Линии связи их основные компоненты и характеристики кратко

Обновлено: 05.07.2024

Основные виды линий связи делятся на проводные и беспроводные. В проводных линиях связи физическая среда, по которой распространяются сигналы, образует механическую связь между приемником и передатчиком. Беспроводные линии связи характеризуются тем, что отсутствует какая-либо механическая связь между передатчиком и приемником, а носителем информации являются электромагнитные волны, которые распространяются в окружающей среде.

Проводные линии связи

По конструктивным признакам проводные линии делятся на:

воздушные, которые представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оболочек, проложенные между столбами и весящие в воздухе;
кабельные, которые состоят из проводников, заключенных, как правило, в несколько слоев изоляции.

По воздушным линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются для передачи компьютерных данных. Скоростные характеристики и помехозащищенность этих линий оставляют желать лучшего. Проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные электрические линии связи делятся на три основных вида: кабель на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальный кабель с медной жилой, также волоконно-оптический кабель.

Скрученная пара проводов называется витой парой [twisted pair]. Провода скручиваются для устранения взаимного влияния между электрическими токами в проводниках. Витая пара существует в экранированном варианте [Shielded Twisted Pair, STP], когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированная [Unshielded Twisted Pair, UTP], когда изоляционная оболочка отсутствует. Одна или несколько витых пар сводятся в кабели, имеющие защитную оболочку.

Неэкранированная витая пара имеет широкий спектр применения. Она используется как в телефонных, так и в компьютерных сетях. В настоящее время кабель UTP является популярной средой для передачи информации на короткие расстояния [около 100 метров] Кабели на основе витой пары в зависимости от электрических и механических характеристик делятся на 5 категорий. В компьютерных сетях широко применяются кабели 3 и 5 категорий, которые описаны в американском стандарте EIA/TIA-568А.

Кабель категории 3 предназначен для низкоскоростной передачи данных. Для него определяется затухание на частоте 16 МГц и должно быть не ниже 13.1 дБ при длине кабеля 100 метров. Кабель на витой паре категории 5 характеризуется затуханием не ниже 22 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля не более 100 метров. Частота 100 МГц выбрана потому, что кабель этой категории предназначен для высокоскоростной передачи данных, сигналы которых имеют значимые гармоники с частотой примерно 100 МГц.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар имеет определенный цвет и шаг скрутки. К достоинствам кабеля UTP можно отнести:

гибкость кабеля, благодаря которой упрощается монтаж линии связи;
низкую стоимость при достаточно высокой пропускной способности [до 1 Гбит/с].

Недостатками неэкранированного кабеля на витой паре являются:

низкая помехозащищенность;
жесткое ограничение длинны кабеля [100 -135 м].

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне. Однако, наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует его качественного заземления. Кабель STP применяют в основном для передачи дискретной информации, а голос по нему не передают.

Основным стандартом, определяющим параметры STP, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы. Тип 1 примерно совпадает по характеристикам с UTP категории 5. Он состоит из 2-х пар скрученных медных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Кабель IBM тип 2 представляет собой кабель первого типа с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса. Не все типы стандарта IBM относятся к STP.

Коаксиальный кабель состоит из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки. За счет такой конструкции коаксиальный кабель меньше подвержен внешним электромагнитным воздействиям, поэтому возможно его использование на более высоких скоростях передачи данных. Кроме этого, данные кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением электрического сигнала, что позволяет передавать информацию на достаточно большие расстояния. Полоса пропускания коаксиального кабеля может составлять более 1 ГГц/км, а затухание - менее 20 дБ/км на частоте 1 ГГц.

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных. В локальных компьютерных сетях используются кабели двух типов: тонкий коаксиальный кабель и толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель имеет внешний диаметр около 5 мм , а диаметр центрального медного провода составляет 0.89 мм. Данный кабель предназначен для передачи сигналов со спектром до 10 МГц на расстояние до 185 метров.

Толстый коаксиальный кабель имеет внешний диаметр около 10 мм , а диаметр центрального медного провода составляет 2.17 мм. Данный кабель предназначен для передачи сигналов со спектром до 10 МГц на расстояние до 500 метров.

Тонкий коаксиальный кабель обладает худшими механическими и электрическими характеристиками по сравнению с толстым коаксиальным кабелем, зато за счет своей гибкости более удобен при монтаже.

Коаксиальный кабель в несколько раз дороже кабеля на витой паре, а по характеристикам уступает, в частности, оптоволоконному кабелю, поэтому он все реже используется при построении коммуникационной системы компьютерных сетей.

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света [сердцевины] - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от оболочки. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;
многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;
одномодовое волокно.

В одномодовом кабеле [Single Mode Fiber, SMF] используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длинной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи распространяются вдоль оптической оси сердцевины, не отражаясь от оболочки. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая - до сотен гигагерц на километр. Изготовления тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает кабель достаточно дорогим.

В многомодовых кабелях [Multi Mode Fiber, MMF] используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62.5/125 мкм и 50/125 мкм, 62.5 мкм или 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника. Угол отражения проводника называется модой луча. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания - от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

Светодиоды могут излучать свет с длинной волны 0.85 и 1.3 мкм. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, недостаток их состоит в сложности и высокой стоимости монтажных работ.

Беспроводные линии связи

В таблице приведены сведения о диапазонах электромагнитных колебаний, используемых в беспроводных каналах связи.

Диапазон	Длины волн, м	Частоты, ГГц	Применение
Дециметровый	1. 0,1	0,3. 3	Сотовые радиотелефоны, телевиденье, спутниковая связь, радиоканалы в локальных компьютерных сетях.
Сантиметровый	0,1. 0,01	3. 30	Радиорелейные линии, радиоканалы в локальных компьютерных сетях, спутниковая связь.
Миллиметровый	0,01. 0,001	30. 300	Радиоканалы в локальных компьютерных сетях.
Инфракрасный	0,001. 7,5*10-7	3102. 4105	Инфракрасные каналы связи.
Видимый свет	7,510-7. 4,010-7	4,0105. 7,5105	Лазерная связь.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Радиоволнами называются электромагнитные колебания с частотой f меньше 6000 ГГц [с длинной волны l больше 100 мкм]. Связь между длинной волны и частотой дается выражением

f = c/lambda где с = 3*10 8 м/с - скорость света в вакууме.

Для передачи информации радиосвязь используется прежде всего тогда, когда кабельная связь невозможна - например:

при прохождении канала через малонаселенную или трудно доступную местность;
для связи с мобильными абонентами такими, как шофер такси, врач скорой помощи.

Основным недостатком радиосвязи является ее слабая помехозащищенность. Это прежде всего относится к низкочастотным диапазонам радиоволн. Чем выше рабочая частота, тем больше емкость [число каналов] системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами. Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов. Однако, радиоволны с частотой превышающей 30 ГГц работоспособны для расстояний не более или порядка 5 км из-за поглощения радиоволн в атмосфере.

Для передачи на большие расстояния используется цепочка радиорелейных [ретрансляционных] станций, отстоящих друг от друга на расстояние до 40 км. Каждая станция имеет вышку с приемником и передатчиком радиоволн, получает сигнал, усиливает его и передает на следующую станцию. Для увеличения мощности сигнала и снижения влияния помех применяют направленные антенны.

Спутниковая связь отличается от радиорелейной тем, что в качестве ретранслятора выступает искусственный спутник Земли. Этот вид связи обеспечивает более высокое качество передаваемой информации так, как требует меньшего количества промежуточных узлов на пути передачи информации. Часто применяют комбинацию радиорелейной связи со спутниковой.

Инфракрасное излучение и излучение в миллиметровом диапазоне используется на небольших расстояниях в блоках дистанционного управления. Основной недостаток излучения в этом диапазоне - оно не проходит через преграду. Этот недостаток одновременно является преимуществом когда излучение в одной комнате не интерферирует с излучением в другой. На эту частоту не надо получать разрешения. Это прекрасный канал для передачи данных внутри помещений.

Видимый диапазон также используется для передачи. Обычно источником света является лазер. Когерентное излучение легко фокусируется. Однако, дождь или туман портят дело. Передачу способно испортить даже конвекционные потоки на крыше, возникающие в жаркий день.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема занятия:
Линии связи, их основные компоненты и характеристики. Локальные и глобальные сети.

1. Выберите правильный ответ. Устройство, которое не относится к устройствам ввода информации:
джойстик;
графический планшет;
клавиатура;
графопостроитель;
мышь.

4. Выберите правильный ответ. Программой электронных таблиц является
Лексикон;
Windows;
MS Word;
MS Excel;
MS Access.
5. Выберите правильный ответ. - Устройство, предназначенное для передачи информации по телефонным каналам связи:
модем
принтер
буфер
сканер
6. Выберите правильный ответ. Деятельность пользователя, которая может привести к заражению компьютерными вирусами:
работа с файлами
форматирование дискеты
выключение компьютера
печать на принтере
работа в сети Интернет.

Способы передачи
информации
дискета
компакт-диск
винчестер
компьютерные
сети
флэш-карта

Компьютерная сеть — система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации.

Схемы соединения компьютеров в сети

Простейшая компьютерная сеть

Простое последовательное соединение

Последовательное соединение кольцом

Последовательное соединение по общей шине

Топология сети – это схема соединения компьютеров в сети.

Простейшая компьютерная сеть
Простота (+)
Низкая скорость передачи (-)

Простое последовательное соединение

Разрыв в последовательном соединении

Последовательное соединение кольцом

Разрыв в соединении кольцом

Последовательное соединение по общей шине

Разрыв в соединении по общей шине

Разрыв шины в соединении по общей шине

Разрыв в соединении “Звезда”

Виды сетевых топологий

Сервер – это компьютер, предоставляющий услуги
другим компьютерам сети.

При помощи сервера происходит распределение доступа различных пользователей к компьютерам сети и распределение других ресурсов сети.
Остальные компьютеры называются рабочими станциями.

Сеть с выделенным сервером с соединением по общей шине

Простая сеть с одним концентратором
ХХХ ХХХ ХХХ

Сеть с двумя концентраторами

ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ

Оборудование компьютерных сетей

Простая сеть с одним концентратором
ХХХ ХХХ ХХХ
200 м
концентратор

Сеть с двумя концентраторами

ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ

Коммутатор – это устройство для подключения концентраторов с целью создания разветвленной сети с множеством сегментов.

При помощи комбинации коммутатора и концентраторов можно строить сети любой сложности и конфигурации.

Сеть с двумя концентраторами и коммутатором
ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ

Принт-серверы – устройства для подключения принтера, доступного с любой рабочей станции.

ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ
ХХХ ХХХ ХХХ
ПРИНТ-СЕРВЕР

Назначение компьютерных сетей
совместный доступ к данным,
совместное использование оборудования.

Виды компьютерных сетей
Локальные сети
Глобальные сети

Примеры локальных сетей:
компьютерный класс,
сеть в учебном заведении,
игровой зал,
кассы аэропорта, ж/д вокзала и др.,
банковские системы и т.д.

Локальная компьютерная сеть –
это сеть, объединяющая компьютеры, расположенные на небольших расстояниях – внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга.

Глобальная компьютерная сеть -
это сеть, объединяющая компьютеры, находящиеся на больших территориях в масштабах региона, целой страны, группы стран или всего мира.

Виды компьютерных сетей
Локальные сети
Глобальные сети

Интернет – сеть, состоящая из двух или более взаимосвязанных сетей.

1. Выберите правильный ответ. Дистанционная передача данных с одного компьютера на другой является:
компьютерными телекоммуникациями
локальной сетью
обменом данных
программным интерфейсом

2. Выберите правильный ответ. Система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации является
компьютерной сетью
локальной сетью
обменом данных
программным интерфейсом

4. Выберите правильный ответ. Функции, выполняемые сервером
распределение доступа различных пользователей к компьютерам сети
создание и размещение Web-сайтов
редактирование программ
программирование
распределение ресурсов сети

5. Выберите правильный ответ. Компьютеры, которые подключены к серверу
рабочие станции
бытовые компьютеры
промышленные компьютеры

6. Выберите правильный ответ. Оборудование, которое входит в компьютерные сети
концентратор
коммутатор
принт-сервер
смеситель

8. Выберите правильный ответ. Компьютерная сеть, объединяющая компьютеры, которые находятся на больших территориях в масштабах региона, целой страны, группы стран или всего мира.
локальная
глобальная

Службы Интернета
Электронная почта
Телеконференции
Услуги поиска и сбора информации World Wide Web (WWW)

Тема урока: Линии связи, их основные компоненты и характеристики. Локальные и глобальные сети.

4. Выберите правильный ответ. Программой электронных таблиц является MS Excel 5. Выберите правильный ответ. - Устройство, предназначенное для передачи информации по телефонным каналам связи: Модем 6. Выберите правильный ответ. Деятельность пользователя, которая может привести к заражению компьютерными вирусами: работа с файлами; работа в сети Интернет.

Способы передачи информации дискета компакт-диск винчестер компьютерные сети флэш-карта

Компьютерная сеть — система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации. Компьютерная сеть — система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации.

Схемы соединения компьютеров в сети

Простейшая компьютерная сеть

Простое последовательное соединение

Последовательное соединение кольцом

Последовательное соединение по общей шине

Топология сети – это схема соединения компьютеров в сети. Топология сети – это схема соединения компьютеров в сети.

Простейшая компьютерная сеть Простота (+) Низкая скорость передачи (-)

Простое последовательное соединение

Разрыв в последовательном соединении

Последовательное соединение кольцом

Разрыв в соединении кольцом

Последовательное соединение по общей шине

Разрыв в соединении по общей шине

Разрыв шины в соединении по общей шине

Разрыв в соединении “Звезда”

Виды сетевых топологий простое Соединение Звездой кольцом по шине Последовательное

Сервер – это компьютер, предоставляющий услуги другим компьютерам сети. При помощи сервера происходит распределение доступа различных пользователей к компьютерам сети и распределение других ресурсов сети. Остальные компьютеры называются рабочими станциями.

Сеть с выделенным сервером с соединением по общей шине Сеть с выделенным сервером с соединением по общей шине

Простая сеть с одним концентратором ХХХ ХХХ ХХХ

Сеть с двумя концентраторами ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ

Оборудование компьютерных сетей

Простая сеть с одним концентратором ХХХ ХХХ ХХХ 200 м концентратор

Сеть с двумя концентраторами ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ

Коммутатор – это устройство для подключения концентраторов с целью создания разветвленной сети с множеством сегментов. Коммутатор – это устройство для подключения концентраторов с целью создания разветвленной сети с множеством сегментов. При помощи комбинации коммутатора и концентраторов можно строить сети любой сложности и конфигурации.

Сеть с двумя концентраторами и коммутатором ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ

Принт-серверы – устройства для подключения принтера, доступного с любой рабочей станции. Принт-серверы – устройства для подключения принтера, доступного с любой рабочей станции.

ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ХХХ ПРИНТ-СЕРВЕР

Назначение компьютерных сетей совместный доступ к данным, совместное использование оборудования.

Виды компьютерных сетей Локальные сети Глобальные сети

Примеры локальных сетей: Примеры локальных сетей: компьютерный класс, сеть в учебном заведении, игровой зал, кассы аэропорта, ж/д вокзала и др., банковские системы и т.д.

Локальная компьютерная сеть – Локальная компьютерная сеть – это сеть, объединяющая компьютеры, расположенные на небольших расстояниях – внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга.

Глобальная компьютерная сеть - Глобальная компьютерная сеть - это сеть, объединяющая компьютеры, находящиеся на больших территориях в масштабах региона, целой страны, группы стран или всего мира.

Виды компьютерных сетей Локальные сети Глобальные сети

Интернет – сеть, состоящая из двух или более взаимосвязанных сетей. Интернет – сеть, состоящая из двух или более взаимосвязанных сетей.

4. Выберите правильный ответ. Функции, выполняемые сервером 4. Выберите правильный ответ. Функции, выполняемые сервером распределение доступа различных пользователей к компьютерам сети; распределение других ресурсов сети. 5. Выберите правильный ответ. Компьютеры, которые подключены к серверу рабочие станции 6. Выберите правильный ответ. Оборудование, которое входит в компьютерные сети концентратор коммутатор принт-сервер

7. Выберите правильный ответ. Компьютерная сеть, объединяющая компьютеры, которые расположены на небольших расстояниях ( внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга). 7. Выберите правильный ответ. Компьютерная сеть, объединяющая компьютеры, которые расположены на небольших расстояниях ( внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга). локальная 8. Выберите правильный ответ. Компьютерная сеть, объединяющая компьютеры, которые находятся на больших территориях в масштабах региона, целой страны, группы стран или всего мира. глобальная

Службы Интернета Электронная почта Телеконференции Услуги поиска и сбора информации World Wide Web (WWW)

Линии связи, или линии передачи данных – это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи – это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных – это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить следующим образом:

· проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

· беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналов, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

Кабельные линии связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей:

2) коаксиальный кабель;

3) оптоволоконный кабель.

Витая пара (twisted pair) – кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку (рис. 8.2, а). Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP).

Рис. 8.2. Кабельные линии связи: а – витая пара; б – коаксиальный кабель;

в – оптоволоконный кабель

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) – это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (он состоит из медной оплетки или слоя алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией (рис. 8.2, б).

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5–6 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10–12 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон (рис. 8.2, в). На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество кабеля этого типа – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3 Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Беспроводные каналы передачи данных (радиоканалы наземной и спутниковой связи)

Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями – до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.

В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона[1] частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков мегабит в секунду.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

7. ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

7.1. Каналы связи

Линия связи, ( line ) (рис. 21) состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи является термин канал связи ( channel ).

Рис. 21. Состав линии связи

Физическая среда передачи данных ( medium ) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие (рис. 22):

· кабельные (медные и волоконно-оптические);

· радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Рис. 22. Типы линий связи

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий минимальна. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными .

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой ( twisted pair ). Витая пара существует в экранированном варианте ( Shielded Twistedpair , STP) и неэкранированном ( Unshielded TwistedPair , UTP). Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель ( coaxial ) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения — для локальных сетей, глобальных сетей, кабельного телевидения и т.п. Волоконно-оптический кабель ( opticalfiber ) состоит из тонких (5-60 мкм) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/ с и выше) и к тому же лучше других обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов каналов. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции ( Amplitude Modulation , AM), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция ( Frequency Modulation , FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves ). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и, для устойчивой связи, требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые, либо радиорелейные каналы.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. Спутниковые каналы и радиосвязь используются в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя — например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети.

Аппаратура передачи данных ( АПД или DCE — Data Circuit terminating Equipment ) непосредственно связывает компьютеры или локальные сети и является, таким образом, пограничным оборудованием. Примерами DCE являются модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN, оптические модемы, устройства подключения к цифровым каналам. Обычно DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, обобщенно носит название оконечное оборудование данных (ООД или DTE — Data Terminal Equipment ). Примером DTE могут служить компьютеры или маршрутизаторы локальных сетей. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности и решает две основные задачи:

улучшение качества сигнала;
создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на большие расстояния. Поэтому без усилителей сигналов, установленных через определенные расстояния, построить территориальную линию связи невозможно.

Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя. В действительности промежуточная аппаратура образует сложную сеть, которую называют первичной сетью, так как сама по себе она никаких высокоуровневых служб не поддерживает, а только служит основой для построения компьютерных, телефонных или иных сетей.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, обычно используется техника частотного мультиплексирования ( Frequency Division Multiplexing , FDM).

В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение. В цифровых каналах связи промежуточная аппаратура улучшает форму импульсов и обеспечивает их ресинхронизацию (то есть восстанавливает период их следования). Промежуточная аппаратура образования высокоскоростных цифровых каналов работает по принципу временного мультиплексирования каналов ( Time Division Multiplexing , TDM), когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот или квант) высокоскоростного канала.

К основным характеристикам линий связи относятся:

амплитудно-частотная характеристика;
полоса пропускания;
затухание;
помехоустойчивость;
перекрестные наводки на ближнем конце линии;
пропускная способность;
достоверность передачи данных;
удельная стоимость.

Основными являются пропускная способность и достоверность передачи данных. Они характеризуют как линии связи, так и способ передачи данных.

Из теории гармонического анализа известно, что любой периодический процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различных частот и различных амплитуд (рис. 23). Каждая синусоида называется также гармоникой, а набор всех гармоник называют спектральным разложением исходного сигнала. Непериодические сигналы можно представить интегралом синусоид с непрерывным спектром частот (от 0 до + ∞) (рис. 24).

Рис.23. Представление периодического сигнала суммой синусоид

Рис.24. Спектральное разложение идеального импульса

Искажение передающим каналом синусоиды какой-либо частоты приводит к искажению передаваемого сигнала любой формы, особенно если синусоиды различных частот искажаются неодинаково. В результате сигналы могут плохо распознаваться.

Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных . Так, медные провода всегда представляют собой некоторую комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки (это наиболее ярко проявляется в области высоких частот). Волоконно-оптический кабель также имеет отклонения, мешающие идеальному распространению света.

Кроме искажений сигналов, вносимых внутренними физическими параметрами линии связи, существуют и внешние помехи. Они создаются различными электрическими двигателями, электронными устройствами, атмосферными явлениями и т. д.

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается с помощью таких характеристик, как амплитудно-частотная характеристика и полоса пропускания.

Амплитудно-частотная характеристика (рис. 25) показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Рис. 25. Амплитудно-частотная характеристика

Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала для любого входного сигнала.

Полоса пропускания ( bandwidth ) - это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел (обычно 0,5). То есть определяет диапазон частот синусоидального сигнала, которые передаются без значительных искажений. Этот параметр зависит от типа лин ии и ее протяженности.

Пропускная способность ( throughput ) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду — бит/с, а также в производных единицах, таких как килобит секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д.

Пропускная способность линий связи и коммуникационного сетевого оборудования традиционно измеряется в битах в секунду, а не в байтах в секунду. Это связано с тем, что данные в сетях передаются последовательно. Такие единицы измерения, как килобит, мегабит или гигабит, в сетевых технологиях строго соответствуют степеням 10 (килобит - это 1000 бит, а мегабит - это 1 000 000 бит).

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком (рис. 26).

Рис. 26. Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала

Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодированием.

Теория информации говорит, что любое различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию. Так большинство способов кодирования используют изменение какого-либо параметра периодического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах ( baud ). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика. Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод, это соотношение зависит от способа кодирования.

На пропускную способность линии оказывает влияние не только физическое, но и логическое кодирование. Логическое кодирование выполняется до физического кодирования и подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей дополнительными свойствами. Другим примером логического кодирования может служить шифрация данных, обеспечивающая их конфиденциальность при передаче через общественные каналы связи.

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше информации в единицу времени передается по линии и тем выше пропускная способность линии при фиксированном способе физического кодирования. Однако с увеличением частоты периодического несущего сигнала увеличивается его ширина спектра. Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых информационных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации принимающей стороной, а значит, скорость передачи информации оказывается меньше.

Связь между полосой пропускания лин ии и ее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:

где С – максимальная пропускная способность линии, бит/с;

F – ширина полосы пропускания линии, Гц ;

Р_С – мощность сигнала;

Р_Ш – мощность шума.

Из этого соотношения видно, что хотя теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует. Однако повышение мощности передатчика ведет к значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в 2 раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Близким по сути к формуле Шеннона является соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи:

где М — количество различимых состояний информационного параметра.

Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Для повышения пропускной способности канала увеличивают это количество до значительных величин, но на практике оно ограничено из-за шума на линии.

Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутренних проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические линии.

Перекрестные наводки на ближнем конце ( Near End Cross Talk — NEXT) определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Показатель NEXT, выраженный в децибелах: , где Р_ВЫХ и Р_НАВ — мощность выходного и наведенного сигнала.

В связи с тем, что в некоторых новых технологиях используется передача данных одновременно по нескольким витым парам, в последнее время стал применяться показатель PowerSUM , являющийся модификацией показателя NEXT. Этот показатель отражает суммарную мощность перекрестных наводок от всех передающих пар в кабеле.

Достоверность передачи данных или интенсивность битовых ошибок ( Bit Error Rate , BER) характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Величина BER для каналов связи составляет, как правило, 10 -4 -10 -6 , в оптоволоконных линиях связи — 10 -9 . Значение достоверности передачи данных, например, в 10 -4 говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.

Читайте также: