Nets2010 (1131259), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Рисунок 2-16. Устройство коаксиального кабеля

Такие кабели находят самое широкое применение. Наиболее популярные из них:

• передача телевизионных сигналов, включая системы кабельного телевидения

• передача нескольких телефонных разговоров одновременно на большие расстояния между телефонными станциями, построение ЛВС

• подключение компьютерных периферийных устройств на небольших расстояниях

Рисунок 2-17. Характеристики затухания сигнала для разных видов кабелей

Коаксиальные кабели используют для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов. Как видно из рисунка 2-15, коаксиальные кабели превосходят по своим характеристикам витую пару. У них шире полоса пропускания, а следовательно, выше скорость передачи данных. Основными ограничителями скорости и расстояния при передаче без усиления являются в этих кабелях затухание сигнала, тепловой шум и интермодуляционный шум. Последний вид шума возникает, когда всю полосу пропускания кабеля разбивают на более узкие полосы и каждую такую полосу используют как отдельный канал. Интермодуляционный шум возникает на границах таких каналов.

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. (См. рисунок 2-18).

Рисунок 2-18. Двухкабельные и однокабельные системы

В двухкабельных системах (рисунок 2-18 (а)) 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. Кабельное телевидение, которое охватывает во многих странах до 90% всех домов (США, Голландия) становится претендентом на роль городской вычислительной сети (MAN). Системы кабельного телевидения используют также для телефонных разговоров и передачи данных. В настоящее время в этой области идет жесткая конкурентная борьба между телефонными компаниями и компаниями кабельного телевидения.

Оптоволокно

Волоконнооптические линии - одно из наиболее интенсивно развиваемых направлений средств связи. Если сравнить темпы развития трех основных движущих сил средств передачи и обработки данных: микропроцессорную технику, средства телекоммуникаций и инженерию программного обеспечения, то мы увидим, что микропроцессоры удваивают свою производительность каждые 18 месяцев, пропускная способность каналов связи вырастает на 75% в год. По прогнозам специалистов, к 2011 году кремниевая технология исчерпает свои потенциальные возможности по дальнейшему увеличению производительности. На горизонте развития оптоволоконных линий связи, которые уже сейчас имеют пропускную способность в 50000 Гбит/сек., пока подобных проблем не видно. Поэтому можно сказать, что эту гонку скоростей пока выигрывают линии связи. И главную роль здесь, конечно, играют волоконнооптические кабели.

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. На рисунке 2-19 показана эта зависимость. При углах больше некоторого критического угла, называемого углом полного внутреннего отражения, вся энергия луча отражается обратно внутрь.

Рисунок 2-19. Угол падения луча в оптоволоконном кабеле

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.

Прохождение света через оптоволокно

Оптоволокно делают из стеклоподобного материала, который, в свою очередь, производят из песка и других широко распространенных материалов. Стекло известно со времен египтян. Однако прозрачное оконное стекло научились делать только в эпоху Ренессанса. Современное стекло, используемое для оптоволокна, настолько прозрачно, что если им заполнить океан, то в любой его точке мы смогли бы видеть дно, как мы видим землю с борта самолета.

Рисунок 2-20. Зависимость затухания оптического сигнала от длины волны

Затухание оптического сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. На рисунке 2-20 показана зависимость затухания от длины волны. Затухание измеряется в dB по следующей формуле:

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

Из этой формулы следует, что при падении мощности сигнала в два раза затухание будет равно примерно 3 дБ. На рисунке 2-20 видно, что затухание меньше всего в инфракрасной части спектра, которую и используют на практике. Видимая часть спектра располагается в области более коротких волн 0,4 – 0,7 микрон (1 мкм = 10^-6 м).

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.

Устройство оптоволоконного кабеля показано на рисунке 2-21. 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.

Рисунок 2-21. Устройство оптоволоконного кабеля

Такой кабель прокладывают и под землей, где он нередко становится жертвой экскаваторов и другой землеройной техники, и под водой, где он становится добычей тралов и акул. Соединяют его 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

Оптоволоконные сети

С помощью оптоволокна можно строить как LAN, так и сети большего масштаба. Подключение к оптоволоконной сети более сложное, чем к Ethernet-сети. Чтобы понять, как решается проблема построения сети из оптоволокна, надо осознать, что сеть типа «кольцо» представляет из себя цепочку соединений типа «точка-точка», как показано на рисунке 2-23.

Рисунок 2-23. Оптоволоконное кольцо

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 (рисунок 2-23, правая часть) 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 (рисунок 2-24). 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.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)