Sieci komputerowe
- warstwa fizyczna
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