Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 41
Текст из файла (страница 41)
К сожалению, последовательности прямоугольных импульсов, соответствующие цифровому сигналу, имеют широкий спектр частот, следовательно, подвергаются значительному затуханию и искажению. Эти эффекты делают невозможной передачу в исходном диапазоне (при постоянном токе). Исключение может составлять только передача на малое расстояние при невысокой скорости. Для решения этой проблемы вместо постоянного тока для передачи данных, особенно по телефонным линиям, применяется переменный ток. Непрерывный сигнал на частоте от 1000 до 2000 Гц называется синусоидальной несущей частотой. Амплитуда, частота и фаза несущей могут изменяться (модулироваться) для передачи информации. При амплитудной модуляции используются две различные амплитуды сигнала, соответствующие значениям нуля и единицы. При частотной модуляции, называемой также частотной манипуляцией (термин «манипуляция» широко используется в качестве синонима «модуляции»), для передачи цифрового сигнала используется несколько различных частот.
При простейшей фазовой модуляции применяется сдвиг фазы несущей частоты на 100' через определенные интервалы времени. Улучшенным вариантом фазовой модуляции является сдвиг фазы на постоянный угол, например, на 45, 135, 225 или 315' для передачи 2 бит информации за один временной интервал. Можно также изменять фазу по окончании интервалов, что позволяет приемнику более четко распознать их границы. На рис. 2.20 показаны три формы модуляции.
Рисунок 2.20, б дает представление о том, как выглядит исходный сигнал при амплитудной модуляции. Амплитуда его либо ненулевая, либо равна нулю. На рис. 2.20, в показано, что тот же исходный сигнал кодируется двумя разными частотами. Наконец, из рис. 2.20, г видно, что два состояния кодируются наличием либо отсутствием фазового сдвига на границе каждого бита. Устройство, принимающее последовательный поток битов и преобразующее его в выходной сигнал, модулируемый одним или несколькими из приведенных способов, а также выполняющий обратное преобразование, называется модемом (сокращение от «модулятор-демодулятор»), Модем устанавливается между (цифровым) компьютером и (аналоговой) телефонной линией.
Добиться увеличения скорости простым увеличением частоты дискретизации невозможно. Теорема Найквиста утверждает, что даже при наличии идеального канала с частотой 3000 Гц (каковым телефонная линия не является) невозможно передавать отсчеты сигнала чаще, чем с частотой 6000 Гц. На практике большинство модемов делают 2400 отсчетов в секунду и стремятся не к повышению этого значения, а к повышению числа бит на отсчет. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 169 Число отсчетов (сэмплов) в секунду измеряется в бодах.
За каждый бод передается один символ. Таким образом, линия, работающая со скоростью п бод, передает л символов в секунду. Например, линия со скоростью 2400 бод отправляет 1 символ за 416,667 мкс. Если символ состоит из двух состояний линни (к примеру, 0 В означает логический ноль, 1 В означает логическую единицу), то битовая скоросп составляет 2400 бит/с. Если же используются четыре уровня напряжений (например, О, 1, 2, 3), тогда каждый символ будет состоять уже из двух бит, поэтому та же самая линия на 2400 бод сможет передавать все те же 2400 символов в секунду, но уже с битовой скоростью 4800 бит/с.
Аналогично, можно задать четыре степени фазового сдвига вместо двух, тогда и модулированный сигнал будет кодировать один символ двумя битами, а битовая скорость, опять же, будет в два раза выше. Такой метод применяется очень широко и называется квадратурной фаэовой манипуляцией, ЯРОК ((4ца((гатцге РЬазе Яг)(С Кеу1пя). О 1 О 1 1 О О 1 О О 1 О О б гт(ит(яя (утт '~ //~ Изменения фазы )зио.
2. 20. двоичный сигнал (а); амплитудная модуляция (б); частотная модуляция (в); фвзоввя модуляция (г) Понятия полосы пропускания, бода, символа и битовой скорости часто путают, поэтому сейчас необходимо поставить все на свои места н четко определить. 160 Глава 2. Физический уровень 90 90 90 180 0 180 0 180 270 а 270 в 270 б Рис.
2.21. ОРЗК (в); ОАМ-18 (б); ОАМ-84 (в) Диаграммы, показывающие допустимые комбинации амплитуд и фаз (как на рис. 2.21), называются амплитудно-фазовыми диаграммами (диаграммами со- Полосой лроьусканил среды называется диапазон частот, которые могут передаваться в этой среде с минимальным затуханием. Это физическое свойство материала.
