Kommunikationslinje. Kommunikationsledningar Fysiskt dataöverföringsmedium

Baudhastighet(informationshastighet eller genomströmning, båda engelska termerna används omväxlande) är den faktiska hastigheten för dataströmmen som passerar genom nätverket. Denna hastighet kan vara lägre än den föreslagna laddningshastigheten, eftersom data på nätverket kan skadas eller gå förlorade.

Kapaciteten hos en kommunikationskanal (kapacitet), även kallad bandbredd, representerar den maximalt möjliga dataöverföringshastigheten över kanalen.

Specificiteten för denna egenskap är att den återspeglar inte bara parametrarna för det fysiska överföringsmediet, utan också egenskaperna hos den valda metoden för att överföra diskret information över detta medium.

Till exempel är kapaciteten för en kommunikationskanal i ett Ethernet på en optisk fiber 10 Mbps. Denna hastighet är den snabbaste möjliga för en kombination av Ethernet och optisk fiberteknik. Men för samma optiska fiber är det möjligt att utveckla en annan dataöverföringsteknik som skiljer sig i datakodningsmetod, klockfrekvens och andra parametrar, som kommer att ha en annan kapacitet. Således ger Fast Ethernet-teknik dataöverföring över samma optiska fiber med en maximal hastighet på 100 Mbit/s, och Gigabit Ethernet-teknik - 1000 Mbit/s. Sändare kommunikationsenhet måste arbeta med en hastighet som är lika med kanalens bandbredd. Denna hastighet iblandkallas sändarens bithastighet.

Bandbredd- denna term kan vara vilseledande eftersom den används med två olika betydelser.

I början , med dess hjälp kan karakterisera överföringsmediet. I det här fallet betyder det bandbredden som linjenöverföringar utan väsentlig felaktighet. Ursprunget till termen framgår tydligt av denna definition.

För det andra , används termen "bandbredd" synonymt med termen "kommunikationskanalkapacitet"... I det första fallet mäts bandbredden i hertz (Hz), i det andra i bitar per sekund. Det är nödvändigt att särskilja betydelsen av denna term genom sammanhang, även om det ibland är ganska svårt. Naturligtvis vore det bättre att använda olika termer för olika egenskaper, men det finns traditioner som är svåra att förändra. Denna dubbla användning av termen "bandbredd" har redan kommit in i många standarder och böcker, så vi kommer att följa det etablerade tillvägagångssättet.

Man bör också komma ihåg att denna term i sin andra betydelse är ännu vanligare än kapacitet, så från de två synonymerna kommer vi att använda bandbredd.

En annan grupp av egenskaper hos en kommunikationskanal är associerad med förmågan att överföra information över kanalen till en eller båda sidor.

När två datorer interagerar krävs det vanligtvis att information överförs i båda riktningarna, från dator A till dator B och vice versa. Även i fallet när det verkar för användaren att han bara tar emot information (till exempel laddar ner en musikfil från Internet) eller sänder (sänder e-post), går informationsutbytet i två riktningar. Det finns helt enkelt en huvudström av data som intresserar användaren, och en extra ström i motsatt riktning, som bildar kvitton på dessa data.

Fysiska kommunikationskanaler är indelade i flera typer beroende på om de kan överföra information åt båda hållen eller inte.

Duplex kanalger samtidig överföring av information i båda riktningarna. En duplexkanal kan bestå av två fysiska medier, som var och en används för att överföra information i endast en riktning. En variant är möjlig när ett medium tjänar för samtidig överföring av motströmmar, i detta fall används ytterligare metoder för att separera varje ström från den totala signalen.

Halv duplex kanalger också informationsöverföring i båda riktningarna, men inte samtidigt, utan i tur och ordning. Det vill säga under en viss tidsperiod överförs information i en riktning och under nästa period - i motsatt riktning.

Enkel kanalgör att information endast kan överföras i en riktning. Ofta består en duplexlänk av två simplexlänkar.

Kommunikationslinjer

När man bygger nätverk används kommunikationslinjer där olika fysiska medier används: telefon- och telegrafledningar hängande i luften, dragna under jord och längs havsbotten, kopparkoaxial- och fiberoptiska kablar, som trasslar in alla moderna kontor, koppartvinnade par, alla genomträngande radiovågor

Tänk på de allmänna egenskaperna hos kommunikationslinjer, oberoende av deras fysiska natur, som t.ex

Bandbredd,

genomströmning,

Immunitet och

Överföringens tillförlitlighet.

Linjens bredd överföring är en grundläggande egenskap hos en kommunikationskanal, eftersom den bestämmer den maximala möjliga informationshastigheten för kanalen, vilketkallas kanalens bandbredd.

Nyquist-formeln uttrycker detta beroende för en idealisk kanal, och Shannons formel tar hänsyn till förekomsten av brus i en verklig kanal.

Klassificering av kommunikationslinjer

När man beskriver ett tekniskt system som överför information mellan nätverksnoder kan flera namn hittas i litteraturen:

kommunikationslinje,

sammansatt kanal,

kanal,

Länk.

Ofta används dessa termer omväxlande, och i många fall är detta inte ett problem. Samtidigt finns det också en specificitet i deras användning.

Länk (länk) Är ett segment som tillhandahåller dataöverföring mellan två angränsande nätverksnoder. Det vill säga att länken inte innehåller mellanliggande växlings- och multiplexeringsenheter.

Kanal betecknar oftast den del av länkbandbredden som används oberoende under byte. Till exempel kan en länk i det primära nätverket bestå av 30 kanaler, som var och en har en bandbredd på 64 Kbps.

KretsÄr vägen mellan nätverkets två ändnoder. En skarvad länk bildas av separata mellanlänkar och sammankopplingar i switchar. Ofta utelämnas epitetet "komposit" och termen "kanal" används för att hänvisa till både en sammansatt kanal och en kanal mellan intilliggande noder, det vill säga inom en länk.

Kommunikationslinje kan användas synonymt för någon av de andra tre termerna.

Var inte för strikt när det gäller förvirring av terminologi. Detta gäller särskilt för skillnaderna i terminologin för traditionell telefoni och ett nyare område - datornätverk. Konvergensprocessen förvärrade bara problemet med terminologi, eftersom många av mekanismerna i dessa nätverk blev vanliga, men behöll ett par (ibland fler) namn från varje område.

