Лекція 12. Фізичне та логічне кодування сигналів. Передача сигналів кабелями
Курс “Теорія інформації та кодування”

Тут будуть розглядатись практичні аспекти передачі сигналів кабелями. Акцент зробимо на особливостях передачі даних в локальних компютерних мережах (ЛКМ). Зокрема познайомимось із так званими фізичним і логічним кодуванням сигналів в ЛКМ, а також із особливостями передачі в лініях електрозв'язку і оптичних волокнах

Фізичне кодування сигналів
Логічне кодування сигналів
Особливості передачі кабелями
Стандарти фізичного рівню локальних мереж Ethernet

12.1 Фізичне кодування сигналів

В традиційній термінології компютерних мереж формування імпульних сигналів називають фізичним кодуванням. Те саме значення має термін імпульсно-кодова модуляція. Але ми будемо використовувати саме перше визначення. Далі розглянемо найбільш поширені форми імпульсних сигналів.

Прості дворівневі потенційні сигнали (NRZ)
Найбільш простим і водночас достатньо популярним є так званий сигнал NRZ (not return to zero – без повернення до «0»). Такий сигнал не змінює значення всередині такту і його інформаційним параметром є потенціал (рис.12.1):

Рисунок 12.1 Часові діаграми NRZ-сигналу

- в базовому варіанті сигналу NRZ значенням 1 та 0 відповідають високий та низький рівні напруги на виході передавача - такий спосіб фізичного кодування є найпростішим. Біполярний варіант сигналу має перевагу перед уніполярним щодо економічності використання потужності передавача (а отже і завадостійкості) і тому застосовується значно ширше. Зокрема, саме такий вигляд мають сигнали на виході мікросхем com-портів, які наприклад забезпечують обмін даними між системним блоком та клавіатурою ПК;

- «інверсна» версія NRZI реалізує принцип відносного або диференційного кодування, коли сигнал залежить не тільки від поточних даних, а й від попереднього його попереднього значення. Зокрема на рис.12.1 показаний варіант для уніполярного коду, коли сигнал змінює значення на протилежне для наступного біту даних 1 і зберігає попереднє значення при кодуванні 0 (може використвуватись і зворотнє правило, коли сигнал змінюється при одержанні 0). Відносне кодування спрощує синхронизацію, оскільки опорним тут є попередній сигнал. Водночас, якщо при передачі станеться помилка, то вона відобразиться і на наступні розряди коду;

- до переваг сигналу NRZ належить простота реалізації та надійність (розпізнаються два альтернативні значення), а також відносно вузький спектр (сигнал заповнює весь такт передачі). Недоліками є можливість міжсигнальна інтерференція та можливість порушення синхронізації при передачі довгих однорідних послідовностей 1 або 0 (ці недоліки частково усуваються зокрема за рахунок логічного кодування).

Кодування із зміною сигналу всердині такту (RZ код та Манчестерський код)
Два основних недоліки кодування NRZ – міжсигнальну інтерференцію та відсутність самосинхронізації — усуває спосіб кодування із обов'язковою зміною сигналу всередині такту. Зокрема таку властвивість мають код RZ (із поверненням до 0) та так званий «манчестерський код» із зміною фази сигналу - рис.12.2:

Рисунок 12.2 Часові діаграми RZ- та манчестерського коду

- для RZ-коду полярність сигналу визначається значеннями даних (зокрема в прикладі на рис.12.2 0 відповідає позитивна полірність, а 1 — негативна). При цьому на відміну від NRZ-кодування активний сигнал обіймає лише половину такту, а в іншій половині його значення повертається до нейтрального (до 0). Таке рішення дає дві суттєвих переваги: виключає міжсигнальну інтеференцію і підтримує самосинхронізацію сигналів. Платою є розширення спеткру (а отже й збільшення загасання сигналів). Крім того замість двох рівнів сигналу приймач повинен рорізняти три. Останні два фактори зменшують завадостійкість. В практиці сигнали RZ використовуються в оптичних лініях зв'язку;

