Fizična komunikacijska linija. Fizični prenos podatkov po komunikacijskih linijah

2.1. Vrste komunikacijskih vodov

Komunikacijski vod je na splošno sestavljen iz fizičnega medija, preko katerega se prenašajo električni informacijski signali, opreme za prenos podatkov in vmesne opreme. Sinonim za izraz komunikacijska linija je izraz komunikacijski kanal.

riž. 1.1. Sestava komunikacijske linije

Fizični prenosni medij

Fizični prenosni medij (medij) lahko kabel, torej niz žic, izolacijskih in zaščitnih plaščev in konektorjev, pa tudi zemeljsko ozračje ali vesolje, po katerem se širijo elektromagnetno valovanje.

Glede na medij za prenos podatkov so komunikacijske linije razdeljene na naslednje:

· Žica (zrak);

· Kabel (bakreni in optični);

Kabelske linije predstavljajo precej zapleteno zasnovo. Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več slojih izolacije: električni, elektromagnetni, mehanski in morda klimatski. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki vam omogočajo hitro povezavo z različno opremo. Obstajajo tri glavne vrste kablov, ki se uporabljajo v računalniških omrežjih: bakreni kabli z sukanimi pari, koaksialni bakreni kabli in kabli iz optičnih vlaken.

Imenuje se sukani par žic sukani par... Sukani par na voljo v zaščiteni izvedbi (Zaščiten sukani par, STP), ko je par bakrenih žic ovit v izolacijski ščit in neoklopljen (Neoklopljeni sukani par, UTP) ko izolacijski ovoj manjka. Zvijanje žic zmanjša učinek zunanjega hrupa na želene signale, ki se prenašajo po kablu. Optična vlakna sestoji iz tankih (5-60 mikronov) vlaken, skozi katera se širijo svetlobni signali. To je najkakovostnejši tip kabla - zagotavlja prenos podatkov z zelo visoko hitrostjo (do 10 Gbit / s in več) in poleg tega boljši od drugih vrst prenosnega medija zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami.

Radijski kanali za prizemne in satelitske komunikacije ki ga tvorita oddajnik in sprejemnik radijskih valov. Obstaja veliko različnih vrst radijskih kanalov, ki se razlikujejo tako v uporabljenem frekvenčnem območju kot v območju kanalov. Območja kratkih, srednjih in dolgih valovnih dolžin (KB, MW in LW), imenovana tudi amplitudna modulacija (AM) po metodi modulacije signala, ki jo uporabljajo, zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizko hitrostjo prenosa podatkov. Več hitrih kanalov deluje v ultrakratkih valovnih (VHF) pasovih, za katere je značilna frekvenčna modulacija (Frequency Modulation, FM), pa tudi v mikrovalovnih pasovih (mikrovalovni ali mikrovalovni).

V računalniških omrežjih se danes uporabljajo skoraj vse opisane vrste fizičnih medijev za prenos podatkov, najbolj obetavni pa so optični. Priljubljen medij je tudi sukani par, za katerega je značilno odlično razmerje med kakovostjo in ceno ter enostavna namestitev. Satelitski kanali in radijske komunikacije se najpogosteje uporabljajo v primerih, ko kabelske komunikacije ni mogoče uporabiti.

2.2. Značilnosti komunikacijske linije

Glavne značilnosti komunikacijskih linij so:

· Amplitudno-frekvenčna karakteristika;

· pasovna širina;

oslabitev;

· Odpornost proti hrupu;

· Preslušavanje na bližnjem koncu linije;

· Pasovna širina;

· Zanesljivost prenosa podatkov;

· Cena enote.

Prvič, oblikovalca računalniškega omrežja zanimata prepustnost in zanesljivost prenosa podatkov, saj te lastnosti neposredno vplivajo na zmogljivost in zanesljivost ustvarjenega omrežja. Pasovna širina in zvestoba sta značilnosti tako komunikacijske povezave kot načina prenosa podatkov. Če je torej način (protokol) prenosa že definiran, so te značilnosti tudi znane. Vendar pa ni mogoče govoriti o pasovni širini komunikacijske linije, preden je zanjo definiran protokol fizične ravni. Prav v takih primerih, ko je treba določiti najustreznejši od obstoječih protokolov, postanejo pomembne preostale značilnosti linije, kot so pasovna širina, preslušavanje, odpornost proti hrupu in druge značilnosti. Za določitev značilnosti komunikacijske povezave se pogosto uporablja analiza njenih reakcij na nekatere referenčne vplive.

Spektralna analiza signalov na komunikacijskih linijah

Iz teorije harmonične analize je znano, da je vsak periodični proces mogoče predstaviti kot neskončno število sinusnih komponent, ki jih imenujemo harmonike, množica vseh harmonikov pa se imenuje spektralna razgradnja izvirnega signala. Neperiodične signale lahko predstavimo kot integral sinusnih signalov z neprekinjenim spektrom frekvenc.

Tehnika za iskanje spektra katerega koli izvornega signala je dobro znana. Za nekatere signale, ki so analitično dobro opisani, se spekter zlahka izračuna na podlagi Fourierovih formul. Za poljubne valovne oblike, ki jih srečamo v praksi, lahko spekter najdemo s posebnimi instrumenti - spektralnimi analizatorji, ki merijo spekter realnega signala in prikazujejo amplitude komponentnih harmonikov. Popačenje sinusoide katere koli frekvence s strani oddajnega kanala na koncu vodi do popačenja oddanega signala katere koli oblike, še posebej, če sinusoidi različnih frekvenc niso enako popačeni. Pri prenosu impulznih signalov, značilnih za računalniška omrežja, se nizkofrekvenčne in visokofrekvenčne harmonike popačijo, zaradi česar fronte impulza izgubijo pravokotno obliko. Posledično signalov na sprejemnem koncu linije morda ne bo mogoče zlahka prepoznati.

Komunikacijska linija izkrivlja posredovane signale zaradi dejstva, da se njeni fizični parametri razlikujejo od idealnih. Tako na primer bakrene žice vedno predstavljajo neko kombinacijo aktivnega upora, kapacitivne in induktivne obremenitve, razporejene po dolžini. Posledično bo imela linija za sinusoide različnih frekvenc različno impedanco, kar pomeni, da se bodo prenašale na različne načine. Optični kabel ima tudi prednapetosti, ki preprečujejo popolno širjenje svetlobe. Če komunikacijska linija vključuje vmesno opremo, lahko povzroči tudi dodatna popačenja, saj je nemogoče ustvariti naprave, ki bi enako dobro prenašale celoten spekter sinusoidov, od nič do neskončnosti.

Poleg popačenj signala, ki jih povzročajo notranji fizični parametri komunikacijske linije, obstajajo tudi zunanje motnje, ki prispevajo k popačenju oblike signala na linijskem izhodu. Te motnje ustvarjajo različni elektromotorji, elektronske naprave, atmosferski pojavi itd. Kljub zaščitnim ukrepom, ki so jih sprejeli projektanti kablov in ojačevalno-stikalne opreme, ni mogoče popolnoma nadomestiti vpliva zunanjih motenj. Zato imajo signali na izhodu komunikacijske linije običajno zapleteno obliko, po kateri je včasih težko razumeti, katere diskretne informacije so bile dostavljene na vhod linije.

Stopnja popačenja sinusnih signalov s komunikacijskimi linijami se oceni z uporabo značilnosti, kot so frekvenčni odziv, pasovna širina in dušenje pri določeni frekvenci.

Frekvenčni odziv

Frekvenčni odziv prikazuje, kako je amplituda sinusoida na izhodu komunikacijske linije oslabljena v primerjavi z amplitudo na njenem vhodu za vse možne frekvence oddanega signala. Namesto amplitude v tej karakteristiki se pogosto uporablja parameter signala, kot je njegova moč. Poznavanje frekvenčnega odziva resnične linije vam omogoča, da določite obliko izhodnega signala za skoraj vsak vhodni signal. Za to je treba najti spekter vhodnega signala, preoblikovati amplitudo njegovih sestavnih harmonik v skladu z amplitudno-frekvenčno karakteristiko in nato poiskati obliko izhodnega signala z dodajanjem transformiranih harmonikov.

Kljub popolnosti informacij, ki jih zagotavlja amplitudno-frekvenčna značilnost o komunikacijski liniji, je njena uporaba zapletena zaradi dejstva, da jo je zelo težko pridobiti. Zato se v praksi namesto amplitudno-frekvenčne karakteristike uporabljajo druge, poenostavljene značilnosti - pasovna širina in dušenje.

Pasovna širina

Pasovna širina je neprekinjeno frekvenčno območje, pri katerem razmerje amplitude izhodnega signala in vhodnega signala presega neko vnaprej določeno mejo, običajno 0,5. To pomeni, da pasovna širina določa frekvenčno območje sinusoidnega signala, pri katerem se ta signal prenaša po komunikacijski liniji brez bistvenega popačenja. Poznavanje pasovne širine vam omogoča, da z določeno stopnjo približevanja dobite enak rezultat kot poznavanje frekvenčnega odziva. Premer pasovna širina ima največji vpliv na največjo možno hitrost prenosa informacij po komunikacijski liniji.

Oslabitev

Oslabitev je definiran kot relativno zmanjšanje amplitude ali moči signala, ko se signal določene frekvence prenaša preko signalne linije. Tako je dušenje ena točka od frekvenčnega odziva črte. Dušenje A se običajno meri v decibelih (dB, decibel - dB) in se izračuna po naslednji formuli:

A = 10 log10 Pout / Pin,

kjer je Pout moč signala na linijskem izhodu,
Рвх - moč signala na linijskem vhodu.

Ker je moč izhodnega signala kabla brez vmesnih ojačevalcev vedno manjša od moči vhodnega signala, je slabljenje kabla vedno negativno.

Absolutno raven moči meri se tudi v decibelih. V tem primeru se za osnovno vrednost moči signala vzame vrednost 1 mW, glede na katero se meri trenutna moč. Tako se raven moči p izračuna po naslednji formuli:

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

kjer je P moč signala v milivatih,
dBm (dBm) je merska enota nivoja moči (decibel na 1 mW).

Tako so frekvenčni odziv, pasovna širina in dušenje univerzalne značilnosti, poznavanje le-teh pa nam omogoča sklepanje, kako se bodo signali katere koli oblike prenašali po komunikacijski liniji.

Pasovna širina je odvisna od vrste linije in njene dolžine. Na sl. 1.1 prikazuje pasovno širino komunikacijskih vodov različnih vrst, pa tudi najpogosteje uporabljena frekvenčna območja v komunikacijski tehnologiji.

riž. 1.1. Komunikacijske pasovne širine in priljubljeni frekvenčni pasovi

Kapaciteta linije

Pretok linija označuje največjo možno hitrost prenosa podatkov po komunikacijski liniji. Pretok se meri v bitih na sekundo - bps in tudi v izpeljanih enotah, kot so kilobiti na sekundo (Kbps), megabiti na sekundo (Mbps), gigabiti na sekundo (Gbps) itd.

Prepustnost komunikacijske linije ni odvisna le od njenih značilnosti, kot je frekvenčni odziv, ampak tudi od spektra oddanih signalov. Če pomembni harmoniki signala padejo v pasovno širino linije, bo tak signal ta komunikacijski vod dobro prenašal in bo sprejemnik lahko pravilno prepoznal informacije, ki jih po liniji pošlje oddajnik (slika 1.2a). Če pomembne harmonike presežejo pasovno širino komunikacijske linije, bo signal bistveno popačen, sprejemnik bo delal napake pri prepoznavanju informacij, kar pomeni, da informacije ne bo mogoče prenašati z dano pasovno širino (slika 1.2b) .

riž. 1.2. Korespondenca med pasovno širino komunikacijske linije in spektrom signala

Izbira metode za predstavitev diskretnih informacij v obliki signalov, ki se dovajajo v komunikacijsko linijo, se imenuje fizično oz linijsko kodiranje... Spekter signalov in s tem tudi pasovna širina linije je odvisna od izbrane metode kodiranja. Tako ima lahko linija za eno metodo kodiranja eno pasovno širino, za drugo pa drugo.