Dessutom finns det objektiva skäl för en tvetydig förståelse av termer. I fig. 8.1 visar två alternativ för en kommunikationslinje. I det första fallet (fig. 8.1, a) består linjen av ett kabelsegment flera tiotals meter långt och är en länk.

I det andra fallet (fig. 8.1, b) är kommunikationslinjen en sammansatt kanal som används i ett kretskopplat nätverk. Ett sådant nät kan vara ett primärt nät eller ett telefonnät.

Men för ett datornätverk är denna linje en länk, eftersom den förbinder två angränsande noder, och all växlingsmellanutrustning är transparent för dessa noder. Anledningen till ömsesidigt missförstånd på nivån av termer för datorspecialister och specialister på primära nätverk är uppenbar här.

Primära nätverk är speciellt skapade för att tillhandahålla tjänster för dataöverföringskanaler för dator och telefonnät, om vilka de i sådana fall säger att de arbetar "ovanpå" de primära nätverken och är överlagrade nätverk.

Kommunikationslinjeegenskaper

Du och jag behöver förstå sådana begrepp som: harmonisk, spektral nedbrytning (spektrum) av signalen,signalspektrumbredd, Fourierformler, extern interferens, interninterferens, eller interferens, signaldämpning, linjär dämpning, fönster
transparens, absolut effektnivå, relativ nivå
effekt, mottagarens känslighetströskel, vågimpedans,
linjeimmunitet, elektrisk anslutning, magnetisk anslutning,
inducerad signal, överhörning nära slutet, överhörning
fjärrstörningar, kabelskydd, överföringssäkerhet
data, bitfelsfrekvens, bandbredd, bandbredd
förmåga, fysisk eller linjär, kodning, bärsignal,
bärvågsfrekvens, modulering, klocka, baud.

Låt oss börja.

Spektralanalys av signaler på kommunikationslinjer

En viktig roll vid bestämning av parametrarna för kommunikationslinjer tilldelas den spektrala nedbrytningen av signalen som sänds över denna linje. Det är känt från teorin om harmonisk analys att vilken periodisk process som helst kan representeras som summan av sinusformade svängningar med olika frekvenser och olika amplituder (Fig. 8.3).

Varje komponent i en sinusform kallas också en överton, och mängden av alla har-
Monique kallas den spektrala nedbrytningen, eller spektrumet, av den ursprungliga signalen.

Bredden på signalspektrumet är skillnaden mellan de maximala och lägsta frekvenserna för den uppsättning sinusoider som summerar till den ursprungliga signalen.

Icke-periodiska signaler kan representeras som en integral av sinusformade signaler med ett kontinuerligt spektrum av frekvenser. Speciellt har den spektrala nedbrytningen av en ideal puls (enhetseffekt och noll varaktighet) komponenter av hela frekvensspektrumet, från -oo till + oo (Fig. 8.4).

Tekniken för att hitta spektrumet för valfri källsignal är välkänd. För vissa signaler som beskrivs analytiskt (till exempel för en sekvens av rektangulära pulser med samma varaktighet och amplitud) beräknas spektrumet enkelt baserat på Fourierformler.

För signaler fri form i praktiken kan spektrumet hittas med hjälp av speciella instrument - spektrumanalysatorer, som mäter spektrumet av en verklig signal och visar amplituderna för de övertonskomponenter på skärmen, skriver ut dem på en skrivare eller överför dem för bearbetning och lagring till en dator.

Distorsion av en sinusoid av vilken frekvens som helst av sändningslinjen leder slutligen till distorsion av amplituden och formen av den sända signalen av något slag. Distorsion uppstår när sinusoider med olika frekvenser inte är lika förvrängda.

Om detta är en analog signal som sänder tal, ändras röstens klangfärg på grund av förvrängning av övertoner - sidofrekvenser. Vid sändning av pulsade signaler som är typiska för datornätverk, förvrängs lågfrekventa och högfrekventa övertoner, som ett resultat av detta förlorar pulsfronterna sin rektangulära form (fig. 8.5) och signalerna kan dåligt kännas igen vid den mottagande änden av linjen. .

De sända signalerna är förvrängda på grund av ofullkomliga kommunikationslinjer. Ett idealiskt överföringsmedium som inte stör den sända signalen bör åtminstone ha noll resistans, kapacitans och induktans. Men i praktiken representerar till exempel koppartrådar alltid någon kombination av aktivt motstånd, kapacitiva och induktiva belastningar fördelade längs längden (fig. 8.6). Som ett resultat sänds sinusoider med olika frekvenser av dessa linjer på olika sätt.

Förutom signalförvrängningar som härrör från icke idealiska fysiska parametrar för kommunikationslinjen, finns det också externa störningar som bidrar till förvrängningen av vågformen vid linjeutgången. Denna störning skapas av olika elektriska motorer, elektroniska enheter, atmosfäriskafenomen etc. Trots de skyddsåtgärder som vidtagits av kabelkonstruktörerna och förekomsten av förstärknings- och omkopplingsutrustning är det inte möjligt att helt kompensera för påverkan av yttre störningar. Förutom externa störningar i kabeln finns det även interna störningar - den så kallade induktionen av ett par ledare till ett annat. Som ett resultat kan signalerna vid utgången av kommunikationslinjenhar en förvrängd form (som visas i figur 8.5).

Dämpning och karakteristisk impedans

Graden av distorsion av sinusformade signaler av kommunikationslinjer uppskattas av egenskaper såsom dämpning och bandbredd. Dämpning visar hur mycket effekten av den sinusformade referenssignalen vid utgången av en kommunikationslinje minskar i förhållande till signaleffekten vid ingången till denna linje. Dämpning (A) mäts vanligtvis i decibel (dB) och beräknas med följande formel:

Här är Рout signaleffekten vid linjeutgången, Рin är signaleffekten vid linjeingången. Eftersom dämpningen beror på kommunikationslinjens längd, används följande som en egenskap för kommunikationslinjen:kallas linjär dämpningdet vill säga dämpning på en kommunikationslinje av en viss längd. För LAN-kablar är denna längd vanligtvis 100 m, eftersom detta värde är den maximala kabellängden för många LAN-tekniker. För territoriella kommunikationslinjer mäts den linjära dämpningen för ett avstånd av 1 km.

