wykład 3

1. Systemy teleinformatyczne AiR 5r. wykład 3

2. Omówiliśmy poprzednio 4 procesy PCM • filtrowanie • próbkowanie • kwantyzacja • kodowanie dochodzi jeszcze kodowanie linii.....

3. Kodowanie linii- zamiana na sygnały elektryczne Kodowanie to stosuje się po to by uniknąć błędu synchronizacji pod wpływem wystąpienia identycznej sekwencji z wzorem fazowania (clock-zegar) w strumieniu danych. Także – aby zmniejszyć narastanie ładunku (pojemność) między parą kabli – taką rolę odgrywa skrętka – doprowadzenie do sygnału bipolarnego (zmiennego)

4. Kodowanie Manchester G.E. Thomas –1949 r. XOR zegar – wzór fazowania sygnał przykładowy 1 0 1 0 1 1 0 0 kodowanie Manchesterunipolarne kodowanie Manchesterbipolarne IEE 802.3 eliminacja składowej stałej 1 0 1 0 1 1 0 0

5. Kod Manchester koduje: 1 na 01 0 na 10 Zmiana poziomu sygnału zawsze w połowie okresu sygnalizacji W odróżnieniu od innych kodów szybkość sygnalizacji kodu Manchester jest dwukrotnie większa niż szybkość transmisji Jego zastosowanie może wymagać ograniczenia szybkości transmisji lub długości łącza (większe tłumienie sygnałów o wyższych częstotliwościach). Kod Manchester jest kodem samosynchronizującym Można łatwo sposób ustalić takt strony kodującej (nadajnika)!

6. Kodowanie AMI bipolarne 2 kolejne jedynki to odwrócenie fazy! zawsze 2 jedynki mają odwrotną fazę – nie ma naruszenia bipolarności zegar – wzór fazowania sygnał przykładowy 1 0 1 0 1 1 0 0 kodowanie AMI 1 0 1 0 1 1 0 0

7. Naruszenie bipolarności BPV – ogólnie niepożądane Kodowanie B8ZS wprowadza naruszenie bipolarności celowo (aby nie było za wielu zer) – 2 kolejne impulsy są tej samej polaryzacji więc 4 następne są dodane extra jeśli 8 zer to 4 dodatkowe impulsy 1 0 0 0 0 0 0 0 0 same 0 lepsze wypełnienie dla synchronizacji B8ZS itd. 7-me 0 8-me 0 5-te 0 4-te 0 + - - +nie wprowadza dod. składowej stałej

8. Czyli w transmisji ważne: • - aby nie było sygnałów unipolarnych, bo wtedy ładunek na linii • - aby nie było za wielu zer – utrata synchronizacji

9. Klasyfikacja sygnałów • analogowe: nieprzerwane w dziedzinie czasu i amplitudy • próbkowane: przerywane na osi czasu; na osi amplitudy przyjmują dowolną wartość • kwantowane: nieprzerwane w czasie; przyjmują ściśle określone poziomy amplitudowe • cyfrowe: dyskretne, czyli nieciągłe w czasie; nieciągłe w amplitudzie np. binarne (dwójkowe) czyli przyjmujące dwieokreślone wartości w określonych momentach (chwilach) czasowych; sygnał cyfrowy może mieć wartość amplitudy 0 [V](niski potencjał), bądź +U [V] (wysoki potencjał), konwencja sygnałowi 0 [V] przypisuje się cyfrę "0", sygnałowi +U [V] cyfrę "1" (konwencja dodatnia, pozytywna).

10. Układy logiczne • Dowolny układ logiczny może mieć n wejść i co najmniej jednowyjście. • Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone funkcje algebry Boole’a. • Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami wejść można opisać: • za pomocą tablicy prawdy • analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego wejścia wyjście Układ logiczny

11. Układy • układy kombinacyjne • układy sekwencyjne • układy asynchroniczne • układy synchroniczne

12. układem kombinacyjnym nazywamy taki układ cyfrowy, w którym stan wejść jednoznacznie określa stan wyjść układu • układem sekwencyjnym nazywamy taki układ cyfrowy, w którym stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzednich stanów układu. • układem asynchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego w dowolnym momencie jego działania stan wejść oddziałuje na stan wyjść. • układem synchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego stan wejść wpływa na stan wyjść w pewnych określonych odcinkach czasu zwanych czasem czynnym, natomiast w pozostałych odcinkach czasu zwanych czasem martwym stan wejść nie wpływa na stanwyjść.