- при манчестерському кодуванні значення розрядів даних відображаються напрямком зміни рівню сигналу (для біполярних сигналів — їх полярності) в середині такту. При цьому якщо значення розрядів чергуються, довжина імпульсів дорівнює одному такту, а для однакових значень імпульси скорочуються до половини такту (сигнал також змінює значення на межі тактів). Гарантована зміна сигналу в середині кожного такту забезпечує можливість самосинхронізації та усуває міжсигнальну інтерференцію. При цьому на відміну від кодування RZ тут використвуються тільки два рівні сигналу, що сприяє його завадостійкості;

- недоліком такого кодування є розширення спектру сигналів за рахунок використання коротких імпульсів. В цьому сенсі манчестерський сигнал має нижчу спектральну ефективність порівняно зокрема із сигналами NRZ. Однак при передачі на відносно короткі відстані цей фактор не є значущим. Саме цьому манчестерське кодування широко використвується в локальних мережах.

Використання вузькополосних трирівневих сигналів (коди AMI та MLT-3)
При передачі сигналів на відносно великі відстані використання вузькополосних сигналів із максимальним заповненням тактів сигналів стає приоритетним. Такі задачі вирішують зокрема коди AMI та MLT-3 – рис.12.3:

Рисунок 12.3 Часові діаграми сигналів AMI та MLT-3

- для сигналів АMI (Alternate Mark Invertion) значення «1» відображаються активними сигналами, для яких чергуються полярнсті, в той час як «0» задаються паузами. При цьому забезпечуються усунення межсігнальной інтерференції і частково самосинхронізація. Можлива втрата сінронізаціі для довгої послідовності «0» усувається за рахунок "вставок" активних сигналів, які порушують правило чергування полярностей (в цьому випадку приймач не розпізнає такі вставки як такі, що несуть інформацію). AMI-сигнали (точніше - їх вдосконалені модифікації) широко застосовуються в цифровій телефонії, тобто - при передачі на великі відстані;

- для сигналів MLT-3 (Multi Level Transmission— 3) значення «1» циклічно переключають рівні +U/ 0/ -U, тодя як «0» відображаються паузами. Такий спосіб дозволяє додатково звузити спектр, що особливо важливо для передачі мідними дротами з високим загасанням (саме для таких цілей цей метод був створений Cisco Sytems). Як і у випадку NRZ для виключення довгих послідовностей нулів, для яких може порушуватись синронізація, тут використовується попереднє логічне кодування.

Кодування із збільшенням бітової швидкості (код 2B1Q та PAM-5)
При наявності резерву завадостійкості спектральна ефективність сигналів може бути додатково збільшена. Цю задачу вирішують способи фізичного кодування із збільшеною кількістю рівнів сигналів — рис.12.4:

Рисунок 12.4 Часові даграми сигналів 2B1Q та PAM-5

- спосіб кодування 2B1Q (2 Binary 1 Quaternary) передбачає використання чотирьох рівнів сигналів, а отже й передачу одним сигналом 2 бітів інформації. В результаті тактова частота передачі може бути знижена вдвічи і пропорційно скорочується ширина спектру. Зокрема, застосовуються значення напруги -2,5В / -0,83В / +0,83В / +2,5В, яким умовно відповідають значення -3, -1, +1 та +3 із одноковим кроком між ними. При цьому перехід на сусідній рівень сигналу відповідає зміні тільки одного біту в парі (рис.12.4);

- спосіб фізичного PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation) є певним удосконаленням 2B1Q. Він передбачає додаткове використання нульового рівню сигналу для збільшення надійності передачі під впливом шуму. Отже тут умовні значення сигналу -2, -1, 0, +1, +2 (при фізичних значеннях -1,0В / -0,5В / 0,0В / +0,5В / +1,0В). Для збільшення надійності розпізнавання "сусідні" значення сигналів після попередньої обробки передають різними фізичиними лініями. Зокрема спосіб передачі 4-ма лініями позначають як 4D/PAM5;

- загальним напрямком збільшення інформативності при забезпеченні надійності розпізнавання є поєднання сигналів з кількома рівнями в спільну багатовимірну структуру. Найбільш простим і поширеним тут є створення двомірних "решіткових" структур, який відповідно називають "трелліс"-кодуванням (решітковим кодуванням). Зокрема нині використовуються подібні сигнал, які здатні нести від 4 до 6 біт (TC-16 - TC-64). Надалі ми детальніше розглянемо особливості застосування сигналів 4D-PAM5, де реалізуються зокрема принципи решіткового кодування.

