Как се казва комуникационната линия. Физическа наета линия

Скорост на предаване(скорост на информация или пропускателна способност, и двата английски термина се използват взаимозаменяемо) е действителната скорост на потока от данни, преминаващ през мрежата. Тази скорост може да бъде по-малка от предложената скорост на зареждане, тъй като данните в мрежата могат да бъдат повредени или загубени.

Капацитетът на комуникационен канал (капацитет), наричан още честотна лента, представлява максималната възможна скорост на трансфер на данни по канала.

Спецификата на тази характеристика е, че тя отразява не само параметрите на физическата предавателна среда, но и особеностите на избрания метод за предаване на дискретна информация през тази среда.

Например капацитетът на комуникационния канал е Ethernet мрежипо оптично влакно е 10 Mbps. Тази скорост е най-бързата възможна за комбинация от Ethernet и оптични влакна. Въпреки това, за същото оптично влакно е възможно да се разработи друга технология за предаване на данни, която се различава по метода на кодиране на данни, тактова честота и други параметри, която ще има различен капацитет. Така че технологията Бърз Ethernetосигурява предаване на данни по едно и също оптично влакно с максимална скорост 100 Mbps и Gigabit Ethernet 1000 Mbps. Предавателят на комуникационното устройство трябва да работи със скорост, равна на честотната лента на канала. Тази скорост понякоганаречена скорост на предаване на предавателя.

Честотна лента- този термин може да бъде подвеждащ, защото се използва с две различни значения.

Първо , с негова помощ може да характеризира предавателната среда. В този случай това означава честотната лента, която линиятатрансфери без съществени неточности. Произходът на термина е ясен от това определение.

Второ , терминът "широчина на честотната лента" се използва като синоним на термина "капацитет на комуникационния канал"... В първия случай честотната лента се измерва в херци (Hz), във втория - в битове в секунда. Необходимо е да се разграничат значенията на този термин по контекст, въпреки че понякога е доста трудно. Разбира се, би било по-добре да се използват различни термини за различни характеристики, но има традиции, които трудно се променят. Тази двойна употреба на термина "широчина на честотната лента" вече е влязла в много стандарти и книги, така че ще следваме установения подход.

Трябва също да се има предвид, че този термин във второто си значение е дори по-често срещан от капацитет, така че от двата синонима ще използваме честотна лента.

Друга група характеристики на комуникационния канал е свързана със способността за предаване на информация по канала към едната или двете страни.

Когато два компютъра взаимодействат, обикновено се изисква прехвърляне на информация в двете посоки, от компютър А към компютър Б и обратно. Дори в случай, когато на потребителя му се струва, че той получава само информация (например изтегля музикален файл от интернет) или предава (изпраща електронна поща), обменът на информация върви в две посоки. Има просто основен поток от данни, който интересува потребителя, и допълнителен поток в обратна посока, които образуват разписки от тези данни.

Физическите комуникационни канали се делят на няколко вида в зависимост от това дали могат да предават информация в двете посоки или не.

Дуплекс каналосигурява едновременно предаване на информация в двете посоки. Дуплексният канал може да се състои от две физически носители, всяка от които се използва за предаване на информация само в една посока. Възможен е вариант, когато една среда служи за едновременно предаване на обратни потоци, като в този случай се използват допълнителни методи за отделяне на всеки поток от общия сигнал.

Полудуплекс каналсъщо така осигурява пренос на информация в двете посоки, но не едновременно, а на свой ред. Тоест през определен период от време информацията се предава в една посока, а през следващия период - в обратна посока.

Симплексен каналпозволява информацията да се предава само в една посока. Често дуплексната връзка се състои от две симплексни връзки.

Комуникационни линии

При изграждане на мрежи се използват комуникационни линии, в които се използват различни физически медии: телефонни и телеграфни проводници, окачени във въздуха, положени под земята и по дъното на океана, медни коаксиални и оптични кабели, заплитащи всички съвременни офиси, медни усукани двойки, всички проникващи радиовълни

Помислете за общите характеристики на комуникационните линии, независимо от тяхната физическа природа, като напр

честотна лента,

пропускателна способност,

Имунитет и

Надеждност на предаването.

Ширината на линията предаването е основна характеристика на комуникационния канал, тъй като определя максималната възможна скорост на информация на канала, коятонаречена честотна лента на канала.

Формулата на Найкуист изразява тази зависимост за идеален канал, а формулата на Шанън отчита наличието на шум в реален канал.

Класификация на комуникационните линии

Когато се описва техническа система, която прехвърля информация между мрежови възли, в литературата могат да се намерят няколко имена:

комуникационна линия,

комбиниран канал,

канал,

Връзка.

Често тези термини се използват взаимозаменяемо и в много случаи това не е проблем. В същото време има и специфика в тяхното използване.

Връзка (връзка) Това е сегмент, който осигурява трансфер на данни между два съседни мрежови възела. Тоест, връзката не съдържа междинни комутационни и мултиплексиращи устройства.

канал най-често обозначават частта от честотната лента на връзката, използвана независимо по време на превключване. Например, връзка в първичната мрежа може да се състои от 30 канала, всеки от които има честотна лента от 64 Kbps.

ВеригаЕ пътят между двата крайни възела на мрежата. Снадената връзка се формира от отделни междинни връзки и взаимовръзки в ключове. Често епитетът "съставен" се пропуска и терминът "канал" се използва за обозначаване както на съставен канал, така и на канал между съседни възли, тоест в рамките на връзка.

Комуникационна линия може да се използва като синоним за всеки от другите три термина.

Не бъдете твърде строги по отношение на объркването на терминологията. Това е особено вярно за разликите в терминологията на традиционната телефония и по-новата област – компютърните мрежи. Процесът на конвергенция само изостри проблема с терминологията, тъй като много от механизмите на тези мрежи станаха общи, но запазиха няколко (понякога повече) имена от всяка област.

Освен това има обективни причини за нееднозначното разбиране на термините. На фиг. 8.1 показва две опции за комуникационна линия. В първия случай (фиг. 8.1, а) линията се състои от кабелен сегмент с дължина няколко десетки метра и е връзка.

Във втория случай (фиг. 8.1, б) комуникационната линия е композитен канал, разположен в мрежа с комутиране на вериги. Такава мрежа може да бъде първична мрежа или телефонна мрежа.

Въпреки това, за компютърна мрежа тази линия е връзка, тъй като свързва два съседни възела и цялото комутационно междинно оборудване е прозрачно за тези възли. Тук е очевидна причината за взаимното неразбиране на ниво термини на компютърни специалисти и специалисти от първични мрежи.

Първичните мрежи са специално създадени с цел предоставяне на услуги на канали за предаване на данни за компютърни и телефонни мрежи, за които в такива случаи се казва, че работят „отгоре“ на първичните мрежи и са насложени мрежи.

Характеристики на комуникационната линия

Вие и аз трябва да разберем такива понятия като: хармонично, спектрално разлагане (спектър) на сигнала,ширина на спектъра на сигнала, формули на Фурие, външни смущения, вътрешнисмущения или смущения, затихване на сигнала, линейно затихване, прозорец
прозрачност, ниво на абсолютна мощност, относително ниво
мощност, праг на чувствителност на приемника, импеданс на вълната,
имунитет на линията, електрическа връзка, магнитна връзка,
индуциран сигнал, кръстосани смущения в близкия край, кръстосани смущения
смущения в далечния край, защита на кабела, надеждност на предаването
данни, честота на битови грешки, честотна лента, честотна лента
способност, физическа или линейна, кодиране, носещ сигнал,
носеща честота, модулация, часовник, бод.

Да започваме.

Спектрален анализ на сигнали по комуникационни линии

Важна роля при определяне на параметрите на комуникационните линии се отдава на спектралната декомпозиция на сигнала, предаван по тази линия. От теорията на хармоничния анализ е известно, че всеки периодичен процес може да бъде представен като сбор от синусоидални трептения с различни честоти и различни амплитуди (фиг. 8.3).

Всеки компонент на синусоида се нарича също хармоник, а наборът от всички хармоници
Моник се нарича спектрално разлагане или спектър на оригиналния сигнал.

Ширината на спектъра на сигнала е разликата между максималната и минималната честота на набора от синусоиди, които се сумират с оригиналния сигнал.

Непериодичните сигнали могат да бъдат представени като интеграл от синусоидални сигнали с непрекъснат спектър от честоти. По-специално, спектралната декомпозиция на идеален импулс (единична мощност и нулева продължителност) има компоненти от целия честотен спектър, от -oo до + oo (фиг. 8.4).

Техниката за намиране на спектъра на всеки източник на сигнал е добре известна. За някои сигнали, които са описани аналитично (например за поредица от правоъгълни импулси със същата продължителност и амплитуда), спектърът лесно се изчислява въз основа наФормули на Фурие.

За произволни форми на вълни, срещани в практиката, спектърът може да бъде намерен с помощта на специални инструменти - спектрални анализатори, които измерват спектъра на реален сигнал и показват амплитудите на хармоничните компоненти на екрана, отпечатват ги на принтер или ги прехвърлят за обработка и съхранение на компютър.

Изкривяването на синусоида с всякаква честота от предавателната линия води в крайна сметка до изкривяване на амплитудата и формата на предавания сигнал от всякакъв вид. Изкривяването възниква, когато синусоидите с различни честоти не са еднакво изкривени.

Ако това е аналогов сигнал, предаващ реч, тогава тембърът на гласа се променя поради изкривяване на обертонове - странични честоти. При предаване на импулсни сигнали, характерни за компютърните мрежи, нискочестотните и високочестотните хармоници се изкривяват, в резултат на това фронтовете на импулса губят правоъгълната си форма (фиг. 8.5) и сигналите могат да бъдат лошо разпознати в приемащия край на линията .

Предаваните сигнали са изкривени поради несъвършени комуникационни линии. Идеалната предавателна среда, която не пречи на предавания сигнал, трябва да има поне нулево съпротивление, капацитет и индуктивност. На практика обаче медните проводници, например, винаги представляват някаква комбинация от активно съпротивление, капацитивни и индуктивни товари, разпределени по дължината (фиг. 8.6). В резултат на това синусоидите с различни честоти се предават от тези линии по различни начини.

