1 (1131253), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Есть два основных вида коаксиальных кабелей: узкополосный с волновым сопротивлением 50 Ом и широкополосный с волновым сопротивлением 75 Ом.

Узкополосный кабель позволяет достигать скорости в несколько Гбит/сек при длине в 1-2 км и высокой помехозащищенности. При большем расстоянии нужны промежуточные усилители. Эти кабели широко использовались между АТС. Они позволяют передавать более 10000 разговоров одновременно. В настоящее время они заменяются оптоволоконными линиями.

Существенное различие между узкополосным кабелем и широкополосным в том, что широкополосный кабель применяется для передачи аналоговых сигналов на больших расстояниях и, следовательно, требует промежуточных аналоговых усилителей. Эти промежуточные усилители пропускают сигналы только в одном направлении. Поэтому машина, получившая поток битов, не может использовать для ответа тот же путь, по которому поток битов к ней пришел. Для решения этой проблемы есть два вида систем: двухкабельные и однокабельные системы.

В двухкабельных системах прокладывается сразу два кабеля: один кабель используется для входящего потока, а второй для исходящего. Компьютер соединен этими кабелями со специальной головной станцией, которая перебрасывает трафик с одного кабеля на другой, идущий в нужном направлении. В однокабельных системах полоса частот разделяется между входящим и исходящим трафиками. Например, полоса от 5 до 30 МГц служит для входного трафика, а полоса от 40 до 300 МГц – для выходного. Эта граница в каждой стране устанавливается своя. Низкая полоса частот используется для передачи данных от компьютера к головной станции, которая сдвигает их в сторону высоких частот и передает на другие компьютеры.

Коаксиальные кабели активно используют в системах кабельного телевидения.

Волоконнооптические линии - одно из наиболее интенсивно развиваемых направлений средств связи.

Для использования оптической связи нужен источник света, светопроводящая среда и детектор, преобразующий световой поток в электрический. На одном конце волоконнооптической линии находится передатчик - источник света, световой импульс от этого источника проходит по светопроводящему волокну и попадает на детектор, который расположен на другом конце этой линии и преобразует этот импульс в электрический.

Одна из основных проблем создания оптоволоконных систем состояла в том, чтобы не дать световому пучку рассеяться через боковую поверхность силиконового шнура. Количество рассеиваемой энергии зависело от угла падения светового луча на стенки шнура. При углах больше некоторого критического угла, называемого углом полного внутреннего отражения, вся энергия луча отражается обратно внутрь.

Если сделать силиконовый шнур толщиной, близкой к длине волны источника света, то этот шнур будет работать как провод для тока, без потерь на внутреннее отражение. По такому одномодовому шнуру можно передавать данные со скоростью несколько Гбит/сек. на сотню километров без промежуточного усиления.

Поскольку можно испускать несколько лучей разной длины волны так, чтобы они попадали на границы шнура под углом, большим угла полного внутреннего отражения, то по одному шнуру можно пускать несколько лучей. Каждый луч, как говорят, имеет свою моду. Так получается многомодовый шнур.

Оптоволокно делают из стеклоподобного материала, который, в свою очередь, производят из песка и других широко распространенных материалов. Затухание оптического сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. Затухание измеряется в dB по следующей формуле:

где Tр – мощность передаваемого сигнала, Rp – мощность полученного сигнала

Для передачи используются три полосы с длинами волн 0,85, 1,30 и 1,55 мкм. Две последние обладают тем замечательным свойством, что их затухание составляет менее 5% на километр. Длина волны в 0,85 мкм имеет большее затухание, но хороша тем, что лучше соответствует возможностям лазерных источников света. У всех трех полос ширина полосы пропускания от 25 000 до 30 000 ГГц.

Другую проблему при использовании оптоволокна представляет дисперсия: исходный световой импульс по мере распространения теряет начальную форму и размеры. Это явление называется дисперсией. Величина этих искажений также зависит от длины волны. Одно из возможных решений - увеличить расстояние между соседними сигналами. Однако это сократит скорость передачи. К счастью, исследования показали, что если придать сигналу некоторую специальную форму, то дисперсионные эффекты почти исчезают и сигнал можно передавать на тысячи километров. Сигналы в этой специальной форме называются силитонами.

Оптоволоконный кабель состоит из сердечника, состоящего из сверхпрозрачного оптоволокна. В одномодовом кабеле сердечник имеет толщину 8-10 микрон, в многомодовом - около 50 микрон (это примерно толщина человеческого волоса). Сердечник окружен оптическим покрытием: стекловолокном с низким коэффициентом рефракции, сокращающим потери света через границу сердечника. Сверху все покрыто защитным пластиком.