Забезпечення надійності розпізнавання сигналів XD/PAM-5
Розглянемо принцип поєднання інформативності та надійності сигналів із значною кількістю рівнів на прикладі рис.12.5:

Рисунок 12.5 Спосіб поєднання інформативності та надійності сигналів PAM-5

- при застосуванні сигналів PAM-5 «вимірамі», в яких утворюються їх структури, можуть слугувати окремі лінії передачі. Зокрема при одночасному використанні чотирьох таких ліній (4D/PAM-5) повна кількість значень сигналу складає 54=625 , а відповідна інформаційна ємність 44=256. Така збитковість може суттєво збільшити надійність розпізнавання сигналів. Але спосіб, в який вона використовується, зручно розглянути на спрощеному прикладі передачі лише двома лініями (2D/PAM-5) — рис.12.5;

- для випадку одночасного використання двох ліній передачі відповідна пара сигналів утворює так зване «сигнальне сузірья» у вигляді решітки, де кожному вузлу відповідає сполучення значень сигналів. При цьому імовірність виникнення помилок обмежується мінімальною «відстанню» між сусідніми вузлами. Як можна бачити на рис.12.5, така мінімальна відстань в даному разі становить в умовних одиницях d=1;

- якщо розділити таке сигнальне сузірья на дві складових, як це показано на рис.12.5, то в даному разі в кожному такому «підсузірьї» мінімальна відстань збільшиться до d=√2, суттєво зменьшуючи імовірність помилок. Щоб реалізувати цю перевагу, необхідно передавати однією лінією саме значення сигналів в межах одного «підсузірья». При одночасній передачі чотирьма лініями формується вісім «підсузірій» і підсумкова мінімальна відстань між значеннями сигналів збільшується до d=2.

12.2 Логічне кодування сигналів
Типові схеми збиткового логічного кодування
В практиці широко використовуються схеми логічного кодування із введенням збитковості. Тут групи бітів вихідного потоку (в сфері звязку їх традиційно називають «символами») перетворюються у відповідні блоки більшої довжини. При цьому вирішується задача усунення незручних для передачі бітових послідовностей, а разом з цим реалізуються додаткові можливості, які надає збитковість — зокрема використання додаткових службових кодів, а також часткове виявлення помилок передачі.

Найбільш вживані схеми логічного кодування сигналів пояснює рис.12.6:

Рисунок 12.6 Поширені схеми логічного кодування сигналів

- в різних стандартах локальних мереж використовуються окремі схеми кодування, здебільшого на бітовому рівні, коли група двійкових розрядів конвертується в іншу двійкову групу більшої довжини (відповідне позначення XB/YB). При цьому виникає збитковість кодування в 2-4 рази (наприклад в схемі 4B/5B кількість кодів збільшується від 16 до 32, а в схемі 8B/10B — від 256 до 1024). Як ми уже знаємо, це дозволяє використовувати додаткові службові коди та виявляти деякі помилки передачі;

- конкретний приклад використання бінарної схеми 4B/5B, яка передбачена стандартом FDDI, відображений на рис.12.5. Тут зокрема застосовуються службові коди (символи), які забезпечують заповнення періоду відсутності обміну (Idle), фіксують початок передачі (пара J+K) та її завершення (T), а також деякі інші режими обміну - наприклад, підтвердження (Quiet) та зупинки обміну (Halt);

- схема логічного кодування 8B/6T втілює дещо інший підхід, коди бінарні вихідні дані конвертуються в трійковий алфавіт (+/0/-), якому надалі зазвичай відоповідають трирівневі сигнали. Такий варіант дозволяє скоротити сигнальну швидкість передачі на 25% (блок із 8 двійкових розрядів передаїться 6 сигналами) при тому, що водночас забезпечується значна збитковість кодування (36/28=2,85). Особливості застосування трирівневих сигналів ми розглянемо далі.

