Fyzická komunikační linka. Fyzický přenos dat po komunikačních linkách

Přenosová rychlost(informační rychlost nebo propustnost, oba anglické výrazy se používají zaměnitelně) - Toto je skutečná rychlost toku dat sítí. Tato rychlost může být nižší než doporučená rychlost načítání, protože data v síti mohou být poškozena nebo ztracena.

Kapacita komunikačního kanálu (kapacita), nazývaná také šířka pásma, představuje maximální možnou rychlost přenosu dat přes kanál.

Specifikem této charakteristiky je, že odráží nejen parametry fyzického přenosového média, ale také vlastnosti zvoleného způsobu přenosu diskrétních informací přes toto médium.

Například kapacita komunikačního kanálu v ethernetové síti na optickém vlákně je 10 Mb / s. Tato rychlost je nejvyšší možná pro kombinaci technologie Ethernet a optických vláken. Pro stejné optické vlákno je však možné vyvinout jinou technologii přenosu dat, která se liší metodou kódování dat, taktovací frekvencí a dalšími parametry, které budou mít jinou kapacitu. Technologie Fast Ethernet tedy poskytuje přenos dat přes stejné optické vlákno s maximální rychlostí 100 Mbit / s a ​​technologie Gigabit Ethernet - 1000 Mbit / s. Vysílač komunikačního zařízení musí pracovat rychlostí rovnající se šířce pásma kanálu. Tahle rychlost někdynazývá se bitová rychlost vysílače.

Šířka pásma- tento termín může být zavádějící, protože je používán se dvěma různými významy.

Nejprve , s jeho pomocí lze charakterizovat přenosové médium. V tomto případě to znamená šířku pásma, kterou linka převody bez významné nesprávnosti. Původ termínu je z této definice jasný.

Za druhé „termín„ šířka pásma “se používá synonymně s výrazem„kapacita komunikačního kanálu “... V prvním případě se šířka pásma měří v hertzech (Hz), ve druhém v bitech za sekundu. Je nutné rozlišovat významy tohoto pojmu podle kontextu, i když někdy je to docela obtížné. Samozřejmě by bylo lepší použít různé termíny pro různé charakteristiky, ale existují tradice, které je obtížné změnit. Toto dvojí použití pojmu „šířka pásma“ již vstoupilo do mnoha standardů a knih, takže se budeme řídit zavedeným přístupem.

Je třeba také mít na paměti, že tento termín ve svém druhém významu je ještě běžnější než kapacita, takže z těchto dvou synonym použijeme šířku pásma.

Další skupina charakteristik komunikačního kanálu je spojena se schopností přenášet informace přes kanál na jednu nebo obě strany.

Při interakci dvou počítačů je obvykle nutné přenášet informace v obou směrech, z počítače A do počítače B a naopak. I když se uživateli zdá, že pouze přijímá informace (například stahování hudebního souboru z internetu) nebo přenáší (odesílá e-mail), probíhá výměna informací dvěma směry. Jednoduše existuje hlavní datový tok, který uživatele zajímá, a pomocný tok opačného směru, které tvoří potvrzení o těchto datech.

Fyzické komunikační kanály jsou rozděleny do několika typů podle toho, zda mohou přenášet informace v obou směrech nebo ne.

Duplexní kanálzajišťuje simultánní přenos informací v obou směrech. Duplexní kanál může sestávat ze dvou fyzických médií, z nichž každé slouží k přenosu informací pouze jedním směrem. Varianta je možná, když jedno médium slouží pro simultánní přenos protiproudých toků, v tomto případě jsou použity další způsoby oddělení každého proudu od celkového signálu.

Poloviční duplexní kanáltaké poskytuje přenos informací v obou směrech, ale ne současně, ale postupně. To znamená, že během určitého časového období se informace přenášejí v jednom směru a během dalšího období v opačném směru.

Jednostranný kanálumožňuje přenos informací pouze jedním směrem. Duplexní odkaz se často skládá ze dvou simplexních odkazů.

Komunikační linky

Při budování sítí se používají komunikační linky, ve kterých se používají různá fyzická média: telefonní a telegrafní dráty zavěšené ve vzduchu, uložené pod zemí a podél dna oceánu, měděné koaxiální a optické kabely, zapletené do všech moderních kanceláří, měděné kroucené páry, všechny pronikavé rádiové vlny

Zvažte obecné charakteristiky komunikačních linek, nezávisle na jejich fyzické povaze, jako např

Šířka pásma,

propustnost,

Imunita a

Spolehlivost přenosu.

Šířka čáry přenos je základní charakteristikou komunikačního kanálu, protože určuje maximální možnou informační rychlost kanálu, kteránazývá se šířka pásma kanálu.

Nyquistův vzorec vyjadřuje tuto závislost na ideálním kanálu a Shannonův vzorec zohledňuje přítomnost šumu ve skutečném kanálu.

Klasifikace komunikačních linek

Při popisu technického systému, který přenáší informace mezi síťovými uzly, lze v literatuře nalézt několik názvů:

komunikační linka,

složený kanál,

kanál,

Odkaz.

Tyto termíny se často používají zaměnitelně a v mnoha případech to není problém. Současně existuje specifičnost jejich použití.

Odkaz (odkaz) Je segment, který zajišťuje přenos dat mezi dvěma sousedními síťovými uzly. To znamená, že odkaz neobsahuje přechodná spínací a multiplexní zařízení.

Kanál nejčastěji označují část šířky pásma odkazu používanou nezávisle během přepínání. Například odkaz v primární síti může obsahovat 30 kanálů, z nichž každý má šířku pásma 64 kb / s.

ObvodJe cesta mezi dvěma koncovými uzly sítě. Spojený spoj je tvořen samostatnými mezilehlými spoji a propojenými v přepínačích. Epiteton „kompozit“ je často vynechán a termín „kanál“ se používá k označení jak kompozitního kanálu, tak kanálu mezi sousedními uzly, tj. V rámci odkazu.

Komunikační linka lze použít synonymně pro kterýkoli z dalších tří výrazů.

