a transferência de dados na mídia de cobre realmente acontece apenas alterando a voltagem?

Question

Pelo que entendi, este gráfico:

1 é representado por uma voltagem de 3 e 0 por uma voltagem de 0.

Como eu posso imaginar, apenas uma voltagem é possível de cada vez em um cabo (então você não pode ter 2 voltagens e 3 voltagens ao mesmo tempo no mesmo meio).

A tensão muda em um cabo que, por exemplo, transmite 1 Gbit / s realmente 1 bilhão de vezes? E quão perto está o gráfico acima dos atuais cabos de cobre (twister-pair)?

    

Answer 1

Does the voltage change in a cable which for instance transmits 1 Gbit/s really 1 billion times?

Em geral, sim.

É um pouco mais complexo na realidade, mas não muito. Se você tiver vários fios disponíveis, poderá usá-los para enviar vários sinais ao mesmo tempo (aumentando o rendimento ou diminuindo a frequência).

Você também pode usá-los para reduzir a interferência - se você tiver um par trançado, você pode enviar sinal real através de um fio e sinal invertido através do outro. Então você inverte o segundo fio mais uma vez na extremidade de recepção e soma-o com o original - as interferências serão canceladas.

Codificação adicional também é usada, por exemplo, valores de 8 bits podem ser transmitidos usando códigos de 10 bits. Isso reduz o rendimento, mas permite a detecção / correção de erros. Os códigos também são projetados de tal forma que você pode usá-los para sincronizar o relógio.

    

Answer 2

does data transfer in copper media really just happen by changing voltage?

Depende da modulação usada para transmitir a informação.

"Alterando a voltagem" é apropriadamente chamada de modulação de amplitude.
As informações também podem ser transmitidas usando modulação de frequência, modulação de fase ou alguma combinação.

O TTL usa modulação de amplitude. Mas o TTL é usado quase exclusivamente para conexões lógicas on-board e raramente usado para comunicações ou distâncias maiores que alguns metros ou meio metro. (A interface da impressora Centronics, ou IEEE 1284, é uma exceção rara).

As I understand this graphic:
...
1 is represented by a voltage of 3 and 0 by a voltage of 0.

Você está vendo uma forma de onda idealizada para o TTL. Na realidade, essas belas ondas quadradas podem parecer bastante irregulares na vida real.

AsIcanimagine,onlyonevoltageispossibleatatimeonacable(Soyoucannothave2voltageand3voltageatthesametimeonthesamemediumright).

Instantaneamente,existeumúnicovalordetensãonofio,maspodeserasomadeumaoumaistensõesdesinal,porquedependedamodulaçãoedo(s)sinal(is)existente(s)emummundoanalógico.Essesinal"digital" é assim chamado porque a informação é digital, ou seja, quantificada em dois estados. Mas tais sinais "digitais" precisam existir no mundo analógico. Isso significa que os níveis de sinal fazem parte de uma forma de onda contínua e não podem existir precisamente em apenas dois níveis.

Para TTL esses dois "níveis" são na verdade duas faixas de tensão, uma faixa de tensão superior (por exemplo, 2,4V a 3,3V para lógica de 3,3V) para o estado alto e uma faixa de tensão mais baixa (por exemplo, 0V a 0,4V para 3,3V lógica) para o estado baixo.

Does the voltage change in a cable which for instance transmits 1 Gbit/s really 1 billion times?

Novamente, isso depende da modulação.
Para o TTL isso seria verdade. Mas os sinais de comunicação raramente usam o TTL devido aos requisitos de largura de banda e à integridade do sinal.

Ethernet normalmente usa PAM, modulação de amplitude de pulso. Por exemplo, dois (2) bits podem ser codificados por pulso usando quatro níveis de tensão. Então, apenas meio bilhão de mudanças de voltagem seriam necessárias no seu exemplo.

A televisão digital pode usar o QAM256, modulação por amplitude em quadratura, que emprega fase e amplitude. Oito bits podem ser codificados por símbolo.

Em vez de "alterações de voltagem" (o que implica apenas níveis discretos são necessários), a métrica de comunicação usada é a largura de banda, que é expressa como a frequência de uma onda sinusoidal. A análise de Fourier diria a você que a onda quadrada representada na sua pergunta requer um meio de largura de banda infinitamente alto. (Observe que a foto acima é de um escopo digital de alta largura de banda, 10 gigabytes / segundo.)

And how close is the above graphic to todays copper-cables (twister-pair)?

Você nunca poderia capturar formas de onda perfeitas na vida real com um osciloscópio; eles não existem.
E o rótulo de "sinal digital puro" é falso, já que mostra transições entre níveis. Um verdadeiro "sinal digital" não seria contínuo, mas teria apenas estados descontínuos.

    

Answer 3

Vamos esclarecer algo mais - embora não relacionado à própria Ethernet, mas como isso é feito em geral "em cobre" (e "no ar" também).

As I can imagine, only one voltage is possible at a time on a cable (So you cannot have 2 voltage and 3 voltage at the same time on the same medium right).

Na verdade, você pode quantas "voltagens" desejar em um cabo (limitado apenas pela largura de banda do condutor e pela qualidade do equipamento transmissor / receptor). Para conseguir isso, basta alimentá-lo com múltiplas frequências ortogonais. É claro que isso produzirá uma única saída de "voltagem" (com formas de onda estranhas), mas elas serão separáveis na outra extremidade.

Does the voltage change in a cable which for instance transmits 1 Gbit/s really 1 billion times?

No caso de sinais modulados em frequência / fase (FM / PM), a mudança de tensão real é muitas vezes mais rápida do que a taxa de bits digital resultante em si. Por exemplo, no sinal de televisão DVB-C, a taxa de bits da rede é de cerca de 50 Mb / s (por canal de 8 MHz), enquanto a frequência da portadora é algo entre 100 MHz e 1 GHz. Com a modulação QAM256, um símbolo codifica 8 bits, de modo que 50 Mb / s gera cerca de 6250 kS / s (6,25 milhões de símbolos por segundo). Isto significa que um símbolo é transmitido durante 160 ns (na realidade isto é mais complicado, mas vamos manter isto simples). 6,25 MS / s transmitidos usando portadora 100-1000 MHz. Existem cerca de 100 canais separados de 8 MHz de largura dentro da banda permitida, então você pode enviar cerca de 5 Gb / s por cabo coaxial, enquanto todas as "voltagens" estão mudando ca. 50 bilhões (escalas curtas) vezes por segundo (estimado como: frequência de portadora média de 500 MHz multiplicada por 100 canais).

Com o esquema DVB-T, isso é ainda mais complicado, pois cada canal contém subportadoras ~ 2000 ou ~ 8000 (COFDM), portanto as "tensões" reais alteram seu valor 20000 ~ 80000 mais rápido que a taxa de bits real.

    

Answer 4

Desde que você perguntou sobre Gigabit Ethernet sobre cobre - 1000BASE-T especificamente:

O 1000BASE-T usa todos os quatro pares trançados simultaneamente em ambas as direções. O fluxo de dados gigabit é separado em quatro faixas de 250 Mbit / s cada. Uma codificação um tanto sofisticada (modulação de código de treliça quadridimensional) com PAM-5 (5 níveis de tensão diferentes) traz a taxa de símbolo para 125 MBaud - isto é o mesmo que 100BASE-TX, portanto os mesmos requisitos de cabeamento Cat-5e, mas cada faixa transporta 2.5x o conteúdo da informação.