Скремблювання
Економічним способом покращання умов синхронізації без введення збитковості (а отже й без відповідного зниження бітової швидкості передачі) є так зване скремлювання — перемішування бітів вихідного повідомлення (рис.12.7):

Рисунок 12.7 Приклад реалізації скремблювання

- в прикладі реалізації скремблювання на рис.12.7 використовується проста процедура сумісної обробки трьох бітів повідомлення. Зокрема, черговий вихідний біт bi одержується як сумма по модулю 2 чергового вхідного біту аi та двох попередніх збережених вихідних бітів bi-3 та bi-5 (для їх збереження може використвуватись регістр зсуву). При дескремблюванні аналогічна схема відновлює біти сi (що відповідають аi), спираючись виключно на одержані результати скремблювання bi, які теж зберігаються в аналогічному регістрі зсуву;

- як можна бачити на прикладі виконання скремблювання-дескремблювання, така процедура дозволяє усувати довгі однорідні послідовності одиниць або нулів у вхідній послідовності. При цьому результат дескремблювання ci повністю відповідає вхідній послідовності бітів ai.

Слід відзначити, що метод скремблювання використоується не лише для поліпшення умов синхронізації. Інша задача, яку він здатен вирішувати, полягає в захисті від несанкціонованого доступу. Для цього використвується змішування інформаціного потоку із псевдовипадковим потоком бітів, який може бути відтворений на боці одержувача повідомлень. Такий спосіб широко використовується в системах зв'язку, а також при захисті від копіювання.

Двобінарне кодування
Ефективним варіантом усунення наслідків межсігнальной інтерференції є так зване двубинарне кодування сигналів (інша назва двубинарна модуляція). Він заснований на застосуванні властивостей трирівневих сигналів (рис.12.8):

Рисунок 12.8 Двобінарне кодування сигналів

- спочатку вихідні розряди коду xk перетворюються в біполярні сигнали x*k; потім формуються трирівневі сигнали yk = x*k + x*k-1 для передачі (увага, тут використовується звичайне арифметичне додавання, а не додовання за модулем 2); при декодуванні значення бінарних сигналів відновлюється за процедурою x*k = yk - x*k-1. Правила декодування і приклад виконання процедури показані на рисунку. Додамо, що передача такого коду повинна починатися з префіксного біта, який не несе інформації. На рисунку його значення «0», але в принципі воно довільно;

- ширина спектру для двубінарної послідовності виявляється вдвічі меншою, ніж для звичайних біполярних NRZ-сигналів і це дозволяє значно підвищити їх завадостійкість та ефективність використання частотної смуги каналу;

- в описаній вище версії двубінарне кодування має вже знайомий нам недолік: оскільки при формуванні сигналу враховуються значення сусідніх розрядів коду, помилка передачі може «розмножуватися» при декодуванні. Однак, в даному випадку існує рішення, яке реалізовано в удосконаленому способі. Тут для вихідної послідовності виконується попереднє кодування за процедурою wk = wk-1 + xk (при цьому використовується операція підсумовування «по модулю 2»). Важливо, що дане перетворення виконується не над сигналами, а над розрядами коду. У підсумку воно дозволяє декодувати значення розряду безпосередньо за прийнятими трійковими сигналами yk, а значить - виключає «розмноження» помилок.

12.3 Особливості передачі кабелями

Принципи передачі лініями електрозв'язку
Історично найбільшого розповсюдження серед систем направленої передачі сигналів набула передача кабелями електрозв'язку (рис.12.9):

Рисунок 12.9 Передача сигналів лініями електрозв'язку

- основою такої передачі є пара проводників (зазвичай їз міді), які каналізують розповсюдження електромагнітного поля. Відповідні закономірності описує модель електричної лінії із розподіленими параметрами, яка виділяє вплив активних та реактивних складових опору (рис.12.9). Зокрема, тут видно, що високочастотні складові спектру імпульсних сигналів будуть більше загасати внаслідок дії продольної індуктивної складової, а також зменшення опору ємності, яка виконує функцію фільтру. Саме цим пояснюється викривлення форми імпульсів (їх «розтікання»), яке ми розглядали в попереднії лекції;

