Sieci komputerowe
- warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna



Realizacja mechanizmów gwarantujących:



efektywny przekaz sygnałów binarnych

grupowanych następnie w ramki przy ich

przekazie do podwarstwy MAC,



przekształcanie na sygnały elektryczne i/lub

optyczne przy przesyłaniu przez medium fizyczne



Warstwa fizyczna nie obejmuje medium (tzw.

warstwa zerowa) – specyfikacje warstwy

fizycznej kończą się na opisie styku

pomiędzy warstwą fizyczną a medium (np.

RJ-45)

Warstwa fizyczna

podwarstwa niezależna

od medium

podwarstwa dopasowana

do medium

nadajnik/odbiornik

PMI

MII

PMD

MDI

medium transmisyjne (warstwa 0)

w

a

rs

tw

a

f

zy

cz

n

a

Warstwa fizyczna

podwarstwa niezależna

od medium

MII

podwarstwa dopasowana

do medium

MDI

medium transmisyjne (warstwa 0)

w

a

rs

tw

a

f

zy

cz

n

a

1. Skrambling
2. Kodowanie xB/yB
3. Wprowadzanie preambuły
4. Wprowadzanie początku

i końca ramki

1. Kodowanie transmisyjne
2. Multipleksowanie kanałów
3. Badanie stanu medium

Randomizacja struktury
danych



Struktura danych może mieć charakter okresowy



Ciągowi danych o strukturze okresowej odpowiada widmo

zawierające składowe dyskretne



Jeżeli sekwencja okresowa jest krótka, to i liczba

składowych widma jest jest mała, a ich poziom wysoki



Poziom składowych dyskretnych musi być ograniczony,

bowiem powodują one przesłuchy do innych kanałów (np. w

parach skrętek)



Przy transmisji ciągu nieokresowego, o przypadkowej

strukturze, energia w widmie rozkłada się równomiernie i

można dopuścić wyższy poziom sygnału (nawet o kilka dB)



Uzyskanie nieokresowego ciągu sygnałów elementarnych,

niezależnie od struktury ciągu danych, wymaga

dodatkowego kodowania tego ciągu.

Randomizacja struktury
danych



Przybliżenie do ciągu przypadkowego można zapewnić stosując

kodowanie sekwencji (względnie długich, lecz o ograniczonej

długości) przez odpowiednio dobrany wielomian generacyjny

kodu



Kodowanie takie, to mieszanie lub skrambling (realizowane

przez skrambler)



Proces odwrotny to deskrambling



Proces skramblingu i deskramblingu musi przebiegać według

tych samych reguł w nadajniku i odbiorniku



Skrambling wykorzystywany jest przede wszystkim w kanałach

o bardzo ostrych ograniczeniach pasma, ponieważ nie

powoduje rozszerzenia pasma mieszanego ciągu sygnałów.



Skrambling, oprócz równomiernego rozkładu energii w widmie

sygnału, ułatwia proces synchronizacji umożliwiając

eliminowanie powtarzania się ciągów samych zer i jedynek.

Randomizacja struktury
danych



Do przekształcania ciągu danych wejściowych w ciąg o

właściwościach pseudo-przypadkowych w skramblerach

wykorzystywane są rejestry przesuwne.



Zasada pracy rejestru przesuwnego:
x

k

= h

1

x

k-1

+ ... + h

n

x

k-n

gdzie:
- „+” oznacza operację sumowania „modulo 2”,
- współczynniki h i sygnały z są binarne,
- zerowe współczynniki (h = 0) odpowiadają brakowi

odprowadzeń,
- współczynniki równe jedności (h = 1) odpowiadają

bezpośredniemu połączeniu wyjścia rejestru do sumatora do

sumatora modulo 2,
- n-bitowy rejestr przesuwny generuje sekwencję binarną o

okresie r = 2

n

- 1

Randomizacja struktury
danych - skrambling

+

+

s0

s1

s2

...

s19

....

s57

szeregowe wejście danych

wyjście zakodowanych danych

zegar

Wielomian generacyjny: x

58

+ x

19

+ 1

Zrównoważenie struktury
danych



Zapewnienie pożądanej liczby zer i jedynek oraz gwarancja
synchronizacji odbiorników.