Večina metod kodiranja uporablja spremembo nekega parametra periodičnega signala - frekvence, amplitude in faze sinusoida ali znaka potenciala zaporedja impulzov. Imenuje se periodični signal, katerega parametri se spreminjajo nosilni signal oz nosilna frekvencače se kot tak signal uporabi sinusoid.

Število sprememb informacijskega parametra nosilnega periodičnega signala na sekundo se meri v baud... Časovno obdobje med sosednjimi spremembami informacijskega signala se imenuje cikel oddajnika. Pasovna širina linije v bitih na sekundo na splošno ni enaka baudu. Lahko je višje ali nižje od baudnega števila, to razmerje pa je odvisno od metode kodiranja.

Če ima signal več kot dve različni stanji, bo prepustnost v bitih na sekundo višja od hitrosti prenosa. Na primer, če sta informacijska parametra faza in amplituda sinusoide in obstajajo 4 fazna stanja pri 0,90, 180 in 270 stopinjah ter dve vrednosti amplitude signala, ima lahko informacijski signal 8 razločljivih stanj. V tem primeru modem, ki deluje s hitrostjo 2400 baud (s taktno hitrostjo 2400 Hz), prenaša informacije s hitrostjo 7200 bps, saj se z eno spremembo signala prenesejo 3 biti informacij.

Na prepustnost linije ne vpliva le fizično, ampak tudi logično kodiranje. Logično kodiranje se izvede pred fizičnim kodiranjem in pomeni zamenjavo bitov prvotne informacije z novim zaporedjem bitov, ki nosijo enake informacije, vendar imajo dodatne lastnosti, na primer sposobnost prejemne strani, da zazna napake v prejetih podatkih. Pri logičnem kodiranju se najpogosteje izvirno zaporedje bitov nadomesti z daljšim zaporedjem, zato se pasovna širina kanala glede na uporabne informacije zmanjša.

Razmerje med pasovno širino linije in njeno pasovno širino

Višja kot je frekvenca periodičnega signala nosilca, več informacij na enoto časa se prenese po liniji in večja je zmogljivost linije s fiksno fizično metodo kodiranja. Toda s povečanjem frekvence periodičnega nosilnega signala se poveča tudi širina spektra tega signala, kar bo skupaj dalo signalno zaporedje, izbrano za fizično kodiranje. Linija prenaša ta spekter sinusoidov s tistimi popačenji, ki jih določa njena pasovna širina. Večje kot je neskladje med pasovno širino linije in pasovno širino posredovanih informacijskih signalov, bolj so signali popačeni in večja je verjetnost napak pri prepoznavanju informacij s strani prejemnice, kar pomeni, da je hitrost prenosa informacij dejansko manjša. kot bi človek pričakoval.

Razmerje med pasovno širino linije in njeno največja možna pasovna širina, ne glede na sprejeto fizično metodo kodiranja, je Claude Shannon ugotovil:

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

kjer je C največja pasovna širina linije v bitih na sekundo,
F je pasovna širina linije v hercih,
Рс - moč signala,
Psh je moč hrupa.

Kapaciteta linije je mogoče povečati s povečanjem moči oddajnika ali zmanjšanjem moči hrupa (motenja) na komunikacijski liniji. Obe komponenti je zelo težko spremeniti. Povečanje moči oddajnika povzroči znatno povečanje njegove velikosti in stroškov. Zmanjšanje ravni hrupa zahteva uporabo posebnih kablov z dobro zaščito, kar je zelo drago, pa tudi zmanjšanje hrupa v oddajniku in vmesni opremi, kar pa ni enostavno doseči. Poleg tega je vpliv moči uporabnega signala in šuma na prepustnost omejen z logaritemsko odvisnostjo, ki ne raste tako hitro kot neposredno sorazmerna.

Bistveno blizu Shanonovi formuli je naslednje razmerje, ki ga je dobil Nyquist, ki določa tudi največjo možno pasovno širino komunikacijske linije, vendar brez upoštevanja šuma na liniji:

C = 2F log2 M,

kjer je M število razločljivih stanj informacijskega parametra.

Čeprav Nyquistova formula ne upošteva eksplicitno prisotnosti šuma, se njen vpliv posredno odraža v izbiri števila stanj informacijskega signala. Število možnih stanj signala je dejansko omejeno z razmerjem med močjo signala in šumom, Nyquistova formula pa določa največjo hitrost prenosa podatkov v primeru, ko je število stanj že izbrano ob upoštevanju zmožnosti stabilnega prepoznavanja s strani sprejemnik.

Zgornja razmerja dajejo mejno vrednost za zmogljivost linije, stopnja, do katere se približa tej meji, pa je odvisna od posebnih fizičnih metod kodiranja, obravnavanih spodaj.

Linijska imunost

Linijska imunost določa njegovo sposobnost zmanjšanja stopnje motenj, ki nastanejo v zunanjem okolju, na notranjih vodnikih. Odpornost linije je odvisna od vrste uporabljenega fizičnega medija, pa tudi od zaščitnih in dušilnih sredstev same linije.

Near End Cross Talk (NASLEDNJI) določi odpornost kabla na notranje vire motenj, ko elektromagnetno polje signala, ki ga oddaja izhod oddajnika vzdolž enega para vodnikov, povzroči interferenčni signal na drugem paru prevodnikov. Če je sprejemnik priključen na drugi par, lahko inducirane notranje motnje vzame kot koristen signal. Indeks NEXT, izražen v decibelih, je enak 10 log Pout / Pnav, kjer je Pout moč izhodnega signala, Pnav je moč induciranega signala. Nižja kot je vrednost NEXT, boljši je kabel.

Zaradi dejstva, da se v nekaterih novih tehnologijah prenos podatkov uporablja hkrati prek več sukanih parov, se je indikator pred kratkim začel uporabljati PowerSUM, ki je modifikacija indikatorja NEXT. Ta številka odraža skupno moč preslušavanja vseh oddajnih parov v kablu.

Zanesljivost prenosa podatkov

Zanesljivost prenosa podatkov označuje verjetnost popačenja za vsak preneseni podatkovni bit. Včasih se imenuje isti indikator stopnja bitne napake (BER)... Vrednost BER za komunikacijske kanale brez dodatnih sredstev za zaščito pred napakami je praviloma 1, v optičnih komunikacijskih linijah - 10-9. Vrednost zanesljivosti prenosa podatkov, na primer, v 10-4 kaže, da je v povprečju od 10.000 bitov vrednost enega bita popačena.

Bitno popačenje nastane tako zaradi prisotnosti šuma na liniji kot zaradi popačenja valovne oblike zaradi omejene pasovne širine linije. Zato je za povečanje zanesljivosti prenesenih podatkov potrebno povečati stopnjo odpornosti proti hrupu linije, zmanjšati raven preslušavanja v kablu in uporabiti tudi več širokopasovnih komunikacijskih linij.

2.3. Standardi omrežnih kablov

Kabel je precej zapleten izdelek, sestavljen iz prevodnikov, zaščitnih plasti in izolacije. V nekaterih primerih kabel vključuje konektorje, ki povezujejo kable z opremo. Poleg tega se za zagotovitev hitrega preklapljanja kablov in opreme uporabljajo različne elektromehanske naprave, imenovane prečni prerezi, prečne škatle ali omare. V računalniških omrežjih se uporabljajo kabli, ki ustrezajo določenim standardom, kar omogoča izgradnjo kabelskega omrežja iz kablov in povezovalnih naprav različnih proizvajalcev. Za standardizacijo kablov je bil sprejet pristop, neodvisen od protokola. To pomeni, da standard določa le električne, optične in mehanske lastnosti, ki jih mora izpolnjevati določena vrsta kabla ali povezovalnega izdelka.

Kabelski standardi določajo številne značilnosti, od katerih so najpomembnejše navedene spodaj.

· Oslabitev... Dušenje se meri v decibelih na meter za določeno frekvenco ali frekvenčno območje signala.

· Near End Cross Talk (NASLEDNJI)... Merjeno v decibelih za določeno frekvenco signala.

· Impedanca (karakteristična impedanca) je skupni (aktivni in reaktivni) upor v električnem tokokrogu. Impedanca se meri v ohmih in je za kabelske sisteme relativno konstantna.

· Aktivna odpornost je upor proti enosmernemu toku v električnem tokokrogu. Za razliko od impedance je upor neodvisen od frekvence in se povečuje z dolžino kabla.

· Zmogljivost je lastnost kovinskih prevodnikov, da hranijo energijo. Dva električna vodnika v kablu, ločena z dielektrikom, sta kondenzator, ki lahko shrani naboj. Zmogljivost je nezaželena.

· Zunanje elektromagnetno sevanje ali električni šum... Električni šum je neželena izmenična napetost v prevodniku. Obstajata dve vrsti električnega hrupa: hrup v ozadju in impulzni šum. Električni šum se meri v milivoltih.

· Premer prevodnika ali površina prečnega prereza... Za bakrene prevodnike je precej pogost ameriški sistem AWG (American Wire Gauge), ki uvaja nekatere običajne vrste prevodnikov, na primer 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Večja kot je številka vrste žice, manjši je njen premer.

Poudarek trenutnih standardov je na sukanih parih in kablih iz optičnih vlaken.

Neoklopljeni kabli z zvitimi pari

UTP bakreni neoklopljeni kabel je glede na električne in mehanske lastnosti razdeljen na 5 kategorij (kategorija 1 - kategorija 5). Spodaj so obravnavane najpogosteje uporabljene kategorije.

Kabli 1. kategorija se uporabljajo tam, kjer so zahteve za hitrost prenosa minimalne. Običajno je to kabel za digitalni in analogni prenos govora in nizke hitrosti (do 20 Kbps). Do leta 1983 je bil glavni tip kabla za telefonsko ožičenje.

Kabli 3. kategorija so bili standardizirani leta 1991, ko so Standard telekomunikacijskih kablov za poslovne zgradbe(EIA-568), ki je opredelil električne značilnosti kablov kategorije 3 za frekvence do 16 MHz, ki podpirajo aplikacije za visoke hitrosti. Kabel kategorije 3 je zasnovan tako za prenos podatkov kot za prenos govora. Nagib žice je približno 3 obrate na nogo (30,5 cm).

Kabli Kategorija 5 so bili posebej zasnovani za podporo protokolom visoke hitrosti. Njihove značilnosti so določene v območju do 100 MHz. Ta kabel poganja protokole s hitrostjo prenosa podatkov 100 Mbit / s - FDDI (s fizičnim standardom TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, pa tudi hitrejše protokole - ATM s hitrostjo 155 Mbit / s in Gigabitni Ethernet s hitrostjo 1000 Mbps.

Vsi UTP kabli, ne glede na njihovo kategorijo, so na voljo v 4-parni izvedbi. Vsak od štirih parov kablov ima določeno barvo in višino. Običajno sta dva para za prenos podatkov in dva za prenos govora.

Vtiči in vtičnice RJ-45 se uporabljajo za priključitev kablov na opremo, ki so 8-polni konektorji, podobni običajnim telefonskim konektorjem RJ-11.

Oklopljeni kabli z zvitimi pari

Oklopljeni sukani par STP dobro ščiti oddane signale pred zunanjimi motnjami, poleg tega pa oddaja manj elektromagnetnih valov zunaj. Prisotnost ozemljenega ščita poveča stroške kabla in oteži njegovo namestitev. Oklopljeni kabel se uporablja samo za prenos podatkov.

Glavni standard, ki opredeljuje parametre zaščitenega sukanega para, je lastniški standard IBM. V tem standardu kabli niso razdeljeni na kategorije, ampak na tipe: Tip I, Tip 2, ..., Tip 9.

Glavna vrsta zaščitenega kabla je kabel IBM tipa 1. Sestavljen je iz 2 para zvitih žic, oklopljenih s prevodno pletenico, ki je ozemljena. Električni parametri kabla tipa 1 so približno enaki kot pri kablu UTP kategorije 5. Vendar je značilna impedanca kabla tipa 1 150 ohmov.

