- •Аналоговые и цифровые сигналы
- •Параметры аналоговых сигналов
- •Параметры цифровых сигналов
- •Сравнение аналоговых и цифровых сигналов
- •Модулированные и немодулированные сигналы
- •Немодулированные сигналы
- •Модулированные сигналы
- •Мультиплексирование
- •Полудуплексная передача
- •Дуплексная передача
- •Метод csma/ca
- •Передача маркера
- •Приоритеты запросов
Модулированные сигналы
С помощью модулированных сигналов можно организовать несколько каналов связи по одному кабелю, при этом каждый канал связи может работать на своей несущей частоте, не мешая другим каналам.
Модулированные сигналы являются однонаправленными. Это значит, что сигнал передается только в одном направлении: на одном конце кабеля установлен передатчик, а на другом — приемник. Однако на одном кабеле могут одновременно работать несколько каналов в разных направлениях.
Кроме кабельного телевидения, модулированные сигналы используются в системе DSL (Digital Subscriber Line), в которой данные и голос передаются одновременно по одной и той же линии, возможно через спутник или посредством радиоволн.
Для размещения на одной линии нескольких каналов связи используются методы мультиплексирования.
Мультиплексирование
Мультиплексированием называется одновременная передача многих сигналов по одной линии. На принимающей стороне мультиплексированные сигналы восстанавливаются, т.е. отделяются друг от друга. Вернемся к примеру с кабельным телевидением. В телевизор встроено устройство декодирования сигналов, которое выделяет один канал и отбрасывает остальные. Благодаря этому зритель может выбрать желаемую программу.
Во многих литературных источниках о методах мультиплексирования говорится только применительно к аналоговым сигналам, однако мультиплексировать можно и цифровые сигналы. Применяются следующие основные методы мультиплексирования:
-
частотное разделение каналов (Frequency Division Method — FDM);
-
временное разделение каналов (Time Division Method — TDM);
-
по длине волны высокой плотности (Dense Wavelength Division Multiplexing — DWDM).
Частотное разделение каналов
При частотном разделении каналов, занимающих одну и ту же линию, каждый канал работает на своей частоте (рис. 4.3). Обычно этим методом мультиплексируются аналоговые сигналы. Чтобы при частотном разделении каналов была возможна двусторонняя коммуникация, необходимо установить на каждой стороне как мультиплексор, так и демультиплексор.
Временное разделение каналов
Обычно этот метод используется для мультиплексирования цифровых сигналов. При временном разделении каждому каналу выделяются свои промежутки времени. На принимающем конце сигналы разных каналов отделяются демульти- плексором (рис. 4.4).
Мультиплексирование по длине волны высокой плотности
Этот метод мультиплексирования используется при передаче сигналов по волоконно-оптическим кабелям. Сигналы каждого канала передаются световым лучом со своей длиной волны. Физически этот метод совпадает с частотным разделением каналов, так как длина волны светового луча однозначно связана с его частотой. Однако отличия аппаратных реализаций этих методов настолько велики, что они все же рассматриваются как отдельные методы Как показано на рис. 4.5, по одному оптическому волокну могут одновременно передаваться различные данные, причем разными методами (например, SONET и ATM).
Асинхронная и синхронная передача
Данные, заложенные в цифровом сигнале, фактически представлены изменениями дискретных состояний сигнала. Можно восстановить наши исходные нули и единицы, измеряя напряжение вольтметром в определенные моменты времени. Однако нужно точно знать, в какие именно моменты времени следует выполнять измерения. Синхронизация, т.е. согласование по времени, в коммуникационных технологиях не менее важна, чем во всех других областях нашей жизни.
В сетевых технологиях такое согласование по времени называется битовой синхронизацией. Электронные устройства синхронизируют отдельные биты с помощью асинхронного или синхронного методов.
Асинхронная передача
В этом методе для синхронизации используется стартовый бит, расположенный в начале каждого сообщения. Когда стартовый бит попадает в принимающее устройство, оно в этот момент синхронизирует свои внутренние часы с часами передающего устройства.
Синхронная передача
При синхронной передаче внутренние часы передающего и принимающего устройств координируются встроенными механизмами. Например, информация о времени может быть встроена в сигналы данных. Такой метод называется синхронизацией с гарантированным изменением состояний. Среди синхронных методов это наиболее распространенный.
Другой синхронный метод — синхронизация с помощью отдельного временного сигнала, в котором информация о времени передается между передатчиком и приемником по отдельному каналу. Еще один синхронный метод — стробирование. В этом случае синхронизация выполняется с помощью специальных строб-импульсов.
Симплексный, полудуплексный и дуплексный методы передачи
Каналы, по которым передаются сигналы данных, могут работать в одном из трех режимов: симплексном, полудуплексном и дуплексном. Отличаются эти методы направлениями, в которых передаются сигналы
Симплексная передача
Как видно из названия, это самый простой метод передачи. Иногда его называют однонаправленным, потому что сигналы проходят только в одном направлении, как автомобили по улице с односторонним движением (рис. 4.6).
Примером симплексной коммуникации может служить телевидение. Данные (телевизионные программы) передаются на телевизор. От телевизора обратно в студию или в кабельную компанию никакие сигналы не передаются. Поэтому в состав телевизора входит только приемник сигналов, но не передатчик.
В настоящее время все большее распространение получают системы интерактивного телевидения, позволяющие передавать сигналы не только из студии к телевизору, но и в обратном направлении. Однако кабельное оборудование большинства компаний по-прежнему поддерживает только симплексную передачу. Это создало серьезную проблему при появлении сети Internet. Существующая кабельная система оказалась способной передавать данные только в одном направлении, к пользователю.
Этот недостаток делает невозможным, например, доступ пользователя к Web-страницам, потому что броузер пользователя должен передать на Web-узел свой запрос. Кабельные компании предлагают два способа решения этой проблемы:
-
передавать запросы пользователей (которые всегда намного короче, чем Web- страницы) по телефонным линиям, а Web-страницы — по телевизионным кабелям;
-
установить новое кабельное оборудование с двусторонней передачей.
Большинство компаний использовали первый способ как временную альтернативу второго, более совершенного. Если оставить кабельную систему передачи симплексной, то пользователю придется нести расходы только на покупку кабельного и телефонного модемов (с пропускной способностью последнего не более 56 Кбит/с.) При этом ресурсы высокоскоростного кабельного канала будут использоваться полностью.
Многие кабельные компании сразу модернизируют свое оборудование для поддержки двусторонней коммуникации, в то время как другие все еще предоставляют только одностороннюю передачу данных Internet по телевизионному кабелю. В этих районах клиенты вынуждены использовать как кабельные, так и аналоговые модемы, подключенные к телефонной линии.