Соединяют такие кабели электрически с помощью специальных коннекторов, механически, прижимая один край к другому, либо сваривая воедино оба конца. Все эти манипуляции приводят к потере от 5 до 20% мощности сигнала в точке соединения.

Используются два вида источников света: светодиод (LED) и полупроводниковый лазер. У них разные свойства, которые показаны в таблице 2-22. С помощью специальных интерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. На принимающем конце стоит фотодиод, время срабатывания которого равно 1 нсек., что ограничивает максимальную скорость передачи до 1 Гбит/сек.

Таблица 2-22. Сравнение свойств светодиода и полупроводникового лазера

Свойство	Светодиод	Полупроводниковый лазер
Скорость передачи	Низкая	Высокая
Дальность передачи	Низкая	Высокая
Модовость	Мультимодовый	Мульти- или одномодовый
Срок службы	Короткий	Долгий
Чувствительность к температурным контрастам	Низкая	Значительная
Стоимость	Низкая	Высокая

С помощью оптоволокна можно строить как LAN, так и сети большего масштаба. Чтобы понять, как решается проблема построения сети из оптоволокна, надо осознать, что сеть типа «кольцо» представляет из себя цепочку соединений типа «точка-точка». Такие соединения могут быть двух видов: пассивное и активное. У пассивного есть светодиод либо лазер, и фотодиод. Принимая сигнал через фотодиод, это соединение передает электрический сигнал компьютеру или транслирует его дальше с помощью светодиода или лазера. Это абсолютно надежное соединение. Выход из строя любого из компонентов не нарушает связь по кольцу, а лишь блокирует работу отдельного компьютера. Активное подключение содержит промежуточный усилитель электрического сигнала. Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический. Этот сигнал усиливается, передается компьютеру либо транслируется дальше с помощью лазера или светодиода.

Кроме кольца, возможны соединения типа пассивной звезды. Все линии, по которым оптический сигнал передается от компьютера, заходят в специальное устройство пассивной звезды, сигналы от них воспринимаются по всем линиям, исходящим из этого устройства и передают к надлежащим приемникам.

Сравнение возможностей медного кабеля и оптоволокна.

1. Ширина полосы пропускания у оптоволокна несравненно больше, чем у медного кабеля, что позволяет достичь скорости в сотни Гбит/сек на расстояниях в десятки километров. Напомним, что коаксиал дает скорость максимум в несколько сотен Мбит/сек. примерно на 1 километре. Витая пара дает несколько Мбит/сек. на 1 километр и из нее можно выжать до 1 Гбит/сек. на расстоянии до 100 м.

1. Оптоволокно компактнее и меньше весит. При той же пропускной способности коаксиальный кабель и кабель из витых пар существенно тяжелее оптоволокна. Это существенный фактор, влияющий на стоимость и требования к опорным конструкциям. Например, 1 км 1000-парника весит 8 тонн, а оптоволокно аналогичной пропускной способности – 100 кг.

1. Затухание сигнала в оптоволокне существенно меньше, чем в коаксиале и витой паре, и остается постоянным для широкого диапазона частот.

1. Оптоволокно не восприимчиво к внешним электромагнитным излучениям. Поэтому ему не страшны интерференция, импульсные шумы и взаимные наводки. Оптоволокно не излучает энергию, поэтому не влияет на работу другого оборудования. Его трудно обнаружить, следовательно найти и повредить.

1. Чем меньше репитеров, тем дешевле система и меньше источников ошибок. С этой точки зрения оптоволоконные системы достигли большего совершенства. Для этих систем среднее расстояние между репитерами – сотни километров. Для коаксиала или витой пары тот же показатель равен нескольким километрам.

Таблица 2-25. Сравнение характеристик витой пары, коаксиала и оптоволокна

	Диапазон частот	Стандартное затухание	Стандартная задержка	Расстояние между репитерами
Витая пара	0-3,5 кГц	0,2 дБ при 1 кГц	50 мсек./км	2 км
Многопарный кабель	0-1 МГц	3 дБ/км при 1 кГц	5 мсек./км	2 км
Коаксиал	0-500 МГц	7 дБ/км	5 мсек./км	1-9 км
Оптический кабель	180-370 ТГц	0,2-0,5 дБ/км	5 мсек./км	40 км

Билет № 6.

Теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания). Передача цифровых данных цифровыми сигналами.

Цифровой сигнал – это дискретная последовательность импульсов по напряжению, каждый из которых имеет ступенчатую форму. Каждый импульс – это единичный сигнал. В общем случае данные в двоичной форме при передаче кодируются так, что один бит данных может быть отображен в несколько единичных сигналов. В простейшем случае это соответствие имеет однозначный характер: один бит – один единичный сигнал.

Если все единичные сигналы имеют одинаковую полярность (т.е. все положительную или все отрицательную), то говорят, что сигнал униполярный. В противном случае логическую единицу представляют положительным потенциалом, а логический ноль – отрицательным. Скорость передачи данных – это количество бит в секунду, которые передают с помощью сигналов. Эту скорость также называют битовой скоростью.

Продолжительность (длина) бита – это интервал времени, которое нужно передатчику, чтобы испустить последовательность надлежащих единичных сигналов. При скорости передачи данных R бит/сек, длина бита равна 1/R. Напомним, что скорость модуляции или сигнальная скорость измеряется в бот – это скорость изменения уровня сигнала. Очень многое зависит от способа кодировки данных. За одно изменение уровня сигнала можно передать несколько бит данных.

Теперь рассмотрим, какие задачи должен решать приемник при передаче. Прежде всего, приемник должен быть точно настроен на длину бита. Он должен уметь распознавать начало и конец передачи каждого бита, а также уровень сигнала: низкий или высокий. Эти задачи могут решаться измерением уровня сигнала в середине длины бита и сравнением результата измерения с пороговым значением. Из-за шума на линии при этом могут возникать ошибки.

Есть три важных фактора влияющие на правильность передачи: уровень шума, скорость передачи данных и ширина полосы пропускания канала. Существует еще один фактор, влияющий на передачу данных: это способ представления (кодировки) данных на физическом уровне.

Основными критериями сравнения различных способов кодирования данных на физическом уровне являются:

• Ширина спектра сигнала. Чем меньше высокочастотных составляющих в сигнале, тем меньшая ширина полосы пропускания канала требуется для передачи. Важным также является отсутствие постоянной составляющей, т.е. гармоники с постоянными, не меняющимися параметрами. Появление такой гармоники приводит к наличию постоянного тока между приемником и передатчиком, что крайне нежелательно. Наконец, как мы уже отмечали, ширина спектра влияет на искажение формы сигнала. Чем шире спектр, тем сильнее искажения.

• Синхронизация между приемником и передатчиком. Мы уже отмечали необходимость для приемника точно определять начало и конец битового интервала. На небольших расстояниях, например, внутри компьютера или между компьютером и его периферийными устройствами для этих целей используют дополнительную линию синхронизации. По этой линии специальная тактирующая схема (часы) выдает строго через определенные промежутки синхроимпульсы. Приход такого импульса для приемника означает начало битового интервала. В сетях, на больших расстояниях, это решение не годится по многим причинам. Другое решение этой проблемы состоит в создании так называемых самосинхронизирующихся кодов. Например, перепад в уровне сигнала (фронт) может служить хорошим признаком для приемника о начале битового интервала. Отсутствие фронта между битовыми интервалами существенно усложняет решение проблемы синхронизации, когда в соседних битовых последовательностях надо передать биты с одинаковыми значениями.

• Обнаружение ошибок. Хотя методы обнаружения и исправления ошибок располагаются на канальном уровне, который находится над физическим уровнем, тем не менее, и на физическом уровне весьма полезно иметь такие возможности.

• Чувствительность к шуму. За счет надлежащих ухищрений в схеме кодировки данных можно добиться высокой производительности при передаче даже при наличии очень высокого уровня шума.

• Стоимость и скорость. Несмотря на постоянное удешевление цифровой аппаратуры общая тенденция такова, что увеличение сигнальной скорости с целью увеличения битовой ведет к удорожанию аппаратуры.

Все схемы кодирования делятся на потенциальные и импульсные. У потенциальных кодов значение бита передается удержанием потенциала сигнала на определенном уровне в течение битового интервала. У импульсных кодов это значение передается перепадом (фронтом) уровня сигнала. Направление перепада с низкого на высокий или с высокого на низкий уровень определяет значение бита.

Потенциальный NRZ-код.

В потенциальной схеме кодирования NRZ (NRZ – Non return to zero – без возврата к нулю на битовом интервале) логическому 0 и логической 1 сопоставлены два устойчиво различаемых потенциала. К достоинствам этого кода следует отнести простоту реализации, устойчивость к ошибкам, достаточно узкий частотный спектр сигнала.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)