Podstawy fizyczne transmisji Podstawy fizyczne transmisji danychdanych

Akademia Górniczo – Hutnicza

Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej

Autor:

Zakład Informatyki Przemysłowej Zakład Informatyki Przemysłowej

Podstawy fizyczne transmisji Podstawy fizyczne transmisji

danych danych

Jarosław Durak

Transmisja Transmisja

– Aby optymalnie wykorzystać kanał

wykorzystuje się zazwyczaj równocześnie

• kodowanie sygnału

• modulację

• rozpraszanie sygnału (zależnie od nośnika)

– największe znaczenie mają dla sygnału asynchronicznego

Modulacja Modulacja

– Cel

• Przekazywać strumień sygnału za pomocą kanału analogowego

– Typy modulacji

• Analogowa

– zadaniem modulacji analogowej jest przenoszenie sygnału analogowego za pomocą łącza analogowego – przykłady

» AM SSB FM PM QAM

• cyfrowa

– strumieniem sygnału są bity

» OOK FSK ASK PSK APSK MSK PPM TCM OFDM

Rozpraszanie sygnału Rozpraszanie sygnału

– Cel i zasada działania

• spread spectrum

• Rozpraszanie sygnału stosowane jest zawsze w sieciach radiowych

– energia sygnału dzielona jest na szersze pasmo – poprawia to odporność sygnału na zakłócenia – może poprawić bezpieczeństwo

– Typy rozpraszania

• FH – Frequency hopping

Kodowanie Kodowanie

– Cel

• line code lub digital baseband modulation

• kodowanie przekształcenie danych do takiego formatu aby optymalnie wykorzystać kanał transmisji

– dodaje pewną redundancję

– obniża wrażliwość sygnału na zniekształcenia – może pozwalać na przenoszenie dodatkowych

informacji

» sygnały zegarowe, synchronizacja

» dodatkowe kody rozpoznawane przez urządzenia

• może prowadzić do zwiększenia ilości przesyłanych sygnałów

Współdziałanie Współdziałanie

źródło danych przeznaczenie

kodowanie

kodowanie kanału

dekodowanie

dekodowanie kanału

N ad aj n ik O d b io rn ik PHY

LLC

Kodowanie Kodowanie

– kodowane musi zapewnić łatwe odtworzenie sygnału zegarowego

• kodowanie „wprost” za pomocą dwóch poziomów sygnału – zaleta prostota przetworzenie sygnału C-A A-C

– wada trudne odtworzenie sygnału zegarowego

1 0 0 0 0 0 0 1

Kodowanie Kodowanie

– kodowane dwubiegunowe

• 0 jest kodowane jako poziom 0

• 1 kodowane jest jako -V lub +V

• nazywane jest AMI (Alternate Mark Inversion)

Kodowanie Kodowanie

– kodowane Manchester

• 0 i 1 kodowane są jako zmiana polaryzacji sygnału z -V na +V

• w sieci 802.3 stosowane są odwrotne zmiany polaryzacji

Kodowanie Kodowanie

– kodowane dwufazowe BMC

• 1 jest kodowane jako przejście +V na -V w połowie cyklu zegarowego i z -V na +V na końcu cyklu

• 0 brak zmiany poziomu sygnału w połowie cyklu

Kodowanie Kodowanie

– kodowane MLT-3

• 3 poziomy sygnału -V 0 +V

• 0 – brak zmiany poziomu sygnału

• 1 przejście do następnego poziomu sygnału

• 0 na 1 obniżenie poziomu sygnału

• mniejsze interferencje mniejsza częstotliwość

Kodowanie Kodowanie

– kodowane 4B5B

• zamienia 4b danych 5bitowy symbol

• można zakodować 32 stany – 16 są to dane

» 0-11110, 1-01001, 2-10100, 3-10101, 4-01010, 5-01011, 6-01110, 7-01111, 8-10010, 9-10011, A-10110, B-10111, C-11010, D-11011, E-11100, F-11101

