lection 13 (Презентации лекций), страница 2

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойСотовая и спутниковая связьСотовая связь - вид мобильной радиосвязи, основойкоторого является сотовая сеть. Общая зона покрытияделится на ячейки (соты), определяющиеся зонамипокрытия базовых станций. Соты перекрываются ивместе образуют сетьСотовая сетьСпутниковая связь - вид радиосвязи, основанный наиспользовании спутников в качестве ретрансляторов,которые вынесены на высоту от сотен до десятковтысяч км.

Так как зона видимости в этом случае - почтиполовина Земного шара, необходимость в цепочкеретрансляторов отпадаетСпутник связи Syncom-1Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойРадиоканалРадиоканал - канал связи, в котором передачаинформации осуществляется с помощью радиоволн.Включает среду распространения радиоволн иустройства преобразования электрических сигналов вэлектромагнитное излучение (радиопередающееустройство) и электромагнитное излучение вэлектрические сигналы (радиоприемное устройство)Спектр электромагнитных волнФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойРадиоканалЧастотыfВолныlИспользованиенизкие30 - 300 кГц длинные 10 км - 1 кмрадиовещание, радиосвязьсредние0,3 - 3 МГц средние 1 км - 100 мрадиовещание, радиосвязьвысокие3 - 30 МГц короткие 100 м - 10 мрадиовещание, радиосвязьочень высокие 30 - 300 МГцУКВ10 м - 1 м ТВ, радиовещание, радиосвязьдециТВ, радиосвязь, мобильнаяультравысокие 0,3 - 3 ГГц1 м - 10 смметровыесвязьсанти10 см – 1спутниковое ТВ, радиосвязь,сверхвысокие3 - 30 ГГцметровыесмбеспроводные сети, навигациямиллискоростная радиорелейнаякрайне высокие 30 - 300 ГГц1 см - 1 ммметровыесвязьФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойДлинные линииДлинная линияДлинная линия - регулярная линия электропередачи,длина которой превышает длину волны колебаний,распространяющихся в ней, а расстояние междупроводниками, из которых она состоит, значительноменьше этой длины волныТри режима работы линии:- режим бегущей волны - волна бежит от генератора кнагрузке, отраженная волна отсутствует;- режим стоячей волны - амплитуда отраженной волныравна амплитуде падающей, энергия возвращается вгенератор;- режим смешанных волн - часть мощности падающейволны потребляется нагрузкой, а часть возвращаетсяв генераторСтоячие волныФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойДвухпроводные линииОсновной недостаток двухпроводной линии – ееоткрытость, т.е. допускается излучениеэлектромагнитных волн в окружающеепространство и прием электромагнитных волн изокружающего пространства. Это приводит кпотерям мощности и влиянию внешних помех напередачу сигналаДвухпроводная линияИзлучение и прием электромагнитных волнпроисходят в местах нарушенияпрямолинейности двухпроводной линии(изломы в местах крепления проводов, изгибыиз-за провисания проводов и др.)Полосковая линияФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13.

