Определять основные методы кодирования и их ключевые характеристики для

1. Определять основные методы кодирования и их ключевые характеристики для

аналоговых и цифровых сигналов.

2. Определять общие коды представления сообщений и причины, по которым эти

коды используются при передаче сообщений.

[1]Введение

[5]В отличие от людей, хорошо различающих такие символы, как "А" и "1", ЭВМ

способны оперировать лишь с нулями и единицами. Поэтому существует

необходимость преобразования символов в последовательности нулей и единиц

прежде, чем ЭВМ сможет обрабатывать информацию. Обьединение ЭВМ в сети

требует еще более глубоких преобразований. Единицы и нули необходимо

кодировать и декодировать в цифровые или аналоговые сигналы для передачи по

линиям связи. В данном разделе описывается как метод представления символов в

виде нулей и единиц, так и способы их кодирования и декодирования

с помощью цифровых и аналоговых сигналов.

[КС 5-1]

[Цифровые данные и Модулированные аналоговые несущие]

[ Двоичные данные ]

[ ASK ]

[ Амплитудная модуляция время ]

[ FSK ]

[ Частотная модуляция время ]

[ PSK ]

[ Фазовая модуляция время ]

[ к рис. на стр. 5-2 (в поле рисунка)]

[1]Кодирование цифровых данных аналоговыми сигналами

[5]Цифровые данные могут быть переданы с помощью аналоговых сигналов

(аналоговой несущей) посредством модулирования характеристик несущей:

амплитуды, частоты или фазы. Основные методы кодирования обсуждаются в

следующих трех разделах. Большое количество подсетей передачи данных

используют эти методы модуляции аналоговой несущей при работе с телефонными

системами. Наличие временных меток в сигналах позволяет довольно просто

осуществить синхронизацию счетчиков передачи/приема на обеих сторонах.

[1]Амплитудная модуляция (ASK-Amplitude-Shift Keying)

[5]Метод кодирования ASK заключается в модулировании амплитуды несущей двумя

и более уровнями. Например, двоичный 0 может быть представлен амплитудой,

равной одной единице измерения, а двоичная 1 - амплитудой, равной трем единицам

измерения.

Закодированные методом ASK данные в значительной степени подвержены

искажениям из-за возможной интерференции с другими сигналами, затухания и

усиления. Поэтому метод ASK не обеспечивает необходимой надежности при

передаче на большие расстояния.

[1]Частотная модуляция (FSK- Frequency-Shift Keying)

[5]Метод кодирования FSK заключается в модулировании частоты несущей двумя

и более значениями. Например, двоичный 0 может представляться одной частотой

(или группой частой), а двоичная 1 - другой частотой (или группой частот).

Закодированные методом FSM данные в сравнении с методом ASK менее подвержены

искажениям, однако этот метод не применяется при передаче данных в речевом

диапазоне на скоростях выше 1200 бит в секунду. В большинстве низкоскоростных

модемов применяется метод FSK для преобразования цифровых данных в аналоговые

сигналы для передачи по телефонным линиям связи.

[1]Фазовая модуляция (PSK Phase-Shift Keying)

[5]Метод кодирования PSK заключается в сдвиге фазы несущей в определенные

периоды времени в соответствии с данными. Так, например, для передачи

двоичной единицы осуществляется сдвиг фазы несущей на 180 градусов, сдвиг

фазы на 0 градусов - для передачи двоичного 0.

Закодированные методом PSK данные высоко устойчивы к искажениям. Сигналы,

получаемые методом PSK, содержат временные отметки, которые могут быть

использованы для синхронизации счетчиков приема/передачи.

Широко применяются комбинированные методы кодирования. Например, возможна

комбинация методов PSK и ASK, при этом изменение фазы несущей сочетается с

соответствующим изменением ее амплитуды.

