Какие линии связи имеют высокую пропускную способность и помехозащищенность

Кабельные линии связи

В данной статье мы устройство кабельных линий связи используемых в вычислительных сетях.

Наиболее часто в компьютерных сетях применяются кабельные соединения, выступающее в качестве среды электрических или оптических сигналов между компьютерами и другими сетевыми устройствами. При этом используются следующие типы кабеля:

коаксиальный кабель (coaxial cable);
витая пара (twisted pair);
волоконно-оптический или оптоволоконный кабель (fiber optic).

Кабель — это изделие, состоящее из проводников, слоев экрана и изоляции. В некоторых случаях в состав кабеля входят разъемы, с помощью которых кабели присоединяются к оборудованию.

Важнейшие характеристики:

Коэффициент затухания, дБ/км — зависит от свойств материалов проводников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопротивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затухания зависит также от геометрических размеров проводников.
Скорость распространения, км/мс — с ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле.
Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT);
Волновое сопротивление (импеданс) (Ом) — сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление симметричного кабеля зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля.
Активное сопротивление — это сопротивление постоянному току в электрической цепи. В отличие от импеданса активное сопротивление не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля.
Емкость — это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два электрических проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, поэтому следует стремиться к тому, чтобы она была как можно меньше (иногда применяют термин «паразитная емкость»).Высокое значение емкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии.
Электрический шум -это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Электрический шум бывает двух типов: фоновый и импульсный. Электрический шум можно также разделить на низко-, средне- и высокочастотный. Источниками фонового электрического шума в диапазоне до 150 кГц являются линии электропередачи, телефоны и лампы дневного света; в диапазоне от 150 кГц до 20 МГц -компьютеры, принтеры, ксероксы; в диапазоне от 20 МГц до 1 ГГц — телевизионные и радиопередатчики, микроволновые печи. Основными источниками импульсного электрического шума являются моторы, переключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в милливольтах.
Диаметр или площадь сечения проводника.

Коаксиальные кабели

Еще пятнадцать-двадцать лет назад при создании сетей в основном применялся именно коаксиальный кабель, состоящее из передающего сигнала медной или алюминиевой жилы, слоя изоляции, экранирующей оплетки из медных проводов или алюминиевой фольги и защитной внешней обмотки.

Для передачи сигнала в коаксиальном кабеле использовалась центральная жила, тогда как оплетка заземлялась, выступая в роли «электрического нуля».

Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля:

RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;
RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2:
RG-58/U — сплошной центральный проводник,
RG-58A/U — многожильный центральный проводник,
RG-58C/U — военный кабель;
RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризуют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;
RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий, диаметром около 0,5см, позволяет передавать данные без затухания на расстояния до 185м (в реальных сетях даже до 300м).

Для подключения кабеля к сетевым устройствам применялись специальные разъемы типа BNC.

На концах отрезков кабеля монтировались простые BNC-коннекторы. Сращивание этих отрезков производили с помощью BNC I-коннекторов, а для соединения с сетевыми адаптерами и устройствами использовались BNCT-коннекторы.

Чтобы отраженный сигнал поглощался на концах кабеля, там устанавливали BNC-терминаторы, один из которых обязательно заземлялся.

Широкое распространение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля, было вызвано двумя обстоятельствами: дешевизной (особенно для сетей на тонком коаксиальном кабеле) – расходы на кабель и коннекторы были минимальными, а больше для небольших сетей ничего и не требовалось, и простотой – достаточно было проложить магистральный кабель, установить на его концах терминаторы и подключить к нему все компьютеры, — и сеть готова.

Кабели на основе витой пары

Витая пара (twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Цели скручивания проводников:

повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары);
уменьшения электромагнитных помех от внешних источников;
уменьшения взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

Виды кабелей на основе витой пары:

незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары;
фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна как F/UTP, присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;
незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair) — двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.

Категории кабелей на основе витой пары

Благодаря своей дешевизне, легкости в установке и универсальности может использоваться в большинстве сетевых технологий, не экранированная витая пара сейчас является самым распространенным типом кабеля, используемым при построении локальных сетей. Экранированная витая пара, несмотря на большую помехозащищенность, не получила широкого распространения из-за сложностей установке – требуется заботиться о заземлении, да и кабель по сравнению с не экранированной витой парой более жесткий.

Витая пара подключается к компьютеру и другим устройствам с помощью восьмиконтактного разъема 8P8C (8 Position 8 Contact). Этот коннектор похож на применяемых в телефонных линиях (коннектор RJ-11), только немного больше него и называется RJ-45.

Заделка кабеля «витая пара» в коннектор 8P8C выполняется в соответствии со стандартами EIA/TIA568A и 568B.

Заделка кабеля «витая пара» в коннектор 8P8C выполняется с помощью специального обжимного инструмента – кримпера.

Заметим, что кабели, применяемые для подключения компьютеров к концентраторам и коммутаторам, обжимаются с двух сторон одинаково, т.е. по одному и тому же стандарту. При этом получается так называемый прямой кабель. Однако для непосредственного соединения сетевых адаптеров компьютеров используется перекрестный кабель (“кросс-кабель”).

Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей:

большая пропускная способность;
малое затухание;
малые масса и габариты;
высокая помехозащищенность;
надежная техника безопасности;
практически отсутствующие взаимные влияния;
малая стоимость из-за отсутствия в конструкции цветных металлов.

В ВОЛС применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Напомним, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн 380. 760 нм. Практическое применение в ВОЛС получил инфракрасный диапазон, т.е. излучение с длиной волны более 760 нм. В оптическом волноводе может одновременно существовать несколько типов волн (мод). В зависимости от модовых характеристик оптическое волокно делится на два вида:

многомодовые

одномодовые

Волоконно-оптический кабель состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки

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

светодиоды;
полупроводниковые лазеры.

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

многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления. В ступенчатом оптоволокне могут возбуждаться и распространяться до тысячи мод с различным распределением по сечению и длине оптоволокна. Моды имеют различные оптические пути и, следовательно, различные времена распространения по оптоволокну, что приводит к уширению импульса света по мере его прохождения по оптоволокну. Это явление называется межмодовой дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по оптоволокну.
многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления. Отличается от ступенчатого тем, что показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние межмодовой дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т.д.
одномодовое волокно. В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км со скоростью до 2,5Гбит/с и выше без регенерации.

Для подключения оптического кабеля используются специальные коннекторы. Коннекторы SC и ST сегодня считаются устаревшими, поэтому в новом оборудовании чаще всего применяются разъемы для коннекторов FC.

ST и SC коннекторы имеют самую простую конструкцию, могут использоваться как в магистральных сетях, так и в патч кордах. В них используется механизм соединения «push-pull». К сожалению, их простата отрицательно сказывается на надежности.

FC-коннектор имеет более высокую надежность, так как имеет керамический наконечник и накидную гайку для фиксации разъема на оптическом порту. Это дает возможность использовать его не только в магистральных сетях, но даже в условиях высокой подвижности.

Монтаж коннекторов (заделка оптоволоконного кабеля в коннектор) довольно сложен и требует специального оборудования. Правда, в последнее время появились наборы, позволяющие заделывать такие коннекторы и в домашних условиях. Однако их использование требует точности и терпения, поскольку производится путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой тонкой шлифовкой.

По сравнению с электрическими кабелями оптоволокно обеспечивает непревзойденные параметры помехозащищенности и защиты передаваемого сигнала от перехвата. Кроме того, при его использовании данные удается передавать на существенно большие расстояния, да и теоретически возможные скорости передачи в оптоволокне намного выше.

Окна прозрачности оптоволокна

Окно прозрачности — диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне. Стандартное ступенчатое оптическое волокно SMF имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. К настоящему времени разработаны четвёртое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а так же оптические волокна, имеющие относительно хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Первоначально, в 70-х годах, системы волоконно-оптической связи использовали первое окно прозрачности, поскольку выпускаемые в то время GaAs-лазеры работали на длине волны 850 нм. В настоящее время этот диапазон из-за большого затухания используется только в локальных сетях.

В 80-х годах были разработаны лазеры на тройных и четверных гетероструктурах, способные работать на длине волны 1310 нм и второе окно прозрачности стало использоваться для дальней связи. Преимуществом данного диапазона явилась нулевая дисперсия на данной длине волны, что существенно уменьшало искажение оптических импульсов.

Третье окно прозрачности было освоено в начале 90-х годов. Преимуществом третьего окна является не только минимум потерь, но и тот факт, что на длину волны 1550 нм приходится рабочий диапазон волоконно-оптических эрбиевых усилители (EDFA). Данный тип усилителей, имея способность усиливать все частоты рабочей области, предопределил использование третьего окна прозрачности для систем со спектральным уплотнением (WDM).

Четвёртое окно прозрачности простирается до длины волны 1620 нм, увеличивая рабочий диапазон систем WDM.

Пятое окно прозрачности появилось в результате тщательной очистки оптического волокна от посторонних примесей. Таким образом, было получено оптическое волокно AllWave, имеющее малые потери во всей области от 1280 нм до 1650 нм.

Лекция 6. Линии связи

Линия связи — физическая среда и совокупность аппаратных средств для передачи и приема сигналов в ней. В зависимости от характера используемой физической среды линии связи делятся на радиолинии и направляющие системы. В радиолиниях физической средой является воздушное или космическое пространство, в направляющих системах – провода, стекловолокна или металлические трубы.

Радиолинии делятся на линии радиосвязи (ЛРС), радиорелейные линии (РРЛ) и спутниковые линии (СЛ).

Направляющие системы делятся на воздушные линии (ВЛ), кабельные линии (КЛ), волноводы (В) и световоды (С). Кабельные линии делятся на симметричные кабели (СК) и коаксиальные кабели (КК).

Полная классификация линий связи приведена на рис. 6.2.

Рис.6.2 Классификация линий связи.

Место линий связи вобобщенной структурной схеме системы электросвязи

показано на рис.6.2

Рис. 6.2 Обобщенная структурная схема системы электросвязи

Основные характеристики линий связи

Основной характеристикой линий связи является коэффициент ослабления [дБ/км], который показывает в децибелах насколько уменьшается абсолютный уровень мощности сигнала при прохождении одного километра

пути.

У радиолиний коэффициент ослабления зависит от направления и величины пройденного сигналом пути. Для направляющих систем коэффициент ослабления (в определенном частотном диапазоне) можно считать постоянным.

Минимальными значениями коэффициента ослабления обладают световоды, для них [дБ/км]= 0,2, для волноводов [дБ/км]= 2 – 3 и для медных кабелей [дБ/км]= 1 — 10.

Важной характеристикой является также полоса пропускания, под ней понимают диапазон частот электрических колебаний, проходящих через линию связи с минимальным ослаблением в [Гц].Минимальной полосой пропускания обладают воздушные линии связи, у них = 100 – 150 кГц. Максимальная полоса пропускания является достоинством световодов, = 100 — 1000 ТГц (террагерц).

Эквивалентом полосы пропускания для цифровых систем и линий телекоммуникаций часто выступает пропускная способность в битах в секунду [бит/с]. Она определяет максимальную скорость передачи r цифрового сигнала. Скорость передачи сигнала r и ширина полосы пропускания линии связаны между собой соотношением:

или

Таким образом,пропускной способности в 1 бит/с соответствует 2 Гц полосы пропускания.

Величина пропускной способности в 2 Мбит/с условно делит линии на узкополосные (например, симметричные кабели) и широкополосные (например, коаксиальные кабели и световоды).

Другой важнейшей характеристикой линий связи является чувствительность к шумам и соответственно высокий темп ошибок при передаче цифровых сигналов. Наибольшей чувствительностью к шумам и внешним воздействиям обладают симметричные пары. У коаксиального кабеля и стекловолокна чувствительность к шумам и внешним воздействиям на порядок меньше, что объясняется более удачной конструкцией. У радиолиний темп ошибок определяется условиями передачи: погодой, наличием препятствий в виде листвы и зданий. Основные характеристики линий связи приведены в таблице ниже.

Таблица 6.1.Основные характеристики линий связи

Имеются различия между линиями связи и по расположению полосы пропускания в общем диапазоне частот.

Медные линии связи (воздушные и кабельные) ведут себя как фильтры низких частот, т.е. пропускают с малым ослаблением только колебания низких частот.

Волноводы пропускают с малым ослаблением только колебания верхних частот, т.е. ведут себя как фильтры верхних частот.

Световоды и радиолинии ведут себя как полосовые фильтры, т.е. пропускают с малым ослаблением колебания в строго определенном диапазоне частот.

Направляющие системы

Направляющая система — линия связи, в которой сигналы распространяются вдоль искусственно создаваемой и непрерывной направляющей физической среды Направляющие системы делятся на воздушные линии (ВЛ), кабельные линии (КЛ), волноводы (В) и световоды (С). В простейшем случае это пара проводов, по которым распространяется электрический ток.

Если провода не имеют специального изолирующего покрытия, их разносят в воздушном пространстве на определенное расстояние и подвешивают на столбах.. По сложившейся терминологии такие направляющие системы называют воздушными линиями (ВЛ).

Использование воздушных линий в настоящее время сокращается из-за того, что они пропускают только низкочастотные сигналы и подвержены сильным влияниям климатических условий. Они применяются преимущественно в сельских сетях.

Рис. 6.3 Столбовая и стоечная (на крыше здания) опоры для воздушных линий.

Направляющие системы, образованные проводами с изоляционным покрытием и помещенные в специальную защитную оболочку, называются кабельными линиями (КЛ) или просто кабелями связи. По конструкции и взаимному расположению проводников однопарные кабели делят на симметричные (СК) и (несимметричные) коаксиальные (КК). Основными элементами кабелей являются пары медных проводов, каждая из которых образует физическую цепь для передачи сообщения. В симметричных кабелях пара образуется с помощью одинаковых по конструкции изолированных проводников. В парах коаксиального кабеля один из проводников сплошной и вложен внутрь другого, полого.

Возможности и область применения кабелей определяются шириной полосы пропускания и емкостью кабеля. Ёмкость кабеля определяется числом пар проводников, заключенных в общую оболочку. По условиям прокладки и эксплуатации различают подземные, подвесные и подводные кабели. Различные виды кабелей показаны на рис.6.4. Они используются в телекоммуникационных сетях, для связи компьютеров в локальных вычислительных сетях, в сетях радиовещания и телевизионного вещания.

Рис. 6.4 Кабели связи из медных проводов

Прогресс в развитии телекоммуникаций в значительной мере определяется созданием новых линий связи. На сегодняшний день наибольшие надежды возлагаются на волоконно-оптические линии связи. Именно их широкое применение позволит в ближайшие десятилетия решить проблему резкого увеличения пропускной способности линий связи. В волоконно–оптических линиях физическая цепь для передачи сообщений представлена двухслойным стеклянным волокном — световодом (С), рис. 6.5.

Рис. 6.5 Принцип распространения светового луча по волокну

Сигналы связи для передачи в световоде переносятся в оптический диапазон частот (сто террагерц). Принцип распространения светового луча вдоль стекловолокна показан на рисунке. Луч распространяется по сердцевине волокна за счет последовательного и полного отражения от её границы с оболочкой. Для этого коэффициент преломления света у сердцевины должен быть немного больше, чем у оболочки.

В оптическом кабеле стекловолокна свободно помещаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пластмассового или металлического сердечника.

Для защиты от внешних воздействий в кабеле предусмотрены оболочка и внешний покров.

Особенности и преимущества световодов перед другими линиями связи:

-Высокая емкость передачи. Стекловолокна имеют широкую полосу пропускания, они способны обеспечить высокую скорость передачи данных, вплоть до 50 Гбит/с.

-Низкая стоимость: Стоимость стекловолокна на порядок выше, чем стоимость симметричной пары, однако покрытие и защита его от внешних влияний обходятся на два порядка ниже.

— Устойчивость к внешним воздействиям: электромагнитные поля не оказывают влияния на световой сигнал внутри стекловолокна.

-Малые размеры и низкий вес: Стекловолокно выполняется из материала с низким весом, его диаметр составляет сотню микрон, в то время как диаметр медного провода порядка одного миллиметра.

— Неограниченные ресурсы материала: Кварц, используемый в стекловолокне, является наиболее распространенным материалом в мире.

— Низкий коэффициент ослабления: менее, чем 0,5 дБ/км. Он практически не зависит от скорости передачи данных.

Волновод (В) представляет собой полую металлическую трубу прямоугольного или круглого сечения, внутри которой могут распространяться электромагнитные волны определенной длины волны. Распространение волн вдоль оси волновода сопровождается их полным отражением от стенок волновода. Чтобы уменьшить возникающие при этом потери внутренние стенки волновода покрывают слоем хорошо проводящего металла.

Волноводы изготавливают секциями 2.5 и 5 метров, монтаж секций осуществляют с помощь специальных фланцев, укрепляемых болтами. Как и световоды, волноводы характеризуются низким ослаблением и широким диапазоном частот пропускаемых колебаний.

— Волновод представляет собой полую металлическую трубу прямоугольного

или круглого сечения.

— При частотах больше 1000 МГц электромагнитную энергию от передатчика к антенне передают по волноводам.

— Энергия внутрь волновода доставляется с помощью небольшого стержня или петли. Петля с помощью коаксиального кабеля соединяется с генератором колебаний высокой частоты.

— С другого конца волновода отводят энергию с помощью такого же стержня или петли.

Рис 6.7 Волноводы.

Радиолинии используют в качестве физической среды воздушное или космическое пространство. Они делятся на линии радиосвязи (ЛРС), радиорелейные линии (РРЛ) и спутниковые линии (СЛ).

Для использования радиолиний сигналы связи преобразуют в радиоволны, способные излучаться антеннами. Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания с частотами от 30 кГц до 300 ГГц, распространяющиеся в свободном пространстве.

В линии радиосвязи используются радиопередатчик и радиоприемник с антеннами. Подлежащий передаче сигнал преобразуется передатчиком в радиоволну, которая излучается в свободное пространство. Эта волна принимается антенной радиоприемника и преобразуется сначала в первичный сигнал, а затем в сообщение. Протяженность линии радиосвязи и возможное число сигналов, передаваемых по ней, зависят от многих факторов: диапазона передаваемых частот, атмосферных условий, технических данных передатчика, приемника и антенн.

Ценными качествами линий радиосвязи являются возможность быстрой организации и невысокая стоимость. Важным является и то, что линии радиосвязи используются для связи с любыми подвижными объектами, а также для связи их между собой.

Рис 6.7 Схемы наземных радиолиний

Радиолинии могут состоять из нескольких участков, в пределах которых осуществляется радиосвязь по рассмотренной схеме: передатчик – приемник. В этом случае сигналы, переданные из первого пункта, принимаются, усиливаются во втором и передаются в третий, от него в четвертый и так далее по цепочке. Такие радиолинии называются радиорелейными линиями. Частоты, используемые для радиорелейной связи (2-8 ГГц), распространяются, подобно лучам света, прямолинейно. Поэтому и станции должны находиться на расстоянии прямой видимости (40-60 км).

По таким линиям можно передавать одновременно несколько тысяч телефонных сигналов или несколько телевизионных программ. Достоинством РРЛ является быстрота сооружений, особенно в труднодоступных и необжитых местах.

Рис. 6.8 Спутниковая линия связи

Разновидностью радиорелейных линий являются спутниковые линии. Радиосигналы с земной передающей станции излучаются в направлении искусственного спутника Земли, где принимаются, усиливаются и вновь передаются в направлении земной принимающей станции, которая может находиться даже на другой половине земного шара. Таким образом, радиоаппаратура искусственного спутника Земли исполняет роль промежуточной станции радиорелейной линии, находящейся на большой высоте.

Контрольные вопросы:

1. Что называется линией связи?

2. Перечислите типы линий связи.

3. Каковы основные характеристики линий связи?

4. Укажите виды направляющих систем.

5. В чем заключается принцип распространения светового луча по стекловолокну?

6. Укажите виды радиолиний.

7. Каковы основные применения спутниковых линий связи?

Лекция 7. Системы передачи первичных сигналов

Структурная схема системы передачи первичных сигналов

Частотный способ разделения каналов

Временной способ разделения каналов

Основы передачи сигналов

Аппаратурные средства цифровых систем передачи

Структурная схема системы передачи первичных сигналов

Системой передачи называют совокупность технических устройств, с помощью которых осуществляется одновременная и независимая передача по одной линии связи множества сигналов из пункта А в пункт Б. Назначение систем передачи — эффективное использование линий связи, которые является наиболее дорогостоящим элементами электросвязи.

В рассмотренной ниже схеме система передачи представлена модуляторами, куда поступает множество сигналов от источников в пункте А и демодуляторами, откуда сигналы поступают к получателям в пункте Б. Передатчик, приемник и линия связи таким образом становятся общими средствами для источников и получателей сигналов, в то время как модулятор и демодулятор остаются для них индивидуальными. Множество модуляторов вместе с источниками сигналов в пункте А, а также множество

демодуляторов вместе с приемниками сигналов в пункте Б, показаны на схеме пунктирными линиями.

Пункт А Пункт Б

Рис.7.1 Структурная схема системы передачи сигналов

В линии связи организуют множество каналов так, чтобы для каждого первичного сигнала был свой индивидуальный канал — коридор. Различают два способа разделения каналов: частотное разделение каналов (ЧРК) и временное разделение каналов (ВРК).

ЧРК и ВРК могут использоваться в комбинации. Например, ЧРК может быть использовано для выделения нескольких частотных каналов, внутри каждого из них можно выделить с помощью ВРК несколько временных каналов для передачи низкоскоростных сигналов. По этому принципу работают

некоторые системы сотовой связи, в частности GSM (глобальная система мобильных коммуникаций).

Рис 5.2. Частотный и временной способы разделения каналов

Частотное разделение каналов

При частотном разделении каналов каждое сообщение передается по индивидуальному коридору, занимающему строго определенное положение на шкале частот. Для этого первичный сигнал следует преобразовать, т.е. перенести его в нужный коридор частот. Это делают с помощью устройства, называемого модулятором. Модуляцией называют процесс изменения параметров (амплитуды или частоты) несущего, гармонического колебания по закону изменения первичного сигнала.

Модулятор осуществляет перенос первичного сигнала по шкале частот вверх, демодулятор осуществляет обратный перенос вторичного сигнала по оси частот вниз. Принцип действия модулятора и демодулятора показан на рисунке.

Рисунок 7.3. Модуляция и демодуляция.

Принципы модуляции и демодуляции рассмотрим на примере простейшей разновидности модуляции – амплитудной.

При амплитудной модуляции по закону сигнала меняется амплитуда несущего колебания, т.е. сообщение несет огибающая амплитуд модулированного сигнала, см. временную область рисунка 7.5.

Как видно из частотной области рисунка, после модуляции спектр частот информационного (модулирующего) сигнала раздваивается и располагается по обе стороны от частоты несущего колебания, образуя верхнюю и нижнюю боковые полосы. Таким образом, при выполнении условия модуляция позволяет перенести спектр низкочастотного сигнала в высокочастотную область.

Рисунок 7.5. Временные диаграммы и спектры при амплитудной модуляции

Демодуляция позволяет произвести обратный перенос спектра информационного сигнала, а именно из высокочастотной области в низкочастотную. Производится она с помощью устройства, называемого демодулятором. Временные диаграммы и схема демодулятора, состоящего из выпрямителя и простейшего фильтра нижних частот, показаны на рис.7.6. Из рисунка видно, что демодулятор позволяет восстановить исходный информационный сигнал с точностью до постоянной составляющей.

Рис. 7.6 Временные диаграммы и схема демодулятора

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются не перекрывающихся частотных полосах, получили название систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

Временное разделение каналов

При временном разделении каналов каждое сообщение занимает узкий временной коридор в общем цикле передачи, который непрерывно повторяется. Первичный сигнал представлен таким образом своими отсчетами в определенные моменты времени. Такое представление не приводит к потере информации, если сигнал ограничен по спектру. Ограничение спектра осуществляется с помощью специального устройства, называемого фильтром низких частот (ФНЧ).

При передаче в линию каждый аналоговый сигнал дискретизируют, т.е. заменяют считываемыми с определенным шагом отсчетами. В промежутки между отсчетами одного сигнала вставляют отсчеты второго сигнала, в оставшиеся промежутки вставляют отсчеты третьего сигнала и т.д.В итоге образуется групповой сигнал в виде импульсов, модулированных по амплитуде (АИМ сигнал). Значения амплитуд импульсов ограничивают набором разрешенных уровней. Специальное устройство, называемое квантователем, подтягивает значение амплитуды каждого импульса до ближайшего разрешенного уровня. После этого становится возможным закодировать значение каждой амплитуды в двоичном коде в виде набора токовых и бестоковых посылок, т.е. в виде набора условных нулей и единиц. В результате кодирования в линию поступает импульсно-кодово модулированный сигнал (ИКМ сигнал). Принцип временного распределения каналов при передаче сигналов в линию показывает рис. 7.7. На рисунке представлено только три элемента системы ВРК, работающих на передачу: дискретизатор, квантователь и кодер. Для простоты изложения ФНЧ опущены.

Дискретизатор при передаче с определенным шагом считывает значения аналогового сигнала, т.е. производит его дискретизацию. Дискретизатор представлен на рисунке вращающимся против часовой стрелки подвижным электродом, касающимся поочередно в течение одного цикла трех неподвижных электродов. К каждому из неподвижных электродов подводится свой аналоговый сигнал.

Квантователь подтягивает значение отчета сигнала до ближайшего разрешенного уровня.

Кодер производит операцию кодирования, т.е. представление отсчетов сигнала в виде набора битов, условных нулей или единиц.

Рис.7.7. Принцип временного распределения каналов при передаче сигналов в линию

При приеме из линии групповой ИКМ сигнал декодируется, т.е. его значения переводятся из двоичной системы счисления в обычную десятичную. Полученный после этого групповой АИМ сигнал распределяется по каналам, являющимися индивидуальными для каждого сообщения. На входе каждого из таких каналов стоит фильтр низких частот (ФНЧ), который переводит сигнал из дискретной формы в аналоговую.

Принцип временного распределения каналов при приеме сигналов из линии показывает рис. 7.8.. На рисунке представлено только два элемента системы ВРК, работающих на прием: декодер и дискретизатор. Для простоты изложения ФНЧ опущены.

Декодер выполняет операцию, обратную кодированию, т.е .переводит значения сигнала из двоичной системы счисления в обычную десятичную. Дискретизатор на приеме разбивает групповой дискретный сигнал на индивидуальные дискретные сигналы. Дискретизатор на приеме должен синхронно работать с дискретизатором при передаче. Устройство обоих дискретизаторов одинаково.

Рис.7.8. Принцип временного распределения каналов при приеме сигналов из линии

Основы передачи сигналов

Передача сигналов – это процесс транспортировки информации между конечными пунктами системы или сети. Сигнал, как носитель информации, проходит длинный путь и на этом пути ему встречается много устройств, таких как коммутационные станции, линии, модуляторы и демодуляторы, передатчики и приемники. Ниже мы рассмотрим основные элементы системы передачи и осудим их роль в успешной передаче сигналов.

Обобщенная схема передачи сигналов приведена на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Обобщенная схема передачи сигналов

На схеме не показаны преобразователи, в которых мы нуждаемся для того, чтобы преобразовать сообщение в электрический сигнал. Они не входят непосредственно в систему передачи сигналов.

Зато показаны шумы помехи и искажения, являющиеся не именными спутниками сигналов при их передаче. Заметим, что двунаправленные коммуникации требуют другой системы для одновременной передачи сигнала в противоположном направлении.

Передатчик обрабатывает входной сигнал и производит передаваемый сигнал, подходящий по характеристикам каналу передачи. Обработка сигнала для передачи часто включает в себя кодирование и модуляцию. В случае оптической линии связи преобразование электрического сигнала в оптический производится передатчиком.

Линия передачи представляет собой физическую среду, которая перекидывает мостик от источника к пункту назначения. Это может быть пара проводов, коаксиальный кабель или оптоволокно. Передача по линии связана с потерями энергии и потому мощность передаваемого сигнала постоянно уменьшается с увеличением пройденного пути. Сигнал также искажается в линии по форме вследствие неодинаковости ослабления в линии имеющихся в нем колебаний различных частот. Изменение сигнала по форме принято называть искажениями. Заметим, что линия часто включает в себя много каналов для передачи речи или данных, которые объединяются в одной паре проводов или оптоволокне.

Приемник обрабатывает получаемый из линии сигнал для того, чтобы потом подать его на вход преобразователя в пункте назначения. Операции приемника включают в себя:

— фильтрацию, чтобы исключить шумы в частотном диапазоне, расположенном за пределами спектра сигнала,

— усиление, чтобы компенсировать ослабление в линии;

-коррекцию, чтобы компенсировать искажения формы сигнала;

— демодуляцию и декодирование, чтобы сделать сигнал идентичным с тем, что был передан передатчиком.

Шумы, искажения и помехи. Много нежелательных факторов сопровождают передачу сигнала. Ослабление нежелательно, т.к. уровни входного и выходного сигналов должны быть одинаковыми.

Более серьезные проблемы связаны с искажениями в линии, помехами и шумами. В качестве средств борьбы с искажениями сигнала в приемнике всегда используют частотные корректоры, а для борьбы с шумами фильтры, которые пропускают электрические колебания только в частотном диапазоне, определяемом спектром сигнала.

Аппаратные средства цифровой системы передачи

Много различных систем применяется в телекоммуникационных сетях для передачи сигналов. Ниже мы рассмотрим наиболее употребляемые аппаратные средства и системы.

Модем – комбинированное устройство, которое включает в себя модулятор и демодулятор. Модемы используют для передачи цифровых сигналов по аналоговым системам передачи. Например, они используются для передачи данных от персонального компьютера в аналоговых телефонных линиях передачи. Микроволновые радиосистемы также иногда называют модемами, потому что они передают цифровые сигналы по микроволновым радиолиниям. Чтобы это стало возможным, микроволновые радиосистемы выполняют операции модуляции и демодуляции сигналов.

Рис. 7.10. Аппаратурные средства и топологии цифровых систем передачи

Терминальный мультиплексор при передаче объединяет, как бы «сшивает», низкоскоростные цифровые сигналы в групповой высокоскоростной сигнал. Принцип его работы заключается в том, чтобы между отсчетами одного сигнала вставить отсчеты других сигналов.

Промежуточные (Доб/выр) мультиплексоры. Системы передачи в сети реализуются по разным топологиям: «точка – точка», цепной и кольцевой, см. рис. 7.10. Эти топологии эффективно работают, когда только малая часть первичных сигналов используется на промежуточных пунктах. Промежуточные (Доб/выр) мультиплексоры используются в этих конфигурациях для того, добавить или вырезать небольшую часть первичных сигналов в общем высокоскоростном потоке на промежуточных пунктах. Цифровые коммутаторы (устройства перекрестных соединений) представляют собой узлы сети, которые переключают подходящие к ним линии передачи. Это способствует гибкости конфигурации систем передачи и всей сети, т.к. с помощью этих узлов оператор способен контролировать из центра управления сети реальные маршруты движения цифровых потоков. Основные функции коммутатора напоминают функции цифровой телефонной станции. Однако работа коммутатора контролируется оператором сети, в то время как коммутациями на телефонной станции управляет абонент с помощью набора. Кроме того коммутации на коммутаторе производятся не так часто как на телефонной станции.

Цифровые сети часто строятся по кольцевой топологии для повышения надежности работы. В случае аварии узлы кольца перенаправляют движения цифровых потоков на обходные пути, как показано на рис. 7.10.

Регенераторы или промежуточные повторители сигналов. Регенераторы используются в случаях, когда длина линии передачи является большой. Они усиливают ослабленный сигнал, восстанавливают его по форме оригинала и передают дальше.

Оптические системы передачи. Оптические системы передачи включают в себя два преобразователя на каждом конце оптоволокна. Преобразователи преобразуют электрический цифровой сигнал в оптический и обратно. Как и другие системы передачи эти системы обладают контролирующими функциями, такие как мониторинг нормального функционирования сети и его нарушений. Поэтому они легко встраиваются в единую цифровую сеть в виде её участков.

Оптические линии передачи передают по стекловолокну свет в виде импульсов, они не используют свет как несущее информацию колебание, как это имеет место в случае радиоволн. Однако успехи полупроводниковой технологии сделали возможным использование лазеров, излучающих свет строго определенной длины волны. Это делает возможным использование оптических систем передачи с разделением каналов по длине волны. В таких системах по стекловолокну параллельно распространяются несколько оптических сигналов с различными длинами волн.

Микроволновая радиорелейная линия

Микроволновые радиорелейные линии представляют собой системы передачи конфигурации «точка — точка», которые могут быть использованы вместо медных или оптических кабальных систем. Они преобразуют цифровые сигналы в радиоволны и обратно. Они также выполняют контролирующие функции для дистанционного управления и мониторинга ошибок из центра управления сетью. Рис. 7.11 иллюстрирует структуру радиорелейной линии конфигурации «точка — точка», используемой в телекоммуникационной сети.

Микроволновая радиорелейная линия обычно работает на радиочастотах в диапазоне от 1 до 40 ГГц. Радиоволны этих частот фокусируются и передаются между антеннами, выполненными в виде параболически изогнутых тарелок. Это делает возможным передачу сигналов на расстояние от 2-3 до 50 км в зависимости от используемой частоты и характеристик антенн. Радиоволны распространяются по прямой линии от фокуса одной антенны до фокуса другой. Такой вид радиопередачи называют передачей «на расстояние прямой видимости».

Рис. 7.11. Секция микроволновой радиорелейной линии

Чем выше частота и чем выше потери энергии сигнала на распространение, тем меньше дистанция между передающей и приемной станциями. На очень высоких частотах погодные условия сильно влияют на ослабление сигналов и качество передачи, они и определяют приемлемую для передачи полосу частот и максимальную дистанцию. Рис. 7.11 показывает, как дистанция между станциями зависит от используемых радиочастот

Контрольные вопросы

1. Назовите основные элементы структурной схемы системы передачи первичных сигналов

2. В чем заключается частотный способ разделения каналов?

3. Каково назначение модуляции сигналов?

4. В чем заключается временной способ разделения каналов?

5. Назовите основные элементы обобщенной схемы передачи сигналов.

6. Перечислите аппаратурные средства цифровых систем передачи.

7. Какие параметры микроволновой радиолинии определяют качество передачи сигналов в ней?

Основные виды линий связи

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.

Линии связи и каналы передачи данных

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

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 каналы связи можно разделить на:

 проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

 кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

 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 сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST — Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные каналы связи

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

Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. 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.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

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 (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 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.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

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