Связь ЭВМ с внешней средойТелеграфные уравненияТелеграфные уравнения - линейные дифференциальныхуравнения, описывающие распределение напряжения итока в линии электропередачи и следующие из уравненийМаксвелла. Уравнения получены Хевисайдом иприменимы ко всем многопроводным линиям, включаятелеграфные, радиочастотные, телефонные, силовыелинии и линии постоянного токаОливер ХевисайдЛиния полагается состоящей из бесконечной цепидвухполюсников, каждый из которых эквивалентен еебесконечно короткому участку. При этом:- сопротивление участка описывается резистором R- магнитное поле вокруг проводов - индуктивностью L- электрическое поле между проводами - емкостью C- токи утечки - резистором с проводимостью GЭквивалентная схемаучастка линииФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойТелеграфные уравненияКогда R и G малы, линия считается идеальной и:.В стационарном случае для гармоническойволны находим скорость распространения:Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойКоаксиальный кабельУстройство коаксиального кабеля1 — внутренний проводник (провод),2 — изоляция (полиэтилен),3 — внешний проводник (оплетка),4 — оболочка (полиэтилен)Никола Тесла1894 - Никола Тесла, патент на электрический проводникдля переменных токов1929 - Эспеншид и Эффель, Bell, патент на современныйкоаксиальный кабель1936 - Bell, телевизионная линия передачи (Филадельфия-Нью-Йорк)Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойВитая параВитая пара - тип кабеля связи в форме одной илинескольких пар изолированных проводников, скрученныхмежду собой (с небольшим числом витков на единицудлины) и покрытых пластиковой оболочкой.Скручивание повышает степень связи проводников однойпары (помеха одинаково влияет на оба провода), чтопозволяет уменьшить помехи от внешних источников, атакже наводок для дифференциальных сигналовВ зависимости от защиты - заземленной оплетки илифольги, определяют разновидности технологии:- неэкранированная пара (UTP, нет защитного экрана)- фольгированная пара (FTP, общий экран из фольги)- экранированная пара (STP, экран для каждой пары иобщий внешний экран)- фольгированная экранированная пара (S/FTP, экраниз медной оплетки и каждая пара в фольге)Эквивалентная схемаучастка линииФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойРаспределение полейРаспределение электрического и магнитного полейв витой паре (а) и коаксиальном кабеле (б)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойПроблема поглощенияПоглощение электромагнитной волны - уменьшение ееэнергии при распространении в веществе,протекающее вследствие преобразования ее энергииво внутреннюю энергию вещества (или какие-то другиеформы энергии)Пьер БугерЗакон Бугера описывает экспоненциальноеослабление интенсивности I плоскойэлектромагнитной волны при ее распространении впоглощающей средегде I0 - входная интенсивность, l - толщина слоя, kλ коэффициент поглощения, зависящий от длины волны λОптический телеграфФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойПроблема поглощенияОкна прозрачности - диапазоны длин волн, вкоторых имеет место меньшее, по сравнению сдругими диапазонами, затуханиеэлектромагнитных волн в среде, в частности - воптическом волокне или атмосфереОкна прозрачностиволокна и атмосферыНапример, стандартное ступенчатое оптическоеволокно (SMF) имеет три окна прозрачности:850 нм, 1310 нм и 1550 нмФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойПроблема дисперсииДисперсия - зависимость фазовой скоростиэлектромагнитной волны в веществе от частоты (илидлины волны). Явление дисперсии экспериментальнооткрыто Ньютоном (~ 1672 год), хотя теоретическиобъяснено значительно позднееДисперсияЕсли фазовые скорости волн-составляющихволнового пакета за счет дисперсии будутразными, то первоначальная форма пакета небудет сохраняться и он будет «расплываться»Решить проблему дисперсии можно пользуясьдостаточно длинными импульсами насравнительно коротких трассах либо в т.н.солитонных режимах распространенияВолновой пакет без дисперсииФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойРетрансляцияАктивный ретранслятор - приемо-передающееустройство, располагающееся на промежуточныхпунктах линий связи, усиливающее принимаемыесигналы и передающее их дальше.В качестве промежуточного пункта можетиспользоваться как неподвижный объект (башнярадиорелейной линии, здание), так и подвижныйобъект (например, спутник связи)РадиоретрансляторРетрансляция в цифровых линиях связиподразумевает полное восстановленияисходного цифрового сигнала с последующимего усилением и дальнейшим кодированием.

Вэтом случае возможна неограниченная длиналинии передачиИдея ретрансляцииФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойСветСвет - поперечная волна электромагнитного поляОдновременно свет можно описать и как поток фотоновЗеленый светдлина волны, l ≈ 0.0005 мм = 0.5 мкмчастота, f ≈ 6 x 1014 Гц1 Ватт ≈ 3x1018 фотонов/секундуНа больших по сравнению с дифракционной длинойрасстояниях L от источника излучения волновой фронтэлектромагнитной волны становится сферическим ивследствие закона сохранения энергии ее интенсивностьменяется обратно пропорционально квадрату LСпектр электромагнитных волнФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойОткрытые линии связиСкорость передачиБеспроводные линии связиШирокополосныеОптическиесистемылиниинесколько Мбит/с > 150 Мбит/сРадиорелейныесистемы< 150 Мбит/сМаксимальная длина несколько км< 2 км< 50 кмУгроза подключениявысокаяочень высокаяочень высокаяИнтерференцияимеетсяотсутствуетмалаСтоимость> 5000 €> 6000 €> 20000 €Вероятность отказа при плохой погодеФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 13. Связь ЭВМ с внешней средойЧем может помочь лазер ?1916 – Альберт Эйнштейнпостулирует существование двухразных типов переходов в атоме:спонтанных и индуцированных«Клонирование» фотонов открывает возможностьсоздания лазеров – «фабрик» по производствуидентичных квантов светаЭЙНШТЕЙТ АльбертКлоны овечкиДоллиФизические основы современных ЭВМ.