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