Kako se imenuje komunikacijska linija. Fizična zakupljena linija

Hitrost prenosa(informacijska stopnja ali pretok, oba angleška izraza se uporabljata enako) je dejanska hitrost pretoka podatkov, ki je prešel skozi omrežje. Ta stopnja je lahko manjša od predlagane stopnje nalaganja, saj se lahko podatki v omrežju poškodujejo ali izgubijo.

Zmogljivost povezave (imenovana tudi prepustnost), predstavlja največjo možno hitrost prenosa informacij po kanalu.

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

Na primer zmogljivost komunikacijskega kanala v Ethernet omrežja na optičnih vlaknih je 10 Mbps. Ta hitrost je največja možna kombinacija tehnologije Ethernet in 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. Ja, tehnologija hitri ethernet zagotavlja prenos podatkov preko istega optičnega vlakna z največja hitrost 100 Mbps in Gigabit Ethernet tehnologija - 1000 Mbps. Oddajnik komunikacijske naprave mora delovati s hitrostjo, ki je enaka pasovni širini kanala. Ta hitrost je včasihse imenuje 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 prenaša brez bistvenega popačenja. Iz te definicije je izvor izraza jasen.

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 - 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 uporaba izraza "pasovna širina" je že vključena 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 teh dveh sinonimov uporabili pasovno širino.

Druga skupina značilnosti komunikacijskega kanala je povezana z možnostjo prenosa informacij po kanalu v eno ali obe smeri.

Ko dva računalnika sodelujeta, je običajno potrebno prenašati informacije v obe smeri, od računalnika A do računalnika B in obratno. Tudi če se uporabniku zdi, da le prejema informacije (na primer prenaša glasbeno datoteko z interneta) ali prenaša (pošilja E-naslov), izmenjava informacij poteka v dveh smereh. Obstaja preprosto glavni tok podatkov, ki uporabnika zanima, in pomožni tok v nasprotni smeri, ki tvorita potrdila o prejemu teh podatkov.

Fizične komunikacijske kanale delimo 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. Možno je, da se za hkratni prenos prihajajočih tokov uporablja en medij, v tem primeru se uporabijo dodatne metode za ločitev 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. Pogosto je dupleksni kanal sestavljen iz dveh simpleksnih kanalov.

Komunikacijske linije

Pri gradnji omrežij se uporabljajo komunikacijski vodi, ki uporabljajo različne fizične medije: telefonske in telegrafske žice, obešene v zraku, bakrene koaksialne in optične kable, položene pod zemljo in na oceansko dno, ki zapletajo vse sodobne pisarne, bakrene sukane parice, vse prodorne radijske valove.

Razmislite o splošnih značilnostih komunikacijskih linij, ki niso odvisne od njihove fizične narave, kot npr

pasovna širina,

prepustnost,

Odpornost proti hrupu in

Zanesljivost prenosa.

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

Nyquistova formula izraža to odvisnost za idealen kanal, Shannonova formula pa upošteva prisotnost šuma v realnem 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 ne povzroča težav. Hkrati pa obstajajo posebnosti pri njihovi uporabi.

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 pri preklopu. Na primer, primarna omrežna povezava je lahko sestavljena iz 30 kanalov, od katerih ima vsak pasovno širino 64 Kbps.

Sestavljeni kanal (vezje)je pot med dvema končnima vozliščema omrežja. Sestavljeno povezavo tvorijo posamezne vmesne povezave in notranje povezave v stikalih. Pogosto je epitet "sestavljen" izpuščen in izraz "kanal" se uporablja za označevanje sestavljenega kanala in kanala med sosednjimi vozlišči, torej znotraj povezave.

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

Ne bodite preostri glede zmede v terminologiji. To še posebej velja za razlike v terminologiji med tradicionalno telefonijo in novejšim področjem računalniškega omrežja. Proces zbliževanja je le še zaostril problem terminologije, saj so številni mehanizmi teh omrežij postali običajni, vendar so ohranili nekaj (včasih več) imen, ki so prihajala 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. Tako 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 zasnovana za zagotavljanje storitev podatkovne povezave za računalnike 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 pojme, kot so: harmonika, spektralna razgradnja (spekter) signala,širina spektra signala, Fourierjeve formule, zunanji šum, notranjimotnje ali motnje, slabljenje signala, specifično dušenje, okno
preglednost, absolutna raven moči, relativna raven
moč, prag občutljivosti sprejemnika, valovna impedanca,
odpornost proti hrupu linije, električna povezava, magnetna povezava,
inducirani signal, preslušavanje ob koncu, preslušavanje
motnje na skrajnem koncu, varnost kabla, zanesljivost prenosa
podatki, stopnja bitnih napak, pasovna širina, prepustnost
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 in množica vseh harmonikov
Monics se imenuje spektralna razgradnja ali spekter izvirnega signala.

Širina spektra signala se razume kot razlika med največjo in minimalno frekvenco niza sinusoid, ki se seštevajo k izvirnemu signalu.

Neperiodične signale lahko predstavimo kot integral sinusnih signalov z neprekinjenim spektrom frekvenc. Zlasti spektralna razgradnja idealnega impulza (enotne moči in ničelnega trajanja) 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 signale poljubne valovne oblike, ki jih srečamo v praksi, lahko spekter najdemo s posebnimi napravami - spektralnimi analizatorji, ki merijo spekter realnega signala in prikazujejo amplitude harmoničnih komponent na zaslonu, jih natisnejo na tiskalnik ali prenesejo na računalnik za obdelavo in shranjevanje.

Popačenje s prenosno linijo sinusoida katere koli frekvence vodi na koncu do popačenja amplitude in oblike prenesenega signala katere koli vrste. Popačenje oblike nastane, ko so sinusoidi različnih frekvenc različno 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 nepopolnosti komunikacijskih vodov. Idealen prenosni medij, ki ne povzroča motenj v oddanem signalu, mora imeti najmanj 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 nastanejo zaradi neidealnih fizičnih parametrov komunikacijskega voda, obstajajo tudi zunanje motnje, ki prispevajo k popačenju valovne oblike na izhodu linije. Te motnje ustvarjajo različni elektromotorji, elektronske naprave, atmosferepojavov itd. Kljub zaščitnim ukrepom, ki so jih sprejeli razvijalci kablov, in razpoložljivosti ojačevalne in stikalne opreme ni mogoče v celoti nadomestiti vpliva zunanjih motenj. Poleg zunanjih motenj v kablu obstajajo tudi notranje motnje - tako imenovane motnje iz enega para vodnikov v drugega. Posledično lahko signali na izhodu komunikacijske linijeimajo popačeno obliko (kot je prikazano na sliki 8.5).

Dušenje in impedanca

Stopnja popačenja sinusnih signalov s komunikacijskimi linijami se ocenjuje s takšnimi 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 je Pout moč signala na linijskem izhodu, Pin 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 lokalna omrežja Kot ta dolžina se običajno uporablja 100 m, saj je ta vrednost največja dolžina kabla za številne tehnologije LAN. Za teritorialne komunikacijske vodove se specifično dušenje meri za razdaljo 1 km.

Običajno je slabljenje značilno za pasivne odseke komunikacijskega voda, sestavljene iz kablov in presekov, brez ojačevalcev in regeneratorjev.

Ker je izhodna moč kabla brez vmesnih ojačevalnikov manjša od moči vhodnega signala, je slabljenje kabla vedno negativna vrednost.

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 opisu parametrov komunikacijske linije podane vrednosti slabljenja le za nekaj frekvenc. To je po eni strani razloženo z željo 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 preko linije.