13. Układykombinacyjne Sygnały (stany) wyjściowe są zdeterminowanymi funkcjamisygnałów (stanów) wejściowych. Wszystkie mogą być wykonane za pomocą urządzeń zwanych bramkami, które realizują działania algebry Boole`a w dziedzinie układów dwustanowych (binarnych). sumatory; komparatory; dekodery, kodery, transkodery;

14. Układysekwencyjne Klasa zagadnień, które nie mogą być rozwiązane przez utworzenie kombinacyjnych funkcji bieżących stanów wejść, lecz wymagają znajomości poprzednich stanów • Układy sekwencyjne • przerzutniki • rejestry • liczniki

15. Tablica prawdy przedstawia zależność pomiędzy stanem logicznym wyjścia układu logicznego, a stanem na wejściach tego układu Dla układu o n wejściach ma on 2n wierszy uwzględniających wszystkie możliwe kombinacje sygnałów wejściowych i odpowiadające im stany wyjścia (wejścia) wyjście wejścia

16. Typowe zadania sekwencyjne to: • zamiana szeregowego ciągu bitów (bity następują kolejno jeden po drugim) w równoległy zestaw bitów, • zliczaniejedynek w danej sekwencji, • rozpoznanie pewnego wzoru w sekwencji, • wytworzenie jednego impulsu dla np. co czwartego impulsu wejściowego.

17. Do realizacji wszystkich wymienionych zadań konieczne jest zastosowanie jakiejś pamięci cyfrowej. Podstawowym urządzeniem pamięciowym jest przerzutnik bistabilny (ang. flip flop lub bistablemultivibrator)

18. SA SB + 5V - UB Bramka AND Y=A*B Wyjście bramki AND (czyli I) jest w stanie wysokim tylko wtedy, gdy obydwa wejścia są w stanie wysokim. Na przykład 8-wejściowa bramka AND będzie miała wyjściew stanie wysokim tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia będą w stanie wysokim. Tablica prawdy

19. SA + 5V SB - UB Bramka OR Y=A+B • Wyjście bramki OR (czyli LUB) jest w stanie wysokim, jeżeli któreś z wejść (lub obydwa) jest w stanie wysokim • Narysowana bramka to 2-wejściowa bramka OR.W przypadku ogólnym bramki mogą mieć dowolną liczbę wejść • Typowy układ scalony • cztery bramki 2-wejściowe, • trzy bramki 3-wejściowe • lub dwie bramki 4-wejściowe Tablica prawdy

20. Inwerter (funkcja NOT) Zmiana stanu logicznego na przeciwny (negowaniem stanu logicznego). "bramka" o jednym wejściu Zapis – A’ lub A

21. + SA 5V - UB SB 5V SA SB UB NAND i NOR Funkcja NOT może być połączona z innymi funkcjami, tworząc NAND i NOR + Y=A+B - Z Y=A*B S

22. Exclusive-OR Exclusive-OR(XOR, czyli WYŁĄCZNE LUB) Wyjście bramki XOR jest w stanie wysokim, jeżeli jednoalbodrugie wejście jest w stanie wysokim (jest to zawsze funkcja dwóch zmiennych). Inaczej, wyjście jest w stanie wysokim, jeżeli stany wejść są różne

23. Multipleksery Multiplekser łączy wiele wejść z jednym wyjściem. W dowolnej chwili jedno z tych wejść jest wybrane jako połączenie z wyjściem kanał dane

