Taux de transfert(débit d'information ou débit, les deux termes anglais sont utilisés de la même manière) il s'agit du débit réel du flux de données qui a traversé le réseau. Ce taux peut être inférieur au taux de charge suggéré, car les données peuvent être corrompues ou perdues sur le réseau.

Capacité de liaison (également appelée débit), représente le taux de transfert d'informations maximal possible sur le canal.

La spécificité de cette caractéristique est qu'elle reflète non seulement les paramètres du support physique de transmission, mais également les caractéristiques du procédé choisi pour transmettre des informations discrètes sur ce support.

Par exemple, la capacité d'un canal de communication dans un réseau Ethernet sur fibre optique est de 10 Mbps. Cette vitesse est le maximum possible pour une combinaison Technologies Ethernet et fibre optique. Cependant, pour la même fibre optique, il est possible de développer une autre technologie de transmission de données qui diffère par la méthode de codage des données, la fréquence d'horloge et d'autres paramètres, qui aura une capacité différente. Donc, technologie rapide Ethernet permet la transmission de données sur la même fibre optique avec une vitesse maximale de 100 Mbps et la technologie Gigabit Ethernet - 1000 Mbps. L'émetteur du dispositif de communication doit fonctionner à un débit égal à la bande passante du canal. Cette vitesse est parfoisest appelé le débit binaire de l'émetteur.

Bande passante(bande passante)Ce terme peut être trompeur car il est utilisé avec deux sens différents.

Premièrement , avec son aide peut caractériser le support de transmission. Dans ce cas, cela signifie la bande passante que la ligne transmet sans distorsion importante. De cette définition, l'origine du terme est claire.

Deuxièmement , le terme "bande passante" est utilisé comme synonyme du terme "capacité du canal de communication". Dans le premier cas, la bande passante est mesurée en hertz (Hz), dans le second - en bits par seconde. Il est nécessaire de distinguer les significations de ce terme selon le contexte, bien que parfois cela soit assez difficile. Bien sûr, il serait préférable d'utiliser des termes différents pour des caractéristiques différentes, mais il y a des traditions difficiles à changer. Cette double utilisation du terme "bande passante" a déjà été incluse dans de nombreuses normes et livres, nous suivrons donc l'approche établie.

Il convient également de garder à l'esprit que ce terme dans son deuxième sens est encore plus courant que la capacité, donc de ces deux synonymes, nous utiliserons la bande passante.

Un autre groupe de caractéristiques du canal de communication est associé à la possibilité de transmettre des informations sur le canal dans un sens ou dans les deux sens.

Lorsque deux ordinateurs interagissent, il est généralement nécessaire de transférer des informations dans les deux sens, de l'ordinateur A vers l'ordinateur B et vice versa. Même lorsqu'il apparaît à l'utilisateur qu'il ne fait que recevoir des informations (par exemple, télécharger un fichier musical sur Internet) ou transmettre (envoyer un e-mail), l'échange d'informations va dans les deux sens. Il y a simplement un flux principal de données qui intéresse l'utilisateur, et un flux auxiliaire en sens inverse, qui forment des reçus pour recevoir ces données.

Les canaux de communication physiques sont divisés en plusieurs types selon qu'ils peuvent ou non transmettre des informations dans les deux sens.

canal duplexassure la transmission simultanée des informations dans les deux sens. Un canal duplex peut être constitué de deux supports physiques, dont chacun est utilisé pour transférer des informations dans une seule direction. Il est possible qu'un support soit utilisé pour la transmission simultanée des flux entrants, dans ce cas, appliquez méthodes supplémentaires extraire chaque flux du signal total.

Canal semi-duplexassure également la transmission des informations dans les deux sens, mais pas simultanément, mais à tour de rôle. C'est-à-dire que pendant une certaine période de temps, les informations sont transmises dans un sens, et pendant la période suivante, dans le sens opposé.

Canal simplexpermet de transmettre les informations dans un seul sens. Souvent, un canal duplex se compose de deux canaux simplex.

Lignes de communication

Lors de la construction de réseaux, on utilise des lignes de communication qui utilisent divers supports physiques : fils téléphoniques et télégraphiques suspendus dans les airs, câbles coaxiaux en cuivre et à fibres optiques posés sous terre et au fond de l'océan, enchevêtrant tous les bureaux modernes, paires torsadées en cuivre, toutes les ondes radio pénétrantes

Considérer Caractéristiques générales lignes de communication, indépendamment de leur nature physique, telles que

Bande passante,

débit,

Immunité au bruit et

Fiabilité des transmissions.

La largeur de la ligne la transmission est une caractéristique fondamentale d'un canal de communication, car elle détermine le débit d'information maximal possible du canal, quiappelée la bande passante du canal.

La formule de Nyquist exprime cette dépendance pour un canal idéal, et la formule de Shannon tient compte de la présence de bruit dans un canal réel.

Classification des lignes de communication

Lors de la description d'un système technique qui transmet des informations entre les nœuds du réseau, plusieurs noms peuvent être trouvés dans la littérature :

ligne de communication,

canal composite,

canal,

Lien.

Souvent, ces termes sont utilisés de manière interchangeable et, dans de nombreux cas, cela ne pose pas de problème. En même temps, il y a des spécificités dans leur utilisation.

Lien (lien) est un segment qui assure le transfert de données entre deux nœuds de réseau voisins. C'est-à-dire que la liaison ne contient pas de dispositifs intermédiaires de commutation et de multiplexage.

canal désignent le plus souvent la partie de la bande passante de la liaison utilisée indépendamment dans la commutation. Par exemple, une liaison de réseau primaire peut consister en 30 canaux, dont chacun a une bande passante de 64 Kbps.

Canal composite (circuit)est le chemin entre deux nœuds terminaux du réseau. Une liaison composite est formée de liaisons intermédiaires individuelles et de connexions internes dans les commutateurs. Souvent, l'épithète "composite" est omise et le terme "canal" est utilisé pour désigner à la fois un canal composite et un canal entre des nœuds adjacents, c'est-à-dire à l'intérieur d'une liaison.

Ligne de communication peut être utilisé comme synonyme de l'un des trois autres termes.

Ne soyez pas trop dur sur la confusion dans la terminologie. Cela est particulièrement vrai des différences de terminologie entre la téléphonie traditionnelle et le nouveau domaine des réseaux informatiques. Le processus de convergence n'a fait qu'exacerber le problème de la terminologie, car de nombreux mécanismes de ces réseaux sont devenus communs, mais ont conservé quelques noms (parfois plus) qui provenaient de chaque domaine.

En outre, il existe des raisons objectives à la compréhension ambiguë des termes. Sur la fig. 8.1 montre deux options pour la ligne de communication. Dans le premier cas (Fig. 8.1, a), la ligne est constituée d'un segment de câble de plusieurs dizaines de mètres de long et constitue un lien.

Dans le second cas (Fig. 8.1, b), la ligne de communication est un canal composite déployé dans un réseau à commutation de circuits. Un tel réseau peut être un réseau primaire ou un réseau téléphonique.

Or, pour un réseau informatique, cette ligne est un lien, puisqu'elle relie deux nœuds voisins, et tout équipement intermédiaire de commutation est transparent pour ces nœuds. La raison de l'incompréhension mutuelle au niveau des termes informaticiens et spécialistes des réseaux primaires est ici évidente.

Les réseaux primaires sont spécifiquement créés pour fournir des services de liaison de données pour les réseaux informatiques et téléphoniques, qui dans de tels cas sont censés fonctionner "au-dessus" des réseaux primaires et sont des réseaux superposés.

Caractéristiques de la ligne de communication

Vous et moi devons comprendre des concepts tels que : les harmoniques, la décomposition spectrale (spectre) d'un signal,largeur du spectre du signal, formules de Fourier, bruit externe, interneinterférence, ou interférence, atténuation du signal, atténuation spécifique, fenêtre
transparence, niveau de puissance absolu, niveau relatif
puissance, seuil de sensibilité du récepteur, impédance d'onde,
immunité au bruit de ligne, connexion électrique, connexion magnétique,
signal induit, paradiaphonie, diaphonie
interférence à l'extrémité distante, sécurité du câble, fiabilité de la transmission
données, taux d'erreur binaire, bande passante, débit
capacité, physique ou linéaire, codage, signal porteur,
fréquence porteuse, modulation, horloge, baud.

Commençons.

Analyse spectrale des signaux sur les lignes de communication

Un rôle important dans la détermination des paramètres des lignes de communication est attribué à la décomposition spectrale du signal transmis sur cette ligne. Il est connu de la théorie de l'analyse harmonique que tout processus périodique peut être représenté comme une somme d'oscillations sinusoïdales de différentes fréquences et de différentes amplitudes (Fig. 8.3).

Chaque composante de la sinusoïde est également appelée harmonique, et l'ensemble de toutes les harmoniques
Les moniques sont appelées décomposition spectrale, ou spectre, du signal d'origine.

La largeur du spectre du signal est comprise comme la différence entre les fréquences maximale et minimale de l'ensemble des sinusoïdes qui s'additionnent au signal d'origine.

Les signaux non périodiques peuvent être représentés comme une intégrale de signaux sinusoïdaux avec un spectre continu de fréquences. En particulier, la décomposition spectrale d'une impulsion idéale (de puissance unitaire et de durée nulle) comporte des composantes de tout le spectre fréquentiel, de -oo à +oo (Fig. 8.4).

La technique pour trouver le spectre de n'importe quel signal source est bien connue. Pour certains signaux décrits analytiquement (par exemple, pour une séquence d'impulsions rectangulaires de même durée et amplitude), le spectre est facilement calculé en fonction de Formules de Fourier.

Pour les signaux forme libre rencontrés dans la pratique, le spectre peut être trouvé à l'aide d'instruments spéciaux analyseurs de spectre qui mesurent le spectre d'un signal réel et affichent les amplitudes des composantes harmoniques sur l'écran, les impriment sur une imprimante ou les transfèrent sur un ordinateur pour traitement et stockage .

La distorsion par une ligne de transmission d'une sinusoïde de fréquence quelconque conduit, in fine, à une distorsion de l'amplitude et de la forme du signal transmis de toute nature. La distorsion de forme se produit lorsque des sinusoïdes de fréquences différentes sont déformées différemment.

S'il s'agit d'un signal analogique qui transmet la parole, le timbre de la voix change en raison de la distorsion des fréquences latérales harmoniques. Lors de la transmission de signaux impulsionnels typiques des réseaux informatiques, les harmoniques basse et haute fréquence sont déformées. Par conséquent, les fronts d'impulsion perdent leur forme rectangulaire (Fig. 8.5) et les signaux peuvent être mal reconnus à l'extrémité réceptrice de la ligne. .

Les signaux transmis sont déformés en raison de l'imperfection des lignes de communication. Un support de transmission idéal qui n'introduit aucune interférence dans le signal transmis doit avoir au moins une résistance, une capacité et une inductance nulles. Cependant, dans la pratique, les fils de cuivre, par exemple, représentent toujours une combinaison de résistance active, de charges capacitives et inductives réparties sur la longueur (Fig. 8.6). En conséquence, des sinusoïdes de fréquences différentes sont transmises par ces lignes de différentes manières.

En plus des distorsions de signal qui se produisent en raison de paramètres physiques non idéaux de la ligne de communication, il existe également des interférences externes qui contribuent à la distorsion de la forme d'onde à la sortie de la ligne. Ces interférences sont créées par divers moteurs électriques, appareils électroniques, atmosphèresphénomènes, etc. Malgré les mesures de protection prises par les développeurs de câbles et la disponibilité d'équipements d'amplification et de commutation, il n'est pas possible de compenser complètement l'influence des interférences externes. En plus des interférences externes dans le câble, il existe également des interférences internes dites interférences d'une paire de conducteurs à l'autre. Par conséquent, les signaux à la sortie de la ligne de communication peuventavoir une forme déformée (comme le montre la Fig. 8.5).

Atténuation et impédance

Le degré de distorsion des signaux sinusoïdaux par les lignes de communication est estimé par des caractéristiques telles que l'atténuation et la bande passante. L'atténuation montre de combien la puissance du signal sinusoïdal de référence à la sortie de la ligne de communication diminue par rapport à la puissance du signal à l'entrée de cette ligne. L'atténuation (A) est généralement mesurée en décibels (dB) et est calculée à l'aide de la formule suivante :

Ici Рout est la puissance du signal à la sortie de ligne, Рin est la puissance du signal à l'entrée de ligne. Étant donné que l'atténuation dépend de la longueur de la ligne de communication, ce qui suit est utilisé comme caractéristique de la ligne de communication :appelée atténuation linéaire, c'est-à-dire l'atténuation sur une ligne de communication d'une certaine longueur. Pour les câbles LAN, 100 m est généralement utilisé comme longueur, car cette valeur est la longueur de câble maximale pour de nombreuses technologies LAN. Pour les lignes de communication territoriales, l'affaiblissement spécifique est mesuré sur une distance de 1 km.

Habituellement, l'atténuation caractérise les sections passives de la ligne de communication, constituées de câbles et de sections transversales, sans amplificateurs ni régénérateurs.

Étant donné que la puissance de sortie d'un câble sans amplificateurs intermédiaires est inférieure à la puissance du signal d'entrée, l'atténuation du câble est toujours une valeur négative.

Le degré d'atténuation de la puissance d'un signal sinusoïdal dépend de la fréquence de la sinusoïde, et cette dépendance est également utilisée pour caractériser la ligne de communication (Fig. 8.7).

Le plus souvent, lors de la description des paramètres d'une ligne de communication, les valeurs d'atténuation ne sont données que pour quelques fréquences. Cela s'explique, d'une part, par la volonté de simplifier les mesures lors du contrôle de la qualité de la ligne. D'autre part, en pratique, la fréquence fondamentale du signal émis est souvent connue à l'avance, c'est-à-dire la fréquence dont l'harmonique a la plus grande amplitude et puissance. Il suffit donc de connaître l'atténuation à cette fréquence pour estimer approximativement la distorsion des signaux transmis sur la ligne.

ATTENTION

Comme mentionné ci-dessus, l'atténuation est toujours négative, mais le signe moins est souvent omis, ce qui prête parfois à confusion. Il est tout à fait correct de dire que la qualité de la ligne de communication est d'autant plus élevée que l'atténuation (en tenant compte du signe) est grande. Si nous ignorons le signe, c'est-à-dire si nous gardons à l'esprit la valeur absolue de l'atténuation, alors une meilleure ligne a moins d'atténuation. Prenons un exemple. Le câble à paire torsadée de catégorie 5 est utilisé pour le câblage intérieur des bâtiments. Ce câble, qui prend en charge pratiquement toutes les technologies LAN, a une atténuation d'au moins -23,6 dB pour une fréquence de 100 MHz avec une longueur de câble de 100 m. b a une atténuation à une fréquence de 100 MHz pas moins de -20,6 dB. Nous obtenons que - 20,6 > -23,6, mais 20,6< 23,6.

Sur la fig. La figure 8.8 montre l'atténuation typique par rapport à la fréquence pour les câbles UTP de catégorie 5 et de catégorie 6.

Le câble optique a des valeurs d'atténuation nettement inférieures (en valeur absolue), généralement comprises entre -0,2 et -3 dB avec une longueur de câble de 1000 m, ce qui signifie qu'il est de meilleure qualité que le câble à paire torsadée. Presque toutes les fibres optiques ont une dépendance complexe de la longueur d'onde de l'atténuation, qui a trois fenêtres dites de transparence. Sur la fig. La figure 8.9 montre une courbe d'atténuation typique pour une fibre optique. On peut voir sur la figure que la zone utilisation efficace les fibres modernes sont limitées aux longueurs d'onde de 850 nm, 1300 nm et 1550 nm (respectivement 35 THz, 23 THz et 19,4 THz). La fenêtre de 1550 nm fournit la perte la plus faible, et donc la portée maximale à une puissance d'émission fixe et une sensibilité de récepteur fixe

En tant que caractéristique de la puissance du signal, absolue et relative
niveaux de puissance relatifs. Le niveau de puissance absolu est mesuré en
watts, le niveau de puissance relative, comme l'atténuation, se mesure en déci-
belah. En même temps, comme valeur de base de la puissance, par rapport à laquelle
la puissance du signal est mesurée, une valeur de 1 mW est prise. Ainsi,
le niveau de puissance relative p est calculé à l'aide de la formule suivante :

Ici, P est la puissance absolue du signal en milliwatts et dBm est l'unité de mesure
niveau de puissance relative du rhénium (décibel par 1 mW). relatif
les valeurs de puissance sont pratiques à utiliser lors du calcul du budget énergétique
et les lignes de communication.

L'extrême simplicité du calcul est devenue possible du fait que, comme
les données initiales ont été utilisées des valeurs relatives de la puissance d'entrée
signaux d'entrée et de sortie. La valeur y utilisée dans l'exemple est appelée
seuil de sensibilité du récepteur et représente la puissance minimale
signal à l'entrée du récepteur, auquel il est capable de localiser correctement
connaître l'information discrète contenue dans le signal. Il est évident que pour
fonctionnement normal de la ligne de communication, il est nécessaire que la puissance minimale
signal de l'émetteur, même affaibli par l'atténuation de la ligne de communication, dépassé
seuil de sensibilité du récepteur : x - A > y. Vérification de cette condition et est
est l'essence même du calcul du bilan énergétique de la ligne.

Un paramètre important d'une ligne de communication en cuivre est son impédance,
qui est la résistance totale (complexe) qui satisfait
une onde électromagnétique d'une certaine fréquence lorsqu'elle se propage le long d'une
chaîne indigène. L'impédance caractéristique est mesurée en ohms et dépend de tels
paramètres de ligne de communication, tels que la résistance active, l'inductance linéaire
et la capacité linéaire, ainsi que sur la fréquence du signal lui-même. Résistance de sortie
La sortie du transmetteur doit être adaptée à l'impédance de la ligne,
sinon l'atténuation du signal sera excessivement grande.

Immunité au bruit et fiabilité

L'immunité au bruit de ligne, comme son nom l'indique, détermine la capacité de la ligne à résister à l'influence des interférences créées dans l'environnement extérieur ou sur les conducteurs internes du câble lui-même. L'immunité au bruit d'une ligne dépend du type de support physique utilisé, ainsi que des moyens de blindage et de suppression de bruit de la ligne elle-même. Les liaisons radio sont les moins résistantes au bruit, elles ont une bonne stabilité lignes de câble et d'excellentes lignes de fibres optiques, insensibles aux rayonnements électromagnétiques externes. Généralement, les conducteurs sont blindés et/ou torsadés pour réduire les interférences des champs électromagnétiques externes.

Couplage électrique et magnétique ce sont les paramètres d'un câble en cuivre, qui sont aussi le résultat d'interférences. Le couplage électrique est défini comme le rapport du courant induit dans le circuit affecté à la tension agissant dans le circuit d'influence. Le couplage magnétique est le rapport de la force électromotrice induite dans le circuit affecté au courant dans le circuit affecté. Le résultat du couplage électrique et magnétique sont des signaux induits (pickup) dans le circuit affecté. Il existe plusieurs paramètres différents qui caractérisent la résistance d'un câble aux micros.

La diaphonie à l'extrémité proche (Near End Cross Talk, NEXT) détermine la stabilité du câble dans le cas où l'interférence se forme à la suite de l'action d'un signal généré par un émetteur connecté à l'une des paires adjacentes en même temps. l'extrémité du câble qui est connectée au récepteur apparié concerné (Fig. 8.10). La valeur NEXT, exprimée en décibels, est égale à 10 lg Pout/Pind> où Pout est la puissance du signal de sortie, Pind est la puissance du signal induit.

Plus la valeur NEXT est petite, meilleur est le câble. Par exemple, pour une paire torsadée de catégorie 5, NEXT doit être inférieur à -27 dB à 100 MHz.

La diaphonie à l'extrémité distante (Far End Cross Talk, FEXT) vous permet d'évaluer la résistance du câble aux interférences dans le cas où l'émetteur et le récepteur sont connectés à des extrémités différentes du câble. Évidemment, cet indicateur devrait être meilleur que NEXT, puisque le signal arrive à l'extrémité du câble atténué par l'atténuation de chaque paire.

Les indicateurs NEXT et FEXT sont généralement appliqués à un câble composé de plusieurs paires torsadées, car dans ce cas, l'interférence mutuelle d'une paire avec une autre peut atteindre des valeurs importantes. Pour un câble coaxial simple (c'est-à-dire composé d'un seul conducteur blindé), cet indicateur n'a pas de sens, et pour un câble coaxial double, il n'est pas non plus applicable en raison du degré élevé de protection de chaque conducteur. Les fibres optiques ne créent pas non plus d'interférences mutuelles notables.

En raison du fait que dans certaines nouvelles technologies, les données sont transmises simultanément sur plusieurs paires torsadées, des indicateurs de diaphonie avec le préfixe PS (diaphonie combinée PowerSUM) tels que PS NEXT et PS FEXT ont récemment été utilisés. Ces indicateurs reflètent la résistance du câble à la puissance totale de diaphonie sur l'une des paires de câble de toutes les autres paires de transmission (Fig. 8.11).

Un autre indicateur pratiquement important est la sécurité du câble (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). La sécurité est définie comme la différence entre les niveaux du signal utile et des interférences. Plus la valeur de protection du câble est élevée, plus elle est élevée, selon la formule de Shannon, avec une

la vitesse peut transférer des données mais ce câble. Sur la fig. 8.12 montre une caractéristique typique de la dépendance de la sécurité d'un câble sur un câble à paire torsadée non blindée à la fréquence du signal.

La fiabilité de la transmission des données caractérise la probabilité de distorsion de chaque bit de données transmis. Parfois, le même indicateur est appelé le taux d'erreur binaire (Bit Error Rate, BER). La valeur BER pour les liaisons sans protection supplémentaire contre les erreurs (par exemple, codes autocorrecteurs ou protocoles avec retransmission de trames déformées) est, en règle générale, de 10-4-10-6, dans les liaisons à fibre optique 10~9. La valeur de la fiabilité de transmission des données, par exemple 10-4, indique qu'en moyenne, sur 10 000 bits, la valeur d'un bit est faussée.

Les fréquences de coupure sont souvent considérées comme des fréquences auxquelles la puissance du signal de sortie est divisée par deux par rapport au signal d'entrée, ce qui correspond à une atténuation de -3 dB. Comme nous le verrons ci-dessous, la bande passante affecte au maximum la vitesse maximale possible de transmission d'informations sur la ligne de communication. La bande passante dépend du type de ligne et de sa longueur. Sur la fig. 8.13 montre les bandes passantes des lignes de communication de différents types, ainsi que les gammes de fréquences les plus couramment utilisées dans la technologie de communication

Par exemple, étant donné qu'un protocole de couche physique est toujours défini pour les lignes numériques, qui spécifie le débit binaire de transfert de données, la bande passante est toujours connue pour elles 64 Kbps, 2 Mbps, etc.

Dans les cas où il est seulement nécessaire de choisir lequel des nombreux protocoles existants utiliser sur une ligne donnée, les autres caractéristiques de la ligne, telles que la bande passante, la diaphonie, l'immunité au bruit, etc., sont très importantes.

La bande passante, comme le taux de transfert de données, est mesurée en bits par seconde (bps) ainsi qu'en unités dérivées telles que les kilobits par seconde (Kbps), etc.

La bande passante des lignes de communication et des équipements de réseau de communication est tra-
Il est traditionnellement mesuré en bits par seconde, et non en octets par seconde. Ceci est dû au fait queles données dans les réseaux sont transmises séquentiellement, c'est-à-dire bit par bit, et non en parallèle, octets, comme cela se produit entre les appareils à l'intérieur d'un ordinateur. Ces unités de mesurecomme le kilobit, le mégabit ou le gigabit, dans les technologies de réseau correspondent strictement à des puissances de 10(c'est-à-dire qu'un kilobit équivaut à 1 000 bits et qu'un mégabit équivaut à 1 000 000 bits), comme il est d'usage dans tous
branches de la science et de la technologie, et non des puissances de deux proches de ces nombres, comme il est d'usageen programmation, où le préfixe "kilo" est 210 = 1024, et "mega" 220 = 1 048 576.

Le débit d'une ligne de communication ne dépend pas seulement de ses caractéristiques, telles que
tant sur l'atténuation que sur la bande passante, mais aussi sur le spectre des signaux transmis.
Si les harmoniques significatives du signal (c'est-à-dire les harmoniques dont les amplitudes
apportent la contribution principale au signal résultant) tombent dans la bande passante
ligne, alors un tel signal sera bien transmis par cette ligne de communication,
et le récepteur sera en mesure de reconnaître correctement les informations envoyées par le
émetteur (Fig. 8.14, a). Si des harmoniques significatives dépassent le
la bande passante de la ligne de communication, le signal se déformera considérablement -
Xia, et le récepteur se trompera en reconnaissant les informations (Fig. 8.14, b).

Bits et bauds

Le choix d'une méthode de représentation des informations discrètes sous forme de signaux donnés par
transmis à la ligne de communication est appelé codage physique ou linéaire.

Le spectre des signaux dépend de la méthode de codage choisie et, par conséquent,
capacité de la ligne.

Ainsi, pour une méthode de codage, une ligne peut avoir un
bande passante, et pour un autre un autre. Par exemple, un câble à paire torsadée
rii 3 peut transmettre des données avec une bande passante de 10 Mbps avec un différend
l'encodage de la couche physique standard 10VaBe-T et 33 Mbit/s avec la possibilité de
Encodage standard 100Base-T4.

Conformément au postulat de base de la théorie de l'information, tout changement imprévisible perceptible dans le signal reçu est porteur d'informations. D'où il suit quesinusoïde, dans laquelle l'amplitude, la phase et la fréquence restent inchangées, l'information n'est pastransporte, car le changement de signal, bien qu'il se produise, est absolument prévisible. De même, les impulsions sur le bus d'horloge de l'ordinateur ne transportent pas d'informations,car leurs évolutions sont également constantes dans le temps. Mais les impulsions sur le bus de données ne peuvent pas être prédites à l'avance, cela les rend informatives, elles transportent des informations
entre les blocs individuels ou les périphériques d'un ordinateur.

La plupart des méthodes de codage impliquent de modifier certains paramètres signal périodique fréquence, amplitude et phase de la sinusoïde ou le signe du potentiel de la séquence d'impulsions. Un signal périodique dont les paramètres sont susceptibles de changer est appelé signal porteur et sa fréquence, si le signal est sinusoïdal, est appelée fréquence porteuse. Le processus de modification des paramètres d'un signal porteur en fonction des informations transmises est appelé modulation.

Si un signal change de telle manière que seuls deux de ses états peuvent être distingués, alors tout changement dans celui-ci correspondra à la plus petite unité d'information - un bit. Si le signal peut avoir plus de deux états distincts, alors tout changement dans celui-ci transportera plusieurs bits d'information.

La transmission d'informations discrètes dans les réseaux de télécommunication s'effectue de manière cadencée, c'est-à-dire que le signal change à un intervalle de temps fixe, appelé tact. Le récepteur d'informations considère qu'au début de chaque cycle, de nouvelles informations arrivent à son entrée. Dans ce cas, que le signal répète l'état du cycle précédent ou qu'il ait un état différent du précédent, le récepteur reçoit nouvelle information de l'émetteur. Par exemple, si le cycle est de 0,3 s, et que le signal a deux états et que 1 est codé avec un potentiel de 5 volts, alors la présence de 5 volts à l'entrée du récepteur de signal pendant 3 secondes signifie recevoir une information représentée par le binaire numéro 1111111111.

Le nombre de changements dans le paramètre d'information du signal périodique de porteuse par seconde est mesuré en bauds. Un baud est égal à un changement de paramètre de données par seconde. Par exemple, si le cycle de transfert d'informations est de 0,1 seconde, le signal change à une vitesse de 10 bauds. Ainsi, le débit en bauds est entièrement déterminé par la taille de l'horloge.

Le débit d'information est mesuré en bits par seconde et ne correspond généralement pas au débit en bauds. Il peut s'agir d'une vitesse supérieure ou inférieure.

modifications du paramètre d'information mesurées en bauds. Ce rapport dépend du nombre d'états du signal. Par exemple, si le signal a plus de deux états distincts, alors avec des cycles d'horloge égaux et la méthode de codage appropriée, le débit d'information en bits par seconde peut être supérieur au débit en bauds du signal d'information.

Soit les paramètres d'information la phase et l'amplitude de la sinusoïde, et 4 états de la phase à 0, 90, 180 et 270° et deux valeurs de l'amplitude du signal sont différentes, alors le signal d'information peut avoir 8 états distinguables. Cela signifie que tout état de ce signal porte une information sur 3 bits. Dans ce cas, un modem fonctionnant à 2400 bauds (changeant le signal d'information 2400 fois par seconde) transmet des informations à un débit de 7200 bps, puisque 3 bits d'informations sont transmis avec un changement de signal.

Si le signal a deux états (c'est-à-dire qu'il transporte des informations sur 1 bit), le débit d'informations coïncide généralement avec le nombre de bauds. Cependant, l'inverse peut également être observé, lorsque le débit d'information est inférieur au taux de variation du signal d'information en bauds. Cela se produit lorsque, pour une reconnaissance fiable par le récepteur d'informations d'utilisateur, chaque bit de la séquence est codé avec plusieurs changements dans le paramètre d'information du signal porteur. Par exemple, lors du codage d'une valeur de bit unique avec une impulsion de polarité positive et d'une valeur de bit zéro avec une impulsion de polarité négative signal physique change son état deux fois à chaque bit transmis. Avec ce codage, la vitesse de la ligne en bits par seconde est deux fois plus faible qu'en bauds.

Plus la fréquence du signal périodique porteur est élevée, plus la fréquence de modulation peut être élevée et plus la bande passante du lien de communication peut être élevée.

Cependant, d'autre part, avec une augmentation de la fréquence d'un signal porteur périodique, la largeur du spectre de ce signal augmente également.

La ligne transmet ce spectre de sinusoïdes avec les distorsions qui sont déterminées par sa bande passante. Plus l'écart entre la bande passante de la ligne et la bande passante des signaux d'information transmis est important, plus les signaux sont déformés et plus il y a de risque d'erreurs dans la reconnaissance des informations par le destinataire, ce qui signifie que le débit de transmission d'informations possible est moins.

Rapport bande passante vs débit

La relation entre la bande passante d'une ligne et sa bande passante, quelle que soit la méthode de codage physique acceptée, a été établie par Claude Shannon :

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

Ici C est la bande passante de la ligne en bits par seconde, F est la bande passante de la ligne en hertz, Pc est la puissance du signal, Psh est la puissance du bruit.

Il découle de cette relation qu'il n'y a pas de limite théorique au débit d'une liaison à bande passante fixe. Cependant, dans la pratique, il existe une telle limite. En effet, il est possible d'augmenter la capacité de la ligne en augmentant la puissance d'émission ou en réduisant la puissance de bruit (interférence) dans la ligne de communication. Ces deux composants sont très difficiles à modifier. L'augmentation de la puissance de l'émetteur entraîne une augmentation significative de sa taille et de son coût. La réduction du bruit nécessite l'utilisation de câbles spéciaux avec une bonne écrans de protection, ce qui est très coûteux, ainsi qu'une réduction du bruit dans l'émetteur et les équipements intermédiaires, ce qui n'est pas facile à réaliser. De plus, l'effet des puissances utiles signal et bruit sur le débit est limité par une dépendance logarithmique, qui croît loin d'être aussi rapide qu'une dépendance directe proportionnelle. Ainsi, pour un rapport initial assez typique de la puissance du signal sur la puissance du bruit de 100 fois, doubler la puissance de l'émetteur ne donnera qu'une augmentation de 15 % de la capacité de la ligne.

Proche par essence de la formule de Shannon se trouve une autre relation obtenue par Nyquist, qui détermine également le débit maximum possible de la ligne de communication, mais sans tenir compte du bruit dans la ligne :

C = 2Flog2 M.

Ici M est le nombre d'états distinguables du paramètre d'information.

Si le signal a deux états distincts, la bande passante est égale à deux fois la bande passante de la ligne de communication (Fig. 8.15, a). Si l'émetteur utilise plus de deux états de signal stables pour coder les données, la capacité de la ligne augmente, car dans un cycle de fonctionnement, l'émetteur transmet plusieurs bits des données d'origine, par exemple, 2 bits en présence de quatre états de signal distincts ( Figure 8.15, b).

Bien que la formule de Nyquist ne prenne pas explicitement en compte la présence de bruit, indirectement
son influence se traduit par le choix du nombre d'états du signal d'information
espèces. Pour augmenter le débit de la ligne de communication, il faudrait augmenter le nombre d'états, mais en pratique cela est empêché par le bruit sur la ligne. Par exemple, la bande passante de la ligne, dont le signal est représenté sur la Fig. 8.15, b, peut être à nouveau doublé en utilisant non pas 4, mais 16 niveaux pour encoder les données. Cependant, si l'amplitude du bruit dépasse de temps en temps la différence entre les niveaux adjacents, le récepteur ne sera pas en mesure de reconnaître de manière stable les données transmises. Par conséquent, le nombre d'états de signal possibles est en fait limité par le rapport puissance du signal sur bruit, et la formule de Nyquist détermine le débit de données maximal dans le cas où le nombre d'états a déjà été sélectionné en tenant compte des capacités de reconnaissance stable par le récepteur.

Paire torsadée blindée et non blindée

paire torsadée appelé une paire de fils torsadés. Ce type de support de transmission est très répandu et constitue la base d'un grand nombre de câbles tant internes qu'externes. Un câble peut être composé de plusieurs paires torsadées (les câbles extérieurs en contiennent parfois plusieurs dizaines).

La torsion des fils réduit l'influence des interférences externes et mutuelles sur les signaux utiles transmis sur le câble.

Les principales caractéristiques de la conception du câble sont illustrées schématiquement à la fig. 8.16.

Les câbles à paires torsadées sont symétrique , c'est-à-dire qu'ils sont constitués de deux conducteurs structurellement identiques. Un câble à paire torsadée symétrique peut être soit blindé, et non blindé.

Il faut faire la distinction entre l'électricité l'isolation des âmes conductrices, qui est présente dans tout câble, deélectromagnétiqueisolement. Le premier est constitué d'une couche diélectrique non conductrice en papier ou en polymère, tel que le chlorure de polyvinyle ou le polystyrène. Dans le second cas, en plus de l'isolation électrique, les âmes conductrices sont également placées à l'intérieur du blindage électromagnétique, qui est le plus souvent utilisé comme une tresse conductrice en cuivre.

Basé sur le câblepaire torsadée non blindée,utilisé pour le câblage

à l'intérieur du bâtiment, est divisé selon les normes internationales en catégories (de 1 à 7).

Câbles de catégorie 1 sont utilisés lorsque les exigences relatives à la vitesse de transmission
minimal. Il s'agit généralement d'un câble pour la transmission vocale numérique et analogique.
et transmission de données à faible vitesse (jusqu'à 20 Kbps). Jusqu'en 1983, c'était le
Un nouveau type de câble pour le câblage téléphonique.

Câbles de catégorie 2 ont d'abord été utilisés par IBM dans la construction
propre système de câble. La principale exigence pour les câbles de cette catégorie est
rii la capacité de transmettre des signaux avec un spectre allant jusqu'à 1 MHz.

Câbles de catégorie 3 ont été standardisés en 1991. Norme EIA-568
défini Caractéristiques électriques câbles pour fréquences jusqu'à
16 MHz. Câbles de catégorie 3 conçus à la fois pour la transmission de données et
et pour la transmission de la voix, constituent désormais la base de nombreux systèmes câblés
bâtiments.

Câbles de catégorie 4 sont une version légèrement améliorée de
câbles de catégorie 3. Les câbles de catégorie 4 doivent résister aux essais pendant une heure -
Fourre-tout de transmission de signal de 20 MHz et fournir une immunité accrue au bruit
vost et faible perte de signal. En pratique, ils sont rarement utilisés.

Câbles de catégorie 5 ont été spécialement conçus pour supporter des
protocoles de vitesse. Leurs caractéristiques sont déterminées dans la gamme allant jusqu'à
100 MHz. La plupart des technologies haut débit (FDDI, Fast Ethernet,
ATM et Gigabit Ethernet) sont guidés par l'utilisation d'un câble à paire torsadée
5. Le câble de catégorie 5 a remplacé le câble de catégorie 3, et aujourd'hui
tous les nouveaux systèmes de câbles des grands bâtiments sont construits sur ce type
câble (associé à la fibre optique).

Les câbles occupent une place particulière catégories 6 et 7, que l'industrie a commencé à produire relativement récemment. Pour les câbles de catégorie 6, les caractéristiques sont déterminées jusqu'à une fréquence de 250 MHz, et pour les câbles de catégorie 7, jusqu'à 600 MHz. Les câbles de catégorie 7 doivent être blindés, à la fois chaque paire et l'ensemble du câble dans son ensemble. Le câble de catégorie 6 peut être blindé ou non blindé. L'objectif principal de ces câbles est de prendre en charge les protocoles à haut débit sur des câbles plus longs que les câbles UTP de catégorie 5.

Tous les câbles UTP, quelle que soit leur catégorie, sont disponibles en configuration 4 paires. Chacune des quatre paires de câbles a une couleur et un pas de torsion spécifiques. Habituellement, deux paires sont destinées à la transmission de données et deux à la transmission vocale.

câble de fibre optique

câble de fibre optiquese compose de fines fibres de verre flexibles (5-60 microns) (fibres guides de lumière) à travers lesquelles se propagent les signaux lumineux. C'est le type de câble de la plus haute qualité, il assure la transmission de données à très haut débit (jusqu'à 10 Gb/s et plus) et, de plus, mieux que d'autres types de support de transmission, il assure la protection des données contre les interférences externes (en raison de la nature de la propagation de la lumière, de tels signaux sont faciles à protéger).

Chaque guide de lumière se compose d'un conducteur central de fibre de verre de lumière (noyau) et d'une gaine de verre avec un indice de réfraction inférieur à celui du noyau. Se propageant à travers le noyau, les rayons de lumière ne dépassent pas ses limites, étant réfléchis par la couche de couverture de la coque. En fonction de la distribution de l'indice de réfraction et de la taille du diamètre du noyau, il existe:

fibre multimode à indice de réfraction étagé (Fig. 8.17, UN)\

fibre multimode avec changement en douceur indice de réfraction (Fig. 8.17, b) \

fibre monomode (Fig. 8.17, V).

La notion de "mode" décrit le mode de propagation des rayons lumineux dans l'âme du câble.

En câble monomode(Single Mode Fiber, SMF) utilise un conducteur central de très petit diamètre, proportionnel à la longueur d'onde de la lumière de 5 à 10 microns. Dans ce cas, presque tous les rayons lumineux se propagent le long de l'axe optique de la fibre sans être réfléchis par le conducteur extérieur. Refaire

DANS câbles multimodes(Multi Mode Fiber, MMF) utilise des noyaux internes plus larges qui sont plus faciles à fabriquer technologiquement. Dans les câbles multimodes, il y a plusieurs faisceaux lumineux dans le conducteur interne en même temps, réfléchis par le conducteur externe sous différents angles. L'angle de réflexion du faisceau est appelé mode faisceau. Dans les câbles multimodes avec une variation douce de l'indice de réfraction, le mode de réflexion des rayons a un caractère complexe. Les interférences qui en résultent dégradent la qualité du signal transmis, ce qui conduit à une distorsion des impulsions transmises dans une fibre optique multimode. Pour cette raison Caractéristiques les câbles multimodes sont pires que les câbles monomodes.

De ce fait, les câbles multimodes sont principalement utilisés pour la transmission de données à des débits inférieurs à 1 Gb/s sur courtes distances(jusqu'à 300-2000 m), et monomode pour la transmission de données à très haut débit de plusieurs dizaines de gigabits par seconde (et en cas d'utilisation de la technologie DWDM jusqu'à plusieurs térabits par seconde) sur des distances pouvant atteindre plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres (communication longue distance).

Comme sources lumineuses dans les câbles à fibres optiques, on utilise :

LED, ou diodes électroluminescentes (Light Emitted Diode, LED) ;

lasers à semi-conducteurs ou diodes laser.

Pour les câbles monomodes, seules des diodes laser sont utilisées, car avec un si petit diamètre de la fibre optique, le flux lumineux créé par la LED ne peut pas être dirigé dans la fibre sans grandes pertes, il a un diagramme de rayonnement trop large, tandis que le laser la diode est étroite. Les émetteurs LED moins chers ne sont utilisés que pour les câbles multimodes.

Le coût des câbles à fibres optiques n'est pas beaucoup plus élevé que celui des câbles à paires torsadées, mais les travaux d'installation avec des fibres optiques sont beaucoup plus coûteux en raison de la complexité des opérations et du coût élevé des équipements d'installation utilisés.

conclusion

Selon le type d'équipement intermédiaire, toutes les lignes de communication sont divisées en analogique et numérique. Dans les lignes analogiques, les équipements intermédiaires sont conçus pour amplifier les signaux analogiques. Les lignes analogiques utilisent le multiplexage de fréquence.

DANS lignes numériques les signaux transmis par les communications ont un nombre fini d'états. Dans de telles lignes, des équipements intermédiaires spéciaux sont utilisés - des régénérateurs, qui améliorent la forme des impulsions et assurent leur resynchronisation, c'est-à-dire restaurent leur période de répétition. L'équipement intermédiaire de multiplexage et de commutation des réseaux primaires fonctionne sur le principe du multiplexage temporel des canaux, lorsque chaque canal bas débit se voit allouer une certaine fraction de temps (intervalle de temps, ou quantum) d'un canal haut débit.

La bande passante définit la gamme de fréquences qui sont transmises par la liaison avec une atténuation acceptable.

Le débit d'une ligne de communication dépend de ses paramètres internes, notamment la bande passante, paramètres externes le niveau de brouillage et le degré d'atténuation des brouillages, ainsi que la méthode acceptée de codage des données discrètes.

La formule de Shannon détermine le débit maximal possible d'une ligne de communication pour des valeurs fixes de la bande passante de la ligne et du rapport puissance du signal sur bruit.

La formule de Nyquist exprime le débit maximal possible d'une ligne de communication à travers la bande passante et le nombre d'états du signal d'information.

Les câbles à paire torsadée sont divisés en non blindés (UTP) et blindés (STP). Les câbles UTP sont plus faciles à fabriquer et à installer, mais les câbles STP offrent un niveau de sécurité plus élevé.

Les câbles à fibres optiques ont d'excellentes caractéristiques électromagnétiques et mécaniques, leur inconvénient est la complexité et le coût élevé des travaux d'installation.

1. En quoi un lien est-il différent d'un canal de communication composite ?
   1. Un canal composite peut-il être constitué de liens ? Et vice versa?
   2. Peut canal numérique transmettre des données analogiques ?
   3. Quel type de caractéristiques de la ligne de communication comprend : niveau de bruit, bande passante, capacité linéaire ?
   4. Quelles mesures peuvent être prises pour augmenter la vitesse d'information du lien:

o Réduire la longueur du câble ;

o choisir un câble avec moins de résistance ;

o choisir un câble avec une bande passante plus large ;

o Appliquer une méthode de codage à spectre plus étroit.

1. Pourquoi n'est-il pas toujours possible d'augmenter la capacité du canal en augmentant le nombre d'états du signal d'information ?
   1. Quel mécanisme est utilisé pour supprimer les interférences dans les câbles PTU ?
   2. Quel câble transmet mieux les signaux avec une plus grande valeur du paramètre NEXT ou avec moins ?
   3. Quelle est la largeur de spectre d'une impulsion idéale ?
   4. Nommez les types de câbles optiques.
   5. Que se passe-t-il si vous changez le câble dans un réseau de travail Câble UTP STP ? Possibilités de réponse :

О dans le réseau, la proportion de trames déformées diminuera, car les interférences externes seront supprimées plus efficacement ;

Oh rien ne changera;

O dans le réseau, la proportion de trames déformées augmentera, car l'impédance de sortie des émetteurs ne correspond pas à l'impédance du câble.

1. Pourquoi est-il problématique d'utiliser un câble à fibre optique dans un sous-système horizontal ?
   1. Les grandeurs connues sont :

À propos de la puissance minimale de l'émetteur P sortie (dBm);

О atténuation de rattrapage du câble A (dB/km) ;

À propos du seuil de sensibilité du récepteur Broche (dBm).

Il est nécessaire de trouver la longueur maximale possible de la ligne de communication à laquelle les signaux sont transmis normalement.

1. Quelle serait la limite théorique du débit de données en bits par seconde sur une liaison avec une bande passante de 20 kHz si la puissance de l'émetteur est de 0,01 mW et la puissance de bruit dans la liaison est de 0,0001 mW ?
   1. Déterminez la capacité d'une liaison duplex pour chaque direction si sa bande passante est connue pour être de 600 kHz et la méthode de codage utilise 10 états de signal.
   2. Calculez le délai de propagation du signal et le délai de transfert de données pour le cas d'une transmission de paquets de 128 octets (en supposant que la vitesse de propagation du signal est égale à la vitesse de la lumière dans un vide de 300 000 km/s) :

O sur un câble paire torsadée de 100 m à un débit de transmission de 100 Mbps ;

O sur un câble coaxial de 2 km de long à un débit de transmission de 10 Mbps ;

O via un canal satellite d'une longueur de 72 000 km à un débit de transmission de 128 Kbps.

1. Calculez la vitesse de liaison si vous savez que la fréquence d'horloge de l'émetteur est de 125 MHz et que le signal a 5 états.
   1. Récepteur et émetteur Adaptateur de réseau connecté aux paires de câbles adjacentes PTU. Quelle est la puissance de l'interférence induite à l'entrée du récepteur si l'émetteur a une puissance de 30 dBm, et l'exposant SUIVANT câble est -20 dB?
   2. Sachez que le modem transmet des données en mode duplex à un débit de 33,6 Kbps. Combien d'états possède son signal si la bande passante de la ligne de communication est de 3,43 kHz ?

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Une ligne de communication est un support physique et un ensemble de matériel utilisé pour transmettre des signaux d'un émetteur à un récepteur. Dans les systèmes de communication câblés, il s'agit principalement d'un câble ou d'un guide d'ondes ; dans les systèmes de communication radio, c'est une région de l'espace dans laquelle les ondes électromagnétiques se propagent d'un émetteur à un récepteur. Lorsqu'il est transmis sur le canal, le signal peut être déformé et peut être affecté par des interférences. Le dispositif de réception traite le signal reçu , qui est la somme du signal déformé entrant et des interférences , et restaure un message à partir de celui - ci , qui affiche le message transmis avec une certaine erreur . En d'autres termes, le récepteur doit déterminer, sur la base de l'analyse du signal, lequel des messages possibles a été transmis. Par conséquent, le dispositif de réception est l'un des éléments les plus critiques et les plus complexes du système de communication électrique.

Un système de communication électrique s'entend comme un ensemble de moyens techniques et un support de distribution. Le concept de système de communication comprend une source et un consommateur de messages.

Selon le type de messages transmis, on distingue les systèmes de communication électrique suivants : les systèmes de transmission vocale (téléphonie) ; systèmes de transmission de texte (télégraphie); systèmes de transmission d'images fixes (phototélégraphie); systèmes de transmission d'images animées (télévision), systèmes de télémétrie, de télécontrôle et de transmission de données. Sur rendez-vous, les systèmes de téléphonie et de télévision sont divisés en diffusion, caractérisée par un degré élevé de reproduction artistique des messages, et professionnelle, ayant une application particulière (communications officielles, télévision industrielle, etc.). Dans le système de télémétrie, les grandeurs physiques (température, pression, vitesse, etc.) sont converties à l'aide de capteurs en un signal électrique primaire envoyé au transmetteur. A la réception, la grandeur physique transmise ou ses modifications sont extraites du signal et utilisées pour le contrôle. Dans le système de télécontrôle, des commandes sont transmises pour effectuer automatiquement certaines actions. Souvent, ces commandes sont générées automatiquement en fonction des résultats de mesure transmis par le système de télémétrie.

L'introduction d'ordinateurs performants a conduit à la nécessité de développer rapidement des systèmes de transmission de données qui assurent l'échange d'informations entre les installations informatiques et les objets des systèmes de contrôle automatisés. Ce type de communication est différent exigences élevéesà la rapidité et à la fidélité du transfert d'informations.

Pour l'échange de messages entre de nombreux utilisateurs géographiquement dispersés (abonnés), des réseaux de communication sont créés qui assurent la transmission et la distribution de messages à des adresses données (en temps donné et avec une qualité établie).

Un réseau de communication est un ensemble de lignes de communication et de nœuds de commutation.

La classification des canaux et des lignes de communication est effectuée:

par la nature des signaux en entrée et en sortie (continu, discret, discret-continu) ;

par type de messages (téléphone, télégraphe, transmission de données, télévision, télécopie, etc.);

par type de support de propagation (filaire, radio, fibre optique, etc.) ;

par la gamme de fréquences utilisées (basse fréquence (BF), haute fréquence (HF), super haute fréquence (SHF), etc.) ;

par la structure des émetteurs-récepteurs (monocanal, multicanal).

A l'heure actuelle, afin de caractéristiques complètes canaux et lignes de communication, d'autres caractéristiques de classification peuvent être utilisées (selon la méthode de propagation des ondes radio, la méthode de combinaison et de séparation des canaux, le placement des moyens techniques, le but opérationnel, etc.)

Les réseaux informatiques utilisent le téléphone, le télégraphe, la télévision, les réseaux de communication par satellite. Comme lignes de communication, filaire (air), câble, canaux radio de communications terrestres et satellites sont utilisés. La différence entre eux est déterminée par le support de transmission de données. Le support de transmission physique peut être un câble, ainsi que l'atmosphère terrestre ou l'espace extra-atmosphérique, à travers lequel se propagent les ondes électromagnétiques.

Lignes de communication filaires (aériennes)- ce sont des fils sans tresses isolantes ou de blindage, posés entre pôles et suspendus dans l'air. Traditionnellement, ils servent à transmettre des signaux téléphoniques et télégraphiques, mais en l'absence d'autres possibilités, ils sont utilisés pour transmettre des données informatiques. Les lignes de communication filaires se caractérisent par une faible bande passante et une faible immunité au bruit, elles sont donc rapidement remplacées par des lignes câblées.

lignes de câble comprennent un câble composé de conducteurs isolés en plusieurs couches - électriques, électromagnétiques, mécaniques et de connecteurs pour y connecter divers équipements. Trois types de câbles sont principalement utilisés en CS : un câble à base de paires torsadées de fils de cuivre (il s'agit d'une paire torsadée en version blindée, lorsqu'une paire de fils de cuivre est enroulée dans un écran isolant, et non blindée, lorsqu'il n'y a pas enveloppe isolante), un câble coaxial (constitué d'une âme interne en cuivre et d'une tresse séparée de l'âme par une couche d'isolant) et un câble à fibre optique (constitué de fibres fines de 5 à 60 microns, à travers lesquelles se propagent les signaux lumineux).

Parmi les lignes de communication par câble, les guides de lumière ont les meilleures performances. Leurs principaux avantages sont : un débit élevé (jusqu'à 10 Gbit/s et plus) grâce à l'utilisation d'ondes électromagnétiques dans le domaine optique ; insensibilité aux champs électromagnétiques externes et absence de leur propre rayonnement électromagnétique, faible intensité de travail de pose d'un câble optique; sécurité contre les étincelles, les explosions et les incendies ; résistance accrue aux environnements agressifs; faible gravité spécifique (rapport masse linéaire sur bande passante); de larges domaines d'application (création d'autoroutes d'accès collectives, systèmes de communication pour ordinateurs avec périphériques de réseaux locaux, dans la technologie des microprocesseurs, etc.).

Inconvénients du FOCL : la connexion d'ordinateurs supplémentaires au guide de lumière affaiblit considérablement le signal, les modems haut débit nécessaires aux guides de lumière sont encore coûteux, les guides de lumière reliant les ordinateurs doivent être alimentés par des convertisseurs de signaux électriques en lumière et inversement.

Canaux radio de communications terrestres et satellitaires généré par un émetteur et un récepteur d'ondes radio. Différents types de canaux radio diffèrent par la gamme de fréquences utilisée et la gamme de transmission des informations. Les canaux radio fonctionnant dans les gammes d'ondes courtes, moyennes et longues (HF, MW, LW) permettent une communication longue distance, mais à un faible débit de données. Ce sont des canaux radio où la modulation d'amplitude des signaux est utilisée. Les canaux fonctionnant sur les bandes d'ondes ultracourtes (VHF) sont plus rapides, ils se caractérisent par une modulation de fréquence des signaux. Les canaux ultra-haut débit sont ceux qui fonctionnent dans les bandes ultra-hautes fréquences (SHF), c'est-à-dire au-dessus de 4 GHz. Dans la gamme des micro-ondes, les signaux ne sont pas réfléchis par l'ionosphère terrestre, de sorte qu'une connexion stable nécessite une ligne de visée directe entre l'émetteur et le récepteur. Pour cette raison, les signaux micro-ondes sont utilisés soit dans les canaux satellites, soit dans les canaux de relais radio, lorsque cette condition est remplie.

Caractéristiques de la ligne de communication. Les principales caractéristiques des lignes de communication sont les suivantes : réponse en fréquence, bande passante, atténuation, débit, immunité au bruit, diaphonie à l'extrémité proche de la ligne, fiabilité de la transmission des données, coût unitaire.

Les caractéristiques d'une ligne de communication sont souvent déterminées en analysant ses réponses à certaines influences de référence, qui sont utilisées comme des oscillations sinusoïdales de différentes fréquences, car elles sont souvent rencontrées en technologie et peuvent être utilisées pour représenter n'importe quelle fonction du temps. Le degré de distorsion des signaux sinusoïdaux de la ligne de communication est estimé à l'aide de la caractéristique amplitude-fréquence, de la bande passante et de l'atténuation à une certaine fréquence.

Fréquence de réponse(AFC) donne l'image la plus complète de la ligne de communication, il montre comment l'amplitude de la sinusoïde à la sortie de la ligne décroît par rapport à l'amplitude à son entrée pour toutes les fréquences possibles du signal transmis (au lieu de l'amplitude du signal, son pouvoir est souvent utilisé). Par conséquent, la réponse en fréquence vous permet de déterminer la forme du signal de sortie pour n'importe quel signal d'entrée. Cependant, il est très difficile d'obtenir la réponse en fréquence d'une vraie ligne de communication, par conséquent, en pratique, d'autres caractéristiques simplifiées sont utilisées à sa place - la bande passante et l'atténuation.

Bande passante du lien représente une gamme continue de fréquences dans laquelle le rapport de l'amplitude du signal de sortie au signal d'entrée dépasse une limite prédéterminée (typiquement 0,5). Par conséquent, la bande passante détermine la gamme de fréquences d'un signal sinusoïdal à laquelle ce signal est transmis sur la ligne de communication sans distorsion significative. La bande passante qui a le plus grand effet sur le taux de transfert d'informations maximal possible sur la ligne de communication est la différence entre les fréquences maximale et minimale d'un signal sinusoïdal dans une bande passante donnée. La bande passante dépend du type de ligne et de sa longueur.

Une distinction doit être faite entre la bande passante et largeur du spectre signaux d'information transmis. La bande passante des signaux transmis est la différence entre les harmoniques significatives maximales et minimales du signal, c'est-à-dire les harmoniques qui apportent la contribution principale au signal résultant. Si des harmoniques significatives du signal tombent dans la bande passante de la ligne, alors un tel signal sera transmis et reçu par le récepteur sans distorsion. Sinon, le signal sera déformé, le récepteur fera des erreurs dans la reconnaissance des informations et, par conséquent, les informations ne pourront pas être transmises avec une bande passante donnée.

atténuation- c'est la diminution relative de l'amplitude ou de la puissance du signal lorsqu'un signal d'une certaine fréquence est transmis sur la ligne.

L'atténuation A est mesurée en décibels (dB, dB) et est calculée à l'aide de la formule :

où Pout, Pin sont la puissance du signal à la sortie et à l'entrée de la ligne, respectivement.

Pour une évaluation approximative de la distorsion des signaux transmis sur la ligne, il suffit de connaître l'atténuation des signaux de la fréquence fondamentale, c'est-à-dire la fréquence dont l'harmonique a la plus grande amplitude et puissance. Une estimation plus précise est possible si l'atténuation à plusieurs fréquences proches de la principale est connue.

Capacité de la ligne de communication- c'est sa caractéristique qui détermine (ainsi que la bande passante) le débit maximal possible de transfert de données sur la ligne. Il est mesuré en bits par seconde (bps) ainsi qu'en unités dérivées (Kbps, Mbps, Gbps).

Le débit d'une ligne de communication dépend de ses caractéristiques (réponse en fréquence, bande passante, atténuation) et du spectre des signaux transmis qui, à son tour, dépend de la méthode de codage physique ou linéaire choisie (c'est-à-dire de la méthode de représentation des signaux discrets informations sous forme de signaux). Pour une méthode de codage, la ligne peut avoir une capacité, et pour une autre - une autre.

Lors du codage, une modification de certains paramètres d'un signal périodique (par exemple, des oscillations sinusoïdales) est généralement utilisée - la fréquence, l'amplitude et la phase de la sinusoïde, ou le signe du potentiel du train d'impulsions. Un signal périodique dont les paramètres changent est appelé signal porteur ou fréquence porteuse si une sinusoïde est utilisée comme tel signal. Si la sinusoïde reçue ne change aucun de ses paramètres (amplitude, fréquence ou phase), alors elle ne véhicule aucune information.

Le nombre de changements du paramètre d'information du signal porteur périodique par seconde (pour une sinusoïde, il s'agit du nombre de changements d'amplitude, de fréquence ou de phase) est mesuré en bauds. Le cycle d'horloge de l'émetteur est la période de temps entre des changements adjacents dans le signal d'information.

En général, le débit de la ligne en bits par seconde n'est pas le même que le nombre de bauds. Selon la méthode d'encodage, il peut être supérieur, égal ou inférieur au nombre de bauds. Si, par exemple, lorsque cette méthode En codage, la valeur unitaire d'un bit est représentée par une impulsion de polarité positive, et la valeur nulle est représentée par une impulsion de polarité négative, puis lors de la transmission de bits changeant alternativement (il n'y a pas de série de bits du même nom), le signal physique change deux fois d'état lors de la transmission de chaque bit. Ainsi, avec ce codage, le débit de la ligne est deux fois inférieur au nombre de bauds transmis sur la ligne.

Le débit de la ligne est affecté non seulement par la physique, mais aussi par ce que l'on appelle logique le codage, qui est effectué avant le codage physique et consiste à remplacer la séquence de bits d'information d'origine par une nouvelle séquence de bits qui porte la même information, mais qui a propriétés supplémentaires(par exemple, la capacité pour le côté réception de détecter des erreurs dans les données reçues ou d'assurer la confidentialité des données transmises en les cryptant). Le codage logique, en règle générale, s'accompagne du remplacement de la séquence de bits d'origine par une séquence plus longue, ce qui affecte négativement le temps de transmission des informations utiles.

Il y a une certaine relation entre la capacité d'une ligne et sa bande passante. Avec un mode de codage physique figé, la capacité de la ligne augmente avec l'augmentation de la fréquence du signal périodique porteur, puisque cette augmentation s'accompagne d'une augmentation des informations transmises par unité de temps. Mais avec une augmentation de la fréquence de ce signal, la largeur de son spectre augmente également, qui est transmis avec des distorsions déterminées par la bande passante de la ligne. Plus l'écart est grand entre la bande passante de la ligne et la bande passante des signaux d'information transmis, plus les signaux sont déformés et plus il y a de risques d'erreurs dans la reconnaissance des informations par le récepteur. En conséquence, la vitesse de transfert des informations est inférieure à ce à quoi on pourrait s'attendre.

Claude Shannon a établi une relation entre la bande passante d'une ligne et sa bande passante maximale possible, quelle que soit la méthode de codage physique acceptée :

Où AVEC– capacité maximale de la ligne (bit/s);

F– largeur de bande de ligne (Hz);

est la puissance du signal utile ;

– puissance de bruit (interférence).

Comme il ressort de cette relation, il n'y a pas de limite théorique au débit d'une liaison à bande passante fixe. Cependant, en pratique, il est assez difficile et coûteux d'augmenter la capacité de la ligne en augmentant significativement la puissance d'émission ou en réduisant la puissance de bruit sur la ligne. De plus, l'influence de ces capacités sur le débit est limitée non pas par une dépendance directement proportionnelle, mais par une dépendance logarithmique.

La relation trouvée par Nyquist a acquis une application plus pratique :

Où M– le nombre d'états différents du paramètre d'information du signal transmis.

Le rapport de Nyquist, qui sert également à déterminer le débit maximal possible d'une ligne de communication, ne prend pas explicitement en compte la présence de bruit sur la ligne. Cependant, son influence se reflète indirectement dans le choix du nombre d'états du signal d'information. Par exemple, pour augmenter le débit de la ligne, il était possible d'utiliser non pas 2 ou 4 niveaux, mais 16 lors du codage des données.Mais si l'amplitude du bruit dépasse la différence entre les 16 niveaux adjacents, le récepteur ne pourra pas stablement reconnaître les données transmises. Par conséquent, le nombre d'états de signal possibles est en fait limité par le rapport puissance du signal sur bruit.

Selon la formule de Nyquist, la valeur limite de la capacité du canal est déterminée pour le cas où le nombre d'états du signal d'information a déjà été sélectionné, en tenant compte des possibilités de leur reconnaissance stable par le récepteur.

Immunité au bruit de la ligne de communication- c'est sa capacité à réduire le niveau d'interférences créées dans le milieu extérieur sur les conducteurs internes. Cela dépend du type de support physique utilisé, ainsi que des moyens de la ligne, du blindage et de la suppression des interférences. Les lignes à fibres optiques sont les plus résistantes au bruit, insensibles aux rayonnements électromagnétiques externes, les lignes radio sont les moins résistantes au bruit, les lignes câblées occupent une position intermédiaire. La réduction des interférences causées par le rayonnement électromagnétique externe est obtenue en protégeant et en tordant les conducteurs.

2.1. Types de lignes de communication

La ligne de communication est généralement constituée d'un support physique par lequel sont transmis des signaux électriques d'information, d'un équipement de transmission de données et d'un équipement intermédiaire. Synonyme du terme ligne de communication (ligne) est le terme canal de communication.

Riz. 1.1. Composition de la ligne de communication

Supports physiques

Support de transmission physique (support) peut être un câble, c'est-à-dire un ensemble de fils, de gaines isolantes et protectrices et de connecteurs, ainsi que l'atmosphère terrestre ou l'espace extra-atmosphérique à travers lequel se propagent les ondes électromagnétiques.

Selon le support de transmission de données, les lignes de communication sont réparties comme suit :

Filaire (air);

câble (cuivre et fibre optique);

lignes de câble sont des structures assez complexes. Le câble est constitué de conducteurs enfermés dans plusieurs couches d'isolation : électrique, électromagnétique, mécanique et éventuellement aussi climatique. De plus, le câble peut être équipé de connecteurs permettant d'y connecter rapidement divers équipements. Il existe trois principaux types de câbles utilisés dans les réseaux informatiques : les câbles en cuivre à paire torsadée, les câbles coaxiaux à âme en cuivre et les câbles à fibre optique.

Une paire de fils torsadés s'appelle paire torsadée. La paire torsadée existe en version blindée (Paire torsadée blindée, STP), lorsqu'une paire de fils de cuivre est enveloppée dans un écran isolant et non blindée (Paire torsadée non blindée, UTP) lorsqu'il n'y a pas d'enveloppe isolante. La torsion des fils réduit l'influence des interférences externes sur les signaux utiles transmis sur le câble. Câble à fibre optique (fibre optique) se compose de fibres fines (5-60 microns) à travers lesquelles se propagent les signaux lumineux. Il s'agit du type de câble de la plus haute qualité - il assure la transmission de données à très haut débit (jusqu'à 10 Gb/s et plus) et, de plus, mieux que les autres types de support de transmission, il assure la protection des données contre les interférences externes.

Canaux radio de communications terrestres et satellitaires généré par un émetteur et un récepteur d'ondes radio. Il existe un grand nombre de types de canaux radio différents, qui diffèrent à la fois par la gamme de fréquences utilisée et par la gamme de canaux. Les gammes d'ondes courtes, moyennes et longues (KB, SV et LW), également appelées gammes de modulation d'amplitude (Amplitude Modulation, AM) selon le type de méthode de modulation du signal utilisé dans celles-ci, permettent une communication longue distance, mais à faible débit de données. Les canaux fonctionnant sur les bandes d'ondes ultra-courtes (VHF), qui se caractérisent par une modulation de fréquence (modulation de fréquence, FM), ainsi que les bandes d'ultra-hautes fréquences (micro-ondes ou micro-ondes) sont plus rapides.

Dans les réseaux informatiques d'aujourd'hui, presque tous les types décrits de supports physiques de transmission de données sont utilisés, mais les supports à fibre optique sont les plus prometteurs. Un support populaire est également la paire torsadée, qui se caractérise par un excellent rapport qualité/prix, ainsi que par une facilité d'installation. Les canaux satellites et les communications radio sont le plus souvent utilisés dans les cas où les communications par câble ne peuvent pas être appliquées.

2.2. Caractéristiques de la ligne de communication

Les principales caractéristiques des lignes de communication comprennent:

caractéristique amplitude-fréquence ;

· bande passante ;

atténuation

· immunité au bruit ;

diaphonie à l'extrémité proche de la ligne ;

débit;

Fiabilité du transfert de données ;

coût unitaire.

Tout d'abord, un développeur de réseau informatique s'intéresse au débit et à la fiabilité du transfert de données, car ces caractéristiques affectent directement les performances et la fiabilité. réseau créé. Le débit et la fiabilité sont des caractéristiques à la fois de la liaison de communication et de la méthode de transmission des données. Par conséquent, si la méthode de transmission (protocole) est déjà définie, alors ces caractéristiques sont également connues. Cependant, on ne peut pas parler du débit d'une ligne de communication avant qu'un protocole de couche physique ne soit défini pour celle-ci. C'est dans de tels cas, lorsque le plus approprié des protocoles existants n'a pas encore été déterminé, que d'autres caractéristiques de la ligne, telles que la bande passante, la diaphonie, l'immunité au bruit et d'autres caractéristiques, deviennent importantes. Pour déterminer les caractéristiques d'une ligne de communication, l'analyse de ses réactions à certaines influences de référence est souvent utilisée.

Analyse spectrale des signaux sur les lignes de communication

Il est connu de la théorie de l'analyse harmonique que tout processus périodique peut être représenté comme un nombre infini de composantes sinusoïdales, appelées harmoniques, et l'ensemble de toutes les harmoniques est appelé la décomposition spectrale du signal d'origine. Les signaux non périodiques peuvent être représentés comme une intégrale de signaux sinusoïdaux avec un spectre de fréquence continu.

La technique pour trouver le spectre de n'importe quel signal source est bien connue. Pour certains signaux bien décrits analytiquement, le spectre est facilement calculé à partir des formules de Fourier. Pour les formes d'onde arbitraires rencontrées dans la pratique, le spectre peut être trouvé à l'aide d'instruments spéciaux - des analyseurs de spectre qui mesurent le spectre d'un signal réel et affichent les amplitudes des composantes harmoniques. La distorsion par un canal d'émission d'une sinusoïde de n'importe quelle fréquence conduit finalement à une distorsion du signal transmis de n'importe quelle forme, surtout si des sinusoïdes de fréquences différentes sont déformées différemment. Lors de la transmission de signaux pulsés caractéristiques des réseaux informatiques, les harmoniques basse et haute fréquence sont déformées, de sorte que les fronts d'impulsion perdent leur forme rectangulaire. En conséquence, les signaux peuvent être mal reconnus à l'extrémité réceptrice de la ligne.

La ligne de communication déforme les signaux transmis du fait que ses paramètres physiques diffèrent des paramètres idéaux. Ainsi, par exemple, les fils de cuivre représentent toujours une combinaison de résistance active, de charge capacitive et inductive répartie sur la longueur. En conséquence, pour des sinusoïdes de fréquences différentes, la ligne aura une impédance différente, ce qui signifie qu'elles seront transmises de différentes manières. Le câble à fibre optique présente également des déviations qui empêchent une propagation idéale de la lumière. Si la ligne de communication comprend des équipements intermédiaires, elle peut également introduire des distorsions supplémentaires, car il est impossible de créer des dispositifs qui transmettraient aussi bien tout le spectre des sinusoïdes, de zéro à l'infini.

En plus des distorsions de signal introduites par les paramètres physiques internes de la ligne de communication, il existe également des interférences externes qui contribuent à la distorsion de la forme d'onde à la sortie de la ligne. Ces interférences sont créées par divers moteurs électriques, appareils électroniques, phénomènes atmosphériques, etc. Malgré les mesures de protection prises par les développeurs de câbles et d'équipements amplificateurs-commutateurs, il n'est pas possible de compenser complètement l'influence des perturbations extérieures. Par conséquent, les signaux à la sortie de la ligne de communication ont généralement une forme complexe, par laquelle il est parfois difficile de comprendre quelles informations discrètes ont été envoyées à l'entrée de la ligne.

Le degré de distorsion des signaux sinusoïdaux par les lignes de communication est estimé à l'aide de caractéristiques telles que la réponse amplitude-fréquence, la bande passante et l'atténuation à une certaine fréquence.

Fréquence de réponse

Fréquence de réponse montre comment l'amplitude de la sinusoïde à la sortie de la ligne de communication décroît par rapport à l'amplitude à son entrée pour toutes les fréquences possibles du signal transmis. Au lieu de l'amplitude, cette caractéristique utilise souvent aussi un tel paramètre de signal comme puissance. Connaître la réponse en fréquence d'une ligne réelle vous permet de déterminer la forme du signal de sortie pour presque tous les signaux d'entrée. Pour ce faire, il faut trouver le spectre du signal d'entrée, convertir l'amplitude de ses harmoniques constitutifs en fonction de la caractéristique amplitude-fréquence, puis trouver la forme du signal de sortie en ajoutant les harmoniques convertis.

Malgré l'exhaustivité des informations fournies par la réponse en fréquence sur la ligne de communication, son utilisation est compliquée par le fait qu'il est très difficile de l'obtenir. Par conséquent, en pratique, au lieu de la caractéristique amplitude-fréquence, d'autres caractéristiques simplifiées sont utilisées - la bande passante et l'atténuation.

Bande passante

Bande passante est une plage continue de fréquences pour laquelle le rapport de l'amplitude du signal de sortie au signal d'entrée dépasse une certaine limite prédéterminée, généralement 0,5. C'est-à-dire que la bande passante détermine la gamme de fréquences d'un signal sinusoïdal à laquelle ce signal est transmis sur la ligne de communication sans distorsion significative. Connaître la bande passante permet d'obtenir, avec une certaine approximation, le même résultat que de connaître la caractéristique amplitude-fréquence. Largeur la bande passante affecte au maximum la vitesse maximale possible de transmission des informations sur la ligne de communication.

atténuation

Atténuation est défini comme la diminution relative de l'amplitude ou de la puissance du signal lorsqu'un signal d'une certaine fréquence est transmis sur une ligne de signal. Ainsi, l'atténuation est à un point de la réponse en fréquence de la ligne. L'atténuation A est généralement mesurée en décibels (dB, décibel - dB) et est calculée à l'aide de la formule suivante :

A \u003d 10 log10 Pout / Pin,

où Pout est la puissance du signal à la sortie de la ligne,
Рin - puissance du signal à l'entrée de la ligne.

Comme la puissance de sortie d'un câble sans amplificateurs intermédiaires est toujours inférieure à la puissance du signal d'entrée, l'atténuation du câble est toujours une valeur négative.

Absolu niveau d'énergie aussi mesuré en décibels. Dans ce cas, une valeur de 1 mW est prise comme valeur de base de la puissance du signal, par rapport à laquelle la puissance actuelle est mesurée. Ainsi, le niveau de puissance p est calculé par la formule suivante :

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

où P est la puissance du signal en milliwatts,
dBm (dBm) est une unité de niveau de puissance (décibel par 1 mW).

Ainsi, la réponse en fréquence, la bande passante et l'atténuation sont des caractéristiques universelles, et leur connaissance nous permet de conclure comment les signaux de toute forme seront transmis via la ligne de communication.

La bande passante dépend du type de ligne et de sa longueur. Sur la fig. 1.1 montre les largeurs de bande des lignes de communication de différents types, ainsi que les gammes de fréquences les plus couramment utilisées dans les technologies de communication.

Riz. 1.1. Bandes passantes de communication et bandes de fréquences populaires

Capacité de la ligne

Débit ligne caractérise le taux de transfert de données maximal possible sur la ligne de communication. La bande passante est mesurée en bits par seconde - bps, ainsi qu'en unités dérivées telles que les kilobits par seconde (Kbps), les mégabits par seconde (Mbps), les gigabits par seconde (Gbps), etc. .

Le débit d'une ligne de communication dépend non seulement de ses caractéristiques, telles que la caractéristique amplitude-fréquence, mais également du spectre des signaux transmis. Si des harmoniques importantes du signal tombent dans la bande passante de la ligne, alors un tel signal sera bien transmis par cette ligne de communication et le récepteur pourra reconnaître correctement les informations envoyées sur la ligne par l'émetteur (Fig. 1.2a) . Si des harmoniques importantes dépassent la bande passante de la ligne de communication, le signal sera considérablement déformé, le récepteur fera des erreurs lors de la reconnaissance des informations, ce qui signifie que les informations ne pourront pas être transmises avec une bande passante donnée (Fig. 1.2b) .

Riz. 1.2. Correspondance entre la bande passante de la ligne de communication et le spectre du signal

Le choix d'une méthode de représentation d'informations discrètes sous forme de signaux appliqués à une ligne de communication s'appelle physique ou codage de ligne. Le spectre des signaux et, par conséquent, la bande passante de la ligne dépend de la méthode de codage choisie. Ainsi, pour une méthode de codage, la ligne peut avoir une capacité, et pour une autre - une autre.

La plupart des méthodes de codage utilisent une modification de certains paramètres d'un signal périodique - la fréquence, l'amplitude et la phase d'une sinusoïde ou le signe du potentiel d'un train d'impulsions. Un signal périodique dont les paramètres changent est appelé signal porteur ou fréquence porteuse, si une sinusoïde est utilisée comme tel signal.

Le nombre de changements dans le paramètre d'information du signal périodique de la porteuse par seconde est mesuré en bauds. La période de temps entre des changements adjacents dans le signal d'information est appelée le cycle d'horloge de l'émetteur. La bande passante de la ligne en bits par seconde n'est généralement pas la même que le nombre de bauds. Il peut être supérieur ou inférieur au débit en bauds, et ce rapport dépend de la méthode d'encodage.

Si le signal a plus de deux états distincts, alors le débit en bits par seconde sera supérieur au débit en bauds. Par exemple, si les paramètres d'information sont la phase et l'amplitude d'une sinusoïde, et 4 états de phase de 0,90, 180 et 270 degrés et deux valeurs d'amplitude de signal différentes, alors le signal d'information peut avoir 8 états distincts. Dans ce cas, un modem fonctionnant à 2400 bauds (avec une fréquence d'horloge de 2400 Hz) transmet des informations à un débit de 7200 bps, puisque 3 bits d'informations sont transmis avec un changement de signal.

La bande passante de la ligne est affectée non seulement par le codage physique, mais également par le codage logique. Codage logique est effectuée avant le codage physique et implique le remplacement des bits des informations d'origine par une nouvelle séquence de bits qui transporte les mêmes informations mais possède des propriétés supplémentaires, telles que la capacité du côté récepteur à détecter les erreurs dans les données reçues. Dans le codage logique, le plus souvent la séquence de bits d'origine est remplacée par une séquence plus longue, de sorte que le débit du canal par rapport aux informations utiles est réduit.

Relation entre la capacité d'une ligne et sa bande passante

Plus la fréquence du signal périodique de porteuse est élevée, plus d'informations par unité de temps sont transmises sur la ligne et plus la capacité de la ligne est élevée avec une méthode fixe de codage physique. Mais, avec une augmentation de la fréquence d'un signal porteur périodique, la largeur du spectre de ce signal augmente également, ce qui donnera au total la séquence de signaux sélectionnés pour le codage physique. La ligne transmet ce spectre de sinusoïdes avec les distorsions qui sont déterminées par sa bande passante. Plus l'écart entre la bande passante de la ligne et la bande passante des signaux d'information transmis est important, plus les signaux sont déformés et plus il y a de risques d'erreurs dans la reconnaissance des informations par le destinataire, ce qui signifie que le débit de transmission des informations tourne réellement s'avérer moins important que prévu.

La relation entre la bande passante d'une ligne et son débit maximal possible, quelle que soit la méthode de codage physique acceptée, Claude Shannon a établi :

С = F log2 (1 + Рс/Рsh),

où C est le débit maximal de la ligne en bits par seconde,
F - bande passante de la ligne en hertz,
Рс - puissance du signal,
Rsh - puissance de bruit.

Il est possible d'augmenter la capacité de la ligne en augmentant la puissance d'émission ou en réduisant la puissance du bruit (interférence) sur la ligne de communication. Ces deux composants sont très difficiles à modifier. L'augmentation de la puissance de l'émetteur entraîne une augmentation significative de sa taille et de son coût. La réduction du niveau de bruit nécessite l'utilisation de câbles spéciaux avec de bons écrans de protection, ce qui est très coûteux, ainsi qu'une réduction du bruit dans l'émetteur et les équipements intermédiaires, ce qui n'est pas facile à réaliser. De plus, l'effet des puissances utiles signal et bruit sur le débit est limité par une dépendance logarithmique, qui croît loin d'être aussi rapide qu'une dépendance directe proportionnelle.

Proche en essence de la formule de Shannon est la relation suivante obtenue par Nyquist, qui détermine également le débit maximum possible de la ligne de communication, mais sans tenir compte du bruit sur la ligne :

C = 2F log2 M,

où M est le nombre d'états distinguables du paramètre d'information.

Bien que la formule de Nyquist ne prenne pas explicitement en compte la présence de bruit, son influence se reflète indirectement dans le choix du nombre d'états du signal d'information. Le nombre d'états de signal possibles est en fait limité par le rapport puissance du signal sur bruit, et la formule de Nyquist détermine le débit de données maximal dans le cas où le nombre d'états a déjà été sélectionné en tenant compte des capacités de reconnaissance stable par le récepteur .

Les rapports donnés donnent la valeur limite de la capacité de la ligne, et le degré d'approximation de cette limite dépend des méthodes spécifiques de codage physique décrites ci-dessous.

Immunité au bruit de ligne

Immunité au bruit de ligne détermine sa capacité à réduire le niveau d'interférences générées dans l'environnement extérieur sur les conducteurs internes. L'immunité au bruit d'une ligne dépend du type de support physique utilisé, ainsi que des moyens de blindage et de suppression de bruit de la ligne elle-même.

Diaphonie à l'extrémité proche (Near End Cross Talk - NEXT) déterminer l'immunité au bruit du câble vis-à-vis des sources internes de perturbations, lorsque le champ électromagnétique du signal transmis par la sortie de l'émetteur sur une paire de conducteurs induit un signal parasite sur une autre paire de conducteurs. Si un récepteur est connecté à la deuxième paire, il peut alors prendre le bruit interne induit comme un signal utile. L'indicateur NEXT, exprimé en décibels, est égal à 10 log Pout/Pnav, où Pout est la puissance du signal de sortie, Pnav est la puissance du signal induit. Plus la valeur NEXT est petite, meilleur est le câble.

Du fait que certaines nouvelles technologies utilisent la transmission de données simultanément sur plusieurs paires torsadées, l'indicateur a récemment été utilisé PowerSUM, qui est une modification de l'indicateur NEXT. Cet indicateur reflète la puissance totale de la diaphonie de toutes les paires de transmission dans le câble.

Fiabilité de la transmission des données

Fiabilité de la transmission des données caractérise la probabilité de distorsion pour chaque bit de données transmis. Parfois, cet indicateur est appelé taux d'erreur sur les bits (taux d'erreur sur les bits, BER). La valeur BER pour les canaux de communication sans protection supplémentaire contre les erreurs est, en règle générale, de 1, dans les lignes de communication à fibre optique - 10-9. Une valeur de fiabilité de transmission de données de, par exemple, 10-4 indique qu'en moyenne, sur 10 000 bits, la valeur d'un bit est déformée.

La distorsion des bits se produit à la fois en raison de la présence de bruit sur la ligne et en raison de la distorsion de la forme d'onde par la bande passante limitée de la ligne. Par conséquent, pour augmenter la fiabilité des données transmises, il est nécessaire d'augmenter le degré d'immunité au bruit de la ligne, de réduire le niveau de diaphonie dans le câble et également d'utiliser davantage de lignes de communication à large bande.

2.3. Normes de câblage réseau

Un câble est un produit assez complexe composé de conducteurs, de couches d'écran et d'isolation. Dans certains cas, le câble comprend des connecteurs avec lesquels les câbles sont connectés à l'équipement. De plus, pour assurer une commutation rapide des câbles et des équipements, divers dispositifs électromécaniques sont utilisés, appelés sections transversales, boîtes transversales ou armoires. Les réseaux informatiques utilisent des câbles répondant à certaines normes, ce qui permet de construire un système de câblage réseau à partir de câbles et de dispositifs de connexion de différents fabricants. La normalisation des câbles a adopté une approche indépendante du protocole. C'est-à-dire que la norme spécifie uniquement les caractéristiques électriques, optiques et mécaniques qu'un type particulier de câble ou de produit de connexion doit satisfaire.

Les normes de câble spécifient un certain nombre de caractéristiques, dont les plus importantes sont énumérées ci-dessous.

· Atténuation. L'atténuation est mesurée en décibels par mètre pour une fréquence particulière ou une gamme de fréquences d'un signal.

· Diaphonie à l'extrémité proche (Near End Cross Talk, NEXT). Mesuré en décibels pour une fréquence de signal spécifique.

· Impédance (impédance d'onde)- c'est la résistance totale (active et réactive) du circuit électrique. L'impédance est mesurée en ohms et est une valeur relativement constante pour les systèmes de câbles.

· Résistance active est la résistance courant continu dans un circuit électrique. Contrairement à l'impédance, la résistance est indépendante de la fréquence et augmente avec la longueur du câble.

· Capacité est la propriété des conducteurs métalliques de stocker de l'énergie. Deux conducteurs électriques dans un câble, séparés par un diélectrique, constituent un condensateur capable de stocker une charge. La capacité est une quantité indésirable.

· Le niveau de rayonnement électromagnétique externe ou de bruit électrique. Le bruit électrique est une tension alternative indésirable dans un conducteur. Il existe deux types de bruit électrique : le bruit de fond et le bruit impulsionnel. Le bruit électrique est mesuré en millivolts.

· Diamètre du conducteur ou section transversale. Pour les conducteurs en cuivre, il est assez courant de Système américain AWG (American Wire Gauge), qui introduit certains types de conducteurs conditionnels, tels que 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Plus le numéro de type de conducteur est grand, plus son diamètre est petit.

Les normes actuelles se concentrent sur les câbles à paire torsadée et à fibre optique.

Câbles à paire torsadée non blindés

Le câble UTP en cuivre non blindé est divisé en 5 catégories (Catégorie 1 - Catégorie 5) en fonction des caractéristiques électriques et mécaniques. Les catégories les plus couramment utilisées sont énumérées ci-dessous.

Câbles catégorie 1 sont utilisés là où les exigences de vitesse de transmission sont minimales. Il s'agit généralement d'un câble pour la transmission vocale numérique et analogique et la transmission de données à faible vitesse (jusqu'à 20 Kbps). Jusqu'en 1983, c'était le principal type de câble pour le câblage téléphonique.

Câbles catégorie 3 ont été normalisés en 1991 lorsqu'il a été développé Norme de câblage de télécommunication pour les bâtiments commerciaux(EIA-568), qui définissait les caractéristiques électriques des câbles de catégorie 3 pour des fréquences allant jusqu'à 16 MHz, supportant des applications de réseau haut débit. Le câble de catégorie 3 est conçu pour la transmission de données et de voix. Le pas du fil est d'environ 3 tours par pied (30,5 cm).

Câbles catégorie 5 ont été spécialement conçus pour prendre en charge les protocoles à haut débit. Leurs caractéristiques sont déterminées dans la gamme allant jusqu'à 100 MHz. Ce câble prend en charge les protocoles 100 Mbps - FDDI (avec la norme physique TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, ainsi que les protocoles plus rapides - ATM à 155 Mbps et Gigabit Ethernet à 1000 Mbps.

Tous les câbles UTP, quelle que soit leur catégorie, sont disponibles en configuration 4 paires. Chacune des quatre paires de câbles a une couleur et un pas de torsion spécifiques. Habituellement, deux paires sont destinées à la transmission de données et deux à la transmission vocale.

Les câbles sont connectés à l'équipement à l'aide de fiches et de prises RJ-45, qui sont des connecteurs à 8 broches similaires aux prises téléphoniques RJ-11 ordinaires.

Câbles blindés à paires torsadées

Le câble à paire torsadée blindé STP protège bien les signaux transmis des interférences externes et émet également moins d'ondes électromagnétiques vers l'extérieur. La présence d'un blindage mis à la terre augmente le coût du câble et complique sa pose. Le câble blindé est utilisé uniquement pour la transmission de données.

La norme principale qui définit les paramètres d'un câble à paire torsadée blindée est la norme propriétaire IBM. Dans cette norme, les câbles ne sont pas divisés en catégories, mais en types : Type I, Type 2, ..., Type 9.

Le principal type de câble blindé est le câble IBM Type 1. Il se compose de 2 paires de fils torsadés blindés par une tresse conductrice mise à la terre. Paramètres électriques Type de câble 1 est à peu près équivalent au câble UTP de catégorie 5. Cependant, le câble de type 1 a une impédance caractéristique de 150 ohms.

Tous les types de câbles standard IBM ne sont pas des câbles blindés - certains spécifient les caractéristiques d'un câble téléphonique non blindé (type 3) et d'un câble à fibre optique (type 5).

Câbles de fibres optiques

Les câbles à fibres optiques sont constitués d'un conducteur de lumière central (noyau) - une fibre de verre entourée d'une autre couche de verre - une gaine avec un indice de réfraction inférieur à celui du noyau. Se propageant à travers le noyau, les rayons de lumière ne dépassent pas ses limites, étant réfléchis par la couche de couverture de la coque. En fonction de la distribution de l'indice de réfraction et de la taille du diamètre du noyau, il y a :

fibre multimode avec changement progressif de l'indice de réfraction (Fig. 1.3a);

fibre multimode avec une variation douce de l'indice de réfraction (Fig. 1.36);

fibre monomode (Fig. 1.3c).

La notion de "mode" décrit le mode de propagation des rayons lumineux dans l'âme interne du câble. Dans un câble monomode (Single Mode Fiber, SMF) un conducteur central de très petit diamètre est utilisé, proportionnel à la longueur d'onde de la lumière - de 5 à 10 microns. Dans ce cas, presque tous les rayons lumineux se propagent le long de l'axe optique de la fibre sans être réfléchis par le conducteur extérieur. La bande passante d'un câble monomode est très large - jusqu'à des centaines de gigahertz par kilomètre. La fabrication de fibres de qualité fine pour câble monomode est une tâche difficile. processus technologique, ce qui rend le câble monomode assez cher. De plus, il est assez difficile de diriger un faisceau lumineux dans une fibre d'un si petit diamètre sans perdre une partie importante de son énergie.

Riz. 1.3 . Types de câble optique

DANS câbles multimodes (Multi Mode Fiber, MMF) des noyaux internes plus larges sont utilisés, qui sont plus faciles à fabriquer technologiquement. Les normes définissent les deux câbles multimodes les plus courants : 62,5/125 µm et 50/125 µm, où 62,5 µm ou 50 µm est le diamètre du conducteur central et 125 µm est le diamètre du conducteur extérieur.

Dans les câbles multimodes, il y a plusieurs faisceaux lumineux dans le conducteur interne en même temps, réfléchis par le conducteur externe sous différents angles. L'angle de réflexion du faisceau est appelé le mode du faisceau. Dans les câbles multimodes avec une variation douce de l'indice de réfraction, le mode de propagation de chaque mode est plus complexe.

Les câbles multimodes ont une bande passante plus étroite - de 500 à 800 MHz/km. Le rétrécissement de la bande est dû à la perte d'énergie lumineuse lors des réflexions, ainsi qu'à l'interférence de rayons de modes différents.

En tant que sources d'émission de lumière dans les câbles à fibres optiques, les éléments suivants sont utilisés :

· DEL ;

lasers à semi-conducteurs.

Pour les câbles monomodes, seuls des lasers à semi-conducteurs sont utilisés, car avec un si petit diamètre de la fibre optique, le flux lumineux créé par la LED ne peut pas être dirigé dans la fibre sans pertes importantes. Pour les câbles multimodes, des émetteurs LED moins chers sont utilisés.

Pour transmettre des informations, une lumière d'une longueur d'onde de 1550 nm (1,55 microns), 1300 nm (1,3 microns) et 850 nm (0,85 microns) est utilisée. Les LED peuvent émettre de la lumière avec une longueur d'onde de 850 nm et 1300 nm. Les émetteurs 850 nm sont nettement moins chers que les émetteurs 1300 nm, mais la bande passante du câble pour 850 nm est plus étroite, par exemple 200 MHz/km au lieu de 500 MHz/km.

Les émetteurs laser fonctionnent à des longueurs d'onde de 1300 et 1550 nm. La vitesse des lasers modernes permet de moduler le flux lumineux avec des fréquences de 10 GHz et plus. Les émetteurs laser créent un faisceau lumineux cohérent, grâce auquel les pertes dans les fibres optiques deviennent moindres que lors de l'utilisation d'un faisceau incohérent de LED.

L'utilisation de seulement quelques longueurs d'onde pour la transmission d'informations dans les fibres optiques est associée à la particularité de leurs caractéristiques amplitude-fréquence. C'est pour ces longueurs d'onde discrètes que l'on observe des maxima prononcés de transmission de puissance de signal, tandis que pour d'autres longueurs d'onde, l'atténuation dans les fibres est beaucoup plus élevée.

Les câbles à fibres optiques sont connectés à l'équipement avec des connecteurs MIC, ST et SC.

Les câbles à fibres optiques ont d'excellentes caractéristiques de tous types: électromagnétiques, mécaniques, mais ils présentent un grave inconvénient - la difficulté de connecter les fibres aux connecteurs et entre elles s'il est nécessaire d'augmenter la longueur du câble. La fixation d'une fibre optique sur un connecteur nécessite une découpe très précise de la fibre dans un plan strictement perpendiculaire à l'axe de la fibre, ainsi que la réalisation de la connexion par une opération de collage complexe.