– pozostałe to symbole kontrolne

» I-11111-IDLE, H-00100-HALT, J-11000 K-10001 Start Stream Delimiter, T-01101 R-00111 End Stream Delimiter

Kodowanie Kodowanie

– kodowane 8B10B

• zamienia 8b danych 10bitowy symbol

• podobnie jak w przypadku 4B5B wzrasta bitrate

• odpowiednie kodowanie bajtu pozwala zredukować częstotliwość oraz odtworzyć zegar

• dopuszczalne są nie więcej niż 6 kolejnych 0 lub 1 – 5b jest kodowana jako 6bitowy symbol

– kolejne 3b jako 4 bitowy symbol – następnie łączone w 10b grupę

• oprócz danych jest 12 symboli specjalnych

– wykorzystanie zależne od zastosowania (FibreChannel czy Ethernet)

Kodowanie Kodowanie

– kodowane 64B66B

• zamienia 64b danych 66bitowy symbol

• dodawana jest preambuła – 01 tylko dane

– 10 dane + kontrolne informacje – 00 i 11 są błędne

• dane są tak kodowane aby rozłożyć zera i jedynki możliwie równomiernie

• realizowane całkowicie sprzętowo

Kodowanie Kodowanie

– zastosowanie

• stosowane jest nie tylko w transmisji danych – zapis DVD (EFM – 8 do 14)

– dyski twarde – napędy taśm – kody kreskowe

– zdalne sterowanie (piloty TV)

Modulacja Modulacja

– Modulacja Fazy (Phase Modulation -PM)

•

•

Modulacja Modulacja

– Modulacja Fazy (Phase Modulation -PM)

• Stosowana w technice analogowej

Modulacja Modulacja

– Kluczowanie z przesunięciem fazy

• Phase Shift Keying - PSK

• cyfrowa odmiana modulacji fazy

– w zależności od ilości zmian fazy można przy jednej częstotliwości nośnej (zegarowej) przesyłać dane z różną prędkością

Modulacja Modulacja

– BPSK

• Binary PSK

• Najprostsza odmiana PSK

Modulacja Modulacja

– QPSK

• Kwadraturowe PSK

• 4 zmiany = 4 stany

• możliwość zakodowania sekwencji 2 bitów

QPSK Diagram czasowy

Modulacja Modulacja

– OQPSK (Offset QPSK)

• Przesunięte kwadraturowe PSK

• 4 zmiany = 4 stany

• możliwość zakodowania sekwencji 2 bitów

OQPSK Diagram czasowy

Modulacja Modulacja

– QPSK i OQPSK

•

Modulacja Modulacja

– QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

• Dwie fale nośne przesunięte w fazie o 90 stopni

8QAM 16QAM

Modulacja Modulacja

– Wyższego rzędu -PSK (Hi-order PSK)

• 8 - PSK

– zmiany stanów co 45 stopni

– możliwość zakodowania sekwencji 3 bitów

• 16 – PSK

– kodowanie 16 stanów

Modulacja Modulacja

– Odporność modulacji PSK na zakłócenia

• Im wyższy rząd tym większy odsetek błędów

Modulacja Modulacja

– Różnicowe PSK na zakłócenia

• podnosi odporność na zakłócenia

Modulacja – pojemność Modulacja – pojemność

kanału

kanału

Modulacja Modulacja

– Modulacja impulsowo-amplitudowa PAM

• Pulse Amplitude Modulation

– stosuje się kilka poziomów napięć

– można zakodować kilka stanów równocześnie – PAM-4

» -3 -1 +1 +3 – PAM-5 100Mb-X – PAM-8

– PAM-10

Rozpraszanie sygnału Rozpraszanie sygnału

– Metody rozpraszania sygnału były opracowywane niezależnie od początku XXw

– Wynalazcy: Niemiec, polak, czeska aktorka porno i muzyk awangardowy

– Ponowne odkrycie w latach 50 (CDMA) i 60 (US Army) – komercjalizacja sieci

» 802.11

» Bluetooth – Obecnie:

» FHSS (bluetooth, 802.11)

» DSSS

» HrDSSS (802.11b)