24. Multiplekser i demultiplekser - transmisja

25. Tablica prawdy demultipleksera na wyjściu nieadresowanym zawsze 1

26. Przerzutniki (układy sekwencyjne!) Przerzutniki są elementami grupy układów sekwencyjnych, których podstawowym zadaniem jest pamiętanie jednego bitu informacji Przerzutnik posiada co najmniej dwa wejścia i z reguły dwa wyjścia Typyprzerzutników: RS D JK T

27. Przerzutnik RS 0 0 na wejściu to wyjście takie jak poprzedni stan 2 bramki NOR

28. Zwielokrotnianie (multipleksowanie) w systemach analogowych i cyfrowych Systemy analogowe dla zwiększenia liczby kanałów wykorzystywały zwielokrotnienie częstotliwościowe, które wymagało rozszerzenia pasma kanału transmisyjnego - polegało ono na układaniu kolejnych kanałów kolejno na wyższej częstotliwości w odstępie szerokości kanału telefonicznego (równolegle). Każdy kanał miał dostęp do swojej częstotliwości Inna możliwość w tych systemach nie była możliwa, gdyż sygnał analogowy ograniczony w jakimś paśmie wysyła niepoliczalną liczbę informacji o tym paśmie Nie da się jej wysyłać w odstępach czasu (szeregowo) - to powodowałoby utratę danych.

29. Systemy cyfrowe przesyłają ograniczoną liczbę danych • przyspieszanie sygnału przed zwielokrotnieniem • wysłanie w tej samej jednostce czasowej większej liczby danych uporządkowanych w szczeliny czasowe • TDM – Time Division Multiplexing

30. Metody zwielokrotniania - multipleksowania • FDM – podział częstotliwości • TDM – podział czasu • WDM – podział długości fali • DWDM – gęsty podział długości fali

31. Podział systemów z TDM W systemach teletransmisyjnych rozróżnia się dwa rodzaje zwielokrotnienia z podziałem czasu: • zwielokrotnienie z przeplataniem bitów (bit po bicie) - np. systemy PDH(plezjochronous digital hierarchy).. • wersja międzynarodowa sieć E (E1, E2 itd.) • USA sieć T (T1, T2 itd.) • plezjo = prawie • zwielokrotnienie z przeplataniem bajtów (bajt po bajcie) - np. systemy SDH(synchronous digital hierarchy)

32. Systemy PDH – plezjochroniczne(„prawie” synchroniczne) Lata 70-te – cyfrowe systemy teletransmisyjne oparte na modulacji kodowo - impulsowej PCM (PulseCodeModulation), która przekształca sygnał analogowy na sygnał binarny. Sygnał telefoniczny o paśmie 4 kHz przekształcony do cyfrowego o przepływności 64 Kb/s - sygnałDS0 Łącząc wiele kanałów PCM w jeden ciąg binarny o dużej przepływności za pomocą TDM (sekwencyjne przeplatanie bajtowe), dla 30 kanałów 64 kb/s można uzyskać np. kanał o przepływności 2048 kb/s. ... czyli najpierw budowany jest kanał 2 Mb metodą bajt po bajcie ..wyżej już bit po bicie.. jak samochody wjeżdżające z wielu ulic w jedną o tej samej szerokości co dojazdowe – muszą jechać szybciej z przeplataniem

33. Hierarchia plezjochroniczna - PDH E T sygnał DS0 USA Europa

34. sygnały DS0 sygnał DS1 T1 1 64 kb/s 2 ... 24 23 2 1 3 MUX ... 32 31 2 1 4 multiplexer 2Mb/s E1 24 lub 30 kierunek przesyłu TDM – time division multiplexing

35. SYSTEM PDH - E1 – międzynarodowy (Europa) Budowa strumienia 2 Mb/s (221) b/s = 213 .23 .23= 8000.8b.32 • Informacje są przekazywane w postaci 8-bitowych pakietów informacji (256 stanów), • Próbkowanie odbywa się z częstotliwością 8kHz, czyli co 125 s, • Ramka ma budowę 32 kanałową według zasady bajt po bajcie (30 kanałów użytecznych) - z dodanym bajtem wzoru fazowania ramki (FAW) i bajtemsygnalizacji dla szczelin czasowych.