Procesem pozwalającym na uzyskanie ten efekt jest m.in.
kodowanie xB/yB:



Strumień danych dzielony jest na bloki (symbole),



Każdy blok danych jest kodowany jako blok symboli
transmisyjnych



W metodzie xB/yB (np. 4B/5B) każdy ciąg o długości x
(symbol) jest kodowany symbolami y-bitowymi



Zwykle x < y, co oznacza wprowadzenie nadmiarowości
(redundancja), która może być wykorzystana m.in. do
detekcji symboli niedozwolonych

Zrównoważenie struktury
danych – kodowanie 4B/5B

znaczenie

kod

0000 (0)

11110

(30)

0001 (1)

01001

(17)

0010 (2)

10100

(20)

0011 (3)

10101

(21)

0100 (4)

01010

(10)

0101 (5)

01011

(11)

0110 (6)

01110

(14)

0111 (7)

01111

(15)

1000 (8)

10010

(18)

1001 (9)

10011

(19)

...

Zrównoważenie struktury
danych – kodowanie 4B/5B



Efektywność kodowania 4B/5B wynosi 80%



W zakodowanej informacji liczba

nadawanych kolejnych zer jest nie większa

niż 3, a maksymalna liczba kolejno

nadawanych jedynek nie jest większa niż 8.



W kodowaniu 4B/5B brak jest zrównoważenia

występowania sygnałów o wartościach 0 i 1



Z wyżej wymienionych powodów kodowanie

4B/5B zastępowane jest równie efektywnym

(80%) kodowaniem 8B/10B

Zrównoważenie struktury
danych – kodowanie
8B/10B



Ciągi 8-bitowe (oktety) kodowane są symbolami 10-bitowymi



Kolejne bity oktety oznaczane są jako HGFEDCBA (H – najbardziej

znaczący bit)



Każdy oktet zapisywany jest w postaci dwóch ciągów – 3 bitowy

(HGF) i 5 bitowy (EDCBA)



Istnieje tzw. zmienna sterująca – oktet zawiera bajt danych, gdy

zmienna ma wartość D lub jest bajtem kontrolnym, gdy zmienna

ta ma wartość K



W trakcie kodowania osiem bitów ABCDEFGH przekształcanych

jest w dziesięć bitów abcdeifghj



Kodowanie przebiega w taki sposób, aby każdy 10-bitowy ciąg

kodowy zawierał:



5 zer i 5 jedynek,



4 jedynki i 6 zer, lub



4 zera i 6 jedynek.

Zrównoważenie struktury
danych – kodowanie
8B/10B



Kodowanie 8B/10B składa się z kilku etapów:



Ciąg ABCDE jest zamieniany w ciąg abcdej (według schematu
5B/6B),



Ciąg FGH jest zamieniany w ciąg fghj(według schematu 3B/4B),



Kolejne oktety kodowane są na przemian tak, aby pierwszy
miał więcej bitów 1, a następny więcej bitów 0



Kolejne oktety koduje się na przemian, w wyniku czego ciąg
jest dopełniany „1” lub „0”



Liczba zer i jedynek w transmitowanym oktecie określana
jest przez dysparytet – jeżeli liczba zer jest równa liczbie
jedynek, to mówimy o neutralnym dysparytecie, jeżeli
większa, to dysparytet negatywny, jeżeli mniejsza, to
dysparytet pozytywny.