Niso vse vrste IBM-ovih standardnih kablov oklopljeni kabli – nekateri opredeljujejo značilnosti nezaščitenih telefonskih kablov (tip 3) in optičnih kablov (tip 5).

Kabli iz optičnih vlaken

Optični kabli so sestavljeni iz osrednjega prevodnika svetlobe (jedra) – steklenega vlakna, obdanega z drugo plastjo stekla – obloge, ki ima nižji lomni količnik kot jedro. Svetlobni žarki, ki se širijo vzdolž jedra, ne presegajo njegovih meja in se odbijajo od pokrivne plasti lupine. Glede na porazdelitev lomnega količnika in velikost premera jedra so:

· Večmodno vlakno s stopenjsko spremembo lomnega količnika (slika 1.3a);

· Večmodno vlakno z gladko spremembo lomnega količnika (slika 1.36);

· Enomodno vlakno (slika 1.3c).

Izraz "način" opisuje način širjenja svetlobnih žarkov v notranjem jedru kabla. Enomodno vlakno (SMF) uporablja se sredinski prevodnik zelo majhnega premera, sorazmernega z valovno dolžino svetlobe - od 5 do 10 mikronov. V tem primeru se skoraj vsi svetlobni žarki širijo vzdolž optične osi vlakna, ne da bi se odbili od zunanjega prevodnika. Pasovna širina enomodnega kabla je zelo široka - do sto gigahercev na kilometer. Izdelava tankih, visokokakovostnih vlaken za enomodni kabel je zapleten tehnološki proces, zaradi česar je enomodni kabel precej drag. Poleg tega je precej težko usmeriti svetlobni žarek v vlakno tako majhnega premera, ne da bi pri tem izgubili pomemben del njegove energije.

riž. 1.3 . Vrste optičnih kablov

V večmodni kabli (Multi Mode Fiber, MMF) uporabljajo se širša notranja jedra, ki jih je tehnološko lažje izdelati. Standardi opredeljujejo dva najpogostejša večmodna kabla: 62,5 / 125 µm in 50/125 µm, kjer je 62,5 µm ali 50 µm premer osrednjega vodnika in 125 µm premer zunanjega vodnika.

V večmodnih kablih obstaja več svetlobnih žarkov hkrati v notranjem prevodniku, ki se odbija od zunanjega prevodnika pod različnimi koti. Odbojni kot žarka se imenuje način žarka. V večmodnih kablih z gladko spremembo lomnega količnika je način širjenja vsakega načina bolj zapleten.

Večmodni kabli imajo ožjo pasovno širino - od 500 do 800 MHz / km. Zoženje pasu nastane zaradi izgube svetlobne energije med odboji, pa tudi zaradi interference žarkov različnih načinov.

Kot viri svetlobe v optičnih kablih se uporabljajo naslednji viri:

· LED diode;

· Polprevodniški laserji.

Za enomodne kable se uporabljajo samo polprevodniški laserji, saj pri tako majhnem premeru optičnega vlakna svetlobnega toka, ki ga ustvari LED, ni mogoče usmeriti v vlakno brez velikih izgub. Za večmodne kable se uporabljajo cenejši LED oddajniki.

Za prenos informacij se uporablja svetloba z valovno dolžino 1550 nm (1,55 mikrona), 1300 nm (1,3 mikrona) in 850 nm (0,85 mikrona). LED diode lahko oddajajo svetlobo z valovnimi dolžinami 850 nm in 1300 nm. Oddajniki z valovno dolžino 850 nm so bistveno cenejši od oddajnikov z valovno dolžino 1300 nm, vendar je pasovna širina kabla za 850 nm ožja, na primer 200 MHz / km namesto 500 MHz / km.

Laserski oddajniki delujejo na valovnih dolžinah 1300 in 1550 nm. Hitrost sodobnih laserjev omogoča moduliranje svetlobnega toka pri frekvencah 10 GHz in več. Laserski oddajniki ustvarjajo koherenten svetlobni tok, zaradi katerega izgube v optičnih vlaknih postanejo manjše kot pri uporabi nekoherentnega LED toka.

Uporaba le nekaj valovnih dolžin za prenos informacij v optičnih vlaknih je povezana s posebnostjo njihovih amplitudno-frekvenčnih značilnosti. Za te diskretne valovne dolžine opazimo izrazite maksimume prenosa moči signala, pri drugih valovih pa je slabljenje v vlaknih bistveno večje.

Optični kabli so povezani z opremo s priključki MIC, ST in SC.

Optični kabli imajo odlične lastnosti vseh vrst: elektromagnetne, mehanske, vendar imajo eno resno pomanjkljivost - zapletenost povezovanja vlaken s konektorji in med seboj, če je potrebno povečati dolžino kabla. Pritrditev optičnega vlakna na konektor zahteva visoko natančno rezanje vlakna v ravnini, ki je strogo pravokotna na os vlakna, pa tudi izvedbo povezave s kompleksno operacijo lepljenja.

V sprejemni napravi se sekundarni signali pretvorijo nazaj v sporočilne signale v obliki zvočnih, optičnih ali besedilnih informacij.

Etimologija

Beseda "telekomunikacija" izhaja iz nove lat. elektrika in drugi grški. ἤλεκτρον (elektr, bleščeča kovina; jantar) in glagol "plesti". Sinonim je beseda "telekomunikacija" (iz francoskega télécommunication), ki se uporablja v angleško govorečih državah. Beseda telekomunikacije, pa prihaja iz grščine tele-(τηλε-) - "oddaljeno" in iz lat. communicatio - sporočilo, prenos (iz latinščine communico - naredim splošno), torej pomen te besede vključuje tudi neelektrične vrste prenosa informacij (z uporabo optičnega telegrafa, zvokov, ognja na stražnih stolpih, pošte).

Telekomunikacijska klasifikacija

Telekomunikacije so predmet študija znanstvene discipline teorija električnih komunikacij.

Po vrsti prenosa informacij so vsi sodobni telekomunikacijski sistemi konvencionalno razvrščeni v tiste, ki so namenjeni prenosu zvoka, videa, besedila.

Glede na namen sporočil se lahko vrste telekomunikacij kvalificirajo za prenos informacij individualne in množične narave.

Glede na časovne parametre lahko delujejo vrste telekomunikacij v realnem času bodisi izvajanje zamuda pri dostavi sporočil.

Glavni primarni signali telekomunikacij so: telefon, oddajanje zvoka, faks, televizija, telegraf, prenos podatkov.

Vrste komunikacije

  • Kabelski vodi - za prenos se uporabljajo električni signali;
  • Radijska komunikacija - za prenos se uporabljajo radijski valovi;
    • DV-, SV-, HF- in VHF-komunikacija brez uporabe repetitorjev
    • Satelitske komunikacije - komunikacije z uporabo vesoljskih repetitorjev
    • Radijsko relejna komunikacija - komunikacija z uporabo prizemnih repetitorjev
    • Celične komunikacije - radijske relejne komunikacije z uporabo omrežja zemeljskih baznih postaj
  • Optična komunikacija – za prenos se uporabljajo svetlobni valovi.

Glede na inženirski način organizacije so komunikacijske linije razdeljene na:

  • satelit;
  • zrak;
  • kopenski;
  • pod vodo;
  • podzemlje.
  • Analogna komunikacija je neprekinjen prenos signala.
  • Digitalna komunikacija je prenos informacij v diskretni obliki (digitalna oblika). Digitalni signal je po svoji fizični naravi analogen, vendar je informacija, ki se prenaša z njegovo pomočjo, določena s končnim naborom nivojev signala. Za obdelavo digitalnega signala se uporabljajo numerične metode.

Signal

Na splošno komunikacijski sistem vključuje:

  • terminalska oprema: terminalska oprema, terminalska naprava (terminal), terminalska naprava, vir in prejemnik sporočila;
  • naprave za pretvorbo signala(OOI) na obeh koncih črte.

Terminalna oprema omogoča primarno obdelavo sporočila in signala, pretvorbo sporočil iz oblike, v kateri jih posreduje vir (govor, slika itd.) v signal (na strani vira, pošiljatelja) in obratno. (na strani sprejemnika), ojačanje itd. NS.

Naprave za pretvorbo signala lahko zaščitijo signal pred popačenjem, oblikujejo kanal(e), ujemajo skupinski signal (signal več kanalov) s črto na strani vira, obnovijo skupinski signal iz mešanice uporabnega signala in motenj, delijo v posamezne kanale, odkrivanje in popravljanje napak na strani prejemnika. Modulacija se uporablja za oblikovanje skupinskega signala in ujemanje s črto.

Komunikacijski vod lahko vsebuje naprave za kondicioniranje signala, kot so ojačevalniki in regeneratorji. Ojačevalnik preprosto ojača signal skupaj z motnjami in ga prenaša naprej, uporablja se v analogni prenosni sistemi(ASP). Regenerator ("ponovni sprejemnik") - izvaja obnovitev signala brez motenj in preoblikovanja linearnega signala, se uporablja v digitalni prenosni sistemi(DSP). Točke ojačanja/regeneracije so uporabne in neopravljive (OUP, NUP, ORP in NRP).

V DSP se terminalska oprema imenuje DTE (Data Terminal Equipment, DTE), MTP se imenuje DCE ( oprema za zaključevanje podatkovnih povezav ali linijsko terminalsko opremo, DCE). Na primer, v računalniških omrežjih vlogo DTE igra računalnik, DCE pa je modem.

Standardizacija

V svetu komunikacij so standardi izjemno pomembni, saj mora biti komunikacijska oprema sposobna komunicirati med seboj. Obstaja več mednarodnih organizacij, ki objavljajo komunikacijske standarde. Med njimi:

  • Mednarodna telekomunikacijska zveza (angl. Mednarodna telekomunikacijska zveza, ITU) je ena od agencij ZN.
  • (angl. Inštitut inženirjev elektrotehnike in elektronike, IEEE).
  • Posebna komisija za razvoj interneta (inž. Projektna skupina za internetni inženiring, IETF).

Poleg tega standarde pogosto (običajno de facto) določajo vodilni v industriji telekomunikacijske opreme.

Podobni pristopi so uporabni za kodiranje podatkov in njihov prenos med dvema računalnikoma po komunikacijskih linijah. Vendar se te komunikacijske linije po svojih značilnostih razlikujejo od linij znotraj računalnika. Glavna razlika med zunanjimi komunikacijskimi linijami in notranjimi je njihova veliko večja dolžina in tudi dejstvo, da potekajo izven oklopljenega ohišja skozi prostore, ki so pogosto izpostavljeni močnim elektromagnetnim motnjam.


Delite svoje delo na družbenih omrežjih

Če vam to delo ni ustrezalo, je na dnu strani seznam podobnih del. Uporabite lahko tudi gumb za iskanje


Fizični prenos podatkov po komunikacijskih linijah

Tudi če upoštevamo najpreprostejše omrežje samo dveh strojev, je mogoče ugotoviti številne težave, povezane s fizičnim prenosom signalov po komunikacijskih linijah.

Kodiranje

V računalništvu se za predstavitev podatkov uporablja binarna koda. V računalniku enote in ničle podatkov ustrezajo diskretnim električnim signalom.

Predstavitev podatkov v obliki električnih ali optičnih satelitov se imenuje kodiranje. ....

Obstajajo različni načini kodiranja binarnih števk, na primer potencialni način, pri katerem ena napetostna raven ustreza eni, druga napetostna raven pa nič, ali impulzni način, ko se za predstavitev števk uporabljajo impulzi različnih polarnosti.

Podobni pristopi so uporabni za kodiranje podatkov in njihov prenos med dvema računalnikoma po komunikacijskih linijah. Vendar se te komunikacijske linije po svojih značilnostih razlikujejo od linij znotraj računalnika. Glavna razlika med zunanjimi in notranjimi komunikacijskimi linijami je v tem, da so veliko daljši in da potekajo izven zaščitenega ohišja skozi prostore, ki so pogosto izpostavljeni močnim elektromagnetnim motnjam. Vse to vodi do bistveno večjih popačenj pravokotnih impulzov (na primer "premaganje" front) kot v notranjosti računalnika. Zato za zanesljivo prepoznavanje impulzov na sprejemnem koncu komunikacijske linije pri prenosu podatkov znotraj in izven računalnika ni vedno mogoče uporabiti enakih hitrosti in metod kodiranja. Na primer, počasen dvig impulznega roba zaradi visoke kapacitivne obremenitve linije zahteva, da se impulzi prenašajo z nižjo hitrostjo (tako da se sprednji in zadnji rob sosednjih impulzov ne prekrivata in ima impulz čas, da se "zrasti" na zahtevano raven).

V računalniških omrežjih se uporablja tako potencialno kot impulzno kodiranje diskretnih podatkov ter poseben način predstavitve podatkov, ki se nikoli ne uporablja znotraj računalnika – modulacija (slika 2.6). Pri modulaciji so diskretne informacije predstavljene s sinusnim signalom frekvence, ki jo razpoložljiva komunikacijska linija dobro prenaša.

Potencialno ali impulzno kodiranje se uporablja na visokokakovostnih kanalih, modulacija, ki temelji na sinusnih signalih, pa je prednostna, kadar kanal vnaša močna popačenja v oddanih signalih. Na primer, modulacija se uporablja v širokih omrežjih za prenos podatkov prek analognih telefonskih vezij, ki so bila zasnovana za prenos govora v analogni obliki in so zato slabo primerna za neposreden prenos impulzov.

Na način prenosa signala vpliva tudi število žic v komunikacijskih linijah med računalniki. Da bi zmanjšali stroške komunikacijskih vodov, si omrežja običajno prizadevajo zmanjšati število žic in zaradi tega ne uporabljajo vzporednega prenosa vseh bitov enega ali celo več bajtov, kot se to naredi znotraj računalnika, temveč serijski bit prenos, ki zahteva samo en par žic.

Druga težava, ki jo je treba rešiti pri prenosu signalov, je problem medsebojne sinhronizacije oddajnika enega računalnika s sprejemnikom drugega. Pri organizaciji interakcije modulov znotraj računalnika je ta problem rešen zelo preprosto, saj so v tem primeru vsi moduli sinhronizirani iz skupnega generatorja ure. Problem sinhronizacije pri komunikaciji računalnikov je mogoče rešiti na različne načine, tako z izmenjavo posebnih taktnih impulzov na ločeni liniji, kot tudi s periodično sinhronizacijo z vnaprej določenimi kodami ali impulzi značilne oblike, ki se razlikuje od oblike podatkovnih impulzov.

Kljub sprejetim ukrepom (izbira ustrezne hitrosti izmenjave podatkov, komunikacijske linije z določenimi lastnostmi, način sinhronizacije sprejemnika in oddajnika) obstaja možnost popačenja nekaterih bitov prenesenih podatkov. Za povečanje zanesljivosti prenosa podatkov med računalniki se pogosto uporablja standardna tehnika - izračun kontrolne vsote in prenos po komunikacijskih linijah po vsakem bajtu ali po določenem bloku bajtov. Pogosto je v protokol izmenjave podatkov kot obvezen element vključen tudi signal o prejemu, ki potrjuje pravilnost sprejema podatkov in se pošlje od prejemnika do pošiljatelja.

Značilnosti fizičnega kanala

Obstaja veliko značilnosti, povezanih s prenosom prometa po fizičnih kanalih. Seznanili se bomo s tistimi, ki nam bodo v bližnji prihodnosti potrebni.

Je podatkovni tok, ki prihaja od uporabnika do omrežnega vhoda. Predlagano obremenitev je mogoče označiti s hitrostjo vnosa podatkov v omrežje - v bitih na sekundo (ali kilobitih, megabitih itd.).

Hitrost prenosa(informacijska stopnja ali pretok, oba angleška izraza se uporabljata zamenljivo) je dejanska hitrost podatkovnega toka, ki poteka skozi omrežje. Ta hitrost je lahko manjša od predlagane hitrosti nalaganja, saj se lahko podatki v omrežju poškodujejo ali izgubijo.

Zmogljivost komunikacijskega kanala (kapaciteta), imenovana tudi pasovna širina, predstavlja največjo možno hitrost prenosa podatkov po kanalu.

Posebnost te lastnosti je, da ne odraža le parametrov fizičnega prenosnega medija, temveč tudi značilnosti izbrane metode prenosa diskretnih informacij preko tega medija.

Na primer, zmogljivost komunikacijskega kanala v Ethernetu na optičnem vlaknu je 10 Mbps. Ta hitrost je najhitrejša možna za kombinacijo Etherneta in tehnologije optičnih vlaken. Za isto optično vlakno pa je mogoče razviti drugo tehnologijo prenosa podatkov, ki se razlikuje po načinu kodiranja podatkov, taktni frekvenci in drugih parametrih, ki bo imela drugačno zmogljivost. Tako tehnologija Fast Ethernet zagotavlja prenos podatkov preko istega optičnega vlakna z največjo hitrostjo 100 Mbit / s, tehnologija Gigabit Ethernet pa 1000 Mbit / s. Oddajnik komunikacijske naprave mora delovati s hitrostjo, ki je enaka pasovni širini kanala. Ta hitrost včasihimenujemo bitna hitrost oddajnika.

Pasovna širina- ta izraz je lahko zavajajoč, ker se uporablja v dveh različnih pomenih.

Najprej , s svojo pomočjo lahko označi prenosni medij. V tem primeru to pomeni pasovno širino linije transferji brez bistveno napačne navedbe. Izvor izraza je jasen iz te definicije.

Drugič , se izraz "pasovna širina" uporablja kot sinonim za izraz "zmogljivost komunikacijskega kanala"... V prvem primeru se pasovna širina meri v hercih (Hz), v drugem pa v bitih na sekundo. Pomen tega izraza je treba razlikovati glede na kontekst, čeprav je včasih precej težko. Seveda bi bilo bolje uporabiti različne izraze za različne značilnosti, vendar obstajajo tradicije, ki jih je težko spremeniti. Ta dvojna raba izraza "pasovna širina" je že vstopila v številne standarde in knjige, zato bomo sledili ustaljenemu pristopu.

Upoštevati je treba tudi, da je ta izraz v svojem drugem pomenu celo pogostejši od zmogljivosti, zato bomo od obeh sinonimov uporabili pasovno širino.

Druga skupina značilnosti komunikacijskega kanala je povezana z zmožnostjo prenosa informacij po kanalu na eno ali obe strani.

Ko dva računalnika sodelujeta, je običajno potrebno prenesti informacije v obe smeri, od računalnika A do računalnika B in obratno. Tudi ko se uporabniku zdi, da le prejema informacije (na primer nalaganje glasbene datoteke z interneta) ali prenaša (pošilja e-pošto), gre izmenjava informacij v dveh smereh. Obstaja preprosto glavni tok podatkov, ki zanima uporabnika, in pomožni tok v nasprotni smeri, ki tvorita prejemke teh podatkov.

Fizični komunikacijski kanali so razdeljeni na več vrst, odvisno od tega, ali lahko prenašajo informacije v obe smeri ali ne.

Duplex kanalzagotavlja hkratni prenos informacij v obe smeri. Dupleksni kanal je lahko sestavljen iz dveh fizičnih medijev, od katerih se vsak uporablja za prenos informacij samo v eni smeri. Možna je varianta, ko en medij služi za hkratni prenos nasprotnih tokov, v tem primeru se uporabljajo dodatne metode ločevanja vsakega toka od celotnega signala.

Polovični dupleks kanalzagotavlja tudi prenos informacij v obe smeri, vendar ne hkrati, ampak po vrsti. To pomeni, da se v določenem časovnem obdobju informacije prenašajo v eno smer, v naslednjem obdobju pa v nasprotni smeri.

Simpleksni kanalomogoča prenos informacij samo v eno smer. Dupleksna povezava je pogosto sestavljena iz dveh simpleksnih povezav.

Komunikacijske linije

Pri gradnji omrežij se uporabljajo komunikacijski vodi, v katerih se uporabljajo različni fizični mediji: telefonske in telegrafske žice, obešene v zraku, položene pod zemljo in vzdolž oceanskega dna, bakreni koaksialni in optični kabli, ki prepletajo vse sodobne pisarne, bakreni sukani pari, vsi prodorni radijski valovi

Razmislite o splošnih značilnostih komunikacijskih linij, neodvisno od njihove fizične narave, kot npr

pasovna širina,

prepustnost,

Imuniteta in

Zanesljivost prenosa.

Širina črte prenos je temeljna značilnost komunikacijskega kanala, saj določa največjo možno informacijsko hitrost kanala, kiimenovana pasovna širina kanala.

Nyquistova formula izraža to odvisnost za idealen kanal, Shannonova formula pa upošteva prisotnost šuma v resničnem kanalu.

Klasifikacija komunikacijskih vodov

Ko opisujemo tehnični sistem, ki prenaša informacije med omrežnimi vozlišči, lahko v literaturi najdemo več imen:

komunikacijska linija,

sestavljeni kanal,

kanal,

Povezava.

Ti izrazi se pogosto uporabljajo zamenljivo in v mnogih primerih to ni problem. Hkrati je pri njihovi uporabi tudi posebnost.

Povezava (povezava) Je segment, ki zagotavlja prenos podatkov med dvema sosednjima omrežnima vozliščema. To pomeni, da povezava ne vsebuje vmesnih preklopnih in multipleksnih naprav.

kanal najpogosteje označujejo del pasovne širine povezave, ki se uporablja neodvisno med preklopom. Na primer, povezava v primarnem omrežju je lahko sestavljena iz 30 kanalov, od katerih ima vsak pasovno širino 64 Kbps.

vezjeJe pot med obema končnima vozliščema omrežja. Spojena povezava je sestavljena iz ločenih vmesnih členov in medsebojnih povezav v stikalih. Pogosto je epitet "sestavljen" izpuščen in izraz "kanal" se uporablja za označevanje tako sestavljenega kanala kot kanala med sosednjimi vozlišči, to je znotraj povezave.

Komunikacijska linija se lahko uporablja kot sinonim za katerega koli od ostalih treh izrazov.

Ne bodite prestrogi glede zmede terminologije. To še posebej velja za razlike v terminologiji tradicionalne telefonije in novejšega področja – računalniških omrežij. Proces konvergence je le še zaostril problem terminologije, saj so številni mehanizmi teh omrežij postali običajni, vendar so ohranili nekaj (včasih več) imen iz vsakega področja.

Poleg tega obstajajo objektivni razlogi za dvoumno razumevanje izrazov. Na sl. 8.1 prikazujeta dve možnosti za komunikacijsko linijo. V prvem primeru (slika 8.1, a) je proga sestavljena iz kabla, dolgega več deset metrov, in je povezava.

V drugem primeru (slika 8.1, b) je komunikacijska linija sestavljeni kanal, razporejen v omrežju s komutacijo vezja. Takšno omrežje je lahko primarno omrežje ali telefonsko omrežje.

Za računalniško omrežje pa je ta linija povezava, saj povezuje dve sosednji vozlišči, vsa stikalna vmesna oprema pa je pregledna za ta vozlišča. Tu je očiten razlog za medsebojno nerazumevanje na ravni računalniških strokovnjakov in specialistov primarnih omrežij.

Primarna omrežja so posebej ustvarjena za zagotavljanje storitev kanalov za prenos podatkov za računalniška in telefonska omrežja, o katerih v takih primerih pravijo, da delujejo "na vrhu" primarnih omrežij in so superponirana omrežja.

