Лекции 2010-го года (1130544), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Физический уровень.Раздел 2.1. Теоретические основы передачи данных.2.1.1. Разные формы представления сигнала2.1.2. Сигналы, данные, передача2.1.3. Взаимосвязь пропускной способности канала и его полосы пропускания2.1.4. Сигналы с ограниченной полосой пропусканияРаздел 2.2.
Представление данных на физическом уровне.2.2.1. Цифровые данные – Цифровые сигналы2.2.1.1. Потенциальный NRZ-код2.2.1.2. Биполярный код AMI2.2.1.3. Биполярные импульсные коды2.2.1.4. Потенциальный код 2B1Q2.2.1.5. Сигнальная скорость2.2.2. Цифровые данные – Аналоговый сигнал2.2.3. Аналоговые данные – Цифровой сигнал2.2.3.1. Импульсно-кодовая модуляция2.2.3.2. Дельта-модуляция2.2.4. Аналоговые данные – Аналоговый сигнал2.2.5.
РезюмеРаздел 2.3. Среды передачи.2.3.1. Магнитные носители2.3.2. Витая пара2.3.3. Коаксиальные кабели2.3.4. Оптоволокно2.3.4.1. Прохождение света через оптоволокно12.3.4.2. Оптоволоконный кабель2.3.4.3. Оптоволоконные сети2.3.4.4. Сравнение возможностей медного кабеля и оптоволокнаРаздел 2.4. Беспроводная связь.2.4.1. Электромагнитный спектр2.4.2. Радиопередача2.4.3. Микроволновая передача2.4.4. Инфракрасные и миллиметровые волны2.4.5. Видимое излучениеРаздел 2.5. Телефонные сети.2.5.1. Немного истории2.5.2.
Структура телефонной сети2.5.3. Локальное соединение2.5.3.1. Модем2.5.3.2. Соединение RS-2322.5.3.3. Проблема "последней мили"2.5.4. Технологии xDSL2.5.4.1. Технология DSL2.5.4.2. Технология HDSL2.5.4.3. Технология VDSL2.5.4.4. Технология ADSL2.5.4.5. Сравнение характеристик разных технологий семейства xDSL2.5.5. Магистрали и мультиплексирование2.5.5.1. Мультиплексирование с разделением частот2.5.5.2. Мультиплексирование с разделением длины волны2.5.5.3. Мультиплексирование с разделением по времени22.5.5.4. Стандарт SONET/SDH2.5.6. Коммутация2.5.6.1. Коммутация каналов и коммутация пакетов2.5.6.2.
Иерархия узлов коммутации2.5.6.3. Нумерация абонентов2.5.6.4. Коммутаторы каскадные2.5.6.5. Коммутаторы с разделением времени2.5.7. Системы Х.25 с коммутацией пакетов2.5.7.1. Виртуальные соединения2.5.7.2. Формат пакетов2.5.7.3. Мультиплексирование2.5.8. Цифровые сети с интегрированным сервисом (ISDN)2.5.8.1. Принципы ISDN2.5.8.2. Архитектура сетей N-ISDN2.5.8.3. Высокоскоростные ISDN-сети и ATM-сети2.5.8.4.
Виртуальные каналы и коммутация каналов2.5.9. Передача в ATM-сетях2.5.9.1. АТМ-переключатели2.5.9.2. Переключатели Батчера-БаньянаРаздел 2.6. Сотовая связь.2.6.1. Paging2.6.2. Сотовые, радиотелефоны2.6.2.1. Развитая мобильная телефонная система - AMPS2.6.2.2. Цифровая сотовая телефония2.6.2.3. GPRS-служба2.6.2.4. GPRS-служба изнутри32.6.2.5. Качество сервиса в GPRS2.6.2.6. Новый стандарт для 3G-сетей2.6.3. Услуги персональной связиРаздел 2.7.