В допълнение към изкривяванията на сигнала, произтичащи от неидеални физически параметри на комуникационната линия, има и външни смущения, които допринасят за изкривяването на формата на вълната на изхода на линията. Тази интерференция се създава от различни електрически двигатели, електронни устройства, атмосферниявления и т.н. Въпреки взетите от проектантите на кабелите защитни мерки и наличието на усилващо и превключващо оборудване, не е възможно напълно да се компенсира влиянието на външни смущения. Освен външни смущения в кабела има и вътрешни смущения - т. нар. индукция на една двойка проводници към друга. В резултат на това сигналите на изхода на комуникационната линия могатимат изкривена форма (както е показано на фигура 8.5).

Затихване и характерен импеданс

Степента на изкривяване на синусоидалните сигнали от комуникационните линии се оценява чрез характеристики като затихване и честотна лента. Затихването показва колко намалява мощността на референтния синусоидален сигнал на изхода на комуникационна линия спрямо мощността на сигнала на входа на тази линия. Затихването (A) обикновено се измерва в децибели (dB) и се изчислява по следната формула:

Тук Рout е мощността на сигнала на линейния изход, Рin е мощността на сигнала на линейния вход. Тъй като затихването зависи от дължината на комуникационната линия, следното се използва като характеристика на комуникационната линия:наречено линейно затихване, тоест затихване на комуникационна линия с определена дължина. За кабели локални мрежитази дължина обикновено се използва като 100 m, тъй като тази стойност е максималната дължина на кабела за много LAN технологии. За териториални комуникационни линии линейното затихване се измерва за разстояние от 1 km.

Обикновено затихването се характеризира с пасивни участъци на комуникационната линия, състоящи се от кабели и напречни сечения, без усилватели и регенератори.

Тъй като мощността на изходния сигнал на кабела без междинни усилватели е по-малка от мощността на входния сигнал, затихването на кабела винаги е отрицателно.

Степента на затихване на мощността на синусоидален сигнал зависи от честотата на синусоидата и тази зависимост се използва и за характеризиране на комуникационната линия (фиг. 8.7).

Най-често, когато се описват параметрите на комуникационна линия, стойностите на затихване се дават само за няколко честоти. Това се дължи, от една страна, на желанието за опростяване на измерванията при проверка на качеството на линията. От друга страна, на практика често се знае предварително основната честота на предавания сигнал, тоест честотата, чийто хармоник има най-висока амплитуда и мощност. Следователно е достатъчно да се знае затихването на тази честота, за да се оцени приблизително изкривяването на сигналите, предавани по линията.

ВНИМАНИЕ

Както бе споменато по-горе, затихването винаги е отрицателно, но знакът минус често се пропуска и понякога възниква объркване. Твърдението, че качеството на комуникационната линия е толкова по-високо, колкото по-голямо (като се вземе предвид знака) е затихването, е напълно правилно. Ако пренебрегнем знака, тоест имаме предвид абсолютната стойност на затихването, тогава затихването на линията с по-добро качество е по-малко. Нека дадем пример. За вътрешно окабеляване в сгради се използва кабел с усукана двойка от категория 5. Този кабел, по който работят почти всички LAN технологии, се характеризира със затихване не по-малко от -23,6 dB за честота 100 MHz с дължина на кабела 100 m. b има затихване при честота от 100 MHz не по-малко от -20,6 dB. Получаваме това - 20,6> -23,6, но 20,6< 23,6.

На фиг. 8.8 показва типично затихване спрямо честота за неекранирани кабели с усукана двойка от категория 5 и 6.

Оптичният кабел има значително по-ниски (в абсолютна стойност) стойности на затихване, обикновено в диапазона от -0,2 до -3 dB при дължина на кабела 1000 m, което означава, че е с по-добро качество от кабела с усукана двойка. Почти всички оптични влакна имат сложна зависимост на затихването от дължината на вълната, която има три така наречените прозореца на прозрачност. На фиг. 8.9 е показана характерната зависимост на затихването за оптично влакно. От фигурата може да се види, че областта на ефективно използване на съвременните влакна е ограничена до дължини на вълната от 850 nm, 1300 nm и 1550 nm (съответно 35 THz, 23 THz и 19,4 THz). Прозорецът от 1550 nm осигурява най-ниска загуба и следователно максимален обхват с фиксирана мощност на предавателя и фиксирана чувствителност на приемника

Като характеристика на мощността на сигнала, абсолютната и относителната
относителни нива на мощност. Нивото на абсолютна мощност се измерва в
ватове, относителното ниво на мощност, подобно на затихването, се измерва в деци-
белах. В този случай като базова стойност на мощността, спрямо която
измерва се мощността на сигнала, взема се стойност от 1 mW. По този начин,
относителното ниво на мощност p се изчислява по следната формула:

Тук P е абсолютната мощност на сигнала в миливатове, а dBm е мерна единица.
ниво на относителна мощност на рений (децибели на mW). Относителна
стойностите на мощността са удобни за използване при изчисляване на енергийния бюджет
че комуникационните линии.

Изключителната простота на изчислението стана възможна поради факта, че as
първоначалните данни са използвани относителните стойности на входната мощност
сигнални и изходни сигнали. Използваната в примера стойност y се извиква
праг на чувствителност на приемника и представлява минималната мощност
сигнал на входа на приемника, на който той може правилно да локализира
познават дискретната информация, съдържаща се в сигнала. Очевидно е, че за
нормална работа на комуникационната линия, е необходимо минималната мощност
сигналът на предавателя, дори отслабен от затихването на комуникационната линия, надвишава
праг на чувствителност на приемника: x - A> y. Проверката на това условие е
е същността на изчисляването на енергийния бюджет на линията.

Важен параметър на медната комуникационна линия е нейният характерен импеданс,
представляващо общото (комплексно) съпротивление, което среща
електромагнитна вълна с определена честота, когато се разпространява по една
хомогенна верига. Характерният импеданс се измерва в ома и зависи от такъв
параметри на комуникационната линия, като активно съпротивление, линейна индуктивност
и линеен капацитет, както и на честотата на самия сигнал. Изходен импеданс
предавателят трябва да бъде съобразен с характерния импеданс на линията,
в противен случай затихването на сигнала ще бъде прекомерно.

Имунитет и надеждност

Имунитетът на линията, както подсказва името, определя способността на линията да издържа на въздействието на шума, генериран във външната среда или върху вътрешните проводници на самия кабел. Имунитетът на линията зависи от вида на използваната физическа среда, както и от средствата за екраниране и потискане на самата линия. Радио линиите са най-малко устойчиви на смущения, кабелните линии имат добра стабилност и отлични - влакна оптични линии, нечувствителен към външни електромагнитни лъчения. Обикновено, за да се намалят смущенията от външни електромагнитни полета, проводниците са екранирани и/или усукани.

Електрическата и магнитната връзка са параметри на медния кабел, които също са резултат от смущения. Електрическото свързване се определя от съотношението на индуцирания ток в засегнатата верига към напрежението, действащо във въздействащата верига. Магнитното свързване е съотношението на електродвижещата сила, индуцирана в засегнатата верига, към тока във въздействащата верига. Електрическото и магнитното свързване води до индуцирани сигнали (пикапи) в засегнатата верига. Има няколко различни параметъра, които характеризират устойчивостта на кабела срещу смущения.

Cross Talk (NEXT) определя стабилността на кабела, когато смущенията са причинени от сигнал, генериран от предавател, свързан към една от съседните двойки в същия край на кабела като този, свързан към засегнатия кабел. двойка приемник ( фиг. 8.10). Показателят NEXT, изразен в децибели, е равен на 10 lg Pout / Pind>, където Pout е мощността на изходния сигнал, Pind е мощността на индуцирания сигнал.

Колкото по-ниска е стойността NEXT, толкова по-добър е кабелът. Например, за кабел с усукана двойка от категория 5, NEXT трябва да бъде по-малко от -27 dB при 100 MHz.

Далечния край на кръстосания разговор (FEXT) ви позволява да оцените устойчивостта на кабела срещу смущения, когато предавателят и приемникът са свързани към различни краища на кабела. Очевидно този индикатор трябва да е по-добър от NEXT, тъй като сигналът пристига в далечния край на кабела, отслабен от затихването на всяка двойка.

Стойностите NEXT и FEXT обикновено се прилагат към кабел, състоящ се от няколко усукани двойки, тъй като в този случай взаимната интерференция на една двойка към друга може да достигне значителни стойности. За единичен коаксиален кабел (тоест състоящ се от една екранирана жила) този индикатор няма смисъл, а за двоен коаксиален кабел също не се прилага поради високата степен на защита на всяка жила. Оптичните влакна също не създават забележими взаимни смущения.

Поради факта, че при някои нови технологии данните се предават едновременно по няколко усукана двойканапоследък се използват и индикатори за кръстосани смущения с префикс PS (PowerSUM - комбиниран пикап), като PS NEXT и PS FEXT. Тези индикатори отразяват съпротивлението на кабела спрямо общата мощност на кръстосаните смущения на една от кабелните двойки от всички други предавателни двойки (фиг. 8.11).

Друг практически важен индикатор е защитата на кабела (Attenuation / Crosstalk Ratio, ACR). Сигурността се определя като разликата между нивата на желания сигнал и смущенията. Колкото по-висока е стойността на защитата на кабела, толкова повече, в съответствие с формулата на Шанън, с потенциално по-висока

скорост може да предава данни, но този кабел. На фиг. 8.12 показва типична характеристика на зависимостта на устойчивостта на кабел с неекранирана усукана двойка от честотата на сигнала.

Верността на предаването на данни характеризира вероятността от изкривяване на всеки предаван бит от данни. Това понякога се нарича честота на битовата грешка (BER). Стойността на BER за комуникационни линии без допълнителни средства за защита срещу грешки (например самокоригиращи се кодове или протоколи с повторно предаване на изкривени кадри) като правило е 10-4-10-6, в оптичните комуникационни линии - 10 ~ 9. Стойността на надеждността на предаването на данни, например 10-4, показва, че средно от 10 000 бита стойността на един бит е изкривена.

Често граничните честоти се считат за честотите, при които мощността на изходния сигнал се намалява наполовина спрямо входния сигнал, което съответства на затихване от -3 dB. Както ще видим по-късно, честотната лента има най-голямо влияние върху максималната възможна скорост на трансфер на данни по комуникационната линия. Пропускателната способност зависи от вида на линията и нейната дължина. На фиг. 8.13 показва честотната лента на комуникационните линии от различни типове, както и най-често използваните честотни диапазони в комуникационната технология.

Например, тъй като за цифрови линии винаги е дефиниран протокол на физическия слой, който задава скоростта на предаване на данни, тогава честотната лента за тях винаги е известна - 64 Kbit/s, 2 Mbit/s и т.н.

В онези случаи, когато е необходимо само да се избере кой от многото съществуващи протоколи да се използва на дадена линия, други характеристики на линията, като честотна лента, кръстосани смущения, устойчивост на шум и т.н., са много важни.

Пропускателната способност, подобно на скоростта на предаване на данни, се измерва в битове в секунда (bps), а също и в производни единици като килобити в секунда (Kbps) и др.

Пропускателната способност на комуникационните линии и оборудването на комуникационната мрежа е
Измерва се в битове в секунда, а не в байтове в секунда. Това се дължи на факта, чеданните в мрежите се предават последователно, тоест бит по бит, а не паралелно, байтове, както се случва между устройства в компютъра. Такива мерни единици,като килобити, мегабити или гигабити, в мрежовите технологии стриктно съответстват на мощности от 10(тоест килобитът е 1000 бита, а мегабитът е 1 000 000 бита), както е обичайно във всички
клонове на науката и технологиите, а не степени на две, близки до тези числа, както е обичайнов програмирането, където префиксът "кило" е 210 = 1024, а "мега" е 220 = 1 048 576.

Пропускателната способност на комуникационната линия зависи не само от нейните характеристики, т.е
както затихването, така и честотната лента, но също и от спектъра на предаваните сигнали.
Ако значителни хармоници на сигнала (тоест тези хармоници, чиито амплитуди са
правят основния принос към получения сигнал) попадат в лентата на пропускане
линия, тогава такъв сигнал ще бъде добре предаден от тази комуникационна линия,
и получателят ще може правилно да разпознае информацията, изпратена от
предавателя (фиг. 8.14, а). Ако значителните хармоници надхвърлят
честотната лента на комуникационната линия, сигналът значително ще се изкриви
Xia, а приемникът ще направи грешка при разпознаване на информация (фиг. 8.14, б).

Битове и бодове

Изборът на начина за представяне на дискретна информация под формата на сигнали,
предавано по комуникационна линия се нарича физическо или линейно кодиране.

Спектърът на сигналите зависи от избрания метод на кодиране и съответно
капацитет на линията.

По този начин за един метод на кодиране една линия може да има такъв
пропускателна способност, а за друг - друг. Например, усукана двойкакатегория
Rii 3 може да предава данни с честотна лента от 10 Mbps с a
sob кодиране на физическия слой стандарт 10ВаБе-Т и 33 Mbit/s с метод
Sobe кодиращ стандарт 100Ваse-Т4.

В съответствие с основния постулат на теорията на информацията всяка забележима непредвидима промяна в получения сигнал носи информация. Оттук следва, чесинусоида, в която амплитудата, фазата и честотата остават непроменени, информацията не еноси, тъй като промяната в сигнала, въпреки че се случва, е абсолютно предвидима. По същия начин импулсите на шината на компютърния часовник не носят информация,тъй като промените им също са постоянни във времето. Но импулсите по шината за данни не могат да бъдат предвидени предварително, това ги прави информационни, те носят информация
между отделни блокове или устройства на компютъра.

В повечето методи за кодиране се използва промяна на всеки параметър на периодичен сигнал - честотата, амплитудата и фазата на синусоида или знака на потенциала на последователност от импулси. Периодичен сигнал, чиито параметри подлежат на промяна, се нарича носещ сигнал, а неговата честота, ако сигналът е синусоидален, се нарича носеща честота. Процесът на промяна на параметрите на носещия сигнал в съответствие с предаваната информация се нарича модулация.

Ако сигналът се промени по такъв начин, че могат да се разграничат само две от неговите състояния, тогава всяка промяна в него ще съответства на най-малката единица информация - бит. Ако сигналът може да има повече от две различими състояния, тогава всяка промяна в него ще носи няколко бита информация.

Предаването на дискретна информация в телекомуникационните мрежи е синхронизирано, тоест сигналът се променя във фиксиран интервал от време, наречен цикъл. Получателят на информация счита, че в началото на всеки цикъл на входа му постъпва нова информация. В този случай, независимо дали сигналът повтаря състоянието на предишния цикъл или ако има състояние, различно от предходното, приемникът получава нова информация от предавателя. Например, ако тактовият цикъл е 0,3 s и сигналът има две състояния и 1 е кодиран с потенциал от 5 волта, тогава наличието на 5 волтов сигнал на входа на приемника за 3 секунди означава получаване на информация, представена от двоичното число 1111111111.

Броят на промените в информационния параметър на носещия периодичен сигнал в секунда се измерва в бодове. Един бод е равен на една промяна в информационния параметър в секунда. Например, ако цикълът на предаване на информация е 0,1 секунда, тогава сигналът се променя със скорост от 10 бод. По този начин скоростта на предаване се определя изцяло от размера на цикъла.

Информационната скорост се измерва в битове в секунда и обикновено не е същата като скоростта на предаване. Тя може да бъде по-висока или по-ниска от скоростта

промени в информационния параметър, измерени в бодове. Тази връзка зависи от броя на състоянията на сигнала. Например, ако сигналът има повече от две различими състояния, тогава при равни тактови цикли и съответния метод на кодиране, скоростта на информацията в битове в секунда може да бъде по-висока от скоростта на промяна на информационния сигнал в бодове.

Нека информационните параметри са фазата и амплитудата на синусоидата и има 4 фазови състояния при 0, 90, 180 и 270 ° и две стойности на амплитудата на сигнала, тогава информационният сигнал може да има 8 различими състояния. Това означава, че всяко състояние на този сигнал носи информация в 3 бита. В този случай модем, работещ със скорост 2400 бод (промяна на информационния сигнал 2400 пъти в секунда), предава информация със скорост 7200 bps, тъй като с една промяна в сигнала се предават 3 бита информация.

Ако сигналът има две състояния (тоест, носи информация в 1 бит), тогава скоростта на информацията обикновено съвпада с броя на бодовете. Но може да се наблюдава и обратна картина, когато скоростта на информацията е по-ниска от скоростта на промяна на информационния сигнал в бод. Това се случва, когато за надеждно разпознаване на потребителска информация от приемника, всеки бит в последователността е кодиран с няколко промени в информационния параметър на носещия сигнал. Например, когато се кодира единична стойност на бит с импулс с положителна полярност и нулева стойност на бит с импулс с отрицателна полярност физически сигналпроменя състоянието си два пъти при предаване на всеки бит. С това кодиране скоростта на линията в битове в секунда е наполовина по-малка от тази в бодове.

Колкото по-висока е честотата на носещия периодичен сигнал, толкова по-висока може да бъде модулационната честота и толкова по-висока е честотната лента на комуникационната линия.

От друга страна обаче, с увеличаване на честотата на периодичния носещ сигнал, ширината на спектъра на този сигнал също се увеличава.

Линията предава този спектър от синусоиди с онези изкривявания, които се определят от нейната честотна лента. Колкото по-голямо е несъответствието между честотната лента на линията и ширината на спектъра на предаваните информационни сигнали, толкова повече сигналите са изкривени и толкова по-вероятни са грешки при разпознаването на информацията от приемащата страна, което означава, че възможната скорост на предаване на информация се оказва по-ниска.

Съотношение на честотната лента към честотната лента

Връзката между честотната лента на линията и нейната честотна лента, независимо от възприетия метод на физическо кодиране, е установена от Клод Шанън:

C = F log 2 (1 + Pc / Psh) -

Тук C е честотната лента на линията в битове в секунда, F е честотната лента на линията в херци, Pc е мощността на сигнала, Psh е мощността на шума.

От тази връзка следва, че няма теоретично ограничение на честотната лента за линия с фиксирана честотна лента. На практика обаче има такава граница. Всъщност е възможно да се увеличи капацитетът на линията чрез увеличаване на мощността на предавателя или намаляване на мощността на шума (смущенията) в комуникационната линия. И двата компонента са много трудни за промяна. Увеличаването на мощността на предавателя води до значително увеличение на неговия размер и цена. Намаляването на нивото на шума изисква използването на специални кабели с добро защитни екрани, което е много скъпо, както и намаляване на шума в предавателя и междинното оборудване, което не е лесно за постигане. Освен това ефектът от мощността на полезния сигнал и шума върху пропускателната способност е ограничен от логаритмичната зависимост, която нараства много по-малко от пряко пропорционалната. Така че, при доста типично първоначално съотношение на мощността сигнал/шум, 100-кратното увеличение на мощността на предавателя ще даде само 15% увеличение на пропускателната способност на линията.

По същество близо до формулата на Шанън е друго съотношение, получено от Найкуист, което също определя максимално възможната честотна лента на комуникационна линия, но без да се отчита шумът в линията:

C = 2Flog2 M.

Тук M е броят на различимите състояния на информационния параметър.

Ако сигналът има две различими състояния, тогава честотната лента е равна на удвоената честотна лента на комуникационната линия (фиг. 8.15, а). Ако предавателят използва повече от две стабилни сигнални състояния за кодиране на данни, тогава капацитетът на линията се увеличава, тъй като в един цикъл на работа предавателят предава няколко бита от оригиналните данни, например 2 бита в присъствието на четири различими състояния на сигнал ( Фиг. 8.15, б).

Въпреки че формулата на Найкуист не отчита изрично наличието на шум, косвено
влиянието му се отразява в избора на броя на състоянията на информационния сигнал
нала. Броят на състоянията трябва да се увеличи, за да се увеличи пропускателната способност на комуникационната линия, но на практика това се предотвратява от шума по линията. Например, честотната лента на линията, чийто сигнал е показан на фиг. 8.15, b, може да се удвои, като се използват не 4, а 16 нива за кодиране на данните. Въпреки това, ако амплитудата на шума от време на време надвишава разликата между съседните нива, тогава приемникът няма да може постоянно да разпознава предаваните данни. Следователно броят на възможните състояния на сигнала всъщност е ограничен от съотношението на мощността на сигнала към шума, а формулата на Найкуист определя максималната скорост на предаване на данни в случай, когато броят на състоянията вече е избран, като се вземат предвид възможностите за стабилно разпознаване от приемника.

Екранирана и неекранирана усукана двойка

Усукана двойка наречена усукана двойка проводници. Този тип среда за предаване на данни е много популярен и формира основата на голям брой вътрешни и външни кабели. Един кабел може да се състои от няколко усукани двойки (външните кабели понякога съдържат до няколко десетки такива двойки).

Усукването на проводниците намалява влиянието на външни и взаимни смущения върху желаните сигнали, предавани по кабела.

Основните характеристики на конструкцията на кабела са показани схематично на фиг. 8.16.

Кабелите с усукана двойка сасиметрични , тоест те се състоят от два структурно идентични проводника. Кабелът с балансирана усукана двойка може да бъде илиекраниран и неекраниран.

Необходимо е да се прави разлика между електрически изолация на проводящи жила, която се предлага във всеки кабел, отелектромагнитниизолация. Първият се състои от непроводим диелектричен слой - хартия или полимер, като поливинилхлорид или полистирол. Във втория случай, в допълнение към електрическата изолация, проводящите ядра се поставят и вътре в електромагнитен щит, който най-често се използва като проводяща медна оплетка.

Базирана на кабелнеекранирана усукана двойка,използвани за окабеляване

вътре в сградата, разделени по международни стандарти накатегории (от 1 до 7).

Кабели 1 категория се прилага там, където са изискванията за скорост
са минимални. Обикновено това е кабел за цифрово и аналогово предаване на глас.
и нискоскоростен (до 20 Kbps) пренос на данни. До 1983 г. беше така
нов тип кабел за телефонно окабеляване.

Кабели 2 категория са използвани за първи път от IBM за изграждане
собствена кабелна система. Основното изискване за кабелите от тази категория е
Rii - способността за предаване на сигнали със спектър до 1 MHz.

Кабели категория 3 са стандартизирани през 1991 г. Стандарт EIA-568
определя електрическите характеристики на кабелите за честоти в диапазона до
16 MHz. Кабели от категория 3, предназначени както за предаване на данни, така и за
и за гласово предаване, сега са в основата на много кабелни системи
сгради.

Кабели категория 4 представляват леко подобрена версия на
бели от категория 3. Кабелите от категория 4 трябва да издържат на тестове за един час.
за предаване на сигнал от 20 MHz и осигуряват повишена устойчивост на шум
висока скорост и ниска загуба на сигнал. На практика те се използват рядко.

Кабели от категория 5 са специално проектирани да поддържат високи
високоскоростни протоколи. Техните характеристики се определят в диапазона до
100 MHz. Повечето високоскоростни технологии (FDDI, Fast Ethernet,
ATM и Gigabit Ethernet) са фокусирани върху използването на кабели с усукана двойка
5. Кабелът от категория 5 замени кабела от категория 3 и днес
всички нови кабелни системи на големи сгради са изградени върху този тип
кабел (комбиниран с оптични влакна).

Кабелите заемат специално мястокатегории 6 и 7, който индустрията започна да произвежда сравнително наскоро. За кабел от категория 6 спецификациите са посочени до 250 MHz, а за кабели от категория 7 до 600 MHz. Кабелите от категория 7 трябва да бъдат екранирани, както всяка двойка, така и целият кабел като цяло. Кабелът от категория 6 може да бъде екраниран или неекраниран. Основната цел на тези кабели е да поддържат високоскоростни протоколи по дължина на кабела, по-дълга от UTP кабел от категория 5.

Всички UTP кабели, независимо от тяхната категория, се предлагат в 4-чифтов дизайн. Всяка от четирите двойки кабели има определен цвят и стъпка. Обикновено две двойки са за предаване на данни и две за гласово предаване.

Оптичен кабел

Оптичен кабелсе състои от тънки (5-60 микрона) гъвкави стъклени влакна (оптични влакна), през които се разпространяват светлинни сигнали. Това е най-висококачественият тип кабел - осигурява предаване на данни с много висока скорост (до 10 Gbit / s и по-висока) и освен това, по-добре от другите видове предавателна среда, осигурява защита на данните от външни смущения (поради естеството на разпространението на светлината, такива сигнали са лесно екранирани).

Всеки световод се състои от централен светопровод (ядро) - стъклено влакно, и стъклена облицовка, която има по-нисък коефициент на пречупване от сърцевината. Разпространявайки се по сърцевината, светлинните лъчи не излизат извън неговите граници, отразявайки се от покриващия слой на черупката. В зависимост от разпределението на коефициента на пречупване и размера на диаметъра на сърцевината има:

многомодово влакно със стъпаловидна промяна в индекса на пречупване (фиг.8.17,а)\

многомодово влакно с плавна промяна в индекса на пречупване (фиг. 8.17, б) \

едномодово влакно (фиг.8.17, v).

Терминът "режим" описва начина на разпространение на светлинните лъчи в сърцевината на кабела.

В едномодов кабел(Single Mode Fiber, SMF) използва централен проводник с много малък диаметър, съизмерим с дължината на вълната на светлината - от 5 до 10 микрона. В този случай практически всички светлинни лъчи се разпространяват по оптичната ос на влакното, без да се отразяват от външния проводник. Производството приключи

V многомодови кабели(Multi Mode Fiber, MMF) използва по-широки вътрешни ядра, които са по-лесни за производство. При многомодовите кабели множество светлинни лъчи съществуват едновременно във вътрешния проводник, отскачайки от външния проводник под различни ъгли. Ъгълът на отражение на лъча се наричамода лъч. В многомодовите кабели с постепенна промяна в показателя на пречупване режимът на отражение на лъчите е сложен. Получената интерференция влошава качеството на предавания сигнал, което води до изкривяване на предаваните импулси в многомодовото оптично влакно. Поради тази причина спецификациимногомодовите кабели са по-лоши от едномодовите кабели.

В резултат на това многомодовите кабели се използват главно за предаване на данни със скорост не повече от 1 Gbit/s на къси разстояния (до 300-2000 m), а едномодовите кабели се използват за предаване на данни при свръхвисоки скорости на няколко десетки гигабита в секунда (а при използване на DWDM технология - до няколко терабита в секунда) на разстояния до няколко десетки и дори стотици километри (комуникация на дълги разстояния).

Като източници на светлина в оптичните кабели се използват следните:

Светодиоди или диоди, излъчващи светлина (Light Emitted Diode, LED);

полупроводникови лазери или лазерни диоди.

За едномодови кабели се използват само лазерни диоди, тъй като при толкова малък диаметър на оптичното влакно светлинният поток, създаден от светодиода, не може да бъде насочен във влакното без големи загуби - има прекалено широка диаграма на излъчване, докато лазерният диод е тесен. По-евтините LED излъчватели се използват само за многомодови кабели.

Цената на оптичните кабели не е много по-висока от цената на кабелите с усукана двойка, но монтажните работи с оптични влакна са много по-скъпи поради трудоемкостта на операциите и високата цена на използваното инсталационно оборудване.

заключения

В зависимост от вида на междинното оборудване всички комуникационни линии са разделени на аналогови и цифрови. В аналоговите линии междинното оборудване е предназначено да усилва аналоговите сигнали. Аналоговите линии използват честотно мултиплексиране.

В цифровите комуникационни линии предаваните сигнали имат краен брой състояния. В такива линии се използва специално междинно оборудване - регенератори, които подобряват формата на импулсите и осигуряват тяхната ресинхронизация, тоест възстановяват периода на повторение. Междинното оборудване за мултиплексиране и превключване на първични мрежи работи на принципа на времево мултиплексиране на канали, когато на всеки нискоскоростен канал се разпределя определена част от времето (времеви слот или квант) на високоскоростен канал.

Bandwidth определя диапазона от честоти, които се предават от връзката с приемливо затихване.

Пропускателната способност на комуникационната линия зависи от нейните вътрешни параметри, по-специално - честотната лента, външни параметри - нивото на смущения и степента на затихване на смущенията, както и възприетия метод за кодиране на дискретни данни.

Формулата на Шанън определя максималната възможна честотна лента на комуникационна линия при фиксирани стойности на честотната лента на линията и съотношението на мощността сигнал/шум.

Формулата на Найкуист изразява максималната възможна честотна лента на комуникационна линия по отношение на честотната лента и броя на състоянията на информационния сигнал.

Кабелите с усукана двойка са разделени на неекранирани (UTP) и екранирани (STP) кабели. UTP кабелите са по-лесни за производство и инсталиране, но STP кабелите осигуряват по-високо ниво на сигурност.

Оптичните кабели имат отлични електромагнитни и механични характеристики, чийто недостатък е сложността и високата цена на монтажните работи.

1. Как се различава връзката от композитния комуникационен канал?
   1. Може ли комбиниран канал да бъде съставен от връзки? И обратно?
   2. Мога цифров каналпредават аналогови данни?
   3. Какъв тип характеристики на комуникационната линия са: ниво на шум, честотна лента, линеен капацитет?
   4. Какви мерки могат да се предприемат за увеличаване на скоростта на информацията на връзката:

O намалете дължината на кабела;

O изберете кабел с по-малко съпротивление;

O изберете кабел с по-широка честотна лента;

Приложете метод за кодиране с по-тесен спектър.

1. Защо не винаги е възможно да се увеличи капацитетът на канала чрез увеличаване на броя на състоянията на информационния сигнал?
   1. Какъв механизъм се използва за потискане на смущенията в кабелите UTP?
   2. Кой кабел предава сигнали с по-високо качество - с по-висока стойност на параметъраСЛЕДВАЩ или по-малко?
   3. Каква е ширината на спектъра на идеалния импулс?
   4. Назовете видовете оптичен кабел.
   5. Какво се случва, ако се смени кабел в работеща мрежа UTP със STP кабел? Опции за отговор:

Делът на изкривените кадри в мрежата ще намалее, тъй като външните смущения ще бъдат потискани по-ефективно;

О, нищо няма да се промени;

Делът на изкривените кадри в мрежата ще се увеличи, тъй като изходният импеданс на предавателите не съвпада с импеданса на кабела.

1. Защо е проблематично използването на оптичен кабел в хоризонтална подсистема?
   1. Известни количества са:

Минимална мощност на предавателя P изход (dBm);

O догонващо затихване на кабел A (dB / km);

Праг на чувствителност на приемника P in (dBm).

Необходимо е да се намери максималната възможна дължина на комуникационната линия, при която сигналите се предават нормално.

1. Каква би била теоретичната граница на скоростта на данни в битове в секунда за 20 kHz честотна лента на връзката, ако мощността на предавателя е 0,01 mW и мощността на шума на връзката е 0,0001 mW?
   1. Определете честотната лента на дуплексната комуникационна линия за всяка посока, ако знаете, че нейната честотна лента е 600 kHz и методът на кодиране използва 10 състояния на сигнала.
   2. Изчислете забавянето на разпространението на сигнала и забавянето на предаването на данни за случай на предаване на пакет от 128 байта (помислете за скоростта на разпространение на сигнала, равна на скоростта на светлината във вакуум от 300 000 km/s):

О по кабел с усукана двойка с дължина 100 m при скорост на предаване 100 Mbit/s;

О по коаксиален кабел с дължина 2 km при скорост на предаване 10 Mbps;

O чрез сателитен канал с дължина 72 000 km при скорост на предаване 128 Kbps.

1. Изчислете скоростта на комуникационната линия, ако знаете, че тактовата честота на предавателя е 125 MHz, а сигналът има 5 състояния.
   1. Приемник и предавател мрежов адаптерсвързан към съседни кабелни двойки UTP. Каква е мощността на проведената смущения на входа на приемника, ако предавателят е с мощност 30 dBm, а индикаторътСЛЕДВАЩИЯ кабелът е -20 dB?
   2. Нека да се знае, че модемът предава данни в пълен дуплексен режим със скорост от 33,6 kbps. Колко състояния има неговият сигнал, ако честотната лента на комуникационната линия е 3,43 kHz?

СТРАНИЦА 20

Основните видове комуникационни линии са разделени на кабелни и безжични. При кабелните комуникационни линии физическата среда, през която се разпространяват сигнали, образува механична връзка между приемника и предавателя. Безжичните комуникационни линии се характеризират с това, че няма механична връзка между предавателя и приемника, а носителят на информация са електромагнитните вълни, които се разпространяват в околната среда.

Проводни комуникационни линии

По конструктивни характеристики телените линии са разделени на:

въздушни проводници, които са проводници без никакви изолационни или екраниращи обвивки, положени между стълбовете и висящи във въздуха;
кабел, който се състои от проводници, обикновено затворени в няколко слоя изолация.

Въздушните комуникационни линии традиционно пренасят телефонни или телеграфни сигнали, но при липса на други възможности тези линии се използват за пренос на компютърни данни. Характеристиките на скоростта и устойчивостта на шум на тези линии оставят много да се желае. Жичните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни.

Кабелните електрически комуникационни линии са разделени на три основни типа: кабел, базиран на усукани двойки медни проводници, коаксиален кабел с медно ядро, а също и оптичен кабел.

Усукана двойка проводници се нарича усукана двойка. Проводниците са усукани, за да се елиминира взаимното влияние между електрически токовев проводници. Усуканата двойка съществува в екранирана версия, при която двойка медни проводници е увити в изолационен щит и неекранирана, когато няма изолационна обвивка. Една или повече усукани двойки са свързани в кабели със защитна обвивка.

Неекранираната усукана двойка има широк спектър от приложения. Използва се както в телефонни, така и в компютърни мрежи. В момента UTP кабелът е популярна среда за предаване на информация на къси разстояния [около 100 метра] Кабелите с усукана двойка са разделени на 5 категории в зависимост от електрическите и механичните характеристики. В компютърните мрежи широко се използват кабели от 3 и 5 категории, които са описани в американския стандарт EIA / TIA-568A.

Кабелът от категория 3 е предназначен за нискоскоростно предаване на данни. За него затихването се определя при честота 16 MHz и трябва да бъде най-малко 13,1 dB при дължина на кабела 100 метра. Кабелът с усукана двойка от категория 5 се характеризира със затихване от най-малко 22 dB за честота от 100 MHz с дължина на кабела не повече от 100 метра. Честотата от 100 MHz е избрана, тъй като кабелът от тази категория е предназначен за високоскоростно предаване на данни, чиито сигнали имат значителни хармоници при честота от приблизително 100 MHz.

Всички UTP кабели, независимо от тяхната категория, се предлагат в 4-чифтов дизайн. Всяка от четирите двойки има специфичен цвят и височина. Предимствата на UTP кабела включват:

гъвкавост на кабела, поради което инсталирането на комуникационната линия е опростено;
ниска цена с достатъчно висока честотна лента [до 1 Gbps].

Недостатъците на неекранирания кабел с усукана двойка са:

ниска устойчивост на шум;
твърдо ограничение на дължината на кабела.

Екранираната усукана двойка STP добре предпазва предаваните сигнали от смущения, а също така излъчва по-малко електромагнитни вълни навън. Въпреки това, наличието на заземен щит увеличава цената на кабела и усложнява полагането му, тъй като изисква висококачествено заземяване. STP кабелът се използва главно за предаване на дискретна информация и гласът не се предава по него.

Основният стандарт, който дефинира параметрите на STP, е собственият стандарт на IBM. В този стандарт кабелите не са разделени на категории, а на типове. Тип 1 приблизително съответства на UTP категория 5. Състои се от 2 двойки многожилни медни проводници, екранирани с проводяща оплетка, която е заземена. IBM тип 2 кабел е кабел тип 1 с добавени 2 двойки неекраниран гласов проводник. Не всички типове стандарти на IBM са STP.

Коаксиалният кабел се състои от два концентрични проводника, изолирани един от друг, външният вид на които е тръба. Благодарение на този дизайн, коаксиалният кабел е по-малко податлив на външни електромагнитни влияния, така че може да се използва при по-високи скорости на предаване на данни. Освен това, поради относително дебелото централно ядро, тези кабели се характеризират с минимално затихване на електрическия сигнал, което позволява предаването на информация на достатъчно големи разстояния. Широчината на честотната лента на коаксиалния кабел може да бъде по-голяма от 1 GHz / km и затихването по-малко от 20 dB / km при 1 GHz.

Има много видове коаксиални кабели, използвани в различни видове мрежи – телефонни, телевизионни и компютърни. Има два вида кабели, използвани в локалните мрежи: тънък коаксиален кабел и дебел коаксиален кабел.

Тънкият коаксиален кабел има външен диаметър около 5 мм, а диаметърът на централния меден проводник е 0,89 мм. Този кабел е предназначен за предаване на сигнали със спектър до 10 MHz на разстояние до 185 метра.

Дебелият коаксиален кабел има външен диаметър около 10 мм, а диаметърът на централния меден проводник е 2,17 мм. Този кабел е предназначен за предаване на сигнали със спектър до 10 MHz на разстояние от 500 метра.

Тънкият коаксиален кабел има по-ниски механични и електрически характеристики в сравнение с дебелия коаксиален кабел, но поради своята гъвкавост е по-удобен за монтаж.

Коаксиалният кабел е няколко пъти по-скъп от кабела с усукана двойка и по отношение на характеристиките е по-нисък, по-специално на оптичния кабел, поради което все по-малко се използва при изграждането на комуникационна система от компютърни мрежи.

Оптичните кабели се състоят от централен проводник от светлина [ядро] - стъклено влакно, заобиколено от друг слой стъкло - обвивка, която има по-нисък коефициент на пречупване от сърцевината. Разпространявайки се по сърцевината, лъчите на светлината не излизат извън нейните граници, отразявайки се от черупката. Всяко стъклено влакно предава сигнали само в една посока.

В зависимост от разпределението на коефициента на пречупване и от размера на диаметъра на сърцевината, има:

многомодово влакно със стъпаловиден показател на пречупване;
многомодово влакно с гладък коефициент на пречупване;
едномодово влакно.

Едномодовият кабел използва централен проводник с много малък диаметър, съизмерим с дължината на вълната на светлината - от 5 до 10 микрона. В този случай практически всички лъчи се разпространяват по оптичната ос на сърцевината, без да се отразяват от обвивката. Честотната лента на едномодовия кабел е много широка - до стотици гигахерца на километър. Производството на тънки висококачествени влакна за едномодов кабел е сложен технологичен процес, което прави кабела доста скъп.

Многомодовите кабели използват по-широки вътрешни ядра, които са по-лесни за производство. Стандартите определят два от най-често срещаните многомодови кабели: 62,5 / 125 µm и 50/125 µm, 62,5 µm или 50 µm е диаметърът на централния проводник, а 125 µm е диаметърът на външния проводник.

При многомодовите кабели във вътрешния проводник има множество светлинни лъчи, които едновременно отскачат от външния проводник. Ъгълът на отражение на проводника се нарича режим на лъча. Многомодовите кабели имат по-тясна честотна лента - от 500 до 800 MHz / km. Стесняването на лентата се получава поради загубата на светлинна енергия по време на отражения, както и поради интерференцията на лъчи от различни режими.

Като източници на светлинни емисии в оптичните кабели се използват следните:

светодиоди;
лазери.

Светодиодите могат да излъчват светлина с дължини на вълната от 0,85 и 1,3 микрона. Лазерните излъчватели работят при дължини на вълната от 1,3 и 1,55 микрона. Скоростта на съвременните лазери позволява модулиране на светлинния поток при честоти от 10 GHz и по-високи.

Оптичните кабели имат отлични електромагнитни и механични характеристики, чийто недостатък е сложността и високата цена на монтажните работи.

Безжични комуникационни линии

Таблицата предоставя информация за електромагнитните честотни диапазони, използвани в безжичните комуникационни канали.

Наземни радиоканали и сателитни комуникациигенерирани от предавател и приемник на радиовълни. Радиовълните са електромагнитни трептения с честота f по-малка от 6000 GHz [с дължина на вълната l по-голяма от 100 микрона]. Връзката между дължината на вълната и честотата се дава от

f = c / lambda, където c = 3 * 10 8 m / s е скоростта на светлината във вакуум.

За предаване на информация радиокомуникацията се използва предимно, когато кабелната комуникация е невъзможна - например:

когато каналът преминава през слабо населена или труднодостъпна зона;
за комуникация с мобилни абонати като таксиметров шофьор, лекар на линейка.

Основният недостатък на радиокомуникацията е слабата му устойчивост на шум. Това се отнася преди всичко за нискочестотните обхвати на радиовълни. Колкото по-висока е работната честота, толкова по-голям е капацитетът [брой канали] на комуникационната система, но толкова по-къси са границите на разстояние, при което е възможно директно предаване между две точки. Първата от причините поражда тенденция към овладяване на нови по-високи честотни диапазони. Въпреки това, радиовълните с честота над 30 GHz са работещи за разстояния от не повече от или от порядъка на 5 km поради поглъщане на радиовълни в атмосферата.

За предаване на дълги разстояния се използва верига от радиорелейни [релейни] станции, разделени една от друга на разстояние до 40 km. Всяка станция има кула с приемник и предавател на радиовълни, приема сигнал, усилва го и го предава на следващата станция. Насочените антени се използват за увеличаване на мощността на сигнала и намаляване на влиянието на смущенията.

Сателитната комуникация се различава от радиорелейната по това, че изкуствен спътник на Земята действа като ретранслатор. Този тип комуникация осигурява по-високо качество на предаваната информация, тъй като изисква по-малко междинни възли по пътя за предаване на информация. Често се използва комбинация от радиорелейна комуникация със сателит.

Инфрачервеното и милиметровото лъчение се използва на къси разстояния в устройствата за дистанционно управление. Основният недостатък на радиацията в този диапазон е, че не преминава през препятствие. Този недостатък е в същото време и предимство, когато радиацията в една стая не пречи на радиацията в друга. Не е необходимо да получавате разрешение за тази честота. Това е отличен комуникационен канал за използване на закрито.

За предаване се използва и видимият обхват. Обикновено източникът на светлина е лазер. Кохерентното излъчване се фокусира лесно. Дъждът или мъглата обаче развалят въпроса. Дори конвекционните течения на покрива, които се появяват в горещ ден, могат да развалят трансмисията.

Комуникационната линия (фиг. 3.7) обикновено се състои от физическа среда, през която се предават електрически информационни сигнали, оборудване за предаване на данни и междинно оборудване. Синоним на термина "комуникационна линия" е терминът "комуникационен канал".

Ориз. 3.7. Състав на комуникационната линия

Физическата среда за предаване на данни е кабел, тоест набор от проводници, изолационни и защитни обвивки и съединители, както и земната атмосфера или космическото пространство, през които се разпространяват електромагнитни вълни.

В зависимост от средата за предаване на данни комуникационните линии (фиг. 3.8) се делят на:

Кабелни (въздушни);

Кабел (меден и оптичен);

Радио канали за наземни и сателитни комуникации.

Ориз. 3.8. Видове комуникационни линии

Телните (въздушни) комуникационни линии са проводници без никакви изолационни или екраниращи оплетки, положени между стълбовете и висящи във въздуха. Такива комуникационни линии традиционно пренасят телефонни или телеграфни сигнали, но при липса на други възможности тези линии се използват и за пренос на компютърни данни. Скоростта и устойчивостта на шум на тези линии оставят много да се желае. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни.

Кабелните линии са доста сложна структура. Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрически, електромагнитни, механични и евентуално климатични. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да се свържете с различно оборудване. Има три основни типа кабели, използвани в компютърните мрежи: медни кабели с усукана двойка, коаксиални медни кабели и оптични кабели.

Усукана двойка проводници се нарича усукана двойка. Усуканата двойка съществува в екранирана форма (STP), където двойка медни проводници е обвита в изолационен екран и неекранирана (UTP), когато няма изолираща обвивка. Усукването на проводниците намалява ефекта на външния шум върху желаните сигнали, предавани по кабела. Коаксиалният кабел има небалансирана структура и се състои от вътрешен меден проводник и оплетка, отделена от проводника със слой изолация. Има няколко вида коаксиален кабел, които се различават по характеристики и области на приложение - за локални мрежи, за глобални мрежи, за кабелна телевизия... Оптичният кабел се състои от тънки (5-60 микрона) влакна, през които се разпространяват светлинни сигнали. Това е по-добър тип кабел - осигурява предаване на данни с много висока скорост (до 10 Gbit / s и по-висока) и освен това, по-добре от другите видове предавателна среда, осигурява защита на данните от външни смущения.

Радиоканалите за наземни и сателитни комуникации се формират с помощта на предавател и приемник на радиовълни. Има голям брой различни типове радио канали, които се различават както по използвания честотен диапазон, така и по обхвата на канала. Обхватите с къса, средна и дълга дължина на вълната (KB, CB и LW), наричани още ленти за амплитудна модулация (AM) след типа модулация на сигнала, използвана в тях, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но при ниска скорост на данни. По-високоскоростните канали са тези, работещи в обхватите на ултракъсите вълни (VHF), които се характеризират с честотна модулация (FM), както и в микровълновите ленти. В микровълновия обхват (над 4 GHz) сигналите вече не се отразяват от йоносферата на Земята. Стабилната връзка изисква видимост между предавателя и приемника. Следователно такива честоти използват или сателитни канали, или радиорелейни канали, когато това условие е изпълнено.

В компютърните мрежи днес се използват почти всички описани видове физически медии за предаване на данни, но най-обещаващи са оптичните. Днес те се използват като основа за изграждане на магистрали от големи териториални мрежи, както и високоскоростни комуникационни линии на локални мрежи. Усуканата двойка също е популярна среда, която се характеризира с отлично съотношение качество-цена и лекота на монтаж. Кабелите с усукана двойка обикновено се използват за свързване на крайни потребители на мрежи на разстояния до 100 метра от концентратора. Сателитните канали и радиокомуникациите се използват най-често в случаите, когато не могат да се използват кабелни комуникации - например при преминаване на канал през рядко населен район или за комуникация с потребител на мобилна мрежа, като шофьор на камион, лекар, който прави обиколка .

2.1. Видове комуникационни линии

Комуникационната линия обикновено се състои от физическа среда, през която се предават електрически информационни сигнали, оборудване за предаване на данни и междинно оборудване. Синоним на термина комуникационна линияе терминът комуникационен канал.

Ориз. 1.1.Състав на комуникационната линия

Физическа среда за предаване

Физическа среда за предаване (среда)може да бъде кабел, тоест набор от проводници, изолационни и защитни обвивки и съединители, както и земната атмосфера или космическото пространство, през което се разпространяват електромагнитни вълни.

В зависимост от средата за предаване на данни комуникационните линии се делят на следните:

· Тел (въздух);

· Кабел (меден и оптичен);

Кабелни линиипредставляват доста сложен дизайн. Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрически, електромагнитни, механични и евентуално климатични. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да се свържете с различно оборудване. Има три основни типа кабели, използвани в компютърните мрежи: медни кабели с усукана двойка, коаксиални медни кабели и оптични кабели.

Нарича се усукана двойка проводници усукана двойка... Усукана двойка се предлага в екранирана версия (Екранирана усукана двойка, STP),когато двойка медни проводници е увити в изолационен щит и неекранирани (Неекранирана усукана двойка, UTP)когато липсва изолационната обвивка. Усукването на проводниците намалява ефекта на външния шум върху желаните сигнали, предавани по кабела. Оптично влакносе състои от тънки (5-60 микрона) влакна, през които се разпространяват светлинни сигнали. Това е най-висококачественият тип кабел - осигурява пренос на данни с много висока скорост (до 10 Gbit / s и по-висока) и освен това, по-добре от другите видове предавателна среда, осигурява защита на данните от външни смущения.

Радио канали за наземни и сателитни комуникациигенерирани от предавател и приемник на радиовълни. Има голям брой различни типове радио канали, които се различават както по използвания честотен диапазон, така и по обхвата на канала. Обхватите на къси, средни и дълги вълни (KB, MW и LW), наричани още диапазони на амплитудна модулация (AM) след използвания от тях метод на модулация на сигнала, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но при ниска скорост на данни. Повече високоскоростни канали работят в обхватите на ултракъсите вълни (VHF), които се характеризират с честотна модулация (Frequency Modulation, FM), както и микровълнови ленти (микровълнови или микровълнови).

В компютърните мрежи днес се използват почти всички описани видове физически медии за предаване на данни, но най-обещаващи са оптичните. Усуканата двойка също е популярна среда, която се характеризира с отлично съотношение качество-цена и лекота на монтаж. Сателитните канали и радиокомуникациите се използват най-често в случаите, когато не могат да се използват кабелни комуникации.

2.2. Характеристики на комуникационната линия

Основните характеристики на комуникационните линии са:

· Амплитудно-честотна характеристика;

· честотна лента;

Затихване;

· Шумоустойчивост;

· Кръстосани смущения в близкия край на линията;

· Пропускателна способност;

· Надеждност на предаването на данни;

· Единична цена.

На първо място, дизайнерът на компютърна мрежа се интересува от пропускателната способност и надеждността на предаването на данни, тъй като тези характеристики пряко влияят върху производителността и надеждността. мрежата, която се създава... Пропускателната способност и прецизността са характеристики както на комуникационната връзка, така и на начина, по който се предават данните. Следователно, ако методът на предаване (протоколът) вече е дефиниран, тогава тези характеристики също са известни. Не може обаче да се говори за честотната лента на комуникационната линия, преди да е дефиниран протоколът на физическия слой за нея. Именно в такива случаи, когато трябва да се определи най-подходящият от съществуващите протоколи, оставащите характеристики на линията, като честотна лента, кръстосани смущения, устойчивост на шум и други характеристики, стават важни. За да се определят характеристиките на комуникационната връзка, често се използва анализ на нейните реакции към някои референтни влияния.

Спектрален анализ на сигнали по комуникационни линии

От теорията на хармоничния анализ е известно, че всеки периодичен процес може да бъде представен като безкраен брой синусоидални компоненти, наречени хармоници, а наборът от всички хармоници се нарича спектрално разлагане на оригиналния сигнал. Непериодичните сигнали могат да бъдат представени като интеграл от синусоидални сигнали с непрекъснат спектър от честоти.

Техниката за намиране на спектъра на всеки източник на сигнал е добре известна. За някои сигнали, които са добре описани аналитично, спектърът се изчислява лесно въз основа на формулите на Фурие. За произволни форми на вълни, срещани в практиката, спектърът може да бъде намерен с помощта на специални инструменти - спектрални анализатори, които измерват спектъра на реален сигнал и показват амплитудите на съставните хармоници. Изкривяването на синусоида с всякаква честота от предавателния канал в крайна сметка води до изкривяване на предавания сигнал от всякаква форма, особено ако синусоидите с различни честоти не са еднакво изкривени. При предаване на импулсни сигнали, характерни за компютърните мрежи, нискочестотните и високочестотните хармоници се изкривяват, в резултат на което импулсните фронтове губят своята правоъгълна форма. В резултат на това сигналите в приемащия край на линията може да не се разпознават лесно.

Комуникационната линия изкривява предаваните сигнали поради факта, че физическите й параметри се различават от идеалните. Така, например, медните проводници винаги представляват някаква комбинация от активно съпротивление, капацитивен и индуктивен товар, разпределен по дължината. В резултат на това за синусоиди с различни честоти линията ще има различен импеданс, което означава, че те ще се предават по различни начини. Оптичният кабел също има отклонения, които предотвратяват перфектното разпространение на светлината. Ако комуникационната линия включва междинно оборудване, тогава тя също може да внесе допълнителни изкривявания, тъй като е невъзможно да се създадат устройства, които да предават еднакво добре целия спектър от синусоиди, от нула до безкрайност.

В допълнение към изкривяванията на сигнала, внесени от вътрешните физически параметри на комуникационната линия, има и външни смущения, които допринасят за изкривяването на формата на сигнала на изхода на линията. Тази интерференция се създава от различни електродвигатели, електронни устройства, атмосферни явления и т. н. Въпреки предпазните мерки, взети от проектантите на кабели и усилвателно-комутационна апаратура, не е възможно напълно да се компенсира ефектът от външни смущения. Следователно сигналите на изхода на комуникационната линия обикновено имат сложна форма, според която понякога е трудно да се разбере каква дискретна информация е била подадена на входа на линията.

Степента на изкривяване на синусоидалните сигнали от комуникационните линии се оценява с помощта на характеристики като честотна характеристика, честотна лента и затихване при определена честота.

Честотна характеристика

Честотна характеристикапоказва как амплитудата на синусоидата на изхода на комуникационната линия е отслабена в сравнение с амплитудата на нейния вход за всички възможни честоти на предавания сигнал. Вместо амплитудата в тази характеристика често се използва параметър на сигнала като неговата мощност. Познаването на честотната характеристика на реална линия ви позволява да определите формата на изходния сигнал за почти всеки входен сигнал. За да направите това, е необходимо да се намери спектърът на входния сигнал, да се трансформира амплитудата на съставните му хармоници в съответствие с амплитудно-честотната характеристика и след това да се намери формата на изходния сигнал чрез добавяне на трансформираните хармоници.

Въпреки пълнотата на информацията, предоставена от амплитудно-честотната характеристика за комуникационната линия, нейното използване се усложнява от факта, че е много трудно да се получи. Ето защо на практика вместо амплитудно-честотната характеристика се използват други, опростени характеристики - честотна лента и затихване.

Честотна лента

Честотна лентае непрекъснат честотен диапазон, за който съотношението на амплитудата на изходния сигнал към входния сигнал надвишава някаква предварително определена граница, обикновено 0,5. Това означава, че честотната лента определя честотния диапазон на синусоидален сигнал, при който този сигнал се предава по комуникационната линия без значително изкривяване. Познаването на честотната лента ви позволява да получите, с известна степен на приближение, същия резултат като познаването на честотната характеристика. широчиначестотната лента има най-голямо влияние върху максимално възможната скорост на предаване на информация по комуникационната линия.

Затихване

Затихванесе дефинира като относителното намаляване на амплитудата или мощността на сигнала, когато сигнал с определена честота се предава по сигнална линия. По този начин затихването е една точка от честотната характеристика на линията. Затихването A обикновено се измерва в децибели (dB, децибел - dB) и се изчислява по следната формула:

A = 10 log10 Pout / Pin,

където Pout е мощността на сигнала на линейния изход,
Рвх - мощност на сигнала на линейния вход.

Тъй като мощността на изходния сигнал на кабел без междинни усилватели винаги е по-малка от мощността на входния сигнал, затихването на кабела винаги е отрицателно.

Абсолютно ниво на мощностсъщо се измерва в децибели. В този случай за базова стойност на мощността на сигнала се приема стойност от 1 mW, спрямо която се измерва текущата мощност. По този начин нивото на мощност p се изчислява по следната формула:

p = 10 log10 P / 1mW [dBm],

където P е мощността на сигнала в миливатове,
dBm (dBm) е единица за измерване на нивото на мощност (децибел на 1 mW).

По този начин, честотната характеристика, честотната лента и затихването са универсални характеристики и познаването им ни позволява да заключим как сигнали от всякаква форма ще се предават през комуникационната линия.

Пропускателната способност зависи от вида на линията и нейната дължина. На фиг. 1.1 показва честотната лента на комуникационните линии от различни типове, както и най-често използваните честотни диапазони в комуникационните технологии.

Ориз. 1.1.Комуникационни честотни ленти и популярни честотни ленти

Капацитет на линията

Пропускателна способностлиния характеризира максимално възможната скорост на предаване на данни по комуникационната линия. Пропускателната способност се измерва в битове в секунда - bps, а също и в производни единици като килобити в секунда (Kbps), мегабита в секунда (Mbps), гигабита в секунда (Gbps) и т.н.

Пропускателната способност на комуникационната линия зависи не само от нейните характеристики, като честотна характеристика, но и от спектъра на предаваните сигнали. Ако значителни хармоници на сигнала попаднат в честотната лента на линията, тогава такъв сигнал ще бъде добре предаден от тази комуникационна линия и приемникът ще може правилно да разпознае информацията, изпратена по линията от предавателя (фиг. 1.2а). Ако значителните хармоници надхвърлят честотната лента на комуникационната линия, тогава сигналът ще бъде значително изкривен, приемникът ще направи грешки при разпознаване на информация, което означава, че информацията няма да може да се предава с дадена честотна лента (фиг. 1.2b) .

Ориз. 1.2.Съответствие между комуникационната честотна лента и спектъра на сигнала

Изборът на метод за представяне на дискретна информация под формата на сигнали, подавани към комуникационната линия, се нарича физическиили линейно кодиране... Спектърът на сигналите и съответно честотната лента на линията зависи от избрания метод на кодиране. По този начин, за един метод на кодиране, линията може да има една честотна лента, а за друг - друга.

Повечето методи за кодиране използват промяна в някакъв параметър на периодичен сигнал - честотата, амплитудата и фазата на синусоида или знака на потенциала на поредица от импулси. Извикват се периодични сигнали, чиито параметри се променят носещ сигналили носеща честотаако като такъв сигнал се използва синусоида.

Броят промени в информационния параметър на носещия периодичен сигнал за секунда се измерва в бод... Периодът от време между съседни промени в информационния сигнал се нарича цикъл на предавателя. Пропускателната способност на линията в битове в секунда обикновено не е същата като бод. То може да бъде по-високо или по-ниско от броя на бодовете и това съотношение зависи от метода на кодиране.

Ако сигналът има повече от две различни състояния, тогава пропускателната способност в битове в секунда ще бъде по-висока от скоростта на предаване. Например, ако информационните параметри са фазата и амплитудата на синусоида и има 4 фазови състояния при 0,90, 180 и 270 градуса и две стойности на амплитудата на сигнала, тогава информационният сигнал може да има 8 различими състояния. В този случай модем, работещ със скорост 2400 бод (с тактова честота 2400 Hz), предава информация със скорост 7200 bps, тъй като 3 бита информация се предават с една промяна в сигнала.

Пропускателната способност на линията се влияе не само от физическото, но и от логическото кодиране. Логическо кодиранесе извършва преди физическо кодиране и предполага замяна на битовете на оригиналната информация с нова последователност от битове, носеща същата информация, но притежаваща допълнителни свойства, например способността за приемащата страна да открива грешки в получените данни. При логическо кодиране най-често оригиналната битова последователност се заменя с по-дълга последователност, поради което честотната лента на канала по отношение на полезна информацияв същото време намалява.

Връзката между честотната лента на линията и нейната честотна лента

Колкото по-висока е честотата на носещия периодичен сигнал, толкова повече информация за единица време се предава по линията и толкова по-висок е капацитетът на линията с фиксиран физически метод на кодиране. Но с увеличаване на честотата на периодичния носещ сигнал, ширината на спектъра на този сигнал също се увеличава, което като цяло ще даде сигналната последователност, избрана за физическо кодиране. Линията предава този спектър от синусоиди с онези изкривявания, които се определят от нейната честотна лента. Колкото по-голямо е несъответствието между честотната лента на линията и честотната лента на предаваните информационни сигнали, толкова повече сигналите са изкривени и толкова по-вероятни са грешки при разпознаването на информацията от приемащата страна, което означава, че скоростта на предаване на информацията всъщност е по-малка отколкото човек можеше да очаква.

Връзката между честотната лента на линията и нейната максимална възможна честотна лента, независимо от приетия физически метод на кодиране, Клод Шанън установи:

C = F log2 (1 + Pc / Psh),

където C е максималната честотна лента на линията в битове в секунда,
F е честотната лента на линията в херци,
Рс - сила на сигнала,
Psh е мощността на шума.

Възможно е да се увеличи капацитетът на линията чрез увеличаване на мощността на предавателя или намаляване на мощността на шума (смущенията) по комуникационната линия. И двата компонента са много трудни за промяна. Увеличаването на мощността на предавателя води до значително увеличение на неговия размер и цена. Намаляването на нивото на шума изисква използването на специални кабели с добро екраниране, което е много скъпо, както и намаляване на шума в предавателя и междинното оборудване, което не е лесно за постигане. Освен това ефектът от мощността на полезния сигнал и шума върху пропускателната способност е ограничен от логаритмичната зависимост, която нараства много по-малко от пряко пропорционалната.

По същество близо до формулата на Шанън е следното съотношение, получено от Nyquist, което също определя максимално възможната честотна лента на комуникационна линия, но без да отчита шума по линията:

C = 2F log2 M,

където M е броят на различимите състояния на информационния параметър.

Въпреки че формулата на Найкуист не отчита изрично наличието на шум, нейното влияние се отразява косвено в избора на броя на състоянията на информационния сигнал. Броят на възможните състояния на сигнала всъщност е ограничен от съотношението на мощността на сигнала към шума, а формулата на Найкуист определя максималната скорост на предаване на данни в случай, когато броят на състоянията вече е избран, като се вземат предвид възможностите за стабилно разпознаване от приемник.

Горните съотношения дават гранична стойност за капацитета на линията и степента, до която се приближава тази граница, зависи от конкретните физически методи за кодиране, разгледани по-долу.

Линейен имунитет

Линейен имунитетопределя способността му да намалява нивото на смущения, създавани във външната среда, върху вътрешните проводници. Имунитетът на линията зависи от вида на използваната физическа среда, както и от средствата за екраниране и потискане на самата линия.

Близо до края кръстосани разговори (СЛЕДВАЩ)определяне на шумоустойчивостта на кабела към вътрешни източницисмущения, когато електромагнитното поле на сигнала, предаван от изхода на предавателя по една двойка проводници, индуцира интерференционен сигнал върху другата двойка проводници. Ако приемник е свързан към втората двойка, той може да приеме предизвиканите вътрешни смущения като полезен сигнал. Индексът NEXT, изразен в децибели, е равен на 10 log Pout / Pnav, където Pout е мощността на изходния сигнал, Pnav е мощността на индуцирания сигнал. Колкото по-ниска е стойността NEXT, толкова по-добър е кабелът.