Značilnosti komunikacijske linije

Ti in jaz moramo razumeti takšne koncepte, kot so: harmonično, spektralna razgradnja (spekter) signala,širina spektra signala, Fourierjeve formule, zunanje motnje, notranjemotnje ali motnje, slabljenje signala, linearno dušenje, okno
preglednost, absolutna raven moči, relativna raven
moč, prag občutljivosti sprejemnika, valovna impedanca,
odpornost linije, električna povezava, magnetna povezava,
inducirani signal, preslušavanje ob koncu, preslušavanje
motnje daljnega konca, zaščita kablov, zanesljivost prenosa
podatki, stopnja bitnih napak, pasovna širina, pasovna širina
sposobnost, fizična ali linearna, kodiranje, nosilni signal,
nosilna frekvenca, modulacija, ura, baud.

Začnimo.

Spektralna analiza signalov na komunikacijskih linijah

Pomembno vlogo pri določanju parametrov komunikacijskih vodov ima spektralna razgradnja signala, ki se prenaša po tej liniji. Iz teorije harmonične analize je znano, da lahko vsak periodični proces predstavimo kot vsoto sinusnih nihanj različnih frekvenc in različnih amplitud (slika 8.3).

Vsaka komponenta sinusoida se imenuje tudi harmonika, množica vseh harmonij pa
Monique se imenuje spektralna razgradnja ali spekter izvirnega signala.

Širina spektra signala je razlika med največjo in najmanjšo frekvenco niza sinusoid, ki se seštejejo izvirni signal.

Neperiodične signale lahko predstavimo kot integral sinusnih signalov z neprekinjenim spektrom frekvenc. Zlasti spektralna razgradnja idealnega impulza (enotna moč in ničelno trajanje) ima komponente celotnega frekvenčnega spektra, od -oo do + oo (slika 8.4).

Tehnika za iskanje spektra katerega koli izvornega signala je dobro znana. Za nekatere signale, ki so opisani analitično (na primer za zaporedje pravokotnih impulzov enakega trajanja in amplitude), se spekter enostavno izračuna na podlagi Fourierjeve formule.

Za poljubne valovne oblike, ki jih srečamo v praksi, je spekter mogoče najti s posebnimi instrumenti – spektralnimi analizatorji, ki merijo spekter realnega signala in prikažejo amplitude harmoničnih komponent na zaslonu, jih natisnejo na tiskalnik ali prenesejo v obdelavo in shranjevanje v računalnik.

Popačenje sinusoide katere koli frekvence s strani oddajne linije vodi na koncu do popačenja amplitude in oblike kakršnega koli oddanega signala. Popačenje nastane, ko sinusoidi različnih frekvenc niso enako popačeni.

Če je to analogni signal, ki oddaja govor, se tember glasu spremeni zaradi popačenja prizvokov - stranskih frekvenc. Pri prenosu impulznih signalov, značilnih za računalniška omrežja, se nizkofrekvenčne in visokofrekvenčne harmonike popačijo, zaradi česar fronte impulza izgubijo pravokotno obliko (slika 8.5) in signali se lahko slabo prepoznajo na sprejemnem koncu linije. .

Oddani signali so popačeni zaradi nepopolnih komunikacijskih linij. Idealen prenosni medij, ki ne moti oddanega signala, mora imeti vsaj ničelni upor, kapacitivnost in induktivnost. Vendar v praksi bakrene žice na primer vedno predstavljajo neko kombinacijo aktivnega upora, kapacitivnih in induktivnih obremenitev, razporejenih po dolžini (slika 8.6). Posledično se sinusoidi različnih frekvenc prenašajo s temi črtami na različne načine.

Poleg popačenj signala, ki izhajajo iz neidealnih fizičnih parametrov komunikacijskega voda, obstajajo tudi zunanje motnje, ki prispevajo k popačenju valovne oblike na linijskem izhodu. Te motnje ustvarjajo različni elektromotorji, elektronske naprave, atmosferepojavov itd. Kljub zaščitnim ukrepom, ki so jih sprejeli projektanti kablov, in prisotnosti ojačevalne in stikalne opreme ni mogoče v celoti nadomestiti vpliva zunanjih motenj. Poleg zunanjih motenj v kablu obstajajo tudi notranje motnje - tako imenovana indukcija enega para vodnikov v drugega. Posledično lahko signali na izhodu komunikacijske linijeimajo popačeno obliko (kot je prikazano na sliki 8.5).

Dušenje in karakteristična impedanca

Stopnja popačenja sinusnih signalov s komunikacijskimi linijami se ocenjuje z značilnostmi, kot sta slabljenje in pasovna širina. Atenuacija kaže, za koliko se zmanjša moč referenčnega sinusoidnega signala na izhodu komunikacijske linije glede na moč signala na vhodu te linije. Dušenje (A) se običajno meri v decibelih (dB) in se izračuna po naslednji formuli:

Tukaj Rout je moč signala na linijskem izhodu, Рin je moč signala na linijskem vhodu. Ker je slabljenje odvisno od dolžine komunikacijske linije, se kot značilnost komunikacijskega voda uporablja naslednje:imenovano linearno dušenje, to je slabljenje na komunikacijski liniji določene dolžine. Za kable LAN je ta dolžina običajno 100 m, saj je ta vrednost največja dolžina kabla za številne tehnologije LAN. Pri teritorialnih komunikacijskih vodih se linearno slabljenje meri za razdaljo 1 km.

Običajno so za dušenje značilni pasivni odseki komunikacijskega voda, sestavljeni iz kablov in presekov, brez ojačevalcev in regeneratorjev.

Ker je moč izhodnega signala kabla brez vmesnih ojačevalcev manjša od moči vhodnega signala, je slabljenje kabla vedno negativno.

Stopnja oslabitve moči sinusoidnega signala je odvisna od frekvence sinusoida, ta odvisnost pa se uporablja tudi za karakterizacijo komunikacijskega voda (slika 8.7).

Najpogosteje so pri opisovanju parametrov komunikacijske linije podane vrednosti slabljenja le za nekaj frekvenc. To je po eni strani posledica želje po poenostavitvi meritev pri preverjanju kakovosti linije. Po drugi strani pa je v praksi pogosto vnaprej znana osnovna frekvenca oddanega signala, to je frekvenca, katere harmonik ima največjo amplitudo in moč. Zato je dovolj, da poznamo slabljenje na tej frekvenci, da približno ocenimo popačenje signalov, ki se prenašajo po liniji.

POZOR

Kot že omenjeno, je dušenje vedno negativno, vendar je znak minus pogosto izpuščen in včasih pride do zmede. Trditev, da je kakovost komunikacijskega voda višja, večja je (ob upoštevanju predznaka) slabljenje, je povsem pravilna. Če zanemarimo predznak, torej upoštevamo absolutno vrednost dušenja, je slabljenje kakovostnejše črte manjše. Dajmo primer. Za notranje ožičenje v stavbah se uporablja kabel z sukanimi pari kategorije 5. Za ta kabel, na katerem delujejo skoraj vse tehnologije LAN, je značilno dušenje najmanj -23,6 dB za frekvenco 100 MHz z dolžino kabla 100 m. b ima oslabitev pri frekvenci 100 MHz, ki ni manjša od -20,6 dB. Dobimo to - 20,6> -23,6, ampak 20,6< 23,6.

Na sl. 8.8 prikazuje tipično slabljenje v primerjavi s frekvenco za neoklopljene kable z sukanimi pari kategorij 5 in 6.

Optični kabel ima bistveno nižje (v absolutni vrednosti) vrednosti slabljenja, običajno v območju od -0,2 do -3 dB pri dolžini kabla 1000 m, kar pomeni, da je kakovostnejši od kabla z sukanimi pari. Skoraj vsa optična vlakna imajo kompleksno odvisnost dušenja od valovne dolžine, ki ima tri tako imenovana okna prosojnosti. Na sl. 8.9 prikazuje karakteristično odvisnost slabljenja za optično vlakno. Iz slike je razvidno, da je območje učinkovite uporabe sodobnih vlaken omejeno na valovne dolžine 850 nm, 1300 nm in 1550 nm (35 THz, 23 THz in 19,4 THz). Okno 1550 nm zagotavlja najmanjšo izgubo in s tem največji doseg s fiksno močjo oddajnika in fiksno občutljivostjo sprejemnika

Kot značilnost moči signala je absolutna in relativna
relativne ravni moči. Absolutna raven moči se meri v
vatov, se relativna raven moči, tako kot dušenje, meri v decimalnih
belah. V tem primeru kot osnovna vrednost moči, glede na katero
izmeri se moč signala, vzame se vrednost 1 mW. tako,
relativni nivo moči p se izračuna po naslednji formuli:

Tukaj je P absolutna moč signala v milivatih, dBm pa merska enota.
raven relativne moči renija (decibeli na mW). Relativno
vrednosti moči so priročne za uporabo pri izračunu proračuna energije
te komunikacijske linije.

Izjemna preprostost izračuna je postala mogoča zaradi dejstva, da kot
pri začetnih podatkih so bile uporabljene relativne vrednosti vhodne moči
signalne in izhodne signale. Vrednost y, uporabljena v primeru, se imenuje
prag občutljivosti sprejemnika in predstavlja minimalno moč
signal na vhodu sprejemnika, na katerem je sposoben pravilno locirati
poznati diskretne informacije, ki jih vsebuje signal. Očitno je, da za
normalno delovanje komunikacijskega voda, je potrebno minimalno moč
signal oddajnika, celo oslabljen zaradi slabljenja komunikacijske linije, je presežen
prag občutljivosti sprejemnika: x - A> y. Preverjanje tega pogoja je
je bistvo izračuna energetskega proračuna linije.

Pomemben parameter bakrene komunikacijske linije je njena značilna impedanca,
ki predstavlja celoten (kompleksni) upor, ki se sreča
elektromagnetno valovanje določene frekvence, ko se širi vzdolž enega
homogena veriga. Karakteristična impedanca se meri v ohmih in je odvisna od tega
parametri komunikacijskega voda, kot so aktivni upor, linearna induktivnost
in linearne zmogljivosti, pa tudi na frekvenco samega signala. Izhodna impedanca
oddajnik mora biti usklajen z značilno impedanco linije,
sicer bo slabljenje signala pretirano.

Imuniteta in zanesljivost

Odpornost linije, kot pove že ime, določa sposobnost linije, da prenese učinke hrupa, ki nastane v zunanjem okolju ali na notranjih vodnikih samega kabla. Odpornost linije je odvisna od vrste uporabljenega fizičnega medija, pa tudi od zaščitnih in dušilnih sredstev same linije. Radijski vodi so najmanj odporni na motnje, kabelski vodi imajo dobro stabilnost, in optične linije, ki so neobčutljive na zunanje elektromagnetno sevanje, so odlične. Za zmanjšanje motenj zunanjih elektromagnetnih polj so vodniki običajno zaščiteni in / ali zviti.

Električna in magnetna sklopka sta parametra bakrenega kabla, ki sta tudi posledica motenj. Električna povezava je opredeljena z razmerjem induciranega toka v prizadetem vezju in napetostjo, ki deluje v vplivnem vezju. Magnetna sklopka je razmerje med elektromotorno silo, inducirano v prizadetem vezju, in tokom v vplivnem vezju. Električna in magnetna povezava povzroči inducirane signale (odjeme) v prizadetem vezju. Obstaja več različnih parametrov, ki označujejo odpornost kabla na motnje.

Near End Cross Talk (NEXT) določa stabilnost kabla, ko motnje povzroči signal, ki ga ustvari oddajnik, priključen na enega od sosednjih parov na istem koncu kabla kot tisti, ki je priključen na prizadeti kabel. parni sprejemnik ( slika 8.10). Eksponent NEXT, izražen v decibelih, je enak 10 lg Pout / Pind>, kjer je Pout moč izhodnega signala, Pind je inducirana moč signala.

Nižja kot je vrednost NEXT, boljši je kabel. Na primer, za kabel z sukanim parom kategorije 5 mora biti NEXT manjši od -27 dB pri 100 MHz.