Спутниковая связь.2.7.1. Геостационарные спутники2.7.2. Низкоорбитальные спутники2.7.3. Спутники или оптоволокно?2.7.4. Спутниковая связь в России2.7.4.1. Основные категории С32.7.4.2. Персональная спутниковая связь2.7.4.2.1. Iridium2.7.4.2.2. Inmarsat2.7.4.2.3. Globalstar2.7.4.2.4. ICO2.7.4.3. VSAT-сети2.7.4.3.1. Услуги2.7.4.3.2. Организация VSAT-сетей2.7.4.3.3. Система С2 «Ямал» РАО «Газпром»2.7.4.3.4. Система С2 «Банкир»2.7.5. Высокоскоростные спутниковые системы связи2.7.5.1. Система спутниковой связи и передачи данных ASTROLINK2.7.5.2.
Межрегиональная система спутниковой связи и передачи данныхSPACEWAY2.7.5.3. Спутниковая система для видеотелефонной связи в СШАCYBERSTAR2.7.5.4. Низкоорбитальная система спутниковой связи и передачи данныхSKYBRIDGE42.7.5.5. Система спутниковой связи и передачи данных TELEDESIC2.7.5.6. Характерные особенности технической реализации систем5В этой главе мы рассмотрим самый нижний уровень в иерархии сетевых протоколов. Мыначнем со знакомства с теоретическими принципами передачи данных, чтобы уяснить тефизические законы, которые ограничивают возможности передавать данные по какойлибо физической среде.Затем мы рассмотрим основные виды физических сред, пригодных для передачи сигналов,и примеры систем, использующих эти физические среды.Раздел 2.1.
Теоретические основы передачи данныхВсе виды информации могут быть представлены при передаче в виде электромагнитныхимпульсов. В зависимости от среды передачи и организации СПД могут применяться либоаналоговые, либо цифровые сигналы (подробно об этом см. раздел 2.1.2).Любой сигнал можно рассматривать либо как функцию времени, т.е. то, как различныепараметры сигнала изменяются со временем, либо как функцию частоты. Последнеесвязано с тем, что любой сигнал можно рассматривать как композицию составляющихсигналов определенной частоты. Такие составляющие сигнала называют гармоникамиразной частоты. Важной характеристикой сигнала является ширина его полосы, котораяпокрывает весь спектр частот гармоник, составляющих сигнал.
Чем шире эта полоса, тембольше информационная емкость сигнала, но тем более строгие требования такой сигналпредъявляет к той среде, по которой он может эффективно распространяться. Ниже мыподробно остановимся на этих понятиях и их взаимосвязях.Основную проблему построения СПД представляет искажение сигнала при передаче. Этопроисходит под влиянием нескольких причин, основными из которых являютсязатухание, неравномерность затухания по частоте, искажение формы, разные виды шумов.Шумы возникают вследствие ряда причин, например таких, как термодинамическиесвойства проводника, взаимные наводки гармоник, составляющих сигнал, внешниеэлектромагнитные воздействия. В случае аналогового сигнала эти искажения носятслучайный характер и приводят к потере информации.
В случае цифрового сигнала ониприводят к ошибкам передачи. Позднее на примере мы покажем, почему так происходит.При создании любой СПД приходится искать компромисс между четырьмя основнымифакторами: шириной полосы сигнала, скоростью передачи сигнала, уровнем шумов иискажений сигнала, допустимым уровнем ошибок при передаче.2.1.1. Разные формы представления сигналаКак уже было сказано, любой сигнал можно рассматривать как функцию времени, либокак функцию частоты. В первом случае эта функция показывает, как меняются современем параметры сигнала, например, напряжение или сила тока.
Если эта функцияимеет непрерывный характер, то говорят о непрерывном сигнале. Если эта функция имеетдискретный вид, то говорят о дискретном сигнале. На рисунке 2-1 показаны примерыдискретного и непрерывного сигналов.Рисунок 2-1. Дискретный и непрерывный сигналы6Частотное представление функции основано на том факте, что любая функция отвещественной переменной может быть представлена в виде ряда Фурье:g (t ) =∞∞1c + ∑ an sin(2π nft ) + ∑ an cos(2π nft )2n =1n =1(1),где f =1/T - частота, an, bn - амплитуды n-ой гармоники.Ясно, что на практике нельзя учесть бесконечно много гармоник.