Typiskt kännetecknas dämpningen av passiva sektioner av kommunikationslinjen, bestående av kablar och tvärsnitt, utan förstärkare och regeneratorer.

Eftersom utsignaleffekten för kabeln utan mellanförstärkare är mindre än insignaleffekten är kabeldämpningen alltid negativ.

Graden av dämpning av kraften hos en sinusformad signal beror på sinusformens frekvens, och detta beroende används också för att karakterisera kommunikationslinjen (fig. 8.7).

Oftast, när parametrarna för en kommunikationslinje beskrivs, ges dämpningsvärden för endast ett fåtal frekvenser. Detta beror å ena sidan på önskan att förenkla mätningar vid kontroll av linjens kvalitet. Å andra sidan, i praktiken, är grundfrekvensen för den sända signalen ofta känd i förväg, det vill säga den frekvens vars överton har högst amplitud och effekt. Därför är det tillräckligt att känna till dämpningen vid denna frekvens för att ungefärligen uppskatta distorsionen av signalerna som sänds över linjen.

UPPMÄRKSAMHET

Som nämnts ovan är dämpningen alltid negativ, men minustecknet utelämnas ofta och ibland uppstår förvirring. Påståendet att kvaliteten på kommunikationslinjen är ju högre, desto större (med hänsyn till tecknet) är dämpningen helt korrekt. Om vi ​​ignorerar tecknet, det vill säga, kom ihåg det absoluta värdet av dämpningen, så är dämpningen av en linje av bättre kvalitet mindre. Låt oss ge ett exempel. För intern kabeldragning i byggnader används en tvinnad parkabel av kategori 5. Denna kabel, som nästan all LAN-teknik fungerar på, kännetecknas av en dämpning på inte mindre än -23,6 dB för en frekvens på 100 MHz med en kabellängd på 100 m. b har en dämpning vid en frekvens på 100 MHz inte mindre än -20,6 dB. Vi får det - 20,6> -23,6, men 20,6< 23,6.

I fig. 8.8 visar typisk dämpning mot frekvens för kategori 5 och 6 oskärmade partvinnade kablar.

Optisk kabel har betydligt lägre (i absolut värde) dämpningsvärden, vanligtvis i intervallet från -0,2 till -3 dB med en kabellängd på 1000 m, vilket innebär att den är av bättre kvalitet än en tvinnad kabel. Nästan alla optiska fibrer har ett komplext dämpningsberoende på våglängd, som har tre så kallade transparensfönster. I fig. 8.9 visar det karakteristiska beroendet av dämpningen för en optisk fiber. Det kan ses från figuren att området för effektiv användning av moderna fibrer är begränsat till våglängder på 850 nm, 1300 nm och 1550 nm (35 THz, 23 THz respektive 19,4 THz). 1550 nm fönstret ger den lägsta förlusten, och därför det maximala räckvidden med en fast sändareffekt och en fast mottagarkänslighet

Som ett kännetecken för signalstyrkan, det absoluta och relativa
relativa effektnivåer. Den absoluta effektnivån mäts i
watt, den relativa effektnivån, liksom dämpning, mäts i deci-
beah. I det här fallet, som ett basvärde av makt, i förhållande till vilket
signaleffekten mäts, ett värde på 1 mW tas. Således,
den relativa effektnivån p beräknas med följande formel:

Här är P den absoluta signaleffekten i milliwatt, och dBm är en måttenhet.
rhenium relativ effektnivå (decibel per mW). Släkting
effektvärden är bekväma att använda vid beräkning av energibudgeten
att kommunikationslinjer.

Extrem enkelhet i beräkningen blev möjlig på grund av det faktum att som
initialdata användes de relativa värdena för ineffekten
signal- och utsignaler. Värdet y som används i exemplet kallas
mottagarens känslighetströskel och representerar minimieffekten
signal vid mottagarens ingång, vid vilken den kan lokaliseras korrekt
känna till den diskreta informationen som finns i signalen. Det är uppenbart att för
normal drift av kommunikationslinjen, är det nödvändigt att minimieffekten
sändarsignalen, även försvagad av dämpningen av kommunikationslinjen, överskred
mottagarens känslighetströskel: x - A> y. Kontrollera detta tillstånd är
är kärnan i att beräkna energibudgeten för linjen.

En viktig parameter en kopparkommunikationslinje är dess karakteristiska impedans,
representerar det totala (komplexa) motståndet som möter
en elektromagnetisk våg med en viss frekvens när den utbreder sig längs en
en homogen kedja. Karakteristisk impedans mäts i ohm och beror på sådan
parametrar för kommunikationslinjen, såsom aktivt motstånd, linjär induktans
och linjär kapacitet, såväl som på själva signalens frekvens. Utgångsimpedans
sändaren bör anpassas till ledningens karakteristiska impedans,
annars blir signaldämpningen överdriven.

Immunitet och tillförlitlighet

En linjes immunitet, som namnet antyder, bestämmer linjens förmåga att motstå effekterna av brus som genereras i den yttre miljön eller på själva kabelns inre ledare. En linjes immunitet beror på vilken typ av fysiskt medium som används, såväl som på själva linjens skyddande och undertryckande medel. Radiolinjer är minst resistenta mot störningar, kabelledningar har god stabilitet och fiberoptiska linjer, som är okänsliga för extern elektromagnetisk strålning, är utmärkta. Vanligtvis, för att minska störningar från externa elektromagnetiska fält, är ledarna skärmade och/eller vridna.

Elektrisk och magnetisk koppling är parametrar för en kopparkabel som också är resultatet av störningar. Den elektriska anslutningen definieras av förhållandet mellan den inducerade strömmen i den påverkade kretsen och spänningen som verkar i den påverkande kretsen. Magnetisk koppling är förhållandet mellan den elektromotoriska kraften som induceras i den påverkade kretsen och strömmen i den påverkande kretsen. Elektrisk och magnetisk koppling resulterar i inducerade signaler (pickups) i den påverkade kretsen. Det finns flera olika parametrar som kännetecknar en kabels immunitet mot störningar.

Near End Cross Talk (NEXT) bestämmer stabiliteten hos en kabel när störningar orsakas av en signal som genereras av en sändare ansluten till ett av de intilliggande paren i samma ände av kabeln som den som är ansluten till den berörda kabeln. fig. 8.10). NÄSTA exponent, uttryckt i decibel, är lika med 10 lg Pout / Pind> där Pout är utsignaleffekten, Pind är den inducerade signaleffekten.

Ju lägre NÄSTA-värde, desto bättre kabel... Till exempel, för en tvinnad kategori 5-kabel, bör NEXT vara mindre än -27 dB vid 100 MHz.

Far End Cross Talk (FEXT) låter dig utvärdera en kabels immunitet mot störningar när sändaren och mottagaren är anslutna till olika ändar av kabeln. Uppenbarligen bör denna indikator vara bättre än NEXT, eftersom signalen kommer längst ut på kabeln, dämpad av dämpningen av varje par.

NEXT- och FEXT-värdena appliceras vanligtvis på en kabel som består av flera tvinnade par, eftersom i det här fallet kan den ömsesidiga störningen av ett par till ett annat nå betydande värden. För en enkel koaxialkabel (det vill säga bestående av en skärmad kärna) är denna indikator inte vettig, och för en dubbel koaxialkabel gäller den inte heller på grund av den höga skyddsgraden för varje kärna. Optiska fibrer skapar inte heller några märkbara ömsesidiga störningar.

På grund av det faktum att data i vissa nya teknologier överförs samtidigt över flera tvinnade par, har nyligen överhörningsindikatorer med PS-prefixet (PowerSUM - kombinerad pickup), såsom PS NEXT och PS FEXT, också börjat användas. Dessa indikatorer reflekterar kabelns motstånd mot den totala överhörningseffekten på ett av kabelparen från alla andra sändande par (Fig. 8.11).

En annan praktiskt viktig indikator är kabelskyddet (Attenuation / Crosstalk Ratio, ACR). Säkerhet definieras som skillnaden mellan önskad signal och störningsnivåer. Ju högre värde kabelskyddet har, desto mer, i enlighet med Shannon-formeln, med en potentiellt högre

hastighet kan överföra data men denna kabel. I fig. 8.12 visar en typisk egenskap för beroendet av immuniteten hos en oskärmad partvinnad kabel på signalfrekvensen.

Tillförlitligheten för dataöverföring kännetecknar sannolikheten för distorsion av varje överförd databit. Detta kallas ibland för Bit Error Rate (BER). BER-värdet för kommunikationslinjer utan ytterligare skydd mot fel (till exempel självkorrigerande koder eller protokoll med återsändning av förvrängda ramar) är som regel 10-4-10-6, i fiberoptiska kommunikationslinjer - 10 ~ 9. Värdet på tillförlitligheten för dataöverföring, till exempel 10-4, indikerar att i genomsnitt, av 10 000 bitar, är värdet på en bit förvrängd.

Ofta anses gränsfrekvenserna vara de frekvenser vid vilka utsignaleffekten halveras i förhållande till insignalen, vilket motsvarar en dämpning på -3 dB. Som vi kommer att se senare har bandbredden störst inverkan på maximal dataöverföringshastighet över kommunikationslinjen. Bandbredden beror på typen av linje och dess längd. I fig. 8.13 visar bandbredden för kommunikationslinjer olika typer, samt de mest använda frekvensområdena inom kommunikationsteknik

Till exempel, eftersom ett fysiskt lagerprotokoll alltid definieras för digitala linjer, som ställer in bithastigheten för dataöverföring, är bandbredden för dem alltid känd - 64 Kbit / s, 2 Mbit / s, etc.

I de fall, när det bara är nödvändigt att välja vilket av de många befintliga protokollen som ska användas på en given linje, är andra egenskaper hos linjen, såsom bandbredd, överhörning, brusimmunitet, etc. mycket viktiga.

Genomströmning, som datahastighet, mäts i bitar per sekund (bps), och även i härledda enheter som kilobits per sekund (Kbps), etc.

Genomströmningen av kommunikationslinjer och kommunikationsnätverksutrustning är
Det mäts i bitar per sekund, inte byte per sekund. Detta beror på det faktum attdata i nätverk överförs sekventiellt, det vill säga bit för bit, och inte parallellt, byte, eftersom det händer mellan enheter inuti en dator. Sådana måttenheter,som kilobit, megabit eller gigabit, in nätverkstekniker motsvarar strikt befogenheterna 10(det vill säga en kilobit är 1000 bitar och en megabit är 1 000 000 bitar), vilket är brukligt i alla
grenar av vetenskap och teknik, och inte tvåpotenser nära dessa siffror, som är brukligti programmering, där prefixet "kilo" är 210 = 1024, och "mega" är 220 = 1 048 576.

Genomströmningen av en kommunikationslinje beror inte bara på dess egenskaper, såsom
både dämpning och bandbredd, men också från spektrumet av de överförda signalerna.
Om signifikanta signalövertoner (det vill säga de övertoner vars amplituder är
gör det huvudsakliga bidraget till den resulterande signalen) faller in i passbandet
linje, då kommer en sådan signal att överföras väl av denna kommunikationslinje,
och mottagaren kommer att korrekt känna igen informationen som skickas av
sändaren (Fig. 8.14, a). Om betydande övertoner går utöver
kommunikationslinjens bandbredd kommer signalen att förvrängas avsevärt
Xia, och mottagaren kommer att göra ett misstag när de känner igen information (Fig. 8.14, b).

Bits och baud

Valet av sätt att presentera diskret information i form av signaler,
sänds på en kommunikationslinje kallas fysisk eller linjär kodning.

Spektrum av signaler beror på den valda kodningsmetoden och följaktligen,
linjekapacitet.

För en kodningsmetod kan således en linje ha en
genomströmning, och för en annan - en annan. Till exempel en partvinnad kabel
Rii 3 kan överföra data med en bandbredd på 10 Mbps med en
sobe kodning av det fysiska lagret standard 10ВаБе-Т och 33 Mbit / s med en metod
sobe kodningsstandard 100Ваse-Т4.

I enlighet med informationsteorins huvudpostulat bär varje urskiljbar oförutsägbar förändring i den mottagna signalen information. Därav följer detsinusoid, där amplituden, fasen och frekvensen förblir oförändrade, är information intebär, eftersom förändringen i signalen, även om den inträffar, är absolut förutsägbar. På liknande sätt bär inte pulser på datorns klockbussen information,eftersom deras förändringar också är konstanta över tiden. Men impulserna på databussen kan inte förutsägas i förväg, detta gör dem informativa, de bär information
mellan enskilda block eller enheter på datorn.

I de flesta kodningsmetoder används en förändring i valfri parameter för en periodisk signal - frekvensen, amplituden och fasen för en sinusform, eller tecknet på potentialen för en sekvens av pulser. En periodisk signal, vars parametrar kan ändras, kallas bärvågssignalen, och dess frekvens, om signalen är sinusformad, kallas bärvågsfrekvensen. Processen att ändra parametrarna för bärvågssignalen i enlighet med den överförda informationen kallas modulering.

Om signalen ändras på ett sådant sätt att endast två av dess tillstånd kan urskiljas, kommer varje förändring i den att motsvara den minsta informationsenheten - lite. Om signalen kan ha mer än två särskiljbara tillstånd, kommer varje förändring i den att bära flera bitar av information.

Överföringen av diskret information i telekommunikationsnätverk är tidsinställd, det vill säga signalen ändras med ett fast tidsintervall, en så kallad cykel. Mottagaren av information anser att i början av varje cykel kommer ny information till dess ingång. I detta fall, oavsett om signalen upprepar tillståndet från föregående cykel eller om den har ett tillstånd som skiljer sig från den föregående, tar mottagaren emot ny information från sändaren. Till exempel, om klockcykeln är 0,3 s, och signalen har två tillstånd och 1 är kodad med en potential på 5 volt, innebär närvaron av en 5 volts signal vid mottagarens ingång under 3 sekunder att ta emot information representerad av det binära numret 1111111111.

Antalet ändringar i informationsparametern för den periodiska bärvågssignalen per sekund mäts i baud. En baud är lika med en förändring av informationsparametern per sekund. Till exempel, om cykeln för informationsöverföring är 0,1 sekund, ändras signalen med en hastighet av 10 baud. Sålunda bestäms baudhastigheten helt av cykelns storlek.

Informationshastigheten mäts i bitar per sekund och är i allmänhet inte densamma som baudhastigheten. Den kan vara antingen högre eller lägre än hastigheten

förändringar i informationsparametern mätt i baud. Detta förhållande beror på antalet signaltillstånd. Till exempel, om signalen har mer än två särskiljbara tillstånd, då med lika klockcykler och motsvarande kodningsmetod, kan informationshastigheten i bitar per sekund vara högre än ändringshastigheten för informationssignalen i baud.

Låt informationsparametrarna vara sinusformens fas och amplitud, och det finns 4 fastillstånd vid 0, 90, 180 och 270 ° och två värden på signalamplituden, då kan informationssignalen ha 8 särskiljbara tillstånd. Detta betyder att varje tillstånd för denna signal bär information i 3 bitar. I detta fall sänder ett modem som arbetar med en hastighet av 2400 baud (ändrar informationssignalen 2400 gånger per sekund) information med en hastighet av 7200 bps, eftersom med en förändring av signalen sänds 3 bitar av information.

Om signalen har två tillstånd (det vill säga den bär information i 1 bit), så sammanfaller informationshastigheten vanligtvis med antalet baud. Den motsatta bilden kan emellertid också observeras, när informationshastigheten är lägre än ändringshastigheten för informationssignalen i baud. Detta inträffar när, för tillförlitlig igenkänning av användarinformation av mottagaren, varje bit i sekvensen kodas med flera ändringar i informationsparametern för bärvågssignalen. Till exempel, när ett enstaka bitvärde kodas med en positiv puls och ett nollbitvärde med en negativ polaritetspuls, ändrar den fysiska signalen sitt tillstånd två gånger med varje bit som sänds. Med denna kodning är linjehastigheten i bitar per sekund hälften av baud.

Ju högre frekvens den periodiska bärvågssignalen är, desto högre kan moduleringsfrekvensen vara och desto högre kan kommunikationslinjens bandbredd vara.

Men å andra sidan, med en ökning av frekvensen för den periodiska bärvågssignalen, ökar även bredden på spektrumet för denna signal.

Linjen sänder detta spektrum av sinusoider med de distorsioner som bestäms av dess bandbredd. Ju större avvikelsen är mellan linjens bandbredd och spektrumbredden för de överförda informationssignalerna, desto mer förvrängs signalerna och desto mer sannolikt blir fel i igenkänningen av information av den mottagande sidan, vilket innebär att den möjliga hastigheten för informationsöverföringen visar sig vara lägre.

Förhållande mellan bandbredd och bandbredd

Förhållandet mellan bandbredden för en linje och dess bandbredd, oavsett den använda metoden för fysisk kodning, fastställdes av Claude Shannon:

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

Här är C linjebandbredden i bitar per sekund, F är linjebandbredden i hertz, Pc är signaleffekten, Psh är bruseffekten.

Av detta förhållande följer att det inte finns någon teoretisk bandbreddsgräns för en fast bandbreddslinje. Men i praktiken finns det en sådan gräns. Det är faktiskt möjligt att öka linjekapaciteten genom att öka sändareffekten eller minska bruseffekten (störningseffekten) i kommunikationslinjen. Båda dessa komponenter är mycket svåra att ändra. En ökning av sändareffekten leder till en betydande ökning av dess storlek och kostnad. Att minska ljudnivån kräver användning av speciella kablar med bra skyddande skärmar, vilket är mycket dyrt, samt brusreducering i sändaren och mellanutrustning, vilket inte är lätt att åstadkomma. Dessutom begränsas effekten av den användbara signalens effekt och brus på genomströmningen av det logaritmiska beroendet, som växer mycket mindre snabbt än det direkt proportionella. Så, med ett ganska typiskt initialt signal-brus-effektförhållande, kommer en 100-faldig ökning av sändareffekten endast att ge en 15% ökning av linjegenomströmningen.

I huvudsak nära Shannons formel är ett annat förhållande erhållet av Nyquist, som också bestämmer den maximala möjliga bandbredden för en kommunikationslinje, men utan att ta hänsyn till bruset i linjen:

C = 2Flog2 M.

Här är M antalet särskiljbara tillstånd för informationsparametern.

Om signalen har två särskiljbara tillstånd, är bandbredden lika med två gånger bandbredden för kommunikationslinjen (Fig. 8.15, a). Om sändaren använder mer än två stabila signaltillstånd för att koda data, ökar linjekapaciteten, eftersom sändaren i en arbetscykel sänder flera bitar av originaldata, till exempel 2 bitar i närvaro av fyra särskiljbara signaltillstånd ( Fig. 8.15, b).

Även om Nyquist-formeln inte uttryckligen tar hänsyn till förekomsten av brus, indirekt
dess inflytande återspeglas i valet av antalet tillstånd för informationssignalen
nala. Antalet tillstånd bör ökas för att öka genomströmningen av kommunikationslinjen, men i praktiken förhindras detta av brus på linjen. Till exempel, bandbredden för linjen, vars signal visas i fig. 8.15, b, kan fördubblas genom att inte använda 4 utan 16 nivåer för att koda data. Men om brusets amplitud från tid till annan överstiger skillnaden mellan intilliggande nivåer, kommer mottagaren inte att kunna känna igen den överförda datan. Därför är antalet möjliga signaltillstånd faktiskt begränsat av förhållandet mellan signaleffekt och brus, och Nyquist-formeln bestämmer den maximala dataöverföringshastigheten i fallet när antalet tillstånd redan har valts med hänsyn till kapaciteten för stabil igenkänning av mottagaren.

Skärmade och oskärmade tvinnade par

Tvinnat par kallas ett tvinnat par av trådar. Denna typ av dataöverföringsmedium är mycket populärt och utgör grunden för ett stort antal både interna och externa kablar. En kabel kan bestå av flera tvinnade par (externa kablar innehåller ibland upp till flera dussin sådana par).

Att tvinna ledningarna minskar påverkan av externa och ömsesidiga störningar på de önskade signalerna som överförs över kabeln.

Huvuddragen för kabelkonstruktionen visas schematiskt i fig. 8.16.

Tvinnade par kablar är symmetrisk , det vill säga de består av två strukturellt identiska ledare. En balanserad partvinnad kabel kan vara antingen skärmad och oskärmad.

Det är nödvändigt att skilja mellan elektriska isolering av ledande kärnor, som finns i valfri kabel, frånelektromagnetiskaisolering. Den första består av ett icke-ledande dielektriskt skikt - papper eller en polymer, såsom polyvinylklorid eller polystyren. I det andra fallet, förutom elektrisk isolering, placeras ledande kärnor också inuti en elektromagnetisk skärm, som oftast används som en ledande kopparfläta.

KabelbaseradOskyddat tvinnat par,används för ledningar

inuti byggnaden, uppdelad i internationella standarder i kategorier (från 1 till 7).

Kategori 1 kablar gäller där hastighetskrav finns
är minimala. Detta är vanligtvis en kabel för digital och analog röstöverföring.
och låghastighets (upp till 20 Kbps) dataöverföring. Fram till 1983 var det så
en ny typ av kabel för telefonledningar.

Kategori 2 kablar användes först av IBM för att bygga
eget kabelsystem. Huvudkravet för kablar av denna kategori är
Rii - förmågan att överföra signaler med ett spektrum på upp till 1 MHz.

Kategori 3 kablar standardiserades 1991. EIA-568 standard
bestämt de elektriska egenskaperna hos kablar för frekvenser i området upp till
16 MHz. Kategori 3 kablar designade för både dataöverföring och
och för röstöverföring, utgör nu grunden för många kabelsystem
byggnader.

Kategori 4 kablar representerar en något förbättrad version av
vita av kategori 3. Kablar av kategori 4 krävs för att klara tester i en timme.
till överföringen av en signal på 20 MHz och ge ökad brusimmunitet
hög hastighet och låg signalförlust. I praktiken används de sällan.

Kategori 5 kablar har specialdesignats för att stödja hög
höghastighetsprotokoll. Deras egenskaper bestäms i intervallet upp till
100 MHz. Majoritet höghastighetsteknologier(FDDI, Fast Ethernet,
ATM och Gigabit Ethernet) är fokuserade på användningen av partvinnade kablar
5. Kategori 5-kabeln ersatte kategori 3-kabeln, och idag
allt nytt kabelsystem stora byggnader byggs på denna typ
kabel (kombinerad med fiberoptik).

Kablar tar en speciell plats kategori 6 och 7, som industrin började producera relativt nyligen. För Kategori 6-kablar specificeras specifikationer upp till 250 MHz och för Kategori 7-kablar upp till 600 MHz. Kategori 7 kablar måste vara skärmade, både varje par och hela kabeln som helhet. Kategori 6-kabel kan vara antingen skärmad eller oskärmad. Huvudsyftet med dessa kablar är att stödja höghastighetsprotokoll över kabellängder längre än Kategori 5 UTP-kabel.

Alla UTP-kablar, oavsett kategori, finns i 4-pars design. Vart och ett av de fyra kabelparen har en specifik färg och stigning. Vanligtvis är två par för dataöverföring och två för röstöverföring.

Fiberoptisk kabel

Fiberoptisk kabelbestår av tunna (5-60 mikron) flexibla glasfibrer (optiska fibrer) genom vilka ljussignaler utbreder sig. Detta är kabeltypen av högsta kvalitet - den ger dataöverföring med en mycket hög hastighet (upp till 10 Gbit/s och högre) och dessutom, bättre än andra typer av överföringsmedium, ger den dataskydd mot externa störningar (pga. karaktären av ljusutbredning är sådana signaler lätt avskärmade).

Varje ljusledare består av en central ljusledare (kärna) - en glasfiber, och en glasbeklädnad, som har ett lägre brytningsindex än kärnan. Ljusstrålarna sprider sig längs kärnan och går inte utöver dess gränser och reflekterar från skalets täckskikt. Beroende på fördelningen av brytningsindex och storleken på kärndiametern finns det:

multimodfiber med en stegvis förändring i brytningsindex (fig. 8.17, a)\

multimodfiber med en jämn förändring av brytningsindex (fig. 8.17, b) \

enkelmodsfiber (Fig. 8.17, v).

Termen "mod" beskriver utbredningssättet för ljusstrålar i kabelns kärna.

I en enkellägeskabel(Single Mode Fiber, SMF) använder en mittledare med mycket liten diameter, i proportion till ljusets våglängd - från 5 till 10 mikron. I detta fall utbreder sig praktiskt taget alla ljusstrålar längs fiberns optiska axel utan att reflekteras från den yttre ledaren. Tillverkning över

V multimode kablar(Multi Mode Fiber, MMF) använder bredare inre kärnor som är lättare att tillverka. I multimode-kablar finns flera ljusstrålar samtidigt i den inre ledaren, som studsar mot den yttre ledaren i olika vinklar. Strålens reflektionsvinkel kallas mode stråle. I multimodskablar med en gradvis förändring av brytningsindex är strålarnas reflektionsläge komplext. Den resulterande interferensen försämrar kvaliteten på den överförda signalen, vilket leder till förvrängning av de överförda pulserna i den optiska multimodfibern. Av denna anledning specifikationer multimode kablar är värre än singlemode kablar.

Som ett resultat används multimode-kablar huvudsakligen för dataöverföring med hastigheter på högst 1 Gbit/s över korta avstånd (upp till 300-2000 m), och singelmodskablar används för dataöverföring med ultrahöga hastigheter på flera tiotals gigabit per sekund (och vid användning av DWDM-teknik - upp till flera terabit per sekund) på avstånd på upp till flera tiotals och till och med hundratals kilometer (långdistanskommunikation).

Följande används som ljuskällor i fiberoptiska kablar:

LED, eller lysdioder (Light Emitted Diode, LED);

halvledarlasrar eller laserdioder.

För singelmodskablar används endast laserdioder, eftersom med en så liten diameter på den optiska fibern kan ljusflödet som skapas av lysdioden inte riktas in i fibern utan stora förluster - det har ett överdrivet brett strålningsmönster, medan laserdioden är smal. Billigare LED-sändare används endast för multimode-kablar.

Kostnaden för fiberoptiska kablar är inte mycket högre än kostnaden för partvinnade kablar, men installationsarbeten med optisk fiber är mycket dyrare på grund av arbetsmomentet i verksamheten och den höga kostnaden för den använda installationsutrustningen.

Slutsatser

Beroende på typ av mellanutrustning är alla kommunikationslinjer uppdelade i analoga och digitala. I analoga linjer är mellanutrustning utformad för att förstärka analoga signaler. Analoga linjer använder frekvensmultiplexering.

I digitala kommunikationslinjer har de sända signalerna ett ändligt antal tillstånd. I sådana linjer används speciell mellanutrustning - regeneratorer, som förbättrar formen på pulserna och säkerställer deras omsynkronisering, det vill säga återställer deras upprepningsperiod. Mellanliggande utrustning för multiplexering och omkoppling av primära nät fungerar på principen om tidsmultiplexering av kanaler, när varje låghastighetskanal tilldelas en viss bråkdel av tiden (tidslucka eller kvantum) för en höghastighetskanal.

Bandbredd definierar frekvensområdet som sänds av länken med acceptabel dämpning.

Genomströmningen av en kommunikationslinje beror på dess interna parametrar, i synnerhet - bandbredden, externa parametrar - nivån av interferens och graden av dämpning av störningar, såväl som den antagna metoden för att koda diskreta data.

Shannons formel definierar den maximala möjliga bandbredden för en kommunikationslinje vid fasta värden på linjebandbredden och signal-bruseffektförhållandet.

Nyquist-formeln uttrycker den maximala möjliga bandbredden för en kommunikationslinje i termer av bandbredden och antalet tillstånd för informationssignalen.

Tvinnade par kablar är uppdelade i oskärmade (UTP) och skärmade (STP) kablar. UTP-kablar är lättare att tillverka och installera, men STP-kablar ger en högre säkerhetsnivå.

Fiberoptiska kablar har utmärkta elektromagnetiska och mekaniska egenskaper, vars nackdel är komplexiteten och höga kostnader för installationsarbete.

1. Hur skiljer sig en länk från en sammansatt kommunikationskanal?
   1. Kan en sammansatt kanal bestå av länkar? Och vice versa?
   2. Kan en digital kanal bära analoga data?
   3. Vilken typ av kommunikationslinjeegenskaper är: brusnivå, bandbredd, linjär kapacitet?
   4. Vilka åtgärder kan vidtas för att öka informationshastigheten för en länk:

O minska kabellängden;

O välj en kabel med mindre motstånd;

O välj en kabel med bredare bandbredd;

Använd en kodningsmetod med ett smalare spektrum.

1. Varför är det inte alltid möjligt att öka kanalkapaciteten genom att öka antalet tillstånd för informationssignalen?
   1. Vilken mekanism används för att undertrycka störningar i kablar UTP?
   2. Vilken kabel överför signaler av högre kvalitet - med ett högre parametervärde NÄSTA eller mindre?
   3. Vad är spektrumbredden för en idealpuls?
   4. Nämn typerna av optisk kabel.
   5. Vad händer om en kabel byts ut i ett fungerande nätverk UTP med STP-kabel? Svarsalternativ:

Andelen förvrängda ramar i nätverket kommer att minska, eftersom extern interferens kommer att undertryckas mer effektivt;

Åh ingenting kommer att förändras;

Andelen förvrängda ramar i nätverket kommer att öka, eftersom sändarnas utgångsimpedans inte matchar kabelns impedans.

1. Varför är det problematiskt att använda fiberoptisk kabel i ett horisontellt delsystem?
   1. Kända mängder är:

Minsta sändareffekt P ut (dBm);

O upphämtningsdämpning av kabel A (dB / km);

Mottagarens känslighetströskel P in (dBm).

Det krävs att hitta den maximala möjliga längden på kommunikationslinjen vid vilken signaler sänds normalt.

1. Vilken är den teoretiska gränsen för datahastigheten i bitar per sekund över en länkbandbredd på 20 kHz om sändareffekten är 0,01 mW och bruseffekten på länken är 0,0001 mW?
   1. Bestäm bandbredden för en duplexkommunikationslinje för varje riktning, om du vet att dess bandbredd är 600 kHz och att kodningsmetoden använder 10 signaltillstånd.
   2. Beräkna signalutbredningsfördröjningen och dataöverföringsfördröjningen för en paketöverföring på 128 byte (betrakta signalutbredningshastigheten lika med ljusets hastighet i ett vakuum på 300 000 km/s):

О över en tvinnad parkabel 100 m lång med en överföringshastighet på 100 Mbit/s;

О över en koaxialkabel 2 km lång med en överföringshastighet på 10 Mbps;

O via en satellitkanal med en längd på 72 000 km med en överföringshastighet på 128 Kbps.

1. Beräkna hastigheten på kommunikationslinjen om du vet att sändarens klockfrekvens är 125 MHz, och signalen har 5 tillstånd.
   1. Mottagare och sändare nätverksadapter ansluten till intilliggande kabelpar UTP. Vad är effekten av den ledande störningen vid mottagarens ingång, om sändaren har en effekt på 30 dBm, och indikatorn NÄSTA Är kabeln -20 dB?
   2. Låt det vara känt att modemet sänder data i full duplex-läge med en hastighet av 33,6 kbps. Hur många tillstånd har dess signal om kommunikationslinjens bandbredd är 3,43 kHz?

SIDAN 20

I den mottagande enheten omvandlas sekundärsignalerna tillbaka till meddelandesignaler i form av ljud-, optisk- eller textinformation.

Etymologi

Ordet "telekommunikation" kommer från den nya lat. electricus och andra grekiska. ἤλεκτρον (elektr, blank metall; bärnsten) och verbet "sticka". Synonymen är ordet "telecommunication" (från franska télécommunication), som används i engelsktalande länder. Ord telekommunikation, i sin tur kommer från grekiskan tele-(τηλε-) - "avlägsen" och från lat. communicatio - meddelande, överföring (från latin communico - jag gör det allmänt), det vill säga betydelsen av detta ord inkluderar även icke-elektriska typer av informationsöverföring (med optisk telegraf, ljud, eld på vakttorn, post).

Telekommunikationsklassificering

Telekommunikation är föremål för studier av den vetenskapliga disciplinteorin för elektrisk kommunikation.

Av typen av informationsöverföring, alla moderna system telekommunikation klassificeras konventionellt i sådana som är avsedda för överföring av ljud, video, text.

Beroende på syftet med meddelandena kan typerna av telekommunikation kvalificeras för överföring av information av individuell och massvis karaktär.

När det gäller tidsparametrar kan de typer av telekommunikationer vara verksamma inom realtid antingen utföra försenad leverans meddelanden.

De viktigaste primära signalerna för telekommunikation är: telefon, ljudsändning, fax, tv, telegraf, dataöverföring.

Kommunikationstyper

• Kabelledningar - elektriska signaler används för överföring;
• Radiokommunikation - radiovågor används för överföring;
  • DV-, SV-, HF- och VHF-kommunikation utan användning av repeatrar
  • Satellitkommunikation - kommunikation med rymdrepeater (s)
  • Radioreläkommunikation - kommunikation med markbunden repeater(er)
  • Cellulär kommunikation - radioreläkommunikation som använder ett nätverk av markbasstationer

• Fiberoptisk kommunikation - ljusvågor används för överföring.

Beroende på den tekniska organisationsmetoden är kommunikationslinjer indelade i:

• satellit;
• luft;
• markbundna;
• under vattnet;
• underjordiska.

• Analog kommunikation är en kontinuerlig signalöverföring.
• Digital kommunikation är överföring av information i diskret form (digital form). En digital signal är analog till sin fysiska natur, men informationen som sänds av den bestäms av en ändlig uppsättning signalnivåer. Numeriska metoder används för att bearbeta en digital signal.

Signal

I allmänhet inkluderar kommunikationssystemet:

• terminalutrustning: terminalutrustning, terminalenhet (terminal), terminalenhet, källa och mottagare av meddelandet;
• signalomvandlingsanordningar(OOI) i båda ändarna av linjen.

Terminalutrustning tillhandahåller primär bearbetning av ett meddelande och en signal, omvandling av meddelanden från den form som de tillhandahålls av källan (tal, bild, etc.) till en signal (på sidan av källan, avsändaren) och vice versa (på sidan av mottagaren), förstärkning etc. NS.

Signalomvandlingsanordningar kan skydda signalen från distorsion, forma kanalen/kanalerna, matcha gruppsignalen (signalen från flera kanaler) med linjen på källsidan, återställa gruppsignalen från en blandning av den användbara signalen och störningar, dividera det in i enskilda kanaler, felsökning och korrigering på mottagarens sida. Modulering används för att bilda gruppsignalen och matcha med linjen.

Kommunikationslinjen kan innehålla såsom förstärkare och regeneratorer. Förstärkaren förstärker helt enkelt signalen tillsammans med störningarna och överför den vidare, den används i analoga överföringssystem(ASP). Regenerator ("re-receiver") - utför signalåterställning utan störningar och omformning av den linjära signalen, används i digitala överföringssystem(DSP). Amplifierings-/regenereringspunkter är servicebara och ej servicebara (OUP, NUP, ORP respektive NRP).

I DSP kallas terminalutrustning DTE (Data Terminal Equipment, DTE), MTP kallas DCE ( utrustning för avslutning av datalänk eller linjeterminalutrustning, DCE). Till exempel, i datornätverk, spelas rollen av DTE av datorn, och DCE är modemet.

Standardisering

I kommunikationsvärlden är standarder oerhört viktiga eftersom kommunikationsutrustning måste kunna kommunicera med varandra. Det finns flera internationella organisationer som publicerar kommunikationsstandarder. Bland dem:

• International Telecommunication Union (eng. Internationella telekommunikationsunionen, ITU) är en av FN-organen.
• (eng. Institutet för Elteknik-och Elektronikingenjörer IEEE).
• Specialkommission för internetutveckling (eng. Internet Engineering Task Force IETF).

Standarder bestäms dessutom ofta (vanligtvis de facto) av ledarna inomustrin.