Far End Cross Talk (FEXT) vam omogoča, da ocenite odpornost kabla na motnje, ko sta oddajnik in sprejemnik povezana na različne konce kabla. Očitno bi moral biti ta indikator boljši od NEXT, saj signal prispe na skrajni konec kabla, oslabljen zaradi slabljenja vsakega para.

Vrednosti NEXT in FEXT se običajno uporabljajo za kabel, ki je sestavljen iz več sukanih parov, saj lahko v tem primeru medsebojne motnje enega para v drugega dosežejo pomembne vrednosti. Za en sam koaksialni kabel (to je sestavljen iz enega zaščitenega jedra) ta indikator ni smiseln, za dvojni koaksialni kabel pa tudi ne velja zaradi visoke stopnje zaščite vsakega jedra. Optična vlakna tudi ne ustvarjajo opaznih medsebojnih motenj.

Zaradi dejstva, da se v nekaterih novih tehnologijah podatki prenašajo hkrati prek več sukanih parov, so se v zadnjem času začeli uporabljati tudi indikatorji preslušavanja s predpono PS (PowerSUM - kombinirani prevzem), kot sta PS NEXT in PS FEXT. Ti indikatorji odražajo odpornost kabla na skupno moč preslušavanja na enem od kabelskih parov iz vseh drugih oddajnih parov (slika 8.11).

Drug praktično pomemben kazalnik je zaščita kabla (Atenuation / Crosstalk Ratio, ACR). Varnost je opredeljena kot razlika med nivojem želenega signala in motenj. Višja kot je vrednost zaščite kabla, več, v skladu s Shannonovo formulo, s potencialno višjo

hitrost lahko prenaša podatke, vendar ta kabel. Na sl. 8.12 prikazuje tipično značilnost odvisnosti odpornosti neoklopljenega kabla z zvito parico od frekvence signala.

Zvestoba prenosa podatkov označuje verjetnost popačenja vsakega bita prenesenih podatkov. To se včasih imenuje stopnja bitnih napak (BER). Vrednost BER za komunikacijske linije brez dodatnih sredstev za zaščito pred napakami (na primer samopopravljajoče kode ali protokoli s ponovnim prenosom popačenih okvirjev) je v optičnih komunikacijskih linijah praviloma 10-4-10-6 - 10 ~ 9. Vrednost zanesljivosti prenosa podatkov, na primer 10-4, kaže, da je v povprečju od 10 000 bitov vrednost enega bita popačena.

Pogosto se za mejne frekvence štejejo frekvence, pri katerih je moč izhodnega signala prepolovljena glede na vhodni signal, kar ustreza oslabljenju -3 dB. Kot bomo videli kasneje, ima pasovna širina največji vpliv na največjo možno hitrost prenosa podatkov po komunikacijski liniji. Pasovna širina je odvisna od vrste linije in njene dolžine. Na sl. 8.13 prikazuje pasovno širino komunikacijskih vodov različnih vrst, pa tudi najpogosteje uporabljena frekvenčna območja v komunikacijski tehnologiji.

Na primer, ker je za digitalne linije vedno definiran protokol fizične ravni, ki določa bitno hitrost prenosa podatkov, je pasovna širina zanje vedno znana - 64 Kbit / s, 2 Mbit / s itd.

V tistih primerih, ko je treba le izbrati, kateri od številnih obstoječih protokolov uporabiti na dani liniji, so zelo pomembne druge značilnosti linije, kot so pasovna širina, preslušavanje, odpornost proti hrupu itd.

Pretok se, tako kot hitrost prenosa, meri v bitih na sekundo (bps) in tudi v izpeljanih enotah, kot so kilobiti na sekundo (Kbps) itd.

Prepustnost komunikacijskih vodov in opreme komunikacijskega omrežja je
Meri se v bitih na sekundo, ne v bajtih na sekundo. To je posledica dejstva, daPodatki v omrežjih se prenašajo zaporedno, torej bit za bit, in ne vzporedno po bajtih, kot se to dogaja med napravami v računalniku. Takšne merske enote,kot kilobiti, megabiti ali gigabiti, v omrežnih tehnologijah strogo ustrezajo potekom 10(to pomeni, da je kilobit 1000 bitov, megabit pa 1 000 000 bitov), ​​kot je običajno v vseh
veje znanosti in tehnologije in ne potenk dveh blizu teh številk, kot je običajno
v programiranju, kjer je predpona "kilo" 210 = 1024, "mega" pa 220 = 1.048.576.

Prepustnost komunikacijske linije ni odvisna samo od njenih značilnosti, npr
tako slabljenja in pasovne širine, ampak tudi iz spektra oddanih signalov.
Če so pomembne harmonike signala (to so tiste harmonike, katerih amplitude so
glavni prispevek k nastalemu signalu) spadajo v pasovni pas
linijo, potem bo tak signal dobro prenesen s to komunikacijsko linijo,
in prejemnik bo lahko pravilno prepoznal informacije, ki jih pošlje
oddajnik (slika 8.14, a). Če pomembne harmonike presegajo
pasovne širine komunikacijske linije se bo signal znatno popačil
Xia, in sprejemnik bo naredil napako pri prepoznavanju informacij (slika 8.14, b).

Bit in baud

Izbira načina predstavitve diskretnih informacij v obliki signalov,
ki se prenaša po komunikacijski liniji, se imenuje fizično ali linearno kodiranje.

Spekter signalov je odvisen od izbrane metode kodiranja in s tem
zmogljivost linije.

Tako ima lahko vrstica za eno metodo kodiranja eno
prepustnost, za drugega pa drugo. Na primer kabel z zvitim parom
Rii 3 lahko prenaša podatke s pasovno širino 10 Mbps z a
sobe kodiranje standarda fizičnega sloja 10ВаБе-Т in 33 Mbit/s z metodo
sobe kodirni standard 100Ваse-Т4.

V skladu z glavnim postulatom teorije informacij vsaka opazna nepredvidljiva sprememba prejetega signala nosi informacijo. Iz tega sledisinusoida, pri kateri amplituda, faza in frekvenca ostanejo nespremenjene, informacije nenosi, saj je sprememba signala, čeprav se zgodi, popolnoma predvidljiva. Podobno impulzi na vodilu računalniške ure ne prenašajo informacij,saj so tudi njihove spremembe skozi čas stalne. Toda impulzov na podatkovnem vodilu ni mogoče vnaprej predvideti, zaradi tega so informacijski, prenašajo informacije
med posameznimi bloki ali napravami računalnika.

V večini metod kodiranja se uporablja sprememba katerega koli parametra periodičnega signala - frekvence, amplitude in faze sinusoida ali znaka potenciala zaporedja impulzov. Periodični signal, katerega parametri so podvrženi spremembam, se imenuje nosilni signal, njegova frekvenca, če je signal sinusna, pa se imenuje nosilna frekvenca. Postopek spreminjanja parametrov nosilnega signala v skladu s posredovanimi informacijami se imenuje modulacija.

Če se signal spremeni tako, da je mogoče razlikovati le dve njegovi stanji, bo vsaka sprememba v njem ustrezala najmanjši enoti informacije - bitu. Če ima signal lahko več kot dve razločljivi stanji, bo vsaka sprememba v njem nosila več bitov informacij.

Prenos diskretnih informacij v telekomunikacijskih omrežjih je časovno določen, to je, da se signal spreminja v določenem časovnem intervalu, ki se imenuje cikel. Prejemnik informacij meni, da na začetku vsakega cikla na njegov vhod pride nova informacija. V tem primeru, ne glede na to, ali signal ponavlja stanje prejšnjega cikla ali če ima stanje drugačno od prejšnjega, sprejemnik od oddajnika prejme novo informacijo. Na primer, če je urni cikel 0,3 s in ima signal dve stanji in 1 je kodiran s potencialom 5 voltov, potem prisotnost 5-voltnega signala na vhodu sprejemnika za 3 sekunde pomeni prejemanje informacij, ki jih predstavlja binarno število 1111111111.

Število sprememb informacijskega parametra nosilnega periodičnega signala na sekundo se meri v baudih. En baud je enak eni spremembi informacijskega parametra na sekundo. Na primer, če je cikel prenosa informacij 0,1 sekunde, se signal spreminja s hitrostjo 10 baud. Tako je hitrost prenosa v celoti odvisna od velikosti cikla.

Hitrost informacij se meri v bitih na sekundo in na splošno ni enaka hitrosti prenosa. Lahko je višja ali nižja od hitrosti

spremembe informacijskega parametra, izmerjene v baudu. To razmerje je odvisno od števila stanj signala. Na primer, če ima signal več kot dve razločljivi stanji, potem je z enakimi urnimi cikli in ustrezno metodo kodiranja lahko hitrost informacij v bitih na sekundo višja od hitrosti spremembe informacijskega signala v baudu.

Naj bodo informacijski parametri faza in amplituda sinusoida, in obstajajo 4 fazna stanja pri 0, 90, 180 in 270 ° in dve vrednosti amplitude signala, potem ima informacijski signal lahko 8 razločljivih stanj. To pomeni, da vsako stanje tega signala nosi informacijo v 3-bitih. V tem primeru modem, ki deluje s hitrostjo 2400 baud (spreminja informacijski signal 2400-krat na sekundo), oddaja informacije s hitrostjo 7200 bps, saj se z eno spremembo signala prenesejo 3 biti informacij.

Če ima signal dve stanji (to je, da prenaša informacije v 1 bit), potem hitrost informacij običajno sovpada s številom baudov. Lahko pa opazimo tudi nasprotno sliko, ko je informacijska hitrost nižja od hitrosti spremembe informacijskega signala v baudu. To se zgodi, ko je za zanesljivo prepoznavanje uporabniških informacij s strani sprejemnika vsak bit v zaporedju kodiran z več spremembami informacijskega parametra nosilnega signala. Na primer, ko je ena bitna vrednost kodirana s pozitivnim impulzom in nič bitna vrednost z impulzom negativne polarnosti, fizični signal dvakrat spremeni svoje stanje z vsakim oddanim bitom. S tem kodiranjem je hitrost linije v bitih na sekundo polovica manjša kot v baudu.

Višja kot je frekvenca nosilnega periodičnega signala, višja je lahko frekvenca modulacije in večja je lahko pasovna širina komunikacijske linije.

Po drugi strani pa se s povečanjem frekvence periodičnega nosilnega signala poveča tudi širina spektra tega signala.

Linija prenaša ta spekter sinusoidov s tistimi popačenji, ki jih določa njena pasovna širina. Večje kot je neskladje med pasovno širino linije in pasovno širino posredovanih informacijskih signalov, bolj so signali popačeni in večja je verjetnost napak pri prepoznavanju informacij s strani prejemnice, kar pomeni, da se možna hitrost prenosa informacij obrne. biti nižji.

Razmerje med pasovno širino in pasovno širino

Razmerje med pasovno širino linije in njeno pasovno širino, ne glede na sprejeto metodo fizičnega kodiranja, je vzpostavil Claude Shannon:

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

Tukaj C je pasovna širina linije v bitih na sekundo, F je pasovna širina linije v hertzih, Pc je moč signala, Psh je moč šuma.

Iz tega razmerja sledi, da za linijo s fiksno pasovno širino ni teoretične omejitve pasovne širine. Vendar v praksi obstaja taka meja. Dejansko je možno povečati zmogljivost linije s povečanjem moči oddajnika ali zmanjšanjem moči hrupa (motenja) v komunikacijski liniji. Obe komponenti je zelo težko spremeniti. Povečanje moči oddajnika povzroči znatno povečanje njegove velikosti in stroškov. Zmanjšanje ravni hrupa zahteva uporabo posebnih kablov z dobro zaščito, kar je zelo drago, pa tudi zmanjšanje hrupa v oddajniku in vmesni opremi, kar pa ni enostavno doseči. Poleg tega je vpliv moči uporabnega signala in šuma na prepustnost omejen z logaritemsko odvisnostjo, ki ne raste tako hitro kot neposredno sorazmerna. Torej, s precej tipičnim začetnim razmerjem moči signal/šum, bo 100-kratno povečanje moči oddajnika dalo le 15-odstotno povečanje prepustnosti linije.