POZOR

Kot že omenjeno, je dušenje vedno negativno, vendar je znak minus pogosto izpuščen, kar včasih povzroči zmedo. Popolnoma pravilno je reči, da je kakovost komunikacijske linije višja, večja je (ob upoštevanju predznaka) slabljenje. Če zanemarimo predznak, torej upoštevamo absolutno vrednost dušenja, potem ima boljša črta manjše dušenje. Vzemimo primer. Za ožičenje v zaprtih prostorih v stavbah se uporablja sukani par kategorije 5. Ta kabel, ki podpira skoraj vse tehnologije LAN, ima slabljenje najmanj -23,6 dB za frekvenco 100 MHz z dolžino kabla 100 m. b ima slabljenje pri frekvenci 100 MHz ne manj kot -20,6 dB. Dobimo to - 20,6 > -23,6, ampak 20,6< 23,6.

Na sl. Slika 8.8 prikazuje tipično slabljenje v primerjavi s frekvenco za UTP kable kategorije 5 in 6.

Optični kabel ima bistveno nižje (v absolutni vrednosti) vrednosti dušenja, običajno v območju od -0,2 do -3 dB pri dolžini kabla 1000 m, kar pomeni, da je kakovostnejši od kabla z sukanim parom. Skoraj vsa optična vlakna imajo kompleksno odvisnost dušenja od valovne dolžine, ki ima tri tako imenovana okna prosojnosti. Na sl. Slika 8.9 prikazuje tipično krivuljo 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 najnižjo izgubo in s tem največji doseg pri fiksni moči oddajnika in fiksni občutljivosti 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. Hkrati pa 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 enota
raven relativne moči renija (decibel na 1 mW). relativno
vrednosti moči so priročne za uporabo pri izračunu proračuna energije
in komunikacijske linije.

Izjemna preprostost izračuna je postala mogoča zaradi dejstva, da kot
začetne podatke so uporabili relativne vrednosti vhodne moči
vhodnih in izhodnih signalov. Vrednost y, uporabljena v primeru, se imenuje
prag občutljivosti sprejemnika in predstavlja minimalno moč
signal na vhodu sprejemnika, na katerem ga lahko pravilno locira
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, presežen
prag občutljivosti sprejemnika: x - A > y. Preverjanje tega pogoja in je
je bistvo izračuna energetskega proračuna linije.

Pomemben parameter bakrene komunikacijske linije je njena impedanca,
kar je skupni (kompleksni) upor, ki se sreča
elektromagnetno valovanje določene frekvence, ko se širi vzdolž enega
domača veriga. Karakteristična impedanca se meri v ohmih in je odvisna od tega
parametri komunikacijske linije, kot so aktivni upor, linearna induktivnost
in linearne kapacitivnosti, pa tudi na frekvenco samega signala. Izhodni upor
Izhod oddajnika mora biti usklajen z impedanco linije,
sicer bo slabljenje signala pretirano veliko.

Odpornost proti hrupu in zanesljivost

Odpornost linije proti hrupu, kot pove že ime, določa sposobnost linije, da prenese vpliv motenj, ki nastanejo v zunanjem okolju ali na notranjih vodnikih samega kabla. Odpornost linije proti hrupu je odvisna od vrste uporabljenega fizičnega medija, pa tudi od zaščite in sredstev za dušenje hrupa same linije. Najmanj proti hrupu so odporne radijske linije, kabelski vodi imajo dobro stabilnost in optične linije imajo odlično stabilnost. optične linije neobčutljiv na zunanje elektromagnetno sevanje. Običajno so vodniki zaščiteni in/ali zviti, da se zmanjšajo motnje zunanjih elektromagnetnih polj.

Električna in magnetna sklopka sta parametra bakrenega kabla, ki sta tudi posledica motenj. Električna sklopka je opredeljena kot razmerje med induciranim tokom v prizadetem vezju in napetostjo, ki deluje v vplivnem vezju. Magnetna sklopka je razmerje med elektromotorno silo, inducirano v prizadetem vezju, in tokom v prizadetem vezju. Posledica električne in magnetne sklopke so inducirani signali (prejem) v prizadetem vezju. Obstaja več različnih parametrov, ki označujejo odpornost kabla na odjemalce.

Preslušavanje na bližnjem koncu (Near End Cross Talk, NEXT) določa stabilnost kabla v primeru, da motnje nastanejo kot posledica delovanja signala, ki ga ustvari oddajnik, ki je hkrati povezan z enim od sosednjih parov. konec kabla, ki je priključen na prizadeti seznanjeni sprejemnik (slika 8.10). NEXT, izraženo v decibelih, je enako 10 lg Pout/Pind> kjer je Pout moč izhodnega signala, Pind je moč induciranega signala.

Manjša kot je vrednost NEXT, boljši je kabel. Na primer, za sukani par kategorije 5 mora biti NEXT manj kot -27 dB pri 100 MHz.

Preslušavanje na skrajnem koncu (Far End Cross Talk, FEXT) vam omogoča, da ocenite odpornost kabla na motnje za primer, 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.

Indikatorja NEXT in FEXT se običajno uporabljata za kabel, sestavljen iz več sukanih parov, saj lahko v tem primeru medsebojne motnje enega para z drugim dosežejo pomembne vrednosti. Za en sam koaksialni kabel (to je sestavljen iz enega oklopljenega 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 pri nekaterih novih tehnologijah podatki prenašajo hkrati po več sukani par, v zadnjem času so bili uporabljeni tudi indikatorji preslušavanja s predpono PS (PowerSUM - kombinirani pickup), kot sta PS NEXT in PS FEXT. Ti indikatorji odražajo odpornost kabla na skupno moč preslušavanja na enem od kabelskih parov vseh drugih oddajnih parov (slika 8.11).

Drug praktično pomemben kazalnik je varnost kabla (Atenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Varnost je opredeljena kot razlika med nivoji uporabnega signala in motenj. Višja kot je vrednost zaščite kabla, višja je po Shannonovi formuli s potencialno višjo

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

Zanesljivost prenosa podatkov označuje verjetnost popačenja vsakega bita prenesenih podatkov. Včasih se isti indikator imenuje stopnja bitnih napak (Bit Error Rate, BER). Vrednost BER za komunikacijske linije brez dodatne zaščite pred napakami (na primer samopopravljajoče kode ali protokoli s ponovnim oddajanjem popačenih okvirjev) je običajno 10-4-10-6, v optičnih komunikacijskih linijah - 10~9. Vrednost zanesljivosti prenosa podatkov, na primer 10-4, kaže, da je v povprečju od 10.000 bitov vrednost enega bita popačena.

Mejne frekvence se pogosto štejejo za frekvence, pri katerih je moč izhodnega signala prepolovljena glede na vhodni signal, kar ustreza oslabljenju -3 dB. Kot bomo videli v nadaljevanju, pasovna širina v največji meri vpliva na največjo možno hitrost prenosa informacij po komunikacijski liniji. Pasovna širina je odvisna od vrste linije in njene dolžine. Na sl. 8.13 prikazuje pasovne širine komunikacijskih vodov različnih vrst, pa tudi najpogosteje uporabljena frekvenčna območja v komunikacijski tehnologiji

Na primer, ker je za digitalne linije vedno definiran protokol fizične plasti, ki določa bitno hitrost prenosa podatkov, je pasovna širina zanje vedno znana - 64 Kbps, 2 Mbps itd.

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

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

Pasovna širina komunikacijskih vodov in opreme komunikacijskega omrežja je tra-
Tradicionalno se meri v bitih na sekundo in ne v bajtih na sekundo. To je posledica dejstva, dapodatki v omrežjih se prenašajo zaporedno, to je bit za bit, in ne vzporedno, bajti, kot se dogaja med napravami v računalniku. Te merske enotekot kilobit, megabit ali gigabit, v omrežnih tehnologijah strogo ustrezajo moči 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 običajnov programiranju, kjer je predpona "kilo" 210 = 1024, "mega" pa 220 = 1.048.576.

Prepustnost komunikacijskega voda ni odvisna le od njegovih značilnosti, kot npr
tako slabljenje in pasovno širino, ampak tudi na spekter oddanih signalov.
Če so pomembne harmonike signala (to so tiste harmonike, katerih amplitude
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, bo signal znatno popačen -
Xia, in sprejemnik se bo zmotil pri prepoznavanju informacij (slika 8.14, b).

Biti in baudi

Izbira metode za predstavitev diskretnih informacij v obliki signalov, ki jih daje
ki se prenaša na komunikacijsko linijo, 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 sukani par kategorija-
rii 3 lahko prenaša podatke s pasovno širino 10 Mbps s sporom
kodiranje standarda fizičnega sloja 10VaBe-T in 33 Mbit/s z možnostjo
Standardno kodiranje 100Base-T4.

V skladu z osnovnim 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 pojavi, popolnoma predvidljiva. Podobno impulzi na vodilu računalniške ure ne prenašajo informacij,saj so tudi njihove spremembe v času konstantne. Toda impulzov na podatkovnem vodilu ni mogoče vnaprej predvideti, zaradi tega so informacijski, prenašajo informacije
med posameznimi bloki ali napravami računalnika.

Pri večini metod kodiranja se uporablja sprememba nekega parametra periodičnega signala - frekvence, amplitude in faze sinusoida ali znaka potenciala impulznega zaporedja. Periodični signal, katerega parametri se spreminjajo, se imenuje nosilni signal, njegova frekvenca, če je signal sinusna, pa nosilna frekvenca. Postopek spreminjanja parametrov nosilnega signala v skladu s posredovano informacijo se imenuje modulacija.

Če se signal spremeni tako, da je mogoče razlikovati samo 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 poteka na takt način, to je, da se signal spreminja v določenem časovnem intervalu, ki se imenuje takt. Prejemnik informacij verjame, da na začetku vsakega cikla na njegov vhod prispejo nove informacije. V tem primeru, ne glede na to, ali signal ponavlja stanje prejšnjega cikla ali ima stanje, ki se razlikuje od prejšnjega, sprejemnik od oddajnika prejme novo informacijo. Na primer, če je cikel 0,3 s in ima signal dve stanji in je 1 kodiran s potencialom 5 voltov, potem prisotnost 5-voltnega signala na vhodu sprejemnika za 3 sekunde pomeni prejemanje informacij, predstavljenih z binarno številko 1111111111.

Število sprememb informacijskega parametra nosilnega periodičnega signala na sekundo se meri v baudih. En baud je enak eni spremembi podatkovnega parametra na sekundo. Na primer, če je cikel prenosa informacij 0,1 sekunde, se signal spreminja s hitrostjo 10 baudov. Tako je hitrost prenosa v celoti določena z velikostjo ure.

Hitrost informacij se meri v bitih na sekundo in se na splošno ne ujema s hitrostjo prenosa. Lahko je višja ali nižja hitrost.

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

Naj so informacijski parametri faza in amplituda sinusoida, 4 stanja faze pri 0, 90, 180 in 270 ° in dve vrednosti amplitude signala sta različni, 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, ko je informacijska hitrost nižja od hitrosti spremembe informacijskega signala v baudu. To se zgodi, ko je za zanesljivo prepoznavanje s strani sprejemnika uporabniških informacij vsak bit v zaporedju kodiran z več spremembami informacijskega parametra nosilnega signala. Na primer, pri kodiranju ene bitne vrednosti s impulzom pozitivne polarnosti in ničelne bitne vrednosti z impulzom negativne polarnosti fizični signal dvakrat spremeni svoje stanje z vsakim prenesenim bitom. S tem kodiranjem je hitrost linije v bitih na sekundo dvakrat nižja kot pri baudu.

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

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 prejemnika, kar pomeni, da je možna hitrost prenosa informacij manj.

Razmerje pasovne širine in prepustnosti

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

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

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

Iz tega razmerja izhaja, da ni teoretične omejitve prepustnosti povezave s fiksno pasovno širino. Vendar v praksi obstaja taka meja. Dejansko je mogoče povečati zmogljivost linije s povečanjem moči oddajnika ali z zmanjšanjem moči hrupa (motenja) v komunikacijski liniji. Obe komponenti je zelo težko spremeniti. Povečanje moči oddajnika vodi do znatnega povečanja njegove velikosti in stroškov. Zmanjšanje hrupa zahteva uporabo posebnih kablov z dobrim zaščitni zasloni, kar je zelo drago, pa tudi zmanjšanje hrupa v oddajniku in vmesni opremi, kar ni lahko doseči. Poleg tega je učinek uporabnih moči signala in šuma na prepustnost omejen z logaritmično odvisnostjo, ki še zdaleč ne raste tako hitro kot neposredno sorazmerna. Tako bo za dokaj tipično začetno razmerje med močjo signala in močjo šuma 100-kratno podvojitev moči oddajnika dala le 15-odstotno povečanje zmogljivosti linije.

V bistvu Shannonovi formuli je še eno razmerje, ki ga je dobil Nyquist, ki prav tako določa največjo možno prepustnost komunikacijske linije, vendar brez upoštevanja hrupa 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
gotovina. Za povečanje prepustnosti komunikacijskega voda bi bilo treba povečati število stanj, v praksi pa to preprečuje šum na liniji. Na primer, pasovna širina linije, katere signal je prikazan na sl. 8.15, b, se lahko ponovno podvoji z uporabo ne 4, ampak 16 ravni za kodiranje podatkov. Če pa amplituda šuma občasno preseže razliko med sosednjimi nivoji, sprejemnik ne bo mogel stabilno prepoznati posredovanih 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 z sprejemnik.

Oklopljeni in nezaščiteni sukani par

sukani par imenujemo zvit par žic. Ta vrsta prenosnega medija 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 uporabne 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 prisotna v katerem koli kablu, odelektromagnetnoizolacija. Prvi je sestavljen iz neprevodne dielektrične plasti - papirja ali polimera, kot je polivinilklorid ali polistiren. V drugem primeru so prevodna jedra poleg električne izolacije nameščena tudi v notranjost elektromagnetnega ščita, ki se najpogosteje uporablja kot prevodna bakrena pletenica.

Na osnovi kablaneoklopljeni sukani par,uporablja za ožičenje

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

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

Kabli kategorije 2 jih je pri gradnji prvič uporabil IBM
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, zasnovani tako za prenos podatkov kot
in za prenos govora, so zdaj osnova številnih kabelskih sistemov
zgradbe.

Kabli kategorije 4 so nekoliko izboljšana različica
Kabli kategorije 3. Kabli kategorije 4 morajo vzdržati preskuse eno uro -
Torba za prenos signala 20 MHz in zagotavlja večjo odpornost proti hrupu
vost in nizka izguba signala. V praksi se redko uporabljajo.

Kabli kategorije 5 so bili posebej zasnovani za podporo visoko
hitrostni protokoli. Njihove značilnosti so določene v območju do
100 MHz. Večina tehnologij visoke hitrosti (FDDI, Fast Ethernet,
ATM in Gigabit Ethernet) vodi uporaba kabla z zvitim parom
5. Kabel kategorije 5 je nadomestil kabel kategorije 3 in danes
vsi novi kabelski sistemi velikih zgradb so zgrajeni na tem tipu
kabel (v kombinaciji z optičnimi vlakni).

Posebno mesto imajo kabli kategorije 6 in 7, ki ga je industrija začela proizvajati relativno nedavno. Kabel kategorije 6 je določen do 250 MHz, kabel 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 na kablih, ki so daljši od UTP kabla kategorije 5.

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

optični kabel

optični kabelsestoji iz tankih (5-60 mikronov) fleksibilnih steklenih vlaken (svetlobnih vodnikov vlaken), skozi katera se širijo svetlobni signali. To je najkakovostnejši tip kabla - zagotavlja prenos podatkov z zelo visoko hitrostjo (do 10 Gb / s in več) in poleg tega boljši od drugih vrst prenosnega medija zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami (zaradi narave širjenja svetlobe, je takšne signale enostavno zaščititi).

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

večmodno vlakno s stopničastim lomnim količnikom (slika 8.17, a)\

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

enomodno vlakno (slika 8.17, v).

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

Enmodični kabel(Single Mode Fiber, SMF) uporablja osrednji 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. Predelava

AT večmodnih kablov(Multi Mode Fiber, MMF) uporablja širša notranja jedra, ki jih je tehnološko lažje izdelati. Pri večmodnih kablih je v notranjem prevodniku hkrati več svetlobnih žarkov, ki se od zunanjega vodnika odbijajo pod različnimi koti. Kot odboja žarka se imenuje moda žarek. V večmodnih kablih z gladko spremembo lomnega količnika ima način odboja žarkov zapleten značaj. Posledica motenj poslabša kakovost oddanega signala, kar vodi do popačenja oddanih impulzov v večmodnem optičnem vlaknu. Zaradi tega razloga specifikacije večmodni kabli so slabši od enomodnih kablov.

Posledično se večnamenski kabli uporabljajo predvsem za prenos podatkov s hitrostmi največ 1 Gb / s na kratkih razdaljah (do 300-2000 m), enomodni 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 ustvari LED, ni mogoče usmeriti v vlakno brez velikih izgub - ima preširok 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 zvitimi pari, vendar so inštalacijska dela z optičnimi vlakni veliko dražja zaradi zapletenosti operacij in visokih stroškov uporabljene instalacijske opreme.

ugotovitve

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 (časovni interval ali kvant) 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 prepustnost komunikacijske linije za fiksne vrednosti pasovne širine linije in razmerja med močjo signala in šumom.

Nyquistova formula izraža največjo možno prepustnost komunikacijske linije skozi pasovno širino in število stanj informacijskega signala.

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

Optični kabli imajo odlične elektromagnetne in mehanske lastnosti, njihova pomanjkljivost pa 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. Lahko digitalni kanal prenašati analogne podatke?
   3. Katere značilnosti komunikacijske linije vključujejo: raven hrupa, pasovno širino, linearno 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;

o 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 bolje prenaša signale - z višjo vrednostjo parametra NAPREJ ali z manj?
   3. Kakšna je širina spektra idealnega impulza?
   4. Poimenujte vrste optičnega kabla.
   5. Kaj se zgodi, če zamenjate kabel v delujočem omrežju UTP kabel STP? Možnosti odgovora:

О v omrežju se bo delež popačenih okvirjev zmanjšal, saj bodo zunanje motnje učinkoviteje zatirane;

Oh, nič se ne bo spremenilo;

O v omrežju se bo delež popačenih okvirjev 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:

O minimalni moči oddajnika P izhod (dBm);

О dohitevanje slabljenja kabla A (dB/km);

O pragu občutljivosti sprejemnika Pin (dBm).

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

1. Kakšna bi bila teoretična meja hitrosti prenosa podatkov v bitih na sekundo prek povezave s pasovno širino 20 kHz, če je moč oddajnika 0,01 mW in je moč šuma v povezavi 0,0001 mW?
   1. Določite zmogljivost dupleksne povezave za vsako smer, če je znano, da je njena pasovna širina 600 kHz in metoda kodiranja uporablja 10 stanj signala.
   2. Izračunajte zamudo pri širjenju signala in zakasnitev prenosa podatkov za primer 128-bajtnega paketnega prenosa (ob predpostavki, da je hitrost širjenja signala enaka hitrosti svetlobe v vakuumu 300.000 km/s):

O preko 100 m kabla z sukanim parom s hitrostjo prenosa 100 Mbps;

O preko koaksialnega kabla 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 povezave, če veste, da je urna frekvenca oddajnika 125 MHz in ima signal 5 stanj.
   1. Sprejemnik in oddajnik omrežni adapter priključen na sosednje pare kablov UTP. Kolikšna je moč inducirane motnje na vhodu sprejemnika, če ima oddajnik moč 30 dBm, eksponent NASLEDNJI kabel -20 dB?
   2. Naj vemo, da modem prenaša podatke v dupleksnem načinu s hitrostjo 33,6 Kbps. Koliko stanj ima njegov signal, če je pasovna širina komunikacijske linije 3,43 kHz?

stran 20

Glavne vrste komunikacijskih vodov so razdeljene na žične in brezžične. V žičnih komunikacijskih linijah fizični medij, skozi katerega se širijo signali, tvori mehansko povezavo med sprejemnikom in oddajnikom. Za brezžične komunikacijske linije je značilno, da med oddajnikom in sprejemnikom ni mehanske povezave, nosilec informacij pa so elektromagnetni valovi, ki se širijo v okolju.

Žične komunikacijske linije

Glede na oblikovne značilnosti so žične linije razdeljene na:

zrak, ki so žice brez izolacijskih ali zaščitnih plaščev, položene med drogove in visijo v zraku;
kabel, ki je sestavljen iz vodnikov, ki so praviloma zaprti v več slojih izolacije.

Nadzemni vodi tradicionalno prenašajo telefonske ali telegrafske signale, vendar se v odsotnosti drugih možnosti te linije uporabljajo za prenos računalniških podatkov. Značilnosti hitrosti in odpornost proti hrupu teh linij puščajo veliko želenega. Žične komunikacijske linije hitro nadomeščajo kabelske.

Kabelske električne komunikacijske linije so razdeljene na tri glavne vrste: kabel na osnovi zvitih parov bakrenih žic, koaksialni kabel z bakrenim jedrom in tudi kabel iz optičnih vlaken.

Sukani par žic se imenuje sukani par. Žice so zvite, da se izključi medsebojni vpliv med električni tokovi v vodnikih. Zvit par obstaja v oklopljeni izvedbi, ko je par bakrenih žic ovit v izolacijski zaslon, in neoklopljen, ko ni izolacijskega plašča. Eden ali več sukanih parov je povezanih v oplaščene kable.

Neoklopljeni sukani par ima širok spekter uporabe. Uporablja se tako v telefonskih kot v računalniških omrežjih. Trenutno je UTP kabel priljubljen medij za prenos informacij na kratke razdalje [približno 100 metrov] Kabli z zvitimi pari so razdeljeni v 5 kategorij glede na električne in mehanske lastnosti. V računalniških omrežjih se pogosto uporabljajo kabli kategorij 3 in 5, ki so opisani v ameriškem standardu EIA / TIA-568A.

Kabel kategorije 3 je zasnovan za prenos podatkov pri nizki hitrosti. Zanj je določeno dušenje pri frekvenci 16 MHz in ne sme biti nižje od 13,1 dB pri dolžini kabla 100 metrov. Za kabel sukanega para kategorije 5 je značilno dušenje najmanj 22 dB za frekvenco 100 MHz z dolžino kabla, ki ni večja od 100 metrov. Frekvenca 100 MHz je bila izbrana, ker je kabel te kategorije namenjen za hitri prenos podatkov, katerih signali imajo pomembne harmonike s frekvenco približno 100 MHz.

Vsi UTP kabli, ne glede na njihovo kategorijo, so na voljo v 4-parni konfiguraciji. Vsak od štirih parov ima določeno barvo in višino zasuka. Prednosti UTP kabla vključujejo:

prilagodljivost kabla, ki poenostavi namestitev komunikacijskega voda;
nizki stroški z dovolj visoko prepustnostjo [do 1 Gb / s].

Slabosti nezaščitenega kabla z zvitim parom so:

nizka odpornost proti hrupu;
stroga omejitev dolžine kabla.

Oklopljeni parni kabel STP dobro ščiti oddane signale pred motnjami, poleg tega pa oddaja manj elektromagnetnih valov navzven. Vendar pa prisotnost ozemljenega ščita poveča stroške kabla in oteži njegovo polaganje, saj zahteva visokokakovostno ozemljitev. STP kabel se v glavnem uporablja za prenos diskretnih informacij, preko njega pa se ne prenaša glas.

Primarni standard, ki definira parametre STP, je IBM-ov lastniški standard. V tem standardu kabli niso razdeljeni na kategorije, ampak na vrste. Tip 1 je približno enak UTP kategorije 5. Sestavljen je iz 2 parov napetih bakrenih žic, zaščitenih s prevodno pletenico, ki je ozemljena. Kabel IBM tipa 2 je kabel tipa 1 z dodano 2 paroma neoklopljene glasovne žice. Niso vse IBM-ove standardne vrste STP.

Koaksialni kabel je sestavljen iz dveh koncentričnih prevodnikov, ločenih drug od drugega, od katerih je zunanji videti kot cev. Zaradi te zasnove je koaksialni kabel manj občutljiv na zunanje elektromagnetne vplive, zato ga je mogoče uporabljati pri višjih hitrostih prenosa podatkov. Poleg tega je za te kable zaradi razmeroma debelega osrednjega jedra značilno minimalno dušenje električnega signala, kar omogoča prenos informacij na dovolj dolge razdalje. Pasovna širina koaksialnega kabla je lahko večja od 1 GHz/km, slabljenje pa manj kot 20 dB/km pri 1 GHz.

Obstaja veliko vrst koaksialnih kablov, ki se uporabljajo v omrežjih različnih vrst - telefonskih, televizijskih in računalniških. V LAN se uporabljata dve vrsti kablov: tanek koaksialni kabel in debel koaksialni kabel.

Tanek koaksialni kabel ima zunanji premer približno 5 mm, premer osrednje bakrene žice pa je 0,89 mm. Ta kabel je zasnovan za prenos signalov s spektrom do 10 MHz na razdalji do 185 metrov.

Debel koaksialni kabel ima zunanji premer približno 10 mm, premer osrednje bakrene žice pa je 2,17 mm. Ta kabel je zasnovan za prenos signalov s spektrom do 10 MHz na razdaljo do 500 metrov.

Tanek koaksialni kabel ima slabše mehanske in električne lastnosti kot debel koaksialni kabel, vendar je zaradi svoje fleksibilnosti bolj priročen za namestitev.

Koaksialni kabel je nekajkrat dražji od kabla z sukanim parom, po lastnostih pa je slabši predvsem od optičnega kabla, zato se vse manj uporablja pri gradnji komunikacijskega sistema računalniških omrežij.

Optični kabli so sestavljeni iz osrednjega svetlobnega prevodnika [jedra] – steklenega vlakna, obdanega z drugo plastjo stekla – plašča z nižjim lomnim količnikom kot jedro. Svetlobni žarki, ki se širijo skozi jedro, ne presegajo njegovih meja in se odbijajo od lupine. Vsako stekleno vlakno oddaja signale samo v eni smeri.

Glede na porazdelitev lomnega količnika in velikost premera jedra so:

večmodno vlakno s stopničastim lomnim količnikom;
večmodno vlakno z gladko spremembo lomnega količnika;
enomodno vlakno.

Enomodni kabel uporablja sredinski vodnik zelo majhnega premera, sorazmernega z dolgo valovno dolžino svetlobe - od 5 do 10 mikronov. V tem primeru se skoraj vsi žarki širijo vzdolž optične osi jedra, ne da bi se odbili od obloge. Pasovna širina enomodnega kabla je zelo široka - do sto gigahercev na kilometer. Proizvodnja tankih visokokakovostnih vlaken za enomodni kabel je zapleten tehnološki proces, zaradi česar je kabel precej drag.

Večmodni kabli uporabljajo širša notranja jedra, ki jih je tehnološko lažje izdelati. Standardi opredeljujejo dva najpogostejša večmodna kabla: 62,5/125 µm in 50/125 µm, 62,5 µm ali 50 µm je premer osrednjega vodnika in 125 µm je premer zunanjega vodnika.

Pri večmodnih kablih je v notranjem prevodniku več svetlobnih žarkov, ki se hkrati odbijajo od zunanjega prevodnika. Odbojni kot prevodnika se imenuje način žarka. 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 kablih iz optičnih vlaken se uporabljajo:

LED diode;
laserji.

LED diode lahko oddajajo svetlobo z valovno dolžino 0,85 in 1,3 mikrona. Laserski oddajniki delujejo pri valovnih dolžinah 1,3 in 1,55 µm. Hitrost sodobnih laserjev omogoča modulacijo svetlobnega toka s frekvencami 10 GHz in več.

Optični kabli imajo odlične elektromagnetne in mehanske lastnosti, njihova pomanjkljivost pa je zapletenost in visoki stroški inštalacij.

Brezžične komunikacijske linije

Tabela vsebuje informacije o obsegih elektromagnetnih nihanj, ki se uporabljajo v brezžičnih komunikacijskih kanalih.

Kopenski in satelitske komunikacije ki jih generira oddajnik in sprejemnik radijskih valov. Radijski valovi so elektromagnetna nihanja s frekvenco f manj kot 6000 GHz [z valovno dolžino l večjo od 100 mikronov]. Razmerje med valovno dolžino in frekvenco je podano z

f = c/lambda, kjer je c = 3*10 8 m/s hitrost svetlobe v vakuumu.

Za prenos informacij se radijska komunikacija uporablja predvsem, kadar kabelska komunikacija ni mogoča - na primer:

ko kanal poteka skozi redko poseljeno ali težko dostopno območje;
za komunikacijo z mobilnimi naročniki, kot so taksist, zdravnik reševalnega vozila.

Glavna pomanjkljivost radijske komunikacije je njena šibka odpornost proti hrupu. To velja predvsem za nizkofrekvenčna območja radijskih valov. Višja kot je delovna frekvenca, večja je zmogljivost [število kanalov] komunikacijskega sistema, vendar manjše so mejne razdalje, na katerih je možen neposredni prenos med dvema točkama. Prvi od razlogov povzroča trend razvoja novih višjih frekvenčnih območij. Vendar pa so radijski valovi s frekvenco več kot 30 GHz zaradi absorpcije radijskih valov v ozračju uporabni na razdaljah, ki niso več kot 5 km.

Za prenos na dolge razdalje se uporablja veriga radijskih relejnih [relejnih] postaj, ki so med seboj ločene na razdalji do 40 km. Vsaka postaja ima stolp s sprejemnikom in oddajnikom radijskih valov, sprejema signal, ga ojača in oddaja naslednji postaji. Usmerjene antene se uporabljajo za povečanje moči signala in zmanjšanje učinka motenj.

Satelitska komunikacija se od radijskega releja razlikuje po tem, da umetni satelit Zemlje deluje kot repetitor. Ta vrsta komunikacije zagotavlja višjo kakovost posredovanih informacij, saj zahteva manjše število vmesnih vozlišč na poti prenosa informacij. Pogosto se uporablja kombinacija radijskih relejev in satelitskih komunikacij.

Infrardeče in milimetrsko valovno sevanje se uporabljajo na kratkih razdaljah v enotah za daljinsko upravljanje. Glavna pomanjkljivost sevanja v tem območju je, da ne prehaja skozi pregrado. Ta pomanjkljivost je tudi prednost, ko sevanje v enem prostoru ne moti sevanja v drugem. Ta frekvenca ne zahteva dovoljenja. To je odličen kanal za prenos podatkov v zaprtih prostorih.

Vidni razpon se uporablja tudi za prenos. Običajno je vir svetlobe laser. Koherentno sevanje je enostavno fokusirati. Vendar pa dež ali megla pokvarita posel. Prenos lahko pokvarijo tudi konvekcijski tokovi na strehi, ki se pojavijo v vročem dnevu.

Komunikacijski vod (slika 3.7) 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. 3.7. Sestava komunikacijske linije

Fizični medij za prenos podatkov je kabel, torej niz žic, izolacijskih in zaščitnih ovojov in konektorjev ter zemeljsko ozračje oziroma vesolje, po katerem se širijo elektromagnetno valovanje.

Glede na medij za prenos podatkov so komunikacijske linije (slika 3.8) razdeljene na:

Žični (zračni);

Kabel (baker in optična vlakna);

Radijski kanali prizemnih in satelitskih komunikacij.

riž. 3.8. Vrste komunikacijskih vodov

Žični (nadzemni) komunikacijski vodi so žice brez izolacijskih ali zaščitnih pletenic, položene med drogove in visijo v zraku. Takšne komunikacijske linije tradicionalno prenašajo telefonske ali telegrafske signale, če pa ni drugih možnosti, se te linije uporabljajo tudi za prenos računalniških podatkov. Hitrost in odpornost proti hrupu teh linij puščata veliko želenega. Danes žične komunikacijske linije hitro nadomeščajo kabelske.

Kabelske linije so precej zapletena struktura. Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več slojih izolacije: električni, elektromagnetni, mehanski in morda tudi klimatski. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki vam omogočajo hitro priključitev različne opreme nanj. Obstajajo tri glavne vrste kablov, ki se uporabljajo v računalniških omrežjih: bakreni kabli z zvitimi pari, koaksialni kabli z bakrenim jedrom in kabli iz optičnih vlaken.

Sukani par žic se imenuje sukani par. Zvit par obstaja v oklopljeni izvedbi (STP), ko je par bakrenih žic ovit v izolacijski ščit, in neoklopljeni (UTP), ko ni izolacijskega ovoja. Zvijanje žic zmanjša vpliv zunanjih motenj na uporabne signale, ki se prenašajo po kablu. Koaksialni kabel ima asimetrično zasnovo in je sestavljen iz notranjega bakrenega jedra in pletenice, ločene od jedra s plastjo izolacije. Obstaja več vrst koaksialnih kablov, ki se razlikujejo po značilnostih in aplikacijah - za lokalna omrežja, za globalna omrežja, za kabelsko televizijo. Optični kabel je sestavljen iz tankih (5-60 mikronov) vlaken, skozi katera se širijo svetlobni signali. To je kakovostnejša vrsta kabla - zagotavlja prenos podatkov z zelo visoko hitrostjo (do 10 Gb / s in več) in poleg tega bolje kot druge vrste prenosnega medija zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami.

Radijski kanali zemeljskih in satelitskih komunikacij se oblikujejo s pomočjo oddajnika in sprejemnika radijskih valov. Obstaja veliko različnih vrst radijskih kanalov, ki se razlikujejo tako po uporabljenem frekvenčnem območju kot v območju kanalov. Kratko-, srednje- in dolgovalovni pasovi (KB, CB in LW), imenovani tudi pasovi amplitudne modulacije (AM) po vrsti metode modulacije signala, ki se v njih uporablja, zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizko hitrostjo prenosa podatkov. Visokohitrostni kanali so tisti, ki delujejo na ultrakratkih valovnih (VHF) pasovih, za katere je značilna frekvenčna modulacija (FM), pa tudi v mikrovalovnih pasovih. V mikrovalovnem območju (nad 4 GHz) Zemljina ionosfera signalov ne odbija več. Za stabilno povezavo je potrebna vidna linija med oddajnikom in sprejemnikom. Zato takšne frekvence uporabljajo bodisi satelitske kanale bodisi radijske relejne kanale, če je ta pogoj izpolnjen.

V računalniških omrežjih se danes uporabljajo skoraj vse opisane vrste fizičnih medijev za prenos podatkov, najbolj obetavni pa so optični mediji. Danes se na njih gradijo tako hrbtenice velikih teritorialnih omrežij kot hitre komunikacijske linije lokalnih omrežij. Priljubljen medij je tudi sukani par, za katerega je značilno odlično razmerje med kakovostjo in stroški ter enostavnost namestitve. S pomočjo zvitega para so končni naročniki omrežij običajno povezani na razdaljah do 100 metrov od vozlišča. Satelitski kanali in radijske komunikacije se najpogosteje uporabljajo v primerih, ko kabelske komunikacije ni mogoče uporabiti - na primer pri prehodu kanala skozi redko poseljeno območje ali za komunikacijo z uporabnikom mobilnega omrežja, kot je voznik tovornjaka, zdravnik, ki obkroža.

2.1. Vrste komunikacijskih vodov

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

riž. 1.1. Sestava komunikacijske linije

Fizični mediji

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

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

Žični (zračni);

kabel (bakreni in optični);

kabelske linije so precej zapletene strukture. Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več slojih izolacije: električni, elektromagnetni, mehanski in morda tudi klimatski. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki vam omogočajo hitro priključitev različne opreme nanj. Obstajajo tri glavne vrste kablov, ki se uporabljajo v računalniških omrežjih: bakreni kabli z zvitimi pari, koaksialni kabli z bakrenim jedrom in kabli iz optičnih vlaken.

Imenuje se sukani par žic sukani par. Sukani par obstaja v zaščiteni različici (Zaščiten sukani par, STP), ko je par bakrenih žic ovit v izolacijski zaslon in neoklopljen (Neoklopljeni sukani par, UTP) ko ni izolacijskega ovoja. Zvijanje žic zmanjša vpliv zunanjih motenj na uporabne signale, ki se prenašajo po kablu. Optični kabel (optično vlakno) 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 Gb / s in več) in poleg tega, bolje kot druge vrste prenosnega medija, zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami.

Radijski kanali prizemnih in satelitskih komunikacij ki jih generira 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 valov (KB, SV in DV), ki jih glede na vrsto uporabljene metode modulacije signala imenujemo tudi razponi amplitudne modulacije (Amplitude Modulation, AM), zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizkimi podatki. oceniti. Hitrejši so kanali, ki delujejo na ultrakratkih valovnih pasovih (VHF), za katere je značilna frekvenčna modulacija (Frequency Modulation, FM), pa tudi ultravisoki frekvenčni pasovi (mikrovalovna pečica ali mikrovalovna pečica).

V računalniških omrežjih se danes uporabljajo skoraj vse opisane vrste fizičnih medijev za prenos podatkov, najbolj obetavni pa so optični mediji. Priljubljen medij je tudi sukani par, za katerega je značilno odlično razmerje med kakovostjo in stroški ter enostavnost namestitve. 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 vključujejo:

amplitudno-frekvenčna karakteristika;

· pasovna širina;

dušenje

· odpornost proti hrupu;

preslušavanje na bližnjem koncu linije;

prepustnost;

Zanesljivost prenosa podatkov;

cena enote.

Najprej razvijalec računalniško omrežje jih zanimata prepustnost in zanesljivost prenosa podatkov, saj te lastnosti neposredno vplivajo na zmogljivost in zanesljivost ustvarjeno omrežje. Prepustnost in zanesljivost sta značilnosti tako komunikacijske povezave kot načina prenosa podatkov. Če je torej način (protokol) prenosa že definiran, so te značilnosti tudi znane. Vendar ne moremo govoriti o prepustnosti komunikacijske linije, preden je zanjo definiran protokol fizične ravni. Prav v takih primerih, ko je še treba določiti najprimernejšega izmed obstoječih protokolov, postanejo pomembne druge značilnosti linije, kot so pasovna širina, preslušavanje, odpornost proti hrupu in druge značilnosti. Za določitev značilnosti komunikacijske linije se pogosto uporablja analiza njenih reakcij na nekatere referenčne vplive.

Spektralna analiza signalov na komunikacijskih linijah

Iz teorije harmonske 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 frekvenčnim spektrom.

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. Pri poljubnih valovnih oblikah, ki jih srečamo v praksi, je spekter mogoče najti s pomočjo posebnih instrumentov - spektralnih analizatorjev, ki merijo spekter realnega signala in prikazujejo amplitude harmoničnih komponent. Izkrivljanje oddajnega kanala sinusoid katere koli frekvence na koncu vodi do popačenja oddanega signala katere koli oblike, še posebej, če so sinusoidi različnih frekvenc različno popačeni. Pri prenosu impulznih signalov, značilnih za računalniška omrežja, se nizkofrekvenčne in visokofrekvenčne harmonike popačijo, zaradi česar fronte impulza izgubijo pravokotno obliko. Posledično se signali na sprejemnem koncu linije lahko slabo prepoznajo.

Komunikacijski vod izkrivlja posredovane signale zaradi dejstva, da se njegovi fizični parametri razlikujejo od idealnih. Tako na primer bakrene žice vedno predstavljajo neko kombinacijo aktivnega upora, kapacitivnega in induktivnega bremena, razporejenega 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 odstopanja, ki preprečujejo idealno 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 valovne oblike na izhodu linije. Te motnje povzročajo različni elektromotorji, elektronske naprave, atmosferski pojavi itd. Kljub zaščitnim ukrepom, ki so jih sprejeli razvijalci kablov in ojačevalno-stikalne opreme, ni mogoče v celoti 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 podane na vhod linije.

Stopnja popačenja sinusnih signalov s komunikacijskimi linijami se ocenjuje z uporabo značilnosti, kot so amplitudno-frekvenčni odziv, pasovna širina in slabljenje pri določeni frekvenci.

Frekvenčni odziv

Frekvenčni odziv prikazuje, kako amplituda sinusoida na izhodu komunikacijske linije upada v primerjavi z amplitudo na njenem vhodu za vse možne frekvence oddanega signala. Namesto amplitude ta značilnost pogosto uporablja tudi tak 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, pretvoriti amplitudo njegovih sestavnih harmonik v skladu z amplitudno-frekvenčno karakteristiko in nato poiskati obliko izhodnega signala z dodajanjem pretvorjenih harmonikov.

Kljub popolnosti informacij, ki jih zagotavlja frekvenčni odziv o komunikacijski liniji, je njegova uporaba zapletena zaradi dejstva, da jih 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 območje frekvenc, 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 sinusnega 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 amplitudno-frekvenčne karakteristike. Premer pasovna širina v največji meri vpliva na največjo možno hitrost prenosa informacij po komunikacijski liniji.

dušenje

Oslabitev je opredeljen kot relativno zmanjšanje amplitude ali moči signala, ko se signal določene frekvence odda po signalni liniji. 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 \u003d 10 log10 Pout / Pin,

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

Ker je izhodna moč kabla brez vmesnih ojačevalnikov vedno manjša od moči vhodnega signala, je slabljenje kabla vedno negativna vrednost.

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 R/1mW [dBm],

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

Tako so frekvenčni odziv, pasovna širina in dušenje univerzalne značilnosti, njihovo poznavanje 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 pasovne širine komunikacijskih vodov različnih vrst, pa tudi frekvenčna območja, ki se najpogosteje uporabljajo 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. Pasovna širina se meri v bitih na sekundo - bps, kot 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 amplitudno-frekvenčna karakteristika, temveč tudi od spektra oddanih signalov. Če pomembne harmonike signala sodijo v pasovno širino linije, bo tak signal po tej komunikacijski liniji dobro prenesen in sprejemnik bo lahko pravilno prepoznal informacije, ki jih preko linije pošlje oddajnik (slika 1.2a) . Če pomembne harmonike presežejo pasovno širino komunikacijskega voda, 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

Imenuje se izbira metode za predstavitev diskretnih informacij v obliki signalov, ki se nanašajo na komunikacijsko linijo 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 zmogljivost, za drugo pa drugo.

Večina kodirnih metod uporablja spremembo nekega parametra periodičnega signala - frekvence, amplitude in faze sinusoida ali znaka potenciala impulznega niza. Imenuje se periodični signal, katerega parametri se spreminjajo nosilni signal oz nosilna frekvenca, če se kot tak signal uporablja sinusoida.

Število sprememb informacijskega parametra nosilnega periodičnega signala na sekundo se meri v baud. Časovno obdobje med sosednjimi spremembami informacijskega signala se imenuje urni cikel oddajnika. Pasovna širina linije v bitih na sekundo na splošno ni enaka številu baudov. Lahko je višja ali nižja od hitrosti prenosa, 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 so informacijski parametri faza in amplituda sinusoida in se razlikujejo 4 fazna stanja 0,90, 180 in 270 stopinj ter dve vrednosti amplitude signala, ima lahko informacijski signal 8 razločljivih stanj. V tem primeru modem, ki deluje s hitrostjo 2400 baud (z urno frekvenco 2400 Hz), prenaša informacije s hitrostjo 7200 bps, saj se z eno spremembo signala prenesejo 3 biti informacij.

Na pasovno širino linije ne vpliva le fizično, ampak tudi logično kodiranje. Logično kodiranje se izvede pred fizičnim kodiranjem in vključuje zamenjavo bitov prvotne informacije z novim zaporedjem bitov, ki nosi enake informacije, vendar ima dodatne lastnosti, kot je zmožnost prejemne strani, da zazna napake v prejetih podatkih. Pri logičnem kodiranju se najpogosteje izvirno zaporedje bitov nadomesti z daljšim zaporedjem, zato je prepustnost kanala glede na koristne informacije medtem ko se zmanjšuje.

Razmerje med zmogljivostjo linije in njeno pasovno širino

Višja kot je frekvenca nosilnega periodičnega signala, več informacij na enoto časa se prenese po liniji in večja je zmogljivost linije s fiksno metodo fizičnega kodiranja. Toda s povečanjem frekvence periodičnega nosilnega signala se poveča tudi širina spektra tega signala, kar bo skupaj dalo zaporedje signalov, izbranih 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 prejemnika, kar pomeni, da se hitrost prenosa informacij dejansko obrne. manj od pričakovanega.

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

С = F log2 (1 + Рс/Рsh),

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

Kapaciteta linije je mogoče povečati s povečanjem moči oddajnika ali z zmanjšanjem moči hrupa (motenja) na komunikacijski liniji. Obe komponenti je zelo težko spremeniti. Povečanje moči oddajnika vodi do znatnega povečanja njegove velikosti in stroškov. Zmanjšanje ravni hrupa zahteva uporabo posebnih kablov z dobrimi zaščitnimi ščiti, kar je zelo drago, pa tudi zmanjšanje hrupa v oddajniku in vmesni opremi, kar pa ni enostavno doseči. Poleg tega je učinek uporabnih moči signala in šuma na prepustnost omejen z logaritmično odvisnostjo, ki še zdaleč ne raste tako hitro kot neposredno sorazmerna.

V bistvu Shannonovi formuli je naslednja relacija, ki jo je pridobil Nyquist, ki določa tudi največjo možno prepustnost komunikacijskega voda, vendar brez upoštevanja šuma na liniji:

C = 2F log2 M,

kjer je M število razločljivih stanj informacijskega parametra.

Čeprav Nyquistova formula izrecno ne upošteva 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 v primeru, ko je število stanj že izbrano ob upoštevanju zmožnosti stabilnega prepoznavanja s strani sprejemnika. .

Navedena razmerja dajejo mejno vrednost zmogljivosti linije, stopnja približevanja tej meji pa je odvisna od posebnih metod fizičnega kodiranja, ki so obravnavane spodaj.

Odpornost proti hrupu linije

Odpornost proti hrupu linije določa njegovo sposobnost zmanjšanja stopnje motenj, ki nastanejo v zunanjem okolju na notranjih vodnikih. Odpornost linije proti hrupu je odvisna od vrste uporabljenega fizičnega medija, pa tudi od zaščite in sredstev za dušenje hrupa same linije.

Preslušavanje na bližnjem koncu (Near End Cross Talk - NEXT) določite odpornost kabla proti hrupu notranji viri motnje, ko elektromagnetno polje signala, ki ga oddaja izhod oddajnika na en par prevodnikov, inducira interferenčni signal na drugem paru prevodnikov. Če je sprejemnik priključen na drugi par, lahko inducirani notranji šum vzame kot koristen signal. Indikator NEXT, izražen v decibelih, je enak 10 log Pout/Pnav, kjer je Pout moč izhodnega signala, Pnav je moč induciranega signala. Manjša kot je vrednost NEXT, boljši je kabel.

Zaradi dejstva, da nekatere nove tehnologije uporabljajo prenos podatkov hkrati prek več sukanih parov, se pred kratkim uporablja indikator PowerSUM, ki je modifikacija indikatorja NEXT. Ta indikator 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 ta indikator imenuje stopnja bitnih napak (stopnja bitnih napak, BER). Vrednost BER za komunikacijske kanale brez dodatne zaščite pred napakami je praviloma 1, v optičnih komunikacijskih linijah - 10-9. Vrednost zanesljivosti prenosa podatkov, na primer 10-4, pomeni, 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 vodnikov, slojev zaslona in izolacije. V nekaterih primerih kabel vključuje konektorje, s katerimi so kabli povezani z opremo. Poleg tega se za zagotovitev hitrega preklapljanja kablov in opreme uporabljajo različne elektromehanske naprave, imenovane prečni prerezi, prečne škatle ali omare. Računalniška omrežja uporabljajo kable, ki ustrezajo določenim standardom, kar omogoča izgradnjo omrežnega kabelskega sistema iz kablov in povezovalnih naprav različnih proizvajalcev. Standardizacija kablov je sprejela 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.

V kabelskih standardih je določenih kar nekaj značilnosti, od katerih so najpomembnejše navedene spodaj.

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

· Preslušavanje na bližnjem koncu (Near End Cross Talk, NEXT). Merjeno v decibelih za določeno frekvenco signala.

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

· 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. Kapaciteta je nezaželena vrednost.

· Raven zunanjega elektromagnetnega sevanja ali električnega hrupa. 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 pogojne vrste prevodnikov, na primer 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Večja kot je številka tipa prevodnika, manjši je njegov premer.

Poudarek današnjih standardov je na kablih z sukanimi pari in kabli iz optičnih vlaken.

Neoklopljeni kabli z zvitimi pari

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

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

Kabli kategorija 3 je bil standardiziran leta 1991, ko je bil razvit Standard telekomunikacijskih kablov za poslovne zgradbe(EIA-568), ki je opredelil električne značilnosti kablov kategorije 3 za frekvence do 16 MHz, ki podpirajo omrežne aplikacije za visoke hitrosti. Kabel kategorije 3 je zasnovan tako za prenos podatkov kot 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 podpira protokole 100 Mbps - FDDI (s fizičnim standardom TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, pa tudi hitrejše protokole - ATM pri 155 Mbps in Gigabit Ethernet pri 1000 Mbps.

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

Kabli so povezani z opremo s pomočjo vtičev in vtičnic RJ-45, ki so 8-polni konektorji, podobni običajnim telefonskim vtičnicam RJ-11.

Oklopljeni kabli z zvitimi pari

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

Glavni standard, ki opredeljuje parametre oklopljenega kabla z sukanim parom, je IBM-ov lastniški standard. 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 parov zvitih žic, zaščitenih s prevodno pletenico, ki je ozemljena. Električni parametri Vrsta kabla Kabli 1 so približno enakovredni UTP kablu kategorije 5. Vendar ima kabel tipa 1 značilno impedanco 150 ohmov.

Niso vse vrste IBM-ovih standardnih kablov oklopljeni kabli - nekateri določajo značilnosti nezaščitenega telefonskega kabla (vrsta 3) in optičnega kabla (tip 5).

Kabli iz optičnih vlaken

Optični kabli so sestavljeni iz osrednjega svetlobnega prevodnika (jedra) – steklenega vlakna, obdanega z drugo plastjo stekla – plašča z nižjim lomnim količnikom kot jedro. Svetlobni žarki, ki se širijo skozi jedro, 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).

Koncept "način" opisuje način širjenja svetlobnih žarkov v notranjem jedru kabla. V enomodnem kablu (Single Mode Fiber, SMF) uporablja se osrednji 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. Proizvodnja tankih visokokakovostnih vlaken za enomodni kabel je zapleten tehnološki proces, zaradi česar je enomodni kabel precej drag. Poleg tega je svetlobni snop precej težko usmeriti v vlakno tako majhnega premera, ne da bi pri tem izgubili pomemben del njegove energije.

riž. eno.3 . Vrste optičnih kablov

AT 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.

Pri večmodnih kablih je v notranjem prevodniku hkrati več svetlobnih žarkov, ki se od zunanjega vodnika odbijajo pod različnimi koti. Odbojni kot žarka se imenuje način žarka. Pri 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 kablih iz optičnih vlaken se uporabljajo:

· 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 valovno dolžino 850 nm in 1300 nm. 850nm oddajniki so bistveno cenejši od 1300nm oddajniki, vendar je pasovna širina kabla za 850nm ožja, npr. 200MHz/km namesto 500MHz/km.

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

Uporaba le nekaj valovnih dolžin za prenos informacij v optičnih vlaknih je povezana s posebnostjo njihovih amplitudno-frekvenčnih značilnosti. Pri teh diskretnih valovnih dolžinah opazimo izrazite maksimume prenosa moči signala, medtem ko je pri drugih valovnih dolžinah slabljenje v vlaknih veliko 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 - težave pri povezovanju vlaken s konektorji in med seboj, če je treba 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.