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

2008

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Transmisja

Transmisja

–

Aby optymalnie wykorzystać kanał

wykorzystuje się zazwyczaj równocześnie

•

kodowanie sygnału

•

modulację

•

rozpraszanie sygnału (zależnie od nośnika)

–

największe znaczenie mają dla sygnału asynchronicznego

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

•

DS – Direct Sequence

•

TH – Time Hopping

•

...

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Współdziałanie

Współdziałanie

źródło danych

przeznaczenie

kodowanie

kodowanie

kanału

modulacja

kanał transmisji

dekodowanie

dekodowanie

kanału

demodulacja

N

ad

aj

n

ik

O

d

b

io

rn

ik

czysty sygnał

zniekształcony sygnał

PHY

LLC

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Kodowanie

Kodowanie

–

kodowane dwubiegunowe

•

0 jest kodowane jako poziom 0

•

1 kodowane jest jako -V lub +V

•

nazywane jest AMI (Alternate Mark Inversion)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

•

mniejszy przyrost strumienia danych niż w 4B5B i 8B10B

•

zastosowanie (FibreChannel, 10Gb-Ethernet)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

Modulacja Fazy (Phase Modulation -PM)

•

•

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

Modulacja Fazy (Phase Modulation -PM)

•

Stosowana w technice analogowej

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

BPSK

•

Binary PSK

•

Najprostsza odmiana PSK

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

QPSK

•

Kwadraturowe PSK

•

4 zmiany = 4 stany

•

możliwość zakodowania sekwencji 2 bitów

QPSK

Diagram czasowy

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

OQPSK (Offset QPSK)

•

Przesunięte kwadraturowe PSK

•

4 zmiany = 4 stany

•

możliwość zakodowania sekwencji 2 bitów

OQPSK

Diagram czasowy

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

QPSK i OQPSK

•

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

•

Dwie fale nośne przesunięte w fazie o 90 stopni

8QAM

16QAM

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

Odporność modulacji PSK na zakłócenia

•

Im wyższy rząd tym większy odsetek błędów

BER

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja

Modulacja

–

Różnicowe PSK na zakłócenia

•

podnosi odporność na zakłócenia

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Modulacja – pojemność

Modulacja – pojemność

kanału

kanału

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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

–

PAM-12

–

PAM-16 10Gb-T

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

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)

»

OFDM (802.11g/a/n, ADSL, WiMAX ...)