Shannonovi formuli je v bistvu blizu še eno razmerje, ki ga je pridobil Nyquist, ki določa tudi največjo možno pasovno širino komunikacijske linije, vendar brez upoštevanja šuma v liniji:

C = 2Flog2 M.

Tukaj je M število razločljivih stanj informacijskega parametra.

Če ima signal dve razločljivi stanji, je pasovna širina enaka dvakratni pasovni širini komunikacijskega voda (slika 8.15, a). Če oddajnik za kodiranje podatkov uporablja več kot dve stabilni signalni stanji, se zmogljivost linije poveča, saj v enem ciklu delovanja oddajnik odda več bitov izvirnih podatkov, na primer 2 bita ob prisotnosti štirih razločljivih stanj signala ( Slika 8.15, b).

Čeprav Nyquistova formula izrecno ne upošteva prisotnosti hrupa, posredno
njen vpliv se kaže v izbiri števila stanj informacijskega signala
nala. Število stanj bi bilo treba povečati, da bi povečali prepustnost komunikacijskega voda, v praksi pa to preprečuje šum na liniji. Na primer, pasovna širina linije, katere signal je prikazan na sl. 8.15, b, je mogoče podvojiti z uporabo ne 4, ampak 16 ravni za kodiranje podatkov. Če pa amplituda hrupa občasno preseže razliko med sosednjimi nivoji, sprejemnik ne bo mogel enakomerno prepoznati prenesenih podatkov. Zato je število možnih stanj signala dejansko omejeno z razmerjem med močjo signala in šumom, Nyquistova formula pa določa največjo hitrost prenosa podatkov v primeru, ko je bilo število stanj že izbrano ob upoštevanju zmožnosti stabilnega prepoznavanja. s strani sprejemnika.

Oklopljeni in nezaščiteni sukani par

Sukani par imenujemo zvit par žic. Ta vrsta medija za prenos podatkov je zelo priljubljena in predstavlja osnovo velikega števila notranjih in zunanjih kablov. Kabel je lahko sestavljen iz več sukanih parov (zunanji kabli včasih vsebujejo do več deset takih parov).

Zvijanje žic zmanjša vpliv zunanjih in medsebojnih motenj na želene signale, ki se prenašajo po kablu.

Glavne značilnosti zasnove kabla so shematično prikazane na sl. 8.16.

Kabli z zvitimi pari so simetrično , torej so sestavljeni iz dveh strukturno enakih prevodnikov. Uravnotežen kabel z zvitim parom je lahko kateri koli zaščitena in nezaščiteno.

Treba je razlikovati med električnimi izolacija prevodnih jeder, ki je na voljo v katerem koli kablu, odelektromagnetnoizolacija. Prvi je sestavljen iz neprevodne dielektrične plasti - papirja ali polimera, kot je polivinilklorid ali polistiren. V drugem primeru so poleg električne izolacije prevodna jedra nameščena tudi znotraj elektromagnetnega ščita, ki se najpogosteje uporablja kot prevodna bakrena pletenica.

Na osnovi kablaneoklopljeni sukani par,uporablja za ožičenje

znotraj stavbe, razdeljena po mednarodnih standardih na kategorije (od 1 do 7).

Kabli kategorije 1 veljajo tam, kjer so zahteve glede hitrosti
so minimalne. To je običajno kabel za digitalni in analogni prenos govora.
in nizke hitrosti (do 20 Kbps) prenosa podatkov. Do leta 1983 je bilo tako
nova vrsta kabla za telefonsko ožičenje.

Kabli kategorije 2 jih je IBM prvi uporabil za gradnjo
lasten kabelski sistem. Glavna zahteva za kable te kategorije je
Rii - sposobnost prenosa signalov s spektrom do 1 MHz.

Kabli kategorije 3 so bili standardizirani leta 1991. Standard EIA-568
določili električne karakteristike kablov za frekvence v območju do
16 MHz. Kabli kategorije 3 so zasnovani tako za prenos podatkov kot
in za prenos govora, so zdaj osnova številnih kabelskih sistemov
zgradbe.

Kabli kategorije 4 predstavljajo nekoliko izboljšano različico
beli kategorije 3. Kabli kategorije 4 morajo prestati preskuse eno uro.
za prenos signala 20 MHz in zagotavljajo povečano odpornost proti hrupu
visoka hitrost in nizka izguba signala. V praksi se redko uporabljajo.

Kabli kategorije 5 so bili posebej zasnovani za podporo visoko
protokoli visoke hitrosti. Njihove značilnosti so določene v razponu do
100 MHz. Večina tehnologij visoke hitrosti (FDDI, Fast Ethernet,
ATM in Gigabit Ethernet) sta osredotočena na uporabo kablov z zvitim parom
5. Kabel kategorije 5 je nadomestil kabel kategorije 3 in danes
vsi novi kabelski sistemi velikih zgradb so zgrajeni na tej vrsti
kabel (v kombinaciji z optičnimi vlakni).

Posebno mesto imajo kabli kategorije 6 in 7, ki ga je industrija začela proizvajati relativno nedavno. Za kabel kategorije 6 so specifikacije določene do 250 MHz, za kable kategorije 7 pa do 600 MHz. Kabli kategorije 7 morajo biti zaščiteni, tako vsak par kot celoten kabel kot celota. Kabel kategorije 6 je lahko oklopljen ali neoklopljen. Glavni namen teh kablov je podpirati protokole visoke hitrosti za kable, ki so daljši od UTP kabla kategorije 5.

Vsi UTP kabli, ne glede na njihovo kategorijo, so na voljo v 4-parni izvedbi. Vsak od štirih parov kablov ima določeno barvo in višino. Običajno sta dva para za prenos podatkov in dva za prenos govora.

Kabel iz optičnih vlaken

Kabel iz optičnih vlakensestoji iz tankih (5-60 mikronov) fleksibilnih steklenih vlaken (optičnih vlaken), skozi katera se širijo svetlobni signali. To je najkakovostnejši tip kabla - zagotavlja prenos podatkov z zelo visoko hitrostjo (do 10 Gbit / s in več) in poleg tega boljši od drugih vrst prenosnega medija zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami (zaradi narave širjenja svetlobe, so takšni signali zlahka zaščiteni).

Vsak svetlobni vodnik je sestavljen iz osrednjega svetlobnega prevodnika (jedra) – steklenega vlakna in steklene obloge, ki ima nižji lomni količnik kot jedro. Svetlobni žarki, ki se širijo vzdolž jedra, ne presegajo njegovih meja in se odbijajo od pokrivne plasti lupine. Glede na porazdelitev lomnega količnika in velikost premera jedra so:

večmodno vlakno s korakom spreminjanja lomnega količnika (slika 8.17, a)\

večmodno vlakno z gladko spremembo lomnega količnika (slika 8.17, b) \

enomodno vlakno (slika 8.17, v).

Izraz "način" opisuje način širjenja svetlobnih žarkov v jedru kabla.

V enonačinskem kablu(Single Mode Fiber, SMF) uporablja sredinski prevodnik zelo majhnega premera, sorazmernega z valovno dolžino svetlobe - od 5 do 10 mikronov. V tem primeru se skoraj vsi svetlobni žarki širijo vzdolž optične osi vlakna, ne da bi se odbili od zunanjega prevodnika. Proizvodnja končana

V večmodnih kablov(Multi Mode Fiber, MMF) uporablja širša notranja jedra, ki jih je lažje izdelati. V večmodnih kablih obstaja več svetlobnih žarkov hkrati v notranjem prevodniku, ki se odbija od zunanjega prevodnika pod različnimi koti. Kot odboja žarka se imenuje moda žarek. V večmodnih kablih s postopno spremembo lomnega količnika je način refleksije žarkov zapleten. Posledica motenj poslabša kakovost oddanega signala, kar vodi do popačenja oddanih impulzov v večmodnem optičnem vlaknu. Zaradi tega so zmogljivosti večmodnih kablov slabše od lastnosti enomodnih kablov.

Posledično se večmodni kabli uporabljajo predvsem za prenos podatkov s hitrostmi največ 1 Gbit / s na kratkih razdaljah (do 300-2000 m), enonalični kabli pa se uporabljajo za prenos podatkov pri ultra visokih hitrostih. nekaj deset gigabitov na sekundo (in pri uporabi tehnologije DWDM - do nekaj terabitov na sekundo) na razdaljah do nekaj deset in celo sto kilometrov (komunikacija na dolge razdalje).

Kot svetlobni viri v kablih iz optičnih vlaken se uporabljajo:

LED diode ali svetleče diode (Light Emitted Diode, LED);

polprevodniški laserji ali laserske diode.

Pri enomodnih kablih se uporabljajo samo laserske diode, saj pri tako majhnem premeru optičnega vlakna svetlobnega toka, ki ga ustvarja LED, ni mogoče usmeriti v vlakno brez velikih izgub - ima pretirano širok vzorec sevanja, medtem ko laserska dioda je ozka. Cenejši LED oddajniki se uporabljajo samo za večmodne kable.

Stroški kablov iz optičnih vlaken niso veliko višji od stroškov kablov z sukanimi pari, vendar so inštalacijska dela z optičnimi vlakni veliko dražja zaradi zamudnosti operacij in visokih stroškov rabljene instalacijske opreme.

sklepi

Glede na vrsto vmesne opreme so vse komunikacijske linije razdeljene na analogne in digitalne. V analognih linijah je vmesna oprema zasnovana za ojačanje analognih signalov. Analogne linije uporabljajo frekvenčno multipleksiranje.

V digitalnih komunikacijskih linijah imajo oddani signali končno število stanj. V takih linijah se uporablja posebna vmesna oprema - regeneratorji, ki izboljšajo obliko impulzov in zagotovijo njihovo resinhronizacijo, torej obnovijo njihovo obdobje ponovitve. Vmesna oprema za multipleksiranje in preklapljanje primarnih omrežij deluje na principu časovnega multipleksiranja kanalov, ko je vsakemu nizkohitrostnemu kanalu dodeljen določen del časa (časovne reže ali kvanta) hitrega kanala.

Pasovna širina določa obseg frekvenc, ki jih povezava prenaša s sprejemljivim slabljenjem.

Prepustnost komunikacijske linije je odvisna od njenih notranjih parametrov, zlasti - pasovne širine, zunanjih parametrov - stopnje motenj in stopnje oslabitve motenj, pa tudi od sprejete metode kodiranja diskretnih podatkov.

Shannonova formula določa največjo možno pasovno širino komunikacijske linije pri fiksnih vrednostih pasovne širine linije in razmerja moči signal/šum.

Nyquistova formula izraža največjo možno pasovno širino komunikacijske linije v smislu pasovne širine in števila stanj informacijskega signala.

Kabli z zvitimi pari so razdeljeni na neoklopljene (UTP) in oklopljene (STP) kable. UTP kabli so enostavnejši za izdelavo in namestitev, vendar kabli STP zagotavljajo višjo raven varnosti.

Kabli iz optičnih vlaken imajo odlične elektromagnetne in mehanske lastnosti, katerih pomanjkljivost je zapletenost in visoki stroški inštalacij.

  1. Kako se povezava razlikuje od sestavljenega komunikacijskega kanala?
    1. Ali je lahko sestavljeni kanal sestavljen iz povezav? In obratno?
    2. Ali lahko digitalni kanal prenaša analogne podatke?
    3. Kakšne so značilnosti komunikacijske linije: raven hrupa, pasovna širina, linearna zmogljivost?
    4. Katere ukrepe je mogoče sprejeti za povečanje hitrosti informacij povezave:

O zmanjšajte dolžino kabla;

O izberite kabel z manjšim uporom;

O izberite kabel s širšo pasovno širino;

Uporabite metodo kodiranja z ožjim spektrom.

  1. Zakaj ni vedno mogoče povečati zmogljivosti kanala s povečanjem števila stanj informacijskega signala?
    1. Kateri mehanizem se uporablja za zatiranje motenj v kablih UTP?
    2. Kateri kabel prenaša signale višje kakovosti - z višjo vrednostjo parametra NAPREJ ali manj?
    3. Kakšna je širina spektra idealnega impulza?
    4. Poimenujte vrste optičnega kabla.
    5. Kaj se zgodi, če zamenjate kabel v delujočem omrežju UTP s kablom STP? Možnosti odgovora:

Delež popačenih okvirjev v omrežju se bo zmanjšal, saj se bodo zunanje motnje učinkoviteje zavirale;

Oh, nič se ne bo spremenilo;

Delež popačenih okvirjev v omrežju se bo povečal, saj se izhodna impedanca oddajnikov ne ujema z impedanco kabla.

  1. Zakaj je uporaba optičnega kabla v vodoravnem podsistemu problematična?
    1. Znane količine so:

Najmanjša moč oddajnika P izhod (dBm);

O dohitevanje slabljenja kabla A (dB / km);

Prag občutljivosti sprejemnika P in (dBm).

Potrebno je najti največjo možno dolžino komunikacijske linije, na kateri se signali normalno prenašajo.

  1. Kakšna bi bila teoretična omejitev hitrosti prenosa podatkov v bitih na sekundo v pasovni širini povezave 20 kHz, če je moč oddajnika 0,01 mW in je moč šuma na povezavi 0,0001 mW?
    1. Določite pasovno širino dupleksne komunikacijske linije za vsako smer, če veste, da je njena pasovna širina 600 kHz, metoda kodiranja pa uporablja 10 stanj signala.
    2. Izračunajte zakasnitev širjenja signala in zakasnitev prenosa podatkov za primer 128-bajtnega paketnega prenosa (upoštevajte, da je hitrost širjenja signala enaka hitrosti svetlobe v vakuumu 300.000 km/s):

О po kablu z zvitim parom dolžine 100 m s hitrostjo prenosa 100 Mbit / s;

О po koaksialnem kablu dolžine 2 km s hitrostjo prenosa 10 Mbps;

O prek satelitskega kanala z dolžino 72.000 km s hitrostjo prenosa 128 Kbps.

  1. Izračunajte hitrost komunikacijske linije, če veste, da je urna frekvenca oddajnika 125 MHz, signal pa ima 5 stanj.
    1. Sprejemnik in oddajnik omrežnega adapterja sta povezana s sosednjimi pari kablov UTP. Kolikšna je moč prevodne motnje na vhodu sprejemnika, če ima oddajnik moč 30 dBm, indikator pa NASLEDNJI kabel -20 dB?
    2. Naj vemo, da modem prenaša podatke v full duplex načinu s hitrostjo 33,6 kbps. Koliko stanj ima njegov signal, če je pasovna širina komunikacijske linije 3,43 kHz?

STRAN 20

Druga podobna dela, ki bi vas lahko zanimala. Wshm>

6695. Arhitektura baze podatkov. Fizična in logična neodvisnost 106,36 KB
Podane so naslednje definicije podatkovne banke baze podatkov in DBMS: Podatkovna banka BnD je sistem posebej organiziranih podatkovnih baz programskih tehničnih jezikovnih organizacijskih in metodoloških orodij, namenjenih zagotavljanju centraliziranega zbiranja in kolektivne večnamenske uporabe podatkov. Baza podatkov DB je poimenovana zbirka podatkov, ki odraža stanje objektov in njihovih odnosov na obravnavanem predmetnem področju. Sistem za upravljanje baz podatkov DBMS je nabor jezikov in ...
18223. Baza podatkov "Kadrovsko računovodstvo" na primeru podjetja LLP "Komunikacijske tehnologije" 3,34 MB
Posebno mesto v tej vrsti zasedajo računalniki in druga elektronska oprema, povezana z njihovo uporabo kot orodjem za racionalizacijo vodstvenega dela. V zadnjih nekaj letih se je raven potrošniških lastnosti sistemov za upravljanje baz podatkov DBMS povečala: različne podprte funkcije, uporabniku prijazen vmesnik, vmesnik s programskimi izdelki, zlasti z drugimi DBMS, omrežne zmogljivosti itd. izkušnje so se nabrale pri oblikovanju ...
6283. Kemična vez. Značilnosti kemijske vezi: energija, dolžina, vezni kot. Vrste kemičnih vezi. Polarnost komunikacije 2,44 MB
Hibridizacija atomskih orbital. Koncept molekularne orbitalne metode. Energetski diagrami tvorbe molekularnih orbital za binarne homonuklearne molekule. Ko nastane kemična vez, se spremenijo lastnosti medsebojno delujočih atomov, predvsem pa energija in zasedenost njihovih zunanjih orbital.
10714. KANALI POVEZAVE. OMREŽJA KOMUNIKACIJSKIH KANALOV 67,79 KB
Komunikacijski vod je nepogrešljiv del vsakega komunikacijskega kanala, po katerem potujejo elektromagnetno valovanje od oddajne točke do sprejemne (v splošnem primeru lahko kanal vsebuje več linij, pogosteje pa je ista linija del več kanalov) .
13240. Prenos evfemizmov v ruščino 1,44 MB
Evfemizem kot jezikoslovni pojav je še posebej zanimiv, saj v zadnjih desetletjih proces nastajanja evfemizmov poteka vse bolj intenzivno in se pogosto uporabljajo na različnih področjih govorne dejavnosti. Preučevanje evfemizmov v različnih jezikih omogoča prispevek k preučevanju nacionalne samobitnosti jezikovne slike.
8010. Signalizacija v živalskih celicah 10,89 KB
Prvi korak je vedno vezava liganda m. Te spojine uravnavajo rast celic pod različnimi pogoji, zlasti med embriogenezo, zorenjem celic ali njihovo proliferacijo, ki je del imunskega odziva. Običajno je receptor sam tarča za avtofosforilacijo, vendar obstajajo dokazi o tem. Nobena od podenot ni transmembranski protein.
8008. Celična površina: receptorji, prenos signala 10,75 KB
Plazemske membrane bakterijskih rastlinskih in živalskih celic vsebujejo številne specializirane receptorske molekule, ki medsebojno delujejo z zunajceličnimi komponentami, da inducirajo specifične celične odzive. Nekateri receptorji vežejo hranila ali presnovke, drugi – hormone ali nevrotransmiterje, tretji pa sodelujejo pri medceličnem prepoznavanju in oprijemanju oziroma vezavi celic na netopne sestavine zunajceličnega okolja. Delo večine receptorskih sistemov vključuje naslednje faze: 1 vezava liganda ali ...
7176. ORGANIZACIJA BAZE PODATKOV IN SISTEMI UPRAVLJANJA Z BAZAMI PODATKOV 116,07 KB
Kot informacijski sistem lahko na primer štejemo vozni red vlakov ali knjigo naročil. Atribut, posnet na katerem koli nosilcu za shranjevanje, se imenuje podatkovni element podatkovno polje ali preprosto polje. Pri obdelavi podatkov pogosto naletimo na objekte iste vrste z enakimi lastnostmi.
13407. Zaznavanje, zbiranje, prenos, obdelava in kopičenje informacij 8,46 KB
Zaznavanje informacij je proces pretvorbe podatkov, ki vstopajo v tehnični sistem ali živi organizem iz zunanjega sveta, v obliko, primerno za nadaljnjo uporabo. Zaradi zaznavanja informacij je zagotovljena povezava med sistemom in zunanjim okoljem, ki je lahko oseba, opazovani predmet, pojav ali proces itd. Zaznavanje informacij je nujno za vsak informacijski sistem.
1956. Čelni zobnik, sestavljen iz vijačnih zobnikov 859,59 KB
Vijačne zobnike, tako kot čelne, izdelujemo po metodi valjanja, glej predavanje 14, ki temelji na procesu strojnega zobanja. In od tod sledi zelo pomemben zaključek: vse temeljne določbe o strojnem preoblikovanju čelnega zobnika s čelnim zobnikom, glej predavanje 14, veljajo tudi za strojno zobanje čelnega zobnika s čelnim zobnikom. Zato je posebnost strojnega zobnika pri izdelavi vijačnih zobnikov, da je zaradi nagnjene namestitve orodja ...

Komunikacijska povezava se nanaša na fizični medij in zbirko strojne opreme, ki se uporablja za prenos signalov od oddajnika do sprejemnika. V žičnih komunikacijskih sistemih je to najprej kabel ali valovod, v radijskih komunikacijskih sistemih je območje prostora, v katerem se elektromagnetno valovanje širi od oddajnika do sprejemnika. Pri oddajanju po kanalu je signal lahko popačen in nanj lahko vplivajo motnje. Sprejemna naprava obdela prejeti signal , ki je vsota vhodnega popačenega signala in motenj, in iz njega obnovi sporočilo, ki prikaže poslano sporočilo z nekaj napake. Z drugimi besedami, prejemnik mora na podlagi analize signala ugotoviti, katero od možnih sporočil je bilo poslano. Zato je sprejemna naprava eden najbolj kritičnih in kompleksnih elementov električnega komunikacijskega sistema.

Električni komunikacijski sistem razumemo kot niz tehničnih sredstev in distribucijskih medijev. Koncept komunikacijskega sistema vključuje vir in potrošnik sporočil.

Po vrsti poslanih sporočil ločimo naslednje električne komunikacijske sisteme: sisteme za prenos govora (telefonija); sistemi za prenos besedila (telegrafija); sistemi za prenos nepremičnih slik (fototelegrafija); sistemi za prenos gibljivih slik (televizija), sistemi telemetrije, daljinsko vodenje in prenos podatkov. Telefonske in televizijske sisteme glede na namen delimo na oddajne, za katere je značilna visoka stopnja umetniške reprodukcije sporočil, in profesionalne s posebno uporabo (uradne komunikacije, industrijska televizija itd.). V telemetričnem sistemu se fizične količine (temperatura, tlak, hitrost itd.) s pomočjo senzorjev pretvorijo v primarni električni signal, ki se dovaja na oddajnik. Na sprejemnem koncu se prenesena fizična količina ali njene spremembe izločijo iz signala in uporabijo za spremljanje. V sistemu za daljinsko upravljanje se prenašajo ukazi za samodejno izvajanje določenih dejanj. Pogosto se ti ukazi generirajo samodejno na podlagi rezultatov meritev, ki jih posreduje telemetrični sistem.

Uvedba visoko učinkovitih računalnikov je privedla do potrebe po hitrem razvoju sistemov za prenos podatkov, ki zagotavljajo izmenjavo informacij med računalniškimi napravami in objekti avtomatiziranih krmilnih sistemov. Za to vrsto telekomunikacij so značilne visoke zahteve po hitrosti in zanesljivosti prenosa informacij.

Za izmenjavo sporočil med številnimi geografsko razpršenimi uporabniki (naročniki) se ustvarjajo komunikacijska omrežja, ki zagotavljajo prenos in distribucijo sporočil na določene naslove (ob določenem času in z določeno kakovostjo).

Komunikacijsko omrežje je zbirka komunikacijskih vodov in stikalnih vozlišč.

Razvrstitev kanalov in komunikacijskih vodov se izvaja:

po naravi signalov na vhodu in izhodu (neprekinjeni, diskretni, diskretno-kontinuirani);

po vrsti sporočil (telefon, telegraf, prenos podatkov, televizija, faks ipd.);

glede na vrsto medija za razmnoževanje (žični, radijski, optični itd.);

glede na obseg uporabljenih frekvenc (nizkofrekvenčni (LF), visokofrekvenčni (HF), ultravisoki frekvenci (UHF) itd.);

po strukturi oddajno-sprejemnih naprav (enokanalni, večkanalni).

Trenutno se lahko za čim bolj popolno karakterizacijo kanalov in komunikacijskih vodov uporabijo tudi druge klasifikacijske značilnosti (glede na način širjenja radijskih valov, način združevanja in ločevanja kanalov, postavitev tehničnih sredstev, operativne namen itd.)



Povezani članki: