Jak se jmenuje komunikační linka. Fyzický pronajatý okruh

Přenosová rychlost(informační rychlost nebo propustnost, oba anglické termíny se používají stejně) je skutečná rychlost datového toku, který prošel sítí. Tato rychlost může být nižší než navrhovaná rychlost zatížení, protože může dojít k poškození nebo ztrátě dat v síti.

Kapacita linky (také nazývaná propustnost), představuje maximální možnou rychlost přenosu informací přes kanál.

Specifikem této charakteristiky je, že odráží nejen parametry fyzického přenosového média, ale také vlastnosti zvoleného způsobu přenosu diskrétní informace po tomto médiu.

Například kapacita komunikačního kanálu v Ethernetové sítě na optickém vláknu je 10 Mbps. Tato rychlost je maximální možná pro kombinaci technologie Ethernet a optického vlákna. Pro stejné optické vlákno je však možné vyvinout jinou technologii přenosu dat, která se liší způsobem kódování dat, taktovací frekvencí a dalšími parametry, která bude mít jinou kapacitu. Ano, technologie rychlý ethernet poskytuje přenos dat přes stejné optické vlákno s maximální rychlost 100 Mbps a technologie Gigabit Ethernet - 1000 Mbps. Vysílač komunikačního zařízení musí pracovat rychlostí rovnou šířce pásma kanálu. Tato rychlost je někdyse nazývá bitová rychlost vysílače.

Šířka pásma- tento výraz může být zavádějící, protože se používá ve dvou různých významech.

Za prvé , s jeho pomocí lze charakterizovat přenosové médium. V tomto případě to znamená šířku pásma linky přenáší bez výrazného zkreslení. Z této definice je jasný původ termínu.

Za druhé , výraz „šířka pásma“ se používá jako synonymum pro výraz „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 používat různé výrazy pro různé vlastnosti, ale existují tradice, které je těžké změnit. Toto dvojí použití termínu „šířka pásma“ již bylo zahrnuto v mnoha standardech a knihách, takže se budeme držet zavedeného přístupu.

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

Další skupina charakteristik komunikačního kanálu je spojena s možností přenosu informací kanálem v jednom nebo obou směrech.

Při interakci dvou počítačů je obvykle nutné přenášet informace oběma směry, z počítače A do počítače B a naopak. I když se uživateli zdá, že pouze přijímá informace (například stahuje hudební soubor z internetu) nebo přenáší (odesílá e-mailem), výměna informací probíhá dvěma směry. Jednoduše existuje hlavní proud dat, která uživatele zajímají, a pomocný proud v opačném směru, které tvoří účtenky pro příjem těchto dat.

Fyzické komunikační kanály se dělí na několik typů podle toho, zda mohou přenášet informace oběma směry či nikoli.

duplexní kanálzajišťuje současný přenos informací v obou směrech. Duplexní kanál se může skládat ze dvou fyzických médií, z nichž každé se používá k přenosu informací pouze v jednom směru. Je možná varianta, kdy je pro současný přenos přicházejících toků použito jedno médium, v tomto případě se pro oddělení každého toku od celkového signálu používají další metody.

Poloduplexní kanálzajišťuje také přenos informací oběma směry, nikoli však současně, ale postupně. To znamená, že během určitého časového období se informace přenášejí v jednom směru a během dalšího období - v opačném směru.

Simplexní kanálumožňuje přenos informací pouze jedním směrem. Duplexní kanál se často skládá ze dvou simplexních kanálů.

Komunikační linky

Při budování sítí se používají komunikační linky, které využívají různá fyzická média: telefonní a telegrafní dráty zavěšené ve vzduchu, měděné koaxiální kabely a kabely z optických vláken položené pod zemí a na dně oceánu, zaplétající všechny moderní kanceláře, měděné kroucené páry, všechny pronikající rádiové vlny

Zvažte obecné charakteristiky komunikačních linek, které nezávisí na jejich fyzické povaze, jako je např

šířka pásma,

propustnost,

Imunita proti hluku a

Spolehlivost přenosu.

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

Nyquistův vzorec vyjadřuje tuto závislost pro ideální kanál a Shannonův vzorec bere v úvahu přítomnost šumu ve skutečném kanálu.

Klasifikace komunikačních linek

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

komunikační linka,

kompozitní kanál,

kanál,

Odkaz.

Tyto termíny se často používají zaměnitelně a v mnoha případech to nezpůsobuje problémy. V jejich použití jsou přitom specifika.

odkaz (odkaz) je segment, který zajišťuje přenos dat mezi dvěma sousedními uzly sítě. To znamená, že spoj neobsahuje mezilehlá spínací a multiplexní zařízení.

kanál nejčastěji označují část šířky pásma spoje používanou nezávisle při přepínání. Například primární síťový spoj může sestávat z 30 kanálů, z nichž každý má šířku pásma 64 Kbps.

Kompozitní kanál (obvod)je cesta mezi dvěma koncovými uzly sítě. Složený spoj je tvořen jednotlivými mezičlánky a vnitřními spoji ve spínačích. Často se vynechává epiteton „kompozitní" a výraz „kanál" se používá k označení jak složeného kanálu, tak kanálu mezi sousedními uzly, to znamená v rámci spojnice.

Komunikační linka lze použít jako synonymum pro kterýkoli z dalších tří termínů.

Nebuďte příliš přísní na nejasnosti v terminologii. To platí zejména pro rozdíly v terminologii mezi tradiční telefonií a novější oblastí počítačových sítí. Proces konvergence jen prohloubil problém terminologie, protože mnoho mechanismů těchto sítí se stalo běžnými, ale zachovaly si pár (někdy i více) názvů pocházejících z každé oblasti.

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

Ve druhém případě (obr. 8.1, b) je komunikační linka kompozitním kanálem umístěným v síti s přepojováním okruhů. Takovou sítí může být primární síť nebo telefonní síť.

Pro počítačovou síť je však tato linka spojnicí, protože spojuje dva sousední uzly a všechna spínací mezizařízení jsou pro tyto uzly transparentní. Důvod vzájemného nedorozumění na úrovni počítačových specialistů a specialistů primárních sítí je zde zřejmý.

Primární sítě jsou specificky vytvořeny k poskytování služeb datových spojů pro počítačové a telefonní sítě, o kterých se v takových případech říká, že fungují „navrchu“ primárních sítí a jsou to překryvné sítě.

Charakteristika komunikační linky

Vy i já potřebujeme porozumět takovým pojmům jako: harmonické, spektrální rozklad (spektrum) signálu,šířka spektra signálu, Fourierovy vzorce, vnější šum, vnitřníinterference, neboli interference, útlum signálu, specifický útlum, okno
transparentnost, absolutní úroveň výkonu, relativní úroveň
výkon, práh citlivosti přijímače, vlnová impedance,
odolnost proti rušení vedení, elektrické připojení, magnetické spojení,
indukovaný signál, přeslech na blízkém konci, přeslech
rušení na vzdáleném konci, zabezpečení kabelu, spolehlivost přenosu
data, bitová chybovost, šířka pásma, propustnost
schopnost, fyzická nebo lineární, kódování, nosný signál,
nosná frekvence, modulace, takt, baud.

Začněme.

Spektrální analýza signálů na komunikačních linkách

Důležitou roli při určování parametrů komunikačních linek má spektrální rozklad signálu přenášeného po této lince. Z teorie harmonické analýzy je známo, že každý periodický proces lze znázornit jako součet sinusových kmitů různých frekvencí a různých amplitud (obr. 8.3).

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

Šířkou spektra signálu se rozumí rozdíl mezi maximálními a minimálními frekvencemi množiny sinusoid, které se sčítají s původním signálem.

Neperiodické signály mohou být reprezentovány jako integrál sinusových signálů se spojitým spektrem frekvencí. Zejména spektrální rozklad ideálního pulzu (jednotkového výkonu a nulového trvání) má složky celého frekvenčního spektra, od -oo do +oo (obr. 8.4).

Technika pro nalezení spektra jakéhokoli zdrojového signálu je dobře známá. Pro některé signály, které jsou popsány analyticky (například pro sekvenci pravoúhlých pulzů stejné doby trvání a amplitudy), lze spektrum snadno vypočítat na základě Fourierovy vzorce.

Pro libovolné průběhy, se kterými se v praxi setkáváme, lze spektrum najít pomocí speciálních zařízení - spektrálních analyzátorů, které měří spektrum reálného signálu a zobrazují amplitudy harmonických složek na obrazovce, vytisknou je na tiskárně nebo přenesou do počítače. pro zpracování a skladování.

Zkreslení sinusoidy jakékoli frekvence přenosovým vedením vede v konečném důsledku ke zkreslení amplitudy a tvaru přenášeného signálu jakéhokoli druhu. Ke zkreslení tvaru dochází, když jsou sinusoidy různých frekvencí zkresleny různě.

Pokud se jedná o analogový signál, který přenáší řeč, pak se barva hlasu mění v důsledku zkreslení podtónů - vedlejších frekvencí. Při přenosu impulsních signálů typických pro počítačové sítě dochází ke zkreslení nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, následkem čehož čela impulsů ztrácejí svůj obdélníkový tvar (obr. 8.5) a signály mohou být na přijímacím konci linky špatně rozpoznány. .

Přenášené signály jsou zkresleny kvůli nedokonalosti komunikačních linek. Ideální přenosové médium, které do přenášeného signálu nevnáší žádné rušení, by mělo mít minimálně nulový odpor, kapacitu a indukčnost. V praxi však např. měděné dráty vždy představují nějakou kombinaci aktivního odporu, kapacitní a indukční zátěže rozložené po délce (obr. 8.6). V důsledku toho jsou sinusoidy různých frekvencí těmito vedeními přenášeny různými způsoby.

Kromě zkreslení signálu, ke kterému dochází vlivem neideálních fyzikálních parametrů komunikační linky, existují i ​​vnější interference, které přispívají ke zkreslení průběhu na výstupu linky. Tyto interference jsou vytvářeny různými elektromotory, elektronickými zařízeními, atmosférickýmijevů atd. Přes ochranná opatření ze strany vývojářů kabelů a dostupnost zesilovacích a spínacích zařízení není možné plně kompenzovat vliv vnějšího rušení. Kromě vnějšího rušení v kabelu dochází i k vnitřnímu rušení – tzv. rušení z jednoho páru vodičů na druhý. V důsledku toho mohou signály na výstupu komunikační linkymají zdeformovaný tvar (jak je znázorněno na obr. 8.5).