Поради факта, че в някои нови технологии предаването на данни се използва едновременно върху няколко усукани двойки, индикаторът наскоро започна да се използва PowerSUM, което е модификация на индикатора NEXT. Тази цифра отразява общата мощност на кръстосаните смущения от всички предавателни двойки в кабела.

Надеждност на предаването на данни

Надеждност на предаването на даннихарактеризира вероятността от изкривяване за всеки предаван бит от данни. Понякога се нарича същият индикатор процент на грешки в битовете (BER)... Стойността на BER за комуникационни канали без допълнителни средства за защита срещу грешки по правило е 1, в оптичните комуникационни линии - 10-9. Стойността на надеждността на предаването на данни, например, в 10-4 показва, че средно от 10 000 бита стойността на един бит е изкривена.

Изкривяването на битовете възниква както поради наличието на шум по линията, така и поради изкривяване на формата на вълната поради ограничената честотна лента на линията. Следователно, за да се повиши надеждността на предаваните данни, е необходимо да се повиши нивото на шумоустойчивост на линията, да се намали нивото на кръстосаните смущения в кабела, както и да се използват повече широколентови комуникационни линии.

2.3. Стандарти за мрежови кабели

Кабелът е доста сложен продукт, състоящ се от проводници, екраниращи слоеве и изолация. В някои случаи кабелът включва конектори, които свързват кабелите към оборудването. Освен това се използват различни електромеханични устройства, наречени напречни сечения, напречни кутии или шкафове, за да се осигури бързо превключване на кабели и оборудване. В компютърните мрежи се използват кабели, отговарящи на определени стандарти, което ви позволява да изградите кабелна мрежа от кабели и свързващи устройства от различни производители. За стандартизацията на кабелите е възприет независим от протокола подход. Тоест стандартът определя само електрическите, оптичните и механичните характеристики, на които трябва да отговаря определен тип кабел или свързващ продукт.

Има много характеристики, предвидени в стандартите за кабели, от които най-важните са изброени по-долу.

· Затихване... Затихването се измерва в децибели на метър за определена честота или честотен диапазон на сигнал.

· Близо до края кръстосани разговори (СЛЕДВАЩ)... Измерва се в децибели за конкретна честота на сигнала.

· Импеданс (характерен импеданс)е общото (активно и реактивно) съпротивление в електрическата верига. Импедансът се измерва в ома и е относително постоянен за кабелни системи.

· Активно съпротивлениее съпротивлението на постоянен ток в електрическа верига. За разлика от импеданса, съпротивлението не зависи от честотата и се увеличава с дължината на кабела.

· Капацитете свойството на металните проводници да съхраняват енергия. Двата електрически проводника в кабела, разделени от диелектрик, са кондензатор, способен да съхранява заряд. Капацитетът е нежелан.

· Външно електромагнитно излъчване или електрически шум... Електрическият шум е нежелано променливо напрежение в проводник. Има два вида електрически шум: фонов шум и импулсен шум. Електрическият шум се измерва в миливолта.

· Диаметър на проводника или площ на напречното сечение... За медните проводници е доста разпространена американската система AWG (American Wire Gauge), която въвежда някои конвенционални видове проводници, например 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Колкото по-голям е номерът на типа проводник, толкова по-малък е диаметърът му.

Акцентът на настоящите стандарти е върху усукана двойка и оптичните кабели.

Неекранирани кабели с усукана двойка

UTP медният неекраниран кабел е разделен на 5 категории в зависимост от електрическите и механичните характеристики (Категория 1 - Категория 5). Най-често използваните категории са разгледани по-долу.

Кабели Категория 1се използват там, където изискванията за скорост на предаване са минимални. Обикновено това е кабел за цифрово и аналогово предаване на глас и ниска скорост (до 20 Kbps). До 1983 г. това е основният тип кабел за телефонно окабеляване.

Кабели Категория 3бяха стандартизирани през 1991 г., когато Стандарт за телекомуникационно окабеляване за търговски сгради(EIA-568), който определя електрическите характеристики на кабели от категория 3 за честоти до 16 MHz, поддържащи високоскоростни мрежови приложения. Кабелът от категория 3 е предназначен както за предаване на данни, така и за гласово предаване. Стъпката на телта е приблизително 3 завъртания на крак (30,5 см).

Кабели Категория 5бяха специално проектирани да поддържат високоскоростни протоколи. Техните характеристики се определят в диапазона до 100 MHz. Този кабел работи с протоколи със скорост на предаване на данни от 100 Mbit/s - FDDI (с физическия стандарт TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, както и по-бързи протоколи - ATM със скорост 155 Mbit/s, и Gigabit Ethernet със скорост 1000 Mbps.

Всички UTP кабели, независимо от тяхната категория, се предлагат в 4-чифтов дизайн. Всяка от четирите двойки кабели има определен цвят и стъпка. Обикновено две двойки са за предаване на данни и две за гласово предаване.

Щепселите и контактите RJ-45 се използват за свързване на кабели към оборудване, което представлява 8-пинов конектор, подобен на обикновените телефонни конектори RJ-11.

Екранирани кабели с усукана двойка

Екранираната усукана двойка STP добре предпазва предаваните сигнали от външни смущения, а също така излъчва по-малко електромагнитни вълни навън. Наличието на заземен щит увеличава цената на кабела и усложнява монтажа му. Екранираният кабел се използва само за предаване на данни.

Основният стандарт, който определя параметрите на екранираната усукана двойка, е собственият стандарт на IBM. В този стандарт кабелите не са разделени на категории, а на типове: Тип I, Тип 2, ..., Тип 9.

Основният тип екраниран кабел е кабелът IBM тип 1. Състои се от 2 двойки усукани проводници, екранирани с проводяща оплетка, която е заземена. Електрически параметри Тип кабел 1 е приблизително еквивалентен на UTP кабел от категория 5. Кабелът тип 1 обаче има характерен импеданс от 150 ома.

Не всички стандартни типове кабели на IBM са екранирани кабели — някои определят характеристиките на неекранираните телефонни кабели (Тип 3) и оптични кабели (Тип 5).

Оптични кабели

Оптичните кабели се състоят от централен проводник на светлината (сърцевина) - стъклено влакно, заобиколено от друг слой стъкло - обвивка, която има по-нисък коефициент на пречупване от сърцевината. Разпространявайки се по сърцевината, светлинните лъчи не излизат извън неговите граници, отразявайки се от покриващия слой на черупката. В зависимост от разпределението на коефициента на пречупване и от размера на диаметъра на сърцевината, има:

· Многомодово влакно със стъпаловидно изменение на показателя на пречупване (фиг. 1.3а);

· Многомодово влакно с плавна промяна на показателя на пречупване (фиг. 1.36);

· Едномодово влакно (фиг. 1.3в).

Терминът "режим" описва начина на разпространение на светлинните лъчи във вътрешната сърцевина на кабела. Едномодово влакно (SMF)използва се централен проводник с много малък диаметър, съизмерим с дължината на вълната на светлината - от 5 до 10 микрона. В този случай практически всички светлинни лъчи се разпространяват по оптичната ос на влакното, без да се отразяват от външния проводник. Честотната лента на едномодовия кабел е много широка - до стотици гигахерца на километър. Производството на тънки, висококачествени влакна за едномодов кабел е сложен технологичен процес, което прави едномодовия кабел доста скъп. Освен това е доста трудно да се насочи лъч светлина към влакно с толкова малък диаметър, без да се загуби значителна част от енергията му.

Ориз. един.3 . Видове оптични кабели

V многомодови кабели (Multi Mode Fiber, MMF)използвани са по-широки вътрешни сърцевини, които са по-лесни за производство технологично. Стандартите определят два от най-често срещаните многомодови кабели: 62,5 / 125 µm и 50/125 µm, където 62,5 µm или 50 µm е диаметърът на централния проводник, а 125 µm е диаметърът на външния проводник.

При многомодовите кабели множество светлинни лъчи съществуват едновременно във вътрешния проводник, отскачайки от външния проводник под различни ъгли. Ъгълът на отражение на лъча се нарича режим на лъча. При многомодови кабели с плавна промяна в индекса на пречупване режимът на разпространение на всеки режим е по-сложен.

Многомодовите кабели имат по-тясна честотна лента - от 500 до 800 MHz / km. Стесняването на лентата се получава поради загубата на светлинна енергия по време на отражения, както и поради интерференцията на лъчи от различни режими.

Като източници на светлинни емисии в оптичните кабели се използват следните:

· светодиоди;

· Полупроводникови лазери.

За едномодови кабели се използват само полупроводникови лазери, тъй като при толкова малък диаметър на оптичното влакно светлинният поток, създаден от светодиода, не може да бъде насочен във влакното без големи загуби. За многомодови кабели се използват по-евтини LED излъчватели.

За предаване на информация се използва светлина с дължина на вълната 1550 nm (1,55 микрона), 1300 nm (1,3 микрона) и 850 nm (0,85 микрона). Светодиодите могат да излъчват светлина с дължини на вълната от 850 nm и 1300 nm. Излъчвателите с дължина на вълната 850 nm са значително по-евтини от излъчвателите с дължина на вълната 1300 nm, но честотната лента на кабела за 850 nm е по-тясна, например 200 MHz / km вместо 500 MHz / km.

Лазерните излъчватели работят при 1300 и 1550 nm дължини на вълната. Скоростта на съвременните лазери позволява модулиране на светлинния поток при честоти от 10 GHz и по-високи. Лазерните излъчватели създават кохерентен светлинен поток, поради което загубите в оптичните влакна стават по-малки, отколкото при използване на некохерентен LED поток.

Използването само на няколко дължини на вълната за предаване на информация в оптичните влакна е свързано с особеността на техните амплитудно-честотни характеристики. Именно за тези дискретни дължини на вълната се наблюдават изразени максимуми на предаване на мощността на сигнала, а при други вълни затихването във влакната е значително по-високо.

Оптичните кабели са свързани към оборудването с MIC, ST и SC конектори.

Оптичните кабели имат отлични характеристики от всички видове: електромагнитни, механични, но имат един сериозен недостатък - сложността на свързването на влакна с конектори и един с друг, ако е необходимо да се увеличи дължината на кабела. Закрепването на оптично влакно към конектора изисква високо прецизно изрязване на влакното в равнина, строго перпендикулярна на оста на влакното, както и извършване на връзката чрез сложна операция за залепване.