Nebuďte příliš přísní na zmatení terminologie. To platí zejména pro rozdíly v terminologii tradiční telefonie a novější oblasti - počítačových sítí. Proces konvergence jen zhoršil problém terminologie, protože mnoho mechanismů těchto sítí se stalo běžnými, ale zachovalo si pár (někdy i více) jmen z každé oblasti.

Kromě toho existují objektivní důvody pro nejednoznačné chápání pojmů. Na obr. 8.1 ukazuje dvě možnosti komunikační linky. V prvním případě (obr. 8.1, a) se vedení skládá z kabelového segmentu dlouhého několik desítek metrů a je spojnicí.

V druhém případě (obr. 8.1, b) je komunikační linka složený kanál rozmístěný v síti s přepojováním obvodů. Takovou sítí může být primární síť nebo telefonní síť.

Pro počítačovou síť je však tato linka spojnicí, protože spojuje dva sousední uzly a všechna přepínací mezilehlá zařízení jsou pro tyto uzly transparentní. Zde je zřejmý důvod vzájemného nedorozumění na úrovni termínů počítačových specialistů a specialistů primárních sítí.

Primární sítě jsou speciálně vytvořeny za účelem poskytování služeb kanálů pro přenos dat pro počítačové a telefonní sítě, o nichž v takových případech říkají, že fungují „navrch“ primárních sítí a jsou to superponované sítě.

Charakteristika komunikační linky

Ty a já potřebujeme pochopit takové pojmy jako: harmonický, spektrální rozklad (spektrum) signálu,šířka spektra signálu, Fourierovy vzorce, vnější interference, interníinterference, nebo interference, útlum signálu, lineární útlum, okno
transparentnost, absolutní úroveň výkonu, relativní úroveň
výkon, práh citlivosti přijímače, vlnová impedance,
odolnost vedení, elektrické připojení, magnetické připojení,
indukovaný signál, přeslech na blízkém konci, přeslech
rušení na dálku, ochrana kabelů, spolehlivost přenosu
data, bitová chybovost, šířka pásma, šířka pásma
schopnost, fyzické nebo lineární, kódování, nosný signál,
nosná frekvence, modulace, hodiny, baud.

Začněme.

Spektrální analýza signálů na komunikačních linkách

Důležitou roli při určování parametrů komunikačních linek má spektrální rozklad signálu přenášeného přes tuto linku. Z teorie harmonické analýzy je známo, že jakýkoli periodický proces může být reprezentován jako součet sinusových oscilací různých frekvencí a různých amplitud (obr. 8.3).

Každá složka sinusoidy se také nazývá harmonická a množina všech
monique se nazývá spektrální rozklad nebo spektrum původního signálu.

Šířka spektra signálu je rozdílem mezi maximální a minimální frekvencí sady sinusoidů, které se sčítají s původním signálem.

Neperiodické signály mohou být reprezentovány jako integrál sinusových signálů se spojitým spektrem frekvencí. Zejména spektrální rozklad ideálního pulsu (jednotkový výkon a nulové trvání) má složky celého frekvenčního spektra od -oo do + oo (obr. 8.4).

Technika pro hledání spektra jakéhokoli zdrojového signálu je dobře známá. U některých signálů, které jsou popsány analyticky (například u sekvence obdélníkových pulsů se stejnou délkou trvání a amplitudou), je spektrum snadno vypočítáno na základě Fourierovy vzorce.

U libovolných průběhů, s nimiž se v praxi setkáváme, lze spektrum nalézt pomocí speciálních zařízení - analyzátorů spektra, které měří spektrum skutečného signálu a zobrazují amplitudy harmonických složek na obrazovce, tisknou je na tiskárně nebo je přenášejí ke zpracování a úložiště do počítače.

Zkreslení sinusoidy jakékoli frekvence vysílacím vedením vede v konečném důsledku ke zkreslení amplitudy a tvaru vysílaného signálu jakéhokoli druhu. Ke zkreslení dochází, pokud sinusoidy různých frekvencí nejsou stejně zkreslené.

Pokud se jedná o analogový signál přenášející řeč, pak se zabarvení hlasu změní v důsledku zkreslení podtónů - vedlejších frekvencí. Při přenosu pulzních signálů typických pro počítačové sítě dochází ke zkreslení nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, v důsledku čehož fronty pulzů ztrácejí svůj obdélníkový tvar (obr. 8.5) a signály lze na přijímacím konci linky špatně rozeznat .

Vysílané signály jsou zkreslené v důsledku nedokonalých komunikačních linek. Ideální přenosové médium, které neruší vysílaný signál, by mělo mít alespoň nulový odpor, kapacitu a indukčnost. V praxi však například měděné dráty vždy představují určitou kombinaci aktivního odporu, kapacitního a indukčního zatížení rozloženého po délce (obr. 8.6). Výsledkem je, že sinusoidy různých frekvencí jsou těmito linkami přenášeny různými způsoby.

Kromě zkreslení signálu vyplývajících z ne zrovna ideálních fyzických parametrů komunikační linky existuje ještě vnější rušení, které přispívá ke zkreslení průběhu na výstupu linky. Toto rušení je způsobeno různými elektromotory, elektronickými zařízeními, atmosférickýmijevy atd. Přes ochranná opatření přijatá konstruktéry kabelů a přítomnost zesilovacích a spínacích zařízení není možné plně kompenzovat vliv vnějšího rušení. Kromě vnějšího rušení v kabelu existují i ​​vnitřní rušení - takzvaná indukce jednoho páru vodičů do druhého. Výsledkem je, že signály na výstupu komunikační linky mohoumají zkreslený tvar (jak ukazuje obrázek 8.5).

Útlum a impedance

Stupeň zkreslení sinusových signálů komunikačními linkami se odhaduje na základě charakteristik, jako je útlum a šířka pásma. Útlum ukazuje, jak moc klesá výkon referenčního sinusového signálu na výstupu komunikační linky ve vztahu k výkonu signálu na vstupu této linky. Útlum (A) se obvykle měří v decibelech (dB) a vypočítá se podle následujícího vzorce:

Zde Рout je síla signálu na výstupu linky, Рin je síla signálu na vstupu linky. Protože útlum závisí na délce komunikační linky, používá se jako charakteristika komunikační linky následující:nazývá se lineární útlum, tj. Útlum na komunikační lince určité délky. U kabelů LAN je tato délka obvykle 100 m, protože tato hodnota je maximální délkou kabelu pro mnoho technologií LAN. U územních komunikačních linek se lineární útlum měří na vzdálenost 1 km.