Útlum a impedance

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

Zde Pout je výkon signálu na linkovém výstupu, Pin je výkon signálu na linkovém vstupu. Protože útlum závisí na délce komunikační linky, používá se jako charakteristika komunikační linky následující:tzv. lineární útlum, tedy útlum na komunikačním vedení o určité délce. Pro kabely lokální sítě Jako tato délka se obvykle používá 100 m, protože tato hodnota je maximální délkou kabelu pro mnoho technologií LAN. U územních komunikačních vedení se měří měrný útlum na vzdálenost 1 km.

Obvykle útlum charakterizuje pasivní úseky komunikačního vedení, skládající se z kabelů a průřezů, bez zesilovačů a regenerátorů.

Protože výstupní výkon kabelu bez mezizesilovačů je menší než výkon vstupního signálu, je útlum kabelu vždy záporná hodnota.

Míra útlumu výkonu sinusového signálu závisí na frekvenci sinusoidy a této závislosti se také charakterizuje komunikační vedení (obr. 8.7).

Nejčastěji se při popisu parametrů komunikační linky uvádějí hodnoty útlumu pouze pro několik frekvencí. To je vysvětleno na jedné straně přáním zjednodušit měření při kontrole kvality linky. Na druhou stranu je v praxi často předem známa základní frekvence přenášeného signálu, tedy frekvence, jejíž harmonická má největší amplitudu a výkon. Pro přibližný odhad zkreslení signálů přenášených po vedení tedy stačí znát útlum na této frekvenci.

POZORNOST

Jak bylo uvedeno výše, útlum je vždy záporný, ale znaménko mínus se často vynechává, což někdy způsobuje zmatek. Je naprosto správné říci, že kvalita komunikační linky je tím vyšší, čím větší (s přihlédnutím ke znaménku) útlum. Pokud pomineme znaménko, tedy budeme mít na paměti absolutní hodnotu útlumu, pak lepší vedení má menší útlum. Vezměme si příklad. Pro vnitřní rozvody v budovách se používá kroucený dvoulinkový kabel kategorie 5. Tento kabel, který podporuje prakticky všechny LAN technologie, má útlum minimálně -23,6 dB pro frekvenci 100 MHz s délkou kabelu 100 m. b má útlum při frekvenci 100 MHz ne méně než -20,6 dB. Dostáváme, že - 20,6 > -23,6, ale 20,6< 23,6.

Na Obr. Obrázek 8.8 ukazuje typický útlum vs. frekvenci pro UTP kabely kategorie 5 a kategorie 6.

Optický kabel má výrazně nižší (v absolutní hodnotě) hodnoty útlumu, obvykle v rozsahu od -0,2 do -3 dB při délce kabelu 1000 m, což znamená, že je kvalitnější než kroucená dvoulinka. Téměř všechna optická vlákna mají komplexní závislost útlumu na vlnové délce, která má tři takzvaná průhledná okna. Na Obr. Obrázek 8.9 ukazuje typickou křivku 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, resp. 19,4 THz). Okno 1550 nm poskytuje nejnižší ztrátu, a proto maximální dosah při pevném výkonu vysílače a pevné citlivosti přijímače

Jako charakteristika výkonu signálu, absolutního a relativního
relativní úrovně výkonu. Absolutní úroveň výkonu se měří v
wattech, relativní úroveň výkonu, stejně jako útlum, se měří v deci-
belah. Zároveň jako základní hodnota výkonu, vůči kterému
změří se výkon signálu, odebere se hodnota 1 mW. Takto,
relativní úroveň výkonu p se vypočítá pomocí následujícího vzorce:

Zde P je absolutní výkon signálu v miliwattech a dBm je jednotka
relativní úroveň výkonu rhenia (decibel na 1 mW). relativní
hodnoty výkonu jsou vhodné k použití při výpočtu energetického rozpočtu
a komunikační linky.

Extrémní jednoduchost výpočtu byla možná díky tomu, že as
počáteční údaje byly použity relativní hodnoty příkonu
vstupní a výstupní signály. Hodnota y použitá v příkladu se nazývá
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, i oslabený útlumem komunikační linky, překročen
práh citlivosti přijímače: x - A > y. Ověření tohoto stavu a je
je podstatou výpočtu energetického rozpočtu linky.

Důležitým parametrem měděné komunikační linky je její impedance,
což je celkový (komplexní) odpor, který splňuje
elektromagnetická vlna o určité frekvenci při šíření podél jedné
nativní řetězec. Charakteristická impedance se měří v ohmech a závisí na nich
parametry komunikační linky, jako je aktivní odpor, lineární indukčnost
a lineární kapacitance, stejně jako na frekvenci samotného signálu. Výstupní odpor
Výstup vysílače musí být přizpůsoben impedanci linky,
jinak bude útlum signálu nadměrně velký.

Odolnost proti hluku a spolehlivost

Odolnost vedení proti rušení, jak již název napovídá, určuje schopnost vedení odolávat vlivu rušení vzniklého ve vnějším prostředí nebo na vnitřních vodičích samotného kabelu. Odolnost vedení proti rušení závisí na typu použitého fyzického média a také na prostředcích stínění a odrušení vedení samotného. Nejméně šumově odolné jsou rádiové linky, kabelová vedení mají dobrou stabilitu a optická vedení mají výbornou stabilitu. optické linky necitlivé na vnější elektromagnetické záření. Obvykle jsou vodiče stíněné a/nebo zkroucené, aby se snížilo rušení vnějšími elektromagnetickými poli.

Elektrická a magnetická vazba jsou parametry měděného kabelu, které jsou také výsledkem rušení. Elektrická vazba je definována jako poměr indukovaného proudu v ovlivněném obvodu k napětí působícímu v ovlivňujícím obvodu. Magnetická vazba je poměr elektromotorické síly indukované v postiženém obvodu k proudu v postiženém obvodu. Výsledkem elektrické a magnetické vazby jsou indukované signály (snímání) v dotčeném obvodu. Existuje několik různých parametrů, které charakterizují odolnost kabelu vůči snímačům.

Přeslech na blízkém konci (Near End Cross Talk, NEXT) určuje stabilitu kabelu v případě, že k rušení dojde v důsledku působení signálu generovaného vysílačem připojeným k jednomu ze sousedních párů současně. konec kabelu, který je připojen k příslušnému spárovanému přijímači (obr. 8.10). NEXT, vyjádřeno v decibelech, se rovná 10 lg Pout/Pind> kde Pout je výkon výstupního signálu, Pind je výkon indukovaného signálu.

Čím menší hodnota NEXT, tím lepší kabel. Například pro kroucenou dvoulinku kategorie 5 by NEXT mělo být menší než -27 dB při 100 MHz.

Přeslech na vzdáleném konci (Far End Cross Talk, FEXT) umožňuje vyhodnotit odolnost kabelu proti rušení pro případ, kdy jsou vysílač a přijímač připojeny na různé konce kabelu. Je zřejmé, že tento indikátor by měl být lepší než NEXT, protože signál přichází na vzdálený konec kabelu zeslabený útlumem každého páru.

Indikátory NEXT a FEXT jsou obvykle aplikovány na kabel sestávající z několika kroucených párů, protože v tomto případě může vzájemné rušení jednoho páru s druhým dosáhnout značných hodnot. Pro jednoduchý koaxiální kabel (tedy tvořený jedním stíněným jádrem) tento indikátor nedává smysl a pro dvojitý koaxiální kabel také není použitelný z důvodu vysokého stupně ochrany každého jádra. Optická vlákna také nevytvářejí žádné znatelné vzájemné rušení.

Vzhledem k tomu, že v některých nových technologiích jsou data přenášena současně přes několik kroucený pár v poslední době se také používají indikátory přeslechů s předponou PS (PowerSUM - kombinovaný snímač), jako jsou PS NEXT a PS FEXT. Tyto indikátory odrážejí odpor kabelu vůči celkové síle přeslechů na jednom z párů kabelů ze všech ostatních vysílacích párů (obr. 8.11).

Dalším prakticky důležitým ukazatelem je zabezpečení kabelu (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Bezpečnost je definována jako rozdíl mezi úrovněmi užitečného signálu a rušením. Čím vyšší je hodnota ochrany kabelu, tím vyšší, podle Shannonova vzorce, s potenciálně vyšší

rychlost umí přenášet data ale tento kabel. Na Obr. 8.12 ukazuje typickou charakteristiku závislosti zabezpečení kabelu na nestíněném krouceném páru kabelu na frekvenci signálu.

Spolehlivost přenosu dat charakterizuje pravděpodobnost zkreslení každého přenášeného datového bitu. Někdy se stejný indikátor nazývá bitová chybovost (Bit Error Rate, BER). Hodnota BER pro komunikační linky bez dodatečné ochrany proti chybám (například samoopravné kódy nebo protokoly s opakovaným přenosem zkreslených rámců) je obvykle 10-4-10-6, u komunikačních linek s optickými vlákny - 10~9. Hodnota spolehlivosti přenosu dat např. 10-4 udává, že v průměru z 10 000 bitů je zkreslená hodnota jednoho bitu.

Mezní frekvence jsou často považovány za frekvence, při kterých je výkon výstupního signálu snížen na polovinu vzhledem ke vstupnímu signálu, což odpovídá útlumu -3 dB. Jak uvidíme dále, šířka pásma v největší míře ovlivňuje maximální možnou rychlost přenosu informací po komunikační lince. Šířka pásma závisí na typu linky a její délce. Na Obr. 8.13 ukazuje šířky pásma komunikačních linek různých typů a také nejčastěji používané frekvenční rozsahy v komunikační technice

Například protože pro digitální linky je vždy definován protokol fyzické vrstvy, který nastavuje přenosovou rychlost dat, šířka pásma je pro ně vždy známá - 64 Kbps, 2 Mbps atd.

V těch případech, kdy je potřeba pouze vybrat, který z mnoha existujících protokolů na dané lince použít, jsou velmi důležité další charakteristiky linky, jako je šířka pásma, přeslechy, odolnost proti šumu atd.

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

Šířka pásma komunikačních linek a zařízení komunikační sítě je tra-
Tradičně se měří v bitech za sekundu, nikoli v bajtech za sekundu. To je způsobeno tím, žedata v sítích se přenášejí sekvenčně, tedy bit po bitu, a ne paralelně, bajty, jak se to děje mezi zařízeními uvnitř počítače. Tyto jednotky měřeníjako kilobit, megabit nebo gigabit, v síťových technologiích přesně odpovídají mocninám 10(to znamená, že kilobit je 1000 bitů a megabit je 1 000 000 bitů), jak je zvykem ve všech
obory vědy a techniky, a nikoli mocniny dvou blízko 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, jako je kupř
jak útlumu, tak šířce pásma, ale také na spektru přenášených signálů.
Pokud jsou významné harmonické signálu (to znamená ty harmonické, jejichž amplitudy
mají hlavní podíl na výsledném signálu) spadají do propustného pásma
linka, pak bude takový signál touto komunikační linkou dobře přenášen,
a přijímač bude schopen správně rozpoznat informace odeslané zařízením
vysílač (obr. 8.14, a). Pokud významné harmonické přesahují
šířku pásma komunikační linky, pak bude signál výrazně zkreslený -
Xia a přijímač se zmýlí při rozpoznávání informací (obr. 8.14, b).

Bity a přenosy

Volba metody pro reprezentaci diskrétní informace ve formě signálů daných
přenášené na komunikační linku se nazývá fyzické nebo lineární kódování.

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

Pro jeden způsob kódování tedy může mít řádek jeden
propustnost a pro další - další. Například, kroucený pár kategorie-
rii 3 může přenášet data s šířkou pásma 10 Mbps se sporem
kódování fyzické vrstvy standardu 10VaBe-T a 33 Mbit/s s možností
Standardní kódování 100Base-T4.

V souladu se základním postulátem teorie informace každá rozeznatelná nepředvídatelná změna v přijímaném signálu nese informaci. Z toho tedy vyplývásinusoida, ve které amplituda, fáze a frekvence zůstávají nezměněny, informace nikolinese, protože změna signálu, i když k ní dojde, je absolutně předvídatelná. Podobně pulsy na sběrnici hodin počítače nenesou informace,protože jejich změny jsou také konstantní v čase. Ale pulsy na datové sběrnici nelze předem předvídat, to je činí informačními, nesou informaci
mezi jednotlivými bloky nebo zařízeními počítače.

Ve většině kódovacích metod se používá změna některého parametru periodického signálu - frekvence, amplitudy a fáze sinusoidy nebo znaménka potenciálu sledu pulsů. 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 v souladu s přenášenou informací se nazývá modulace.

Pokud se signál změní tak, že lze rozlišit pouze dva jeho stavy, pak jakákoliv jeho změna bude odpovídat nejmenší jednotce informace – bitu. Pokud signál může mít více než dva rozlišitelné stavy, pak jakákoliv jeho změna ponese několik bitů informace.

Přenos diskrétních informací v telekomunikačních sítích se provádí taktovaným způsobem, to znamená, že se signál mění v pevném časovém intervalu, který se nazývá takt. Příjemce informací se domnívá, že na začátku každého cyklu přichází na jeho vstup nová informace. V tomto případě, bez ohledu na to, zda signál opakuje stav předchozího cyklu nebo zda má stav odlišný od předchozího, přijímá přijímač od vysílače nové informace. Pokud je například 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 informace reprezentované binárním číslem 1111111111.

Počet změn v informačním parametru nosného periodického signálu za sekundu se měří v baudech. Jeden přenos se rovná jedné změně datového parametru za sekundu. Pokud je například cyklus přenosu informace 0,1 sekundy, pak se signál mění rychlostí 10 baudů. Přenosová rychlost je tedy zcela určena velikostí hodin.

Informační rychlost se měří v bitech za sekundu a obecně neodpovídá přenosové rychlosti. Může to být vyšší nebo nižší rychlost.

změny v informačním parametru měřené v baudech. Tento poměr závisí na počtu stavů signálu. Pokud má například signál více než dva odlišné stavy, pak při stejných hodinových cyklech a vhodné metodě kódování může být rychlost informace v bitech za sekundu vyšší než přenosová rychlost informačního signálu.

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

Pokud má signál dva stavy (to znamená, že nese informaci v 1 bitu), pak se informační rychlost obvykle shoduje s počtem baudů. Lze však pozorovat i opak, kdy je informační rychlost nižší než rychlost změny informačního signálu v baudech. K tomu dochází, když pro spolehlivé rozpoznání uživatelských informací přijímačem je každý bit v sekvenci zakódován s několika změnami v informačním parametru nosného signálu. Například při kódování jedné bitové hodnoty s pulzem s kladnou polaritou a nulové bitové hodnoty s pulzem se zápornou polaritou fyzický signál změní svůj stav dvakrát s každým přeneseným bitem. S tímto kódováním je rychlost linky v bitech za sekundu dvakrát nižší než v baudech.

Čím vyšší je frekvence nosného periodického signálu, tím vyšší může být modulační frekvence a tím větší může být šířka pásma komunikační linky.

Avšak na druhou stranu s nárůstem frekvence periodického nosného signálu se zvětšuje i šířka spektra tohoto signálu.

Linka přenáší toto spektrum sinusoid s těmi zkresleními, která jsou určena její šířkou pásma. Čím větší je nesoulad mezi šířkou pásma linky a šířkou pásma přenášených informačních signálů, tím více jsou signály zkreslené a tím pravděpodobnější jsou chyby v rozpoznání informací přijímající stranou, což znamená, že možná rychlost přenosu informací je menší. .

Poměr šířky pásma vs

Vztah mezi šířkou pásma linky a její šířkou pásma, bez ohledu na přijímanou metodu fyzického kódování, stanovil Claude Shannon:

C \u003d F log 2 (1 + Rs / Rsh) -

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

Z tohoto vztahu vyplývá, že neexistuje žádné teoretické omezení propustnosti spoje s pevnou šířkou pásma. V praxi však takový limit existuje. Skutečně je možné zvýšit kapacitu linky zvýšením výkonu vysílače nebo snížením šumového (interferenčního) výkonu v komunikační lince. Obě tyto složky se velmi obtížně mění. Zvýšení výkonu vysílače vede k výraznému nárůstu jeho velikosti a nákladů. Redukce šumu vyžaduje použití speciálních kabelů s dobrou ochranné clony, což je velmi drahé, stejně jako snížení šumu ve vysílači a mezizařízeních, kterého není snadné dosáhnout. Kromě toho je vliv výkonů užitečného signálu a šumu na propustnost omezen logaritmickou závislostí, která zdaleka neroste tak rychle jako přímo úměrná závislost. Tedy, pro docela typický počáteční poměr výkonu signálu k výkonu šumu 100krát, zdvojnásobení výkonu vysílače poskytne pouze 15% zvýšení kapacity linky.

Shannonově vzorci se v podstatě blíží další vztah získaný Nyquistem, který také určuje maximální možnou propustnost komunikační linky, ale bez zohlednění šumu na lince:

C = 2Flog2 M.

Zde M je počet rozlišitelných stavů parametru informace.

Pokud má signál dva rozlišitelné stavy, pak se šířka pásma rovná dvojnásobku šířky pásma komunikační linky (obr. 8.15, a). Pokud vysílač používá ke kódování dat více než dva stabilní stavy signálu, kapacita linky se zvyšuje, protože vysílač přenáší několik bitů zdrojových dat v jednom cyklu provozu, například 2 bity za přítomnosti čtyř rozlišitelných stavů signálu (obr. 8,15, b).

Nyquistův vzorec sice s přítomností šumu výslovně nepočítá, nepřímo
jeho vliv se projevuje ve volbě počtu stavů informačního signálu
hotovost. Pro zvýšení propustnosti komunikační linky by bylo nutné zvýšit počet stavů, ale v praxi tomu brání šum na lince. Například šířka pásma vedení, jehož signál je na Obr. 8.15, b, lze opět 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 rozpoznat přenášená data. Počet možných stavů signálu je tedy ve skutečnosti omezen poměrem výkonu signálu k šumu a Nyquistův vzorec určuje maximální datovou rychlost v případě, kdy již byl počet stavů zvolen s ohledem na možnosti stabilního rozpoznávání příjemce.

Stíněný a nestíněný kroucený pár

kroucený pár nazývaný kroucený pár drátů. Tento typ přenosového média je velmi oblíbený a tvoří základ velkého množství vnitřních i vnějších kabelů. Kabel se může skládat z několika kroucených párů (venkovní kabely někdy obsahují až několik desítek takových párů).

Kroucení vodičů snižuje vliv vnějšího a vzájemného rušení na užitečné signály přenášené po kabelu.

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

Twisted pair kabely jsou symetrický , to znamená, že se skládají ze dvou konstrukčně stejných vodičů. Vyvážený kroucený dvoulinkový kabel může být buď stíněné a nestíněný.

Je třeba rozlišovat mezi elektrickými izolace vodivých žil, která je přítomna v jakémkoli kabelu, odelektromagnetickéizolace. První se skládá z nevodivé dielektrické vrstvy - papíru nebo polymeru, jako je polyvinylchlorid nebo polystyren. V druhém případě jsou vodivá jádra kromě elektrické izolace umístěna také uvnitř elektromagnetického stínění, které se nejčastěji používá jako vodivé měděné opletení.

Na základě kabelunestíněný kroucený pár,používá se pro elektroinstalaci

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

Kabely kategorie 1 se používají tam, kde jsou požadavky na přenosovou rychlost
minimální. Obvykle se jedná o kabel pro digitální a analogový přenos hlasu.
a nízkorychlostní (až 20 Kbps) datový přenos. Do roku 1983 to tak bylo
Nový typ kabelu pro telefonní rozvody.

Kabely kategorie 2 byly poprvé použity společností IBM při konstrukci
vlastní kabelový systém. Hlavním požadavkem na kabely této kategorie je
rii - schopnost přenášet signály se spektrem do 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 i
a pro přenos hlasu, nyní tvoří základ mnoha kabelových systémů
budov.

Kabely kategorie 4 jsou mírně vylepšenou verzí
kabely kategorie 3. Kabely kategorie 4 musí vydržet testy po dobu jedné hodiny -
Přenos signálu 20 MHz a poskytuje zvýšenou odolnost proti rušení
vost a nízká ztráta signálu. V praxi se používají jen zřídka.

Kabely kategorie 5 byly speciálně navrženy tak, aby podporovaly vysoké
rychlostní protokoly. Jejich charakteristiky jsou určeny v rozsahu až
100 MHz. Většina vysokorychlostních technologií (FDDI, Fast Ethernet,
ATM a Gigabit Ethernet) jsou vedeny pomocí kroucené dvoulinky
5. Kabel kategorie 5 nahradil kabel kategorie 3 a dnes
všechny nové kabelové systémy velkých budov jsou postaveny na tomto typu
kabel (kombinovaný s optickými vlákny).

Kabely zaujímají zvláštní místo kategorie 6 a 7, který průmysl začal vyrábět relativně nedávno. Kabel kategorie 6 je specifikován do 250 MHz a kabel kategorie 7 je specifikován 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 na kabelových trasách delších než UTP kabel kategorie 5.

Všechny UTP kabely, bez ohledu na jejich kategorii, jsou dostupné ve 4párové konfiguraci. Každý ze čtyř párů kabelů má specifickou barvu a rozteč kroucení. Obvykle jsou dva páry pro přenos dat a dva pro přenos hlasu.

optický kabel

optický kabelsestává z tenkých (5-60 mikronů) pružných skleněných vláken (vláknové světlovody), kterými se šíří světelné signály. Jedná se o nejkvalitnější typ kabelu - poskytuje přenos dat velmi vysokou rychlostí (až 10 Gb/s a vyšší) a navíc lépe než jiné typy přenosových médií poskytuje ochranu dat před vnějšími interferencemi (kvůli vzhledem k povaze šíření světla lze takové signály snadno odstínit).

Každý světlovod se skládá z centrálního vodiče světla (jádra) - skleněného vlákna a skleněného pláště, který má nižší index lomu než jádro. Paprsky světla, které se šíří jádrem, nepřekračují jeho hranice a odrážejí se od krycí vrstvy pláště. V závislosti na rozložení indexu lomu a velikosti průměru jádra existují:

multimodové vlákno se stupňovitým indexem lomu (obr. 8.17, A)\

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

jednovidové vlákno (obr. 8.17, proti).

Pojem "režim" popisuje způsob šíření světelných paprsků v jádru kabelu.

V single mode kabelu(Single Mode Fiber, SMF) používá centrální vodič o velmi malém průměru, úměrném vlnové délce světla - od 5 do 10 mikronů. V tomto případě se téměř všechny světelné paprsky šíří podél optické osy vlákna, aniž by se odrážely od vnějšího vodiče. Předělání

PROTI multimodové kabely(Multi Mode Fiber, MMF) využívá širší vnitřní jádra, která se technologicky snáze vyrábějí. U vícevidových kabelů je ve vnitřním vodiči současně několik světelných paprsků, které se odrážejí od vnějšího vodiče pod různými úhly. Úhel odrazu paprsku se nazývá móda paprsek. U vícevidových kabelů s plynulou změnou indexu lomu má režim odrazu paprsků komplexní charakter. Výsledné rušení zhoršuje kvalitu přenášeného signálu, což vede ke zkreslení přenášených impulsů v multimodovém optickém vláknu. Z tohoto důvodu Specifikace multimode kabely jsou horší než singlemode kabely.

V důsledku toho se multimódové kabely používají hlavně pro přenos dat rychlostí maximálně 1 Gb/s na krátké vzdálenosti (do 300-2000 m) a jednovidové kabely se používají pro přenos dat ultravysokými rychlostmi několik desítek gigabitů za sekundu (a při použití technologie DWDM až několik terabitů za sekundu) na vzdálenost až několik desítek až stovek kilometrů (komunikace na dlouhé vzdálenosti).

Jako světelné zdroje v optických kabelech se používají:

LED nebo světlo emitující diody (Light Emitted Diode, LED);

polovodičové lasery nebo laserové diody.

U jednovidových kabelů se používají pouze laserové diody, jelikož při tak malém průměru optického vlákna nelze světelný tok vytvořený LED směřovat do vlákna bez velkých ztrát - má příliš široký vyzařovací diagram, přičemž laserová dioda je úzká. Levnější LED zářiče se používají pouze pro vícevidové kabely.

Náklady na optické kabely nejsou o mnoho vyšší než náklady na kroucené dvoulinky, ale instalační práce s optickými vlákny jsou mnohem dražší kvůli složitosti operací a vysokým nákladům na použité instalační zařízení.

závěry

V závislosti na typu mezilehlého zařízení jsou všechny komunikační linky rozděleny na analogové a digitální. V analogových linkách je zprostředkující zařízení navrženo pro zesilování analogových signálů. Analogové linky využívají frekvenční multiplexování.

V digitálních komunikačních linkách mají přenášené signály konečný počet stavů. V takových linkách se používají speciální mezizařízení - regenerátory, které zlepšují tvar pulzů a zajišťují jejich resynchronizaci, tedy obnovují periodu jejich opakování. Zprostředkující zařízení pro multiplexování a přepojování primárních sítí funguje na principu časového multiplexování kanálů, kdy každému nízkorychlostnímu kanálu je přidělen určitý zlomek času (časový slot nebo kvantum) vysokorychlostního kanálu.

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

Propustnost komunikační linky závisí na jejích vnitřních parametrech, zejména na šířce pásma, vnějších parametrech - míře rušení a míře útlumu rušení a také na přijatém způsobu kódování diskrétních dat.

Shannonův vzorec určuje maximální možnou propustnost komunikační linky pro pevné hodnoty šířky pásma linky a poměru výkonu signálu k šumu.

Nyquistův vzorec vyjadřuje maximální možnou propustnost komunikační linky šířkou pásma a počet stavů informačního signálu.

Kabely s kroucenými páry se dělí na nestíněné (UTP) a stíněné (STP). UTP kabely se snadněji vyrábějí a instalují, ale STP kabely poskytují vyšší úroveň zabezpečení.

Optické kabely mají vynikající elektromagnetické a mechanické vlastnosti, jejich nevýhodou je složitost a vysoká cena instalačních prací.

1. Jak se liší odkaz od složeného komunikačního kanálu?
   1. Může se složený kanál skládat z odkazů? A naopak?
   2. Umět digitální kanál přenášet analogová data?
   3. Jaké vlastnosti komunikační linky zahrnují: úroveň šumu, šířku pásma, lineární kapacitu?
   4. Jaká opatření lze přijmout pro zvýšení informační rychlosti odkazu:

o Zkraťte délku kabelu;

o zvolit kabel s menším odporem;

o zvolte kabel s širší šířkou pásma;

o 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 rušení v kabelech UTP?
   2. Který kabel přenáší signály lépe - s vyšší hodnotou parametru NEXT nebo s méně?
   3. Jaká je šířka spektra ideálního pulzu?
   4. Vyjmenuj typy optických kabelů.
   5. Co se stane, když vyměníte kabel v fungující síti UTP kabel STP? Možnosti odpovědi:

О v síti se sníží podíl zkreslených snímků, protože vnější rušení bude účinněji potlačeno;

Ach nic se nezmění;

O v síti se zvýší podíl zkreslených snímků, protože výstupní impedance vysílačů neodpovídá impedanci kabelu.

1. Proč je problematické používat kabel z optických vláken v horizontálním podsystému?
   1. Známá množství jsou:

O minimálním výkonu vysílače P out (dBm);

О doběhový útlum kabelu A (dB/km);

O prahu citlivosti přijímače Pin (dBm).

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

1. Jaký by byl teoretický limit datové rychlosti v bitech za sekundu na spoji s šířkou pásma 20 kHz, pokud je výkon vysílače 0,01 mW a výkon šumu ve spoji je 0,0001 mW?
   1. Určete kapacitu duplexního spoje pro každý směr, pokud je známo, 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 přenosu 128bajtového paketu (předpokládejte, že rychlost šíření signálu je rovna rychlosti světla ve vakuu 300 000 km/s):

O přes 100 m kroucený dvoulinkový kabel při přenosové rychlosti 100 Mbps;

O po koaxiálním kabelu o délce 2 km při přenosové rychlosti 10 Mbps;

O přes satelitní kanál o délce 72 000 km při přenosové rychlosti 128 Kbps.

1. Vypočítejte rychlost linky, pokud víte, že frekvence hodin vysílače je 125 MHz a signál má 5 stavů.
   1. Přijímač a vysílač síťový adaptér připojené k sousedním párům kabelů UTP. Jaký je výkon indukovaného rušení na vstupu přijímače, pokud má vysílač výkon 30 dBm, a exponent DALŠÍ kabel je -20 dB?
   2. Je třeba vědět, že modem přenáší data v duplexním režimu rychlostí 33,6 Kbps. Kolik stavů má jeho signál, je-li šířka pásma komunikační linky 3,43 kHz?

Strana 20

Hlavní typy komunikačních linek se dělí na drátové a bezdrátové. V drátových komunikačních linkách tvoří fyzické médium, kterým se signály šíří, mechanické spojení mezi přijímačem a vysílačem. Bezdrátové komunikační linky se vyznačují tím, že mezi vysílačem a přijímačem není žádné mechanické spojení a nosičem informace jsou elektromagnetické vlny, které se šíří v okolí.

Drátové komunikační linky

Podle konstrukčních prvků jsou drátěná vedení rozdělena na:

vzduch, což jsou dráty bez jakýchkoliv izolačních nebo stínících plášťů, položené mezi sloupy a visící ve vzduchu;
kabel, který se skládá z vodičů uzavřených zpravidla v několika vrstvách izolace.

Nadzemní vedení tradičně přenáší telefonní nebo telegrafní signály, ale při absenci jiných možností se tato vedení používají k přenosu počítačových dat. Rychlostní charakteristika a odolnost těchto linek proti rušení jsou velmi žádoucí. Drátové komunikační linky jsou rychle nahrazovány kabelovými.

Kabelové elektrické komunikační linky se dělí na tři hlavní typy: kabel založený na kroucených párech měděných drátů, koaxiální kabel s měděným jádrem a také kabel z optických vláken.

Kroucený pár vodičů se nazývá kroucený pár. Dráty jsou zkroucené, aby se vyloučilo vzájemné ovlivňování mezi nimi elektrické proudy ve vodičích. Kroucená dvojlinka existuje ve stíněné verzi, kdy je pár měděných drátů obalena izolačním stíněním, a nestíněná, kdy není izolační plášť. Jeden nebo více kroucených párů je svázáno do opláštěných kabelů.

Nestíněná kroucená dvoulinka má širokou škálu aplikací. Používá se v telefonních i počítačových sítích. V současné době je UTP kabel oblíbeným médiem pro přenos informací na krátkou vzdálenost [asi 100 metrů] Kabely s kroucenými páry se dělí do 5 kategorií podle elektrických a mechanických vlastností. V počítačových sítích jsou široce používány kabely kategorie 3 a 5, které jsou popsány v americké normě EIA / TIA-568A.

Kabel kategorie 3 je určen pro nízkorychlostní přenos dat. Pro něj je určen útlum na frekvenci 16 MHz a neměl by být nižší než 13,1 dB při délce kabelu 100 metrů. Kabel s kroucenou dvojlinkou kategorie 5 se vyznačuje útlumem minimálně 22 dB pro frekvenci 100 MHz s délkou kabelu ne větší než 100 metrů. Frekvence 100 MHz byla zvolena proto, že kabel této kategorie je určen pro vysokorychlostní přenos dat, jejichž signály mají výrazné harmonické s frekvencí přibližně 100 MHz.

Všechny UTP kabely, bez ohledu na jejich kategorii, jsou dostupné ve 4párové konfiguraci. Každý ze čtyř párů má specifickou barvu a rozteč kroucení. Mezi výhody UTP kabelu patří:

flexibilita kabelu, která zjednodušuje instalaci komunikační linky;
nízké náklady s dostatečně vysokou propustností [až 1 Gb/s].

Nevýhody nestíněného krouceného páru kabelu jsou:

nízká odolnost proti hluku;
tvrdé omezení délky kabelu.

Stíněný kroucený dvoulinkový kabel STP dobře chrání přenášené signály před rušením a také vyzařuje méně elektromagnetických vln směrem ven. Přítomnost uzemněného stínění však zvyšuje cenu kabelu a komplikuje jeho pokládku, protože vyžaduje vysoce kvalitní uzemnění. Kabel STP se používá hlavně k přenosu diskrétních informací a hlas se přes něj nepřenáší.

Primárním standardem, který definuje parametry STP, je proprietární standard IBM. V této normě nejsou kabely rozděleny do kategorií, ale do typů. Typ 1 je zhruba ekvivalentní UTP kategorie 5. Skládá se ze 2 párů lankových měděných drátů stíněných vodivým opletením, které je uzemněno. Kabel IBM typu 2 je kabel typu 1 s přidanými 2 páry nestíněných hlasových drátů. Ne všechny standardní typy IBM jsou STP.

Koaxiální kabel se skládá ze dvou vzájemně izolovaných soustředných vodičů, z nichž vnější vypadá jako trubice. Díky této konstrukci je koaxiální kabel méně náchylný na vnější elektromagnetické vlivy, takže jej lze použít při vyšších přenosových rychlostech. Tyto kabely se navíc díky poměrně tlustému středovému jádru vyznačují minimálním útlumem elektrického signálu, což umožňuje přenos informací na dostatečně dlouhé vzdálenosti. Šířka pásma koaxiálního kabelu může být větší než 1 GHz/km a útlum může být menší než 20 dB/km při 1 GHz.

Existuje velké množství typů koaxiálních kabelů používaných v sítích různých typů – telefonní, televizní a počítačové. V sítích LAN se používají dva typy kabelů: tenký koaxiální kabel a tlustý koaxiální kabel.

Tenký koaxiální kabel má vnější průměr asi 5 mm a průměr středového měděného drátu je 0,89 mm. Tento kabel je určen pro přenos signálů se spektrem až 10 MHz na vzdálenost až 185 metrů.

Silný koaxiální kabel má vnější průměr asi 10 mm a průměr středového měděného drátu je 2,17 mm. Tento kabel je určen pro přenos signálů se spektrem do 10 MHz na vzdálenost až 500 metrů.

Tenký koaxiální kabel má horší mechanické a elektrické vlastnosti než tlustý koaxiální kabel, ale díky své flexibilitě je výhodnější pro instalaci.

Koaxiální kabel je několikanásobně dražší než kroucený dvoulinkový kabel a z hlediska vlastností je horší zejména než kabel z optických vláken, takže se stále méně používá při budování komunikačního systému počítačových sítí.

Kabely z optických vláken se skládají z centrálního světelného vodiče [jádra] - skleněného vlákna obklopeného další vrstvou skla - pláštěm, který má nižší index lomu než jádro. Paprsky světla, které se šíří jádrem, nepřekračují jeho hranice a odrážejí se od pláště. Každé skleněné vlákno přenáší signály pouze v jednom směru.

V závislosti na rozložení indexu lomu a na velikosti průměru jádra existují:

multimodové vlákno se stupňovitým indexem lomu;
multimodové vlákno s plynulou změnou indexu lomu;
jednovidové vlákno.

Jednovidový kabel používá středový vodič o velmi malém průměru, úměrném dlouhé vlnové délce světla - od 5 do 10 mikronů. V tomto případě se téměř všechny paprsky šíří podél optické osy jádra, aniž by se odrážely od pláště. Šířka pásma jednovidového kabelu je velmi široká – až stovky gigahertzů na kilometr. Výroba tenkých kvalitních vláken pro jednovidový kabel je složitý technologický proces, který kabel značně prodražuje.

Multimode kabely využívají širší vnitřní jádra, která se technologicky snáze vyrábějí. Standardy definují dva nejběžnější vícevidové kabely: 62,5/125 µm a 50/125 µm, 62,5 µm nebo 50 µm je průměr středního vodiče a 125 µm je průměr vnějšího vodiče.

U vícevidových kabelů je ve vnitřním vodiči více světelných paprsků, které se současně odrážejí od vnějšího vodiče. Úhel odrazu vodiče se nazývá modus paprsku. Multimode kabely mají užší šířku pásma – od 500 do 800 MHz/km. K zúžení pásma dochází v důsledku ztráty světelné energie při odrazech a také v důsledku interference paprsků různých režimů.

Jako zdroje vyzařování světla v optických kabelech se používají:

LED diody;
lasery.

LED diody mohou vyzařovat světlo o vlnové délce 0,85 a 1,3 mikronu. Laserové zářiče pracují na vlnových délkách 1,3 a 1,55 µm. Rychlost moderních laserů umožňuje modulovat světelný tok o frekvencích 10 GHz a vyšších.

Optické kabely mají vynikající elektromagnetické a mechanické vlastnosti, jejich nevýhodou je složitost a vysoká cena instalačních prací.

Bezdrátové komunikační linky

Tabulka obsahuje informace o rozsahu elektromagnetických oscilací používaných v bezdrátových komunikačních kanálech.

Pozemské a satelitní komunikace generované vysílačem a přijímačem rádiových vln. Rádiové vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí f menší než 6000 GHz [s vlnovou délkou l větší než 100 mikronů]. Vztah mezi vlnovou délkou a frekvencí je dán vztahem

f = c/lambda kde c = 3*10 8 m/s je rychlost světla ve vakuu.

K přenosu informací se rádiová komunikace používá především tam, kde není možná kabelová komunikace - například:

když kanál prochází řídce osídlenou nebo těžko dostupnou oblastí;
komunikovat s mobilními účastníky, jako je taxikář, lékař záchranné služby.

Hlavní nevýhodou rádiové komunikace je její slabá odolnost proti rušení. To platí především pro nízkofrekvenční rozsahy rádiových vln. Čím vyšší je provozní frekvence, tím větší je kapacita [počet kanálů] komunikačního systému, ale tím menší jsou limitní vzdálenosti, na které je možný přímý přenos mezi dvěma body. První z důvodů vede k trendu vývoje nových vyšších frekvenčních rozsahů. Avšak rádiové vlny s frekvencí přesahující 30 GHz jsou provozovatelné na vzdálenosti maximálně 5 km nebo řádově 5 km kvůli absorpci rádiových vln v atmosféře.

Pro přenos na velké vzdálenosti se používá řetězec radioreléových [reléových] stanic, které jsou od sebe odděleny na vzdálenost až 40 km. Každá stanice má věž s přijímačem a vysílačem rádiových vln, přijímá signál, zesiluje jej a vysílá na další stanici. Směrové antény se používají ke zvýšení síly signálu a snížení vlivu rušení.

Satelitní komunikace se liší od rádiového relé v tom, že umělá družice Země funguje jako opakovač. Tento typ komunikace poskytuje vyšší kvalitu přenášených informací, protože vyžaduje menší počet mezilehlých uzlů na způsobu přenosu informace. Často se používá kombinace radioreléové a satelitní komunikace.

V jednotkách dálkového ovládání se používá infračervené a milimetrové záření na krátké vzdálenosti. Hlavní nevýhodou záření v tomto rozsahu je, že neprochází bariérou. Tato nevýhoda je také výhodou, když záření v jedné místnosti neruší záření v jiné místnosti. Tato frekvence nevyžaduje povolení. Jedná se o vynikající kanál pro přenos dat v interiéru.

Viditelný rozsah se také používá pro přenos. Typicky je zdrojem světla laser. Koherentní záření je snadno zaostřeno. Dohodu však kazí déšť nebo mlha. Přenos mohou zkazit i konvekční proudy na střeše, ke kterým dochází v horkém dni.

Komunikační linka (obr. 3.7) se obecně skládá z fyzického média, přes které jsou přenášeny elektrické informační signály, zařízení pro přenos dat a mezizařízení. Synonymem pro výraz „komunikační linka“ je výraz „komunikační kanál“.

Rýže. 3.7. Složení komunikační linky

Fyzickým médiem pro přenos dat je kabel, tedy soubor vodičů, izolačních a ochranných plášťů a konektorů, dále zemská atmosféra nebo vesmír, kterým se šíří elektromagnetické vlny.

V závislosti na médiu pro přenos dat se komunikační linky (obr. 3.8) dělí na:

Drátové (vzduch);

Kabel (měď a optická vlákna);

Rozhlasové kanály pozemní a satelitní komunikace.

Rýže. 3.8. Typy komunikačních linek

Drátové (nadzemní) komunikační vedení jsou dráty bez jakýchkoliv izolačních nebo stínících opletení, položené mezi sloupy a visící ve vzduchu. Takové komunikační linky tradičně přenášejí telefonní nebo telegrafní signály, ale při absenci jiných možností se tyto linky používají také k přenosu počítačových dat. Rychlostní vlastnosti a odolnost proti hluku těchto linek zanechávají mnoho požadavků. Kabelové komunikační linky jsou dnes rychle nahrazovány kabelovými.