- для захисту провідників в конкретних умовах фізичного середовища їх розміщають в оболонках, доповнюючи елементами міцності, захисту від впливу фізичного середовища та екранування електромагнітних полів. Такі конструкції називаються кабелями і можуть включати різну кількість провідників від однієї пари до тисяч (для забезпечення передачі багатьох сигналів). Зокрема при створенні компютерних мереж використвується два типи електричних кабелів — коаксіальний та «скручена пара”. Останній одержав найбільше розповсюдження і ми надалі розглянемо його окремо;

- особливість коаксиальних кабелів полягає в тому, що тут один із двох провідників сигнального току охоплює інший і екранує розсіяння електромагнітного поля. Завдяки цьому забезпечується зменшення загасання високочастотних сигналів та захист від зовнішніх наводок. Такі кабелі широко використовуються в сисемах зв'язку та сповіщення. На ранніх етапах вони також активно застосовувались в локальних мережах, але надалі були витіснені тут більш дешевою та простою в монтажі скрученою парою, а з іншого боку — оптичними кабелями.

Особливості використання кручених пар
Кабелі на основі кручених пар одержали найбільше розповсюдження на фізичному рівні локальних мереж завдяки економічності та зручності при монтажі. Тому ми більш детально розглянемо особливості саме їх використання (рис.12.10):

Рисунок 12.10 Особливості кабелю кручена пара

- кабелі на основі крученої пари (TP – Twisted Pair) зазвичай включають чотири пари провідників, які скручені між собою для зменшення впливу зовнішніх наводок. Основна перевага цього рішення в тому, що зовнішні сигнали, які впливають на обидва провідники в парі, не сприймаються приймачем, що реагує виключно на різницю сигналів. Додатково скручення забезпечує певне екранування поля власного сигналу, що зменшує його розсіювання (подібно до того, як екранує поле зовнішній провідник в коаксиальному кабелі);

- маркування кабелю UTP указує на відсутність зовнішнього фізичного екрану (Unshielded-незахищений) на відміну від кабелю FTP, де всі пари разом екранується фольгою (Foiled – згорнутий) або/та проволочним обплетенням — STP/SFTP (braided screening – плетене екранування). Також додатковий індивідуальний екран із фольги може використовуватись для окремих пар (U/FTP, F/FTP, S/FTP, SF/FTP). Всі типи екранування збільшують припустиму швидкість передачу сигналів за рахунок певного подорожчання;

- виділяють категорії кручених пар, які різняться перш за все шириною частотної полоси (а отже і обмеженнями на швидкість передачі даних) — рис.12.10. Нині більш ранні категорії 1, 2 та 4 практично не використовуються, а категорія 3 застосовується обмежено. На даний час найбільш поширена категорія 5 (зокрема її модифікація 5е). Перспективними є категорії 6 та 7. Разом із удосконаленням характеристик (зокрема збільшенням перетину провідників та якості ізоляційних матеріалів) вони передбачають зовнішнє екранування;

- практика використання кручених пар для різних поколінь технологій локальних мереж показала, що удосконалення обробки сигналів дозволяє суттєво збільшувати швидкості передачі в межах заданої частотної полоси і формату кабелю. Так, для кабелю CAT 5/5e за рахунок використання багаторівневих сигналів, а також розподілення потоку даних на всі 4 пари замість 2 пар із різними напрямками передачі вдалося підняти швидкість до 1 Гб/c при ширині полоси всього 100-125 МГц. Це стало можливим зокрема за рахунок використання спеціальних сигнальних процесорів в приймачах сигналів.

Передача оптоволоконними кабелями
Оптичні кабелі останнім часом значно розширюють сферу свого застосування завдяки можливості передачі сигналів на значні відстані (низьке питоме загасання сигналів) та економічності (не потрібна коштовна мідь). Особливості передачі сигналів оптичними кабелями пояснює рис.12.11:

Рисунок 12.11 Особливості передачі оптоволоконними кабелями

- світлові імпульси розповсюджуються оптичним волокном завдяки відзеркалюванню від межі двох середовищ — серцевини та оболонки. Зокрема технологія передбачає таке співвідношення коефіцієнтів преломлення, що лучі світла не виходять за межі волокна (так завне «повне внутрішнє відзеркалювання»). Діаметр оболонки зазвичай складає 125 мкм (майже як людське волосся). Серцевина може мати діаметр 50-62 мкм (у так званого мультімодового волокна), або 9 мкм (у одномодового волокна). Зрозуміло, що другий варіант сложнійший у виробництві і тому дорожчий;

- при передачі оптичним волокном лучі подорожують різними траекторіями. Ті траекторії, де лучі не гасяться при взаємодії і досягають приймача, звуться модами. В силу різної довжини траекторій виникає додаткова міжмодова дисперсія сигналів, яка суттєво обмежує відстань їх розпізнавання на заданій швидкості. Отже одномодове волокно має тут суттєву перевагу. Для мультімодового волокна зменшити дисперсію дозволяє використання так званого градієнтного профілю коефіцієнту преломлення замість простого ступінчастого;

- найменші рівні загасання оптичних сигналів відповідають діапазон довжини хвиль від 0,7 до 1,7 мкм (700-1700 нм), який належить до інфракрасного випромінювання (тобто, він не сприймається зором). При цьому на частотній характеристиці затухання виділяють так звані «вікна прозорості», де умови передачі є найкращими. Традиційно виділяють три таких вікна із довжиною хвиль відповідно 0,85; 1,35; 1,55 мкм. Зокрема найменше загасання біля 0,2 дБ/км характерне для третього вікна, а найменша дисперсія сигналів — для другого. Із зростанням очищення матеріалів, з яких виробляється серцевина оптоволокна сприятлива зона передачі розширюється.

12.4 Стандарти фізичного рівню локальних мереж Ethernet

Погодження вивчання в курсі ТІК із стандартною моделлю взаємодії в мережах
В мережових технологіях широко використовується модель OSI (The Open Systems Interconnection model), яка регламентує віднесення стандартних функцій обміну повідомленнями до певних рівнів — рис.12.12. Такий підхід зокрема упорядковує функції окремих протоколів взаємодії. Він також дуже корисний для розуміння процесів обміну в мережах. Розглянемо його погодження з тими рівнями обробки повідомлень, які ми вивчаємо в курсі ТІК:

Рисунок 12.12 Огляд рівнів стандартного протоколу обміну повідомленнями в мережах

- загалом протокол виділяє сім рівнів взаємодії, серед яких лише частина відповідає функціям обробки повідомлень, що вивчаються в курсі ТІК. Інші вирішують задачі взаємодії з користувачем при створенні та одержанні повідомлень (прикладний рівень) та транспортування повідомлень мережею (сеансовий, транспортний та мережовий рівні). Їх розгляд виконується в курсах, що безпосередньо присвячені мережовим технологіям;

- представницький рівень охоплює питання вихідного стандартного кодування повідомлень, а також їх представлення в форматах із стисканням, які ми вивчали в першій частині курсу ТІК. Також сюди належить шифрування, яке вивчається в окремих курсах;

- до канального рівню належить кодування із захистом від помилок і організація повторної передачі блоків даних (пакетів), в яких виявлені помилки. В локальних мережах на цьому рівні також вирішуються проблеми доступу до середовища передачі, які не розглядаються в нашому курсі;

- до фізичного рівню належать питання логічного та фізичного кодування сигналів, які ми зокрема розглядали в цій лекції. Класичне визначення фізичного рівню — це все те, до чого можна доторкнутись: кабелі, роз'єми, пристрої для передачі сигналів (такі як концентратори тощо);

- важливою особливістю втілення моделі обміну в мережах є стандартизація відповідних протоколів. Далі ми розглянемо стандарти, які регламентують реалізацію фізичного рівню для локальних мереж. Відзначимо, що ці питання не розглядаються в спеціалізованих курсах по комп'ютерним мережам, отже їх вивчення в ТІК є досить доречним.

Уявлення про стандарти передачі даних в локальних мережах
Тут ми ознайомимось із стандартами, які широко застосовуються при для створенні та експлуатації локальних комп'ютерних мереж, зокрема для їх фізичного рівня — рис.12.13:

Рисунок 12.13 Стандарти щодо фізичного рівню локальних мереж

- в цілому джерелом стандартів, які використовуються для створення та експлуатації комп'ютерних мереж є міжнародні некомерційна організація «Інститут інженерів з електротехніки та електроніки» IEEE. Це авторитетна організація, яка постійно узагальнює зокрема досвід розробників, і визначає рамки, дотримання яких створює сприятливі умови для розвиту галузі;

- тут ми познайомимось із деякими аспектами стандартів категорії IEEE 802, які охоплюють канальний та фізичний рівень локальних та міських комп'ютерних мереж (LAN, MAN) зокрема із групою стандартів IEEE 802.3, які стосуються найбільш популярної нині технології Ethernet;

- конкретно ми приділимо увагу стандартам передачі сигналів в кабельному середовищі, зокрема в межах популярних технологій Fast Ethernet та Gigabit Ethernet. Їх розгляд дозволить уяснити, яким чином в сучасних мережових технологіях застосовуються рішення щодо кодування сигналів, які ми розглядали рані. В наступних лекціях ми також звернемось до розгляду стандартів бездротової передачі.

Характеристика стандартів мережових технологій Fast Ethernet та Gigabit Ethernet
Основні параметри стандартів фізичного рівню для технологій Fast Ethernet та Gigabit Ethernet відображені на рис.12.14:

Рисунок 12.14 Характеристика стандартів для Fast Ethernet та Gigabit Ethernet

- технології Fast Ethernet та Gigabit Ethernet забезпечують відповідно швидкості передачі 100 та 1000 Мбіт/c і їх можна вважати двома сміжними поколіннями. Обидві технології охоплюють передачу із використанням крученої пари мідних провідників (відповідно стандарти 100BASE-TX та 1000BASE-TX), а також оптичного волокна (стандарти 100BASE-FX та 1000BASE-LX/LH);

- щодо крученої пари, стандарт 100BASE-TX передбачає використання категорії 5 (смуга 100 МГц), а 1000BASE-TX – категорій 5е та 6 (смуга 125 та 250 МГц). В першому випадку має застосовуватись дві пари із чотрьох кожну в одному напрямку передачі, а в другому всі чотири пари, які є в кабелі, при цьому кожна з них може передавати в одночасно в два напрямки. Відстань передачі обмежується 100м. Звісно, пари вищої категорії автоматично задовольніяють вимоги стандарту, що прописані для нижчої;

- щодо оптоволокна, стандарти 100BASE-FX та 1000BASE-LX передбачають можливість використання більш дешевого мультімодового МмВ відповідно на відстанях до 2000 та 550 м, або дорожчого одномодового ОмВ на відстанях до 100 та 5 км (для Gigabit Ethernet існує декілька версій стандарту оптоволокна для різної довжини хвилі світла, серед яких 1000BASE-ZX передбачає передачу на відстань до 70 км). Скорчення максимальної відстані передачі обумовлено саме збільшенням її швидкості. В усіх випадках канал включає два волокна, кожним з яких передача в одному напрямку;

- кодування сигналів на логічному рівні передбачає використання збиткових схем 4B/5B та 8B/10B. Разом із покращанням умов передачі сигналів це дає можливість виділяти межу інформаційних блоків (кадрів) за рахунок використання службових кодів. На фізичному рівні кодування для оптоволокна застосовується код NRZI, а для крученої пари на меншій швидкості MLT-3, а на більшій PAM-5.

Таким чином розгляд стандартів фізичного рівню дозволяє суммувати розглянуті рішення щодо передачі сигналів в кабельному середовищі.





О дисциплине ТИК
Почему «Теория информации и кодирования» - одна из самых интересных дисциплин, которые изучают будущие системщики и защитники информации?

В ней сочетаются золотая классика и самая актуальная современность computer-science.

продолжение
О сайте
Здесь вы найдете материалы, которые помогут в изучении дисциплины “Теория информации и кодирования” (ТИК) в том виде, как она преподается на кафедре ЭВМ ДИИТа.

На сайте размещены методические материалы:
  • электронный конспект лекций;
  • методическое обеспечение к лабораторным работам;
  • полезные ссылки.

продолжение
© 2008-2021 • Теория информации и кодирования
UP