36. Ramka 1 wieloramki strumienia 2 Mb/s kanał 1 kanał 2 kanał 16 kanał 30 sygnalizacja słowo serwisowe (r.nparz.)-alarmy, CRC4 wzór fazowania (r.parz) X0011011 kanał 1 kanał 16 W ramce 2 kanał 2 W ramce 2 kanał 17 itd.

37. Ramka strumienia 2 Mb/s – element wieloramki MF16 30 kanałów użytkowych sygnalizacja ! czasem zwykły kanał wszystko zależy do technologii bajt 0 (szczelina 0) 8 bitów

38. .. a następnie na wyższych poziomach hierarchii odbywa się zwielokrotnienie plezjochroniczne przeplatanie bitów z dopełnianiem w przypadku niewielkiej różnicy częstotliwości) • Wprowadzono kolejne poziomy zwielokrotnienia: • 8.5 Mbit/s, (223= 221 *4) • 34 Mbit/s, (225= 223 *4) • 140 Mbit/s, najczęstszy system (227= 225 *4) • 565 Mbit/s. (światłowody - długość fali 1550 nm)

39. Każdy wyższy poziom składa się z czterech sygnałów niższego poziomu uzupełnionych o informacje sterujące = plezjochroniczna (prawie synchroniczna) hierarchia cyfrowa PDH. Zwielokrotniane są kanały 2 Mbit/s generowane przez różne urządzenia. Ich zegary różnią się nieznacznie miedzy sobą. Dla zapewnienia stałej przepływności sygnału, tzw. "przeplot" bitowy musi być uzupełniony przez dodanie pustych bitów = bity dopełnienia. Bity te są usuwane z sygnału zbiorczego podczas procesu demultipleksacji. Ten sam problem pojawia się na każdym poziomie zwielokrotnienia i za każdym razem wprowadza się bity uzupełniające.

40. ponieważ przeplatanie 1:1 to bity dopełniające J bity wolniejsze

41. Optical Line Termination Unit Transmisja w systemach PDH

42. bit po bicie z dopełnianiem bajt po bajcie podstawowy

43. E1 – jest właściwie synchroniczny ale plezjochroniczna jest struktura sieciowa – czyli wiele obwodów synchronicznych z różnymi zegarami!!!

44. USA system T1 multipleksacja razy 24

45. Systemy synchroniczne

46. SDH-Europa SONET - USA Synchronous Digital Hierarchy Synchroniczna Hierarchia Systemów Cyfrowych Technologia sieci transportu informacji, charakteryzująca się tym, że wszystkie urządzenia działające w sieci SDH, są zsynchronizowane zarówno do nadrzędnego zegara jak i do siebie nawzajem

47. PRC (Primary Reference Clock) - Pierwotny Zegar odniesienia. Jest to zegar, który wytwarza przebiegi wzorcowe dla całej sieci SDH. Wymaga się, aby zegar taki miał dużą stabilność częstotliwości i był niezawodny. Wzorce z cezu i rubidu

48. Synchronous Digital Hierachy Implementacja standardu SONET dla sieci telekomunikacyjnej dla krajów ITU/CCITT (International Telecomunication Union - Genewa) DS0 to 64 kb/s Znamy podstawowe DS1 (w Europie też czasem określane E1) – ITU (Europa)– system 2,048Mb/s (STM-N) 32x DS0 (E0) – USA i Japonia – 1,544Mb/s (STS-N) 24xDS0

49. System SDH - ITU • Synchroniczna hierarchia cyfrowa, kolejne przepływności podstawowe SDH: • - ramka STM - 1155.5Mbit/s -ponad 2000 kanałów tel. • - ramka STM - 4 622 Mbit/s • - ramka STM -16 2.48 Gbit/s • ramka STM - 64 9.95 Gbit/s – ~300 000 kanałów telef. • ramka STM-256 ~ 40 Gbit/s)

50. Podstawowa europejska jednostka transportowa STM-1 Synchronous Transport Module Synchroniczny Moduł Transportowy W czasie zwielokrotniania ma przepływność, będącą N-tą wielokrotnością STM-1 (155,52 Mbit/s).