Línea de comunicación. Líneas de comunicación Medio físico de transmisión de datos

Tasa de baudios(tasa de información o rendimiento, ambos términos en inglés se usan indistintamente) es la tasa real del flujo de datos que pasa a través de la red. Esta velocidad puede ser menor que la velocidad de carga sugerida, ya que los datos de la red pueden dañarse o perderse.

La capacidad de un canal de comunicación (capacidad), también llamado ancho de banda, representa la máxima tasa de transferencia de datos posible a través del canal.

La especificidad de esta característica es que refleja no solo los parámetros del medio de transmisión físico, sino también las características del método seleccionado para transmitir información discreta a través de este medio.

Por ejemplo, la capacidad de un canal de comunicación en una Ethernet en una fibra óptica es de 10 Mbps. Esta velocidad es la más rápida posible para una combinación de tecnología de fibra óptica y Ethernet. Sin embargo, para la misma fibra óptica, es posible desarrollar otra tecnología de transmisión de datos que difiera en el método de codificación de datos, frecuencia de reloj y otros parámetros, que tendrán una capacidad diferente. Así, la tecnología Fast Ethernet proporciona transmisión de datos a través de la misma fibra óptica con una velocidad máxima de 100 Mbit / sy la tecnología Gigabit Ethernet - 1000 Mbit / s. Transmisor Dispositivo de comunicación debe operar a una velocidad igual al ancho de banda del canal. Esta velocidad a vecesllamado la tasa de bits del transmisor.

Banda ancha- este término puede inducir a error porque se utiliza con dos significados diferentes.

En primer lugar , con su ayuda puede caracterizar el medio de transmisión. En este caso, significa el ancho de banda que la línea transferencias sin incorrección material. El origen del término se desprende de esta definición.

en segundo lugar , el término "ancho de banda" se utiliza como sinónimo del término "capacidad del canal de comunicación "... En el primer caso, el ancho de banda se mide en hercios (Hz), en el segundo, en bits por segundo. Es necesario distinguir los significados de este término por contexto, aunque a veces es bastante difícil. Por supuesto, sería mejor usar diferentes términos para diferentes características, pero hay tradiciones que son difíciles de cambiar. Este doble uso del término "ancho de banda" ya ha entrado en muchos estándares y libros, por lo que seguiremos el enfoque establecido.

También hay que tener en cuenta que este término en su segundo significado es incluso más común que capacidad, por lo que a partir de los dos sinónimos usaremos ancho de banda.

Otro grupo de características de un canal de comunicación está asociado con la capacidad de transmitir información a través del canal a uno o ambos lados.

Cuando dos computadoras interactúan, generalmente se requiere transferir información en ambas direcciones, desde la computadora A a la computadora B y viceversa. Incluso en el caso en que al usuario le parezca que solo recibe información (por ejemplo, descarga un archivo de música de Internet) o transmite (envía Email), el intercambio de información va en dos direcciones. Simplemente hay un flujo principal de datos que interesa al usuario y un flujo auxiliar en la dirección opuesta, que forman los recibos de estos datos.

Los canales de comunicación física se dividen en varios tipos dependiendo de si pueden transmitir información en ambas direcciones o no.

Canal dúplexproporciona transmisión simultánea de información en ambas direcciones. Un canal dúplex puede constar de dos medios físicos, cada uno de los cuales se utiliza para transmitir información en una sola dirección. Una variante es posible cuando un medio sirve para la transmisión simultánea de contraflujos, en este caso se utilizan métodos adicionales para separar cada flujo de la señal total.

Canal semidúplextambién proporciona transferencia de información en ambas direcciones, pero no simultáneamente, sino a su vez. Es decir, durante un cierto período de tiempo, la información se transmite en una dirección y durante el siguiente período, en la dirección opuesta.

Canal simplexpermite que la información se transmita en una sola dirección. A menudo, un enlace dúplex consta de dos enlaces simplex.

Líneas de comunicación

Al construir redes, se utilizan líneas de comunicación en las que se utilizan diversos medios físicos: cables telefónicos y telegráficos suspendidos en el aire, tendidos bajo tierra y a lo largo del fondo del océano, cables coaxiales de cobre y fibra óptica, enredando todas las oficinas modernas, pares trenzados de cobre, todas las ondas de radio penetrantes

Considere las características generales de las líneas de comunicación, independientemente de su naturaleza física, tales como

Banda ancha,

rendimiento

Inmunidad y

Fiabilidad de la transmisión.

El ancho de la línea La transmisión es una característica fundamental de un canal de comunicación, ya que determina la máxima tasa de información posible del canal, quellamado ancho de banda del canal.

La fórmula de Nyquist expresa esta dependencia de un canal ideal y la fórmula de Shannon tiene en cuenta la presencia de ruido en un canal real.

Clasificación de líneas de comunicación.

Al describir un sistema técnico que transfiere información entre nodos de red, se pueden encontrar varios nombres en la literatura:

línea de comunicación,

canal compuesto,

canal,

Enlace.

A menudo, estos términos se usan indistintamente y, en muchos casos, esto no es un problema. Al mismo tiempo, también hay una especificidad en su uso.

Enlace (enlace) Es un segmento que proporciona transferencia de datos entre dos nodos de red vecinos. Es decir, el enlace no contiene dispositivos intermedios de conmutación y multiplexación.

Canal la mayoría de las veces denota la parte del ancho de banda del enlace que se utiliza de forma independiente durante la conmutación. Por ejemplo, un enlace en la red primaria puede constar de 30 canales, cada uno de los cuales tiene un ancho de banda de 64 Kbps.

CircuitoEs la ruta entre los dos nodos finales de la red. Un enlace empalmado está formado por enlaces intermedios separados e interconexiones en conmutadores. A menudo, se omite el epíteto "compuesto" y el término "canal" se usa para referirse tanto a un canal compuesto como a un canal entre nodos adyacentes, es decir, dentro de un enlace.

Línea de comunicación se puede utilizar como sinónimo para cualquiera de los otros tres términos.

No sea demasiado estricto con la confusión de terminología. Esto es especialmente cierto para las diferencias en la terminología de la telefonía tradicional y un área más nueva: las redes de computadoras. El proceso de convergencia solo exacerbó el problema de la terminología, ya que muchos de los mecanismos de estas redes se volvieron comunes, pero retuvieron un par (a veces más) nombres de cada área.

Además, existen razones objetivas para una comprensión ambigua de los términos. En la Fig. 8.1 muestra dos opciones para una línea de comunicación. En el primer caso (Fig. 8.1, a), la línea consiste en un segmento de cable de varias decenas de metros de largo y es un enlace.

En el segundo caso (Fig. 8.1, b), la línea de comunicación es un canal compuesto desplegado en una red de circuitos conmutados. Tal red puede ser una red primaria o una red telefónica.

Sin embargo, para una red de computadoras, esta línea es un enlace, ya que conecta dos nodos vecinos, y todos los equipos intermedios de conmutación son transparentes para estos nodos. La razón del malentendido mutuo a nivel de términos de especialistas en computación y especialistas de redes primarias es obvia aquí.

Las redes primarias se crean especialmente para brindar servicios de canales de transmisión de datos para computadoras y redes telefónicas, sobre los cuales en tales casos dicen que funcionan "encima" de las redes primarias y son redes superpuestas.

Características de la línea de comunicación

Usted y yo necesitamos entender conceptos tales como: armónica, descomposición espectral (espectro) de la señal,ancho del espectro de la señal, fórmulas de Fourier, interferencia externa, internainterferencia, o interferencia, atenuación de señal, atenuación lineal, ventana
transparencia, nivel de potencia absoluto, nivel relativo
potencia, umbral de sensibilidad del receptor, impedancia de onda,
inmunidad de línea, conexión eléctrica, conexión magnética,
señal inducida, diafonía de extremo cercano, diafonía
interferencia en el extremo lejano, protección de cables, fiabilidad de transmisión
datos, tasa de error de bits, ancho de banda, ancho de banda
capacidad, física o lineal, codificación, señal portadora,
frecuencia portadora, modulación, reloj, baudios.

Empecemos.

Análisis espectral de señales en líneas de comunicación.

Un papel importante en la determinación de los parámetros de las líneas de comunicación se asigna a la descomposición espectral de la señal transmitida a través de esta línea. Se sabe por la teoría del análisis armónico que cualquier proceso periódico puede representarse como una suma de oscilaciones sinusoidales de diferentes frecuencias y diferentes amplitudes (figura 8.3).

Cada componente de una sinusoide también se llama armónico, y el conjunto de todos
Monique se denomina descomposición espectral, o espectro, de la señal original.

El ancho del espectro de la señal es la diferencia entre las frecuencias máxima y mínima del conjunto de sinusoides que se suman a la señal original.

Las señales no periódicas se pueden representar como una integral de señales sinusoidales con un espectro continuo de frecuencias. En particular, la descomposición espectral de un pulso ideal (potencia unitaria y duración cero) tiene componentes de todo el espectro de frecuencias, de -oo a + oo (Fig. 8.4).

La técnica para encontrar el espectro de cualquier señal fuente es bien conocida. Para algunas señales que se describen analíticamente (por ejemplo, para una secuencia de pulsos rectangulares de la misma duración y amplitud), el espectro se calcula fácilmente basándose en Fórmulas de Fourier.

Para señales forma libre En la práctica, el espectro se puede encontrar utilizando instrumentos especiales: analizadores de espectro, que miden el espectro de una señal real y muestran las amplitudes de los componentes armónicos en la pantalla, los imprimen en una impresora o los transfieren para su procesamiento y almacenamiento a una computadora.

La distorsión de una sinusoide de cualquier frecuencia por la línea de transmisión conduce, en última instancia, a la distorsión de la amplitud y forma de la señal transmitida de cualquier tipo. La distorsión ocurre cuando las sinusoides de diferentes frecuencias no están igualmente distorsionadas.

Si se trata de una señal analógica que transmite voz, entonces el timbre de la voz cambia debido a la distorsión de los armónicos: frecuencias laterales. Cuando se transmiten señales pulsadas típicas de redes informáticas, los armónicos de baja y alta frecuencia se distorsionan, como resultado, los frentes de pulso pierden su forma rectangular (Fig. 8.5) y las señales pueden reconocerse mal en el extremo receptor de la línea. .

Las señales transmitidas están distorsionadas debido a líneas de comunicación imperfectas. Un medio de transmisión ideal que no interfiera con la señal transmitida debe tener al menos cero resistencia, capacitancia e inductancia. Sin embargo, en la práctica, los cables de cobre, por ejemplo, siempre representan alguna combinación de resistencia activa, cargas capacitivas e inductivas distribuidas a lo largo de la longitud (Fig. 8.6). Como resultado, estas líneas transmiten sinusoides de diferentes frecuencias de diferentes maneras.

Además de las distorsiones de la señal que surgen de parámetros físicos no ideales de la línea de comunicación, también existen interferencias externas que contribuyen a la distorsión de la forma de onda en la salida de la línea. Esta interferencia es creada por varios motores eléctricos, dispositivos electrónicos, atmosféricos.fenómenos, etc. A pesar de las medidas de protección tomadas por los diseñadores del cable y la presencia de equipos de amplificación y conmutación, no es posible compensar completamente la influencia de las interferencias externas. Además de la interferencia externa en el cable, también hay interferencia interna, la llamada inducción de un par de conductores a otro. Como resultado, las señales en la salida de la línea de comunicación puedentienen una forma distorsionada (como se muestra en la Figura 8.5).

Atenuación e impedancia característica

El grado de distorsión de las señales sinusoidales por las líneas de comunicación se estima mediante características como la atenuación y el ancho de banda. La atenuación muestra cuánto disminuye la potencia de la señal sinusoidal de referencia en la salida de una línea de comunicación en relación con la potencia de la señal en la entrada de esta línea. La atenuación (A) generalmente se mide en decibelios (dB) y se calcula utilizando la siguiente fórmula:

Aquí Рout es la potencia de la señal en la salida de línea, Рin es la potencia de la señal en la entrada de línea. Dado que la atenuación depende de la longitud de la línea de comunicación, se utiliza lo siguiente como característica de la línea de comunicación:llamado atenuación lineal, es decir, atenuación en una línea de comunicación de cierta longitud. Para los cables LAN, esta longitud suele ser de 100 m, ya que este valor es la longitud máxima del cable para muchas tecnologías LAN. Para las líneas de comunicación territorial, la atenuación lineal se mide para una distancia de 1 km.

Normalmente, la atenuación se caracteriza por secciones pasivas de la línea de comunicación, que consisten en cables y secciones transversales, sin amplificadores ni regeneradores.

Dado que la potencia de la señal de salida del cable sin amplificadores intermedios es menor que la potencia de la señal de entrada, la atenuación del cable es siempre negativa.

El grado de atenuación de la potencia de una señal sinusoidal depende de la frecuencia de la sinusoide, y esta dependencia también se utiliza para caracterizar la línea de comunicación (Fig. 8.7).

Muy a menudo, al describir los parámetros de una línea de comunicación, los valores de atenuación se dan solo para unas pocas frecuencias. Esto se debe, por un lado, al deseo de simplificar las mediciones a la hora de comprobar la calidad de la línea. Por otro lado, en la práctica, la frecuencia fundamental de la señal transmitida a menudo se conoce de antemano, es decir, la frecuencia cuyo armónico tiene la mayor amplitud y potencia. Por lo tanto, es suficiente conocer la atenuación en esta frecuencia para estimar aproximadamente la distorsión de las señales transmitidas por la línea.

ATENCIÓN

Como se mencionó anteriormente, la atenuación es siempre negativa, pero el signo menos a menudo se omite y, a veces, surge la confusión. La afirmación de que la calidad de la línea de comunicación es mayor, mayor (teniendo en cuenta el signo) la atenuación es completamente correcta. Si ignoramos el signo, es decir, tenemos en cuenta el valor absoluto de la atenuación, entonces la atenuación de una línea de mejor calidad es menor. Pongamos un ejemplo. Para el cableado interno en edificios, se utiliza un cable de par trenzado de Categoría 5. Este cable, en el que funcionan casi todas las tecnologías LAN, se caracteriza por una atenuación de no menos de -23,6 dB para una frecuencia de 100 MHz con una longitud de cable de 100 m. b tiene una atenuación a una frecuencia de 100 MHz no inferior a -20,6 dB. Obtenemos eso - 20,6> -23,6, pero 20,6< 23,6.

En la Fig. 8.8 muestra la atenuación típica frente a la frecuencia para cables de par trenzado sin blindaje de Categoría 5 y 6.

El cable óptico tiene valores de atenuación significativamente más bajos (en valor absoluto), generalmente en el rango de -0,2 a -3 dB con una longitud de cable de 1000 m, lo que significa que es de mejor calidad que el cable de par trenzado. Casi todas las fibras ópticas tienen una dependencia compleja de la atenuación de la longitud de onda, que tiene tres llamadas ventanas de transparencia. En la Fig. 8.9 muestra la dependencia característica de la atenuación para una fibra óptica. Puede verse en la figura que el área de uso efectivo de las fibras modernas está limitada a longitudes de onda de 850 nm, 1300 nm y 1550 nm (35 THz, 23 THz y 19,4 THz, respectivamente). La ventana de 1550 nm proporciona la pérdida más baja y, por lo tanto, el rango máximo con una potencia de transmisor fija y una sensibilidad de receptor fija

Como característica de la potencia de la señal, la absoluta y relativa
niveles de potencia relativos. El nivel de potencia absoluta se mide en
vatios, el nivel de potencia relativo, como la atenuación, se mide en deci-
belah. En este caso, como valor base de la potencia, con respecto al cual
se mide la potencia de la señal, se toma un valor de 1 mW. Por lo tanto,
el nivel de potencia relativo p se calcula mediante la siguiente fórmula:

Aquí P es la potencia absoluta de la señal en milivatios y dBm es una unidad de medida.
Nivel de potencia relativa de renio (decibeles por mW). Relativo
Los valores de potencia son convenientes para usar al calcular el presupuesto de energía.
que las líneas de comunicación.

Se hizo posible una extrema simplicidad de cálculo debido al hecho de que, como
los datos iniciales se utilizaron los valores relativos de la potencia de entrada
señales de señal y salida. El valor y usado en el ejemplo se llama
umbral de sensibilidad del receptor y representa la potencia mínima
señal en la entrada del receptor, en la que es capaz de localizar correctamente
conocer la información discreta contenida en la señal. Es obvio que para
funcionamiento normal de la línea de comunicación, es necesario que la potencia mínima
la señal del transmisor, incluso debilitada por la atenuación de la línea de comunicación, excedió
umbral de sensibilidad del receptor: x - A> y. Verificar esta condición es
es la esencia del cálculo del balance energético de la línea.

Un parámetro importante una línea de comunicación de cobre es su impedancia característica,
que representa la resistencia total (compleja) que cumple
una onda electromagnética de cierta frecuencia cuando se propaga a lo largo de una
una cadena homogénea. La impedancia característica se mide en ohmios y depende de tal
parámetros de la línea de comunicación, como resistencia activa, inductancia lineal
y capacidad lineal, así como en la frecuencia de la propia señal. Impedancia de salida
el transmisor debe adaptarse a la impedancia característica de la línea,
de lo contrario, la atenuación de la señal será excesiva.

Inmunidad y confiabilidad

La inmunidad de una línea, como su nombre lo indica, determina la capacidad de la línea para resistir los efectos del ruido generado en el entorno externo o en los conductores internos del propio cable. La inmunidad de una línea depende del tipo de medio físico utilizado, así como de los medios de protección y supresión de la línea en sí. Las líneas de radio son las menos resistentes a las interferencias, las líneas de cable tienen buena estabilidad y las líneas de fibra óptica, que son insensibles a la radiación electromagnética externa, son excelentes. Normalmente, para reducir la interferencia de campos electromagnéticos externos, los conductores están blindados y / o trenzados.

El acoplamiento eléctrico y magnético son parámetros de un cable de cobre que también son el resultado de interferencias. La conexión eléctrica se define por la relación entre la corriente inducida en el circuito afectado y la tensión que actúa en el circuito de influencia. El acoplamiento magnético es la relación entre la fuerza electromotriz inducida en el circuito afectado y la corriente en el circuito de influencia. El acoplamiento eléctrico y magnético da como resultado señales inducidas (captaciones) en el circuito afectado. Hay varios parámetros diferentes que caracterizan la resistencia de un cable a las interferencias.

Near End Cross Talk (NEXT) determina la estabilidad de un cable cuando la interferencia es causada por una señal generada por un transmisor conectado a uno de los pares adyacentes en el mismo extremo del cable que el que está conectado al cable afectado. Par receptor ( figura 8.10). El exponente NEXT, expresado en decibelios, es igual a 10 lg Pout / Pind> donde Pout es la potencia de la señal de salida, Pind es la potencia de la señal inducida.

Cuanto menor sea el valor SIGUIENTE, mejor cable... Por ejemplo, para un cable de par trenzado de Categoría 5, el NEXT debe ser inferior a -27 dB a 100 MHz.

Far End Cross Talk (FEXT) le permite evaluar la inmunidad de un cable a la interferencia cuando el transmisor y el receptor están conectados a diferentes extremos del cable. Obviamente, este indicador debería ser mejor que NEXT, ya que la señal llega al extremo más alejado del cable, atenuada por la atenuación de cada par.

Los valores NEXT y FEXT se suelen aplicar a un cable formado por varios pares trenzados, ya que en este caso la interferencia mutua de un par con otro puede alcanzar valores significativos. Para un solo cable coaxial (es decir, que consta de un núcleo blindado), este indicador no tiene sentido, y para un cable coaxial doble tampoco se aplica debido al alto grado de protección de cada núcleo. Las fibras ópticas tampoco crean ninguna interferencia mutua perceptible.

Debido al hecho de que en algunas nuevas tecnologías los datos se transmiten simultáneamente a través de varios pares trenzados, recientemente también se han comenzado a utilizar indicadores de diafonía con el prefijo PS (PowerSUM - pastilla combinada), como PS NEXT y PS FEXT. Estos indicadores reflejan la resistencia del cable a la potencia total de diafonía en uno de los pares de cables de todos los demás pares de transmisión (Fig. 8.11).

Otro indicador prácticamente importante es la protección del cable (Relación de atenuación / diafonía, ACR). La seguridad se define como la diferencia entre la señal deseada y los niveles de interferencia. Cuanto mayor sea el valor de la protección del cable, más, de acuerdo con la fórmula de Shannon, con un potencial mayor

La velocidad puede transmitir datos pero este cable. En la Fig. 8.12 muestra una característica típica de la dependencia de la inmunidad de un cable de par trenzado sin blindaje de la frecuencia de la señal.

La fidelidad de la transmisión de datos caracteriza la probabilidad de distorsión de cada bit de datos transmitidos. Esto a veces se denomina tasa de error de bits (BER). El valor de BER para líneas de comunicación sin medios adicionales de protección contra errores (por ejemplo, códigos o protocolos autocorregibles con retransmisión de tramas distorsionadas) es, por regla general, 10-4-10-6, en líneas de comunicación de fibra óptica - 10 ~ 9. El valor de la fiabilidad de la transmisión de datos, por ejemplo 10-4, indica que, en promedio, de 10 000 bits, el valor de un bit está distorsionado.

Con frecuencia, se considera que las frecuencias de corte son las frecuencias en las que la potencia de la señal de salida se reduce a la mitad en relación con la señal de entrada, lo que corresponde a una atenuación de -3 dB. Como veremos más adelante, el ancho de banda tiene el mayor impacto en la máxima tasa de transferencia de datos posible a través de la línea de comunicación. El ancho de banda depende del tipo de línea y su longitud. En la Fig. 8.13 muestra el ancho de banda de las líneas de comunicación diferentes tipos, así como los rangos de frecuencia más utilizados en la tecnología de la comunicación.

Por ejemplo, dado que un protocolo de capa física siempre se define para líneas digitales, que establece la velocidad de transmisión de datos, el ancho de banda para ellos siempre se conoce: 64 Kbit / s, 2 Mbit / s, etc.

En esos casos, cuando solo es necesario elegir cuál de los muchos protocolos existentes usar en una línea determinada, otras características de la línea, como ancho de banda, diafonía, inmunidad al ruido, etc., son muy importantes.

El rendimiento, como la velocidad de datos, se mide en bits por segundo (bps) y también en unidades derivadas como kilobits por segundo (Kbps), etc.

El rendimiento de las líneas de comunicación y el equipo de la red de comunicación es
Se mide en bits por segundo, no en bytes por segundo. Esto se debe al hecho de quelos datos en redes se transmiten secuencialmente, es decir, bit a bit, y no en paralelo, bytes, como sucede entre dispositivos dentro de una computadora. Tales unidades de medida,como kilobits, megabits o gigabits, en tecnologías de red corresponden estrictamente a potencias de 10(es decir, un kilobit es 1000 bits y un megabit es 1000 000 bits), como es habitual en todos los
ramas de la ciencia y la tecnología, y no potencias de dos cercanas a estos números, como es habitualen programación, donde el prefijo "kilo" es 210 = 1024, y "mega" es 220 = 1,048,576.

El rendimiento de una línea de comunicación depende no solo de sus características, tales
tanto la atenuación como el ancho de banda, pero también del espectro de las señales transmitidas.
Si armónicos de señal significativos (es decir, aquellos armónicos cuyas amplitudes son
hacen la principal contribución a la señal resultante) caen en la banda de paso
línea, entonces dicha señal será bien transmitida por esta línea de comunicación,
y el receptor podrá reconocer correctamente la información enviada por
el transmisor (Fig. 8.14, a). Si los armónicos significativos van más allá del
el ancho de banda de la línea de comunicación, la señal distorsionará significativamente
Xia, y el receptor cometerá un error al reconocer la información (Fig. 8.14, b).

Bits y baudios

La elección de la forma de presentar información discreta en forma de señales,
transmitida en una línea de comunicación se llama codificación física o lineal.

El espectro de señales depende del método de codificación elegido y, en consecuencia,
capacidad de la línea.

Por lo tanto, para un método de codificación, una línea puede tener una
rendimiento, y para otro - otro. Por ejemplo, un cable de par trenzado
Rii 3 puede transmitir datos con un ancho de banda de 10 Mbps con un
Sobe codificación de la capa física estándar 10ВаБе-Т y 33 Mbit / s con un método
estándar de codificación sobe 100Ваse-Т4.

De acuerdo con el principal postulado de la teoría de la información, cualquier cambio perceptible e impredecible en la señal recibida transporta información. De ahí se sigue quesinusoide, en la que la amplitud, fase y frecuencia permanecen sin cambios, la información no selleva, ya que el cambio en la señal, aunque se produce, es absolutamente predecible. De manera similar, los pulsos en el bus del reloj de la computadora no transportan información,ya que sus cambios también son constantes en el tiempo. Pero los impulsos en el bus de datos no se pueden predecir de antemano, esto los hace informativos, llevan información
entre bloques individuales o dispositivos de la computadora.

En la mayoría de los métodos de codificación, se usa un cambio en cualquier parámetro de una señal periódica: la frecuencia, amplitud y fase de una sinusoide o el signo del potencial de una secuencia de pulsos. Una señal periódica, cuyos parámetros están sujetos a cambios, se llama señal portadora, y su frecuencia, si la señal es sinusoidal, se llama frecuencia portadora. El proceso de cambiar los parámetros de la señal portadora de acuerdo con la información transmitida se llama modulación.

Si la señal cambia de tal manera que solo se pueden distinguir dos de sus estados, cualquier cambio en ella corresponderá a la unidad más pequeña de información: un bit. Si la señal puede tener más de dos estados distinguibles, cualquier cambio en ella llevará varios bits de información.

La transmisión de información discreta en las redes de telecomunicaciones está cronometrada, es decir, la señal cambia en un intervalo de tiempo fijo, llamado ciclo. El receptor de información considera que al inicio de cada ciclo llega nueva información a su entrada. En este caso, independientemente de si la señal repite el estado del ciclo anterior o si tiene un estado diferente al anterior, el receptor recibe nueva información del transmisor. Por ejemplo, si el ciclo del reloj es de 0.3 s, y la señal tiene dos estados y 1 está codificado con un potencial de 5 voltios, entonces la presencia de una señal de 5 voltios en la entrada del receptor durante 3 segundos significa recibir información representada por el número binario 1111111111.

El número de cambios en el parámetro de información de la señal periódica portadora por segundo se mide en baudios. Un baudio es igual a un cambio en el parámetro de información por segundo. Por ejemplo, si el ciclo de transmisión de información es de 0,1 segundos, la señal cambia a una velocidad de 10 baudios. Por tanto, la velocidad en baudios está totalmente determinada por el tamaño del ciclo.

La tasa de información se mide en bits por segundo y generalmente no es la misma que la tasa de baudios. Puede ser mayor o menor que la velocidad.

cambios en el parámetro de información medido en baudios. Esta relación depende del número de estados de la señal. Por ejemplo, si la señal tiene más de dos estados distinguibles, entonces con ciclos de reloj iguales y el método de codificación correspondiente, la tasa de información en bits por segundo puede ser mayor que la tasa de cambio de la señal de información en baudios.

Deje que los parámetros de información sean la fase y la amplitud de la sinusoide, y hay 4 estados de fase en 0, 90, 180 y 270 ° y dos valores de la amplitud de la señal, entonces la señal de información puede tener 8 estados distinguibles. Esto significa que cualquier estado de esta señal transporta información en 3 bits. En este caso, un módem que opera a una velocidad de 2400 baudios (cambiando la señal de información 2400 veces por segundo) transmite información a una velocidad de 7200 bps, ya que con un cambio en la señal se transmiten 3 bits de información.

Si la señal tiene dos estados (es decir, lleva información en 1 bit), entonces la tasa de información generalmente coincide con el número de baudios. Sin embargo, también se puede observar la imagen opuesta, cuando la tasa de información es menor que la tasa de cambio de la señal de información en baudios. Esto ocurre cuando, para un reconocimiento confiable de la información del usuario por parte del receptor, cada bit de la secuencia se codifica con varios cambios en el parámetro de información de la señal portadora. Por ejemplo, cuando un valor de un solo bit se codifica con un pulso positivo y un valor de bit cero con un pulso de polaridad negativa, la señal física cambia su estado dos veces con cada bit que se transmite. Con esta codificación, la velocidad de línea en bits por segundo es la mitad que en baudios.

Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal periódica portadora, mayor puede ser la frecuencia de modulación y mayor puede ser el ancho de banda de la línea de comunicación.

Sin embargo, por otro lado, con un aumento en la frecuencia de la señal portadora periódica, el ancho del espectro de esta señal también aumenta.

La línea transmite este espectro de sinusoides con esas distorsiones que vienen determinadas por su ancho de banda. Cuanto mayor sea la discrepancia entre el ancho de banda de la línea y el ancho del espectro de las señales de información transmitidas, más se distorsionan las señales y es más probable que se produzcan errores en el reconocimiento de la información por parte del receptor, lo que significa que la posible velocidad de transmisión de la información resulta ser más bajo.

Relación ancho de banda a ancho de banda

La relación entre el ancho de banda de una línea y su ancho de banda, independientemente del método adoptado de codificación física, fue establecida por Claude Shannon:

C = F log 2 (1 + Pc / Psh) -

Aquí C es el ancho de banda de la línea en bits por segundo, F es el ancho de banda de la línea en hercios, Pc es la potencia de la señal, Psh es la potencia del ruido.

De esta relación se deduce que no existe un límite de ancho de banda teórico para una línea de ancho de banda fijo. Sin embargo, en la práctica, existe ese límite. De hecho, es posible aumentar la capacidad de la línea aumentando la potencia del transmisor o reduciendo la potencia de ruido (interferencia) en la línea de comunicación. Ambos componentes son muy difíciles de cambiar. Un aumento en la potencia del transmisor conduce a un aumento significativo en su tamaño y costo. Reducir el nivel de ruido requiere el uso de cables especiales con buena pantallas protectoras, que es muy costoso, así como la reducción de ruido en el transmisor y equipo intermedio, que no es fácil de lograr. Además, el efecto de la potencia de la señal útil y el ruido sobre el rendimiento está limitado por la dependencia logarítmica, que crece mucho menos rápidamente que la proporcional directa. Entonces, con una relación de potencia de señal / ruido inicial bastante típica, un aumento de 100 veces en la potencia del transmisor solo dará un aumento del 15% en el rendimiento de la línea.

Esencialmente cercana a la fórmula de Shannon hay otra relación obtenida por Nyquist, que también determina el ancho de banda máximo posible de una línea de comunicación, pero sin tener en cuenta el ruido en la línea:

C = 2Flog2 M.

Aquí M es el número de estados distinguibles del parámetro de información.

Si la señal tiene dos estados distinguibles, entonces el ancho de banda es igual al doble del ancho de banda de la línea de comunicación (figura 8.15, a). Si el transmisor utiliza más de dos estados de señal estables para codificar datos, entonces la capacidad de la línea aumenta, ya que en un ciclo de operación el transmisor transmite varios bits de los datos originales, por ejemplo, 2 bits en presencia de cuatro estados de señal distinguibles ( Figura 8.15, b).

Aunque la fórmula de Nyquist no tiene en cuenta explícitamente la presencia de ruido, indirectamente
su influencia se refleja en la elección del número de estados de la señal de información
nala. Debería aumentarse el número de estados para aumentar el rendimiento de la línea de comunicación, pero en la práctica esto se evita mediante el ruido en la línea. Por ejemplo, el ancho de banda de la línea, cuya señal se muestra en la Fig. 8.15, b, se puede duplicar utilizando no 4, sino 16 niveles para codificar los datos. Sin embargo, si la amplitud del ruido de vez en cuando excede la diferencia entre niveles adyacentes, entonces el receptor no podrá reconocer constantemente los datos transmitidos. Por lo tanto, el número de posibles estados de la señal está realmente limitado por la relación entre la potencia de la señal y el ruido, y la fórmula de Nyquist determina la tasa máxima de transferencia de datos en el caso de que el número de estados ya se haya seleccionado teniendo en cuenta las capacidades de reconocimiento estable. por el receptor.

Par trenzado blindado y sin blindaje

Par trenzado llamado par trenzado de cables. Este tipo de medio de transmisión de datos es muy popular y constituye la base de una gran cantidad de cables internos y externos. Un cable puede constar de varios pares trenzados (los cables externos a veces contienen hasta varias docenas de pares de este tipo).

La torsión de los cables reduce la influencia de las interferencias externas y mutuas en las señales deseadas transmitidas por el cable.

Las principales características del diseño del cable se muestran esquemáticamente en la Fig. 8.16.

Los cables de par trenzado son simétrico , es decir, constan de dos conductores estructuralmente idénticos. Un cable de par trenzado balanceado puede ser blindado y sin blindaje.

Es necesario distinguir entre eléctricos aislamiento de núcleos conductores, que está disponible en cualquier cable, desdeelectromagnéticoaislamiento. El primero consiste en una capa dieléctrica no conductora: papel o un polímero, como cloruro de polivinilo o poliestireno. En el segundo caso, además del aislamiento eléctrico, los núcleos conductores también se colocan dentro de un escudo electromagnético, que se usa con mayor frecuencia como una trenza de cobre conductora.

Basado en cablepar trenzado sin blindaje,utilizado para el cableado

dentro del edificio, dividido en estándares internacionales en categorías (de 1 a 7).

Cables de categoría 1 aplicar donde los requisitos de velocidad son
son mínimos. Suele ser un cable para transmisión de voz digital y analógica.
y transferencia de datos a baja velocidad (hasta 20 Kbps). Hasta 1983, fue
un nuevo tipo de cable para cableado telefónico.

Cables de categoría 2 fueron utilizados por primera vez por IBM para construir
propio sistema de cable. El principal requisito para los cables de esta categoría es
Rii: la capacidad de transmitir señales con un espectro de hasta 1 MHz.

Cables de categoría 3 fueron estandarizados en 1991. Estándar EIA-568
determinó las características eléctricas de los cables para frecuencias en el rango de hasta
16 MHz. Cables de categoría 3 diseñados tanto para transmisión de datos como para
y para la transmisión de voz, ahora forman la base de muchos sistemas de cable
edificios.

Cables de categoría 4 representan una versión ligeramente mejorada del
blancos de la categoría 3. Los cables de la categoría 4 deben resistir las pruebas durante una hora.
a la transmisión de una señal de 20 MHz y proporcionan una mayor inmunidad al ruido
alta velocidad y baja pérdida de señal. En la práctica, rara vez se utilizan.

Cables de categoría 5 han sido especialmente diseñados para soportar altas
protocolos de alta velocidad. Sus características están determinadas en el rango hasta
100 MHz. Mayoria tecnologías de alta velocidad(FDDI, Fast Ethernet,
ATM y Gigabit Ethernet) se centran en el uso de cables de par trenzado
5. El cable de categoría 5 reemplazó al cable de categoría 3, y hoy
todo nuevo sistemas de cable Los grandes edificios se construyen en este tipo.
cable (combinado con fibra óptica).

Los cables ocupan un lugar especial categorías 6 y 7, que la industria comenzó a producir hace relativamente poco tiempo. Para cables de categoría 6, las especificaciones se especifican hasta 250 MHz y para cables de categoría 7 hasta 600 MHz. Los cables de categoría 7 deben estar blindados, tanto cada par como el cable completo en su conjunto. El cable de categoría 6 puede estar blindado o no blindado. El objetivo principal de estos cables es admitir protocolos de alta velocidad en longitudes de cable superiores a las del cable UTP de categoría 5.

Todos los cables UTP, independientemente de su categoría, están disponibles en diseño de 4 pares. Cada uno de los cuatro pares de cables tiene un color y un tono específicos. Por lo general, dos pares son para transmisión de datos y dos para transmisión de voz.

Cable de fibra óptica

Cable de fibra ópticaConsiste en fibras de vidrio flexibles delgadas (5-60 micrones) (fibras ópticas) a través de las cuales se propagan las señales de luz. Este es el tipo de cable de mayor calidad: proporciona transmisión de datos a una velocidad muy alta (hasta 10 Gbit / sy superior) y, además, mejor que otros tipos de medio de transmisión, proporciona protección de datos contra interferencias externas (debido a la naturaleza de la propagación de la luz, tales señales se protegen fácilmente).

Cada guía de luz consta de un conductor de luz central (núcleo): una fibra de vidrio y un revestimiento de vidrio, que tiene un índice de refracción más bajo que el núcleo. Extendiéndose a lo largo del núcleo, los rayos de luz no van más allá de sus límites, reflejándose en la capa de cobertura de la concha. Según la distribución del índice de refracción y el tamaño del diámetro del núcleo, existen:

Fibra multimodo con un cambio escalonado en el índice de refracción (figura 8.17, a)\

Fibra multimodo con un cambio suave en el índice de refracción (Fig. 8.17, b) \

fibra monomodo (Fig.8.17, v).

El término "modo" describe el modo de propagación de los rayos de luz en el núcleo del cable.

En un cable monomodo(Fibra monomodo, SMF) utiliza un conductor central de un diámetro muy pequeño, acorde con la longitud de onda de la luz, de 5 a 10 micrones. En este caso, prácticamente todos los rayos de luz se propagan a lo largo del eje óptico de la fibra sin ser reflejados desde el conductor exterior. Fabricación terminada

V cables multimodo(Fibra multimodo, MMF) utiliza núcleos internos más anchos que son más fáciles de fabricar. En los cables multimodo, existen múltiples haces de luz simultáneamente en el conductor interno, que rebotan en el conductor externo en diferentes ángulos. El ángulo de reflexión del haz se llama Moda rayo. En cables multimodo con un cambio gradual en el índice de refracción, el modo de reflexión de los rayos es complejo. La interferencia resultante degrada la calidad de la señal transmitida, lo que conduce a la distorsión de los pulsos transmitidos en la fibra óptica multimodo. Por esta razón especificaciones Los cables multimodo son peores que los monomodo.

Como resultado, los cables multimodo se utilizan principalmente para la transmisión de datos a velocidades de no más de 1 Gbit / s en distancias cortas (hasta 300-2000 m), y los cables monomodo se utilizan para la transmisión de datos a velocidades ultra altas de varias decenas de gigabits por segundo (y cuando se utiliza la tecnología DWDM, hasta varios terabits por segundo) a distancias de hasta varias decenas e incluso cientos de kilómetros (comunicación a larga distancia).

Los siguientes se utilizan como fuentes de luz en cables de fibra óptica:

LED o diodos emisores de luz (diodo emisor de luz, LED);

láseres semiconductores o diodos láser.

Para cables monomodo, solo se utilizan diodos láser, ya que con un diámetro de fibra óptica tan pequeño, el flujo de luz creado por el LED no puede dirigirse hacia la fibra sin grandes pérdidas: tiene un patrón de radiación excesivamente amplio, mientras que el El diodo láser es estrecho. Los emisores LED más baratos solo se utilizan para cables multimodo.

El costo de los cables de fibra óptica no es mucho mayor que el costo de los cables de par trenzado, pero el trabajo de instalación con fibra óptica es mucho más costoso debido a la laboriosidad de las operaciones y al alto costo de los equipos de instalación usados.

conclusiones

Dependiendo del tipo de equipo intermedio, todas las líneas de comunicación se dividen en analógicas y digitales. En líneas analógicas, el equipo intermedio está diseñado para amplificar señales analógicas. Las líneas analógicas utilizan multiplexación de frecuencia.

En las líneas de comunicación digital, las señales transmitidas tienen un número finito de estados. En tales líneas, se utilizan equipos intermedios especiales: regeneradores, que mejoran la forma de los pulsos y aseguran su resincronización, es decir, restablecen su período de repetición. El equipo intermedio para multiplexar y conmutar redes primarias funciona según el principio de multiplexación de canales en el tiempo, cuando a cada canal de baja velocidad se le asigna una cierta fracción del tiempo (intervalo de tiempo o cuanto) de un canal de alta velocidad.

El ancho de banda define el rango de frecuencias que se transmiten por el enlace con una atenuación aceptable.

El rendimiento de una línea de comunicación depende de sus parámetros internos, en particular, el ancho de banda, los parámetros externos, el nivel de interferencia y el grado de atenuación de la interferencia, así como el método adoptado para codificar datos discretos.

La fórmula de Shannon define el ancho de banda máximo posible de una línea de comunicación a valores fijos del ancho de banda de la línea y la relación de potencia de señal a ruido.

La fórmula de Nyquist expresa el ancho de banda máximo posible de una línea de comunicación en términos del ancho de banda y el número de estados de la señal de información.

Los cables de par trenzado se dividen en cables sin blindaje (UTP) y blindados (STP). Los cables UTP son más fáciles de fabricar e instalar, pero los cables STP brindan un mayor nivel de seguridad.

Los cables de fibra óptica tienen excelentes características electromagnéticas y mecánicas, cuya desventaja es la complejidad y el alto costo del trabajo de instalación.

1. ¿En qué se diferencia un enlace de un canal de comunicación compuesto?
   1. ¿Puede un canal compuesto estar formado por enlaces? ¿Y viceversa?
   2. ¿Puede un canal digital transportar datos analógicos?
   3. ¿Qué tipo de características de la línea de comunicación son: nivel de ruido, ancho de banda, capacidad lineal?
   4. Qué medidas se pueden tomar para aumentar la velocidad de información de un enlace:

O reduzca la longitud del cable;

O elija un cable con menos resistencia;

O elija un cable con un ancho de banda más amplio;

Aplicar un método de codificación con un espectro más estrecho.

1. ¿Por qué no siempre es posible aumentar la capacidad del canal aumentando el número de estados de la señal de información?
   1. ¿Qué mecanismo se utiliza para suprimir la interferencia en los cables? UTP?
   2. ¿Qué cable transmite señales de mayor calidad, con un valor de parámetro más alto?¿SIGUIENTE o menos?
   3. ¿Cuál es el ancho del espectro de un pulso ideal?
   4. Nombra los tipos de cable óptico.
   5. ¿Qué sucede si se reemplaza un cable en una red en funcionamiento?¿UTP con cable STP? Opciones de respuesta:

La proporción de tramas distorsionadas en la red disminuirá, ya que la interferencia externa se suprimirá de manera más eficiente;

Oh, nada cambiará;

La proporción de tramas distorsionadas en la red aumentará, ya que la impedancia de salida de los transmisores no coincide con la impedancia del cable.

1. ¿Por qué es problemático utilizar cable de fibra óptica en un subsistema horizontal?
   1. Las cantidades conocidas son:

Potencia mínima del transmisor Salida P (dBm);

O atenuación de recuperación del cable A (dB / km);

Umbral de sensibilidad del receptor P en (dBm).

Es necesario encontrar la longitud máxima posible de la línea de comunicación a la que las señales se transmiten normalmente.

1. ¿Cuál sería el límite teórico de la velocidad de datos en bits por segundo sobre un ancho de banda de enlace de 20 kHz si la potencia del transmisor es de 0,01 mW y la potencia de ruido en el enlace es de 0,0001 mW?
   1. Determine el ancho de banda de una línea de comunicación dúplex para cada dirección si sabe que su ancho de banda es de 600 kHz y el método de codificación utiliza 10 estados de señal.
   2. Calcule el retardo de propagación de la señal y el retardo de transmisión de datos para el caso de una transmisión de paquetes de 128 bytes (considere la velocidad de propagación de la señal igual a la velocidad de la luz en un vacío de 300.000 km / s):

О sobre un cable de par trenzado de 100 m de longitud a una velocidad de transmisión de 100 Mbit / s;

О por un cable coaxial de 2 km de longitud a una velocidad de transmisión de 10 Mbps;

O a través de un canal de satélite con una longitud de 72.000 km a una velocidad de transmisión de 128 Kbps.

1. Calcule la velocidad de la línea de comunicación si sabe que la frecuencia de reloj del transmisor es de 125 MHz y la señal tiene 5 estados.
   1. Receptor y transmisor adaptador de red conectado a pares de cables adyacentes UTP. ¿Cuál es la potencia de la interferencia conducida en la entrada del receptor, si el transmisor tiene una potencia de 30 dBm y el indicador SIGUIENTE el cable es de -20 dB?
   2. Que se sepa que el módem transmite datos en modo dúplex completo a una velocidad de 33,6 kbps. ¿Cuántos estados tiene su señal si el ancho de banda de la línea de comunicación es de 3,43 kHz?

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En el dispositivo receptor, las señales secundarias se vuelven a convertir en señales de mensaje en forma de información sonora, óptica o de texto.

Etimología

La palabra "telecomunicaciones" proviene del nuevo lat. electricus y otro griego. ἤλεκτρον (electr, metal brillante; ámbar) y el verbo "tejer". El sinónimo es la palabra "telecomunicación" (del francés télécommunication), que se utiliza en los países de habla inglesa. Palabra telecomunicación, a su vez, proviene del griego tele-(τηλε-) - "distante" y de lat. comunicatio - mensaje, transmisión (del latín communico - lo hago general), es decir, el significado de esta palabra también incluye tipos no eléctricos de transmisión de información (usando telégrafo óptico, sonidos, fuego en torres de vigilancia, correo).

Clasificación de telecomunicaciones

Las telecomunicaciones son objeto de estudio de la teoría de la disciplina científica de las comunicaciones eléctricas.

Por tipo de transferencia de información, todos sistemas modernos Las telecomunicaciones se clasifican convencionalmente en aquellas destinadas a la transmisión de sonido, video, texto.

Dependiendo de la finalidad de los mensajes, los tipos de telecomunicaciones pueden calificarse para la transmisión de información de carácter individual y masivo.

En términos de parámetros de tiempo, los tipos de telecomunicaciones pueden estar operando en tiempo real ya sea llevando a cabo entrega tardía mensajes.

Las principales señales primarias de las telecomunicaciones son: teléfono, radiodifusión sonora, fax, televisión, telégrafo, transmisión de datos.

Tipos de comunicación

• Líneas de cable: las señales eléctricas se utilizan para la transmisión;
• Comunicación por radio: las ondas de radio se utilizan para la transmisión;
  • Comunicación DV, SV, HF y VHF sin el uso de repetidores
  • Comunicaciones por satélite: comunicaciones que utilizan repetidores espaciales
  • Comunicación por relevo de radio: comunicación mediante repetidor (es) terrestre
  • Comunicaciones celulares: comunicaciones de retransmisión de radio mediante una red de estaciones base terrestres

• Comunicación por fibra óptica: las ondas de luz se utilizan para la transmisión.

Dependiendo del método de organización de la ingeniería, las líneas de comunicación se dividen en:

• satélite;
• aire;
• terrestre;
• submarino;
• subterráneo.

• La comunicación analógica es una transmisión de señal continua.
• La comunicación digital es la transmisión de información en forma discreta (forma digital). Una señal digital es analógica por su naturaleza física, pero la información transmitida con su ayuda está determinada por un conjunto finito de niveles de señal. Se utilizan métodos numéricos para procesar una señal digital.

Señal

En general, el sistema de comunicación incluye:

• equipo terminal: equipo terminal, dispositivo terminal (terminal), dispositivo terminal, fuente y destinatario del mensaje;
• dispositivos de conversión de señal(OOI) en ambos extremos de la línea.

El equipo terminal proporciona procesamiento primario de un mensaje y una señal, conversión de mensajes de la forma en que son proporcionados por la fuente (voz, imagen, etc.) en una señal (en el lado de la fuente, remitente) y viceversa. (en el lateral del receptor), amplificación, etc. NS.

Los dispositivos de conversión de señal pueden proteger la señal de la distorsión, dando forma a los canales, haciendo coincidir la señal de grupo (señal de varios canales) con la línea en el lado de la fuente, recuperando la señal de grupo de una mezcla de la señal útil y la interferencia, dividiendo en canales individuales, detección y corrección de errores por parte del destinatario. La modulación se utiliza para formar la señal de grupo y hacer coincidir con la línea.

La línea de comunicación puede contener dispositivos acondicionadores de señal como amplificadores y regeneradores. El amplificador simplemente amplifica la señal junto con la interferencia y la transfiere más, se usa en sistemas de transmisión analógica(ÁSPID). Regenerador ("re-receptor"): realiza la recuperación de la señal sin interferencias y la remodelación de la señal lineal, se utiliza en sistemas de transmisión digital(DSP). Los puntos de amplificación / regeneración son útiles y no útiles (OUP, NUP, ORP y NRP, respectivamente).

En DSP, el equipo terminal se llama DTE (Data Terminal Equipment, DTE), MTP se llama DCE ( equipo de terminación de enlace de datos o equipo terminal de línea, DCE). Por ejemplo, en las redes de computadoras, el papel del DTE lo desempeña la computadora y el DCE es el módem.

Estandarización

En el mundo de las comunicaciones, los estándares son extremadamente importantes porque los equipos de comunicaciones deben poder comunicarse entre sí. Hay varias organizaciones internacionales que publican estándares de comunicación. Entre ellos:

• Unión Internacional de Telecomunicaciones (ing. Unión Internacional de Telecomunicaciones, UIT) es una de las agencias de la ONU.
• (ing. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, IEEE).
• Comisión Especial para el Desarrollo de Internet (ing. Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet, IETF).

Además, los estándares a menudo (generalmente de facto) los determinan los líderes de la industria de equipos de telecomunicaciones.