یترمپیواکیهاهکبشresearch.iaun.ac.ir/pd/daneshvar_farzanegan/pdfs/UploadFile_1613.pdf ·...
Transcript of یترمپیواکیهاهکبشresearch.iaun.ac.ir/pd/daneshvar_farzanegan/pdfs/UploadFile_1613.pdf ·...
1
یکاویپمرتاهیشبکه
گان د دانشور فرزان محمو سید دکتر
می اگشنه آزاد اسال 95پاییز -واحد نجف آباد–دا
فناوری های مخابراتی شبکه ها
93زمستان 2
:فصل سوم
مالتی-سازیتسهيمهایروش-3-1پلکسينگ
3
1)FDM (تسهيم سازی تقسيم فركانسی)
2 )TDM(تسهيم سازی تقسيم زمانی)
93زمستان 4
تسهيم سازي تقسيم فركانسي
.تسهيم سازي تقسيم فركانسي پهناي باند را به بخشهاي مجزایي تقسيم مي كند
(a) The original bandwidths.(b) The bandwidths raised in frequency.(c) The multiplexed channel.
93زمستان 5
تسهيم سازي تقسيم فركانسي
.تسهيم سازي تقسيم فركانسي در سيگنال هاي آنالوگ كاربرد دارد
93زمستان 6
تسهيم سازي تقسيم فركانسي
. براي تسهيل در فيلتر كردن سيگنال باند محافظ بکار مي رود•
93زمستان 7
تسهيم سازي تقسيم فركانسي
استاندارد تسهيم سازي فركانسي •
93زمستان 8
تسهيم سازي تقسيم فركانسي
93زمستان 9
تسهيم سازي تقسيم طول موج
.هاي فيبر نوري بکار مي روداست كه براي كانالFDMنوعي
93زمستان 10
تسهيم سازي تقسيم طول موج
واردمختلفموجطولوخودبهمخصوصانرژيباكدامهروكنندهتركيبیكبههمبافيبر4شکل ایندر.مي دهنددورمقصديبهانتقالبرايرامشتركيفيبرتشکيلوشوندميتركيبهمباپرتو4 این.مي شوند
93زمستان 11
تسهيم سازي تقسيم زماني
.تسهيم سازي تقسيم زماني در داده هاي دیجيتال كاربرد دارد
93زمستان 12
تسهيم سازي تقسيم زماني
ت در این روش تسهيم سازي زمان به فریم كه شامل برهه هاي زماني اس.تقسيم مي شود
93زمستان 13
تسهيم سازي تقسيم زماني
مگابيت برثانيه تسهيم 4مگابيت بر ثانيه در یك خط 1اگر چهار خط :سازي شود یك روش ميتواند به صورت زیر باشد
TDMهمزمانی در روش
93زمستان 14
یك چالش مهم در روشTDMهمزماني فرستنده و گيرنده است.یك راهکار ارسال یك بيت مشخص در ابتداي هر فریم است.
93زمستان 15
تسهيم سازي تقسيم زماني
The T1 carrier (1.544 Mbps).
تسهيم سازی در حامل های دیجيتال
Multiplexing T1 streams into higher carriers
93زمستان 16
تسهيم سازی در حامل های دیجيتال
Multiplexing DS streams into higher carriers
93زمستان 17
93زمستان 18
SONET/SDH
:استاندارد سونت داراي چهار هدف اصلي است
يعمومدهيسيگنالاستانداردتعریفتوسطرامختلفهايحاملهمکاري-1
.كندميفراهم...وبنديزمانموج،طولگرفتننظردربا
آمریکایي،دیجيتاليهايسيستمسازگاريبرايكهبودوسایليكردنفراهم-2
.اروپایيوژاپني
.یکدیگربهدیجيتالكانالچندسازيتسهيمبرايروشيارائه-3
(OAM)نگهداريومدیریت،عملياتجامعسيستمازپشتيباني-4
SONETدو فریم متوالي
93زمستان 19
SONETنرخ هاي مالتي پلکس و SDH
93زمستان 20
(SWITCHING)گزینیراه -3-2
راه گزیني مداري -1
راه گزیني بسته اي-2راه گزیني پيام-3
93زمستان 21
8.22
(سوییچینگ)دسته بندی روشهای راه گزینی
93زمستان 23
PSTNشبکه تلفن
.این شبکه ساختاري هرمي داشته و یك مثال از راه گزیني مداري است
93زمستان 24
راه گزیني مداري
ودبوجانتهادوبينمسيريتماس،برقراريازپس.داشتخواهدوجودتماسپایانتاومي اید
93زمستان 25
راه گزیني مداري
ميتماسقطع-مکالمه-تماسبرقراريفازسهشامل
.باشد
93زمستان 26
راه گزیني بسته اي
.استمقصدومبداآدرسشاملكهدادهازبخشي:بسته
.كندميپيدارامقصدبهرسيدنراهمسيریابكمكبابستههر
93زمستان 27
راه گزیني بسته اي
ازنيموردكهمخصوصيبسته هايتکنولوژيدر این
رفتهگنظردرآنهابرايخاصيمسيربدون اینکهاست
.مي شوندفرستادهشود
93زمستان 28
راه گزیني مسير مجازي
یکسانمسيریكطيهابستهازمجموعههر
.ميشوندیابيمسير
93زمستان 29
راه گزیني دیتاگرام
.ميشوندیابيمسيرمستقالًبستههر
(a) Circuit switching.93زمستان 30
(b) Packet switching.