[КС 5-3]

[ Цифровое кодирование ]

[ Двоичные данные ]

[ Униполярное ]

[ Полярное ]

[ Биполярное ]

[ RZ ]

[ NRZ ]

[ Бифазное ]

[ Манчестер ]

[ Дифференциальный ]

[ Манчестер ]

 [ к рис. на стр. 5-4 (в поле рисунка]

[1]Кодирование цифровых данных цифровыми сигналами

[5]В большинстве локальных сетей цифровые данные передаются в виде цифровых

сигналов. Для этого передатчик и приемник должны быть способны выделять

каждый элемент сигнала и определять его значение. Определение момента

выделения сигнала обеспечивается специальным синхронизирующим процессом,

позволяющим передатчику и приемнику согласовать временные позиции битов

информации.

Цифровые сигнальные системы могут использовать сигналы более, чем с одним

или двумя уровнями и, тем самым, кодировать более одного бита информации в

каждом сигнальном элементе. Однако для простоты изложения в следующих

разделах обсуждается лишь двоичное кодирование. Тем не менее большинство из

рассматриваемых принципов применяются и в случае многоуровневых цифровых

сигнальных систем.

В следующих разделах рассматриваются восемь наиболее широко применяемых схем

кодирования. При этом подчеркивается существование свойства

самосинхронизируемости и устойчивости к помехам для каждой схемы.

В любой электронной системе 0 представляет некоторый относительный уровень

сигналов. Нулевым напряжением считается электрический потенциал Земли,

обычно измеряемый относительно заглубленого в землю проводника.

В электронных системах с плохим заземлением нулевое относительное напряжение

может установиться на любой уровень. При дальнейшем обсуждении термин 0 вольт

используется в смысле "относительное напряжение в передающей системе".

[КС 5-4]

[1]Униполярное кодирование (Unipolar)

[5]При униполярном кодировании для представления данных используется

исключительно только положительное или отрицательное напряжение. Например,

+3 вольта представляют двоичный 0, а 0 вольт - двоичную 1.

Униполярное кодирование используется при работе телетайпа (TTY) и в

интерфейсах персональных ЭВМ, которые являются TTY-подобными. Такое

кодирование требует отдельной линии для передачи синхросигналов. Без

синхросигналов длинные серии единиц или нулей могут вызвать неприемлемую

рассинхронизацию приемника и передатчика. Униполярное кодирование неустойчиво

к помехам.

[1]Полярное кодирование (Polar)

[5]При полярном кодировании применяется как положительное напряжение, так и

отрицательное. Например, 1 может обозначаться уровнем в -3v, а 0 - уровнем в

+3v. Схема полярного кодирования менее подвержена воздействию шумов в

сравнении с униполярной схемой (за счет большей разности потенциалов между

уровнем 0 и уровнем 1), однако по-прежнему требует выделенную линию для

передачи синхросигналов.

[1]Биполярное кодирование (Bipolar)

[5]При биполярном кодировании сигнал принимает три значения. Обычно эти три

значения представляют собой следующее: некоторое положительное напряжение,

некоторое отрицательное напряжение и нулевое напряжение.

Одним из популярных способов биполярного кодирования является метод

альтернативной инверсии (AMI - Alternate Mark Inversion). В AMI методе каждая

двоичная единица альтернативно представляется или высоким уровнем напряжения,

или низким. Двоичный 0 всегда представлен нулевым напряжением. Переключение

полярности сигнала в AMI методе позволяет обнаруживать все возможные на

практике наведенные ошибки на уровне аппаратуры.

[1]Кодирование с возвратом к нулю (RZ Return to Zero)

[5]В некоторых RZ схемах кодирование осуществляется с помощью введения

переходов сигнала на нулевой уровень в тот момент, когда истекает половина

каждого сигнального интервала времени. При этом на нулевом уровне сигнал

фиксирует оставшуюся часть каждого интервала. Кодирование с помощью переходов

менее подвержено шумовым искажениям в сравнении с кодированием постоянным

уровнем напряжения (где переходы выполняются только на границе сигнальных

интервалов), поскольку влияние шума на процесс перехода сигнала на нулевой

уровень значительно меньше, чем влияние шума на сигнал с некоторым постоянным

уровнем.

На рисунке показан пример биполярной RZ схемы кодирования, в которой для

обозначения двоичного нуля используется переход сигнала от положительного

уровня к нулевому уровню, причем переход выполняется в момент, когда истекает

половина сигнального интервала времени, а для обозначения двоичной единицы -

переход от отрицательного уровня к нулевому. Этот код является

самосинхронизирующимся.

[КС 5-5]

[1]Кодирование без возврата к нулю (NRZ Non Return to Zero)

[5]Кодирование без возврата к нулю или дифференциальное кодирование

характеризуется выполнением сигнального перехода для каждой двоичной 1 и

отсутствием такового для двоичного 0. При этом состояние сигнала изменяется

попеременно от высокого уровня к низкому уровню и обратно при кодировании

каждого единичного бита. Сигнал остается на одном из уровней до тех пор,

пока не будет обрабатываться следующий единичный бит. В этой схеме значение

бита представляется наличием или отсутствием соответствующего перехода.

наличие - 1, отсутствие - 0.

NRZ коды из-за своей простоты и дешевизны широкого применяются на интерфейсах

Терминал - Модем, однако из-за отсутствия свойства самосинхронизируемости

они не применяются в ЛС.

[1]Бифазное кодирование (Biphase)

[5]Бифазное кодирование требует выполнения по-крайней мере одного сигнального

перехода во время передачи каждого бита данных, поэтому этот метод обладает

свойством самосинхронизации. Данная схема более устойчива к ошибкам, чем NRZ

схема, поскольку отсутствие ожидаемого перехода в известном интервале времени

свидетельствует о возникновении ошибки. Несмотря на то, что бифазные схемы

кодирования более сложны в реализации в сравнении с NRZ схемами, свойство

самосинхронизации делает их полезными для применения в ЛС.

[1]Манчестерское кодирование (Manchester)

[5]Кодирование по схеме Манчестер является примером бифазного кодирования.

В типичной схеме Манчестерского кодирования для представления двоичной 1

используется переход сигнала от низкого уровня к высокому, выполняемый в

середине сигнального интервала времени, а для представления двоичного 0 -

переход от высокого уровня к низкому. В других схемах Манчестера применяется

прямо противоположное представление. Переход, выполняемый сигналом в середине

сигнального временного интервала, одновременно указывает значение бита и

является синхросигналом.

Манчестерское кодирование применяется в локальных сетях (ЛС) типа ETHERNET.

[1]Дифференциальное Манчестерское кодирование (Differential Manchester)

[5]Дифференциальное Манчестерское кодирование является примером бифазного

кодирования. В отличие от Манчестерского кодирования в данной схеме серединный

переход сигнала используется лишь для синхронизации. Данные представляются с

помощью перехода сигнала в начале сигнального интервала времени: присутствие

перехода - 0, отсутствие перехода - 1.

Метод дифференциального Манчестерского кодирования используется в ЛC типа

Token Ring.

[КС 5-6]

[ Коды символов ]

[ Код Морзе ]

[ К рис. на стр. 5-7 (в поле рисунка)]

[1]Коды символов

[5]Обмен сообщениями предполагает наличие языковой среды или кодов, которые

известны как передатчику, так и приемнику. Код Морзе - это пример кода для

передачи сообщений в некоторой среде.

Каждый тип ЭВМ характеризуется внутренним кодом, который используется для

представления данных. Наряду с этим существует множество других кодов,

применяемых в различных отраслях промышленности. Возникает проблема при

попытке связать две различные ЭВМ. Чтобы обеспечить успешный обмен информацией

необходимо, чтобы или приемник, или передатчик выполнял преобразование

кодов. В некоторых случаях как передатчик, так и приемник выполняют

преобразование своего внутреннего представления данных в стандартное, принятое

на сети. Наиболее широко используются два кода ASCII и EBCDIC.

[1]ASCII

[5]В США общепринятым кодом является Американский стандартный код обмена

информацией (ASCII), разработанный и опубликованный Американским Национальным

Институтом стандартов (ANSI). Официальная ссылка на стандарт - ANSI X3.4.

Принятый в США в качестве правительственного стандарта ASCII применяется в

большинстве малых ЭВМ и их периферийных устройствах, а также для больших ЭВМ,

за исключением IBM совместимых. Стандарт ASCII популярен и за пределами США.

[КС 5-7]

[5]ASCII является семибитовым кодом, который определяет значения последних

семи битов восьмибитового символа, байта. При этом используются все

возможные значения от 0000000 до 1111111, всего 128 значений. Восьмой бит

позволяет или ввести дополнительно 128 значений для обозначения символов,

или используется для контроля ошибок методом, называемым проверка паритета.

-------------------------------------------------

7| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |

 -------------------------------------------------

Биты 6| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |

-------------------------------------------------

5| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |

-------------------------------------------------

4 3 2 1

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 0 | 0 | | NUL | DLE | SP | 0 | @ | P | ` | p |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 0 | 1 | | SOH | DC1 | ! | 1 | А | Q | a | q |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 1 | 0 | | STX | DC2 | " | 2 | B | R | b | r |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 0 | 1 | 1 | | ETX | DC3 | # | 3 | C | S | c | s |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 0 | 0 | | EOT | DC4 | $ | 4 | D | T | d | t |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 0 | 1 | | ENQ | NAK | % | 5 | E | U | e | u |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 1 | 0 | | ACK | SYN | & | 6 | F | V | f | v |

----------------- -------------------------------------------------

| 0 | 1 | 1 | 1 | | BEL | ETB | ' | 7 | G | W | g | w |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 0 | 0 | | BS | CAN | ( | 8 | H | X | h | x |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 0 | 1 | | HT | EM | ) | 9 | I | Y | i | y |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 1 | 0 | | LF | SUB | * | : | J | Z | j | z |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 0 | 1 | 1 | | VT | ESC | + | ; | K | [ | k | { |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 0 | 0 | | FF | FS | , | < | L | \ | l | | |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 0 | 1 | | CR | GS | - | = | M | ] | m | ] |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 1 | 0 | | SO | RS | . | > | N | ^ | n | ~ |

----------------- -------------------------------------------------

| 1 | 1 | 1 | 1 | | SI | US | / | ? | O | _ | o | DEL |

----------------- -------------------------------------------------

CR=Возврат каретки (Carriage return)

0001101

[5] Рис. 5-1. Таблица ASCII

[ к рис. на стр. 5-8]

[5]Паритет может быть использован двумя способами: дополнение до четности или

до нечетности. Если существует четное число единиц в семи битах данных, то

ЭВМ реализует нечетный паритет, установкой последнего (восьмого) бита в 1 так,

чтобы посылалось нечетное число единиц. Если же число единиц в семи битах -

нечетное, то ЭВМ устанавливает в восьмой бит значение 0, вновь

передавая нечетное число единиц.

Восьмой бит необязательно используется в качестве паритета. Его можно

использовать для определения второго множества из 128 символов. Второе

множество значений может определяться соответствующими компаниями

самостоятельно, причем таким образом, что определения различных компаний

могут быть или не быть совместимыми.

[КС 5-8]

[1]EBCDIC

[5]Код EBCDIC официально принят фирмой IBM в качестве внутреннего кода для

своих больших ЭВМ. Этот код был получен из более раннего кода передачи

данных ВCD - Двоично-Десятичного кода. Код BCD был разработан для проведения

вычислений и использовался для представления цифр. В связи с обеспечением

взаимодействия человек-ЭВМ BCD был расширен и получил название BCDIC -

Двоично-Десятичный код обмена. Оба эти кода однако не обладали достаточной

надежностью. Поэтому следующим шагом развития стал код EBCD - Расширенный

Двоично-Десятичный Код, включающий бит паритета для контроля ошибок. Этот код

был впервые применен при создании печатающих устройств фирмы IBM. Ограничением

этого кода было то, что требовался отдельный сдвиговый символ для переключения

между строчными и прописными символами.

-------------------------------------------------------------------

|4| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |

|-|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|3| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |

|-|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|2| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |

Биты |-|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |

|-------|-|---------------------------------------------------------------|

|8|7|6|5|

|-|-|-|-| |---------------------------------------------------------------|

|0|0|0|0| |NUL|SOH|STX|ETX| PF| HT| LC|DEL| | |SMM| VT| FF| CR| SO| SI|

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|0|0|1| |DLE|DC1|DC2|DC3|RES| NL| BS| IL|CAN| EM| CC| |IFS|IGS|IRS|IUS|

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|0|1|0| | DS|SOS| FS| |BYP| LF|EOB|PRE| | | SM| | |ENQ|ACK|BEL|

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|0|1|1| | | |SYN| | PN| RS| UC|EOT| | | | |DC4|NAK| |SUB|

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|1|0|0| | SP| | | | | | | | | | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|1|0|1| | & | | | | | | | | | | c | . | < | ( | + | ' |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|1|1|0| | - | / | | | | | | | | | | | $ | * | ) | ; | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|0|1|1|1| | | | | | | | | | | | | , | % | _ | > | ? |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1 0|0|0| | | a | b | c | d | e | f | g | h | i | : | # | | ` | = | " |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|0|0|1| | | j | k | l | m | n | o | p | q | r | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|0|1|0| | | | s | t | u | v | w | x | y | z | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|0|1|1| | | | | | | | | | | | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|1|0|0| | | A | B | C | D | E | F | G | H | I | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|1|0|1| | | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|1|1|0| | | | S | T | U | V | W | X | Y | Z | | | | | | |

|-|-|-|-| |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

|1|1|1|1| | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | | | | | | |

|-------| |---------------------------------------------------------------|

CR=Возврат каретки (Carriage Return)

00001101

[5]Рис.5-2. Таблица EBCDIC

[5]Код EBCDIC представляет 256 различных символов, используя восьмибитовые

комбинации из 0 и 1. Строчные и прописные символы обозначаются отдельными

восьмибитовыми кодами. Поскольку все восемь битов байта используются для

представления символов, в коде EBCDIC отсутствует возможность выполнения

проверки паритета. Фирма IBM применяет другую схему детектирования ошибок,

называемую подсчет контрольной суммы. (Контрольная сумма не является составной

частью EBCDIC кода, она будет обсуждаться в последующих разделах).

[КС 5-9]

[1]Итоги

[5]Люди и ЭВМ используют различные языки. Коды символов такие, как ASCII и

EBCDIC, представляют английские буквы в двоичном виде. После того, как

символы представлены в двоичном виде, они могут быть закодированы

соответствующими сигналами и переданы из одной сетевой системы в другую.

Любой атрибут сигнала (частота, амплитуда или фаза) может изменяться в

процессе кодирования информации.

[КС 5-10]

[1]Упражнение 5

[5]1. Нарисуйте сигналы, представляющие указанные на рисунке двоичные

данные, для каждой из приведнных на рисунке схем кодирования. Там, где

возможны несколько ответов, нарисуйте один вариант, рассмотренный в данном

разделе.

[ Двоичные данные ]

[ Схема кодирования ]

[ к рис. на стр. 5-11 (в поле рисунка)]

[КС 5-11]

[5]2. Используя материал данной главы в качестве руководства, укажите, какие

из изображенных на рисунке под названием "Цифровое кодирование" способы

кодирования относятся к категориям:

а. Биполярное кодирование;

в. Бифазное кодирование.

3. Нарисуйте ASK и FSK модулированные сигналы для следующей битовой

последовательности.

[рис.]

4. Используя таблицы ASCII и EBCDIC, представьте слово WIRE в кодах ASCII и

EBCDIC.

[рис.]

5. Декодируйте следующее слово, используя символьное множество ASCII.

1001000 10001001 1001100 1010000

[КС 5-12]

[ Мультиплексирование сигналов ]

[0]Раздел 6 [2]Мультиплексирование сигналов

[1]Цели

[5]В результате изучения этого раздела вы сможете:

1. Определять основные характеристики широкополосной передачи (broadband) и

передачи в основной полосе частот (baseband);

2. Давать определение мультиплексирования (уплотнения) и называть причины,

приведшие к его необходимости;

3. Определять основные характеристики частотного уплотнения и временного

уплотнения.

[1]Введение

[5]Термины baseband (основная полоса пропускания) и broadband (широкополосный)

используются различными авторами и для характеристики сигналов, и для

названия методов передачи, и даже для характеристики кабеля. В нашем курсе

эти термины будут относиться к системам передачи данных, а при описании

сигналов и среды передачи будут использоваться свои собственные термины.

Понятие мультиплексирования (уплотнения) широко используется в теории и практике

сетей. В этом курсе под мультиплексированием понимается процесс смешения двух

или более потоков данных на одной линии передачи.

[КС 6-1]

[ Передача в основной полосе частот и широкополосная передача ]

[ Baseband Broadband ]

[ Среда ]

[ Цифровой сигнал Аналоговая несущая ]

[ к рис. на стр. 6-2 ]

[1]Системы передачи данных в основной полосе частот (baseband)

[5]Системы baseband используют цифровые сигналы. Цифровой сигнал полностью

занимает полосу частот кабеля, который представляет собой канал передачи. В

типичных сетях Baseband каждое сетевое устройство работает в двух

направлениях. Эти сети обычно распространяются на несколько километров.

Ослабление, искажение и шумы приводят к исчезновению высокоскоростных

цифровых сигналов в коаксиальном кабеле уже через 1-2 км. Для увеличения

длины систем Baseband могут использоваться повторители (устройства, которые

регенерируют сигналы).

[КС 6-2]

[1]Широкополосные системы передачи данных (broadband)

[5]В этих системах используются аналоговые сигналы. В полосе частот кабеля

располагается много различных сигналов. Например, по одному кабелю могут

передаваться видео, радио, цифровые данные. В типичной системе broadband

каждое сетевое устройство осуществляет однонаправленную передачу по 75-омному

коаксиальному кабелю. Сети broadband охватывают большие расстояния (до 10 км).

Ослабление и шумы не так сильно влияют на модулированные аналоговые сигналы

в системах Broadband, как на цифровые в системах Baseband. Для того, чтобы

восстановить ослабленные модулированные аналоговые сигналы (включая шумы),

используются усилители.

В некоторых сетях broadband, передающий и принимающий каналы используют

одну и ту же несущую частоту, но передающий канал - на одном кабеле, а

принимающий - на другом. Это называется двух-кабельная конфигурация.

Пассивный головной узел сети на одном конце сети увязывает 2 кабеля

электрически. Он использует единую частоту и на передающем и на принимающем

кабеле.

В других broadband сетях для передачи и получения сигналов используется один

кабель, но разные частоты. Такая сеть называется расщепленной. Активный

головной узел сети на одном конце получает сообщения на передающей частоте и

повторно передает их на частоте получателя. Активный головной узел использует

один кабель с разными частотами (передающей и принимающей).

[КС 6-3]

[ Мультиплексирование ]

[к рис. на стр. 6-4 ]

[1]Назначение и использование мультиплексирования

[5]Мультиплексирование используется для того, чтобы смешивать и передавать

информацию нескольких каналов с малой полосой пропускания по одному каналу

с широкой полосой пропускания. Демультиплексация разделяет входные каналы

после передачи. Мультиплексатор и демультиплексатор используют некоторые

правила (демультиплексатор применяет их в обратном порядке по отношению к

мультиплексатору) для объединения и разъединения сигналов на передающей

линии. Часть оборудования, которое мультиплексирует и демультиплексирует

иногда называют MUX.

Там, где полоса пропускания среды достаточна, мультиплексирование дает

возможность подключать новые каналы без установления новой среды. Например,

коммутируемые телефонные сети (PSTN) используют имеющуюся широкую полосу

пропускания очень эффективно.

Мультиплексаторы делают использование линий наиболее экономичным. Многие

линии с низким траффиком могут быть обьединены для того, чтобы заполнить

линию с большой полосой пропускания без какого-либо значительного

ослабления сервиса линий с малым траффиком.

Техника мультиплексирования может быть также использована для передачи

информации высокоскоростного цифрового канала по нескольким низкоскоростным

каналам с последующим восстановлением высокоскоростного канала на другом

конце. Например, две больших машины могут быть связаны высокоскоростным

соединением, состоящим в действительности из нескольких низко-скоростных

линий.

В следующих разделах рассматриваются два основных вида мультиплексирования -

частотное уплотнение (FDM) и временное уплотнение (TDM).

[КC 6-4]

[ Частотное мультиплексирование ]

[ A Канал А(f1) A ]

[ B Канал В(f2) В ]

[ C Канал C(f3) C ]

[ D Канал D(f4) D ]

[ E Канал E(f5) E ]

[ F  Канал F(f6) F ]

[ к рис. на стр. 6.5 (в поле рисунка)]

[1]Частотное уплотнение (FDM)

[5]При частотном уплотнении для организации многоканальности используются

отдельные аналоговые несущие. FDM может использовать любую систему модуляции

(ASK, FSK, PSK или их комбинации) для любого канала.

Каждый канал располагается на различной частоте. Например, коаксиальный

кабель CATV с полосой пропускания около 500 МГц содержит более чем 80

телевизионных каналов (6 МГц - полоса пропускания каждого). Внутри каждого

6-ти мегагерцового канала можно распределить звуковой подканал, видео

подканал, подканал цветности и контрольный подканал, отделяющий каналы один

от другого в кабеле. Эти каналы функционируют почти как отдельные провода

или цепи.

Некоторые телефонные магистрали используют частотное уплотнение для того,

чтобы разделить широкую полосу пропускания кабеля на несколько звуковых

каналов по 4 КГц или на каналы с более широкой полосой пропускания.

Этот метод уплотнения используется также в локальных сетях Broadband для

того, чтобы разделить разнонаправленные траффики в кабеле и обеспечить

специальные услуги, такие как выделенные соединения между машинами.

[КС 6-5]

[ Временное мультиплексирование ]

[ к рис. на стр. 6.6 (в поле рисунка)]

[1]Временное уплотнение (TDM)

[5]TDM системы уплотняют медленные каналы в один быстрый канал, и затем

на другом конце тракта восстанавливают медленные каналы. Данные могут быть

представлены битами, блоками битов, байтами или большими блоками.

Временное уплотнение - это всего лишь техника мультиплексирования, которая

может быть использована в Baseband линиях. Оно может быть использовано и в

индивидуальном канале с FDM мультиплексацией.

Схема распределения временных интервалов между абонентами инициализируется

в момент установления оборудования мультиплексирования. Такие системы с

временным уплотнением иногда называют синхронными, потому что для каждого

входного канала выделяется постоянная величина передаваемого кванта

информации и постоянный квант времени передачи в рамках такта работы

мультиплексатора. Передача начинается после синхронизации мультиплексаторов.

Множество различных синхронных систем c TDM уплотнением нашло широкое

применение.

В традиционных системах с временным уплотнением возможны потери ширины полосы

пропускания, когда абоненты по тем или иным причинам не используются свои

временные интервалы. Статистические мультиплексаторы (stat muxe) решают эту

проблему динамическим распределением интервалов времени между действующими

устройствами. Для этого в управляющем поле каждого кванта обмена указывается

"Собственник" этого интервала.

[КС 6-6]

[1]Итоги

[5]Системы Baseband - это такие системы, в которых передается один сигнал

по сети. В Системах Broadband передается смесь сигналов по одной физической

линии, образующаяся в процессе мультиплексирования. Сигналы могут быть

уплотнены во времени или с помощью разных несущих частот. Мультиплексирование

сигналов обеспечивает более эффективную передачу, так как позволяют многим

передатчикам делить физическую среду между собой.

[КС 6-7]

[1]Упражнение 6

[5]1. Опишите два основных вида уплотнения информации. Какой из них

используется только для цифровых сигналов?

2. Какие системы используют весь канал для передачи: broadband или baseband?

[КС 6-8]

[ Преобразование сигналов ]

[0]Раздел 7. [2]Преобразование сигналов

[1]Цели

[5]В результате изучения данного раздела вы сможете: