Fizička komunikacijska linija. Fizički prijenos podataka preko komunikacijskih linija. Neoklopljeni kabeli s upredenim paricama

2.1. Vrste komunikacijskih linija

Komunikacijska linija općenito se sastoji od fizičkog medija kroz koji se prenose električni informacijski signali, oprema za prijenos podataka i posrednička oprema. Sinonim za pojam komunikacijska linija(crta) je pojam komunikacijski kanal.

Riža. 1.1. Sastav komunikacijske linije

Fizički prijenosni medij

Fizički medij za prijenos podataka (medij) može biti kabel, odnosno skup žica, izolacijskih i zaštitnih omotača i spojnih konektora, kao i zemljina atmosfera ili svemir kroz koji se šire elektromagnetski valovi.

Ovisno o mediju prijenosa podataka, komunikacijske linije se dijele na sljedeće:

· žičani (zračni);

· kabel (bakreni i optički);

Kabelske linije su prilično složene strukture. Kabel se sastoji od vodiča zatvorenih u nekoliko slojeva izolacije: električne, elektromagnetske, mehaničke, a također, eventualno, i klimatske. Osim toga, kabel može biti opremljen konektorima koji vam omogućuju brzo spajanje različite opreme na njega. Tri su glavne vrste kabela koji se koriste u računalnim mrežama: bakreni kabeli s upredenim paricama, bakreni koaksijalni kabeli i kabeli s optičkim vlaknima.

Upleteni par žica naziva se upletena parica. Upletena parica postoji u oklopljenoj verziji (oklopljeni upleteni par, STP), kada je par bakrenih žica omotan izolacijskim oklopom i neoklopljen (Neoklopljeni upleteni par, UTP) kada nedostaje izolacijski omotač. Uvijanje žica smanjuje učinak vanjskih smetnji na korisne signale koji se prenose duž kabela. Kabel od optičkih vlakana sastoji se od tankih (5-60 mikrona) vlakana kroz koja putuju svjetlosni signali. Ovo je najkvalitetniji tip kabela - omogućuje prijenos podataka s vrlo velika brzina(do 10 Gbit/s i više) i, štoviše, pruža zaštitu podataka od vanjskih smetnji bolju od drugih vrsta prijenosnih medija.

Radio kanali zemaljski i satelitske komunikacije nastaju pomoću odašiljača i prijamnika radiovalova. Postoji veliki broj različite vrste radijskih kanala koji se razlikuju i po korištenom frekvencijskom rasponu i po rasponu kanala. Kratki, srednji i dugi valovi (KB, MW i LW), koji se također nazivaju pojasevi amplitudne modulacije (AM) na temelju vrste metode modulacije signala koja se u njima koristi, omogućuju komunikaciju na velike udaljenosti, ali uz nisku brzinu prijenosa podataka. Najbrži kanali su oni koji rade u ultrakratkom valnom (VHF) području, koje karakterizira frekvencijska modulacija (FM), kao iu ultravisokom frekvencijskom području (mikrovalni).

U računalnim mrežama danas se koriste gotovo sve opisane vrste fizičkih medija za prijenos podataka, no najperspektivniji su optički. Upletena parica također je popularan medij, karakteriziran izvrsnim omjerom kvalitete i cijene te jednostavnom ugradnjom. Satelitski kanali i radio komunikacije najčešće se koriste u slučajevima kada se ne mogu koristiti kabelske komunikacije.

2.2. Karakteristike komunikacijskih vodova

Glavne karakteristike komunikacijskih linija uključuju:

· amplitudno-frekvencijski odziv;

· propusnost;

· prigušenje;

· otpornost na buku;

· preslušavanje na bližem kraju linije;

· propusnost;

· pouzdanost prijenosa podataka;

· Jedinični trošak.

Prije svega, programer računalne mreže zainteresiran je za propusnost i pouzdanost prijenosa podataka, jer te karakteristike izravno utječu na performanse i pouzdanost stvorene mreže. Propusnost i pouzdanost karakteristike su i komunikacijske linije i načina prijenosa podataka. Dakle, ako je način prijenosa (protokol) već definiran, tada su i te karakteristike poznate. Međutim, ne možete govoriti o propusnosti komunikacijske linije dok za nju nije definiran protokol fizičkog sloja. Upravo u takvim slučajevima, kada se tek treba odrediti najprikladniji postojeći protokol, druge karakteristike linije, kao što su propusnost, preslušavanje, otpornost na šum i druge karakteristike, postaju važne. Za određivanje karakteristika komunikacijske linije često se koristi analiza njezinih reakcija na određene referentne utjecaje.

Spektralna analiza signala na komunikacijskim linijama

Iz teorije harmonijske analize poznato je da se bilo koji periodički proces može prikazati kao beskonačan broj sinusnih komponenata koje nazivamo harmonici, a skup svih harmonika naziva se spektralna dekompozicija izvornog signala. Neperiodični signali mogu se prikazati kao integral sinusoidnih signala s kontinuiranim frekvencijskim spektrom.

Tehnika pronalaženja spektra bilo kojeg izvornog signala dobro je poznata. Za neke signale koji su dobro analitički opisani, spektar se lako izračunava na temelju Fourierovih formula. Za proizvoljne valne oblike koji se susreću u praksi, spektar se može pronaći pomoću posebnih instrumenata - analizatora spektra, koji mjere spektar stvarnog signala i prikazuju amplitude harmonijskih komponenti. Izobličenje sinusoide bilo koje frekvencije odašiljačkim kanalom u konačnici dovodi do izobličenja odaslanog signala bilo kojeg oblika, osobito ako su sinusoide različitih frekvencija različito iskrivljene. Pri odašiljanju pulsnih signala karakterističnih za računalne mreže, niskofrekventni i visokofrekventni harmonici su izobličeni, kao rezultat toga, fronte impulsa gube svoj pravokutni oblik. Kao rezultat toga, signali se mogu loše prepoznati na prijemnom kraju linije.

Komunikacijska linija iskrivljuje emitirane signale zbog činjenice da se njezini fizički parametri razlikuju od idealnih. Na primjer, bakrene žice uvijek predstavljaju neku kombinaciju aktivnog otpora, kapacitivnog i induktivnog opterećenja raspoređenog duž duljine. Kao rezultat toga, za sinusoide različitih frekvencija linija će imati različite impedancije, što znači da će se različito prenositi. Optički kabel također ima devijacije koje ometaju idealnu distribuciju svjetlosti. Ako komunikacijski vod uključuje međuopremu, tada može unijeti i dodatna izobličenja, jer je nemoguće stvoriti uređaje koji bi jednako dobro prenosili cijeli spektar sinusoida, od nule do beskonačnosti.

Osim izobličenja signala uzrokovanih unutarnjim fizičkim parametrima komunikacijske linije, postoje i vanjski šumovi koji pridonose izobličenju oblika signala na izlazu linije. Te smetnje stvaraju različiti elektromotori, elektronički uređaji, atmosferske pojave itd. Unatoč mjerama zaštite koje su poduzeli proizvođači kabela i pojačalačko-prekidačke opreme, nije moguće u potpunosti kompenzirati utjecaj vanjskih smetnji. Stoga signali na izlazu komunikacijske linije obično imaju složen oblik, iz kojeg je ponekad teško razumjeti koja je diskretna informacija dostavljena na ulaz linije.

Stupanj izobličenja sinusoidnih signala komunikacijskim linijama procjenjuje se pomoću karakteristika kao što su amplitudno-frekvencijski odziv, širina pojasa i slabljenje na određenoj frekvenciji.

Amplitudno-frekvencijski odziv

Amplitudno-frekvencijski odziv pokazuje kako amplituda sinusoide na izlazu komunikacijske linije slabi u usporedbi s amplitudom na njenom ulazu za sve moguće frekvencije odaslanog signala. Umjesto amplitude, ova karakteristika često koristi parametar signala kao što je njegova snaga. Poznavanje amplitudno-frekvencijskog odziva stvarne linije omogućuje određivanje oblika izlaznog signala za gotovo svaki ulazni signal. Da biste to učinili, potrebno je pronaći spektar ulaznog signala, pretvoriti amplitudu njegovih sastavnih harmonika u skladu s amplitudno-frekventnom karakteristikom, a zatim pronaći oblik izlaznog signala dodavanjem pretvorenih harmonika.

Unatoč cjelovitosti informacija koje pruža amplitudno-frekvencijska karakteristika o komunikacijskoj liniji, njezina je uporaba komplicirana činjenicom da ju je vrlo teško dobiti. Stoga se u praksi umjesto amplitudno-frekvencijske karakteristike koriste druge, pojednostavljene karakteristike - propusnost i prigušenje.

Širina pojasa

Širina pojasa je kontinuirani raspon frekvencija za koje omjer amplitude izlaznog signala prema ulaznom signalu prelazi neku unaprijed određenu granicu, obično 0,5. To jest, širina pojasa određuje raspon frekvencija sinusoidnog signala na kojem se taj signal prenosi preko komunikacijske linije bez značajnih izobličenja. Poznavanje širine pojasa omogućuje vam da dobijete, do određenog stupnja aproksimacije, isti rezultat kao i poznavanje amplitudno-frekvencijske karakteristike. Širina propusnost ima najveći utjecaj na najveću moguću brzinu prijenosa informacija preko komunikacijske linije.

Prigušenje

Prigušenje definiran kao relativno smanjenje amplitude ili snage signala kada se signal određene frekvencije prenosi duž linije. Dakle, atenuacija predstavlja jednu točku od amplitudno-frekvencijske karakteristike voda. Prigušenje A obično se mjeri u decibelima (dB) i izračunava se pomoću sljedeće formule:

A = 10 log10 izbočina/pin,

gdje je Pout snaga signala na izlazu linije,
Rvh - snaga signala na linijskom ulazu.

Budući da je snaga izlaznog signala kabela bez međupojačala uvijek manja od snage ulaznog signala, slabljenje kabela je uvijek negativna vrijednost.

Apsolutno razina snage također se mjeri u decibelima. U ovom slučaju vrijednost od 1 mW uzima se kao osnovna vrijednost snage signala, u odnosu na koju se mjeri trenutna snaga. Stoga se razina snage p izračunava pomoću sljedeće formule:

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

gdje je P snaga signala u milivatima,
dBm (dBm) je mjerna jedinica razine snage (decibel po 1 mW).

Dakle, amplitudno-frekvencijski odziv, širina pojasa i prigušenje su univerzalne karakteristike, a njihovo poznavanje omogućuje nam da donesemo zaključak o tome kako će se signali bilo kojeg oblika prenositi kroz komunikacijsku liniju.

Propusnost ovisi o vrsti linije i njezinoj duljini. Na sl. 1.1 prikazuje širine pojasa komunikacijskih linija raznih vrsta, kao i najčešće korištenih u komunikacijskoj tehnologiji frekvencijski rasponi.

Riža. 1.1. Komunikacijske širine pojasa i popularni frekvencijski rasponi

Kapacitet linije

Propusnost linija karakterizira najveću moguću brzinu prijenosa podataka preko komunikacijske linije. Propusnost se mjeri u bitovima u sekundi - bps, kao i u izvedenim jedinicama kao što su kilobiti u sekundi (Kbps), megabiti u sekundi (Mbps), gigabiti u sekundi (Gbps) itd.

Propusnost komunikacijske linije ne ovisi samo o njezinim karakteristikama, kao što je amplitudno-frekvencijski odziv, već i o spektru odaslanih signala. Ako značajni harmonici signala padnu unutar pojasne širine linije, tada će se takav signal dobro prenositi ovom komunikacijskom linijom i prijamnik će moći ispravno prepoznati informacije koje odašiljač šalje preko linije (Sl. 1.2a) . Ako značajni harmonici izađu izvan propusnosti komunikacijske linije, tada će signal biti značajno izobličen, prijamnik će pogriješiti prilikom prepoznavanja informacija, što znači da se informacija neće moći prenijeti zadanom propusnošću (sl. 1.2b) .

Riža. 1.2. Podudarnost između propusnosti veze i spektra signala

Poziva se izbor metode za predstavljanje diskretnih informacija u obliku signala koji se dostavljaju komunikacijskoj liniji fizički ili linearno kodiranje. Spektar signala i, sukladno tome, kapacitet linije ovisi o odabranoj metodi kodiranja. Dakle, za jednu metodu kodiranja linija može imati jedan kapacitet, a za drugu drugu.

Većina metoda kodiranja koristi promjenu nekog parametra periodičkog signala - frekvencije, amplitude i faze sinusoide ili predznaka potencijala slijeda impulsa. Periodički signal čiji se parametri mijenjaju naziva se nosivi signal ili nosiva frekvencija, ako se kao takav signal koristi sinusoida.

Mjeri se broj promjena informacijskog parametra periodičkog nosivog signala u sekundi baud. Razdoblje između susjednih promjena informacijskog signala naziva se radni ciklus odašiljača. Kapacitet linije u bitovima po sekundi općenito nije isto što i brzina prijenosa podataka. Može biti veći ili manji od broja bauda, ​​a taj omjer ovisi o metodi kodiranja.

Ako signal ima više od dva različita stanja, tada će protok u bitovima po sekundi biti veći od brzine prijenosa podataka. Na primjer, ako su informacijski parametri faza i amplituda sinusoide, a postoje 4 fazna stanja od 0,90,180 i 270 stupnjeva i dvije vrijednosti amplitude signala, tada informacijski signal može imati 8 različitih stanja. U ovom slučaju, modem koji radi na 2400 bauda (s taktom od 2400 Hz) prenosi informacije brzinom od 7200 bps, budući da se 3 bita informacije prenose jednom promjenom signala.

Na propusnost linije utječe ne samo fizičko već i logičko kodiranje. Logičko kodiranje izvodi se prije fizičkog kodiranja i uključuje zamjenu bitova izvorne informacije novim slijedom bitova koji nose iste informacije, ali imaju dodatna svojstva, na primjer, mogućnost primateljske strane da otkrije pogreške u primljenim podacima. Kod logičkog kodiranja najčešće se originalni niz bitova zamjenjuje dužim nizom, pa je kapacitet kanala u odnosu na korisna informacija istovremeno se smanjuje.

Odnos između kapaciteta linije i širine pojasa

Što je veća frekvencija periodičkog signala nositelja, to se više informacija po jedinici vremena prenosi duž linije i veći je kapacitet linije s fiksnom metodom fizičkog kodiranja. No, s povećanjem frekvencije periodičkog signala nositelja, povećava se i širina spektra ovog signala, što će ukupno dati niz signala odabranih za fizičko kodiranje. Linija prenosi ovaj spektar sinusoida s onim izobličenjima koja su određena njezinom propusnošću. Što je veća razlika između propusnosti linije i širine spektra odašiljanih informacijskih signala, to su signali više izobličeni i vjerojatnije su pogreške u prepoznavanju informacija od strane primatelja, što znači da je brzina prijenosa informacija zapravo manja. pokazuje se nižim nego što bi se moglo očekivati.

Odnos između propusnosti linije i njezine najveća moguća propusnost, bez obzira na usvojenu metodu fizičkog kodiranja, Claude Shannon je ustanovio:

S = F log2 (1 + Rs/Rš),

gdje je C maksimalni kapacitet linije u bitovima po sekundi,
F je propusnost linije u hercima,
Rs - snaga signala,
Rš - snaga buke.

Propusnost linije može se povećati povećanjem snage odašiljača ili smanjenjem snage šuma (smetnje) na komunikacijskoj liniji. Obje ove komponente vrlo je teško promijeniti. Povećanje snage odašiljača dovodi do značajnog povećanja njegove veličine i cijene. Smanjenje razine buke zahtijeva korištenje posebnih kabela s dobrim zaštitnim ekranima, što je vrlo skupo, kao i smanjenje buke u odašiljaču i međuopremi, što nije lako postići. Osim toga, utjecaj korisnih snaga signala i šuma na propusnost ograničen je logaritamskom ovisnošću, koja ne raste tako brzo kao izravno proporcionalna.

U biti bliska Shannonovoj formuli je sljedeća relacija koju je dobio Nyquist, a koja također određuje najveću moguću propusnost komunikacijske linije, ali bez uzimanja u obzir šuma na liniji:

C = 2F log2 M,

gdje je M broj razlučivih stanja informacijskog parametra.

Iako Nyquistova formula ne uzima eksplicitno u obzir prisutnost šuma, njegov se utjecaj neizravno očituje u izboru broja stanja informacijskog signala. Broj mogućih stanja signala zapravo je ograničen omjerom snage signala i šuma, a Nyquistova formula određuje maksimalnu brzinu prijenosa podataka u slučaju kada je broj stanja već odabran uzimajući u obzir mogućnosti stabilnog prepoznavanja od strane prijamnik.

Gore navedeni odnosi daju graničnu vrijednost kapaciteta linije, a stupanj približavanja ovoj granici ovisi o specifičnim metodama fizičkog kodiranja o kojima se raspravlja u nastavku.

Otpornost na linijske smetnje

Otpornost na linijske smetnje određuje njegovu sposobnost da smanji razinu smetnji stvorenih u vanjskom okruženju na unutarnjim vodičima. Otpornost voda na buku ovisi o vrsti fizičkog medija koji se koristi, kao io zaštiti i sredstvima za suzbijanje buke samog voda.

Near End Cross Talk - SLJEDEĆI odrediti otpornost kabela na smetnje na unutarnje izvore smetnji kada elektromagnetsko polje signala odaslanog izlazom odašiljača duž jednog para vodiča inducira signal smetnje na drugom paru vodiča. Ako je prijemnik spojen na drugi par, inducirani unutarnji šum može zamijeniti s korisnim signalom. Indikator NEXT, izražen u decibelima, jednak je 10 log Pout/Pnav, gdje je Pout snaga izlaznog signala, Pnav je snaga induciranog signala. Što je niža NEXT vrijednost, to je kabel bolji.

Zbog činjenice da neke nove tehnologije koriste prijenos podataka istovremeno preko nekoliko upletene parice, nedavno se indikator počeo koristiti PowerSUM, što je modifikacija indikatora NEXT. Ovaj pokazatelj odražava ukupnu snagu preslušavanja svih odašiljačkih parica u kabelu.

Pouzdanost prijenosa podataka

Pouzdanost prijenosa podataka karakterizira vjerojatnost izobličenja za svaki preneseni bit podataka. Ponekad se ovaj isti pokazatelj naziva stopa pogreške bitova (BER). Vrijednost BER-a za komunikacijske kanale bez dodatne zaštite od pogreške je u pravilu 1, u optičkim komunikacijskim linijama - 10-9. Vrijednost pouzdanosti prijenosa podataka od, na primjer, 10-4 označava da je u prosjeku, od 10.000 bitova, vrijednost jednog bita iskrivljena.

Do izobličenja bitova dolazi i zbog prisutnosti smetnji na liniji i zbog izobličenja valnog oblika signala ograničenog propusnošću linije. Stoga je za povećanje pouzdanosti prenesenih podataka potrebno povećati stupanj otpornosti linije na buku, smanjiti razinu preslušavanja u kabelu, a također koristiti više širokopojasnih komunikacijskih linija.

2.3. Standardi mrežnog kabliranja

Kabel je prilično složen proizvod koji se sastoji od vodiča, slojeva zaštite i izolacije. U nekim slučajevima kabel uključuje konektore koji povezuju kabele s opremom. Osim toga, kako bi se osiguralo brzo prebacivanje kabela i opreme, koriste se različiti elektromehanički uređaji koji se nazivaju presjeci, križne kutije ili ormari. Računalne mreže koriste kabele koji zadovoljavaju određene standarde, što vam omogućuje da izgradite sustav mrežnog kabliranja od kabela i uređaja za povezivanje različitih proizvođača. Kod standardizacije kabela usvojen je pristup neovisan o protokolu. Odnosno, norma specificira samo električne, optičke i mehaničke karakteristike koje određena vrsta kabela ili priključnog proizvoda mora zadovoljiti.

Kabelski standardi predviđaju dosta karakteristika, od kojih su najvažnije navedene u nastavku.

· Prigušenje. Prigušenje se mjeri u decibelima po metru za određenu frekvenciju ili raspon frekvencija signala.

· Near End Cross Talk (SLJEDEĆI). Mjereno u decibelima za određenu frekvenciju signala.

· Impedancija (karakteristični otpor)- je ukupni (aktivni i reaktivni) otpor u strujni krug. Impedancija se mjeri u Ohmima i relativno je konstantna vrijednost za kabelske sustave.

· Aktivni otpor- ovo je otpor DC u električnom krugu. Za razliku od impedancije, aktivni otpor ne ovisi o frekvenciji i raste s duljinom kabela.

· Kapacitet- ovo je svojstvo metalnih vodiča da akumuliraju energiju. Dva električna vodiča u kabelu, odvojena dielektrikom, tvore kondenzator koji može pohraniti naboj. Kapacitivnost je nepoželjna veličina.

· Razina vanjskog elektromagnetskog zračenja ili električnog šuma. Električni šum je neželjeni izmjenični napon u vodiču. Električni šum postoji u dvije vrste: pozadinski i pulsirajući. Električni šum se mjeri u milivoltima.

· Promjer ili površina poprečnog presjeka vodiča. Za bakrene vodiče prilično je uobičajen američki sustav AWG (American Wire Gauge), koji uvodi neke konvencionalne vrste vodiča, na primjer 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Što je broj vrste vodiča veći, to je njegov promjer manji.

Fokus modernih standarda je na kabelima s upredenim paricama i optičkim kabelima.

Neoklopljeni kabeli s upredenim paricama

Bakreni neoklopljeni UTP kabel podijeljen je u 5 kategorija ovisno o električnim i mehaničkim karakteristikama (Kategorija 1 - Kategorija 5). Ispod su najčešće korištene kategorije.

Kablovi kategorija 1 koristi se tamo gdje su zahtjevi za brzinom prijenosa minimalni. Obično je to kabel za digitalni i analogni prijenos glasa i prijenos podataka male brzine (do 20 Kbps). Do 1983. ovo je bio glavni tip kabela za telefonsko ožičenje.

Kablovi kategorija 3 standardizirani su 1991. kada su i razvijeni Standard za telekomunikacijsko kabliranje za poslovne zgrade(EIA-568), koji je definirao električne karakteristike kabela kategorije 3 za frekvencije do 16 MHz koji podržavaju mrežne aplikacije velike brzine. Kabel kategorije 3 dizajniran je za prijenos podataka i glasa. Korak uvijanja žice je približno 3 zavoja po 1 stopi (30,5 cm).

Kablovi kategorija 5 posebno su dizajnirani za podršku protokolima velike brzine. Njihove su karakteristike određene u rasponu do 100 MHz. Ovaj kabel podržava protokole s brzinom prijenosa podataka od 100 Mbit/s - FDDI (s fizičkim standardom TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, kao i brže protokole - ATM brzinom od 155 Mbit/s, te Gigabit Ethernet pri brzini od 1000 Mbps.

Svi UTP kabeli, bez obzira na njihovu kategoriju, dostupni su u verziji od 4 parice. Svaki od četiri para kabela ima određenu boju i korak uvijanja. Obično su dva para za prijenos podataka, a dva za prijenos glasa.

RJ-45 utikači i utičnice, koji su 8-pinski konektori slični običnim telefonskim konektorima RJ-11, koriste se za spajanje kabela na opremu.

Oklopljeni kabeli s upredenim paricama

Oklopljena upletena parica STP dobro štiti odaslane signale od vanjskih smetnji, a također emitira manje elektromagnetskih valova prema van. Prisutnost uzemljenog štita povećava cijenu kabela i komplicira njegovu instalaciju. Oklopljeni kabel koristi se samo za prijenos podataka.

Glavni standard koji definira parametre oklopljenih kabela s upredenim paricama je standard u vlasništvu IBM-a. U ovoj normi kabeli nisu podijeljeni u kategorije, već u tipove: tip I, tip 2,..., tip 9.

Glavni tip oklopljenog kabela je IBM tip 1 kabel. Sastoji se od 2 para upletenih žica, oklopljenih vodljivom pletenicom, koja je uzemljena. Električni parametri vrsta kabela 1 približno odgovara parametrima UTP kabela 5. Međutim, karakteristična impedancija kabela tipa 1 je 150 Ohma.

Nisu sve vrste IBM-ovih kabela oklopljeni kabeli - neki specificiraju karakteristike neoklopljenog telefonskog kabela (Tip 3) i kabela od optičkih vlakana (Tip 5).

Kabeli od optičkih vlakana

Svjetlovodni kabeli sastoje se od središnjeg svjetlosnog vodiča (jezgre) - staklenog vlakna, okruženog drugim slojem stakla - omotačem, koji ima manji indeks loma od jezgre. Dok se šire kroz jezgru, zrake svjetlosti ne prelaze njezine granice, odbijajući se od pokrovnog sloja ljuske. Ovisno o raspodjeli indeksa loma i veličini promjera jezgre razlikuju se:

· višemodno vlakno s postupnom promjenom indeksa loma (slika 1.3a);

višemodno vlakno sa glatka promjena indeks loma (sl. 1.36);

· jednomodno vlakno (sl. 1.3c).

Koncept "načina" opisuje način širenja svjetlosnih zraka u unutarnjoj jezgri kabela. U jednomodnom kabelu (Single Mode Fiber, SMF) koristi se središnji vodič vrlo malog promjera, razmjeran valnoj duljini svjetlosti - od 5 do 10 mikrona. U ovom slučaju, gotovo sve svjetlosne zrake se šire duž optičke osi svjetlovoda bez odbijanja od vanjskog vodiča. Propusnost kabela s jednim modom je vrlo široka - do stotina gigaherca po kilometru. Proizvodnja tankih, visokokvalitetnih vlakana za single-mode kabel je teška. tehnološki proces, što čini single-mode kabel prilično skupim. Osim toga, prilično je teško usmjeriti snop svjetlosti u vlakno tako malog promjera bez gubitka značajnog dijela energije.

Riža. 1.3 . Vrste optičkih kabela

U višemodni kabeli (Multi Mode Fiber, MMF) Koriste se šire unutarnje jezgre koje je tehnološki lakše izraditi. Standardi definiraju dva najčešće korištena višemodna kabela: 62,5/125 µm i 50/125 µm, gdje je 62,5 µm ili 50 µm promjer središnjeg vodiča, a 125 µm je promjer vanjskog vodiča.

U višemodnim kabelima, nekoliko svjetlosnih zraka istovremeno postoji u unutarnjem vodiču i reflektiraju se od vanjskog vodiča pod različitim kutovima. Kut refleksije snopa naziva se mod snopa. U višemodnim kabelima s glatkom promjenom indeksa loma, način širenja svakog moda je složeniji.

Višemodni kabeli imaju uži pojas - od 500 do 800 MHz/km. Sužavanje vrpce nastaje zbog gubitaka svjetlosne energije pri refleksijama, kao i zbog interferencije zraka različitih modova.

Kao izvori svjetlosti u optičkim kabelima koriste se:

· LED diode;

· poluvodički laseri.

Za single-mode kabele koriste se samo poluvodički laseri, budući da se s tako malim promjerom optičkog vlakna svjetlosni tok koji stvara LED ne može usmjeriti u vlakno bez velikih gubitaka. Višemodni kabeli koriste jeftinije LED emitere.

Za prijenos informacija koristi se svjetlost valne duljine 1550 nm (1,55 mikrona), 1300 nm (1,3 mikrona) i 850 nm (0,85 mikrona). LED diode mogu emitirati svjetlost na valnim duljinama od 850 nm i 1300 nm. Odašiljači valne duljine 850 nm znatno su jeftiniji od odašiljača valne duljine 1300 nm, ali je pojasni pojas kabela za valne duljine 850 nm uži, primjerice 200 MHz/km umjesto 500 MHz/km.

Laserski emiteri rade na valnim duljinama od 1300 i 1550 nm. Brzina modernih lasera omogućuje modulaciju svjetlosnog toka na frekvencijama od 10 GHz i više. Laserski emiteri stvaraju koherentni tok svjetlosti, zbog čega gubici u optičkim vlaknima postaju manji nego kod korištenja nekoherentnog toka LED dioda.

Korištenje samo nekoliko valnih duljina za prijenos informacija u optičkim vlaknima je zbog osobitosti njihovih amplitudno-frekvencijskih karakteristika. Upravo za te diskretne valne duljine uočavaju se izraženi maksimumi u prijenosu snage signala, a za ostale valove prigušenje u vlaknima je znatno veće.

Optički kabeli se na opremu spajaju pomoću MIC, ST i SC konektora.

Kabeli od optičkih vlakana imaju izvrsne karakteristike svih vrsta: elektromagnetske, mehaničke, ali imaju jedan ozbiljan nedostatak - teškoću povezivanja vlakana na konektore i međusobno ako je potrebno povećati duljinu kabela. Pričvršćivanje optičkog vlakna na konektor zahtijeva precizno rezanje vlakna u ravnini koja je strogo okomita na os vlakna, kao i izradu spoja kroz složenu operaciju lijepljenja.

Komunikacijska linija (slika 3.7) općenito se sastoji od fizičkog medija kroz koji se prenose električni informacijski signali, oprema za prijenos podataka i posrednička oprema. Sinonim za pojam “komunikacijska linija” je pojam “komunikacijski kanal”.

Riža. 3.7. Sastav komunikacijske linije

Fizički medij prijenosa podataka je kabel, odnosno skup žica, izolacijskih i zaštitnih omotača i spojnih konektora, te zemljina atmosfera ili svemir kroz koji se šire elektromagnetski valovi.

Ovisno o mediju za prijenos podataka, komunikacijske linije (slika 3.8) dijele se na:

Žičani (zračni);

Kabel (bakreni i optički);

Radio kanali zemaljske i satelitske komunikacije.

Riža. 3.8. Vrste komunikacijskih linija

Žičani (nadzemni) komunikacijski vodovi su žice bez ikakvih izolacijskih ili zaštitnih pletenica, položene između stupova i viseće u zraku. Takve komunikacijske linije tradicionalno prenose telefonske ili telegrafske signale, ali u nedostatku drugih opcija, te se linije također koriste za prijenos računalnih podataka. Brzina i otpornost na buku ovih linija ostavljaju mnogo za poželjeti. Danas se žičane komunikacijske linije brzo zamjenjuju kabelskim linijama.

Kabelske linije su prilično složena struktura. Kabel se sastoji od vodiča zatvorenih u nekoliko slojeva izolacije: električne, elektromagnetske, mehaničke, a također, eventualno, i klimatske. Osim toga, kabel može biti opremljen konektorima koji vam omogućuju brzo spajanje različite opreme na njega. Tri su glavne vrste kabela koji se koriste u računalnim mrežama: bakreni kabeli s upredenim paricama, bakreni koaksijalni kabeli i kabeli s optičkim vlaknima.

Upleteni par žica naziva se upredena parica. Upletena parica dolazi u oklopljenom paru (STP), gdje je par bakrenih žica omotan izolacijskim oklopom, i neoklopljenom (UTP), kada nema izolacijskog omotača. Uvijanje žica smanjuje učinak vanjskih smetnji na korisne signale koji se prenose duž kabela. Koaksijalni kabel ima asimetričan dizajn i sastoji se od unutarnje bakrene jezgre i pletenice, odvojene od jezgre slojem izolacije. Postoji nekoliko vrsta koaksijalnih kabela, koji se razlikuju po karakteristikama i primjeni - za lokalne mreže, za globalne mreže, za kabelsku televiziju. Optički kabel sastoji se od tankih (5-60 mikrona) vlakana kroz koja putuju svjetlosni signali. Ovo je kvalitetniji tip kabela - omogućuje prijenos podataka vrlo velikim brzinama (do 10 Gbit/s i više) i, štoviše, bolje od drugih vrsta prijenosnih medija štiti podatke od vanjskih smetnji.

Radijski kanali za zemaljske i satelitske komunikacije formiraju se pomoću odašiljača i prijamnika radiovalova. Postoji veliki broj različitih vrsta radijskih kanala, koji se razlikuju i po frekvencijskom rasponu koji se koristi i po rasponu kanala. Kratki, srednji i dugi valni pojasevi (KB, CB i LW), koji se nazivaju i pojasevi amplitudne modulacije (AM) prema vrsti modulacije signala koji koriste, omogućuju komunikaciju na velike udaljenosti, ali pri niskim brzinama prijenosa podataka. Najbrži kanali su oni koji rade u ultrakratkom valnom (VHF) području, koje karakterizira frekvencijska modulacija (FM), kao iu ultravisokom frekvencijskom (mikrovalnom) području. U mikrovalnom području (iznad 4 GHz), Zemljina ionosfera više ne reflektira signale. Za stabilnu komunikaciju potrebna je linija vidljivosti između odašiljača i prijamnika. Stoga takve frekvencije koriste ili satelitski kanali ili radiorelejni kanali, gdje je taj uvjet zadovoljen.

U računalnim mrežama danas se koriste gotovo sve opisane vrste fizičkih medija za prijenos podataka, no najperspektivniji su optički. Danas se na njima grade i okosnice velikih teritorijalnih mreža i brze komunikacijske linije lokalnih mreža. Upletena parica također je popularan medij, karakteriziran izvrsnim omjerom kvalitete i cijene te jednostavnom ugradnjom. Korištenjem kabela s upredenim paricama krajnji korisnici mreže obično se spajaju na udaljenosti do 100 metara od čvorišta. Satelitski kanali i radiokomunikacije najčešće se koriste u slučajevima kada se kabelska komunikacija ne može koristiti - na primjer, kada kanal prolazi kroz slabo naseljeno područje ili za komunikaciju s korisnikom mobilne mreže, poput vozača kamiona ili liječnika koji obilazi .

Komunikacijska veza je fizički medij i skup hardvera koji se koristi za prijenos signala od odašiljača do prijamnika. U žičanim komunikacijskim sustavima to je prije svega kabel ili valovod; u radiokomunikacijskim sustavima to je područje prostora u kojem se elektromagnetski valovi šire od odašiljača do prijamnika. Kada se prenosi preko kanala, signal može biti izobličen i na njega mogu utjecati smetnje. Prijemni uređaj obrađuje primljeni signal , koji je zbroj dolaznog izobličenog signala i šuma, te iz njega rekonstruira poruku koja, uz određenu pogrešku, prikazuje poslanu poruku. Drugim riječima, prijamnik mora na temelju analize signala utvrditi koja je od mogućih poruka poslana. Stoga je prijemni uređaj jedan od najkritičnijih i najsloženijih elemenata električnog komunikacijskog sustava.

Pod električnim komunikacijskim sustavom podrazumijeva se skup tehničkih sredstava i distribucijskih medija. Pojam komunikacijskog sustava uključuje izvor i potrošača poruka.

Na temelju vrste poruka koje se prenose razlikuju se sljedeći električni komunikacijski sustavi: sustavi za prijenos govora (telefonija); sustavi za prijenos teksta (telegrafija); prijenosni sustavi mirne slike(fototelegrafija); sustavi za prijenos pokretnih slika (televizija), sustavi za daljinsko mjerenje, daljinsko upravljanje i prijenos podataka. Telefonski i televizijski sustavi prema namjeni dijele se na radiodifuzne, koje karakterizira visok stupanj umjetničke reprodukcije poruka, i profesionalne, koji imaju posebnu primjenu (službene komunikacije, industrijska televizija i dr.). U telemetrijskom sustavu fizikalne veličine(temperatura, tlak, brzina, itd.) pretvaraju se pomoću senzora u primarni električni signal koji se šalje odašiljaču. Na prijemnom kraju se odaslana fizička veličina ili njezine promjene odvajaju od signala i koriste za praćenje. Sustav daljinskog upravljanja prenosi naredbe za automatsko izvršavanje određenih radnji. Često se te naredbe generiraju automatski na temelju rezultata mjerenja koje prenosi telemetrijski sustav.

Uvođenje visoko učinkovitih računala dovelo je do potrebe za brzim razvojem sustava za prijenos podataka koji osiguravaju razmjenu informacija između računalnih alata i objekata automatiziranih sustava upravljanja. Ovu vrstu telekomunikacija karakteriziraju visoki zahtjevi za brzinom i točnošću prijenosa informacija.

Za razmjenu poruka između velikog broja geografski raspršenih korisnika (pretplatnika) stvaraju se komunikacijske mreže koje osiguravaju prijenos i distribuciju poruka na određene adrese (na navedeno vrijeme i s utvrđenom kvalitetom).

Komunikacijska mreža je skup komunikacijskih linija i komutacijskih čvorova.

Klasifikacija kanala i komunikacijskih linija provodi se:

po prirodi signala na ulazu i izlazu (kontinuirani, diskretni, diskretno-kontinuirani);

prema vrsti poruka (telefon, telegraf, prijenos podataka, televizija, telefaks itd.);

prema vrsti medija za širenje (žičani, radio, optički itd.);

prema rasponu korištenih frekvencija (niskofrekventni (LF), visokofrekventni (HF), ultravisoki (mikrovalni) itd.);

prema građi primopredajnih uređaja (jednokanalni, višekanalni).

Trenutno, s ciljem većine pune karakteristike kanala i komunikacijskih vodova, mogu se koristiti i drugi kriteriji klasifikacije (prema načinu širenja radijskih valova, načinu spajanja i razdvajanja kanala, smještaju tehničkih sredstava, pogonskoj namjeni i dr.)

Računalne mreže koriste telefonske, telegrafske, televizijske i satelitske komunikacijske mreže. Kao komunikacijske linije koriste se žični (zračni), kabelski, radio kanali zemaljske i satelitske komunikacije. Razliku između njih određuje medij za prijenos podataka. Fizički medij prijenosa podataka može biti kabel, kao i zemljina atmosfera ili svemir kroz koji se šire elektromagnetski valovi.

Žičane (nadzemne) komunikacijske linije- to su žice bez izolacijskih ili zaštitnih pletenica, položene između stupova i viseće u zraku. Tradicionalno se koriste za prijenos telefonskih i telegrafskih signala, ali u nedostatku drugih mogućnosti koriste se za prijenos računalnih podataka. Žičane komunikacijske linije karakterizira niska propusnost i niska otpornost na smetnje, pa ih brzo zamjenjuju kabelske linije.

Kabelske linije uključuju kabel koji se sastoji od vodiča s nekoliko slojeva izolacije - električne, elektromagnetske, mehaničke i konektora za spajanje različite opreme na njega. Kabelske mreže uglavnom koriste tri vrste kabela: kabel koji se temelji na upredenim paricama bakrenih žica (ovo je upredena parica u oklopljenoj verziji, kada je par bakrenih žica omotan izolacijskim ekranom, i neoklopljeni, kada nema izolacije omot), koaksijalni kabel (sastoji se od unutarnje bakrene jezgre i pletenice, odvojene od jezgre slojem izolacije) i optički kabel (sastoji se od tankih vlakana od 5-60 mikrona, kroz koja se šire svjetlosni signali).

Među kabelskim komunikacijskim linijama najbolju izvedbu imaju svjetlovodi. Njihove glavne prednosti: visoka propusnost (do 10 Gbit/s i više), zbog korištenja elektromagnetskih valova u optičkom rasponu; neosjetljivost na vanjska elektromagnetska polja i odsutnost vlastitog elektromagnetskog zračenja, nizak intenzitet rada polaganja optičkog kabela; sigurnost od iskrenja, eksplozije i požara; povećana otpornost na agresivna okruženja; niska specifična težina (omjer linearne mase i širine pojasa); široka područja primjene (stvaranje javnih pristupnih autocesta, komunikacijskih sustava između računala i perifernih uređaja lokalnih mreža, u mikroprocesorskoj tehnici itd.).

Nedostaci optičkih vodova: povezivanje dodatnih računala sa svjetlovodom značajno slabi signal; brzi modemi koji su potrebni za svjetlovode i dalje su skupi;

Zemaljski i satelitski radio kanali nastaju pomoću odašiljača i prijamnika radiovalova. Različite vrste radijskih kanala razlikuju se u korištenom frekvencijskom rasponu i rasponu prijenosa informacija. Radio kanali koji rade u kratkim, srednjim i dugim valovima (HF, MF, DV) omogućuju komunikaciju na velikim udaljenostima, ali uz nisku brzinu prijenosa podataka. To su radio kanali koji koriste amplitudnu modulaciju signala. Kanali koji rade na ultrakratkim valovima (VHF) su brži i karakterizirani su frekvencijskom modulacijom signala. Ultrabrzi kanali su oni koji rade u ultravisokim frekvencijskim (mikrovalnim) rasponima, tj. iznad 4 GHz. U mikrovalnom području, signali se ne reflektiraju od Zemljine ionosfere, tako da stabilna komunikacija zahtijeva izravnu vidljivost između odašiljača i prijamnika. Zbog toga se mikrovalni signali koriste ili u satelitskim kanalima ili u radio relejima, gdje je ovaj uvjet zadovoljen.

Karakteristike komunikacijskih vodova. Glavne karakteristike komunikacijskih linija uključuju sljedeće: amplitudno-frekvencijski odziv, propusnost, prigušenje, propusnost, otpornost na smetnje, preslušavanje na bližem kraju linije, pouzdanost prijenosa podataka, jediničnu cijenu.

Karakteristike komunikacijske linije često se određuju analizom njezinih odgovora na određene referentne utjecaje, a to su sinusne oscilacije različitih frekvencija, jer se često susreću u tehnici i mogu se koristiti za prikaz bilo koje funkcije vremena. Stupanj izobličenja sinusoidnih signala komunikacijske linije procjenjuje se pomoću amplitudno-frekvencijskog odziva, širine pojasa i prigušenja na određenoj frekvenciji.

Amplitudno-frekvencijski odziv(Frekvencijski odziv) daje najpotpuniju sliku komunikacijske linije; pokazuje kako amplituda sinusoide na izlazu linije slabi u usporedbi s amplitudom na njenom ulazu za sve moguće frekvencije odaslanog signala (umjesto amplitude signala, često se koristi njegova snaga). Posljedično, frekvencijski odziv vam omogućuje određivanje oblika izlaznog signala za bilo koji ulazni signal. Međutim, vrlo je teško dobiti frekvencijski odziv stvarne komunikacijske linije, pa se u praksi umjesto njih koriste druge, pojednostavljene karakteristike - propusnost i prigušenje.

Propusnost komunikacije predstavlja kontinuirani raspon frekvencija preko kojih omjer amplitude izlaznog signala prema ulaznom signalu prelazi unaprijed određenu granicu (obično 0,5). Prema tome, širina pojasa određuje raspon frekvencija sinusoidnog signala na kojem se taj signal prenosi preko komunikacijske linije bez značajnih izobličenja. Širina pojasa koja najviše utječe na najveću moguću brzinu prijenosa informacija duž komunikacijske linije je razlika između maksimalne i minimalne frekvencije sinusoidnog signala u određenoj širini pojasa. Propusnost ovisi o vrsti linije i njezinoj duljini.

Mora se razlikovati između propusnosti i širina spektra odaslani informacijski signali. Širina spektra odašiljanih signala je razlika između maksimalnih i minimalnih značajnih harmonika signala, tj. onih harmonika koji daju glavni doprinos rezultirajućem signalu. Ako značajni harmonici signala padnu unutar propusnog pojasa linije, tada će takav signal biti odaslan i primljen od strane prijemnika bez izobličenja. U protivnom će signal biti izobličen, prijemnik će pogriješiti prilikom prepoznavanja informacija, pa se informacije neće moći prenijeti zadanom propusnošću.

Prigušenje je relativno smanjenje amplitude ili snage signala pri prijenosu signala određene frekvencije duž linije.

Prigušenje A mjeri se u decibelima (dB, dB) i izračunava se po formuli:

gdje su Rout, Rin snaga signala na izlazu odnosno ulazu linije.

Za aproksimaciju izobličenja signala koji se prenose duž linije dovoljno je znati slabljenje signala osnovne frekvencije, tj. frekvencije čiji harmonik ima najveću amplitudu i snagu. Točnija procjena je moguća ako znamo slabljenje na nekoliko frekvencija blizu glavne.

Komunikacijski kapacitet je njegova karakteristika koja određuje (poput propusnosti) najveću moguću brzinu prijenosa podataka duž linije. Mjeri se u bitovima po sekundi (bps), kao i u izvedenim jedinicama (Kbps, Mbps, Gbps).

Propusnost komunikacijske linije ovisi o njezinim karakteristikama (frekvencijski odziv, širina pojasa, prigušenje) te o spektru odaslanih signala, koji pak ovisi o odabranoj metodi fizičkog ili linearnog kodiranja (tj. o metodi predstavljanja diskretnih signala). informacije u obliku signala). Za jednu metodu kodiranja linija može imati jedan kapacitet, a za drugu drugi.

Kod kodiranja se obično koristi promjena nekog parametra periodičkog signala (na primjer, sinusoidne oscilacije) - frekvencija, amplituda i faza sinusoide ili znak potencijala impulsnog niza. Periodički signal čiji se parametri mijenjaju naziva se nosivi signal ili nosiva frekvencija ako se kao takav signal koristi sinusoida. Ako primljena sinusoida ne mijenja nijedan od svojih parametara (amplitudu, frekvenciju ili fazu), tada ne nosi nikakve informacije.

Broj promjena u informacijskom parametru periodičkog signala nositelja u sekundi (za sinusoidu to je broj promjena amplitude, frekvencije ili faze) mjeri se u baudu. Radni ciklus odašiljača je vremenski period između susjednih promjena u informacijskom signalu.

Općenito, kapacitet linije u bitovima po sekundi nije isto što i brzina prijenosa podataka. Ovisno o metodi kodiranja, može biti veći, jednak ili manji od broja bauda. Ako npr. kada ovu metodu kodiranje, jedna vrijednost bita je predstavljena impulsom pozitivnog polariteta, a nulta vrijednost je predstavljena impulsom negativnog polariteta, tada kod prijenosa naizmjenično promjenjivih bitova (nema serije bitova istog imena) fizički signal Tijekom prijenosa svaki bit dvaput mijenja svoje stanje. Stoga je s ovim kodiranjem kapacitet linije polovica broja bauda koji se prenose duž linije.

Na propusnost linije utječu ne samo fizički, već i tzv logično kodiranje, koje se izvodi prije fizičkog kodiranja i sastoji se od zamjene izvornog niza bitova informacija novim nizom bitova koji nose iste informacije, ali imaju dodatna svojstva (na primjer, sposobnost primateljske strane da otkrije pogreške u primljenom podataka ili osigurati povjerljivost prenesenih podataka njihovim šifriranjem). Logičko kodiranje, u pravilu, prati zamjena izvorne sekvence bitova dužom sekvencom, što negativno utječe na vrijeme prijenosa korisnih informacija.

Postoji određena odnos između kapaciteta linije i njezine propusnosti. S fiksnom metodom fizičkog kodiranja, kapacitet linije raste s povećanjem frekvencije periodičkog signala nositelja, budući da je to povećanje popraćeno povećanjem informacija koje se prenose po jedinici vremena. Ali kako se frekvencija ovog signala povećava, širina njegovog spektra se također povećava, što se prenosi s izobličenjima određenim propusnošću linije. Što je veća razlika između propusnosti linije i širine spektra odaslanih informacijskih signala, to su signali više podložni izobličenju i vjerojatnije su pogreške u prepoznavanju informacija od strane prijamnika. Kao rezultat toga, brzina prijenosa informacija ispada manja od očekivane.

Claude Shannon uspostavio je odnos između propusnosti linije i njezine najveće moguće propusnosti, bez obzira na usvojenu metodu fizičkog kodiranja:

Gdje S– maksimalni kapacitet linije (bit/s);

F– propusnost linije (Hz);

– korisna snaga signala;

– snaga buke (smetnje).

Kao što ovaj odnos implicira, ne postoji teoretsko ograničenje kapaciteta veze fiksne propusnosti. Međutim, u praksi je povećanje kapaciteta linije značajnim povećanjem snage odašiljača ili smanjenjem snage šuma na liniji prilično teško i skupo. Osim toga, utjecaj ovih kapaciteta na propusnost nije ograničen izravno proporcionalnom ovisnošću, već logaritamskom.

Više praktičnu upotrebu dobio relaciju koju je pronašao Nyquist:

Gdje M– broj različitih stanja informacijskog parametra odaslanog signala.

Nyquistova relacija, koja se također koristi za određivanje najveće moguće propusnosti komunikacijske linije, ne uzima eksplicitno u obzir prisutnost šuma na liniji. Međutim, njegov se utjecaj neizravno očituje u izboru broja stanja informacijskog signala. Na primjer, za povećanje propusnosti linije bilo je moguće koristiti ne 2 ili 4 razine, već 16, pri kodiranju podataka. Ali ako amplituda šuma premašuje razliku između susjednih 16 razina, tada prijemnik neće moći. dosljedno prepoznati prenesene podatke. Stoga je broj mogućih stanja signala učinkovito ograničen omjerom snage signala i šuma.

Nyquistova formula određuje graničnu vrijednost kapaciteta kanala za slučaj kada je broj stanja informacijskog signala već odabran uzimajući u obzir mogućnosti njihovog stabilnog prepoznavanja od strane prijemnika.

Otpornost komunikacijske linije na buku- to je njegova sposobnost da smanji razinu smetnji stvorenih u vanjskom okruženju na unutarnjim vodičima. Ovisi o vrsti fizičkog medija koji se koristi, kao io linijskoj opremi koja štiti i potiskuje smetnje. Najotporniji na buku, neosjetljiv na vanjske elektromagnetska radijacija, su vodovi od optičkih vlakana, najmanje otporni na smetnje su radio vodovi, oni zauzimaju međupoložaj kabelske linije. Smanjenje smetnji uzrokovanih vanjskim elektromagnetskim zračenjem postiže se oklopom i uvijanjem vodiča.

Slični pristupi primjenjivi su za kodiranje podataka i njihov prijenos između dva računala preko komunikacijskih linija. Međutim, te se komunikacijske linije razlikuju po svojim karakteristikama od linija unutar računala. Glavna razlika između vanjskih i unutarnjih komunikacijskih vodova je u tome što su znatno duži i također prolaze izvan oklopljenog kućišta kroz prostore koji su često izloženi jakim elektromagnetskim smetnjama.

Ako vam ovaj rad ne odgovara, na dnu stranice nalazi se popis sličnih radova. Također možete koristiti gumb za pretraživanje

Fizički prijenos podataka preko komunikacijskih linija

Čak i pri razmatranju najjednostavnija mreža koji se sastoji od samo dva stroja, mogu se identificirati mnogi problemi povezani s fizičkim prijenosom signala preko komunikacijskih linija.

Kodiranje

U računalna tehnologija koristi za predstavljanje podataka binarni kod. Unutar računala, podatkovne jedinice i nule odgovaraju diskretnim električnim signalima.

Predstavljanje podataka u obliku električnih ili optičkih signala naziva se kodiranje. ... .

postojati razne načine kodiranje binarnih znamenki, npr. metoda potencijala, u kojoj jedna razina napona odgovara jedinici, a druga nuli, ili metoda impulsa, kada se za predstavljanje znamenki koriste impulsi različitih polariteta.

Slični pristupi primjenjivi su za kodiranje podataka i njihov prijenos između dva računala preko komunikacijskih linija. Međutim, te se komunikacijske linije razlikuju po svojim karakteristikama od linija unutar računala. Glavna razlika između vanjskih komunikacijskih vodova i unutarnjih je u tome što su puno duži, te što prolaze izvan oklopljenog kućišta kroz prostore koji su često izloženi jakim elektromagnetskim smetnjama. Sve to dovodi do značajno većeg izobličenja pravokutnih impulsa (na primjer, "prevrtanje" frontova) nego unutar računala. Stoga, za pouzdano prepoznavanje impulsa na prijemnom kraju komunikacijske linije prilikom prijenosa podataka unutar i izvan računala, nije uvijek moguće koristiti iste brzine i metode kodiranja. Na primjer, spori porast ruba impulsa zbog velikog kapacitivnog opterećenja linije zahtijeva da se impulsi prenose nižom brzinom (tako da se vodeći i zadnji rubovi susjednih impulsa ne preklapaju i da impuls ima vremena za “narasti” do potrebne razine).

U računalne mreže Oni koriste i potencijalno i impulsno kodiranje diskretnih podataka, kao i specifičnu metodu predstavljanja podataka koja se nikada ne koristi unutar računala, modulaciju (Sl. 2.6). Tijekom modulacije, diskretna informacija se predstavlja sinusoidnim signalom frekvencije koja se dobro prenosi postojećom komunikacijskom linijom.

Na kanalima se koristi potencijalno ili impulsno kodiranje Visoka kvaliteta, a modulacija temeljena na sinusoidnim signalima je poželjnija u slučaju kada kanal unosi jaka izobličenja u odaslane signale. Na primjer, modulacija se koristi u širokim mrežama za prijenos podataka preko analognih telefonskih veza, koje su dizajnirane za prijenos glasa u analognom obliku i stoga nisu prikladne za izravan prijenos impulsa.

Na način prijenosa signala također utječe broj žica u komunikacijskim linijama između računala. Da bi se smanjio trošak komunikacijskih linija, mreže obično nastoje smanjiti broj žica i zbog toga ne koriste paralelni prijenos svih bitova jednog bajta ili čak nekoliko bajtova, kao što se to radi unutar računala, već sekvencijalni bit prijenos, koji zahtijeva samo jedan par žica.

Drugi problem koji treba riješiti kod prijenosa signala je problem međusobne sinkronizacije odašiljača jednog računala s prijamnikom drugog. Prilikom organiziranja interakcije modula unutar računala, ovaj se problem rješava vrlo jednostavno, jer se u ovom slučaju svi moduli sinkroniziraju iz zajedničkog generatora takta. Problem sinkronizacije pri povezivanju računala može se riješiti različiti putevi, kako razmjenom posebnih taktnih impulsa preko zasebne linije, tako i periodičnom sinkronizacijom s unaprijed određenim kodovima ili impulsima karakterističnog oblika koji se razlikuje od oblika podatkovnih impulsa.

Unatoč poduzetim mjerama (odabir odgovarajuće brzine razmjene podataka, komunikacijskih linija određenih karakteristika, načina sinkronizacije prijamnika i odašiljača), postoji mogućnost izobličenja pojedinih bitova prenesenih podataka. Kako bi se povećala pouzdanost prijenosa podataka između računala, često se koristi standardna tehnika: izračunavanje kontrolne sume i njezin prijenos preko komunikacijskih linija nakon svakog bajta ili nakon određenog bloka bajtova. Protokol za razmjenu podataka često uključuje kao obvezni element prijem signala, koji potvrđuje ispravnost prijema podataka i šalje se od primatelja do pošiljatelja.

Karakteristike fizičkih kanala

Postoji veliki broj karakteristika povezanih s prijenosom prometa preko fizičkih kanala. Upoznat ćemo se s onima od njih koji će nam trebati u bliskoj budućnosti.