روش راه گزینی مداری در مقایسه با بسته ای
مقایسه سوئيچينگ مداري و بسته اي
93زمستان 31
93زمستان 32
راه گزیني پيام
کيفيزیمسيرهيچقبلازگزینيراهنوع ایندر
.نمي شودبرقرارگيرندهوفرستندهبين
اولين وقتي فرستنده بلوكي از داده ها را منتقل مي كند در
. دددفتر راه گزیني ذخيره مي شود و سپس ارسال مي گر
رل هر بلوك بطور كامل دریافت مي شود، از نظر خطا كنت
.مي شود و سپس انتقال مي یابد
93زمستان 33
مودالسيون و ساختار مودم ها-3-3
ك یا چند وسيله اي كه یك رشته از بيت ها را بعنوان ورودي پذیرفته و بوسيله ی
.روش مدالسيون، یك خروجي آنالوگ توليد مي كند، مودم مي ناميم
Modem
stands for modulator/demodulator
93زمستان 34
هاتصال مودم در شبک
Dial upالگوي فلکي در مودم ها
(c) QAM-64 (b) QAM-16 (a) QPSK
93زمستان 35
در مودم ها2400دو استاندارد با نرخ باود
(a) V.32 for 9600 bps. (b) V.32 bis for 14,400 bps.
93زمستان 36
(a) (b)
ADSLخطوط
:اهداف (مدار پایاني)استفاده از تمام ظرفيت حلقه محلي •
kbps 56سریعتر بودن از خطوط تلفن •
عدم اختالل بين دستگاه هاي تلفن و فکس معمولي•متصل بودن دائمي و داشتن هزینه ثابت•
عوامل موثر در ظرفيت حلقه محلي طول خطضخامت سيم
كيفيت93زمستان 37
DSLانواع
93زمستان 38
catبر حسب فاصله در كابل DSLنمودار پهناي باند در سرویس
3 UTP
93زمستان 39
DMTبا روشADSLعملکرد
:پهناي باند حلقه محلي به سه باند تقسيم شده بودADSLدر اولين سرویس
(سرویس تلفن معمولي)POTSباند -1
( upstream)باند ارسال از كاربر به ایستگاه پایاني -2
( Downstream)باند ارسال از ایستگاه پایاني به كاربر-3
93زمستان 40
DMTروش
ADSLیك طرح ساده
93زمستان 41
93زمستان 42
ها پس از عبور از مدارهاي پایاني به سيگنال
ه در ایستگاه مركزي شركت تلفن مي رسند ك
لي وجود آنجا نيز یك تقسيم كنننده مشابه قب
ها و ISPدارد كه سيگنالهاي داده را به
هاي آنالوگ را به شبکه تلفن سيگنال
.مي فرستد
.متصلندADSLبه یك دستگاه تلفن و سيگنال داده به یك مودم POTSسيگنال
ADSLطرز كار
هراي آنرالوگ بره برراي تبردیل سريگنال
ز دیجيتررال در ایسررتگاه شررركت تلفررن ا
كره بسريار DSLAMدستگاهي بره نرام
اسررت، اسررتفاده ADSLشرربيه مررودم
.مي شود
( Splitter)در این شکل جداكننده
را از باند POTSقرار دارد كه باند
.داده جدا مي كند
93زمستان 43
شبکه تلفن همراه
:تلفن هاي همراه در مسير تکامل خود سه نسل را به خود دیده اند
صداي آنالوگ-1
صداي دیجيتال-2
صداي دیجيتال و داده-3
(a) Frequencies are not reused in adjacent cells.(b) To add more users, smaller cells can be used.
93زمستان 44
.م مي شوددر تمام سيستم هاي تلفن همراه، یك منطقه جغرافيایي به تعدادي سلول تقسي
كدینگ سيگنال-3-4
داده دیجیتال-سیگنال دیجیتال
Digital signal
discrete, discontinuous voltage pulses
Each bit is a signal element
binary data encoded into signal elements
اصطالحات
Unipolar - signal elements have the same sign
Polar - One logic state represented by positive voltage, other by negative
duration or length of a bit
modulation rate in signal elements per second
mark and space
Interpreting Digital Signals
Receiver needs to know
timing of bits - when they start and end
signal levels
factors affecting signal interpretation
signal to noise ratio
data rate
bandwidth
encoding scheme – affects performance
مقایسه روشهای کدینگ
signal spectrum
clocking
error detection
signal interference and noise immunity
cost and complexity
روشهای کدینگ
Nonreturn to Zero-Level(NRZ-L)
two different voltages for 0 and 1 bits
voltage constant during bit interval
no transition i.e. no return to zero voltage
such as absence of voltage for zero, constant positive voltage for one
more often, negative voltage for one value and positive for the other
Nonreturn to Zero Inverted
Non-return to zero, inverted on ones
constant voltage pulse for duration of bit
data encoded as presence or absence of signal transition at beginning of bit time transition (low to high or high to low) denotes binary 1
no transition denotes binary 0
example of differential encoding since data is represented by changes rather than levels
more reliable detection of transition rather than level
easy to lose sense of polarity in twisted-pair line (for NRZ-L)
NRZ معایب-مزایا
Pros
easy to engineer
make good use of bandwidth
Cons
dc component
lack of synchronization capability
used for magnetic recording
not often used for signal transmission
Multilevel BinaryBipolar-AMI
Use more than two levels
Bipolar-AMIzero represented by no line signal
one represented by positive or negative pulse
‘One’ pulses alternately in polarity
no loss of sync if a long string of ones
long runs of zeros still a problem
no net dc component
lower bandwidth
easy error detection
Multilevel BinaryPseudoternary
one represented by absence of line signal
zero represented by alternating positive and negative
no advantage or disadvantage over bipolar-AMI
each used in some applications
Multilevel Binary Issues
synchronization with long runs of 0’s or 1’s
can insert additional bits, c.f. ISDN
scramble data (discussed later)
not as efficient as NRZ
each signal element only represents one bit• receiver distinguishes between three levels: +A, -A, 0
a 3 level system could represent log23 = 1.58 bits
requires approx. 3dB more signal power for same probability of bit error
Manchester Encoding
has transition in the middle of each bit period
transition serves as clock and data
low to high represents one
high to low represents zero
used by IEEE 802.3 (Ethernet LAN)
Differential Manchester Encoding
Mid-bit transition is clocking only
transition at start of bit period representing 0
no transition at start of bit period representing 1 this is a differential encoding scheme
used by IEEE 802.5 (Token Ring LAN)
معایب روشهای دو فازی–مزایا
Con
at least one transition per bit time and possibly two
maximum modulation rate is twice NRZ
requires more bandwidth
Pros
synchronization on mid bit transition (self clocking)
has no dc component
has error detection
Modulation Rate
Problems Q1. Assume a stream of ten 1’s. Encode the
stream using the following schemes:
NRZ-I, AMI, Manchester, Differential Manchester.
How many transitions (vertical lines) are there for each scheme.
Q2. For the Manchester encoded binary stream of the following page, extract the clock information and the data sequence.
Scrambling use scrambling to replace sequences that would
produce constant voltage
these filling sequences must produce enough transitions to sync
be recognized by receiver & replaced with original data
be same length as original, no rate penalty
design goals have no dc component
have no long sequences of zero level line signal
have no reduction in data rate
give error detection capability
B8ZS and HDB3
B8ZS Substitution Rules:
•If an octet of all zeros occurs and the last
voltage pulse preceding this octet was
positive, then the eight zeros of the octet are
encoded as 000+–0–+.
•If an octet of all zeros occurs and the last
voltage pulse preceding this octet was
negative, then the eight zeros of the octet are
encoded as 000–+0+–.
# If the AMI signal is inverted in the previous
diagram,
Draw the B8ZS and HDB3 signals.
HDB3 Substitution Rules:
Number of Bipolar Pulses (ones)
since Last Substitution
Polarity of Preceding Pulse :
Odd
Even
- 000-
+00+
+ 000+
-00-
- the fourth zero is replaced with a code violation.
- successive violations are of alternate polarity
ProblemsQ3. Consider a stream of binary data
consisting of a long sequence of 1s, followed by a zero, followed by a long sequence of 1s. Preceding bit and level is indicated within parentheses. Draw the waveforms for NRZI (high), AMI (1 as negative voltage), and pseudo-ternary (0 as negative voltage).
ProblemsQ4. The AMI waveform representing a
sequence 0100101011 is transmitted over a noisy channel. The received waveform with a single error is shown in the following. Locate the error with justification.
Problems
Q5. For the received AMI bipolar sequence + - 0 + - 0 - + which has one violation, construct two possible transmitted pattern that might result in the same received pattern.
سیگنال آنالوگ–داده آنالوگ
modulate carrier frequency with analog data
why modulate analog signals?
higher frequency can give more efficient transmission
permits frequency division multiplexing (chapter 8)
types of modulation
Amplitude
Frequency
Phase
Analog ModulationTechniques
Amplitude Modulation
Frequency Modulation
Phase Modulation
سیگنال دیجیتال-داده دیجیتال
main use is public telephone system
has freq. range of 300Hz to 3400Hz
use modem (modulator-demodulator)
encoding techniques
Amplitude shift keying (ASK)
Frequency shift keying (FSK)
Phase shift keying (PSK)
Modulation Techniques
Amplitude Shift Keying encode 0/1 by different carrier amplitudes
usually have one amplitude zero
susceptible to sudden gain changes
inefficient
used for up to 1200bps on voice grade lines
very high speeds over optical fiber
Binary Frequency Shift Keying
most common is binary FSK (BFSK)
two binary values represented by two different frequencies (near carrier)
less susceptible to error than ASK
used for up to 1200bps on voice grade lines
high frequency radio
higher frequency on LANs using co-ax
Multiple FSK
each signalling element represents more than one bit
more than two frequencies used
more bandwidth efficient
more prone to error
MFSK
Phase Shift Keyingphase of carrier signal is shifted to
represent data
binary PSK
two phases represent two binary digits
differential PSK
phase shifted relative to previous transmission rather than some constant reference signal
DPSK
Quadrature PSK
get more efficient use if each signal elementrepresents more than one bite.g. shifts of /2 or (90o)
each element represents two bits
split input data stream in two & modulate onto carrier & phase shifted carrier
can use 8 phase angles & more than one amplitude9600bps modem uses 12 angles, four of which
have two amplitudes
QPSK and OQPSK Modulators
QPSK
Performance of Digital to Analog Modulation Schemes
bandwidth
ASK/PSK bandwidth directly relates to bit rate
multilevel PSK gives significant improvements
in presence of noise:
bit error rate of PSK and QPSK are about 3dB superior to ASK and FSK
سیگنال دیجیتال-داده آنالوگ
digitization is conversion of analog data into digital data which can then:
be transmitted using NRZ-L
be transmitted using code other than NRZ-L
be converted to analog signal
analog to digital conversion done using a codec
pulse code modulation
delta modulation
Digitizing Analog Data
Pulse Code Modulation (PCM)
sampling theorem:“If a signal is sampled at regular intervals at a rate
higher than twice the highest signal frequency, the samples contain all information in original signal”
e.g. 4000Hz voice data, requires 8000 sample per sec
Strictly: these are analog samples Pulse Amplitude Modulation (PAM)
so assign each a digital value
PCM Example
PCM Block Diagram
Non-Linear Coding
Companding
Delta Modulation
analog input is approximated by a staircasefunction
can move up or down one level () at each sample interval
has binary behavior
since function only moves up or down at each sample interval
hence can encode each sample as single bit
1 for up or 0 for down
Delta Modulation Example
Delta Modulation Operation
PCM verses Delta Modulation
DM has simplicity compared to PCM
but has worse SNR
issue of bandwidth usede.g. for good voice reproduction with PCM
• want 128 levels (7 bit) & voice bandwidth 4khz
• need 8000 x 7 = 56kbps
data compression can improve on this
still growing demand for digital signalsuse of repeaters, TDM, efficient switching
PCM preferred to DM for analog signals
Problem
Q6. The analog waveform shown in the following figure is to be delta modulated. The sampling period and the step size are indicated by the grid. The first DM output is also shown. Give the DM output for the complete signal.
Problem
Summary
looked at signal encoding techniques
analog data, analog signal
digital data, analog signal
analog data, digital signal