Útlum je obvykle charakterizován pasivními částmi komunikační linky, skládající se z kabelů a průřezů, bez zesilovačů a regenerátorů.

Protože je výstupní signál signálu kabelu bez pomocných zesilovačů menší než výkon vstupního signálu, je útlum kabelu vždy záporný.

Míra útlumu výkonu sinusového signálu závisí na frekvenci sinusoidy a tato závislost se používá také k charakterizaci komunikační linky (obr. 8.7).

Nejčastěji se při popisu parametrů komunikační linky udávají hodnoty útlumu pouze pro několik frekvencí. To je na jedné straně dáno touhou zjednodušit měření při kontrole kvality linky. Na druhou stranu je v praxi často předem známa základní frekvence přenášeného signálu, tedy frekvence, jejíž harmonická má nejvyšší amplitudu a výkon. Proto stačí znát útlum na této frekvenci, aby bylo možné přibližně odhadnout zkreslení signálů přenášených po vedení.

POZORNOST

Jak bylo uvedeno výše, útlum je vždy negativní, ale znaménko mínus je často vynecháno a někdy dochází k záměně. Tvrzení, že čím vyšší je kvalita komunikační linky, tím větší (s přihlédnutím k znaménku) je útlum zcela správný. Pokud ignorujeme znaménko, tj. Mějte na paměti absolutní hodnotu útlumu, pak je útlum kvalitnější linie menší. Uveďme příklad. Pro vnitřní zapojení v budovách se používá kroucený pár kategorie 5. Tento kabel, na kterém fungují téměř všechny technologie LAN, se vyznačuje útlumem nejméně -23,6 dB pro frekvenci 100 MHz s délkou kabelu 100 m. b má útlum na frekvenci 100 MHz nejméně -20,6 dB. Dostaneme to - 20,6> -23,6, ale 20.6< 23,6.

Na obr. 8.8 ukazuje typický útlum versus kmitočet u nestíněných kroucených párů kategorie 5 a 6.

Optický kabel má výrazně nižší (v absolutní hodnotě) hodnoty útlumu, obvykle v rozmezí od -0,2 do -3 dB s délkou kabelu 1000 m, což znamená, že je kvalitnější než kroucený pár kabelů. Téměř všechna optická vlákna mají komplexní závislost útlumu na vlnové délce, která má tři takzvaná průhledná okna. Na obr. 8.9 ukazuje charakteristickou závislost útlumu pro optické vlákno. Z obrázku je patrné, že oblast efektivního využití moderních vláken je omezena na vlnové délky 850 nm, 1300 nm a 1550 nm (35 THz, 23 THz, respektive 19,4 THz). Okno 1550 nm poskytuje nejmenší ztrátu, a proto maximální dosah s pevným výkonem vysílače a pevnou citlivostí přijímače

Jako charakteristika síly signálu absolutní a relativní
relativní úrovně výkonu. Absolutní úroveň výkonu se měří v
wattů, relativní úroveň výkonu, stejně jako útlum, se měří v decibelech
belah. V tomto případě jako základní hodnota výkonu, vůči které
je změřen výkon signálu, je odebrána hodnota 1 mW. Tím pádem,
relativní úroveň výkonu p se vypočítá podle následujícího vzorce:

Zde P je absolutní výkon signálu v miliwattech a dBm je měrná jednotka.
relativní úroveň výkonu rhenia (decibely na mW). Relativní
hodnoty výkonu je vhodné použít při výpočtu energetického rozpočtu
že komunikační linky.

Extrémní jednoduchost výpočtu byla možná díky skutečnosti, že jako
počáteční data používala relativní hodnoty vstupního výkonu
signál a výstupní signály. Volá se množství y použité v tomto příkladu
práh citlivosti přijímače a představuje minimální výkon
signál na vstupu přijímače, na kterém je schopen správně lokalizovat
znát diskrétní informace obsažené v signálu. Je zřejmé, že pro
normální provoz komunikační linky, je nutné, aby minimální výkon
signál vysílače, dokonce oslabený útlumem komunikační linky, byl překročen
práh citlivosti přijímače: x - A> y. Kontrola tohoto stavu je
je podstatou výpočtu energetického rozpočtu linky.

Důležitým parametrem měděné komunikační linky je její charakteristická impedance,
představující celkový (komplexní) odpor, který splňuje
elektromagnetická vlna určité frekvence při šíření po jedné
homogenní řetězec. Charakteristická impedance se měří v ohmech a závisí na nich
parametry komunikační linky, jako je aktivní odpor, lineární indukčnost
a lineární kapacita, jakož i na frekvenci samotného signálu. Výstupní impedance
vysílač by měl být přizpůsoben impedanci vedení,
v opačném případě bude útlum signálu nadměrný.

Imunita a spolehlivost

Odolnost vedení, jak naznačuje název, určuje schopnost vedení odolat účinkům hluku generovaného ve vnějším prostředí nebo na vnitřní vodiče samotného kabelu. Imunita linky závisí na typu použitého fyzického média, jakož i na stínících a potlačovacích prostředcích samotné linky. Rádiová vedení jsou nejméně odolná vůči rušení, kabelová vedení mají dobrou stabilitu a vynikající jsou vedení optických vláken, která jsou necitlivá na vnější elektromagnetické záření. Aby se omezilo rušení vnějšími elektromagnetickými poli, jsou vodiče obvykle stíněné a / nebo zkroucené.

Elektrická a magnetická vazba jsou parametry měděného kabelu, které jsou také důsledkem interference. Elektrické připojení je definováno poměrem indukovaného proudu v ovlivněném obvodu k napětí působícímu v ovlivňujícím obvodu. Magnetická vazba je poměr elektromotorické síly indukované v postiženém obvodu k proudu v ovlivňujícím obvodu. Elektrická a magnetická vazba má za následek indukované signály (snímače) v postiženém obvodu. Existuje několik různých parametrů, které charakterizují odolnost kabelu proti rušení.

