Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
курсовая работа Характеристика линей связи
Информация:
Тип работы: курсовая работа.
Добавлен: 27.04.2013.
Год: 2013.
Страниц: 19.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Введение переделать
История развития линий связи
в компьютерных сетях
Типы линий связи в
компьютерных сетях
Характеристики линий
связи
Типы характеристик и
способы их определения
Амплитудно-частотна характеристика,
полоса пропускания и затухания
,
Затухание и волновое сопротивление (
Методы улучшения )
Спектральный анализ сигналов
на линиях связи
Полоса пропускания и
пропускная способность
Шумы
Достоверность передачи данных
Способ кодирования информации
Заключение
переделать
Список литературы
Введение
Беспроводные сети играют
важную роль в жизни людей, где
бы они ни находились — на работе,
дома или в общественном месте.
Беспроводные сети позволяют
людям связываться и получать
доступ к приложениям и информации
без использования проводных
соединений. Это обеспечивает свободу
передвижения и возможность использования
приложений, находящихся в других
частях дома, города или в отдаленном
уголке мира. Беспроводные сети соседствуют
с нами уже многие годы. Так, к примитивным
формам беспроводной связи можно отнести
дымовые сигналы американских индейцев,
когда они бросали в огонь шкуры бизонов,
чтобы передать на большое расстояние
какое-то сообщение. Или использование
прерывистых световых сигналов для передачи
посредством азбуки Морзе информации
между кораблями, этот метод был и остается
важной формой связи в мореплавании. И,
конечно, столь популярные ныне сотовые
телефоны, позволяющие людям общаться
через огромные расстояния, также можно
отнести к беспроводной связи.
Существует множество
разновидностей беспроводной связи, но
важнейшей особенностью беспроводных
сетей является то, что связь осуществляется
между компьютерными устройствами.
К ним относятся персональные
цифровые помощники (personal digital assistance, PDA), ноутбуки,
персональные компьютеры (ПК), серверы
и принтеры. Компьютерными устройствами
считаются такие, которые имеют процессоры,
память и средства взаимодействия с какой-то
сетью. Обычно сотовые телефоны не относят
к числу компьютерных устройств, однако
новейшие телефоны и даже головные гарнитуры
(наушники) уже обладают определенными
вычислительными возможностями и сетевыми
адаптерами. Все идет к тому, что скоро
большинство электронных устройств будут
обеспечивать возможность подключения
к беспроводным сетям. Как и сети, основанные
на использовании проводов или оптических
волокон (optical fiber), беспроводные
сети передают информацию между компьютерными
устройствами. Эта информация может быть
представлена в виде сообщений электронной
почты, Web-страниц, записей базы данных,
потокового видео или голосовых сообщений.
В большинстве случаев беспроводные сети
передают данные (data), такие как сообщения
электронной почты и файлы, но по мере
улучшения характеристик беспроводных
сетей они способны передавать и видеосигналы,
а также обеспечивать телефонную связь.
Беспроводные сети в качестве средства
передачи для обеспечения взаимодействия
между пользователями, серверами и базами
данных используют радиоволны или инфракрасный
(ИК) диапазон. Эта среда передачи невидима
для человека. Кроме того, действительная
среда передачи (воздух) прозрачна для
пользователя. Сейчас многие производители
интегрируют платы интерфейса сети (network
interface card, NIC), так называемые сетевые адаптеры,
и антенны в компьютерные устройства таким
образом, что они не видны пользователю.
Это делает беспроводные устройства мобильными
и удобными в применении. Целью данной
курсовой работы является изучение характеристик
беспроводных компьютерных сетей. В данной
курсовой работе рассмотрены основная
классификация беспроводных сетей, беспроводные
линии связи, преимущества беспроводных
коммуникаций, диапазоны электромагнитного
спектра, распространение электромагнитных
волн. Такие характеристики как двухточечная
связь, связь одного источника и нескольких
приемников, связь нескольких источников
и нескольких приемников.
История развития линий связи
Линии связи возникли одновременно
с появлением электрического телеграфа.
Первые линии связи были кабельными.
Однако вследствие несовершенства конструкции
кабелей подземные кабельные
линии связи вскоре уступили место
воздушным. Первая воздушная линия большой
протяженности была построена в 1854 г. между
Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов
19 столетия была построена воздушная телеграфная
линия от Петербурга до Владивостока длиной
около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию
величайшая в мире по протяженности высокочастотная
телефонная магистраль Москва—Хабаровск
длиной 8300 км. Создание первых кабельных
линий связано с именем русского ученого
П. Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге
демонстрировал взрывы морских мин, использовав
для этой цели созданный им изолированный
проводник. В 1851 г. одновременно с постройкой
железной дороги между Москвой и Петербургом
был проложен телеграфный кабель, изолированный
гуттаперчей. Первые подводные кабели
были проложены в 1852 г. через Северную
Двину и в 1879 г. через Каспийское море между
Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила
в строй кабельная трансатлантическая
магистраль телеграфной связи между Францией
и США. В 1882—1884 гг. в Москве, Петрограде,
Риге, Одессе были построены первые в России
городские телефонные сети. В 90-х годах
прошлого столетия на городских телефонных
сетях Москвы и Петрограда были подвешены
первые кабели, насчитывающие до 54 жил.
В 1901 г. началась постройка подземной городской
телефонной сети. Первые конструкции кабелей
связи, относящиеся к началу XX века, позволили
осуществлять телефонную передачу на
небольшие расстояния. Это были так называемые
городские телефонные кабели с воздушно-бумажной
изоляцией жил и парной их скруткой. Важным
этапом в развитии техники связи явилось
изобретение, а начиная с 1912—1913 гг. освоение
производства электронных ламп. В 1917 г.
В. И. Коваленковым был разработан и испытан
на линии телефонный усилитель на электронных
лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная
связь с усилителями на линии Харьков—Москва—Петро рад.
В 30-х годах началось развитие многоканальных
систем передачи. В последующем стремление
расширить спектр передаваемых частот
и увеличить пропускную способность линий
привело к созданию новых типов кабелей,
так называемых коаксиальных. Но массовое
изготовление их относится лишь к 1935 г.,
к моменту появления новых высококачественных
диэлектриков типа эскапона, высокочастотной
керамики, полистирола, стирофлекса и
т. д. Первая коаксиальная линия на 240 каналов
ВЧ телефонирования была проложена в 1936
г. По первым трансатлантическим подводным
кабелям, проложенным в 1856г., организовывали
лишь телеграфную связь, и только через
100 лет, в 1956г., была сооружена подводная
коаксиальная магистраль между Европой
и Америкой для многоканальной телефонной
связи. Советскими учеными, академиками
Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым, выполнены
фундаментальные исследования в области
оптоэлектроники и квантовой техники.
Первые работы по освоению оптического
диапазона волн для целей связи относятся
к началу 60-х годов. В качестве тракта передачи
использовались приземные слои атмосферы
и световоды с периодической коррекцией
расходимости и направления луча с помощью
системы линз и зеркал. Открытые (атмосферные)
линии оказались подверженными влиянию
метеорологических условий и не обеспечивали
необходимой надежности связи. Линзовые
световоды с дискретной коррекцией оказались
весьма дорогостоящими, требовали тщательной
юстировки линз и сложных устройств автоматического
управления лучом. Они не нашли практического
применения на сетях связи. Создание высоконадежных
оптических кабельных систем связи стало
возможным в результате разработки в начале
70-х годов оптических волокон с малыми
потерями. Такие волокна в значительной
мере стимулировали разработку специализированного
оборудования и элементов линейного тракта
ВОСП. Создание волоконного световода
и получение непрерывной генерации полупроводникового
лазера сыграли решающую роль в быстром
развитии волоконно-оптической связи.
К началу 80-х годов были разработаны и
испытаны в реальных условиях волоконно-оптические
системы связи. Основные сферы применения
таких систем — телефонная сеть, кабельное
телевидение, внутри объектовая связь,
вычислительная техника, система контроля
и управления технологическими процессами
и т. д.
В России активно ведется
строительство волоконно-оптических
линий связи (ВОЛС) различного назначения:
городских, зоновых, магистральных. В 86
городах (Москва, Нижний Новгород, С.-Петербург,
Новосибирск, Тбилиси, Киев, Баку, Ташкент,
Минск, Кишинев и др.) действуют оптические
соединительные линии между АТС с цифровыми
системами передачи ИКМ-120. Построен ряд
зоновых линий внутриобластного назначения,
например: С.-Петербург—Сосновы бор,
Уфа—Стерлитамак, Тула—Щекино, Воронеж—Павловск,
Рязань—Мосолово, Майкоп—Краснодар,
Клин—Солнечногорск, Ростов—Азов, Курская
область, Минск—Смолевичи, Рига—Юрмала
и др. Построена одномодовая магистраль
С.-Петербург—Минск протяженностью 1000
км на большое число каналов.
В России с участием инофирм
осуществляется строительство транссибирской
линии (ТСЛ), которая свяжет Японию,
Россию, Европу. Общее число каналов
составит 30 000. Половина из них предназначена
для России; в крупных городах,
расположенных по трассе, часть этих
каналов будет выделяться, вторая
половина каналов пройдет транзитом
на Европу. Транссибирская линия после
включения в мировую межнациональную
сеть связи замкнет глобальное волоконно-оптическое
кольцо, которое охватит четыре континента
(Европа—Америка—Ази —Австралия) и
пройдет через три океана (Атлантический,
Тихий, Индийский).
Типы линий
связи
Линия связи состоит в
общем случае из физической среды, по
которой передаются электрические
информационные сигналы, аппаратуры передачи
данных и промежуточной аппаратуры.
Синонимом термина линия связи (line)
является термин канал связи(channel).
Рисунок 1состав линии связи
Физическая среда
передачи данных (medium) может представлять собой кабель,
то есть набор проводов, изоляционных
и защитных оболочек и соединительных
разъемов, а также земную атмосферу или
космическое пространство, через которые
распространяются электромагнитные волны.
В зависимости от среды
передачи данных линии связи разделяются
на следующие
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические)
радиоканалы наземной и спутниковой
связи.
Рисунок 2 типы линий связи
Проводные (воздушные)
линии связи представляют собой провода
без каких-либо изолирующих или экранирующих
оплеток, проложенные между столбами и
висящие в воздухе. По таким линиям связи
традиционно передаются телефонные или
телеграфные сигналы, но при отсутствии
других возможностей эти линии используются
и для передачи компьютерных данных. Скоростные
качества и помехозащищенность этих линий
оставляют желать много лучшего. Сегодня
проводные линии связи быстро вытесняются
кабельными.
Кабельные линии представляют собой достаточно
сложную конструкцию. Кабель состоит из
проводников, заключенных в несколько
слоев изоляции: электрической, электромагнитной,
механической, а также, возможно, климатической.
Кроме того, кабель может быть оснащен
разъемами, позволяющими быстро выполнять
присоединение к нему различного оборудования.
В компьютерных сетях применяются три
основных типа кабеля: кабели на основе
скрученных пар медных проводов, коаксиальные
кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические
кабели.
Скрученная пара проводов
называется витой парой (twisted
pair). Витая пара существует в экранированном
варианте (Shielded Twistedpair, STP),
когда пара медных проводов обертывается
в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded Twistedpair, UTP),
когда изоляционная обертка отсутствует.
Скручивание проводов снижает влияние
внешних помех на полезные сигналы, передаваемые
по кабелю. Коаксиальный кабель
(coaxial) имеет несимметричную конструкцию
и состоит из внутренней медной жилы и
оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции.
Существует несколько типов коаксиального
кабеля, отличающихся характеристиками
и областями применения - для локальных
сетей, для глобальных сетей, для кабельного
телевидения и т. п. Волоконно-оптический
кабель (optical fiber) состоит из тонких
(5-60 микрон) волокон, по которым распространяются
световые сигналы. Это наиболее качественный
тип кабеля - он обеспечивает передачу
данных с очень высокой скоростью (до 10
Гбит/с и выше) и к тому же лучше других
типов передающей среды обеспечивает
защиту данных от внешних помех.
Радиоканалы наземной
и спутниковой связи образуются с помощью передатчика
и приемника радиоволн. Существует большое
количество различных типов радиоканалов,
отличающихся как используемым частотным
диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны
коротких, средних и длинных волн (KB, СВ
и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной
модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого
в них метода модуляции сигнала, обеспечивают
дальнюю связь, но при невысокой скорости
передачи данных. Более скоростными являются
каналы, работающие на диапазонах ультракоротких
волн (УКВ), для которых характерна частотная
модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах
сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В
диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже
не отражаются ионосферой Земли и для
устойчивой связи требуется наличие прямой
видимости между передатчиком и приемником.
Поэтому такие частоты используют либо
спутниковые каналы, либо радиорелейные
каналы, где это условие выполняется.
В компьютерных сетях сегодня
применяются практически все
описанные типы физических сред передачи
данных, но наиболее перспективными являются
волоконно-оптические На них сегодня
строятся как магистрали крупных
территориальных сетей, так и
высокоскоростные линии связи локальных
сетей. Популярной средой является также
витая пара, которая характеризуется
отличным соотношением качества к стоимости,
а также простотой монтажа. С
помощью витой пары обычно подключают
конечных абонентов сетей на расстояниях
до 100 метров от концентратора. Спутниковые
каналы и радиосвязь используются чаще
всего в тех случаях, когда кабельные связи
применить нельзя - например, при прохождении
канала через малонаселенную местность
или же для связи с мобильным пользователем
сети, таким как шофер грузовика, врач,
совершающий обход, и т. п.
Типы характеристик
и способы их определения
К основным характеристикам
линий связи относятся:
амплитудно-частотная характеристика;
полоса пропускания;
затухание;
помехоустойчивость;
перекрестные наводки на ближнем конце линии;
пропускная способность;
достоверность передачи данных;
удельная стоимость.
В первую очередь разработчика
вычислительной сети интересуют пропускная
способность и достоверность
передачи данных, поскольку эти характеристики
прямо влияют на производительность
и надежность создаваемой сети. Пропускная
способность и достоверность - это
характеристики как линии связи, так и
способа передачи данных. Поэтому если
способ передачи (протокол) уже определен,
то известны и эти характеристики. Например,
пропускная способность цифровой линии
всегда известна, так как на ней определен
протокол физического уровня, который
задает битовую скорость передачи данных
- 64 Кбит/с, 2 Мбит/с и т. п.
Однако нельзя говорить о
пропускной способности линии связи,
до того как для нее определен
протокол физического уровня. Именно
в таких случаях, когда только
предстоит определить, какой из множества
существующих протоколов можно использовать
на данной линии, очень важными являются
остальные характеристики линии, такие
как полоса пропускания, перекрестные
наводки, помехоустойчивость и другие
характеристики.
Для определения характеристик
линии связи часто используют
анализ ее реакций на некоторые эталонные
воздействия. Такой подход позволяет
достаточно просто и однотипно определять
характеристики линий связи любой
природы, не прибегая к сложным теоретическим
исследованиям. Чаще всего в качестве
эталонных сигналов для исследования
реакций линий связи используются
синусоидальные сигналы различных
частот. Это связано с тем, что
сигналы этого типа часто встречаются
в технике и с их помощью
можно представить любую функцию
времени - как непрерывный процесс
колебаний звука, так и прямоугольные
импульсы, генерируемые компьютером.
Одной из наиболее
полезных возможностей, предоставляемых
современными компьютерами, является
возможность использования его для автоматизированного
обмена информацией с другими компьютерами
по линиям связи. Реализуется эта возможность
с помощью компьютерных сетей — объединений
компьютеров.
Под компьютерной телекоммуникационной
(вычислительной) сетью понимается
программно-аппаратный комплекс,
обеспечивающий автоматизированный обмен
данными между компьютерами по линиям
связи. Для организации такого обмена,
в первую очередь, требуется ряд аппаратных
средств, позволяющих организовать специальные
или использовать уже существующие линии
связи для приема и передачи цифровой
информации.
При использовании
аналоговой линии связи (например,
телефонной) для обмена данными
требуется устройство модулятор-демодулято
(модем), выполняющий преобразование
цифровых сигналов в аналоговые. Пример
такого устройства — модем для коммутируемой
телефонной линии.
При использовании
цифровой линии связи (например,
специализированной компьютерной сети) применяется
устройство-адаптер, выполняющее преобразование
кодов в стандарт, используемый сетью.
Примером такого устройства может служить
адаптер для подключения к сети Ethernet.
Комплекс из линии
связи и устройств, передающих
и принимающих информацию, называется
каналом связи.
К основным характеристикам
любого канала связи относят:
Пропускную
способность. Это количество информации,
которое можно передать через этот канал
за единицу времени. Единицей измерения,
таким образом, оказывается количество
битов в секунду. В некоторых случаях указывают
два числа — пропускную способность при
приеме и при передаче данных.
Надежность
канала. Под надежностью канала понимают
вероятность возникновения ошибки при
передаче данных. Чем меньше вероятность,
тем надежнее канал. Надежность канала
— интегральная характеристика, которая
зависит от типа линии, используемой технологии
и конкретного канала. Если возникает
необходимость, ее рассчитывают как отношение
времени, когда канал не мог передавать
данные, ко времени, когда он эти данные
передавал.
Максимальную
дальность. В зависимости от используемой
технологии передачи данных, канал связи
может иметь некоторую максимальную длину.
Например, в сети, построенной по стандартам
FastEthernet, максимальная длина медного кабеля
между узлом и устройством сети — 100 метров.
Основными характеристиками
технологий обмена данными, применяемыми
при создании сетей, являются характеристики
максимальной пропускной способности,
количества объединяемых в сеть компьютеров
и максимального расстояния, на котором
возможен обмен данными.
По этим характеристикам
среди технологий выделяют:
Локальные сети. Это сети, с потенциально ограниченным числом компьютеров и/или небольшой длиной линий связи. Такие сети обладают высокой скоростью при сравнительно небольшой цене, но могут увеличиваться только до определенных пределов. Например, в сети FastEthernet не должно быть более 1024 узлов. Если возникает необходимость, то такие сети делят на отдельные сегменты и объединяют с помощью специального оборудования.
Территориальные сети. Это сети с потенциально неограниченным числом компьютеров, но сравнительно небольшой длиной линий связи (т. е. расположенные на сравнительно небольшой территории — одного города, например).
Глобальные сети. Это сети, объединяющие большие территории. Такие сети, как правило, создаются крупными организациями для предоставления услуг связи. В них используют высокоскоростные, специализированные линии дальней связи. Основное назначение глобальных сетей — организация взаимодействия между более мелкими территориальными сетями.
При создании локальных сетей важное значение имеет общий
принцип соединения компьютеров и устройств
сети линиями связи. Такой принцип соединения
называется топологией сети.
Рассматривают три основные
топологии (фактически, способа соединения):
Общая шина. Для связи всех компьютеров в сети создается общий канал обмена данными, к которому подключаются все машины (самый простой пример — все компьютеры подключаются к общему кабелю). Способ логически самый простой, но небезопасный, ограничивающий количество компьютеров в сети и иногда приводящий к техническим проблемам.
Звезда. Компьютеры соединяются со специальным устройством — концентратором (или коммутатором) отдельными линиями связи. При этом возрастает надежность, такая сеть менее чувствительна к отказам, но она требует центрального устройства, прокладки большего количества линий и зависит от работы центрального устройства. Это самый популярный сейчас способ построения сетей.
Кольцо. В этой топологии компьютеры соединяются по кругу. Физически это реализуется с помощью устройств-коммутаторо , логически — специальным программным обеспечением. Такая топология требует сложных программ, но позволяет контролировать состояние сети (устраняя ошибки или используя резервное «кольцо» связи) и не теряет производительности под большой нагрузкой.
Сети соединяются между собой
с помощью специализированных компьютеров на основе
общих межсетевых протоколов обмена. Межсетевые
протоколы обмена — наборы правил, позволяющие
передавать информацию независимо от
технологии, использованной для организации
сети. Такие протоколы позволяют организовать
транзитную передачу данных, объединяя
так сети. Образованное таким образом
самое крупное объединение сетей называется
межсетевой средой — Интернетом.
Амплитудно-частотная характеристика,
полоса пропускания и затухание
Степень искажения синусоидальных сигналов
линиями связи оценивается с помощью таких
характеристик, как амплитудно-частотная
характеристика, полоса пропускания и
затухание на определенной частоте.
Амплитудно-частотна
характеристика (рис. 2.7) показывает, как затухает
амплитуда синусоиды на выходе линии связи
по сравнению с амплитудой на ее входе
для всех возможных частот передаваемого
сигнала. Вместо амплитуды в этой характеристике
часто используют также такой параметр
сигнала, как его мощность.
Рисунок 3 амплитудно-частотная характеристика
Знание амплитудно-частотной
характеристики реальной линии позволяет
определить форму выходного сигнала
практически для любого входного
сигнала. Для этого необходимо найти спектр
входного сигнала, преобразовать амплитуду
составляющих его гармоник в соответствии
с амплитудно-частотной характеристикой,
а затем найти форму выходного сигнала,
сложив преобразованные гармоники.
Несмотря на полноту информации,
предоставляемой амплитудно-частотной
характеристикой о линии связи,
ее использование осложняется тем
обстоятельством, что получить ее весьма
трудно. Ведь для этого нужно провести
тестирование линии эталонными синусоидами
по всему диапазону частот от нуля
до некоторого максимального значения,
которое может встретиться во
входных сигналах. Причем менять частоту
входных синусоид нужно с небольшим
шагом, а значит, количество экспериментов
должно быть очень большим. Поэтому
на практике вместо амплитудно-частотной
характеристики применяются другие,
упрощенные характеристики - полоса пропускания
и затухание.
Полоса пропускания
(bandwidth) - это непрерывный диапазон
частот, для которого отношение амплитуды
выходного сигнала ко входному превышает
некоторый заранее заданный предел, обычно
0,5. То есть полоса пропускания определяет
диапазон частот синусоидального сигнала,
при которых этот сигнал передается по
линии связи без значительных искажений.
Знание полосы пропускания позволяет
получить с некоторой степенью приближения
тот же результат, что и знание амплитудно-частотной
характеристики. Как мы увидим ниже, ширина полосы
пропускания в наибольшей степени влияет
на максимально возможную скорость передачи
информации по линии связи. Именно этот
факт нашел отражение в английском эквиваленте
рассматриваемого термина (width - ширина).
Затухание (attenuation) определяется как относительное
уменьшение амплитуды или мощности сигнала
при передаче по линии сигнала определенной
частоты. Таким образом, затухание представляет
собой одну точку из амплитудно-частотной
характеристики линии. Часто при эксплуатации
линии заранее известна основная частота
передаваемого сигнала, то есть та частота,
гармоника которой имеет наибольшую амплитуду
и мощность. Поэтому достаточно знать
затухание на этой частоте, чтобы приблизительно
оценить искажения передаваемых по линии
сигналов. Более точные оценки возможны
при знании затухания на нескольких частотах,
соответствующих нескольким основным
гармоникам передаваемого сигнала.
Затухание А обычно измеряется
в децибелах (дБ, decibel - dB) и вычисляется
по следующей формуле:
А = 10 log10 Рвых /Рвх,
где Рвых ~ мощность сигнала
на выходе линии, Рвх - мощность сигнала
на входе линии.
Так как мощность выходного
сигнала кабеля без промежуточных
усилителей всегда меньше, чем мощность
входного сигнала, затухание кабеля
всегда является отрицательной величиной.
Например, кабель на витой
паре категории 5 характеризуется затуханием
не ниже -23,6 дБ для частоты 100 МГц
при длине кабеля 100 м. Частота 100
МГц выбрана потому, что кабель
этой категории предназначен для
высокоскоростной передачи данных, сигналы
которых имеют значимые гармоники
с частотой примерно 100 МГц. Кабель категории
3 предназначен для низкоскоростной
передачи данных, поэтому для него
определяется затухание на частоте
10 МГц (не ниже -11,5 дБ). Часто оперируют
с абсолютными значениями затухания,
без указания знака.
Абсолютный уровень мощности,
например уровень мощности передатчика,
также измеряется в децибелах. При этом
в качестве базового значения мощности
сигнала, относительно которого измеряется
текущая мощность, принимается значение
в 1 мВт. Таким образом, уровень мощности
р вычисляется по следующей формуле: p=10
log10 P/1мВт[дБм] ,где Р - мощность сигнала
в милливаттах, а дБм (dBm) - это единица измерения
уровня мощности (децибел на 1 мВт). Таким
образом, амплитудно-частотная характеристика,
полоса пропускания и затухание являются
универсальными характеристиками, и их
знание позволяет сделать вывод о том,
как через линию связи будут передаваться
сигналы любой формы.
Полоса пропускания зависит
от типа линии и ее протяженности. На рис.
2.8 показаны полосы пропускания линий
связи различных типов, а также наиболее
часто используемые в технике связи частотные
диапазоны.
Рисунок 4 полосы пропускания
линий связи и популярные частотные диапазоны
Затухание и волновое сопротивление (
Методы улучшения )
Степень искажения синусоидальных сигналов
линиями связи оценивается с помощью таких
характеристик, как затухание и полоса
пропускания.
Затухание показывает, насколько
уменьшается мощность эталонного синусоидального
сигнала на выходе линии связи
по отношению к мощности сигнала
на входе этой линии. Затухание А обычно
измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется
по следующей формуле:
А = 10 lg Рвых/Рвх,
где Pвых — мощность сигнала
на выходе линии, а Рвх — мощность
сигнала на ее входе.
При отсутствии промежуточных
усилителей мощность выходного сигнала
кабеля всегда меньше мощности входного,
поэтому затухание кабеля, как
правило, имеет отрицательную величину.
Степень затухания мощности
синусоидального сигнала при
прохождении им по линии связи
обычно зависит от частоты синусоиды,
поэтому полную характеристику дает
лишь зависимость затухания от частоты
во всем диапазоне, используемом на практике
(Рисунок 3).
Рисунок 5 зависимость затухания
от частоты
Затухание представляет собой
обобщенную характеристику линии связи,
так как позволяет судить не о
точной форме сигнала, а о его
мощности (интегральной результирующей
от формы сигнала). На практике затухание
является важным атрибутом описания
линий связи: в частности, в стандартах
на кабель этот параметр считается
одним из основных.
Чаще всего при описании
параметров линии связи приводятся
значения затухания всего в нескольких
точках общей зависимости, при этом
каждая из них соответствует определенной
частоте, на которой измеряется затухание.
Отдельное значение затухания называют
коэффициентом затухания. Применение
всего нескольких значений вместо полной
характеристики связано, с одной
стороны, со стремлением упростить
измерения при проверке качества
линии, а с другой, основная частота
передаваемого сигнала часто
заранее известна — это та частота,
гармоника которой имеет наибольшую
амплитуду и мощность. Поэтому
достаточно знать уровень затухания
на данной частоте, чтобы приблизительно
оценить искажения передаваемых
по линии сигналов. Более точные
оценки возможны при знании затухания
на различных частотах, соответствующих
нескольким основным гармоникам передаваемого
сигнала.
Чем меньше затухание, тем
выше качество линии связи или
кабеля, по которому она проложена.
Обычно затухание определяют для
пассивных участков линии связи,
состоящих из кабелей и кроссовых
секций, без усилителей и регенераторов.
Например, кабель с витыми парами Категории
5 для внутренней проводки в зданиях,
применяемой практически для
всех технологий локальных сетей, характеризуется
затуханием не ниже -23,6 дБ для частоты
100 МГц при длине кабеля 100 м.
Частота 100 МГц выбрана
потому, что кабель этой категории
предназначен для высокоскоростной
передачи данных, чьи сигналы имеют
значимые гармоники с частотой примерно
100 МГц. Более качественный кабель Категории
6 уже имеет на частоте 100 МГц затухание
не ниже -20,6 дБ, т. е. мощность сигнала снижается
в меньшей степени. Часто в документации
приводятся абсолютные значения затухания,
т. е. его знак опускается, так как затухание
всегда отрицательно для пассивного, не
содержащего усилители и регенераторы,
участка линии, например непрерывного
кабеля.
Оптический кабель отличается
существенно более низкими (по абсолютной
величине) размерами затухания, обычно
в диапазоне от 0,2 до 3 дБ при длине
кабеля в 1000 м. Практически всем оптическим
волокнам свойственна сложная зависимость
затухания от длины волны, с тремя
так называемыми «окнами прозрачности».
Характерный пример показан на Рисунке
4. Как можно видеть, область эффективного
использования современных волокон
ограничена волнами длин 850, 1300 и 1550
нм, при этом окно в 1550 нм обеспечивает
наименьшие потери, а значит, максимальную
дальность при фиксированной мощности
передатчика и фиксированной чувствительности
приемника. Выпускаемый многомодовый
кабель обладает двумя первыми окнами
прозрачности, т. е. 850 и 1300 нм, а одномодовый
кабель — двумя окнами прозрачности в
диапазонах 1310 и 1550 нм.
Мощность передатчика
часто характеризуется абсолютным
уровнем мощности сигнала. Уровень
мощности, как и затухание, измеряется
в децибелах. При этом в качестве базового
принимается значение в 1 мВт. Таким образом,
уровень мощности p вычисляется по следующей
формуле:
p = 10 lg P/1 мВт [дБм],
где P — мощность сигнала
в милливаттах, а дБм — единица измерения
уровня мощности (дБ на 1 мВт).
Важным вторичным параметром
распространения медной линии связи
является ее волновое сопротивление. Этот
параметр представляет собой полное
(комплексное) сопротивление, которое
электромагнитная волна определенной
частоты встречает при распространении
вдоль однородной цепи. Волновое сопротивление
измеряется в Омах и зависит от
таких первичных параметров линии
связи, как активное сопротивление,
погонная индуктивность и погонная
емкость, а также от частоты самого
сигнала. Выходное сопротивление передатчика
должно быть согласовано с волновым
сопротивлением линии, иначе затухание
сигнала будет чрезмерно большим.
Помехоустойчивость
Помехоустойчивость линии определяет
ее способность уменьшать уровень помех
со стороны внешней среды или проводников
самого кабеля. Она зависит от типа используемой
физической среды, от экранирующих и подавляющих
помехи средств самой линии. Наименее
помехоустойчивыми являются радиолинии,
хорошей устойчивостью обладают кабельные
линии и отличной — волоконно-оптические,
малочувствительные к внешнему электромагнитному
излучению. Обычно уменьшения помех от
внешних электромагнитных полей добиваются
экранированием и/или скручиванием проводников.
Величины, характеризующие помехоустойчивость,
относятся к параметрам влияния линии
связи. Первичные параметры влияния медного
кабеля — электрическая и магнитная связи.
Электрическая связь определяется отношением
наведенного тока в цепи, подверженной
влиянию, к напряжению, действующему во
влияющей цепи. Магнитная связь — это
отношение электродвижущей силы, наведенной
в цепи, подверженной влиянию, к току во
влияющей цепи. Результатом электрической
и магнитной связи будут наведенные сигналы
(наводки) в цепи, подверженной влиянию.
Устойчивость кабеля к наводкам характеризуется
несколькими различными параметрами.
Переходное затухание на ближнем конце
(Near End Cross Talk, NEXT) определяет устойчивость
кабеля в том случае, когда наводка образуется
в результате действия сигнала, генерируемого
передатчиком, подключенным к одной из
соседних пар на том же конце кабеля, на
котором работает подключенный к подверженной
влиянию паре приемник. Показатель NEXT,
выраженный в децибелах, равен 10 lg Pвых/Pнав,
где P вых. - мощность выходного сигнала,
Pнав — мощность наведенного сигнала.
Чем меньше значение NEXT, тем лучше кабель.
Так, для витой пары Категории 5 показатель
NEXT должен быть лучше -27 дБ на частоте 100
МГц. Переходное затухание на дальнем
конце (Far End Cross Talk, FEXT) описывает устойчивость
кабеля к наводкам для случая, когда передатчик
и приемник подключены к разным концам
кабеля. Очевидно, что этот показатель
должен быть лучше, чем NEXT, так как до дальнего
конца кабеля сигнал приходит ослабленный
вследствие затухания в каждой паре. Показатели
NEXT и FEXT обычно используются применительно
к кабелю, состоящему из нескольких витых
пар, когда взаимные наводки одной пары
на другую могут достигать значительных
величин. Для одинарного коаксиального
кабеля (т. е. состоящего из одной экранированной
и т.д.................
