по сердечнику практически без отражений от оболочки, что обусловливает малоезатухание сигнала и возможности связи без ретрансляции на расстояниях до 50 км. Используются длины волн 1300 или 1550 нм.В многомодовых ВОЛС в качестве источников излучения используются светодиоды с длиной волны 850 нм. Многомодовость означает наличиемногих лучей, которые при своем распространении вдоль сердечника многократно отражаются от оболочки, что увеличивает затухание. Номногомодовый оптический кабель значительно дешевле одномодового, так как имеет диаметр сердечника 50...62,5 мкм и, следовательно, его легчеизготовить и проще осуществить соединение с источником излучения.

Предельное расстояние передачи данных без ретрансляции составляет около 5км.Cигнал, соответствующий логической единице, формируется оптическим импульсом, длительность которого равна периоду следования символовT =1/B (где B – скорость передачи). Нулю соответствует отсутствие оптического сигнала или сигнал меньшего уровня (до скорости <2.5Гбит/с ). Вформате с «возвращением к нулю» (RZ три уровня - отсутствие света, «слабый» свет, «сильный» свет) скорости > 2.5 Гбит/с.В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Ваналоговых каналах передачи данных обычно используют частотное разделение (FDM), а для согласования параметров среды и сигналовприменяют модуляцию.

Для цифровых каналов передачи данных характерно временное мультиплексирование, т.е. разделение каналов повремени (TDM), дискретные значения передаваемых данных представляют перепадами (фронтами) или уровнями (импульсами) электрическогонапряжения или тока.Основными характеристиками канала или линии передачи данных являются пропускная способность, затухание сигнала, помехозащищенность,АЧХ, волновое сопротивление.Амплитудно-частотная характеристика показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на еевходе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектрапередаваемых сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации, а значит, скорость передачиинформации на самом деле оказывается меньше, чем можно было предположить. Если основная гармоника сигнала не попадает в полосу пропусканияканала связи, то цифровой сигнал практически невозможно восстановить.Затухание зависит от частоты сигнала и длины линии между связываемыми узлами.входе и выходе линии соответственно.Волновое сопротивление характеризует геометрические и физические параметры линии передачи.гдеи— мощности сигнала наа). Помехоустойчивость линии определяет уровень защиты линии от внешних помех.

б). Перекрестные наводки на ближнем конце NEXT (NearEnd Cross Talk) определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех. Показатель NEXT обычно используется применительно ккабелю, состоящему из нескольких витых пар, так как в этом случае взаимные наводки одной пары на другую могут достигать значительных величин.Чем меньше значение NEXT, тем лучше кабель. в) Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждогопередаваемого бита данных - интенсивность битовых ошибок BER (Bit Error Rate).

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так ипо причине искажений формы сигнала. Величина BER для двухпроводных линий связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет 10-4 ,при наличии самокорректирующихся кодов или повторной передачи искаженных кадров - 10-6, в оптоволоконных линиях связи - 10-9.Пропускная способность определяет возможность передачи информации в канале связи. Связь между полосой пропускания линии иее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:С = F log2 (1 + Рс/Рш),например, для телефонного канала с полосой 3.1 кГц при отношении сигнал/шум 30 дБ максимальная пропускная способность примерно равна 30кбит/с.

Реальная пропускная способность зависит от ее характеристик линии связи, таких как АЧХ, и от спектра передаваемых сигналов.Различают модуляционную (бодовую) и информационную скорости передачи данных. Бодовая скорость (измеряется в бодах), - числоизменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная скорость определяется числом битов информации, переданных в единицувремени.

Бодовая скорость определяется полосой пропускания линииединицу времени.Информационная скорость. Для АМ это указывает число полуволн максимальной частоты всвязана с полосой пропускания канала связи формулой Хартли-Шеннона,где k — число возможных дискретных значений сигнала, которые могут нести информацию.Заметим, что телефонный канал изначально для передачи цифры предназначен не был, а предназначен был для передачи голоса, то есть – звука вполосе частот от 300 до 3400 Гц (на цифровых каналах - до 4000 Гц). Чтобы "засунуть" внутрь цифру - нужно превратить цифру в звук(промодулировать), а на другом конце демодулировать - проанализировав дошедший туда звук понять, что же там хотели сказать.

Ну, раз модуляция поговорим о модуляции:Способ модуляции играет основную роль в достижении максимально возможной скорости передачи информации в ограниченном почастоте канале при заданной вероятности ошибочного приема.Модуляция "дискретно-частотная" (FSK, frequency shift keying), каждый бит передается своей частотой. Поскольку в телефонной розетке всегодва провода, чтобы отличить передачу удаленной стороны от своей собственной используется четыре частоты: две "туда" и две "обратно"(+ полосыразделения).

Скорость модемного протокола v.21 была 300 бит/с или 300 бод.Модуляция "дискретная фазо-разностная" (DPSK, differential phase shift keying), то есть бит кодируется "переворотом" фазы несущей на 180градусов, в остальном все на месте - частотное разделение каналов, один бит за один "элемент модуляции", рабочая скорость 600 бод, максимальная1200.

На этом возможности простых видов модуляции заканчиваются.При "простых" видах модуляции, когда у сигнала просто переворачивается фаза или меняется частота, скорость жестко ограничена только частотнойполосой. Даже если мы на своем конце попытаемся "перевернуть" фазу, скажем, 5000 раз в секунду - на другой конец придет неразличимая "каша",полученная после обрезания полосы сигнала. Практический предел скорости передачи находится где-то в районе 1000 бод из-за обрезания спектра ииз-за необходимости формирования двух каналов (туда-обратно).Однако, если нарезать фазу на четыре положения, 0,90, 180 и 270 градусов и передавать ими по два бита – 00, 01, 10,11 это позволит передаватьданные в два раза быстрее - при бодовой скорости 600 бод иметь 1200 бит/с канальную. Аналогичный результат получится и при использовании 4-хуровней сигнала.

Потенциальный код 2B1Q - название отражает его суть - каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыресостояния (1Q) см. рис.Тот факт, что за "один акт модуляции" (сдвиг фазы/амплитуды/частоты/еще чего) можно передать более одного бита информации, если передаватьих блоками, стимулировал идеи, развитие которых постепенно привело к скоростям вроде 33600 бит/c в рассматриваемом звуковом канале.

Частотаэтих самых "актов модуляции" ограничена частотной полосой канала, а скорость передачи данных зависит и от соотношения сигнал/шум,определяющим, насколько мелко можно нарезать единицу модуляции, не боясь, что разница потонет в шумах.Нарезаем фазу по 45 градусов (на 8 кусочков), амплитуду - на четыре уровня (итого 32 комбинации фазы и амплитуды записываются 5 разряднымбитовым числом=5 бит на бод), и получаем информационную скорость в 3+2=5 раз больше бодовой, 600*5=3000бит/c. Маловато для интернета, нодостаточна для почты, а простота протокола определяет его неприхотливость.Давайте теперь нарежем амплитуду на, ...