Near End Cross Talk (NEXT) určuje stabilitu kabelu, pokud je interference způsobena signálem generovaným vysílačem připojeným k jednomu ze sousedních párů na stejném konci kabelu, jako je ten připojený k příslušnému kabelu. Párový přijímač ( obr. 8.10). Exponent NEXT, vyjádřený v decibelech, se rovná 10 lg Pout / Pind> kde Pout je výkon výstupního signálu, Pind je indukovaný výkon signálu.

Čím nižší je hodnota NEXT, tím lepší je kabel. Například u krouceného páru kategorie 5 by NEXT měl být menší než -27 dB při 100 MHz.

Far End Cross Talk (FEXT) vám umožňuje vyhodnotit odolnost kabelu vůči rušení, když jsou vysílač a přijímač připojeny k různým koncům kabelu. Tento indikátor by měl být zjevně lepší než DALŠÍ, protože signál přichází na vzdálenější konec kabelu, zeslabený útlumem každého páru.

Hodnoty NEXT a FEXT se obvykle aplikují na kabel sestávající z několika kroucených párů, protože v tomto případě může vzájemné rušení jednoho páru s druhým dosáhnout významných hodnot. U jednoho koaxiálního kabelu (tj. Sestávajícího z jednoho stíněného jádra) tento indikátor nedává smysl a u dvojitého koaxiálního kabelu to také neplatí kvůli vysokému stupni ochrany každého jádra. Optická vlákna také nevytvářejí žádné znatelné vzájemné rušení.

Vzhledem k tomu, že v některých nových technologiích jsou data přenášena simultánně přes několik kroucených párů, v poslední době se také začaly používat indikátory přeslechu s předponou PS (PowerSUM - kombinovaný snímač), jako je PS NEXT a PS FEXT. Tyto indikátory odrážejí odpor kabelu vůči celkovému výkonu přeslechu na jednom z párů kabelů ze všech ostatních vysílacích párů (obrázek 8.11).

Dalším prakticky důležitým ukazatelem je ochrana kabelu (poměr útlumu / přeslechu, ACR). Zabezpečení je definováno jako rozdíl mezi požadovaným signálem a úrovní rušení. Čím vyšší je hodnota ochrany kabelu, tím více, v souladu se Shannonovým vzorcem, s potenciálně vyšší

rychlost může přenášet data, ale tento kabel. Na obr. 8.12 ukazuje typickou charakteristiku závislosti ochrany nestíněného krouceného páru na frekvenci signálu.

Věrnost přenosu dat charakterizuje pravděpodobnost zkreslení každého přeneseného datového bitu. Někdy se tomu říká bitová chybovost (BER). Hodnota BER pro komunikační linky bez dalších prostředků ochrany proti chybám (například samoopravné kódy nebo protokoly s opakovaným přenosem zkreslených rámců) je zpravidla 10-4-10-6, v komunikačních linkách z optických vláken- 10 ~ 9. Hodnota spolehlivosti přenosu dat, například 10-4, naznačuje, že v průměru z 10 000 bitů je hodnota jednoho bitu zkreslena.

Mezní frekvence jsou často považovány za frekvence, při kterých je výkon výstupního signálu poloviční ve srovnání se vstupním signálem, což odpovídá útlumu -3 dB. Jak uvidíme později, šířka pásma má největší dopad na maximální možnou rychlost přenosu dat přes komunikační linku. Šířka pásma závisí na typu linky a její délce. Na obr. 8.13 ukazuje šířku pásma komunikačních linek různých typů a také nejčastěji používané frekvenční rozsahy v komunikační technologii.

Protože je například pro digitální linky vždy definován protokol fyzické vrstvy, který nastavuje bitovou rychlost přenosu dat, pak je pro ně vždy známa šířka pásma - 64 Kbit / s, 2 Mbit / s atd.

V těch případech, kdy je pouze nutné vybrat, který z mnoha stávajících protokolů použít na daném řádku, jsou velmi důležité zbývající charakteristiky linky, jako je šířka pásma, přeslechy, odolnost proti rušení atd.

Propustnost, stejně jako rychlost přenosu dat, se měří v bitech za sekundu (bps), stejně jako v odvozených jednotkách, jako jsou kilobity za sekundu (Kbps) atd.

Propustnost komunikačních linek a zařízení komunikační sítě je
Měří se v bitech za sekundu, nikoli v bajtech za sekundu. To je dáno tím, žedata v sítích se přenášejí postupně, to znamená bit po bitu, a nikoli paralelně, bajty, jak se to děje mezi zařízeními uvnitř počítače. Takové jednotky měření,jako kilobity, megabity nebo gigabity, v síťových technologiích přísně odpovídají mocninám 10(to znamená, že kilobit je 1000 bitů a megabit je 1 000 000 bitů), jak je obvyklé ve všech
odvětví vědy a techniky, a ne mocniny dvou blízké těmto číslům, jak je zvykemv programování, kde předpona „kilo“ je 210 = 1024 a „mega“ je 220 = 1 048 576.

Propustnost komunikační linky závisí nejen na jejích vlastnostech, např
jak útlum, tak šířku pásma, ale také ze spektra přenášených signálů.
Pokud jsou významné harmonické signálu (tj. Harmonické, jejichž amplitudy jsou
hlavní příspěvek k výslednému signálu) spadnout do propustného pásma
linka, pak bude tento signál dobře přenášen touto komunikační linkou,
a přijímač bude schopen správně rozpoznat odeslané informace
vysílač (obr. 8.14, a). Pokud výrazné harmonické přesahují
šířku pásma komunikační linky, signál výrazně zkreslí
Xia a přijímač se při rozpoznávání informací mýlí (obr. 8.14, b).

Kousky a bodky

Volba způsobu prezentace diskrétních informací ve formě signálů,
připojený ke komunikační lince se nazývá fyzické nebo lineární kódování.

Spektrum signálů závisí na zvolené metodě kódování a podle toho na
kapacita linky.

Pro jednu metodu kódování tedy linka může mít jednu
propustnost, a pro další - další. Například kabel s kroucenou dvojlinkou
Rii 3 může přenášet data s šířkou pásma 10 Mb / s
sobe kódování standardu fyzické vrstvy 10ВаБе-Т a 33 Mbit / s metodou
standardní kódovací kód 100Ваse-Т4.

V souladu s hlavním postulátem informační teorie každá rozpoznatelná nepředvídatelná změna v přijímaném signálu nese informaci. Z toho tedy vyplývásinusoida, ve které amplituda, fáze a frekvence zůstávají beze změny, informace nenínese, protože změna signálu, přestože k ní dochází, je naprosto předvídatelná. Podobně impulsy na sběrnici hodin počítače nenesou informace,protože jejich změny jsou také v čase konstantní. Ale impulsy na datové sběrnici nelze předvídat předem, to z nich dělá informace, nesou informace
mezi jednotlivými jednotkami nebo zařízeními počítače.

Ve většině metod kódování se používá změna v libovolném parametru periodického signálu - frekvence, amplituda a fáze sinusoidy nebo znak potenciálu sekvence pulzů. Periodický signál, jehož parametry podléhají změnám, se nazývá nosný signál a jeho frekvence, pokud je signál sinusový, se nazývá nosná frekvence. Proces změny parametrů nosného signálu podle přenášených informací se nazývá modulace.

Pokud se signál změní tak, že lze rozlišit pouze dva jeho stavy, pak jakákoli jeho změna bude odpovídat nejmenší jednotce informace - bit. Pokud signál může mít více než dva rozlišitelné stavy, pak jakákoli jeho změna přinese několik bitů informací.

Přenos diskrétních informací v telekomunikačních sítích je časovaný, to znamená, že se signál mění v pevném časovém intervalu, který se nazývá cyklus. Přijímač informací se domnívá, že na začátku každého cyklu přicházejí na jeho vstup nové informace. V tomto případě, bez ohledu na to, zda signál opakuje stav předchozího cyklu, nebo pokud má stav odlišný od předchozího, přijímač přijímá nové informace z vysílače. Pokud je například hodinový cyklus 0,3 s a signál má dva stavy a 1 je zakódován s potenciálem 5 voltů, pak přítomnost 5 voltového signálu na vstupu přijímače po dobu 3 sekund znamená příjem informací reprezentovaných binární číslo 1111111111.

Počet změn v informačním parametru periodického signálu nosiče za sekundu se měří v baudech. Jedna přenosová rychlost se rovná jedné změně informačního parametru za sekundu. Pokud je například cyklus přenosu informací 0,1 sekundy, signál se změní rychlostí 10 baudů. Přenosová rychlost je tedy zcela určena velikostí cyklu.

Informační rychlost se měří v bitech za sekundu a obecně není stejná jako přenosová rychlost. Může být vyšší nebo nižší než rychlost

změny informačního parametru měřené v přenosové rychlosti. Tento vztah závisí na počtu stavů signálu. Například pokud má signál více než dva rozeznatelné stavy, pak se stejnými hodinovými cykly a odpovídající metodou kódování může být informační rychlost v bitech za sekundu vyšší než rychlost změny informačního signálu v přenosové rychlosti.

Nechť jsou informačními parametry fáze a amplituda sinusoidy a existují 4 fázové stavy při 0, 90, 180 a 270 ° a dvě hodnoty amplitudy signálu, pak může mít informační signál 8 rozlišitelných stavů. To znamená, že jakýkoli stav tohoto signálu nese informace ve 3 bitech. V tomto případě modem pracující rychlostí 2400 baudů (změna informačního signálu 2400krát za sekundu) vysílá informace rychlostí 7200 bps, protože při jedné změně signálu jsou přenášeny 3 bity informací.

Pokud má signál dva stavy (to znamená, že nese informaci v 1 bitu), pak se informační rychlost obvykle shoduje s počtem přenosových rychlostí. Lze však pozorovat i opačný obraz, když je informační rychlost nižší než rychlost změny informačního signálu v přenosové rychlosti. K tomu dochází, když je pro spolehlivé rozpoznávání uživatelských informací přijímačem každý bit v sekvenci kódován několika změnami v informačním parametru nosného signálu. Například při kódování jedné bitové hodnoty kladným impulzem a nulové bitové hodnoty impulzem se zápornou polaritou fyzický signál změní svůj stav dvakrát s každým vysílaným bitem. S tímto kódováním je rychlost linky v bitech za sekundu poloviční než přenosová.

Čím vyšší je frekvence nosného periodického signálu, tím vyšší může být modulační frekvence a tím vyšší může být šířka pásma komunikačního spojení.

Avšak na druhé straně s nárůstem frekvence periodického nosného signálu se zvětšuje i šířka spektra tohoto signálu.

Linka přenáší toto spektrum sinusoidů s těmi zkresleními, která jsou určena jeho šířkou pásma. Čím větší je rozdíl mezi šířkou pásma linky a šířkou pásma přenášených informačních signálů, tím více jsou signály zkreslené a tím pravděpodobnější chyby v rozpoznávání informací přijímající stranou, což znamená, že možná rychlost přenosu informací je dolní.

Poměr šířky pásma k šířce pásma

Claude Shannon navázal vztah mezi šířkou pásma linky a šířkou pásma bez ohledu na přijatou metodu fyzického kódování:

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

Zde C je šířka pásma linky v bitech za sekundu, F je šířka pásma linky v hertzech, Pc je síla signálu, Psh je síla šumu.

Z tohoto vztahu vyplývá, že pro čáru pevné šířky pásma neexistuje žádný teoretický limit šířky pásma. V praxi však taková hranice existuje. Skutečně je možné zvýšit kapacitu linky zvýšením výkonu vysílače nebo snížením výkonu šumu (rušení) v komunikační lince. Obě tyto složky je velmi obtížné změnit. Zvýšení výkonu vysílače vede k významnému zvýšení jeho velikosti a nákladů. Snížení hladiny hluku vyžaduje speciální kabely s dobrým stíněním, které je velmi drahé, a také snížení hluku ve vysílači a mezilehlém zařízení, čehož není snadné dosáhnout. Účinek síly užitečného signálu a šumu na propustnost je navíc omezen logaritmickou závislostí, která neroste tak rychle jako přímá proporcionalita. Takže při celkem typickém počátečním poměru výkonu k šumu 100násobné zvýšení výkonu vysílače poskytne pouze 15% zvýšení propustnosti linky.

V zásadě blízký Shannonovu vzorci je další poměr získaný Nyquistem, který také určuje maximální možnou šířku pásma komunikační linky, ale bez zohlednění šumu v řádku:

C = 2Flog2 M.

Zde M je počet rozlišitelných stavů informačního parametru.

Pokud má signál dva rozlišitelné stavy, pak se šířka pásma rovná dvojnásobku šířky pásma komunikační linky (obrázek 8.15, a). Pokud vysílač používá ke kódování dat více než dva stabilní signální stavy, kapacita linky se zvyšuje, protože v jednom cyklu provozu vysílač vysílá několik bitů původních dat, například 2 bity za přítomnosti čtyř odlišných stavů signálu ( Obr. 8.15, b).

Přestože přítomnost hluku není v Nyquistově vzorci výslovně zohledněna, nepřímo
jeho vliv se odráží ve volbě počtu stavů informačního signálu
nala. Počet stavů by měl být zvýšen, aby se zvýšila propustnost komunikační linky, ale v praxi tomu brání hluk na lince. Například šířka pásma linky, jejíž signál je znázorněn na obr. 8.15, b, lze zdvojnásobit použitím ne 4, ale 16 úrovní pro kódování dat. Pokud však amplituda šumu čas od času překročí rozdíl mezi sousedními úrovněmi, pak přijímač nebude schopen stabilně rozpoznávat vysílaná data. Proto je počet možných stavů signálu ve skutečnosti omezen poměrem výkonu signálu k šumu a Nyquistův vzorec určuje maximální rychlost přenosu dat v případě, že počet stavů již byl vybrán s přihlédnutím k možnostem stabilního rozpoznávání přijímačem.

Stíněný a nestíněný kroucený pár

Kroucený pár zvaný kroucený pár drátů. Tento typ média pro přenos dat je velmi populární a tvoří základ velkého počtu vnitřních i vnějších kabelů. Kabel se může skládat z několika kroucených párů (externí kabely někdy obsahují až několik desítek takových párů).

Zkroucení vodičů snižuje vliv vnějšího a vzájemného rušení na požadované signály přenášené kabelem.

Hlavní rysy konstrukce kabelu jsou schematicky znázorněny na obr. 8.16.

Kroucené páry jsou symetrický , to znamená, že se skládají ze dvou strukturně identických vodičů. Vyvážený kroucený pár kabelů může být buď stíněné a nestíněný.

Je nutné rozlišovat mezi elektrickými izolace vodivých jader, která je k dispozici v jakémkoli kabelu, odelektromagnetickéizolace. První se skládá z nevodivé dielektrické vrstvy - papíru nebo polymeru, jako je polyvinylchlorid nebo polystyren. V druhém případě jsou kromě elektrické izolace umístěna vodivá jádra také uvnitř elektromagnetického štítu, který se nejčastěji používá jako vodivý měděný oplet.

Na bázi kabelunestíněný kroucený pár,slouží k zapojení

uvnitř budovy, rozděleno v mezinárodních standardech na kategorie (od 1 do 7).

Kabely kategorie 1 platí tam, kde jsou požadavky na rychlost
jsou minimální. Obvykle se jedná o kabel pro digitální a analogový přenos hlasu.
a nízkorychlostní (až 20 Kbps) přenos dat. Až do roku 1983 to bylo
nový typ kabelu pro telefonní vedení.

Kabely kategorie 2 byly poprvé použity IBM ke stavbě
vlastní kabelový systém. Hlavním požadavkem na kabely této kategorie je
Rii - schopnost přenášet signály se spektrem až 1 MHz.

Kabely kategorie 3 byly standardizovány v roce 1991. Standard EIA-568
určil elektrické charakteristiky kabelů pro frekvence v rozsahu až
16 MHz. Kabely kategorie 3 určené jak pro přenos dat, tak pro
a pro přenos hlasu nyní tvoří základ mnoha kabelových systémů
budovy.

Kabely kategorie 4 jsou mírně vylepšenou verzí
bílé kategorie 3. Kabely kategorie 4 musí vydržet zkoušky po dobu jedné hodiny
k přenosu signálu 20 MHz a poskytují zvýšenou odolnost proti rušení
vysoká a nízká ztráta signálu. V praxi se používají jen zřídka.

Kabely kategorie 5 byly speciálně navrženy tak, aby podporovaly vysoké
vysokorychlostní protokoly. Jejich charakteristiky jsou určeny v rozmezí až
100 MHz. Většina vysokorychlostních technologií (FDDI, Fast Ethernet,
ATM a Gigabit Ethernet) jsou zaměřeny na použití kroucených dvojlinek
5. Kabel kategorie 5 nahradil kabel kategorie 3 a dnes
na tomto typu jsou postaveny všechny nové kabelové systémy velkých budov
kabel (v kombinaci s optickými vlákny).

Kabely zaujímají zvláštní místo kategorie 6 a 7, který průmysl začal vyrábět relativně nedávno. Pro kabely kategorie 6 jsou specifikace specifikovány do 250 MHz a pro kabely kategorie 7 do 600 MHz. Kabely kategorie 7 musí být stíněné, každý pár i celý kabel jako celek. Kabel kategorie 6 může být stíněný nebo nestíněný. Hlavním účelem těchto kabelů je podpora vysokorychlostních protokolů přes délky kabelů delší než UTP kabel kategorie 5.

Všechny kabely UTP, bez ohledu na jejich kategorii, jsou k dispozici ve 4párovém provedení. Každý ze čtyř párů kabelů má specifickou barvu a stoupání. Obvykle dva páry jsou pro přenos dat a dva pro přenos hlasu.

Optický kabel

Optický kabelsestává z tenkých (5-60 mikronů) flexibilních skleněných vláken (optických vláken), kterými se šíří světelné signály. Jedná se o nejkvalitnější typ kabelu - poskytuje přenos dat velmi vysokou rychlostí (až 10 Gbit / s a ​​vyšší) a navíc lépe než jiné typy přenosových médií poskytuje ochranu dat před vnějším rušením (vzhledem k povaze šíření světla, tyto signály lze snadno stínit).

Každý světlovod se skládá z centrálního světlovodu (jádra) - skleněného vlákna a skleněného pláště, který má nižší index lomu než jádro. Světelné paprsky se šíří podél jádra a nepřekračují jeho limity, odrážející se od krycí vrstvy skořápky. V závislosti na rozdělení indexu lomu a velikosti průměru jádra existují:

multimódové vlákno se skokovou změnou indexu lomu (obr. 8.17, A)\

vícevidové vlákno s plynulou změnou indexu lomu (obr. 8.17, b) \

jednovidové vlákno (obrázek 8.17, proti).

Termín „režim“ popisuje způsob šíření světelných paprsků v jádru kabelu.

V jednom režimu kabelu(Single Mode Fiber, SMF) používá středový vodič o velmi malém průměru, který odpovídá vlnové délce světla - od 5 do 10 mikronů. V tomto případě se prakticky všechny světelné paprsky šíří podél optické osy vlákna, aniž by byly odraženy od vnějšího vodiče. Výroba přes

PROTI vícerežimové kabely(Multi Mode Fiber, MMF) využívá širší vnitřní jádra, která se snadněji vyrábějí. U vícerežimových kabelů existuje ve vnitřním vodiči více světelných paprsků současně a odráží se od vnějšího vodiče v různých úhlech. Nazývá se úhel odrazu paprsku móda paprsek. U vícerežimových kabelů s hladkou změnou indexu lomu je režim odrazu paprsků složitý. Výsledné rušení zhoršuje kvalitu přenášeného signálu, což vede ke zkreslení přenášených impulsů v multimodovém optickém vlákně. Z tohoto důvodu jsou technické vlastnosti vícerežimových kabelů horší než u jednovidových kabelů.

Výsledkem je, že vícerežimové kabely se používají hlavně pro přenos dat rychlostí nejvýše 1 Gbit / s na krátké vzdálenosti (až 300–2 000 m) a jednovidové kabely se používají pro přenos dat při extrémně vysokých rychlostech několik desítek gigabitů za sekundu (a při použití technologie DWDM - až několik terabitů za sekundu) na vzdálenost až několik desítek a dokonce stovek kilometrů (dálková komunikace).

Jako světelné zdroje v kabelech z optických vláken se používají následující:

LED diody nebo diody vyzařující světlo (Light Emited Diode, LED);

polovodičové lasery nebo laserové diody.

U jednorežimových kabelů se používají pouze laserové diody, protože s tak malým průměrem optického vlákna nelze světelný tok vytvořený LED směrovat do vlákna bez velkých ztrát - má příliš široký vyzařovací diagram, zatímco laserová dioda je úzká. Levnější LED zářiče se používají pouze pro vícerežimové kabely.

Náklady na kabely z optických vláken nejsou o mnoho vyšší než náklady na kabely s kroucenými páry, ale instalační práce s optickými vlákny jsou mnohem nákladnější kvůli pracnosti operací a vysokým nákladům na použité instalační zařízení.

závěry

V závislosti na typu přechodného zařízení jsou všechny komunikační linky rozděleny na analogové a digitální. V analogových linkách je mezilehlá zařízení navržena tak, aby zesilovala analogové signály. Analogové linky používají frekvenční multiplexování.

V digitálních komunikačních linkách mají přenášené signály konečný počet stavů. V takových linkách se používá speciální mezilehlé zařízení - regenerátory, které zlepšují tvar impulsů a zajišťují jejich resynchronizaci, tj. Obnovují dobu jejich opakování. Mezilehlá zařízení pro multiplexování a přepínání primárních sítí fungují na principu časového multiplexování kanálů, kdy je každému kanálu nízké rychlosti přidělen určitý zlomek času (časový úsek nebo kvantum) vysokorychlostního kanálu.

Šířka pásma definuje rozsah frekvencí, které jsou spojem přenášeny s přijatelným útlumem.

Propustnost komunikační linky závisí na jejích vnitřních parametrech, zejména - na šířce pásma, vnějších parametrech - úrovni interference a stupni útlumu interference, jakož i na přijaté metodě kódování diskrétních dat.

Shannonův vzorec určuje maximální možnou šířku pásma komunikační linky při pevných hodnotách šířky pásma linky a poměru výkonu k signálu.

Nyquistův vzorec vyjadřuje maximální možnou šířku pásma komunikační linky z hlediska šířky pásma a počtu stavů informačního signálu.

Kroucené páry jsou rozděleny na nestíněný (UTP) a stíněný (STP) kabel. Kabely UTP se snadněji vyrábějí a instalují, ale kabely STP poskytují vyšší úroveň zabezpečení.

Kabely z optických vláken mají vynikající elektromagnetické a mechanické vlastnosti, jejichž nevýhodou je složitost a vysoké náklady na instalační práce.

1. Jak se odkaz liší od kompozitního komunikačního kanálu?
   1. Může být složený kanál tvořen odkazy? A naopak?
   2. Může digitální kanál přenášet analogová data?
   3. Jaké jsou charakteristiky komunikačních linek: hladina hluku, šířka pásma, lineární kapacita?
   4. Jaká opatření lze přijmout ke zvýšení informační rychlosti odkazu:

O zmenšit délku kabelu;

O vyberte kabel s menším odporem;

O vyberte kabel s širší šířkou pásma;

О Použijte metodu kódování s užším spektrem.

1. Proč není vždy možné zvýšit kapacitu kanálu zvýšením počtu stavů informačního signálu?
   1. Jaký mechanismus se používá k potlačení interference v kabelech UTP?
   2. Který kabel přenáší signály s vyšší kvalitou - s vyšší hodnotou parametru DALŠÍ nebo méně?
   3. Jaká je šířka spektra ideálního pulsu?
   4. Pojmenujte typy optických kabelů.
   5. Co se stane, když je kabel vyměněn ve fungující síti UTP s kabelem STP? Možnosti odpovědí:

Podíl zkreslených rámců v síti se sníží, protože vnější interference budou účinněji potlačeny;

Ach nic se nezmění;

Podíl zkreslených rámců v síti se zvýší, protože výstupní impedance vysílačů neodpovídá impedanci kabelu.

1. Proč je problematické používat optický kabel v horizontálním subsystému?
   1. Známá množství jsou:

Minimální výkon vysílače P výstup (dBm);

O útlum útlumu kabelu A (dB / km);

Prah citlivosti přijímače P v (dBm).

Je nutné najít maximální možnou délku komunikační linky, na které jsou signály normálně přenášeny.

1. Jaký by byl teoretický limit rychlosti přenosu dat v bitech za sekundu na spoji šířky pásma 20 kHz, pokud je výkon vysílače 0,01 mW a výkon šumu na spoji 0,0001 mW?
   1. Určete šířku pásma duplexní komunikační linky pro každý směr, pokud víte, že jeho šířka pásma je 600 kHz a metoda kódování používá 10 stavů signálu.
   2. Vypočítejte zpoždění šíření signálu a zpoždění přenosu dat pro případ 128 bajtového paketového přenosu (vezměte v úvahu rychlost šíření signálu rovnající se rychlosti světla ve vakuu 300 000 km / s):

О přes kroucený pár 100 m dlouhý při přenosové rychlosti 100 Mbit / s;

О přes koaxiální kabel 2 km dlouhý při přenosové rychlosti 10 Mbps;

O prostřednictvím satelitního kanálu o délce 72 000 km při přenosové rychlosti 128 Kbps.

1. Vypočítejte rychlost komunikační linky, pokud víte, že hodinová frekvence vysílače je 125 MHz a signál má 5 stavů.
   1. Přijímač a vysílač síťového adaptéru jsou připojeny k sousedním párům kabelů UTP. Jaký je výkon vedeného rušení na vstupu přijímače, pokud má vysílač výkon 30 dBm, a indikátor DALŠÍ kabel je -20 dB?
   2. Dejme najevo, že modem přenáší data v plně duplexním režimu rychlostí 33,6 kbps. Kolik stavů má jeho signál, pokud je šířka pásma komunikační linky 3,43 kHz?

STRANA 20

Komunikační odkaz se týká fyzického média a souboru hardwaru používaného k přenosu signálů z vysílače do přijímače. V drátových komunikačních systémech je to především kabel nebo vlnovod, v radiokomunikačních systémech je to prostorová oblast, ve které se elektromagnetické vlny šíří z vysílače do přijímače. Při přenosu přes kanál může být signál zkreslený a může být ovlivněn interferencí. Přijímací zařízení zpracovává přijatý signál , což je součet příchozího zkresleného signálu a rušení, a obnoví z něj zprávu, která zobrazí vyslanou zprávu s nějakou chybou. Jinými slovy, přijímač musí na základě analýzy signálu určit, která z možných zpráv byla vyslána. Přijímací zařízení je proto jedním z nejdůležitějších a nejsložitějších prvků elektrického komunikačního systému.

Elektrický komunikační systém je chápán jako soubor technických prostředků a distribučních médií. Koncept komunikačního systému zahrnuje zdroj a konzument zpráv.

Podle typu přenášených zpráv se rozlišují následující elektrické komunikační systémy: systémy přenosu hlasu (telefonie); systémy přenosu textu (telegrafie); přenosové systémy statických snímků (fototelegrafie); systémy přenosu pohyblivých obrazů (televize), systémy telemetrie, dálkového ovládání a přenosu dat. Po domluvě jsou telefonní a televizní systémy rozděleny na vysílání charakterizované vysokým stupněm umělecké reprodukce zpráv a profesionální se speciální aplikací (kancelářská komunikace, průmyslová televize atd.). V telemetrickém systému jsou fyzikální veličiny (teplota, tlak, rychlost atd.) Transformovány pomocí senzorů na primární elektrický signál dodávaný do vysílače. Na přijímacím konci je přenesená fyzická veličina nebo její změny extrahovány ze signálu a použity pro monitorování. V systému dálkového ovládání jsou přenášeny příkazy k automatickému provádění určitých akcí. Tyto příkazy jsou často generovány automaticky na základě výsledků měření přenášených telemetrickým systémem.

Zavedení vysoce efektivních počítačů vedlo k potřebě rychlého vývoje systémů pro přenos dat, které zajišťují výměnu informací mezi výpočetními zařízeními a objekty automatizovaných řídicích systémů. Tento typ telekomunikace se vyznačuje vysokými požadavky na rychlost a věrnost přenosu informací.

Pro výměnu zpráv mezi mnoha geograficky rozptýlenými uživateli (předplatiteli) jsou vytvořeny komunikační sítě, které zajišťují přenos a distribuci zpráv na zadané adresy (ve stanovený čas a ve stanovené kvalitě).

Komunikační síť je soubor komunikačních linek a přepínacích uzlů.

Klasifikace kanálů a komunikačních linek se provádí:

podle povahy signálů na vstupu a výstupu (spojité, diskrétní, diskrétně spojité);

podle druhu zpráv (telefon, telegraf, přenos dat, televize, fax atd.);

podle typu distribučního média (kabelové, rádiové, optické atd.);

podle rozsahu použitých frekvencí (nízkofrekvenční (LF), vysokofrekvenční (HF), ultra-vysokofrekvenční (UHF) atd.);

strukturou transceiverových zařízení (jednokanálové, vícekanálové).

V současné době lze s cílem co nejúplnější charakterizace kanálů a komunikačních linek použít i další klasifikační znaky (metodou šíření rádiových vln, metodou kombinování a oddělování kanálů, rozmístěním technických prostředků, provozním účelem , atd.)