Zrównoważenie struktury
danych – kodowanie
8B/10B

A

B

C

D

E

F

G

H

a

b

c

d

e

i

f

g

h

j

5B/6B

3B/4B

kontrola
różnicy zer
i jedynek

Efektywność kodowania
xB/yB

Typ kodowania

Sieć

Efektywność

4B/5B

Fast Ethernet (FE)

80%

FDDI

8B/10B

Giga Ethernet (GE)

80%

10 GE

5B/6B

100VGanyLAN

83%

64B/66B

10GE, 10GFE

97%

Podwarstwa PMD



Przekształca dane z podwarstwy wyższej do postaci wymaganej

przez medium



Zadania podwarstwy PMD zależą od rodzaju stosowanego

medium i obejmują:



Dwustronną transmisję realizowaną, w przypadku użycia jako

medium transmisyjnego 2-parowej skrętki czy światłowodu,

przed odpowiednie zmultipleksowanie kanałów,



Przekaz ciągów binarnych w medium z zapewnieniem

samosynchronizacji, realizowanej przez kodowanie

transmisyjne:



kody NRZ i ich odmiany



Kody Manchester (zwykły lub różnicowy)



inne (mieszane kody transmisyjne i xB/yB)



Badanie stanu medium połączeniowego i kontrola statusu

połączeń.

Interferencje
międzysymbolowe



Całkowite widmo częstotliwościowe impulsu prostokątnego jest

bardzo szerokie



Niewłaściwa filtracja impulsów w trakcie ich przechodzenia przez

system transmisyjny powoduje, że impulsy ulegają „rozmyciu” w

czasie



W efekcie, w szczelinie czasowej przeznaczonej dla konkretnego

impulsu pojawiają się również fragmenty impulsów, z sąsiednich

szczelin czasowych (interferencja międzysymbolowa)



Ograniczenie wpływu interferencji międzysymbolowej wymaga

szczególnego doboru kształtu nadawanego impulsu



Im szybsze i im bardzie „skokowe” są zmiany poziomu sygnału

źródłowego, tym większa jest moc zawarta w tych składowych jego

widma, które reprezentują wysokie częstotliwości



Względnie mniej (niż impulsy prostokątne) zniekształcone są – przy

określonej szerokości pasma – sygnały o łagodnych zmianach

wartości (np. trapezoidalne).

Interferencje
międzysymbolowe

momenty próbkowania

interferencje

Metody kodowania
transmisyjnego



Ograniczenia zasięgu powodowane tłumiennością

kabli i interferencją międzysymbolową mogą być

znacznie zredukowane przez proste kodowanie

sygnałów, bowiem:



zwiększenie zasięgu jest możliwe gdy widmo

sygnału zostanie przesunięte w kierunku małych

częstotliwości, gdzie tłumienność jest mniejsza,



zwiększenie zasięgu i podniesienie jakości

transmisji jest możliwe, gdy widmo będzie

skupione w możliwie małym zakresie

częstotliwości, w którym charakterystyki

zniekształceń tłumieniowych i opóźnieniowych

będą miały płaski przebieg,

Kodowanie transmisyjne



Podstawowym zadaniem kodowania

transmisyjnego (liniowego) jest kontrola

widma transmitowanego sygnału.



Zadania kodowania:



zapewnienie dobrych własności synchronizacyjnych

zakodowanego sygnału,



zapewnienie odpowiedniej wartości średniej sygnału,



ograniczenie szerokości pasma kodowanego sygnału,



uzyskanie przebiegów ułatwiających wydzielenie

sygnału z superpozycji odbieranych przebiegów

(potrzeba względnie częste zmiany poziomu

odbieranego sygnału).

Kodowanie transmisyjne



Cele kodowania transmisyjnego



efektywne wykorzystanie pasma



eliminacja składowej stałej



samosynchronizacja



detekcja błędów



Rodzaje kodowania



kodowanie bez powrotu do zera (NRZ – Non Return to
Zero)



kodowanie z powrotem do zera (RZ – Return to zero)



kodowanie bifazowe



wielopoziomowe kodowanie binarne

Kodowanie bez i z
powrotem do zera

czas

... 1 1 1 1 1 1 1 ...

czas

a) bez powrotu do zera

b) z powrotem do zera

+V

-V

+V

Kodowanie transmisyjne

... 1 1 1 1 1 0 0 0 0 ....

a) NRZ

b) RZ

c) Manchester

Kodowanie transmisyjne
- kody NRZ



Efektywne wykorzystanie szerokości

pasma kanału



Większa część energii w widmie

energetycznym sygnału NRZ jest

zawarta pomiędzy częstotliwością

zerową, a częstotliwością liczbowo

równą połowie szybkości transmisji,



Obecność składowej stałej



Brak zdolności samosychronizacji

Kodowanie transmisyjne
- kody RZ



Szerokość pasma dwukrotnie(?) większa
niż dla kodu NRZ, ze względu na
dwukrotnie większa szybkość modulacji



Obecność składowej stałej



Brak synchronizacji (przydługim ciągu zer)



możliwe rozsynchronizowanie zegara
odbiornika i strumienia danych, a w efekcie
błędny odczyt napływających ciągów binarnych

Kody bifazowe



Cel wprowadzenia - eliminacja wad kodów NRZ i
RZ



Wymagają przynajmniej jednej zmiany stanu w
czasie trwania bitu, ale mogą występować także
dwie zmiany stanu,



Szybkość modulacji jest dwa razy wyższa od
szybkości transmisji, a w konsekwencji dwa razy
szersze pasmo niż w przypadku kodów NRZ,



Kody bifazowe Manchester (zwykły i różnicowy)



kody samosynchronizujące



detekcyjność kodu

Kody transmisyjne

f/T

1 2 3

NRZ

Manchester

Wielopoziomowe kody
binarne

a) NRZ

b) kod MLT-3 (FDDI)

Wielopoziomowe kody
binarne



Ograniczenie widma sygnału



Wada – zmniejszanie odstępu
sygnału od zakłóceń oraz
komplikuje realizację układów
rozpoznawania stanów sygnału

Sposoby
kodowania/pasmo

sieć

kodowanie

szybkość

szybkość

pasmo poziomy

transmisji

modulacji

(min)

kodowania

802.3 Manchester

10 Mb/s

20 Mb/s

10 MHz

2

802.5 Manchester

4 Mb/s

8 Mb/s

4 MHz

2

różnicowy

16 Mb/s

32 Mb/s

8 MHz

2

802.3 4B/5B

100 Mb/s

125 MB/s

31,25 MHz

3

100 TX MLT-3

FDDI

4B/5B

100 Mb/s

125 Mb/s

62,5 MHz

2

(fiber) MLT-3

ATM

NRZ

155 Mb/s

77,5 MHz

2

(155)

Media transmisyjne



Protokoły warstwy fizycznej muszą być dostosowane do
charakterystyk czasowych i częstotliwościowych
wykorzystywanego medium, czyli wnoszonego przez medium
opóźnień, tłumienia sygnału, czy też „rozmycia” jego kształtu.



Charakterystyki te rzutują na wydajność pracy całego
systemu.



Typowe przykłady mediów:



kable skrętkowe (zwykle wieloparowe),



kable światłowodowe,



kable koncentryczne,



kanały łączności bezprzewodowej (w zakresie fal radiowych i fal
optycznych (w zakresie podczerwieni i promieniowania
laserowego)).

Media przewodowe



W współczesnych sieciach LAN
wykorzystywane są głównie dwa
typy mediów przewodowych:



kable skrętkowe,



światłowody.



Kable koncentryczne straciły na
znaczeniu)

Kable skrętkowe



Kable skrętkowe:



ekranowane



nieekranowane (trudniejsze w instalacji i

wymagające uziemiania)



Kable skrętkowe charakteryzują wartości

parametrów elektrycznych i

mechanicznych, w tym:



impedancja (typowe: 100, 120 i 150 ohm),



pojemność (determinująca szybkość

rozchodzenia się fali elektromagnetycznej),



gęstość i ułożenie zwojów

Rodzaje kabli skrętkowych



skrętka nieekranowana UTP (Unshielded Twisted Pair) – 100/120

ohm:



4 nieekranowane pary przewodów umieszczonych we wspólnej

izolacji



skrętka ekranowana folią (najczęściej aluminiową) FTP (Foiled

Twisted Pair) - 100/120 ohm:



4 pary przewodów umieszczonych w ochronnej folii aluminiowej

(ekran wszystkich par) oraz przewodu uziemiającego ekran



skrętka ekranowana folią i dodatkowym oplotem S-FTP (Screened

Twisted Pair) – 100/120 ohm



4 pary przewodów umieszczonych w folii aluminiowej (ekran

wszystkich par) oraz dodatkowo w miedzianym oplocie



skrętka ekranowana STP (Shielded Twisted Pair) – 150 ohm



2 pary przewodów, z których każda jest umieszczona w ekranie z folii,

a obie pary razem umieszczone są w ekranie z oplotu miedzianego

pobielanego cyną (IBM).

Układ symetryczny



Aby zmniejszyć wzajemne oddziaływanie par przewodów, są one

dodatkowo skręcane



Skręcanie zmniejsza powierzchnie pętli utworzonej przez obwód i

zarazem oddziaływanie indukcji elektromagnetycznej na obwód



Wzajemnie skręcone przewody tworzą linię zrównoważoną i nie

muszą być zewnętrznie ekranowane



Idealnie „zrównoważona” skrętka nic nie emituje i nie jest czuła

na zewnętrzny szum elektromagnetyczny (takie oczywiście nie

istnieją)



Skrętka jest kablem symetrycznym:



składa się z dwóch, oddzielnie izolowanych skręconych przewodów,



w obu płynie taki sam prąd, ale w przeciwnych kierunkach,



w jednym z przewodów transmitowany jest sygnał powrotny,

równoważący obwód,



skręcanie pomaga w eliminowaniu szumu i zakłóceń zewnętrznych,

Kompatybilność
elektromagnetyczna



Kompatybilność elektromagnetyczna określa wpływ jednych

sygnałów elektrycznych na drugie i związana jest z

pojęciami:



emisja - każdy przewód, w którym przepływa prąd elektryczny

jest źródłem promieniowania,



odporność - w każdym przewodzie znajdującym się w polu

elektromagnetycznym indukowane jest napięcie mogące

zakłócić pracę systemu



Kompatybilność elektromagnetyczna to cecha systemu

elektrycznego lub elektronicznego o minimalnym poziomie

emisji przy maksymalnej odporności na zakłócenia



System nie może generowanym przez siebie polem

elektromagnetycznym zakłócać otoczenia, ani otoczenie nie

może powodować wadliwej pracy systemu poprzez swoją

emisję pola elektromagnetycznego.

Ekranowanie



Ekranowanie przewodów zmniejsza efekty zakłócenia i

poprawia kompatybilność elektromagnetyczną kabli



Wykonywane z plecionki lub tasiemki (lepszy sposób – tasiemka

jest szczelniejsza elektromagnetycznie) metalowej, którymi

owinięty jest cały kabel



Ekran pochłania nieskompensowane pole elektromagnetyczne

wytworzone przez skrętkę, a także zewnętrzne które mogłoby

zakłócić przesyłany sygnał.



Duże znaczenie ma dokładne i obustronne uziemienie ekranu –

bez tego, jakość kabla może się nawet pogorszyć.



Skrętki różnią się:



precyzją wykonania,



materiałem izolacyjnym,



dokładnością skoku skrętu,



rodzajem ekranowania.

Kanały bezprzewodowe



Specyficzne i pożądane cechy sieci

bezprzewodowych (w porównaniu z przewodowymi)

wynikają głównie z właściwości stosowanego kanału.



Systemy łączności bezprzewodowej to:



systemy radiowe,



systemy optyczne.



Większość realizacji sieci WLAN to systemy

rozsiewcze z wykorzystaniem sygnałów wysokiej

częstotliwości:



transmisje sygnałów radiowych z modulacją częstotliwości

lub fazy (w paśmie GHz)



transmisje sygnałów optycznych (w zakresie podczerwieni)

Klasyfikacja systemów
bezprzewodowych

Systemy WLAN

systemy radiowe

systemy optyczne
(zakres podczerwieni)

systemy wąskopasmowe

systemy z rozpraszaniem
widma (poszerzone pasmo)

kodowanie bezpośrednie

skakanie po
częstotliwościach

z wolnym

z szybkim

wybieraniem

wybieraniem

nośnej

nośnej

Systemy bezprzewodowe



Wybór pomiędzy systemem optycznym i radiowym zależy od

obszaru, który należy pokryć siecią oraz panujących tam

warunków – im silniejsze zakłócenia, tym więcej wskazuje na

zasadność stosowania systemów optycznych.



Wymagana stopa błędów – nie większa niż 10

-6



Mniejszy stosunek sygnału do szumu (S/N) niż w systemach

kablowych



Transmisja danych z szybkością od 1 do 20 Mb/s (możliwe

większe, ale przy ograniczonym zasięgu)



Trzy główne charakterystyki fal elektromagnetycznych:



zdolność do przenikania materii (im wyższa częstotliwość,

tym mniejsza przenikalność)



kierunkowość



szerokość pasma

Systemy radiowe



Cechy systemów radiowych:



duża niezawodność,



niski koszt budowy i łatwość rozbudowy (skalowalność)



rozsiewcza transmisja:



łatwy dostęp do kanału i zasobów (w tym praca grupowa)



możliwość komunikacji pomiędzy użytkownikami ruchomymi

(mobilnymi)



możliwość integracji sieci poprzez transpondery satelitarne



Wady systemów radiowych:



duże rozpraszanie energii (mały promień koncentracji),



wysoki poziom zakłóceń zewnętrznych (mała kierunkowość

anten odbiorczych)



łatwość nieautoryzowanego dostępu

Systemy radiowe
- zagrożenia

przypadkowe zakłócenie

nadawca

odbiorca

a) przypadkowe zakłócenie

nadawca

odbiorca

nieautoryzowany odbiór/ podsłuchiwanie

nadawca

odbiorca

celowe zakłócenia (przejęcie sesji)

b) nieautoryzowany odbiór

c) celowe zakłócenie

Systemy radiowe –
techniki wielodostępu



TDMA (Time Division Multiple Access)



kanał fizyczny podzielony jest w czasie na szczeliny czasowe,



użytkownikowi na potrzeby transmisji przydzielana jest pewna
liczba szczelin czasowych,



transmisja danych nie jest ciągła.



CDMA (Code Division Multiple Access)



poszczególni użytkownikom korzystającym z tego samego
kanału do przesyłania danych, przypisane są sekwencje
rozpraszające, dzięki którym, odbiornik jednoznacznie
zidentyfikuje przeznaczoną dla niego transmisję,



dwie najczęściej spotykane techniki wykorzystywane w CDMA:



Frequency hopping



Direct Sequence

FDMA, TDMA i CDMA

czas

częstotliwość

czas

częstotliwość

ramka

czas

częstotliwość

...

...

a) FDMA

b) TDMA

a) CDMA

FDMA, TDMA i CDMA



FDMA



podział dostępnego zakresu częstotliwości na kanały,

których pasmo zależy od typu transmitowanych

sygnałów



TDMA



jeden zakres częstotliwości



wiele kanałów transmisyjnych w szczelinach czasowych

składających się na ramkę,



tworzenie „iluzji”, że wielu użytkowników korzysta z

systemu jednocześnie



w rzeczywistości w danej chwili z systemu korzysta

tylko jeden użytkownik



wymagana precyzyjnej synchronizacji

FDMA, TDMA i CDMA



CDMA



wielu użytkowników korzysta z dokładnie tego

samego zakresu częstotliwości bez interferencji

(brzmi ciekawie?)



wszystkie sygnały wszystkich użytkowników są

odbierane przez każdego użytkownika



każdy użytkownik może słyszeć i odbierać tylko

specyficzną sekwencję sygnałów



zbędna synchronizacja sieciowa, ale wymagana

synchronizacja nadajnika i odbiornika,



łatwość dołączania nowego użytkownika

Transmisja wąskopasmowa



Szerokość pasma wykorzystywana do przesyłania prawie
dokładnie odpowiada wartości wystarczającej do przesyłania
zmodulowanego sygnału,



W celu ograniczenia interferencji międzykanałowych
(wynikających z istnienia źródeł fal radiowych o zbliżonych
częstotliwościach) użytkownikom przydzielane są rozłączne
pasma częstotliwości



Systemy wąskopasmowe korzystają z pasma 450 MHz i 900
MHz



W transmisji wąskopasmowej stosuje się klasyczne modulacje
cyfrowe z kluczowaniem fazy (PSK) lub częstotliwości (FSK)



Ograniczenie – niska szybkość transmisji (zwykle do 9,6
kb/sek).

Transmisja
szerokopasmowa



Transmisja szerokopasmowa (transmisja z poszerzonym

widmem, z rozpraszaniem widma (spread spectrum))



Sygnał transmitowany zajmuje pasmo znacznie szersze niż

pasmo wymagane zwykle do jego przesłania (w systemie

wąskopasmowym)



„rozmycie” widma jest uzyskiwane przez modulację

oryginalnego sygnału (informacji) pseudolosowym sygnałem

szerokopasmowym, a rezultat tej modulacji przypomina szum

biały



Przesyłana w ten sposób informacja może być odebrane przez

odbiornik znający właściwą sekwencję pseudolosową.



Własności:



duża odporność na zakłócenia (także celowe)



automatyczne zabezpieczenie przed podsłuchem



utrudnienie wykrycia ich obecności

Szum biały



Szum, którego intensywność jest statystycznie

równomierna w całym paśmie. - szum biały ma

nieskończenie rozciągnięte pasmo i nieskończoną

energię.



W praktyce uzyskanie szumu białego jest niemożliwe.



Szum biały ma stałą moc przypadającą na jednostkę

częstotliwości (na Hz) - moc jest jednakowa dla dowolnej

częstotliwości (inaczej niż szum różowy, który ma stałą

moc przypadającą na określony procent pasma).



Wykres mocy szumu białego w zależności od

częstotliwości jest płaski jeśli pomiaru dokonuje się

filtrem o stałej bezwzględnej szerokości pasma.



Przykładowo moc w paśmie 100-105 Hz jest taka sama

jak moc w paśmie 2.000-2.005 Hz.

Transmisja
szerokopasmowa
- z kodowaniem
bezpośrednim



rozpraszanie widma sygnałów z bezpośrednim kodowaniem

sekwencją pseudolosową (Direct Sequence Spread Spectrum), albo:



rozpraszanie widma i podział kodowo-czasowy (Direct Sequence Code

Division Multiple Access)



rozpraszanie widma ciągu sygnałów elementarnych odpowiednio

dobranym ciągiem pseudolosowym,



w czasie rozpraszania poszczególne bity są zastępowane sekwencjami

bitów (wynikającymi z postaci ciągu pseudolosowego)



otrzymany sygnał moduluje sygnał nośny wysokiej częstotliwości



całkowita moc sygnału emitowanego pozostaje taka sama, z tym że jest

rozłożona na większy zakres częstotliwości (sygnał ma właściwości

widmowe zbliżone do właściwości szumu)



jedynie stacje znające właściwe sekwencje pseudolosowe (za pomocą

których nastąpiło rozproszenie) mogą prawidłowo odebrać przesyłaną

informację – pozostałe odbierają sygnał jako szum.



to, że jeden bit jest reprezentowany przez sekwencję bitów obniża

efektywność wykorzystania pasma (tym samym szybkość transmisji

przypadającą na pasmo jednostkowe).