Kabelová vedení jsou poměrně složitou strukturou. Kabel se skládá z vodičů uzavřených v několika vrstvách izolace: elektrické, elektromagnetické, mechanické, případně i klimatické. Kromě toho může být kabel vybaven konektory, které vám umožní rychle k němu připojit různá zařízení. V počítačových sítích se používají tři hlavní typy kabelů: měděné kabely s kroucenými páry, koaxiální kabely s měděným jádrem a kabely z optických vláken.

Kroucený pár vodičů se nazývá kroucený pár. Kroucená dvojlinka existuje ve stíněné verzi (STP), kdy je pár měděných vodičů obalena izolačním stíněním, a nestíněná (UTP), kdy není izolační obal. Kroucení vodičů snižuje vliv vnějšího rušení na užitečné signály přenášené přes kabel. Koaxiální kabel má asymetrický design a skládá se z vnitřního měděného jádra a opletení odděleného od jádra vrstvou izolace. Existuje několik typů koaxiálních kabelů, které se liší vlastnostmi a aplikacemi - pro místní sítě, pro globální sítě, pro kabelová televize. Optický kabel se skládá z tenkých (5-60 mikronů) vláken, kterými se šíří světelné signály. Jedná se o kvalitnější typ kabelu - poskytuje přenos dat velmi vysokou rychlostí (až 10 Gb/s a vyšší) a navíc lépe než jiné typy přenosových médií poskytuje ochranu dat před vnějším rušením.

Rádiové kanály pozemní a satelitní komunikace jsou tvořeny pomocí vysílače a přijímače rádiových vln. Existuje velké množství různých typů rádiových kanálů, které se liší jak použitým frekvenčním rozsahem, tak rozsahem kanálů. Pásma krátkých, středních a dlouhých vln (KB, CB a LW), nazývaná také pásma amplitudové modulace (AM) podle typu metody modulace signálu, která se v nich používá, poskytují komunikaci na dlouhé vzdálenosti, ale při nízké rychlosti přenosu dat. Vysokorychlostní kanály jsou ty, které pracují v pásmech ultrakrátkých vln (VHF), která se vyznačují frekvenční modulací (FM), stejně jako mikrovlnná pásma. V mikrovlnném rozsahu (nad 4 GHz) již nejsou signály odráženy zemskou ionosférou. Stabilní spojení vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem. Proto takové frekvence využívají buď satelitní kanály, nebo radioreléové kanály, pokud je tato podmínka splněna.

V počítačových sítích se dnes používají téměř všechny popsané typy fyzických médií pro přenos dat, nejperspektivnější jsou však média z optických vláken. Dnes se na nich budují jak páteře velkých územních sítí, tak vysokorychlostní komunikační linky místních sítí. Oblíbeným médiem je také kroucená dvoulinka, která se vyznačuje výborným poměrem kvality k ceně a také snadnou instalací. Pomocí kroucené dvoulinky se koncoví účastníci sítí připojují obvykle na vzdálenost do 100 metrů od rozbočovače. Satelitní kanály a rádiové komunikace se používají nejčastěji v případech, kdy nelze použít kabelovou komunikaci - například při průchodu kanálem řídce osídlenou oblastí nebo pro komunikaci s uživatelem mobilní sítě, jako je řidič kamionu, obchůzkový lékař.

2.1. Typy komunikačních linek

Komunikační linka se obecně skládá z fyzického média, přes které jsou přenášeny elektrické informační signály, zařízení pro přenos dat a zprostředkujícího zařízení. Synonymum s pojmem komunikační linka (linka) je termín komunikační kanál.

Rýže. 1.1. Složení komunikační linky

Fyzická média

Fyzické přenosové médium (médium) může být kabel, tedy soubor vodičů, izolačních a ochranných plášťů a konektorů, stejně jako zemská atmosféra nebo vesmír, kterým se šíří elektromagnetické vlny.

V závislosti na médiu pro přenos dat se komunikační linky dělí na následující:

Drátové (vzduch);

kabel (měděný a optický);

kabelové vedení jsou poměrně složité struktury. Kabel se skládá z vodičů uzavřených v několika vrstvách izolace: elektrické, elektromagnetické, mechanické, případně i klimatické. Kromě toho může být kabel vybaven konektory, které vám umožní rychle k němu připojit různá zařízení. V počítačových sítích se používají tři hlavní typy kabelů: měděné kabely s kroucenými páry, koaxiální kabely s měděným jádrem a kabely z optických vláken.

Nazývá se kroucený pár drátů kroucený pár. Twisted pair existuje ve stíněné verzi (stíněný kroucený pár, STP), když je pár měděných drátů zabalen do izolační clony a nestíněn (Nestíněný kroucený pár, UTP) když není izolační obal. Kroucení vodičů snižuje vliv vnějšího rušení na užitečné signály přenášené přes kabel. Optický kabel (optické vlákno) sestává z tenkých (5-60 mikronů) vláken, kterými se šíří světelné signály. Jedná se o nejkvalitnější typ kabelu - poskytuje přenos dat velmi vysokou rychlostí (až 10 Gb/s a vyšší) a navíc lépe než jiné typy přenosových médií poskytuje ochranu dat před vnějším rušením.

Rozhlasové kanály pozemní a satelitní komunikace generované vysílačem a přijímačem rádiových vln. Existuje velké množství různých typů rádiových kanálů, které se liší jak použitým frekvenčním rozsahem, tak rozsahem kanálů. Rozsahy krátkých, středních a dlouhých vln (KB, SV a DV), nazývané také rozsahy amplitudové modulace (Amplitude Modulation, AM) podle typu metody modulace signálu v nich používané, poskytují komunikaci na dlouhé vzdálenosti, ale při nízkém objemu dat. hodnotit. Kanály pracující v pásmech ultrakrátkých vln (VHF), které se vyznačují frekvenční modulací (Frequency Modulation, FM), a také v pásmech ultravysokých frekvencí (mikrovlny nebo mikrovlny) jsou rychlejší.

V počítačových sítích se dnes používají téměř všechny popsané typy fyzických médií pro přenos dat, nejperspektivnější jsou však média z optických vláken. Oblíbeným médiem je také kroucená dvoulinka, která se vyznačuje výborným poměrem kvality k ceně a také snadnou instalací. Satelitní kanály a rádiová komunikace se používají nejčastěji v případech, kdy nelze použít kabelovou komunikaci.

2.2. Charakteristika komunikační linky

Mezi hlavní vlastnosti komunikačních linek patří:

amplitudově-frekvenční charakteristika;

· šířka pásma;

útlum

· odolnost proti hluku;

přeslech na blízkém konci linky;

propustnost;

Spolehlivost přenosu dat;

jednotková cena.

Za prvé, vývojáře počítačové sítě zajímá propustnost a spolehlivost přenosu dat, protože tyto vlastnosti přímo ovlivňují výkon a spolehlivost. vytvořená síť. Propustnost a spolehlivost jsou charakteristiky jak komunikační linky, tak způsobu přenosu dat. Pokud je tedy již definován způsob přenosu (protokol), pak jsou známy i tyto charakteristiky. Nelze však mluvit o propustnosti komunikační linky, dokud pro ni není definován protokol fyzické vrstvy. Právě v takových případech, kdy je třeba teprve určit nejvhodnější z existujících protokolů, nabývají na důležitosti další charakteristiky linky, jako je šířka pásma, přeslechy, odolnost proti šumu a další charakteristiky. K určení charakteristik komunikační linky se často používá analýza jejích reakcí na některé referenční vlivy.

Spektrální analýza signálů na komunikačních linkách

Z teorie harmonické analýzy je známo, že jakýkoli periodický proces může být reprezentován jako nekonečný počet sinusových složek, nazývaných harmonické, a soubor všech harmonických se nazývá spektrální rozklad původního signálu. Neperiodické signály mohou být reprezentovány jako integrál sinusových signálů se spojitým frekvenčním spektrem.

Technika pro nalezení spektra jakéhokoli zdrojového signálu je dobře známá. U některých signálů, které jsou dobře analyticky popsány, lze spektrum snadno vypočítat na základě Fourierových vzorců. Pro libovolné průběhy, se kterými se setkáváme v praxi, lze spektrum nalézt pomocí speciálních přístrojů - spektrálních analyzátorů, které měří spektrum reálného signálu a zobrazují amplitudy harmonických složek. Zkreslení vysílacím kanálem sinusoidy libovolné frekvence vede v konečném důsledku ke zkreslení přenášeného signálu libovolného tvaru, zejména pokud jsou sinusoidy různých frekvencí zkresleny odlišně. Při přenosu pulzních signálů charakteristických pro počítačové sítě dochází ke zkreslení nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, následkem čehož čela pulzů ztrácejí svůj obdélníkový tvar. V důsledku toho mohou být signály na přijímacím konci linky špatně rozpoznány.

Komunikační linka zkresluje přenášené signály vzhledem k tomu, že její fyzikální parametry se liší od ideálních. Takže například měděné dráty vždy představují nějakou kombinaci aktivního odporu, kapacitní a indukční zátěže rozložené po délce. V důsledku toho pro sinusoidy různých frekvencí bude mít vedení různou impedanci, což znamená, že budou přenášeny různými způsoby. Optický kabel má také odchylky, které brání ideálnímu šíření světla. Pokud komunikační linka obsahuje mezizařízení, pak může také způsobit další zkreslení, protože není možné vytvořit zařízení, která by stejně dobře přenášela celé spektrum sinusoid, od nuly do nekonečna.

Kromě zkreslení signálu způsobených vnitřními fyzickými parametry komunikační linky existují také vnější interference, které přispívají ke zkreslení průběhu na výstupu linky. Tato rušení jsou vytvářena různými elektromotory, elektronickými zařízeními, atmosférickými jevy atd. Přes ochranná opatření ze strany vývojářů kabelů a zesilovacích-spínacích zařízení není možné zcela kompenzovat vliv vnějšího rušení. Proto mají signály na výstupu komunikační linky obvykle složitý tvar, díky kterému je někdy obtížné pochopit, jaká diskrétní informace byla přivedena na vstup linky.

Míra zkreslení sinusových signálů komunikačními linkami se odhaduje pomocí charakteristik, jako je amplitudově-frekvenční odezva, šířka pásma a útlum při určité frekvenci.

Frekvenční odezva

Frekvenční odezva ukazuje, jak klesá amplituda sinusoidy na výstupu komunikační linky ve srovnání s amplitudou na jejím vstupu pro všechny možné frekvence přenášeného signálu. Tato charakteristika místo amplitudy často využívá i takový parametr signálu, jako je jeho výkon. Znalost frekvenční odezvy skutečné linky umožňuje určit tvar výstupního signálu pro téměř jakýkoli vstupní signál. K tomu je nutné najít spektrum vstupního signálu, převést amplitudu jeho jednotlivých harmonických v souladu s amplitudově-frekvenční charakteristikou a poté najít tvar výstupního signálu přidáním převedených harmonických.

Přes úplnost informací, které poskytuje frekvenční charakteristika o komunikační lince, je její použití komplikované tím, že je velmi obtížné ji získat. V praxi se proto místo amplitudově-frekvenční charakteristiky používají jiné, zjednodušené charakteristiky - šířka pásma a útlum.

Šířka pásma

Šířka pásma je spojitý rozsah frekvencí, pro který poměr amplitudy výstupního signálu ke vstupnímu signálu přesahuje nějakou předem stanovenou mez, obvykle 0,5. To znamená, že šířka pásma určuje frekvenční rozsah sinusového signálu, ve kterém je tento signál přenášen po komunikační lince bez výrazného zkreslení. Znalost šířky pásma vám umožňuje získat s určitým stupněm přiblížení stejný výsledek jako znalost amplitudově-frekvenční charakteristiky. Šířkašířka pásma v největší míře ovlivňuje maximální možnou rychlost přenosu informací po komunikační lince.

útlum

Útlum je definován jako relativní pokles amplitudy signálu nebo výkonu, když je signál o určité frekvenci přenášen signálovým vedením. Útlum je tedy jeden bod od frekvenční charakteristiky vedení. Útlum A se obvykle měří v decibelech (dB, decibel - dB) a vypočítá se pomocí následujícího vzorce:

A \u003d 10 log10 Pout / Pin,

kde Pout je výkon signálu na výstupu linky,
Рin - výkon signálu na linkovém vstupu.

Protože výstupní výkon kabelu bez mezizesilovačů je vždy menší než výkon vstupního signálu, je útlum kabelu vždy záporná hodnota.

Absolutní výkonová úroveň také měřeno v decibelech. V tomto případě se jako základní hodnota výkonu signálu bere hodnota 1 mW, vzhledem k níž se aktuální výkon měří. Úroveň výkonu p se tedy vypočítá podle následujícího vzorce:

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

kde P je výkon signálu v miliwattech,
dBm (dBm) je jednotka úrovně výkonu (decibel na 1 mW).

Frekvenční odezva, šířka pásma a útlum jsou tedy univerzální charakteristiky a jejich znalost nám umožňuje usuzovat, jak budou signály jakékoli formy přenášeny komunikační linkou.

Šířka pásma závisí na typu linky a její délce. Na Obr. 1.1 ukazuje šířky pásma komunikačních linek různých typů a také frekvenční rozsahy nejčastěji používané v komunikační technice.

Rýže. 1.1. Komunikační šířky pásma a oblíbená frekvenční pásma

Kapacita linky

Propustnost line charakterizuje maximální možnou rychlost přenosu dat po komunikační lince. Šířka pásma se měří v bitech za sekundu - bps, stejně jako odvozené jednotky, jako jsou kilobity za sekundu (Kbps), megabity za sekundu (Mbps), gigabity za sekundu (Gbps) atd. .

Propustnost komunikační linky závisí nejen na jejích charakteristikách, jako je amplitudově-frekvenční charakteristika, ale také na spektru přenášených signálů. Pokud významné harmonické signálu spadají do šířky pásma vedení, pak bude takový signál touto komunikační linkou dobře přenášen a přijímač bude schopen správně rozpoznat informaci vysílanou po vedení vysílačem (obr. 1.2a). . Pokud výrazné harmonické překročí šířku pásma komunikační linky, pak bude signál výrazně zkreslený, přijímač bude dělat chyby při rozpoznávání informace, což znamená, že informace nebude možné přenášet danou šířkou pásma (obr. 1.2b). .

Rýže. 1.2. Soulad mezi šířkou pásma komunikační linky a spektrem signálu

Volba metody pro reprezentaci diskrétní informace ve formě signálů aplikovaných na komunikační linku se nazývá fyzický nebo řádkové kódování. Spektrum signálů a podle toho i šířka pásma závisí na zvolené metodě kódování. Pro jednu metodu kódování tedy může mít linka jednu kapacitu a pro jinou - jinou.

Většina kódovacích metod využívá změnu některého parametru periodického signálu – frekvence, amplitudy a fáze sinusoidy nebo znaménka potenciálu sledu pulzů. Volá se periodický signál, jehož parametry se mění nosný signál nebo nosná frekvence, pokud se jako takový signál použije sinusoida.

Měří se počet změn v informačním parametru nosného periodického signálu za sekundu baud. Časový úsek mezi sousedními změnami v informačním signálu se nazývá hodinový cyklus vysílače. Šířka pásma linky v bitech za sekundu obecně není stejná jako počet baudů. Může být vyšší nebo nižší než přenosová rychlost a tento poměr závisí na metodě kódování.

Pokud má signál více než dva různé stavy, bude propustnost v bitech za sekundu vyšší než přenosová rychlost. Pokud jsou například informační parametry fáze a amplituda sinusoidy a 4 fázové stavy 0,90, 180 a 270 stupňů a dvě hodnoty amplitudy signálu se liší, pak může mít informační signál 8 rozlišitelných stavů. V tomto případě modem pracující rychlostí 2400 baudů (s hodinovou frekvencí 2400 Hz) přenáší informace rychlostí 7200 bps, protože při jedné změně signálu se přenášejí 3 bity informace.

Na šířku pásma linky má vliv nejen fyzické, ale i logické kódování. Logické kódování se provádí před fyzickým kódováním a zahrnuje nahrazení bitů původní informace novou bitovou sekvencí, která nese stejnou informaci, ale má další vlastnosti, jako je schopnost přijímací strany detekovat chyby v přijatých datech. V logickém kódování je nejčastěji původní bitová sekvence nahrazena delší sekvencí, takže propustnost kanálu je ve vztahu k užitečné informace zatímco klesá.

Vztah mezi kapacitou linky a její šířkou pásma

Čím vyšší je frekvence nosného periodického signálu, tím více informací se po lince přenese za jednotku času a tím vyšší je kapacita linky s pevnou metodou fyzického kódování. Ale se zvýšením frekvence periodického nosného signálu se také zvětší šířka spektra tohoto signálu, což celkově dá sekvenci signálů vybraných pro fyzické kódování. Linka přenáší toto spektrum sinusoid s těmi zkresleními, která jsou určena její šířkou pásma. Čím větší je nesoulad mezi šířkou pásma linky a šířkou pásma přenášených informačních signálů, tím více jsou signály zkresleny a tím pravděpodobněji dochází k chybám v rozpoznání informací přijímající stranou, což znamená, že rychlost přenosu informací se ve skutečnosti obrací být nižší, než se očekávalo.

Vztah mezi šířkou pásma linky a její maximální možná propustnost, bez ohledu na přijatou metodu fyzického kódování, Claude Shannon prokázal:

С = F log2 (1 + Рс/Рsh),

kde C je maximální propustnost linky v bitech za sekundu,
F - šířka pásma linky v hertzech,
Рс - výkon signálu,
Rsh - síla hluku.

Kapacitu linky je možné zvýšit zvýšením výkonu vysílače nebo snížením síly šumu (rušení) na komunikační lince. Obě tyto složky se velmi obtížně mění. Zvýšení výkonu vysílače vede k výraznému nárůstu jeho velikosti a nákladů. Snížení hladiny šumu vyžaduje použití speciálních kabelů s dobrými ochrannými štíty, což je velmi nákladné, stejně jako snížení šumu ve vysílači a mezizařízeních, čehož není snadné dosáhnout. Kromě toho je vliv výkonů užitečného signálu a šumu na propustnost omezen logaritmickou závislostí, která zdaleka neroste tak rychle jako přímo úměrná závislost.

Shannonově vzorci se v podstatě blíží následující vztah získaný Nyquistem, který také určuje maximální možnou propustnost komunikační linky, ale bez zohlednění šumu na lince:

C = 2F log2 M,

kde M je počet rozlišitelných stavů parametru informace.

Přestože Nyquistův vzorec výslovně nezohledňuje přítomnost šumu, jeho vliv se nepřímo odráží ve volbě počtu stavů informačního signálu. Počet možných stavů signálu je ve skutečnosti omezen poměrem výkonu signálu k šumu a Nyquistův vzorec určuje maximální datovou rychlost v případě, kdy již byl počet stavů zvolen s ohledem na možnosti stabilního rozpoznání přijímačem. .

Uvedené poměry udávají mezní hodnotu kapacity linky a míra přiblížení se této meze závisí na konkrétních metodách fyzického kódování diskutovaných níže.

Odolnost proti rušení linky

Odolnost proti rušení linky určuje jeho schopnost snižovat úroveň rušení generovaného ve vnějším prostředí na vnitřních vodičích. Odolnost vedení proti rušení závisí na typu použitého fyzického média a také na prostředcích stínění a odrušení vedení samotného.

Přeslechy na blízkém konci (Near End Cross Talk - NEXT) určit odolnost kabelu vůči rušení interní zdroje rušení, kdy elektromagnetické pole signálu přenášeného výstupem vysílače na jednom páru vodičů indukuje rušivý signál na druhém páru vodičů. Pokud je přijímač připojen k druhému páru, pak může brát indukovaný vnitřní šum jako užitečný signál. Indikátor NEXT, vyjádřený v decibelech, se rovná 10 log Pout/Pnav, kde Pout je výkon výstupního signálu, Pnav je výkon indukovaného signálu. Čím menší hodnota NEXT, tím lepší kabel.

Vzhledem k tomu, že některé nové technologie využívají přenos dat současně přes několik kroucených párů, je v poslední době používán indikátor PowerSUM, což je modifikace indikátoru NEXT. Tento indikátor odráží celkový výkon přeslechů ze všech vysílacích párů v kabelu.

