Лаб 5. Аналіз передачі сигналів кабельним середовищем
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи №5 з курсу «Теорія інформації та кодування»

Розділ 1. Аналіз базових параметрів передачі сигналів
Розділ 2. Аналіз властивостей типових сигналів передачі даних
Розділ 3. Аналіз логічного кодування сигналів


Мета роботи:
- закріпити знання про базові параметри та способи передачі даних кабелями з використанням імпульсних сигналів;
- розібрати особливості реалізації фізичного рівню стандарта локальних комп'ютерних мереж Ethernet.

Загальна характеристика роботи
Ця робота включає три розділи, що присвячені дослідженню аналізу передачі імпульсних сигналів в кабельному середовищі і реалізації такої передачі в стандартах фізичного рівню локальних мереж Ethernet. Більш повні теоретичні відомості наведені зокрема в електронному конспекті лекції №11 та лекції №12 на сайті tik-diit.dp.ua за поточний рік.

Для виконання роботи студент має обрати його рівень: повний або базовий. Останній варіант суттєво менший за обсягом, але відповідний бал не перевищує 75% від повного. Далі в тексті завдання, які належать тільки повному варіанту, помічені *.

В додатках до цих методичних вказівок можна одержати:
- шаблон оформлення звіту за повним варіантом;
- шаблон оформлення звіту за базовим варіантом;
- матеріали до виконання роботи .

Для підготовки до захисту рекомендується пройти тестування з питань теорії в пробному режимі.
Увага! Вам потрібно виділити ВСІ вірні варіанти відповідей.

Розділ 1. Аналіз базових параметрів передачі сигналів

Короткі теоретичні дані до розділу 1

Важливими параметрами передачі сигналів є зокрема їх загасання, яке визначається відстанню та середовищем передачі, а також обмеження швидкості, яке залежить від типу та кількості провідників в кабелі. В цьому розділі такі параметри аналізуються відносно локальних мереж, де зазвичай використовуються кабелі на основі крученої пари (зокрема категорій 5/5e, 6) та оптичного волокна (зокрема мультіомодового МвМ або одномодового ОвМ).

Загасання сигналу при передачі зазвичай оцінюється в децибелах за формулою Dc=10lg(Px/Po), де Px/Po - співвідношення потужності сигналу в точках прийому та передачі. При цьому повне загасання визначається питомим загасанням і відстанню передачі Dc=dc*Lx.
Питоме загасання суттєво залежить від типу середовища. Зокрема для оптики воно майже на порядок або на два порядки меньше, ніж для крученої пари (відповідно для мультімодового або одномодового волокна). Зазвичай припустимим для розпізнавння сигналу є його повне загасання сигналу до сотен разів.

Рисунок 1 Зв'язок швидкості передачі та вимог до ширини смуги каналу

Обмеження бітрейту каналу передачі із кількох ліній визначається як добуток ширини частотної смуги однієї лінії (МГц), кількості задіяних ліній та інформаційної навантаженості сигналу (біт/сигнал). При цьому розуміється, що максимальна швидкість передачі сигнал/c (Бод) береться чисельно рівною підсумковій ширині частотної смуги (МГц) - рис.1, а інформацйна навантаженість визначається кількістю рівнів сигналу (наприклад, при використанні 4-х рівнів вона становить 2 біт/сигнал).

Порядок виконання роботи в розділі 1

1.1 Виконати оцінку типових показників передачі сигналів (загасання сигналів, обмеження сигнальної швидкості) згідно заданим параметрам, (питоме загасання сигналів та відстань передачі, ширина частотної смуги каналу) згідно індивідуальному варіанту. Результати навести в табл.1.1 звіту.

* 1.2 Проаналізував зв'язок сигнальної швидкості передачі (Мбод) і ширини частотної смуги каналу (МГц), спираючись на рис.1. Виконати оцінку впливу параметрів сигналів на потрібну ширину смуги (табл.1.2).

Розділ 2. Аналіз властивостей типових сигналів передачі даних

Короткі теоретичні дані до розділу 2

Для передачі даних каналами різних типів застосовується декілька видів імпульсних сигналів, серед яких найбільшу популярність отримали сигнали NRZ/NRZI («без повернення до нуля»), BiP (двохфазний або «манчестерський»), MLT-3 (з використанням трьох рівнів сигналу) та 2B1Q (із кодуванням пари бітів одним рівнем сигналу) або його модифікація PAM-5 із додаванням 5-го рівню сигналу. Особливості форми цих сигналів пояснюють приклади часових діаграм на рис.2.

Рисунок 2 Структура та основні результати інформаційної моделі
Зокрема типові сигнали передачі даних різняться способом відображення значень (рівнем сигналу або його фазою), кількістю рівнів (зазвичай від 2 до 4), а також полярністю (однополярні та біполярні сигнали). Всі види сигналів мають певні переваги та вади щодо основних параметрів: спектральної ефективності; самосинхронізації; усунення інтерференції та інформаційного навантаження. Отже кожен із цих видів сигналів застосовується в певній царині у відповідності до її вимог. Більш повна характеристика наведена в лекції 12.

* Зокрема особливу увагу доречно приділити сигналам PAM-5, які застосовуються в локальних мережах Ethernet для забезпечення бітової швидкості 1000Мбіт/с при використанні крученої пари. Такі сигнали використвують збитковість для збільшення надійності розпізнавання. Ці питання також розглянуті в лекції 12.

Порядок виконання роботи в розділі 2

2.1 Побудуватив часові діаграми типових сигналів передачі даних згідно варіанту і проаналізувати властивості цих сигналів (рис.2.1).

* 2.2 Розібратись із використанням збитковості коду PAM-5 для захисту від помилок. Принип кодування PAM-5 та захисту від помилок відобразити на рис.2.2 звіту.

Розділ 3. Аналіз логічного кодування сигналів

Короткі теоретичні дані до розділу 3

Для збільшення ефективності фізичного кодування сигналів широко використовується попереднє так зване логічне кодування. Його метою є покращання умов синхронізації, а також виділення меж інформаційних блоків-кадрів. Застосовуються два підходи: збиткове кодування, де короткі блоки замінюються розширеними (зокрема спосіб 4B/5B, 8B/10B та інші), а також незбиткове кодування, де змінюється порядок бітів (зокрема скремблювання).

Зокрема таблиця кодування 4B/5B, яке більш пристосоване для аналізу, наведена на рис.3. Внаслідок збитковості поряд із інформційними рядками тут вдається кодувати множину службових знаків, які використовуються для виділення меж інформаційних блоків і відповідно для блокової синхронізації. Приклади такого використання описані в лекції 12.

Рисунок 3. Таблиця кодування 4B/5B

* Метод скремблювання забезпечує покращання умов синхронізації за рахунок модифікації довгих однорідних ланцюжків бітів без введення збитковості. Це досягається за рахунок модифікації бітів потоку із урахуванням значень попередніх бітів (зокрема популярна схема
bi=ai+bi-3+bi-5 ). Приклад використання методу наведений в лекції 12.

Порядок виконання роботи в розділі 3

3.1 Виконати приклад логічного кодування сигналів за способом 4B/5B згідно варіанту та відобразив результати на рис.3.1.

* 3.2 Виконати приклад логічного кодування за способом скремблювання згідно варіанту за схемою формування бітів bi=ai+bi-3+bi-5 (схема відновлення ci=bi+ci-3+ci-5) та відобразити результати на рис.3.2.



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