Rýchlosť prenosu(informačná rýchlosť alebo priepustnosť, oba anglické výrazy sa používajú rovnako) ide o skutočnú rýchlosť toku dát, ktorý prešiel sieťou. Táto rýchlosť môže byť nižšia ako navrhovaná rýchlosť zaťaženia, pretože údaje sa môžu v sieti poškodiť alebo stratiť.

Kapacita prepojenia (nazývaná aj priepustnosť), predstavuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií cez kanál.

Špecifikom tejto charakteristiky je, že odráža nielen parametre fyzického prenosového média, ale aj vlastnosti zvoleného spôsobu prenosu diskrétnej informácie cez toto médium.

Napríklad kapacita komunikačného kanála v ethernetovej sieti na optickom vlákne je 10 Mbps. Táto rýchlosť je maximálna možná pre kombináciu Ethernet technológie a optické vlákno. Pre rovnaké optické vlákno je však možné vyvinúť inú technológiu prenosu dát, ktorá sa líši spôsobom kódovania dát, frekvenciou hodín a ďalšími parametrami, ktorá bude mať inú kapacitu. takže, rýchla technológia Ethernet poskytuje prenos dát cez rovnaké optické vlákno s maximálnou rýchlosťou 100 Mbps a technológiou Gigabit Ethernet - 1000 Mbps. Vysielač komunikačného zariadenia musí pracovať rýchlosťou rovnajúcou sa šírke pásma kanála. Táto rýchlosť je niekedysa nazýva bitová rýchlosť vysielača.

Šírka pásma(šírka pásma)Tento výraz môže byť zavádzajúci, pretože sa používa v dvoch rôznych významoch.

Po prvé , s jeho pomocou dokáže charakterizovať prenosové médium. V tomto prípade to znamená šírku pásma linky vysiela bez výrazného skreslenia. Z tejto definície je jasný pôvod pojmu.

Po druhé , výraz „šírka pásma“ sa používa ako synonymum výrazu „kapacita komunikačného kanála". V prvom prípade sa šírka pásma meria v hertzoch (Hz), v druhom - v bitoch za sekundu. Je potrebné rozlišovať významy tohto pojmu podľa kontextu, aj keď niekedy je to dosť ťažké. Samozrejme, že by bolo lepšie používať rôzne výrazy pre rôzne vlastnosti, ale existujú tradície, ktoré sa ťažko menia. Toto dvojité použitie termínu „šírka pásma“ už bolo zahrnuté v mnohých štandardoch a knihách, takže budeme postupovať podľa zavedeného prístupu.

Treba si uvedomiť aj to, že tento výraz v druhom význame je ešte bežnejší ako kapacita, preto z týchto dvoch synoným budeme používať šírku pásma.

Ďalšia skupina charakteristík komunikačného kanála je spojená s možnosťou prenosu informácií cez kanál v jednom alebo oboch smeroch.

Pri interakcii dvoch počítačov sa zvyčajne vyžaduje prenos informácií oboma smermi, z počítača A do počítača B a naopak. Aj keď sa používateľovi zdá, že iba prijíma informácie (napríklad sťahuje hudobný súbor z internetu) alebo prenáša (posiela e-mail), výmena informácií prebieha dvoma smermi. Jednoducho existuje hlavný tok údajov, ktoré používateľa zaujímajú, a pomocný tok v opačnom smere, ktoré tvoria účtenky za príjem týchto údajov.

Fyzické komunikačné kanály sú rozdelené do niekoľkých typov v závislosti od toho, či môžu prenášať informácie oboma smermi alebo nie.

duplexný kanálposkytuje simultánny prenos informácií oboma smermi. Duplexný kanál môže pozostávať z dvoch fyzických médií, z ktorých každé sa používa na prenos informácií iba v jednom smere. Je možné, že na simultánny prenos prichádzajúcich tokov sa použije jedno médium, v tomto prípade platí dodatočné metódy extrahovanie každého prúdu z celkového signálu.

Polovičný duplexný kanálzabezpečuje aj prenos informácií oboma smermi, nie však súčasne, ale postupne. To znamená, že počas určitého časového obdobia sa informácie prenášajú jedným smerom a počas nasledujúceho obdobia opačným smerom.

Simplexný kanálumožňuje prenos informácií iba jedným smerom. Duplexný kanál často pozostáva z dvoch simplexných kanálov.

Komunikačné linky

Pri budovaní sietí sa používajú komunikačné linky, ktoré využívajú rôzne fyzické médiá: telefónne a telegrafné drôty zavesené vo vzduchu, medené koaxiálne káble a káble z optických vlákien položené pod zemou a na dne oceánu, zapletajúce všetky moderné kancelárie, medené krútené páry, všetky prenikajúce rádiové vlny.

Zvážte Všeobecné charakteristiky komunikačné linky, nezávislé od ich fyzickej podstaty, ako napr

šírka pásma,

priepustnosť,

Imunita proti hluku a

Spoľahlivosť prenosu.

Šírka čiary prenos je základnou charakteristikou komunikačného kanála, pretože určuje maximálnu možnú informačnú rýchlosť kanála, ktoránazývaná šírka pásma kanála.

Nyquistov vzorec vyjadruje túto závislosť pre ideálny kanál a Shannonov vzorec berie do úvahy prítomnosť šumu v skutočnom kanáli.

Klasifikácia komunikačných liniek

Pri popise technického systému, ktorý prenáša informácie medzi sieťovými uzlami, možno v literatúre nájsť niekoľko názvov:

komunikačná linka,

kompozitný kanál,

kanál,

Odkaz.

Tieto výrazy sa často používajú zameniteľne av mnohých prípadoch to nespôsobuje problémy. Zároveň existujú špecifiká v ich používaní.

odkaz (odkaz) je segment, ktorý zabezpečuje prenos dát medzi dvoma susednými sieťovými uzlami. To znamená, že spojenie neobsahuje medziľahlé spínacie a multiplexné zariadenia.

kanál najčastejšie označujú časť šírky pásma linky používanú nezávisle pri prepínaní. Napríklad primárne sieťové spojenie môže pozostávať z 30 kanálov, z ktorých každý má šírku pásma 64 Kbps.

Kompozitný kanál (obvod)je cesta medzi dvoma koncovými uzlami siete. Zložené spojenie je tvorené jednotlivými medzičlánkami a vnútornými spojeniami v prepínačoch. Často sa epiteton „kompozitný" vynecháva a výraz „kanál" sa používa na označenie tak zloženého kanála, ako aj kanála medzi susednými uzlami, to znamená v rámci spojenia.

Komunikačná linka možno použiť ako synonymum pre ktorýkoľvek z ostatných troch výrazov.

Nebuďte príliš prísni na zmätok v terminológii. Platí to najmä o rozdieloch v terminológii medzi tradičnou telefóniou a novšou oblasťou počítačových sietí. Proces konvergencie len prehĺbil problém terminológie, keďže mnohé z mechanizmov týchto sietí sa stali bežnými, no zachovali si pár (niekedy aj viac) názvov, ktoré pochádzajú z každej oblasti.

Okrem toho existujú objektívne dôvody pre nejednoznačné chápanie pojmov. Na obr. 8.1 ukazuje dve možnosti pre komunikačnú linku. V prvom prípade (obr. 8.1, a) sa vedenie skladá z káblového segmentu dlhého niekoľko desiatok metrov a je prepojením.

V druhom prípade (obr. 8.1, b) je komunikačná linka zloženým kanálom umiestneným v sieti s prepájaním okruhov. Takouto sieťou môže byť primárna sieť alebo telefónna sieť.

Pre počítačovú sieť je však táto linka prepojením, pretože spája dva susedné uzly a všetky spínacie medzizariadenia sú pre tieto uzly transparentné. Dôvod vzájomného nedorozumenia na úrovni počítačových špecialistov a špecialistov primárnych sietí je tu zrejmý.

Primárne siete sú špecificky vytvorené na poskytovanie služieb dátového spojenia pre počítačové a telefónne siete, o ktorých sa v takýchto prípadoch hovorí, že fungujú „navrchu“ primárnych sietí a sú to prekrývajúce siete.

Charakteristiky komunikačnej linky

Vy a ja musíme pochopiť také pojmy ako: harmonické, spektrálny rozklad (spektrum) signálu,šírka spektra signálu, Fourierove vzorce, vonkajší šum, vnútornýrušenie, alebo rušenie, útlm signálu, špecifický útlm, okno
transparentnosť, absolútna úroveň výkonu, relatívna úroveň
výkon, prah citlivosti prijímača, vlnová impedancia,
odolnosť voči rušeniu linky, elektrické pripojenie, magnetické spojenie,
indukovaný signál, presluchy na blízkom konci, presluchy
rušenie na vzdialenom konci, bezpečnosť káblov, spoľahlivosť prenosu
dáta, bitová chybovosť, šírka pásma, priepustnosť
schopnosť, fyzická alebo lineárna, kódovanie, nosný signál,
nosná frekvencia, modulácia, taktovanie, baud.

Začnime.

Spektrálna analýza signálov na komunikačných linkách

Dôležitú úlohu pri určovaní parametrov komunikačných liniek má spektrálny rozklad signálu prenášaného cez túto linku. Z teórie harmonickej analýzy je známe, že každý periodický proces možno znázorniť ako súčet sínusových kmitov rôznych frekvencií a rôznych amplitúd (obr. 8.3).

Každá zložka sínusoidy sa tiež nazýva harmonická a množina všetkých harmonických
Monics sa nazýva spektrálny rozklad alebo spektrum pôvodného signálu.

Šírka spektra signálu sa chápe ako rozdiel medzi maximálnymi a minimálnymi frekvenciami množiny sínusoidov, ktoré sa sčítajú s pôvodným signálom.

Neperiodické signály môžu byť reprezentované ako integrál sínusových signálov so spojitým frekvenčným spektrom. Najmä spektrálny rozklad ideálneho impulzu (jednotkového výkonu a nulového trvania) má zložky celého frekvenčného spektra, od -oo po +oo (obr. 8.4).

Technika hľadania spektra akéhokoľvek zdrojového signálu je dobre známa. Pre niektoré signály, ktoré sú popísané analyticky (napríklad pre sekvenciu pravouhlých impulzov s rovnakým trvaním a amplitúdou), sa spektrum ľahko vypočíta na základe Fourierove vzorce.

Pre signály voľný tvar Spektrum sa v praxi vyskytuje pomocou špeciálnych prístrojov - spektrálnych analyzátorov, ktoré merajú spektrum reálneho signálu a zobrazujú amplitúdy harmonických zložiek na obrazovke, vytlačia ich na tlačiarni alebo prenesú do počítača na spracovanie a skladovanie.

Skreslenie prenosovým vedením sínusoidy akejkoľvek frekvencie vedie v konečnom dôsledku k skresleniu amplitúdy a tvaru prenášaného signálu akéhokoľvek druhu. Skreslenie tvaru nastáva, keď sú sínusoidy rôznych frekvencií skreslené rôzne.

Ak ide o analógový signál, ktorý prenáša reč, potom sa farba hlasu mení v dôsledku skreslenia vedľajších frekvencií podtónov. Pri prenose impulzných signálov typických pre počítačové siete dochádza k skresleniu nízkofrekvenčných a vysokofrekvenčných harmonických, následkom čoho čelá impulzov strácajú svoj pravouhlý tvar (obr. 8.5) a signály môžu byť na prijímacom konci linky zle rozoznateľné. .

Vysielané signály sú skreslené kvôli nedokonalosti komunikačných liniek. Ideálne prenosové médium, ktoré do prenášaného signálu nevnáša žiadne rušenie, by malo mať minimálne nulový odpor, kapacitu a indukčnosť. V praxi však napríklad medené drôty vždy predstavujú určitú kombináciu aktívneho odporu, kapacitnej a indukčnej záťaže rozloženej po dĺžke (obr. 8.6). V dôsledku toho sú sínusoidy rôznych frekvencií prenášané týmito vedeniami rôznymi spôsobmi.

Okrem skreslenia signálu, ku ktorému dochádza v dôsledku neideálnych fyzikálnych parametrov komunikačnej linky, existujú aj vonkajšie interferencie, ktoré prispievajú k skresleniu priebehu na výstupe linky. Tieto rušenia vytvárajú rôzne elektromotory, elektronické zariadenia, atmosférickéjavy atď. Napriek ochranným opatreniam zo strany vývojárov káblov a dostupnosti zosilňovacích a spínacích zariadení nie je možné úplne kompenzovať vplyv vonkajšieho rušenia. Okrem vonkajšieho rušenia v kábli dochádza aj k vnútornému rušeniu, takzvanému rušeniu z jedného páru vodičov na druhý. V dôsledku toho môžu signály na výstupe komunikačnej linkymajú zdeformovaný tvar (ako je znázornené na obr. 8.5).

Útlm a impedancia

Stupeň skreslenia sínusových signálov komunikačnými linkami sa odhaduje takými charakteristikami, ako je útlm a šírka pásma. Útlm ukazuje, ako veľmi klesá výkon referenčného sínusového signálu na výstupe komunikačného vedenia vzhľadom na výkon signálu na vstupe tohto vedenia. Útlm (A) sa zvyčajne meria v decibeloch (dB) a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca:

Tu je Рout výkon signálu na linkovom výstupe, Рin je výkon signálu na linkovom vstupe. Keďže útlm závisí od dĺžky komunikačnej linky, ako charakteristika komunikačnej linky sa používa:nazývaný lineárny útlm, teda útlm na komunikačnom vedení určitej dĺžky. Pre káble LAN sa ako táto dĺžka zvyčajne používa 100 m, pretože táto hodnota je maximálnou dĺžkou kábla pre mnohé technológie LAN. Pre územné komunikačné vedenia sa meria špecifický útlm na vzdialenosť 1 km.

Zvyčajne útlm charakterizuje pasívne úseky komunikačného vedenia, pozostávajúce z káblov a prierezov, bez zosilňovačov a regenerátorov.

Keďže výstupný výkon kábla bez medzizosilňovačov je menší ako výkon vstupného signálu, útlm kábla je vždy záporná hodnota.

Miera útlmu výkonu sínusového signálu závisí od frekvencie sínusoidy a táto závislosť sa využíva aj na charakterizáciu komunikačnej linky (obr. 8.7).

Najčastejšie sa pri popise parametrov komunikačnej linky udávajú hodnoty útlmu len pre niekoľko frekvencií. Vysvetľuje to na jednej strane túžba zjednodušiť merania pri kontrole kvality linky. Na druhej strane je v praxi často vopred známa základná frekvencia prenášaného signálu, teda frekvencia, ktorej harmonická má najväčšiu amplitúdu a výkon. Preto stačí poznať útlm na tejto frekvencii, aby sme približne odhadli skreslenie signálov prenášaných po vedení.

POZOR

Ako už bolo spomenuté vyššie, útlm je vždy záporný, no znamienko mínus sa často vynecháva, čo niekedy spôsobuje zmätok. Je úplne správne povedať, že kvalita komunikačnej linky je tým vyššia, čím je väčší (s prihliadnutím na znamenie) útlm. Ak ignorujeme znamienko, teda máme na pamäti absolútnu hodnotu útlmu, tak lepšia linka má menší útlm. Vezmime si príklad. Pre vnútorné rozvody v budovách sa používa krútená dvojlinka kategórie 5. Tento kábel, ktorý podporuje prakticky všetky LAN technológie, má útlm minimálne -23,6 dB pre frekvenciu 100 MHz s dĺžkou kábla 100 m. b má útlm pri frekvencii 100 MHz nie menšej ako -20,6 dB. Dostaneme, že - 20,6 > -23,6, ale 20,6< 23,6.

Na obr. Obrázok 8.8 ukazuje typický útlm vs. frekvenciu pre UTP káble kategórie 5 a kategórie 6.

Optický kábel má výrazne nižšie (v absolútnej hodnote) hodnoty útlmu, zvyčajne v rozsahu od -0,2 do -3 dB pri dĺžke kábla 1000 m, čo znamená, že je kvalitnejší ako krútená dvojlinka. Takmer všetky optické vlákna majú komplexnú závislosť útlmu na vlnovej dĺžke, ktorá má tri takzvané priesvitné okná. Na obr. Obrázok 8.9 ukazuje typickú krivku útlmu pre optické vlákno. Z obrázku je vidieť, že plocha efektívne využitie moderné vlákna sú obmedzené na vlnové dĺžky 850 nm, 1300 nm a 1550 nm (v tomto poradí 35 THz, 23 THz a 19,4 THz). Okno 1550 nm poskytuje najnižšiu stratu, a teda maximálny dosah pri pevnom výkone vysielača a pevnej citlivosti prijímača

Ako charakteristika výkonu signálu, absolútneho a relatívneho
relatívne výkonové úrovne. Absolútna úroveň výkonu sa meria v
wattoch, relatívna úroveň výkonu, ako je útlm, sa meria v deci-
belah. Zároveň ako základná hodnota výkonu, voči ktorému
meria sa výkon signálu, odoberá sa hodnota 1 mW. teda
relatívna úroveň výkonu p sa vypočíta podľa tohto vzorca:

Tu P je absolútny výkon signálu v miliwattoch a dBm je jednotka merania
relatívna úroveň výkonu rénia (decibel na 1 mW). príbuzný
hodnoty výkonu sú vhodné na použitie pri výpočte energetického rozpočtu
a komunikačné linky.

Extrémna jednoduchosť výpočtu bola možná vďaka tomu, že as
počiatočné údaje boli použité relatívne hodnoty príkonu
vstupné a výstupné signály. Hodnota y použitá v príklade sa nazýva
prah citlivosti prijímača a predstavuje minimálny výkon
signál na vstupe prijímača, na ktorom sa dokáže správne lokalizovať
poznať diskrétne informácie obsiahnuté v signáli. Je zrejmé, že pre
normálnej prevádzke komunikačnej linky, je nutné, aby minimálny výkon
signál vysielača, dokonca oslabený útlmom komunikačného vedenia, prekročený
prah citlivosti prijímača: x - A > y. Overenie tohto stavu a je
je podstatou výpočtu energetického rozpočtu linky.

Dôležitým parametrom medenej komunikačnej linky je jej impedancia,
čo je celkový (komplexný) odpor, ktorý spĺňa
elektromagnetická vlna určitej frekvencie pri šírení pozdĺž jednej
natívny reťazec. Charakteristická impedancia sa meria v ohmoch a závisí od toho
parametre komunikačnej linky, ako je aktívny odpor, lineárna indukčnosť
a lineárnej kapacite, ako aj na frekvencii samotného signálu. Výstupný odpor
Výstup vysielača musí byť prispôsobený impedancii linky,
inak bude útlm signálu príliš veľký.

Odolnosť proti hluku a spoľahlivosť

Odolnosť voči rušeniu vedenia, ako už názov napovedá, určuje schopnosť vedenia odolávať vplyvom rušenia vytváraného vo vonkajšom prostredí alebo na vnútorných vodičoch samotného kábla. Odolnosť vedenia voči rušeniu závisí od typu použitého fyzického média, ako aj od prostriedkov tienenia a odrušenia samotného vedenia. Najmenej odolné voči šumu sú rádiové spojenia, majú dobrú stabilitu káblové vedenia a vynikajúce optické vlákna, necitlivé na vonkajšie elektromagnetické žiarenie. Typicky sú vodiče tienené a/alebo skrútené, aby sa znížilo rušenie vonkajšími elektromagnetickými poľami.

Elektrická a magnetická väzba to sú parametre medeného kábla, ktoré sú tiež výsledkom rušenia. Elektrická väzba je definovaná ako pomer indukovaného prúdu v ovplyvnenom obvode k napätiu pôsobiacemu v ovplyvňujúcom obvode. Magnetická väzba je pomer elektromotorickej sily indukovanej v ovplyvnenom obvode k prúdu v ovplyvňujúcom obvode. Výsledkom elektrického a magnetického spojenia sú indukované signály (snímanie) v dotknutom obvode. Existuje niekoľko rôznych parametrov, ktoré charakterizujú odolnosť kábla voči snímačom.

Presluchy na blízkom konci (Near End Cross Talk, NEXT) určuje stabilitu kábla v prípade, že rušenie vzniká v dôsledku pôsobenia signálu generovaného vysielačom pripojeným k jednému zo susedných párov súčasne. koniec kábla, ktorý je pripojený k príslušnému spárovanému prijímaču (obr. 8.10). Hodnota NEXT, vyjadrená v decibeloch, sa rovná 10 lg Pout/Pind> kde Pout je výkon výstupného signálu, Pind je výkon indukovaného signálu.

Čím menšia hodnota NEXT, tým lepší kábel. Napríklad pre krútenú dvojlinku kategórie 5 by NEXT mala byť menšia ako -27 dB pri 100 MHz.

Presluchy na vzdialenom konci (Far End Cross Talk, FEXT) vám umožňuje vyhodnotiť odolnosť kábla proti rušeniu v prípade, keď sú vysielač a prijímač pripojené na rôzne konce kábla. Je zrejmé, že tento indikátor by mal byť lepší ako NEXT, pretože signál prichádza na vzdialený koniec kábla zoslabený útlmom každého páru.

Indikátory NEXT a FEXT sa zvyčajne aplikujú na kábel pozostávajúci z niekoľkých krútených párov, pretože v tomto prípade môže vzájomné rušenie jedného páru s druhým dosiahnuť významné hodnoty. Pre jeden koaxiálny kábel (to znamená, že pozostáva z jedného tieneného jadra) tento indikátor nedáva zmysel a pre dvojitý koaxiálny kábel tiež nie je použiteľný z dôvodu vysokého stupňa ochrany každého jadra. Optické vlákna tiež nevytvárajú žiadne viditeľné vzájomné rušenie.

Vzhľadom na to, že v niektorých nových technológiách sa dáta prenášajú súčasne cez niekoľko krútených párov, v poslednej dobe sa začali používať indikátory presluchu s predponou PS (PowerSUM kombinovaný presluch), ako sú PS NEXT a PS FEXT. Tieto indikátory odrážajú odpor kábla voči celkovému výkonu presluchu na jednom z párov káblov zo všetkých ostatných vysielacích párov (obr. 8.11).

Ďalším prakticky dôležitým ukazovateľom je zabezpečenie káblov (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Bezpečnosť je definovaná ako rozdiel medzi úrovňami užitočného signálu a rušením. Čím vyššia je hodnota ochrany kábla, tým vyššia je podľa vzorca Shannon a potenciálne vyššia

rýchlosť dokáže prenášať dáta ale tento kábel. Na obr. 8.12 ukazuje typickú charakteristiku závislosti bezpečnosti kábla na netienenej krútenej dvojlinke od frekvencie signálu.

Spoľahlivosť prenosu dát charakterizuje pravdepodobnosť skreslenia každého prenášaného dátového bitu. Niekedy sa rovnaký indikátor nazýva bitová chybovosť (Bit Error Rate, BER). Hodnota BER pre spoje bez dodatočnej ochrany proti chybám (napríklad samoopravné kódy alebo protokoly s opakovaným prenosom skreslených rámcov) je spravidla 10-4-10-6 v optických spojoch 10-9. Hodnota spoľahlivosti prenosu dát napríklad 10-4 naznačuje, že v priemere z 10 000 bitov je skreslená hodnota jedného bitu.

Za medzné frekvencie sa často považujú frekvencie, pri ktorých je výkon výstupného signálu znížený na polovicu v porovnaní so vstupným signálom, čo zodpovedá útlmu -3 dB. Ako uvidíme nižšie, šírka pásma v najväčšej miere ovplyvňuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií po komunikačnej linke. Šírka pásma závisí od typu linky a jej dĺžky. Na obr. 8.13 ukazuje šírky pásma komunikačných liniek rôznych typov, ako aj najčastejšie používané frekvenčné rozsahy v komunikačnej technike

Napríklad, keďže pre digitálne linky je vždy definovaný protokol fyzickej vrstvy, ktorý špecifikuje bitovú rýchlosť prenosu dát, šírka pásma je pre ne vždy známa 64 Kbps, 2 Mbps atď.

V prípadoch, keď je potrebné len vybrať, ktorý z mnohých existujúcich protokolov sa má na danej linke použiť, sú veľmi dôležité ostatné charakteristiky linky, ako je šírka pásma, presluchy, odolnosť voči šumu atď.

Šírka pásma, podobne ako rýchlosť prenosu dát, sa meria v bitoch za sekundu (bps), ako aj v odvodených jednotkách, ako sú kilobity za sekundu (Kbps) atď.

Šírka pásma komunikačných liniek a zariadení komunikačnej siete je tra-
Tradične sa meria v bitoch za sekundu, nie v bajtoch za sekundu. Je to spôsobené tým, žeúdaje v sieťach sa prenášajú sekvenčne, to znamená bit po bite, a nie paralelne, bajty, ako sa to deje medzi zariadeniami vo vnútri počítača. Tieto jednotky meraniaako kilobit, megabit alebo gigabit, v sieťových technológiách presne zodpovedajú mocninám 10(to znamená, že kilobit je 1 000 bitov a megabit je 1 000 000 bitov), ​​ako je zvykom vo všetkých
odbory vedy a techniky, a nie mocniny dvoch blízkych týmto číslam, ako je zvykomv programovaní, kde predpona "kilo" je 210 = 1024 a "mega" 220 = 1 048 576.

Priepustnosť komunikačnej linky závisí nielen od jej vlastností, ako napr
ako útlmu, tak šírky pásma, ale aj na spektre prenášaných signálov.
Ak sú významné harmonické signálu (to znamená tie harmonické, ktorých amplitúdy
tvoria hlavný príspevok k výslednému signálu) spadajú do priepustného pásma
linka, potom bude takýto signál dobre prenášaný touto komunikačnou linkou,
a prijímač bude schopný správne rozpoznať informácie odoslané serverom
vysielač (obr. 8.14, a). Ak významné harmonické presahujú
šírku pásma komunikačnej linky, potom bude signál výrazne skreslený -
Xia a prijímač sa pomýli pri rozpoznávaní informácií (obr. 8.14, b).

Bity a prenosy

Voľba metódy na reprezentáciu diskrétnej informácie vo forme signálov daných
prenášané do komunikačnej linky sa nazýva fyzické alebo lineárne kódovanie.

Spektrum signálov závisí od zvolenej metódy kódovania a podľa toho
kapacita linky.

Teda pre jeden spôsob kódovania môže mať riadok jeden
šírku pásma a pre iného ďalšiu. Napríklad krútená dvojlinka
rii 3 dokáže prenášať dáta so šírkou pásma 10 Mbps so sporom
kódovanie fyzickej vrstvy štandardne 10VaBe-T a 33 Mbit/s s možnosťou
Štandardné kódovanie 100Base-T4.

V súlade so základným postulátom teórie informácie každá rozoznateľná nepredvídateľná zmena v prijímanom signáli nesie informáciu. Z toho teda vyplývasínusoida, v ktorej amplitúda, fáza a frekvencia zostávajú nezmenené, informácia nie jeprenáša, keďže zmena signálu, hoci k nej dôjde, je absolútne predvídateľná. Podobne impulzy na zbernici hodín počítača neprenášajú informácie,keďže aj ich zmeny sú stále v čase. Ale impulzy na dátovej zbernici sa nedajú vopred predpovedať, to ich robí informačnými, nesú informácie
medzi jednotlivými blokmi alebo zariadeniami počítača.

Väčšina metód kódovania zahŕňa zmenu niektorých parametrov periodický signál frekvencia, amplitúda a fáza sínusoidy alebo znak potenciálu sledu impulzov. Periodický signál, ktorého parametre podliehajú zmenám, sa nazýva nosný signál a jeho frekvencia, ak je signál sínusový, sa nazýva nosná frekvencia. Proces zmeny parametrov nosného signálu v súlade s prenášanou informáciou sa nazýva modulácia.

Ak sa signál zmení tak, že sa dajú rozlíšiť len dva jeho stavy, tak akákoľvek zmena v ňom bude zodpovedať najmenšej jednotke informácie – bitu. Ak signál môže mať viac ako dva rozlíšiteľné stavy, potom každá jeho zmena ponesie niekoľko bitov informácie.

Prenos diskrétnych informácií v telekomunikačných sieťach sa uskutočňuje taktovaným spôsobom, to znamená, že signál sa mení v pevnom časovom intervale, ktorý sa nazýva takt. Prijímač informácií sa domnieva, že na začiatku každého cyklu sa na jeho vstup dostávajú nové informácie. V tomto prípade, bez ohľadu na to, či signál opakuje stav predchádzajúceho cyklu alebo či má stav odlišný od predchádzajúceho, prijímač prijíma nové informácie z vysielača. Napríklad, ak je cyklus 0,3 s a signál má dva stavy a 1 je zakódovaný s potenciálom 5 voltov, potom prítomnosť 5 voltov na vstupe prijímača signálu po dobu 3 sekúnd znamená príjem informácie reprezentovanej binárnym číslo 1111111111.

Počet zmien v informačnom parametri nosného periodického signálu za sekundu sa meria v baudoch. Jeden prenos sa rovná jednej zmene dátového parametra za sekundu. Napríklad, ak je cyklus prenosu informácií 0,1 sekundy, signál sa mení rýchlosťou 10 baudov. Prenosová rýchlosť je teda úplne určená veľkosťou hodín.

Informačná rýchlosť sa meria v bitoch za sekundu a vo všeobecnosti nezodpovedá prenosovej rýchlosti. Môže to byť vyššia alebo nižšia rýchlosť.

zmeny v informačnom parametri merané v baudoch. Tento pomer závisí od počtu stavov signálu. Napríklad, ak má signál viac ako dva odlišné stavy, potom pri rovnakých hodinových cykloch a vhodnej metóde kódovania môže byť rýchlosť informácií v bitoch za sekundu vyššia ako prenosová rýchlosť informačného signálu.

Nech sú informačnými parametrami fáza a amplitúda sínusoidy a 4 stavy fázy pri 0, 90, 180 a 270 ° a dve hodnoty amplitúdy signálu sú odlišné, potom môže mať informačný signál 8 rozlíšiteľných stavov. To znamená, že akýkoľvek stav tohto signálu nesie informáciu v 3 bitoch. V tomto prípade modem pracujúci s rýchlosťou 2400 baud (zmena informačného signálu 2400-krát za sekundu) prenáša informácie rýchlosťou 7200 bps, pretože pri jednej zmene signálu sa prenesú 3 bity informácií.

Ak má signál dva stavy (to znamená, že prenáša informáciu v 1 bite), potom sa informačná rýchlosť zvyčajne zhoduje s počtom baudov. Dá sa však pozorovať aj opak, kedy je informačná rýchlosť nižšia ako rýchlosť zmeny informačného signálu v baudoch. K tomu dochádza, keď na spoľahlivé rozpoznanie užívateľských informácií prijímačom je každý bit v sekvencii zakódovaný s niekoľkými zmenami v informačnom parametri nosného signálu. Napríklad pri kódovaní jednej bitovej hodnoty s impulzom s kladnou polaritou a nulovej bitovej hodnoty s impulzom so zápornou polaritou fyzický signál mení svoj stav dvakrát s každým preneseným bitom. Pri tomto kódovaní je rýchlosť linky v bitoch za sekundu dvakrát nižšia ako v baudoch.

Čím vyššia je frekvencia nosného periodického signálu, tým vyššia môže byť modulačná frekvencia a tým väčšia môže byť šírka pásma komunikačného spojenia.

Avšak na druhej strane so zvýšením frekvencie periodického nosného signálu sa zväčšuje aj šírka spektra tohto signálu.

Linka prenáša toto spektrum sínusoidov s tými skresleniami, ktoré sú určené jej šírkou pásma. Čím väčší je nesúlad medzi šírkou pásma linky a šírkou pásma prenášaných informačných signálov, tým viac sú signály skreslené a tým pravdepodobnejšie sú chyby pri rozpoznávaní informácií prijímajúcou stranou, čo znamená, že možná rýchlosť prenosu informácií je menej.

Pomer šírky pásma vs

Vzťah medzi šírkou pásma linky a jej šírkou pásma, bez ohľadu na akceptovanú metódu fyzického kódovania, stanovil Claude Shannon:

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

Tu C je šírka pásma linky v bitoch za sekundu, F je šírka pásma linky v hertzoch, Pc je výkon signálu, Psh je výkon šumu.

Z tohto vzťahu vyplýva, že neexistuje žiadne teoretické obmedzenie priepustnosti spoja s pevnou šírkou pásma. V praxi však takýto limit existuje. V skutočnosti je možné zvýšiť kapacitu linky zvýšením výkonu vysielača alebo znížením výkonu šumu (interferencie) v komunikačnej linke. Obe tieto zložky sa menia len veľmi ťažko. Zvýšenie výkonu vysielača vedie k výraznému zvýšeniu jeho veľkosti a nákladov. Zníženie hluku vyžaduje použitie špeciálnych káblov s dobrou ochranné clony, čo je veľmi drahé, ako aj zníženie šumu vo vysielači a medzizariadení, čo nie je jednoduché dosiahnuť. Okrem toho vplyv výkonov užitočného signálu a šumu na priepustnosť je obmedzený logaritmickou závislosťou, ktorá ani zďaleka nerastie tak rýchlo ako priamo úmerná závislosť. Takže pre celkom typický počiatočný pomer výkonu signálu k výkonu šumu 100-krát, zdvojnásobenie výkonu vysielača poskytne iba 15% zvýšenie kapacity linky.

Shannonovmu vzorcu je v podstate blízky ďalší vzťah získaný Nyquistom, ktorý tiež určuje maximálnu možnú priepustnosť komunikačnej linky, ale bez zohľadnenia šumu v linke:

C = 2Flog2M.

Tu M je počet rozlíšiteľných stavov informačného parametra.

Ak má signál dva rozlíšiteľné stavy, potom sa šírka pásma rovná dvojnásobku šírky pásma komunikačnej linky (obr. 8.15, a). Ak vysielač používa na kódovanie údajov viac ako dva stabilné stavy signálu, kapacita linky sa zvyšuje, pretože v jednom cykle prevádzky vysielač vysiela niekoľko bitov pôvodných údajov, napríklad 2 bity za prítomnosti štyroch rozlíšiteľných stavov signálu ( Obr. 8.15, b).

Hoci Nyquistov vzorec s prítomnosťou hluku výslovne nepočíta, nepriamo
jeho vplyv sa prejavuje vo voľbe počtu stavov informačného signálu
hotovosť. Pre zvýšenie priepustnosti komunikačnej linky by bolo potrebné zvýšiť počet stavov, v praxi tomu však bráni šum na linke. Napríklad šírka pásma linky, ktorej signál je znázornený na obr. 8.15, b, možno opäť zdvojnásobiť použitím nie 4, ale 16 úrovní na kódovanie údajov. Ak však amplitúda šumu z času na čas prekročí rozdiel medzi susednými úrovňami, potom prijímač nebude schopný stabilne rozpoznať prenášané dáta. Preto je počet možných stavov signálu v skutočnosti obmedzený pomerom výkonu signálu k šumu a Nyquistov vzorec určuje maximálnu rýchlosť prenosu dát v prípade, že počet stavov už bol zvolený s ohľadom na možnosti stabilného rozpoznávania prijímač.

Tienený a netienený krútený pár

krútená dvojlinka nazývaný krútený pár drôtov. Tento typ prenosového média je veľmi obľúbený a tvorí základ veľkého množstva vnútorných aj vonkajších káblov. Kábel môže pozostávať z niekoľkých krútených párov (vonkajšie káble niekedy obsahujú až niekoľko desiatok takýchto párov).

Krútenie vodičov znižuje vplyv vonkajšieho a vzájomného rušenia na užitočné signály prenášané cez kábel.

Hlavné znaky konštrukcie kábla sú schematicky znázornené na obr. 8.16.

Twisted pair káble sú symetrické , to znamená, že pozostávajú z dvoch konštrukčne rovnakých vodičov. Vyvážený krútený párový kábel môže byť buď tienené a netienené.

Je potrebné rozlišovať medzi elektrickými izolácia vodivých žíl, ktorá je prítomná v akomkoľvek kábli, odelektromagnetickéizolácia. Prvý pozostáva z nevodivého dielektrického vrstveného papiera alebo polyméru, ako je polyvinylchlorid alebo polystyrén. V druhom prípade sú vodivé jadrá okrem elektrickej izolácie umiestnené aj vo vnútri elektromagnetického tienenia, ktoré sa najčastejšie používa ako vodivé medené opletenie.

Na káblinetienený krútený pár,používa sa na elektroinštaláciu

vnútri budovy sa v medzinárodných normách delí na kategórie (od 1 do 7).

Káble kategórie 1 sa používajú tam, kde sú požiadavky na prenosovú rýchlosť
minimálne. Zvyčajne ide o kábel na digitálny a analógový prenos hlasu.
a nízkorýchlostný (do 20 Kbps) dátový prenos. Do roku 1983 to tak bolo
Nový typ kábla pre telefónne vedenie.

Káble kategórie 2 boli prvýkrát použité spoločnosťou IBM pri konštrukcii
vlastný káblový systém. Hlavnou požiadavkou na káble tejto kategórie je
rii schopnosť prenášať signály so spektrom do 1 MHz.

Káble kategórie 3 boli štandardizované v roku 1991. štandard EIA-568
definované elektrické charakteristiky káble pre frekvencie až
16 MHz. Káble kategórie 3 určené pre prenos dát aj
a pre prenos hlasu, teraz tvoria základ mnohých káblových systémov
budov.

Káble kategórie 4 sú mierne vylepšenou verziou
Káble kategórie 3. Káble kategórie 4 musia vydržať testy jednu hodinu -
Prenos signálu 20 MHz poskytuje zvýšenú odolnosť proti šumu
vost a nízka strata signálu. V praxi sa používajú zriedka.

Káble kategórie 5 boli špeciálne navrhnuté tak, aby podporovali vysoké
rýchlostné protokoly. Ich charakteristiky sú určené v rozsahu až
100 MHz. Väčšina vysokorýchlostných technológií (FDDI, Fast Ethernet,
ATM a Gigabit Ethernet) sú vedené pomocou krútenej dvojlinky
5. Kábel kategórie 5 nahradil kábel kategórie 3 a dnes
všetky nové káblové systémy veľkých budov sú postavené na tomto type
kábel (v kombinácii s optickými vláknami).

Káble zaujímajú špeciálne miesto kategórie 6 a 7, ktorý priemysel začal vyrábať relatívne nedávno. Pre kábel kategórie 6 sú charakteristiky určené do frekvencie 250 MHz a pre káble kategórie 7 do 600 MHz. Káble kategórie 7 musia byť tienené, a to ako každý pár, tak aj celý kábel ako celok. Kábel kategórie 6 môže byť buď tienený alebo netienený. Hlavným účelom týchto káblov je podpora vysokorýchlostných protokolov na káblových vedeniach dlhších ako UTP kábel kategórie 5.

Všetky UTP káble, bez ohľadu na ich kategóriu, sú dostupné v 4-párovej konfigurácii. Každý zo štyroch párov káblov má špecifickú farbu a rozstup krútenia. Zvyčajne dva páry slúžia na prenos dát a dva na prenos hlasu.

optický kábel

optický kábelpozostáva z tenkých (5-60 mikrónov) ohybných sklenených vlákien (vláknové svetlovody), ktorými sa šíria svetelné signály. Ide o najkvalitnejší typ kábla, ktorý poskytuje prenos dát veľmi vysokou rýchlosťou (až 10 Gb/s a viac) a navyše lepšie ako iné typy prenosových médií poskytuje ochranu dát pred vonkajším rušením (vďaka charakter šírenia svetla, takéto signály sa dajú ľahko tieniť).

Každý svetlovod sa skladá z centrálneho vodiča zo svetelného (jadra) skleneného vlákna a skleneného plášťa s nižším indexom lomu ako jadro. Lúče svetla, ktoré sa šíria cez jadro, neprekračujú jeho hranice a odrážajú sa od krycej vrstvy obalu. V závislosti od rozloženia indexu lomu a veľkosti priemeru jadra existujú:

multimódové vlákno so stupňovitým indexom lomu (obr. 8.17, A)\

multimódové vlákno s plynulá zmena index lomu (obr. 8.17, b) \

jednovidové vlákno (obr. 8.17, V).

Pojem "režim" popisuje spôsob šírenia svetelných lúčov v jadre kábla.

V kábli s jedným režimom(Single Mode Fiber, SMF) používa stredový vodič s veľmi malým priemerom, ktorý zodpovedá vlnovej dĺžke svetla od 5 do 10 mikrónov. V tomto prípade sa takmer všetky svetelné lúče šíria pozdĺž optickej osi vlákna bez toho, aby sa odrážali od vonkajšieho vodiča. Prerábanie

IN multimódové káble(Multi Mode Fiber, MMF) využíva širšie vnútorné jadrá, ktoré sa technologicky ľahšie vyrábajú. V multimódových kábloch je vo vnútornom vodiči súčasne niekoľko svetelných lúčov, ktoré sa od vonkajšieho vodiča odrážajú v rôznych uhloch. Uhol odrazu lúča sa nazýva móda lúč. V multimódových kábloch s plynulou zmenou indexu lomu má režim odrazu lúčov komplexný charakter. Výsledné rušenie zhoršuje kvalitu prenášaného signálu, čo vedie k skresleniu prenášaných impulzov v multimódovom optickom vlákne. Pre tento dôvod technické údaje multimode káble sú horšie ako singlemode káble.

Výsledkom je, že multimódové káble sa používajú hlavne na prenos dát rýchlosťou nižšou ako 1 Gb/s. krátke vzdialenosti(až 300-2000 m) a single-mode na prenos dát ultravysokými rýchlosťami niekoľkých desiatok gigabitov za sekundu (a pri použití technológie DWDM až niekoľko terabitov za sekundu) na vzdialenosti až niekoľko desiatok a dokonca stoviek kilometrov (komunikácia na veľké vzdialenosti).

Ako svetelné zdroje v optických kábloch sa používajú:

LED alebo svetelné diódy (Light Emitted Diode, LED);

polovodičové lasery alebo laserové diódy.

Pri jednovidových kábloch sa používajú iba laserové diódy, keďže pri tak malom priemere optického vlákna sa svetelný tok vytvorený LED nedá bez veľkých strát smerovať do vlákna, má príliš široký vyžarovací diagram, zatiaľ čo laser dióda je úzka. Lacnejšie LED žiariče sa používajú len pre multimode káble.

Náklady na káble z optických vlákien nie sú oveľa vyššie ako náklady na káble s krútenými pármi, ale inštalačné práce s optickými vláknami sú oveľa drahšie z dôvodu zložitosti operácií a vysokých nákladov na použité inštalačné zariadenie.

závery

V závislosti od typu medziľahlého zariadenia sú všetky komunikačné linky rozdelené na analógové a digitálne. V analógových linkách je medziľahlé zariadenie navrhnuté na zosilnenie analógových signálov. Analógové linky využívajú frekvenčný multiplex.

IN digitálne linky komunikáciou prenášané signály majú konečný počet stavov. V takýchto linkách sa používajú špeciálne medzizariadenia - regenerátory, ktoré zlepšujú tvar impulzov a zabezpečujú ich resynchronizáciu, čiže obnovujú periódu ich opakovania. Sprostredkovateľské zariadenie na multiplexovanie a prepínanie primárnych sietí funguje na princípe časového multiplexovania kanálov, kedy každému nízkorýchlostnému kanálu je pridelený určitý zlomok času (časový slot alebo kvantum) vysokorýchlostného kanálu.

Šírka pásma definuje rozsah frekvencií, ktoré sú prenášané spojom s prijateľným útlmom.

Priepustnosť komunikačnej linky závisí od jej vnútorných parametrov, najmä šírky pásma, vonkajšie parametreúroveň rušenia a stupeň zmiernenia rušenia, ako aj akceptovaný spôsob kódovania diskrétnych údajov.

Shannonov vzorec určuje maximálnu možnú priepustnosť komunikačnej linky pre pevné hodnoty šírky pásma linky a pomer výkonu signálu k šumu.

Nyquistov vzorec vyjadruje maximálnu možnú priepustnosť komunikačnej linky cez šírku pásma a počet stavov informačného signálu.

Krútené dvojlinky sa delia na netienené (UTP) a tienené (STP). UTP káble sa ľahšie vyrábajú a inštalujú, ale káble STP poskytujú vyššiu úroveň bezpečnosti.

Káble z optických vlákien majú vynikajúce elektromagnetické a mechanické vlastnosti, ich nevýhodou je zložitosť a vysoká cena inštalačných prác.

1. Ako sa prepojenie líši od zloženého komunikačného kanála?
   1. Môže byť zložený kanál vytvorený z odkazov? A naopak?
   2. Môcť digitálny kanál prenášať analógové dáta?
   3. Aké typy charakteristík komunikačnej linky zahŕňajú: hladinu hluku, šírku pásma, lineárnu kapacitu?
   4. Aké opatrenia možno prijať na zvýšenie informačnej rýchlosti odkazu:

o Znížte dĺžku kábla;

o zvoliť kábel s menším odporom;

o zvoliť kábel so širšou šírkou pásma;

o Použite metódu kódovania s užším spektrom.

1. Prečo nie je vždy možné zvýšiť kapacitu kanála zvýšením počtu stavov informačného signálu?
   1. Aký mechanizmus sa používa na potlačenie rušenia v kábloch UTP?
   2. Ktorý kábel lepšie prenáša signály s väčšou hodnotou parametra NEXT alebo s menej?
   3. Aká je šírka spektra ideálneho impulzu?
   4. Vymenujte typy optických káblov.
   5. Čo sa stane, ak vymeníte kábel vo fungujúcej sieti UTP kábel STP? Možnosti odpovede:

О v sieti sa podiel skreslených rámcov zníži, pretože vonkajšie rušenie bude potlačené účinnejšie;

Ó, nič sa nezmení;

O v sieti sa zvýši podiel skreslených rámcov, pretože výstupná impedancia vysielačov nezodpovedá impedancii kábla.

1. Prečo je problematické použiť kábel z optických vlákien v horizontálnom podsystéme?
   1. Známe množstvá sú:

O minimálnom výkone vysielača P out (dBm);

О dobiehací útlm kábla A (dB/km);

O prahu citlivosti prijímača Pin (dBm).

Je potrebné nájsť maximálnu možnú dĺžku komunikačnej linky, na ktorej sa signály normálne prenášajú.

1. Aká by bola teoretická hranica rýchlosti prenosu dát v bitoch za sekundu cez spojenie so šírkou pásma 20 kHz, ak je výkon vysielača 0,01 mW a výkon šumu v spojení je 0,0001 mW?
   1. Určte kapacitu duplexného spojenia pre každý smer, ak je známa jeho šírka pásma 600 kHz a metóda kódovania využíva 10 stavov signálu.
   2. Vypočítajte oneskorenie šírenia signálu a oneskorenie prenosu dát pre prípad prenosu 128-bajtového paketu (predpokladajme, že rýchlosť šírenia signálu sa rovná rýchlosti svetla vo vákuu 300 000 km/s):

O cez 100 m krútenú dvojlinku pri prenosovej rýchlosti 100 Mbps;

O cez koaxiálny kábel dlhý 2 km pri prenosovej rýchlosti 10 Mbps;

O cez satelitný kanál s dĺžkou 72 000 km pri prenosovej rýchlosti 128 Kbps.

1. Vypočítajte rýchlosť spojenia, ak viete, že frekvencia hodín vysielača je 125 MHz a signál má 5 stavov.
   1. Prijímač a vysielač sieťový adaptér pripojené k susedným párom káblov UTP. Aký je výkon indukovaného rušenia na vstupe prijímača, ak má vysielač výkon 30 dBm, a exponentĎALŠIE kábel je -20 dB?
   2. Nech je známe, že modem prenáša dáta v duplexnom režime rýchlosťou 33,6 Kbps. Koľko stavov má jeho signál, ak je šírka pásma komunikačnej linky 3,43 kHz?

Strana 20

Komunikačná linka je fyzické médium a súbor hardvéru, ktorý sa používa na prenos signálov z vysielača do prijímača. V káblových komunikačných systémoch je to predovšetkým kábel alebo vlnovod, v rádiových komunikačných systémoch je to oblasť priestoru, v ktorej sa elektromagnetické vlny šíria z vysielača do prijímača. Pri prenose cez kanál môže byť signál skreslený a môže byť ovplyvnený rušením. Prijímacie zariadenie spracováva prijatý signál čo je súčet prichádzajúceho skresleného signálu a rušenia a obnoví z neho správu, ktorá zobrazí prenášanú správu s nejakou chybou. Inými slovami, prijímač musí na základe analýzy signálu určiť, ktorá z možných správ bola odoslaná. Preto je prijímacie zariadenie jedným z najkritickejších a najzložitejších prvkov elektrického komunikačného systému.

Elektrický komunikačný systém sa chápe ako súbor technických prostriedkov a distribučného média. Koncept komunikačného systému zahŕňa zdroj a spotrebiteľa správ.

Podľa druhu prenášaných správ sa rozlišujú tieto elektrické komunikačné systémy: systémy prenosu hlasu (telefónia); systémy na prenos textu (telegrafia); systémy na prenos statických obrazov (fototelegrafia); systémy prenosu pohyblivého obrazu (televízia), telemetria, diaľkové ovládanie a systémy prenosu dát. Podľa dohody sa telefónne a televízne systémy delia na vysielacie, vyznačujúce sa vysokým stupňom umeleckej reprodukcie správ, a profesionálne, ktoré majú špeciálne použitie (oficiálna komunikácia, priemyselná televízia atď.). V telemetrickom systéme sa fyzikálne veličiny (teplota, tlak, rýchlosť atď.) premieňajú pomocou snímačov na primárny elektrický signál privádzaný do vysielača. Na prijímacej strane je prenášaná fyzikálna veličina alebo jej zmeny extrahované zo signálu a použité na riadenie. V systéme diaľkového ovládania sa prenášajú príkazy na automatické vykonávanie určitých akcií. Tieto príkazy sú často generované automaticky na základe výsledkov meraní prenášaných telemetrickým systémom.

Zavedenie vysokovýkonných počítačov viedlo k potrebe rýchleho rozvoja systémov prenosu dát, ktoré zabezpečujú výmenu informácií medzi výpočtovými zariadeniami a objektmi automatizovaných riadiacich systémov. Tento typ komunikácie je iný vysoké nároky na rýchlosť a vernosť prenosu informácií.

Pre výmenu správ medzi mnohými geograficky rozptýlenými používateľmi (predplatiteľmi) sú vytvorené komunikačné siete, ktoré zabezpečujú prenos a distribúciu správ na dané adresy (v daný čas a s osvedčenou kvalitou).

Komunikačná sieť je súbor komunikačných liniek a spojovacích uzlov.

Klasifikácia kanálov a komunikačných liniek sa vykonáva:

podľa povahy signálov na vstupe a výstupe (spojitý, diskrétny, diskrétne-spojitý);

podľa typu správ (telefón, telegraf, prenos dát, televízia, fax atď.);

podľa typu média šírenia (drôt, rádio, optické vlákna atď.);

podľa rozsahu použitých frekvencií (nízkofrekvenčné (LF), vysokofrekvenčné (HF), supervysoké frekvencie (SHF) atď.);

štruktúrou transceiverov (jednokanálový, viackanálový).

V súčasnosti, aby sa úplné charakteristiky kanálov a komunikačných liniek možno použiť aj iné klasifikačné znaky (podľa spôsobu šírenia rádiových vĺn, spôsobu spájania a oddeľovania kanálov, umiestnenia technických prostriedkov, prevádzkového účelu a pod.)

Počítačové siete využívajú telefónne, telegrafné, televízne, satelitné komunikačné siete. Ako komunikačné linky sa používajú káblové (vzduchové), káblové, rádiové kanály pozemnej a satelitnej komunikácie. Rozdiel medzi nimi určuje médium na prenos údajov. Fyzickým prenosovým médiom môže byť kábel, ale aj zemská atmosféra alebo vesmír, cez ktorý sa šíria elektromagnetické vlny.

Drôtové (nadzemné) komunikačné linky- sú to drôty bez izolačných alebo tieniacich opletení, uložené medzi stĺpmi a visiace vo vzduchu. Tradične slúžia na prenos telefónnych a telegrafných signálov, no pri absencii iných možností slúžia na prenos počítačových dát. Káblové komunikačné linky sa vyznačujú nízkou šírkou pásma a nízkou odolnosťou voči šumu, preto sú rýchlo nahradené káblovými vedeniami.

káblové vedenia zahŕňajú kábel pozostávajúci z vodičov s izoláciou v niekoľkých vrstvách - elektrických, elektromagnetických, mechanických a konektorov na pripojenie rôznych zariadení k nemu. V CS sa používajú hlavne tri typy káblov: kábel založený na krútených pároch medených drôtov (ide o krútený pár v tienenej verzii, keď je pár medených drôtov obalený izolačnou clonou, a netienený, keď nie je izolačný obal), koaxiálny kábel (pozostáva z vnútorného medeného jadra a opletenia oddeleného od jadra vrstvou izolácie) a kábel z optických vlákien (pozostáva z tenkých - 5-60 mikrónových vlákien, ktorými sa šíria svetelné signály).

Spomedzi káblových komunikačných liniek majú svetlovody najlepší výkon. Ich hlavné výhody sú: vysoká priepustnosť (až 10 Gbit/s a vyššia) vďaka použitiu elektromagnetických vĺn v optickom rozsahu; necitlivosť na vonkajšie elektromagnetické polia a absencia vlastného elektromagnetického žiarenia, nízka pracovná náročnosť kladenia optického kábla; iskra, výbuch a požiarna bezpečnosť; zvýšená odolnosť voči agresívnemu prostrediu; nízka špecifická hmotnosť (pomer lineárnej hmotnosti k šírke pásma); široké oblasti použitia (tvorba hromadných prístupových diaľnic, komunikačných systémov pre počítače s periférnymi zariadeniami lokálnych sietí, v mikroprocesorovej technike a pod.).

Nevýhody FOCL: pripojenie prídavných počítačov k svetlovodu výrazne oslabuje signál, vysokorýchlostné modemy potrebné pre svetlovody sú stále drahé, svetlovody pripájajúce počítače musia byť dodávané s prevodníkmi elektrických signálov na svetlo a naopak.

Rádiové kanály pozemnej a satelitnej komunikácie generované vysielačom a prijímačom rádiových vĺn. Rôzne typy rádiových kanálov sa líšia v použitom frekvenčnom rozsahu a rozsahu prenosu informácií. Rádiové kanály pracujúce v rozsahu krátkych, stredných a dlhých vĺn (HF, MW, LW) poskytujú komunikáciu na veľké vzdialenosti, ale pri nízkej rýchlosti prenosu dát. Ide o rádiové kanály, kde sa používa amplitúdová modulácia signálov. Kanály pracujúce v pásmach ultrakrátkych vĺn (VHF) sú rýchlejšie, vyznačujú sa frekvenčnou moduláciou signálov. Ultra-vysokorýchlostné kanály sú tie, ktoré pracujú v ultra-vysokofrekvenčných pásmach (SHF), t.j. nad 4 GHz. V mikrovlnnom rozsahu sa signály neodrážajú od zemskej ionosféry, takže stabilné spojenie vyžaduje priamu viditeľnosť medzi vysielačom a prijímačom. Z tohto dôvodu sa mikrovlnné signály používajú buď v satelitných kanáloch alebo v rádiových reléových kanáloch, kde je táto podmienka splnená.

Charakteristiky komunikačnej linky. Medzi hlavné charakteristiky komunikačných liniek patria: frekvenčná odozva, šírka pásma, útlm, priepustnosť, odolnosť voči šumu, presluchy na blízkom konci linky, spoľahlivosť prenosu dát, jednotkové náklady.

Charakteristiky komunikačnej linky sa často určujú analýzou jej reakcií na niektoré referenčné vplyvy, ktoré sa používajú ako sínusové oscilácie rôznych frekvencií, pretože sa s nimi často stretávame v technike a možno ich použiť na vyjadrenie akejkoľvek funkcie času. Stupeň skreslenia sínusových signálov komunikačného vedenia sa odhaduje pomocou amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky, šírky pásma a útlmu pri určitej frekvencii.

Frekvenčná odozva(AFC) poskytuje najkompletnejší obraz o komunikačnej linke, ukazuje, ako klesá amplitúda sínusoidy na výstupe linky v porovnaní s amplitúdou na jej vstupe pre všetky možné frekvencie prenášaného signálu (namiesto amplitúdy signálu, jeho sila sa často využíva). Preto frekvenčná odozva umožňuje určiť tvar výstupného signálu pre akýkoľvek vstupný signál. Frekvenčnú charakteristiku skutočnej komunikačnej linky je však veľmi ťažké získať, preto sa v praxi namiesto nej používajú iné, zjednodušené charakteristiky - šírka pásma a útlm.

Šírka pásma prepojenia predstavuje spojitý rozsah frekvencií, v ktorom pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupnému signálu presahuje vopred stanovený limit (typicky 0,5). Preto šírka pásma určuje frekvenčný rozsah sínusového signálu, pri ktorom sa tento signál prenáša cez komunikačnú linku bez výrazného skreslenia. Šírka pásma, ktorá má najväčší vplyv na maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií cez komunikačnú linku, je rozdiel medzi maximálnou a minimálnou frekvenciou sínusového signálu v danej šírke pásma. Šírka pásma závisí od typu linky a jej dĺžky.

Treba rozlišovať medzi šírkou pásma a šírka spektra prenášané informačné signály. Šírka pásma prenášaných signálov je rozdiel medzi maximálnymi a minimálnymi významnými harmonickými signálu, t.j. harmonickými, ktoré tvoria hlavný príspevok k výslednému signálu. Ak významné harmonické spadajú do šírky pásma linky, potom bude takýto signál vysielaný a prijímaný prijímačom bez skreslenia. V opačnom prípade bude signál skreslený, prijímač urobí chyby pri rozpoznávaní informácií, a preto nebude možné informácie prenášať s danou šírkou pásma.

útlmu- ide o relatívny pokles amplitúdy alebo výkonu signálu, keď sa po vedení prenáša signál určitej frekvencie.

Útlm A sa meria v decibeloch (dB, dB) a vypočíta sa pomocou vzorca:

kde Pout, Pin sú výkon signálu na výstupe a na vstupe linky.

Na približné posúdenie skreslenia signálov prenášaných po vedení stačí poznať útlm signálov základnej frekvencie, t.j. frekvencie, ktorej harmonická má najväčšiu amplitúdu a výkon. Presnejší odhad je možný, ak je známy útlm na niekoľkých frekvenciách blízkych hlavnej.

Šírka pásma komunikačnej linky- to je jeho charakteristika, ktorá určuje (ako aj šírku pásma) maximálnu možnú rýchlosť prenosu dát po linke. Meria sa v bitoch za sekundu (bps), ako aj v odvodených jednotkách (Kbps, Mbps, Gbps).

Priepustnosť komunikačnej linky závisí od jej charakteristík (frekvenčná odozva, šírka pásma, útlm) a od spektra prenášaných signálov, ktoré zasa závisí od zvolenej metódy fyzického alebo lineárneho kódovania (t. j. od spôsobu reprezentácie diskrétneho informácie vo forme signálov). Pre jednu metódu kódovania môže mať linka jednu kapacitu a pre druhú - inú.

Pri kódovaní sa zvyčajne využíva zmena niektorého parametra periodického signálu (napríklad sínusové kmity) - frekvencia, amplitúda a fáza sínusoidy, prípadne znamienko potenciálu sledu impulzov. Periodický signál, ktorého parametre sa menia, sa nazýva nosný signál alebo nosná frekvencia, ak sa ako takýto signál použije sínusoida. Ak prijatá sínusoida nemení žiadny zo svojich parametrov (amplitúdu, frekvenciu alebo fázu), potom nenesie žiadnu informáciu.

Počet zmien informačného parametra nosného periodického signálu za sekundu (pre sínusoidu je to počet zmien amplitúdy, frekvencie alebo fázy) sa meria v baudoch. Hodinový cyklus vysielača je časový úsek medzi susednými zmenami informačného signálu.

Vo všeobecnosti nie je priepustnosť linky v bitoch za sekundu rovnaká ako počet prenosov. V závislosti od spôsobu kódovania môže byť vyššie, rovnaké alebo nižšie ako číslo prenosu. Ak napríklad kedy túto metódu Pri kódovaní je jednotková hodnota bitu reprezentovaná impulzom kladnej polarity a nulová hodnota je reprezentovaná impulzom zápornej polarity, potom pri prenose striedavo sa meniacich bitov (neexistujú žiadne série bitov s rovnakým názvom), fyzický signál zmení svoj stav dvakrát počas prenosu každého bitu. Preto je pri tomto kódovaní priepustnosť linky dvakrát nižšia ako počet prenosových prenosov cez linku.

Priepustnosť linky ovplyvňuje nielen fyzická, ale aj tzv logické kódovanie, ktoré sa vykonáva pred fyzickým kódovaním a spočíva v nahradení pôvodnej bitovej sekvencie informácií novou bitovou sekvenciou, ktorá nesie rovnakú informáciu, ale má ďalšie vlastnosti(napríklad schopnosť prijímajúcej strany odhaliť chyby v prijatých údajoch alebo zabezpečiť dôvernosť prenášaných údajov ich šifrovaním). Logické kódovanie je spravidla sprevádzané nahradením pôvodnej bitovej sekvencie dlhšou sekvenciou, čo negatívne ovplyvňuje čas prenosu užitočných informácií.

Existuje určitá vzťah medzi kapacitou linky a jej šírkou pásma. Pri pevnej metóde fyzického kódovania sa kapacita linky zvyšuje so zvyšovaním frekvencie nosného periodického signálu, pretože toto zvýšenie je sprevádzané nárastom informácií prenášaných za jednotku času. Ale s nárastom frekvencie tohto signálu sa zväčšuje aj šírka jeho spektra, ktoré sa prenáša so skresleniami určenými šírkou pásma linky. Čím väčší je nesúlad medzi šírkou pásma linky a šírkou pásma prenášaných informačných signálov, tým viac sú signály skreslené a tým pravdepodobnejšie sú chyby v rozpoznávaní informácií prijímačom. V dôsledku toho je rýchlosť prenosu informácií nižšia, ako by sa dalo očakávať.

Claude Shannon vytvoril vzťah medzi šírkou pásma linky a jej maximálnou možnou šírkou pásma, bez ohľadu na akceptovanú metódu fyzického kódovania:

Kde S– maximálna kapacita linky (bit/s);

F– šírka pásma linky (Hz);

je sila užitočného signálu;

– rušivý výkon.

Ako vyplýva z tohto vzťahu, neexistuje žiadne teoretické obmedzenie priepustnosti linky s pevnou šírkou pásma. V praxi je však dosť ťažké a nákladné zvýšiť kapacitu linky výrazným zvýšením výkonu vysielača alebo znížením výkonu šumu na linke. Okrem toho vplyv týchto kapacít na priepustnosť nie je obmedzený priamo úmernou závislosťou, ale logaritmickou závislosťou.

Vzťah, ktorý našiel Nyquist, získal praktickejšie uplatnenie:

Kde M– počet rôznych stavov informačného parametra prenášaného signálu.

Nyquistov pomer, ktorý sa používa aj na určenie maximálnej možnej priepustnosti komunikačnej linky, explicitne nezohľadňuje prítomnosť šumu na linke. Jeho vplyv sa však nepriamo prejavuje vo voľbe počtu stavov informačného signálu. Napríklad na zvýšenie priepustnosti linky bolo možné pri kódovaní dát použiť nie 2 alebo 4 úrovne, ale 16. Ak ale amplitúda šumu prekročí rozdiel medzi susednými 16 úrovňami, potom prijímač nebude schopný stabilne rozpoznať prenášané údaje. Preto je počet možných stavov signálu v skutočnosti obmedzený pomerom výkonu signálu k šumu.

Podľa Nyquistovho vzorca je limitná hodnota kapacity kanála určená pre prípad, keď už bol zvolený počet stavov informačného signálu, berúc do úvahy možnosti ich stabilného rozpoznania prijímačom.

Odolnosť voči rušeniu komunikačnej linky- to je jeho schopnosť znižovať úroveň rušenia vytváraného vo vonkajšom prostredí na vnútorných vodičoch. Závisí to od typu použitého fyzického média, ako aj od prostriedkov vedenia, tienenia a potláčania rušenia. Najodolnejšie voči šumu, necitlivé na vonkajšie elektromagnetické žiarenie, sú vedenia z optických vlákien, najmenej odolné voči hluku - rádiové vedenia, káblové vedenia zaberajú medzipolohu. Zníženie rušenia spôsobeného vonkajším elektromagnetickým žiarením sa dosiahne tienením a krútením vodičov.

2.1. Typy komunikačných liniek

Komunikačná linka sa vo všeobecnosti skladá z fyzického média, cez ktoré sa prenášajú elektrické informačné signály, zariadenia na prenos údajov a medzizariadenia. Synonymum s pojmom komunikačná linka (linka) je termín komunikačný kanál.

Ryža. 1.1. Zloženie komunikačnej linky

Fyzické médiá

Fyzické prenosové médium (médium) môže byť kábel, to znamená súprava drôtov, izolačných a ochranných plášťov a konektorov, ako aj zemská atmosféra alebo vonkajší priestor, cez ktorý sa šíria elektromagnetické vlny.

V závislosti od média na prenos údajov sa komunikačné linky delia na:

Drôtové (vzduch);

kábel (medený a optický);

káblové vedenia sú dosť zložité štruktúry. Kábel pozostáva z vodičov uzavretých v niekoľkých vrstvách izolácie: elektrickej, elektromagnetickej, mechanickej, prípadne aj klimatickej. Okrem toho môže byť kábel vybavený konektormi, ktoré vám umožnia rýchlo k nemu pripojiť rôzne zariadenia. V počítačových sieťach sa používajú tri hlavné typy káblov: káble založené na krútených pároch medených drôtov, koaxiálne káble s medeným jadrom a káble z optických vlákien.

Krútený pár drôtov sa nazýva krútená dvojlinka. Twisted pair existuje v tienenej verzii (tienený krútený pár, STP), keď je pár medených drôtov obalený izolačnou clonou a netienený (Netienený skrútený pár, UTP) keď nie je izolačný obal. Krútenie vodičov znižuje vplyv vonkajšieho rušenia na užitočné signály prenášané cez kábel. Kábel z optických vlákien (optické vlákno) pozostáva z tenkých (5-60 mikrónov) vlákien, ktorými sa šíria svetelné signály. Ide o najkvalitnejší typ kábla – poskytuje prenos dát veľmi vysokou rýchlosťou (až 10 Gb/s a viac) a navyše lepšie ako iné typy prenosových médií poskytuje ochranu dát pred vonkajším rušením.

Rádiové kanály pozemnej a satelitnej komunikácie generované vysielačom a prijímačom rádiových vĺn. Existuje veľké množstvo rôznych typov rádiových kanálov, ktoré sa líšia použitým frekvenčným rozsahom a rozsahom kanálov. Rozsahy krátkych, stredných a dlhých vĺn (KB, SV a LW), tiež nazývané rozsahy amplitúdovej modulácie (Amplitude Modulation, AM) podľa typu metódy modulácie signálu, ktorá sa v nich používa, poskytujú komunikáciu na veľké vzdialenosti, ale pri nízkej rýchlosť prenosu dát. Kanály pracujúce v pásmach ultrakrátkych vĺn (VHF), ktoré sa vyznačujú frekvenčnou moduláciou (Frequency Modulation, FM), ako aj ultravysokofrekvenčné pásma (mikrovlny alebo mikrovlny) sú rýchlejšie.

V počítačových sieťach sa dnes používajú takmer všetky opísané typy fyzických médií na prenos dát, no najsľubnejšie sú médiá z optických vlákien. Obľúbeným médiom je aj krútená dvojlinka, ktorá sa vyznačuje výborným pomerom kvality a ceny, ako aj jednoduchou montážou. Satelitné kanály a rádiová komunikácia sa používajú najčastejšie v prípadoch, keď nemožno použiť káblovú komunikáciu.

2.2. Charakteristiky komunikačnej linky

Medzi hlavné charakteristiky komunikačných liniek patria:

amplitúdovo-frekvenčná charakteristika;

· šírka pásma;

útlmu

· odolnosť proti hluku;

presluchy na blízkom konci linky;

priepustnosť;

Spoľahlivosť prenosu údajov;

Jednotkové náklady.

V prvom rade sa vývojár počítačovej siete zaujíma o priepustnosť a spoľahlivosť prenosu údajov, pretože tieto vlastnosti priamo ovplyvňujú výkon a spoľahlivosť. vytvorená sieť. Priepustnosť a spoľahlivosť sú charakteristikami komunikačného spojenia aj spôsobu prenosu údajov. Ak je teda spôsob prenosu (protokol) už definovaný, potom sú známe aj tieto charakteristiky. Nedá sa však hovoriť o priepustnosti komunikačnej linky, kým nie je pre ňu definovaný protokol fyzickej vrstvy. Práve v takýchto prípadoch, keď sa ešte musí určiť najvhodnejší z existujúcich protokolov, sa stávajú dôležitými ďalšie charakteristiky linky, ako je šírka pásma, presluchy, odolnosť voči šumu a iné charakteristiky. Na určenie charakteristík komunikačnej linky sa často používa analýza jej reakcií na niektoré referenčné vplyvy.

Spektrálna analýza signálov na komunikačných linkách

Z teórie harmonickej analýzy je známe, že každý periodický proces môže byť reprezentovaný ako nekonečný počet sínusových zložiek nazývaných harmonické a súbor všetkých harmonických sa nazýva spektrálny rozklad pôvodného signálu. Neperiodické signály môžu byť reprezentované ako integrál sínusových signálov so spojitým frekvenčným spektrom.

Technika hľadania spektra akéhokoľvek zdrojového signálu je dobre známa. Pre niektoré signály, ktoré sú dobre analyticky opísané, sa spektrum ľahko vypočíta na základe Fourierových vzorcov. Pre ľubovoľné priebehy, s ktorými sa v praxi stretávame, je možné spektrum nájsť pomocou špeciálnych prístrojov - spektrálnych analyzátorov, ktoré merajú spektrum reálneho signálu a zobrazujú amplitúdy harmonických zložiek. Skreslenie vysielacím kanálom sínusoidy akejkoľvek frekvencie vedie v konečnom dôsledku k skresleniu prenášaného signálu akéhokoľvek tvaru, najmä ak sú sínusoidy rôznych frekvencií skreslené odlišne. Pri prenose impulzných signálov charakteristických pre počítačové siete dochádza k skresleniu nízkofrekvenčných a vysokofrekvenčných harmonických, následkom čoho čelá impulzov strácajú svoj pravouhlý tvar. V dôsledku toho môžu byť signály na prijímacom konci linky zle rozpoznané.

Komunikačná linka skresľuje prenášané signály z dôvodu, že jej fyzikálne parametre sa líšia od ideálnych. Takže napríklad medené drôty vždy predstavujú určitú kombináciu aktívneho odporu, kapacitného a indukčného zaťaženia rozloženého po dĺžke. Výsledkom je, že pre sínusoidy rôznych frekvencií bude mať vedenie rôznu impedanciu, čo znamená, že budú prenášané rôznymi spôsobmi. Optický kábel má tiež odchýlky, ktoré bránia ideálnemu šíreniu svetla. Ak komunikačná linka obsahuje medzizariadenia, môže tiež spôsobiť ďalšie skreslenia, pretože nie je možné vytvoriť zariadenia, ktoré by rovnako dobre prenášali celé spektrum sínusoidov, od nuly do nekonečna.

Okrem skreslení signálu spôsobených vnútornými fyzikálnymi parametrami komunikačnej linky existujú aj vonkajšie interferencie, ktoré prispievajú k skresleniu priebehu na výstupe linky. Tieto rušenia vytvárajú rôzne elektromotory, elektronické zariadenia, atmosférické javy a pod. Napriek ochranným opatreniam zo strany vývojárov káblov a zosilňovacích spínacích zariadení nie je možné úplne kompenzovať vplyv vonkajšieho rušenia. Preto majú signály na výstupe komunikačnej linky zvyčajne zložitý tvar, pri ktorom je niekedy ťažké pochopiť, aké diskrétne informácie boli privedené na vstup linky.

Stupeň skreslenia sínusových signálov komunikačnými linkami sa odhaduje pomocou charakteristík, ako je amplitúda-frekvenčná odozva, šírka pásma a útlm pri určitej frekvencii.

Frekvenčná odozva

Frekvenčná odozva ukazuje, ako klesá amplitúda sínusoidy na výstupe komunikačného vedenia v porovnaní s amplitúdou na jej vstupe pre všetky možné frekvencie prenášaného signálu. Namiesto amplitúdy táto charakteristika často používa aj taký parameter signálu, ako je jeho výkon. Poznanie frekvenčnej odozvy reálnej linky umožňuje určiť tvar výstupného signálu pre takmer akýkoľvek vstupný signál. Na to je potrebné nájsť spektrum vstupného signálu, previesť amplitúdu jeho jednotlivých harmonických v súlade s amplitúdovo-frekvenčnou charakteristikou a potom nájsť tvar výstupného signálu pridaním prevedených harmonických.

Napriek úplnosti informácií, ktoré poskytuje frekvenčná charakteristika o komunikačnej linke, jej použitie komplikuje skutočnosť, že je veľmi ťažké ju získať. Preto sa v praxi namiesto amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky používajú iné, zjednodušené charakteristiky - šírka pásma a útlm.

Šírka pásma

Šírka pásma je spojitý rozsah frekvencií, pre ktorý pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupnému signálu presahuje určitú vopred stanovenú hranicu, zvyčajne 0,5. To znamená, že šírka pásma určuje frekvenčný rozsah sínusového signálu, pri ktorom sa tento signál prenáša cez komunikačnú linku bez výrazného skreslenia. Znalosť šírky pásma vám umožňuje získať s určitým stupňom aproximácie rovnaký výsledok ako znalosť amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky. šírkašírka pásma v najväčšej miere ovplyvňuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií po komunikačnej linke.

útlmu

Útlm je definovaný ako relatívny pokles amplitúdy signálu alebo výkonu, keď sa signál určitej frekvencie prenáša signálovým vedením. Útlm je teda jeden bod od frekvenčnej odozvy vedenia. Útlm A sa zvyčajne meria v decibeloch (dB, decibel - dB) a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca:

A \u003d 10 log10 Pout / Pin,

kde Pout je výkon signálu na výstupe linky,
Рin - výkon signálu na linkovom vstupe.

Keďže výstupný výkon kábla bez medzizosilňovačov je vždy menší ako výkon vstupného signálu, útlm kábla je vždy záporná hodnota.

Absolútna úroveň energie merané aj v decibeloch. V tomto prípade sa za základnú hodnotu výkonu signálu berie hodnota 1 mW, vzhľadom na ktorú sa meria aktuálny výkon. Úroveň výkonu p sa teda vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

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

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

Frekvenčná odozva, šírka pásma a útlm sú teda univerzálne charakteristiky a ich znalosť nám umožňuje dospieť k záveru, ako sa budú signály akejkoľvek formy prenášať cez komunikačnú linku.

Šírka pásma závisí od typu linky a jej dĺžky. Na obr. 1.1 znázorňuje šírky pásma komunikačných liniek rôznych typov, ako aj frekvenčné rozsahy najčastejšie používané v komunikačnej technike.

Ryža. 1.1. Komunikačné šírky a obľúbené frekvenčné pásma

Kapacita linky

Priepustnosť linka charakterizuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu dát cez komunikačnú linku. Šírka pásma sa meria v bitoch za sekundu - bps, ako aj odvodené jednotky, ako sú kilobity za sekundu (Kbps), megabity za sekundu (Mbps), gigabity za sekundu (Gbps) atď.

Priepustnosť komunikačnej linky závisí nielen od jej charakteristík, ako je amplitúdovo-frekvenčná charakteristika, ale aj od spektra prenášaných signálov. Ak významné harmonické signály spadajú do šírky pásma linky, potom bude takýto signál touto komunikačnou linkou dobre prenášaný a prijímač bude schopný správne rozpoznať informácie vysielané cez linku vysielačom (obr. 1.2a). . Ak výrazné harmonické presahujú šírku pásma komunikačného vedenia, potom bude signál výrazne skreslený, prijímač bude robiť chyby pri rozpoznávaní informácií, čo znamená, že informácie nebude možné prenášať s danou šírkou pásma (obr. 1.2b). .

Ryža. 1.2. Súlad medzi šírkou pásma komunikačnej linky a spektrom signálu

Volba metódy na reprezentáciu diskrétnych informácií vo forme signálov aplikovaných na komunikačnú linku sa nazýva fyzické alebo kódovanie riadkov. Spektrum signálov a podľa toho aj šírka pásma závisí od zvolenej metódy kódovania. Takže pre jednu metódu kódovania môže mať linka jednu kapacitu a pre inú - inú.

Väčšina metód kódovania využíva zmenu niektorého parametra periodického signálu – frekvencie, amplitúdy a fázy sínusoidy alebo znamienka potenciálu sledu impulzov. Periodický signál, ktorého parametre sa menia, sa nazýva nosný signál alebo nosná frekvencia, ak sa ako takýto signál použije sínusoida.

Meria sa počet zmien v informačnom parametri nosného periodického signálu za sekundu baud. Časový úsek medzi susednými zmenami informačného signálu sa nazýva hodinový cyklus vysielača. Šírka pásma linky v bitoch za sekundu vo všeobecnosti nie je rovnaká ako počet prenosov. Môže byť vyššia alebo nižšia ako prenosová rýchlosť a tento pomer závisí od spôsobu kódovania.

Ak má signál viac ako dva odlišné stavy, priepustnosť v bitoch za sekundu bude vyššia ako prenosová rýchlosť. Napríklad, ak sú informačné parametre fáza a amplitúda sínusoidy a 4 fázové stavy 0,90, 180 a 270 stupňov a dve hodnoty amplitúdy signálu sa líšia, potom môže mať informačný signál 8 rozlíšiteľných stavov. V tomto prípade modem pracujúci s rýchlosťou 2400 baudov (s taktovacou frekvenciou 2400 Hz) prenáša informácie rýchlosťou 7200 bps, pretože pri jednej zmene signálu sa prenesú 3 bity informácií.

Na šírku pásma linky má vplyv nielen fyzické, ale aj logické kódovanie. Logické kódovanie sa vykonáva pred fyzickým kódovaním a zahŕňa nahradenie bitov pôvodnej informácie novou bitovou sekvenciou, ktorá nesie rovnakú informáciu, ale má ďalšie vlastnosti, ako je schopnosť prijímacej strany detekovať chyby v prijatých dátach. Pri logickom kódovaní je najčastejšie pôvodná bitová sekvencia nahradená dlhšou sekvenciou, takže priepustnosť kanála vo vzťahu k užitočným informáciám je znížená.

Vzťah medzi kapacitou linky a jej šírkou pásma

Čím vyššia je frekvencia nosného periodického signálu, tým viac informácií za jednotku času sa prenesie cez linku a tým vyššia je kapacita linky s pevnou metódou fyzického kódovania. So zvýšením frekvencie periodického nosného signálu sa však zväčšuje aj šírka spektra tohto signálu, čo celkovo poskytne sekvenciu signálov vybraných na fyzické kódovanie. Linka prenáša toto spektrum sínusoidov s tými skresleniami, ktoré sú určené jej šírkou pásma. Čím väčší je nesúlad medzi šírkou pásma linky a šírkou pásma prenášaných informačných signálov, tým viac sú signály skreslené a tým pravdepodobnejšie sú chyby pri rozpoznávaní informácií prijímajúcou stranou, čo znamená, že rýchlosť prenosu informácií sa v skutočnosti mení. menej, ako sa očakávalo.

Vzťah medzi šírkou pásma linky a jej maximálna možná priepustnosť, bez ohľadu na akceptovanú metódu fyzického kódovania, Claude Shannon stanovil:

С = F log2 (1 + Рс/Рsh),

kde C je maximálna priepustnosť linky v bitoch za sekundu,
F - šírka pásma linky v hertzoch,
Рс - výkon signálu,
Rsh - sila hluku.

Zvýšiť kapacitu linky je možné zvýšením výkonu vysielača alebo znížením výkonu šumu (interferencie) na komunikačnej linke. Obe tieto zložky sa menia len veľmi ťažko. Zvýšenie výkonu vysielača vedie k výraznému zvýšeniu jeho veľkosti a nákladov. Zníženie hladiny hluku vyžaduje použitie špeciálnych káblov s dobrými ochrannými štítmi, čo je veľmi nákladné, ako aj zníženie šumu vo vysielači a medzizariadeniach, čo nie je jednoduché dosiahnuť. Okrem toho vplyv výkonov užitočného signálu a šumu na priepustnosť je obmedzený logaritmickou závislosťou, ktorá ani zďaleka nerastie tak rýchlo ako priamo úmerná závislosť.

Shannonovmu vzorcu je v podstate blízky nasledujúci vzťah získaný Nyquistom, ktorý tiež určuje maximálnu možnú priepustnosť komunikačnej linky, ale bez zohľadnenia šumu na linke:

C = 2F log2 M,

kde M je počet rozlíšiteľných stavov parametra informácie.

Aj keď Nyquistov vzorec vyslovene nezohľadňuje prítomnosť šumu, jeho vplyv sa nepriamo prejavuje vo voľbe počtu stavov informačného signálu. Počet možných stavov signálu je v skutočnosti obmedzený pomerom výkonu signálu k šumu a Nyquistov vzorec určuje maximálnu rýchlosť prenosu dát v prípade, že počet stavov už bol zvolený s prihliadnutím na možnosti stabilného rozpoznávania prijímačom. .

Uvedené pomery udávajú hraničnú hodnotu kapacity linky a miera priblíženia sa k tejto hranici závisí od konkrétnych metód fyzického kódovania diskutovaných nižšie.

Odolnosť voči šumu linky

Odolnosť voči šumu linky určuje jeho schopnosť znižovať úroveň rušenia vznikajúceho vo vonkajšom prostredí na vnútorných vodičoch. Odolnosť vedenia voči rušeniu závisí od typu použitého fyzického média, ako aj od prostriedkov tienenia a odrušenia samotného vedenia.

Presluchy na blízkom konci (Near End Cross Talk - NEXT) určiť odolnosť kábla voči rušeniu voči vnútorným zdrojom rušenia, keď elektromagnetické pole signálu prenášaného výstupom vysielača cez jeden pár vodičov indukuje rušivý signál na druhom páre vodičov. Ak je prijímač pripojený k druhému páru, potom môže brať indukovaný vnútorný šum ako užitočný signál. Indikátor NEXT, vyjadrený v decibeloch, sa rovná 10 log Pout/Pnav, kde Pout je výkon výstupného signálu, Pnav je výkon indukovaného signálu. Čím menšia hodnota NEXT, tým lepší kábel.

Vzhľadom na to, že niektoré nové technológie využívajú prenos dát súčasne cez niekoľko krútených párov, v poslednej dobe sa používa indikátor PowerSUM, čo je modifikácia indikátora NEXT. Tento indikátor odráža celkový výkon presluchov zo všetkých vysielacích párov v kábli.

Spoľahlivosť prenosu dát

Spoľahlivosť prenosu dát charakterizuje pravdepodobnosť skreslenia pre každý prenášaný dátový bit. Niekedy sa tento indikátor nazýva bitová chybovosť (Bit Error Rate, BER). Hodnota BER pre komunikačné kanály bez dodatočnej ochrany proti chybám je spravidla 1, v komunikačných linkách z optických vlákien - 10-9. Hodnota spoľahlivosti prenosu dát napríklad 10-4 naznačuje, že v priemere z 10 000 bitov je hodnota jedného bitu skreslená.

Bitové skreslenie sa vyskytuje ako v dôsledku prítomnosti šumu na linke, tak aj v dôsledku skreslenia tvaru vlny obmedzenou šírkou pásma linky. Pre zvýšenie spoľahlivosti prenášaných dát je preto potrebné zvýšiť stupeň odolnosti linky voči šumu, znížiť úroveň presluchov v kábli a tiež použiť viac širokopásmových komunikačných liniek.

2.3. Štandardy sieťovej kabeláže

Kábel je pomerne zložitý produkt pozostávajúci z vodičov, vrstiev tienenia a izolácie. V niektorých prípadoch kábel obsahuje konektory, pomocou ktorých sú káble pripojené k zariadeniu. Okrem toho sa na zabezpečenie rýchleho prepínania káblov a zariadení používajú rôzne elektromechanické zariadenia, nazývané prierezy, krížové boxy alebo skrine. Počítačové siete používajú káble, ktoré spĺňajú určité normy, čo umožňuje zostaviť sieťový káblový systém z káblov a spojovacích zariadení od rôznych výrobcov. Štandardizácia káblov zvolila prístup nezávislý od protokolu. To znamená, že norma špecifikuje iba elektrické, optické a mechanické vlastnosti, ktoré musí spĺňať konkrétny typ kábla alebo spojovacieho výrobku.

Normy káblov špecifikujú pomerne veľa charakteristík, z ktorých najdôležitejšie sú uvedené nižšie.

· Útlm. Útlm sa meria v decibeloch na meter pre určitú frekvenciu alebo frekvenčný rozsah signálu.

· Presluchy na blízkom konci (Near End Cross Talk, NEXT). Merané v decibeloch pre konkrétnu frekvenciu signálu.

· Impedancia (vlnová impedancia)- ide o celkový (aktívny a jalový) odpor v elektrickom obvode. Impedancia sa meria v ohmoch a je relatívne konštantnou hodnotou pre káblové systémy.

· Aktívny odpor je odpor priamy prúd v elektrickom obvode. Na rozdiel od impedancie je odpor nezávislý od frekvencie a zvyšuje sa s dĺžkou kábla.

· Kapacita je vlastnosťou kovových vodičov uchovávať energiu. Dva elektrické vodiče v kábli, oddelené dielektrikom, sú kondenzátor schopný akumulovať náboj. Kapacita je nežiaduca veličina.

· Úroveň vonkajšieho elektromagnetického žiarenia alebo elektrického šumu. Elektrický šum je nežiaduce striedavé napätie vo vodiči. Existujú dva typy elektrického šumu: šum pozadia a impulzný šum. Elektrický šum sa meria v milivoltoch.

· Priemer vodiča alebo plocha prierezu. U medených vodičov je to celkom bežné americký systém AWG (American Wire Gauge), ktorý zavádza niektoré podmienené typy vodičov, ako napríklad 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Čím väčšie je číslo typu vodiča, tým menší je jeho priemer.

Súčasné štandardy sa zameriavajú na krútenú dvojlinku a káble z optických vlákien.

Netienené krútené dvojlinky

Medený netienený UTP kábel je rozdelený do 5 kategórií (Kategória 1 - Kategória 5) v závislosti od elektrických a mechanických vlastností. Najčastejšie používané kategórie sú uvedené nižšie.

Káble kategória 1 sa používajú tam, kde sú požiadavky na prenosovú rýchlosť minimálne. Zvyčajne ide o kábel na digitálny a analógový prenos hlasu a nízkorýchlostný (do 20 Kbps) dátový prenos. Do roku 1983 to bol hlavný typ kábla pre telefónne vedenie.

Káble kategória 3 boli štandardizované v roku 1991, keď boli vyvinuté Štandard telekomunikačnej kabeláže pre komerčné budovy(EIA-568), ktorý definoval elektrické charakteristiky káblov kategórie 3 pre frekvencie do 16 MHz, podporujúce aplikácie vysokorýchlostných sietí. Kábel kategórie 3 je určený na prenos dát aj hlasu. Rozstup drôtu je približne 3 otáčky na stopu (30,5 cm).

Káble kategória 5 boli špeciálne navrhnuté na podporu vysokorýchlostných protokolov. Ich charakteristiky sú určené v rozsahu do 100 MHz. Tento kábel podporuje protokoly 100 Mbps - FDDI (s fyzickým štandardom TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, ako aj rýchlejšie protokoly - ATM pri 155 Mbps a Gigabit Ethernet pri 1000 Mbps.

Všetky UTP káble, bez ohľadu na ich kategóriu, sú dostupné v 4-párovej konfigurácii. Každý zo štyroch párov káblov má špecifickú farbu a rozstup krútenia. Zvyčajne dva páry slúžia na prenos dát a dva na prenos hlasu.

Káble sa pripájajú k zariadeniu pomocou zástrčiek a zásuviek RJ-45, čo sú 8-kolíkové konektory podobné bežným telefónnym konektorom RJ-11.

Tienené krútené dvojlinky

Tienený krútený párový kábel STP dobre chráni prenášané signály pred vonkajším rušením a tiež vyžaruje menej elektromagnetických vĺn smerom von. Prítomnosť uzemneného štítu zvyšuje náklady na kábel a komplikuje jeho kladenie. Tienený kábel sa používa len na prenos dát.

Hlavným štandardom, ktorý definuje parametre tieneného krúteného párového kábla, je patentovaný štandard IBM. V tejto norme nie sú káble rozdelené do kategórií, ale do typov: Typ I, Typ 2, ..., Typ 9.

Hlavným typom tieneného kábla je kábel IBM Type 1. Pozostáva z 2 párov točených drôtov tienených vodivým opletením, ktoré je uzemnené. Elektrické parametre Typ kábla 1 je zhruba ekvivalentný káblu UTP kategórie 5. Kábel typu 1 má však charakteristickú impedanciu 150 ohmov.

Nie všetky štandardné typy káblov IBM sú tienené káble – niektoré špecifikujú charakteristiky netieneného telefónneho kábla (Typ 3) a kábla z optických vlákien (Typ 5).

Káble z optických vlákien

Káble z optických vlákien pozostávajú z centrálneho svetelného vodiča (jadra) - skleneného vlákna obklopeného ďalšou vrstvou skla - plášťom s nižším indexom lomu ako jadro. Lúče svetla, ktoré sa šíria cez jadro, neprekračujú jeho hranice a odrážajú sa od krycej vrstvy obalu. V závislosti od rozloženia indexu lomu a od veľkosti priemeru jadra existujú:

multimódové vlákno so stupňovitou zmenou indexu lomu (obr. 1.3a);

multimódové vlákno s plynulou zmenou indexu lomu (obr. 1.36);

jednovidové vlákno (obr. 1.3c).

Pojem "režim" popisuje spôsob šírenia svetelných lúčov vo vnútornom jadre kábla. V jednovidovom kábli (Single Mode Fiber, SMF) používa sa centrálny vodič veľmi malého priemeru, úmerný vlnovej dĺžke svetla - od 5 do 10 mikrónov. V tomto prípade sa takmer všetky svetelné lúče šíria pozdĺž optickej osi vlákna bez toho, aby sa odrážali od vonkajšieho vodiča. Šírka pásma jednovidového kábla je veľmi široká – až stovky gigahertzov na kilometer. Výroba jemných kvalitných vlákien pre jednovidový kábel je náročná úloha. technologický postup, čo robí kábel s jedným režimom dosť drahým. Okrem toho je dosť ťažké nasmerovať lúč svetla do vlákna takého malého priemeru bez straty významnej časti jeho energie.

Ryža. 1.3 . Druhy optických káblov

IN multimode káble (Multi Mode Fiber, MMF) používajú sa širšie vnútorné jadrá, ktoré sú technologicky jednoduchšie na výrobu. Normy definujú dva najbežnejšie multimódové káble: 62,5/125 µm a 50/125 µm, kde 62,5 µm alebo 50 µm je priemer stredového vodiča a 125 µm je priemer vonkajšieho vodiča.

V multimódových kábloch je vo vnútornom vodiči súčasne niekoľko svetelných lúčov, ktoré sa od vonkajšieho vodiča odrážajú v rôznych uhloch. Uhol odrazu lúča sa nazýva režim lúča. V multimódových kábloch s plynulou zmenou indexu lomu je spôsob šírenia každého módu zložitejší.

Multimode káble majú užšiu šírku pásma – od 500 do 800 MHz/km. K zúženiu pásma dochádza v dôsledku straty svetelnej energie pri odrazoch, ako aj v dôsledku interferencie lúčov rôznych režimov.

Ako zdroje vyžarovania svetla v optických kábloch sa používajú:

· LED diódy;

polovodičové lasery.

Pri jednovidových kábloch sa používajú len polovodičové lasery, keďže pri tak malom priemere optického vlákna sa svetelný tok vytvorený LED nedá bez veľkých strát nasmerovať do vlákna. Pre viacrežimové káble sa používajú lacnejšie LED žiariče.

Na prenos informácií sa používa svetlo s vlnovou dĺžkou 1550 nm (1,55 mikrónu), 1300 nm (1,3 mikrónu) a 850 nm (0,85 mikrónu). LED diódy môžu vyžarovať svetlo s vlnovou dĺžkou 850 nm a 1300 nm. 850nm žiariče sú podstatne lacnejšie ako 1300nm žiariče, ale šírka pásma kábla pre 850nm je užšia, napr. 200MHz/km namiesto 500MHz/km.

Laserové žiariče pracujú pri vlnových dĺžkach 1300 a 1550 nm. Rýchlosť moderných laserov umožňuje modulovať svetelný tok s frekvenciami 10 GHz a vyššími. Laserové žiariče vytvárajú koherentný lúč svetla, vďaka čomu sú straty v optických vláknach menšie ako pri použití nekoherentného lúča LED.

Použitie len niekoľkých vlnových dĺžok na prenos informácií v optických vláknach je spojené so zvláštnosťou ich amplitúdovo-frekvenčných charakteristík. Práve pre tieto diskrétne vlnové dĺžky sú pozorované výrazné maximá prenosu signálu, zatiaľ čo pre iné vlnové dĺžky je útlm vo vláknach oveľa vyšší.

Optické káble sú k zariadeniu pripojené pomocou konektorov MIC, ST a SC.

Káble z optických vlákien majú vynikajúce vlastnosti všetkých typov: elektromagnetické, mechanické, ale majú jednu vážnu nevýhodu - obtiažnosť spájania vlákien do konektorov a navzájom, ak je potrebné zväčšiť dĺžku kábla. Pripojenie optického vlákna ku konektoru vyžaduje vysoko presné rezanie vlákna v rovine striktne kolmej na os vlákna, ako aj vytvorenie spojenia pomocou komplexnej operácie lepenia.