Spolehlivost přenosu dat

Spolehlivost přenosu dat charakterizuje pravděpodobnost zkreslení pro každý přenášený datový bit. Někdy se tento indikátor nazývá bitová chybovost (Bit Error Rate, BER). Hodnota BER pro komunikační kanály bez dodatečné ochrany proti chybám je zpravidla 1, u komunikačních linek z optických vláken - 10-9. Hodnota spolehlivosti přenosu dat např. 10-4 znamená, že v průměru z 10 000 bitů je zkreslená hodnota jednoho bitu.

Bitové zkreslení vzniká jak v důsledku přítomnosti šumu na lince, tak v důsledku zkreslení průběhu omezenou šířkou pásma linky. Pro zvýšení spolehlivosti přenášených dat je proto nutné zvýšit stupeň odolnosti linky proti rušení, snížit úroveň přeslechů v kabelu a také používat více širokopásmových komunikačních linek.

2.3. Standardy síťové kabeláže

Kabel je poměrně složitý výrobek sestávající z vodičů, vrstev stínění a izolace. V některých případech kabel obsahuje konektory, pomocí kterých jsou kabely připojeny k zařízení. Kromě toho se pro zajištění rychlého spínání kabelů a zařízení používají různá elektromechanická zařízení, nazývaná průřezy, křížové skříně nebo skříně. Počítačové sítě používají kabely, které splňují určité normy, což umožňuje vybudovat síťový kabelový systém z kabelů a propojovacích zařízení od různých výrobců. Standardizace kabelů zvolila přístup nezávislý na protokolu. To znamená, že norma specifikuje pouze elektrické, optické a mechanické vlastnosti, které musí splňovat konkrétní typ kabelu nebo spojovacího výrobku.

V kabelových normách je stanoveno několik charakteristik, z nichž nejdůležitější jsou uvedeny níže.

· Útlum. Útlum se měří v decibelech na metr pro konkrétní frekvenci nebo frekvenční rozsah signálu.

· Přeslechy na blízkém konci (Near End Cross Talk, NEXT). Měřeno v decibelech pro konkrétní frekvenci signálu.

· Impedance (vlnová impedance)- to je celkový (činný a jalový) odpor v elektrickém obvodu. Impedance se měří v ohmech a je relativně konstantní hodnotou pro kabelové systémy.

· Aktivní odpor je odpor vůči stejnosměrnému proudu v elektrickém obvodu. Na rozdíl od impedance je odpor nezávislý na frekvenci a roste s délkou kabelu.

· Kapacita je vlastnost kovových vodičů ukládat energii. Dva elektrické vodiče v kabelu, oddělené dielektrikem, jsou kondenzátorem schopným akumulovat náboj. Kapacita je nežádoucí hodnota.

· Úroveň vnějšího elektromagnetického záření nebo elektrického šumu. Elektrický šum je nežádoucí střídavé napětí ve vodiči. Existují dva typy elektrického šumu: šum pozadí a impulzní šum. Elektrický šum se měří v milivoltech.

· Průměr vodiče nebo plocha průřezu. Pro měděné vodiče je zcela běžný americký systém AWG (American Wire Gauge), který zavádí některé podmíněné typy vodičů, například 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Čím větší je číslo typu vodiče, tím menší je jeho průměr.

Středem zájmu dnešních standardů jsou kroucené dvoulinky a kabely z optických vláken.

Nestíněné kroucené dvoulinky

Měděný nestíněný UTP kabel je rozdělen do 5 kategorií (kategorie 1 - kategorie 5) v závislosti na elektrických a mechanických vlastnostech. Nejčastěji používané kategorie jsou uvedeny níže.

Kabely kategorie 1 se používají tam, kde jsou požadavky na přenosovou rychlost minimální. Obvykle se jedná o kabel pro digitální a analogový přenos hlasu a nízkorychlostní (do 20 Kbps) datový přenos. Až do roku 1983 to byl hlavní typ kabelu pro telefonní vedení.

Kabely kategorie 3 byly standardizovány v roce 1991, kdy byly vyvinuty Telekomunikační kabeláž Standard pro komerční budovy(EIA-568), který definoval elektrické charakteristiky kabelů kategorie 3 pro frekvence do 16 MHz, podporujících vysokorychlostní síťové aplikace. Kabel kategorie 3 je určen pro přenos dat i hlasu. Rozteč drátu je přibližně 3 otáčky na stopu (30,5 cm).

Kabely kategorie 5 byly speciálně navrženy pro podporu vysokorychlostních protokolů. Jejich charakteristiky jsou určeny v rozsahu do 100 MHz. Tento kabel podporuje protokoly 100 Mbps - FDDI (s fyzickým standardem TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, stejně jako rychlejší protokoly - ATM při 155 Mbps a Gigabit Ethernet při 1000 Mbps.

Všechny UTP kabely, bez ohledu na jejich kategorii, jsou dostupné ve 4párové konfiguraci. Každý ze čtyř párů kabelů má specifickou barvu a rozteč kroucení. Obvykle jsou dva páry pro přenos dat a dva pro přenos hlasu.

Kabely se k zařízení připojují pomocí zástrček a zásuvek RJ-45, což jsou 8kolíkové konektory podobné běžným telefonním konektorům RJ-11.

Stíněné kroucené dvoulinky

Stíněný kroucený dvoulinkový kabel STP dobře chrání přenášené signály před vnějším rušením a také vyzařuje méně elektromagnetických vln směrem ven. Přítomnost uzemněného stínění zvyšuje náklady na kabel a komplikuje jeho pokládku. Stíněný kabel se používá pouze pro přenos dat.

Hlavním standardem, který definuje parametry stíněného krouceného párového kabelu, je patentovaný standard IBM. V této normě nejsou kabely rozděleny do kategorií, ale do typů: Typ I, Typ 2, ..., Typ 9.

Hlavním typem stíněného kabelu je kabel IBM Type 1. Skládá se ze 2 párů kroucených vodičů stíněných vodivým opletením, které je uzemněno. Elektrické parametry Typ kabelu Kabely 1 jsou zhruba ekvivalentní kabelu UTP kategorie 5. Kabel typu 1 má však charakteristickou impedanci 150 ohmů.

Ne všechny standardní typy kabelů IBM jsou stíněné kabely – některé specifikují vlastnosti nestíněného telefonního kabelu (typ 3) a kabelu z optických vláken (typ 5).

Optické kabely

Optické kabely se skládají z centrálního vodiče světla (jádra) - skleněného vlákna obklopeného další vrstvou skla - pláštěm s nižším indexem lomu než jádro. Paprsky světla, které se šíří jádrem, nepřekračují jeho hranice a odrážejí se od krycí vrstvy pláště. V závislosti na rozložení indexu lomu a na velikosti průměru jádra existují:

multividové vlákno se stupňovitou změnou indexu lomu (obr. 1.3a);

multividové vlákno s plynulou změnou indexu lomu (obr. 1.36);

jednovidové vlákno (obr. 1.3c).

Pojem "režim" popisuje způsob šíření světelných paprsků ve vnitřním jádru kabelu. V jednovidovém kabelu (Single Mode Fiber, SMF) používá se centrální vodič velmi malého průměru, úměrný vlnové délce světla - od 5 do 10 mikronů. V tomto případě se téměř všechny světelné paprsky šíří podél optické osy vlákna, aniž by se odrážely od vnějšího vodiče. Šířka pásma jednovidového kabelu je velmi široká – až stovky gigahertzů na kilometr. Výroba tenkých kvalitních vláken pro jednovidový kabel je složitý technologický proces, který jednovidový kabel značně prodražuje. Navíc je poměrně obtížné nasměrovat paprsek světla do vlákna o tak malém průměru, aniž by se ztratila podstatná část jeho energie.

Rýže. jeden.3 . Typy optických kabelů

PROTI multimode kabely (Multi Mode Fiber, MMF) používají se širší vnitřní jádra, která jsou technologicky jednodušší na výrobu. Standardy definují dva nejběžnější vícevidové kabely: 62,5/125 µm a 50/125 µm, kde 62,5 µm nebo 50 µm je průměr středního vodiče a 125 µm je průměr vnějšího vodiče.

U vícevidových kabelů je ve vnitřním vodiči současně několik světelných paprsků, které se odrážejí od vnějšího vodiče pod různými úhly. Úhel odrazu paprsku se nazývá modus paprsku. U vícevidových kabelů s plynulou změnou indexu lomu je způsob šíření každého vidu složitější.

Multimode kabely mají užší šířku pásma – od 500 do 800 MHz/km. K zúžení pásma dochází v důsledku ztráty světelné energie při odrazech a také v důsledku interference paprsků různých režimů.

Jako zdroje vyzařování světla v optických kabelech se používají:

· LED diody;

polovodičové lasery.

Pro jednovidové kabely se používají pouze polovodičové lasery, jelikož při tak malém průměru optického vlákna nelze světelný tok vytvářený LED směřovat do vlákna bez velkých ztrát. Pro vícerežimové kabely se používají levnější LED zářiče.

K přenosu informace se používá světlo o vlnové délce 1550 nm (1,55 mikronu), 1300 nm (1,3 mikronu) a 850 nm (0,85 mikronu). LED diody mohou vyzařovat světlo o vlnové délce 850 nm a 1300 nm. 850nm emitory jsou podstatně levnější než 1300nm emitory, ale šířka pásma kabelu pro 850nm je užší, např. 200MHz/km místo 500MHz/km.

Laserové zářiče pracují na vlnových délkách 1300 a 1550 nm. Rychlost moderních laserů umožňuje modulovat světelný tok o frekvencích 10 GHz a vyšších. Laserové zářiče vytvářejí koherentní paprsek světla, díky kterému jsou ztráty v optických vláknech menší než při použití nekoherentního paprsku LED.

Použití pouze několika vlnových délek pro přenos informací v optických vláknech je spojeno se zvláštností jejich amplitudově-frekvenčních charakteristik. Právě pro tyto diskrétní vlnové délky jsou pozorována výrazná maxima přenosu výkonu signálu, zatímco pro jiné vlnové délky je útlum ve vláknech mnohem vyšší.

Optické kabely jsou k zařízení připojeny konektory MIC, ST a SC.

Optické kabely mají vynikající vlastnosti všech typů: elektromagnetické, mechanické, ale mají jednu vážnou nevýhodu - obtížnost spojování vláken do konektorů a mezi sebou, pokud je nutné zvětšit délku kabelu. Připojení optického vlákna ke konektoru vyžaduje vysoce přesné řezání vlákna v rovině přísně kolmé k ose vlákna a také provedení spojení složitou operací lepení.