Transmisja
szerokopasmowa
- z kodowaniem
bezpośrednim

modulator

kanał

demodulator

generator
sekwencji
pseudolosowej

generator
sekwencji
pseudolosowej

dane wejściowe

dane odebrane

f

c

f

c

- układ mnożący

Schemat kodowania bezpośredniego

Transmisja
szerokopasmowa
- z przeskokiem
częstotliwości



Rozpraszanie widma z przełączaniem częstotliwości
(Frequency Hoping CDMA)



przesyłany sygnał zajmuje pasmo potrzebne do
przesyłania informacji (tak, jak w transmisji
wąskopasmowej)



częstotliwość nie jest stała i zmienia się w czasie
transmisji, a zmiany (powolne wybieranie – setki zmian
na sekundę; szybkie wybieranie – setki tysięcy zmian na
sekundę) częstotliwości następują zgodnie z sekwencją
pseudolosową,



sekwencja pseudolosowa wskazuje kolejne numery
kanałów wąskopasmowych



skutecznie przeciwdziała zakłóceniom selektywnym

Transmisja
szerokopasmowa
- z przeskokiem
częstotliwości

modulator

kanał

demodulator

generator
sekwencji
pseudolosowej

generator
sekwencji
pseudolosowej

dane
wejściowe

dane
odebrane

f

i

f

i

układ
syntezy
częstotliwości

układ
syntezy
częstotliwości

i

i

Transmisja
szerokopasmowa
- z przeskokiem
częstotliwości

czas

częstotliwość

δf

δf

δf

δf

δf

δf

δf

δf

Promieniowanie optyczne
w zakresie podczerwieni



Właściwości promieniowania w zakresie 700 – 1500 nm

(promieniowanie podczerwone)



szeroki zakres widma transmitowanych

częstotliwości (około 200 THz)



ograniczenie propagacji fal przez ściany i przeszkody

w budynkach



możliwość łatwego kształtowania wiązek:

kierunkowej (o wysokim skupieniu energii) i

szerokokątnej (rozpraszającej promieniowanie)



połączenia punkt-punkt, prawie rozsiewcze i rozsiewcze



odporność na interferencje elektromagnetyczne,



odporność transmisji na zjawisko wielodrogowości

spotykane w torach radiowych i optycznych

Promieniowanie optyczne
w zakresie podczerwieni



Technika komplementarna do techniki radiowej



zalety:



nadajnikami są diody laserowe albo wąskopasmowe diody

elektroluminescencyjne LED (Light Emitting Diode)



moce emisyjne na tyle niskie (1 mW), że nieszkodliwe dla

otoczenia



wady:



możliwość zakłócania przez inne źródła promieniowania

optycznego,



dywergencja (rozmycie impulsów) – interferencja

międzysymbolowa w następstwie opóźnień sygnału po wielu

odbiciach



zależność jakości transmisji od warunków atmosferycznych,



względnie duża tłumienność jednostkowa sygnału (1 – 10

dB/km)

Promieniowanie optyczne
- połączenia



punkt-punkt:



zasięg do 1 km



szybkość do 100 Mb/sek, a w układach specjalnych
WDM (Wave Length Multiplexing) do 1 Tb/sek



rozsiewcze:



elastyczność lokalizacji nadajników i odbiorników



rozproszenie sygnału może być źródłem ograniczenia
szybkości



prawie rozsiewcze:



transmisja z satelitą pasywnym lub aktywnym

Promieniowanie laserowe



częstotliwości z zakresu światła
widzialnego



odległości większe niż w przypadku
promieniowania podczerwonego



nadają się tylko do łączenia urządzeń
znajdujących się w zasięgu wzroku



szkodliwość, mocno skoncentrowanego
światła, co nakłada ograniczenia na
możliwe zastosowania