Полоса варьируется обычно от 0 до какого-то максимального значения и измеряется в герцах (Гц). Скорость двоичной лередачи, Баии гаге (в бодах) — это число отсчетов, совершаемых за одну секунду. Каждый отсчет передает единицу информации, то есть символ.
Таким образом, скорость двоичной передачи равна скорости передачи символов. Метод модуляции (например, ЯРБК) определяет число бит, из которых состоит один символ. Битовой скоростью называется объем информации, передаваемый по каналу за секунду. Битовая скорость равна произведению числа символов в секунду и числа бит на символ (символ/с х бит/символ).
Все хорошие модемы используют комбинированные методы модуляции сигналов для передачи максимального количества бит в одном боде. Зачастую, например, комбинируются амплитудная и фазовая модуляции. На рис. 2.21, а изображены точки, расположенные под углами 45, 135, 225 и 315', с постоянным уровнем амплитуды (это видно по расстоянию до них от начала координат). Фаза этих точек равна углу, который линия, проведенная через точку и начало координат, составляет с положительным направлением горизонтальной оси. На рис.
2.21, а видно, что возможны четыре положения фазового сдвига, значит, можно передавать 2 бита на символ. Это метод ЯРБК. На рис. 2.21, 6 изображен другой комбинированный метод модуляции, использующий 16 комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов. С его помощью можно передавать уже 4 бита на символ. Такая схема называется квадратурной амплитудной модуляцией, или СгАМ-16 Япадгагпге Ашр!йпс1е Модп1айоп). Она может, например, использоваться для передачи 9600 бит/с по линии с пропускной способностью 2400 бод. На рис. 2.21, в изображен еще один метод, комбинирующий амплитудную и фазовую модуляции. С помощью 64 комбинаций можно в один символ поместить 6 бит.
Метод называется ЯАМ-64). Существуют схемы ЯАМ и более высоких порядков. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 161 звездий). У каждого стандарта высокоскоростных модемов есть своя диаграмма. Такой модем может общаться только с теми модемами, которые используют ту же диаграмму (хотя более быстрые модемы обычно могут эмулировать диаграммы всех более медленных модемов). Чем больше точек находится на амплитудно-фазовой диаграмме, тем больше вероятность того, что даже слабый шум при детектировании амплитуды или фазы приведет к ошибке и порче битов. Для уменьшения этой вероятности были разработаны стандарты, подразумевающие включение в состав каждого отсчета нескольких дополнительных битов коррекции.
Такие схемы называются решетчатым кодированием, или ТСМ (Тге!1(з-Сот(е(1 Мо((п1аг(оп). Так, например, стандарт Ч.32 имеет 32 точки на диаграмме для передачи 4 бит/символ и 1 контрольный бит на линии 2400 бод, что позволяет достигнуть скорости 9600 бит/с с коррекцией ошибок.
Амплитудно-фазовая диаграмма для У.З2 показана на рис. 2.22, а. Идея «повернуть> диаграмму на 45' была вызвана некоторыми техническими соображениями; понятно, что информационная емкость «повернутых» и «не повернутых» диаграмм одна и та же. Следующим шагом после скорости 9600 бит/с стала скорость 14 400 бит/с. Новый стандарт был назван Ч.З2 Ь(з. Такая скорость достигается передачей 6 бит двнных и 1 контрольного бита на отсчет при частоте дискретизации 2400 бод. Амплитудно-фазовая диаграмма (рис. 2.22, б) состоит из 128 точек при использовании (2АМ-128.
Эта скорость используется факс-модемами для передачи страниц, отсканированных в виде растровых изображений. ЯАМ-256 не используется в обычных модемах для телефонных линий, зато применяется в кабельных сетях, как мы увидим далее. 90 90 (Во 270 270 а б Рис. 2 22. Н 3 2 для 9600 бит/с (а); Н 32 для ! 4 400 бит/с (б] Следующим телефонным стандартом после стандарта У.32 Ь(з является У.34 со скоростью 28 800 бит/с при частоте дискретизации 2400 бод и 12 битах данных на символ. Последние модемы этой серии были сделаны в соответствии со стандартом Ч.З4 Ь19 и использовали 14 бит/символ при 2400 бод, за счет чего была достигнута скорость ЗЗ 600 бит/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