Все их учитывать и ненадо потому, что энергия сигнала распределяется не равномерно между гармоникамиразной частоты. В общем случае соотношение здесь таково, что низкочастотныесоставляющие несут большую часть энергии. Однако, чем больше составляющих, темточнее можно воспроизвести вид функции. На рисунке 2-2 показана зависимость формысигнала от числа используемых гармоник и представление сигнала, как функции частоты.Рисунок 2-2. Сигнал как функция частоты7Ни в какой среде сигнал не может передаваться без потери энергии. Разные среды поразному искажают форму сигнала и поглощают его энергию в зависимости от частоты. Сростом частоты искажения растут. Любая среда передачи ограничивает максимальнуючастоту передаваемого сигнала, а следовательно, и частоту гармоник, которые можноиспользовать для аппроксимации функции g(t).
Тем самым аппроксимация (точностьвоспроизведения формы) сигнала ухудшается и скорость передачи понижается. Этохорошо видно на рисунке 2-2.Характеристику канала, определяющую спектр частот, которые физическая среда каналапропускает без существенного понижения мощности сигнала, называют полосойпропускания канала. Значение «существенного понижения мощности» определяется вконкретных случаях.
Обычно падение мощности сигнала считают существенным, еслионо составляет более 50% ее начального значения. Полосу пропускания канала можноограничивать искусственно с помощью специального частотного фильтра.2.1.2. Сигналы, данные, передачаВажно различать три основные понятия:• Данные• Сигнал• ПередачаДанные – это то, с помощью чего мы описываем явление или объект. Сигнал – этопредставление данных. Передача – это процесс взаимодействия передатчика и приемникас целью получения приемником сигналов от передатчика.Цель этого раздела рассмотреть, применительно к этим терминам, понятия аналоговый ицифровой. Соотношение между этими понятиями примерно такое же, как междупонятиями непрерывный и дискретный.
Применительно к данным понятие «аналоговый»проще всего проиллюстрировать на примере голоса.8Акустические волны имеют непрерывный характер, т.е. значения их основныхпараметров, например, амплитуды, частоты, меняются со временем непрерывно. Другойпример - видеоданные. Яркость изображения, его контрастность также имеютнепрерывный характер. Совсем иное дело текст. Он является цепочкой символов, которыепредставлены в виде кодов, например, наборов из нулей и единиц. Эти коды могут бытьлегко представлены в дискретном или цифровом виде. Коды могут иметь достаточносложное устройство, например, если мы хотим обнаруживать или исправлять ошибки припередаче. К этому вопросу мы еще вернемся.Итак, данные могут иметь самую разную природу.
Если информация представлена в видеаудио- или видеоданных, то мы говорим об аналоговых данных. Если она представлена ввиде текста, то это цифровые данные. Это не означает, что, например, аудиоданные нельзяпредставить в цифровом виде. Это сделать можно, но потребует дополнительных усилий.Сигналы, как мы уже говорили, могут иметь непрерывную или дискретную форму. Впервом случае говорят об аналоговом сигнале, во втором - о цифровом. Как видно изрисунка 2-2, чем больше гармоник, тем точнее форма сигнала, поэтому сигнал в цифровойформе требует большого числа гармоник, чтобы форма сигнала имела ступенчатый вид.Большое значение также имеет количество уровней, которое может иметь сигнал.
Чембольше число уровней сигнала, тем больше информации можно передать за один переходс уровня на уровень. Например, если есть только два уровня сигнала, соответствующие 0и 1, то для передачи 8-разрядного кода символа нам потребуется восемь сигналов. Еслиже у нас есть сигнал, который может иметь восемь уровней, то потребуется только тритаких сигнала, т.е. три изменения уровня сигналов. При этом если скорости измененияуровня сигнала при его передаче в первом и во втором случаях одинаковы, то скоростьпередачи данных во втором случае будет более чем в два раза выше.Процесс передачи также может иметь аналоговую или цифровую формы. Аналоговаяпередача предполагает непрерывное изменение параметров передачи.
Цифровая передача- резкое, дискретное изменение параметров передаваемого сигнала или импульса. Нарисунке 2-3 показана взаимосвязь между разными формами передачи цифровых ианалоговых данных.Рисунок 2-3. Представление данных в виде аналоговых и цифровых сигналов9Сигнал в цифровой форме нельзя напрямую передавать с помощью аналоговой передачиили, как ее еще называют, аналоговой модуляции, в то время как цифровое кодированиеили цифровая передача позволяет передавать оба вида сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
