• Hodnocení kvality přenosu zvukových vysílacích signálů na základě použití MCSO. Posouzení kvality přijímaných signálů v UPS Spektrální analýza signálů na komunikačních linkách

    Státní zkouška

    (Státní zkouška)

    Otázka číslo 3 „Komunikační kanály. Klasifikace komunikačních kanálů. Parametry komunikačních kanálů. Podmínka pro přenos signálu přes komunikační kanál.

    (Plyaskin)


    Odkaz. 3

    Klasifikace. 5

    Charakteristika (parametry) komunikačních kanálů. 10

    Podmínka pro přenos signálu komunikačními kanály. 13

    Literatura. 14


    Odkaz

    Odkaz- systém technických prostředků a prostředí šíření signálu pro přenos zpráv (nejen dat) od zdroje k příjemci (a naopak). Komunikační kanál chápaný v úzkém smyslu ( komunikační cesta) představuje pouze fyzické médium šíření, jako je fyzická komunikační linka.

    Komunikační kanál je určen k přenosu signálů mezi vzdálenými zařízeními. Signály nesou informace určené k prezentaci uživateli (člověku) nebo pro použití počítačovými aplikačními programy.

    Komunikační kanál obsahuje následující komponenty:

    1) vysílací zařízení;

    2) přijímací zařízení;

    3) přenosové médium různé fyzikální povahy (obr.1) .

    Signál nesoucí informaci tvořený vysílačem je po průchodu přenosovým médiem přiveden na vstup přijímacího zařízení. Dále jsou informace extrahovány ze signálu a přenášeny ke spotřebiteli. Fyzikální povaha signálu je zvolena tak, aby se mohl šířit přenosovým médiem s minimálním útlumem a zkreslením. Signál je potřeba jako nosič informace, sám informaci nenese.

    Obr. 1. Komunikační kanál (možnost č. 1)

    Obr.2 Komunikační kanál (volba č. 2)

    Tito. tento (kanál) je technické zařízení (technologie + prostředí).


    Klasifikace

    Budou to přesně tři typy klasifikací. Vyberte si chuť a barvu:

    Klasifikace #1:

    Existuje mnoho typů komunikačních kanálů, z nichž nejběžnější jsou kabelové kanály komunikace ( vzduch, kabel, světlovod atd.) a rozhlasové kanály (troposférický, satelitní atd.). Takové kanály jsou zase obvykle kvalifikovány na základě charakteristik vstupních a výstupních signálů, jakož i změn v charakteristikách signálů v závislosti na takových jevech vyskytujících se v kanálu, jako je zeslabování a zeslabování signálů.



    Podle typu distribučního média se komunikační kanály dělí na:

    drátové;

    Akustický;

    Optický;

    infračervený;

    Rozhlasové kanály.

    Komunikační kanály se také dělí na:

    spojitý (na vstupu a výstupu kanálu - spojité signály),

    Diskrétní nebo digitální (na vstupu a výstupu kanálu - diskrétní signály),

    spojitý-diskrétní (kontinuální signály na vstupu kanálu a diskrétní signály na výstupu),

    Diskrétně spojitý (na vstupu kanálu - diskrétní signály a na výstupu - spojité signály).

    Kanály mohou být lineární A nelineární, dočasný A časoprostorový.

    Možný klasifikace komunikační kanály podle frekvenčního rozsahu .

    Systémy přenosu informací jsou jednokanálový A vícekanálový. Typ systému je určen komunikačním kanálem. Pokud je komunikační systém postaven na stejném typu komunikačních kanálů, je jeho název určen typickým názvem kanálů. Jinak se používá specifikace klasifikačních znaků.

    Klasifikace č. 2 (podrobnější):

    1. Klasifikace podle použitého frekvenčního rozsahu

    Ø Kilometr (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;

    Ø Hektometrický (CB) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

    Ø Dekametr (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

    Ø Metr (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

    Ø Decimetr (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

    Ø Centimetr (SMW) 1-10 cm, 3-30 GHz;

    Ø Milimetr (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;

    Ø Desetinné (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

    2. Podle směru komunikačních linek

    - režírovaný ( používají se různé vodiče):

    Ø koaxiální,

    Ø kroucené páry na bázi měděných vodičů,

    Ø optických vláken.

    - nesměrové (rádiové spoje);

    Ø přímá viditelnost;

    Ø troposférický;

    Ø ionosférické

    Ø prostor;

    Ø radiorelé (retranslace na decimetrových a kratších rádiových vlnách).

    3. Typ odeslaných zpráv:

    Ø telegraf;

    Ø telefon;

    Ø přenos dat;

    Ø faksimile.

    4. Typ signálů:

    Ø analogový;

    Ø digitální;

    Ø impuls.

    5. Podle typu modulace (manipulace)

    - V analogových komunikačních systémech:

    Ø s amplitudovou modulací;

    Ø s jednostrannou modulací;

    Ø s frekvenční modulací.

    - V digitálních komunikačních systémech:

    Ø s amplitudovou manipulací;

    Ø s klíčováním s frekvenčním posunem;

    Ø s fázovým klíčováním;

    Ø s relativním klíčováním fázovým posuvem;

    Ø s tónovým klíčováním (jednotlivé prvky ovládají kmitání pomocné nosné (tón), načež se manipulace provádí na vyšší frekvenci).

    6. Podle hodnoty základny rádiového signálu

    Ø širokopásmové připojení (B>> 1);

    Ø úzkopásmové (B "1).

    7. Podle počtu současně přenášených zpráv

    Ø jednokanálový;

    Ø vícekanálové (frekvence, čas, kódové dělení kanálů);


    8. Podle směru zprávy

    Ø jednostranné;

    Ø bilaterální.
    9. V pořadí výměny zpráv

    Ø simplexní komunikace- obousměrná rádiová komunikace, ve které se vysílání a příjem každé radiostanice provádí postupně;

    Ø duplexní komunikace- vysílání a příjem se provádí současně (nejefektivnější);

    Ø poloviční duplex- odkazuje na simplex, který zajišťuje automatický přechod z vysílání na příjem a možnost znovu se dotazovat korespondenta.

    10. Způsoby ochrany přenášených informací

    Ø otevřená komunikace;

    Ø uzavřená komunikace (tajná).

    11. Podle stupně automatizace výměny informací

    Ø neautomatizované - rádiové ovládání a zasílání zpráv provádí operátor;

    Ø automatizované - ručně se zadávají pouze informace;

    Ø automatický - proces zasílání zpráv probíhá mezi automatickým zařízením a počítačem bez účasti operátora.

    Klasifikace č. 3 (něco se může opakovat):

    1. Po domluvě

    Telefon

    Telegrafovat

    televize

    Vysílání

    2. Podle směru přenosu

    Simplex (přenos pouze v jednom směru)

    Half duplex (přenos střídavě v obou směrech)

    Duplex (vysílání současně v obou směrech)

    3. Podle povahy komunikační linky

    Mechanické

    hydraulické

    Akustický

    Elektrické (drátové)

    Rádio (bezdrátové)

    Optický

    4. Podle povahy signálů na vstupu a výstupu komunikačního kanálu

    Analogový (kontinuální)

    Časově diskrétní

    Diskrétní podle úrovně signálu

    Digitální (diskrétní jak v čase, tak v úrovni)

    5. Podle počtu kanálů na komunikační linku

    jeden kanál

    Vícekanálový

    A další kresba zde:

    Obr.3. Klasifikace komunikačních linek.


    Charakteristika (parametry) komunikačních kanálů

    1. Funkce přenosu kanálů: prezentované ve formuláři amplitudově-frekvenční charakteristika (AFC) a ukazuje, jak se amplituda sinusoidy na výstupu komunikačního kanálu snižuje ve srovnání s amplitudou na jejím vstupu pro všechny možné frekvence přenášeného signálu. Normalizovaná frekvenční odezva kanálu je znázorněna na obr.4. Znalost frekvenční odezvy skutečného kanálu vám umožňuje určit tvar výstupního signálu pro téměř jakýkoli vstupní signál. K tomu je nutné najít spektrum vstupního signálu, převést amplitudu jeho jednotlivých harmonických v souladu s amplitudově-frekvenční charakteristikou a poté najít tvar výstupního signálu přidáním převedených harmonických. Pro experimentální ověření amplitudově-frekvenční charakteristiky je nutné otestovat kanál s referenčními (amplitudově stejnými) sinusoidami v celém frekvenčním rozsahu od nuly po nějakou maximální hodnotu, která se může vyskytnout ve vstupních signálech. Navíc je potřeba změnit frekvenci vstupních sinusoid malým krokem, což znamená, že počet experimentů by měl být velký.

    -- poměr spektra výstupního signálu ke vstupu
    - šířka pásma

    Obr.4 Normalizovaná frekvenční charakteristika kanálu

    2. Šířka pásma: je derivační charakteristika frekvenční charakteristiky. Je to spojitý rozsah frekvencí, pro který poměr amplitudy výstupního signálu ke vstupu překračuje určitou předem stanovenou mez, to znamená, že šířka pásma určuje frekvenční rozsah signálu, ve kterém je tento signál přenášen komunikačním kanálem bez výrazné zkreslení. Typicky se šířka pásma měří při 0,7 maximální frekvenční odezvy. Šířka pásma v největší míře ovlivňuje maximální možnou rychlost přenosu informací komunikačním kanálem.

    3. útlum: je definován jako relativní pokles amplitudy nebo výkonu signálu, když je signál o určité frekvenci přenášen kanálem. Často je během provozu kanálu předem známa základní frekvence přenášeného signálu, to znamená frekvence, jejíž harmonická má nejvyšší amplitudu a výkon. Proto stačí znát útlum na této frekvenci, aby bylo možné přibližně odhadnout zkreslení signálů přenášených kanálem. Přesnější odhady jsou možné, pokud je znám útlum na několika frekvencích odpovídajících několika základním harmonickým přenášeného signálu.

    Útlum se obvykle měří v decibelech (dB) a vypočítá se pomocí následujícího vzorce: , Kde

    Síla signálu na výstupu kanálu,

    Síla signálu na vstupu kanálu.

    Útlum se vždy počítá pro konkrétní frekvenci a souvisí s délkou kanálu. V praxi se vždy používá pojem "specifický útlum", tzn. útlum signálu na jednotku délky kanálu, například útlum 0,1 dB/metr.

    4. Rychlost přenosu: charakterizuje počet bitů přenesených kanálem za jednotku času. Měří se v bitech za sekundu - bps, stejně jako odvozené jednotky: Kbps, Mbps, Gbps. Přenosová rychlost závisí na šířce pásma kanálu, úrovni šumu, typu kódování a modulaci.

    5. Odolnost vůči šumu kanálu: charakterizuje jeho schopnost zajistit přenos signálu za podmínek rušení. Interference se dělí na vnitřní(představuje tepelný hluk zařízení) A externí(jsou rozmanité a závisí na přenosovém médiu). Odolnost kanálu proti šumu závisí na hardwaru a algoritmických řešeních pro zpracování přijímaného signálu, které jsou vestavěny v transceiveru. Imunita proti hluku signalizace přes kanál lze zvýšit za cenu kódování a speciální zpracování signál.

    6. Dynamický rozsah : logaritmus poměru maximálního výkonu signálu přenášeného kanálem k minimu.

    7. Imunita proti hluku: jedná se o odolnost proti hluku, tzn. odolnost proti hluku.

    Komunikační systém charakterizované sadou parametrů. Ty z nich, které souvisí s kvalitou systému monotónní závislostí, se nazývají indikátory kvality systému. Čím vyšší (nižší) hodnota indexu kvality, tím lepší (horší) systém, za jinak stejných podmínek.

    Při návrhu systému je zohledněno velké množství ukazatelů kvality a parametrů v souladu s předem stanoveným kritériem optimality. Za nejlepší (optimální) systém je považován ten, který odpovídá největší (nejmenší) hodnotě některé objektivní funkce ukazatelů kvality. Indikátory kvality a parametry komunikačních systémů jsou podmíněně rozděleny:

    - informační (odolnost proti šumu, rychlost, šířka pásma a zpoždění přenosu informací);

    — technické a ekonomické (cena, celkové rozměry, hmotnost);

    — technické a provozní ukazatele (střední doba bezporuchového provozu, rozsah provozních teplot atd.).

    Pojďme se odlišit indikátory charakterizující komunikační systém z hlediska přenosu informací.

    Odolnost proti rušení je jedním z hlavních ukazatelů kvality komunikačního systému. Odolnost proti šumu pro dané rušení je charakterizována věrností přenosu - mírou shody mezi přijatou zprávou a přenášenou zprávou. Při přenosu nepřetržitých zpráv je mírou věrnosti standardní odchylka mezi přijatými a "(t) a vysílanými a (t) zprávami:

    Kde T -čas, během kterého je zpráva přijata.

    primární signál b(t) spojené se zprávou A(t) lineární závislost, tzn.

    b(t) = ka(t),

    Kde k - konverzní faktor.

    kde hvězdička označuje odhad signálu, který se od tohoto signálu liší velikostí chyby.

    Čím menší je standardní odchylka, tím vyšší je odolnost proti šumu.

    Měřítkem věrnosti může být také pravděpodobnost, že chyba ε nepřekročí předem stanovenou hodnotuε 0:

    Čím větší je tato pravděpodobnost, tím vyšší je odolnost proti šumu.

    Měřítkem věrnosti při přenosu diskrétních zpráv je pravděpodobnost chyby.Čím nižší je tato pravděpodobnost, tím větší je odolnost proti šumu.

    Nazývá se maximální možná odolnost proti šumu pro dané přenosové podmínky potenciální odolnost proti hluku.

    Dalším důležitým ukazatelem kvality komunikačního systému je jeho propustnost, těch. maximální přenosová rychlost R max povolená systémem. Určuje se podle čísla N kanály tohoto systému a propustnost C komunikační kanál:

    Pro diskrétní komunikační kanál bez rušení

    Kde T- doba trvání přenosu jednoho znaku; m - objem abecedy. (Zápis logx dále označuje operaci binárního logaritmu log 2 X.)

    Pro nepřetržitý komunikační kanál

    S= Flog(l + P S / P sh) ,

    Kde F - šířka pásma kanálu; R c - výkon signálu; R sh - hluková síla.

    Přenosová rychlost (stejně jako propustnost) se měří v bitech za sekundu

    Zpoždění přenosu je čas od začátku přenosu zprávy ve vysílači do okamžiku vydání obnovené zprávy na výstupu přijímače. Závisí na délce komunikačního kanálu a době trvání převodů signálu ve vysílači a přijímači. Přenosové zpoždění je jedním z nejdůležitějších ukazatelů kvality komunikačního systému.

    Pro frekvenční pásma Ku a Ka záleží na poměru nosné k šumu C/N před demodulací v přijímači. Po demodulaci záleží na poměru S/N. Poměr S/N tedy závisí jak na poměru C/N, tak na charakteristikách modulace a kódování.

    Vysílaný signál může být přijímacím zařízením nesprávně vnímán v důsledku různých interferencí a zkreslení, ke kterým dochází při jeho přenosu přes hlučný komunikační kanál. Ke zlepšení odolnosti proti hluku se používají různé metody kódování. Proto je výstup zdroje informací spojen s linkovým kodérem, kde je do signálu zavedena redundance, aby se snížila možnost bitových chyb. Tato procedura se nazývá pre-error correction (FEC) a je jedinou metodou, která poskytuje opravu chyb bez požadavku na opakované vysílání dat. Bitová chybovost souvisí s bitovou chybovostí (BER) dekodéru přijímače. Ukazatelem kvality přijímaného signálu v digitálních přenosových systémech, jak víte, je poměr E b / N 0, při kterém je dosaženo určité hodnoty BER, a který je ekvivalentem poměru S/N pro digitální systémy. .

    Poměr mezi C/N a Eb/N 0 , vyjádřený v decibelech, je určen následujícím vzorcem:

    Eb /N 0 \u003d C / N + 10 log (1 / R) + 10 logDf, dB (5,32)

    Kde E b /N 0 dB - poměr množství energie v bitu E b (J) k hustotě toku šumového výkonu N 0 (W/Hz); R - rychlost přenosu informací, bit/s; Df je frekvenční pásmo obsazené kanálem, Hz; C/N - poměr nosná/šum ve frekvenčním pásmu Df, dB.

    Charakteristickým rysem praktických digitálních systémů je následující: pro daný poměr informační bitové rychlosti k šířce pásma kanálu existuje poměr signálu k šumu, nad kterým je možný příjem signálu bez chyb a pod kterým je příjem nemožný. Na rozdíl od analogových signálů, které se při vystavení šumu postupně zhoršují, jsou digitální systémy vůči šumu relativně imunní až do bodu, kdy systém korekce chyb již nemůže efektivně fungovat. V důsledku toho dochází k prudkému zhoršení nebo kolapsu systému. Tato vlastnost digitálních systémů eliminuje potřebu kvalitních gradací. Kvalita přijímaného signálu neutrpí, pokud je celková degradovaná úroveň poměru Eb/N 0 vyšší než nějaká požadovaná úroveň odpovídající přijatelné pravděpodobnosti bitových chyb() nebo určitou hodnotu BER. Vztah mezi a Eb/N 0 závisí na specifických vlastnostech zvolené metody digitální modulace, takže satelitní operátoři obvykle stanoví minimální požadovanou úroveň vztahu Eb/N 0 . Vynikající kvalita odpovídá BER=. BER na vstupu demultiplexoru závisí na dvou faktorech: kvalitě vstupního signálu a opravná síla kódu proti rušení FEC. Číslo FEC označuje redundanci kódu proti rušení.

    Potřebný odstup signálu od šumu pro kvalitní příjem digitálního signálu s hodnotou BER rovnou je určen z tabulky.

    Charakteristiky komunikačních linek lze rozdělit do dvou skupin:

    • parametry šíření charakterizují užitečný proces šíření signálu v závislosti na vlastních parametrech vedení, například lineární indukčnosti měděného kabelu;
    • parametry vlivu popisují míru vlivu ostatních signálů na užitečný signál - vnější rušení, rušení jinými páry vodičů v měděném kabelu.

    V každé z těchto skupin lze zase rozlišit primární a sekundární parametry. Primární - charakterizujte fyzikální podstatu komunikační linky: například lineární aktivní odpor, lineární indukčnost, lineární kapacita a lineární vodivost izolace měděného kabelu nebo závislost indexu lomu optického vlákna na vzdálenosti od optického osa. Sekundární parametry vyjadřují nějaký zobecněný výsledek procesu šíření signálu po komunikační lince a nezávisí na jeho povaze – např. míra útlumu výkonu signálu, když urazí po komunikační lince určitou vzdálenost, tzv. útlum signálu . U měděných kabelů je neméně důležitý i takový sekundární parametr vlivu, jako je míra útlumu rušení od sousední kroucené dvoulinky.

    Sekundární parametry jsou určeny odezvou přenosového vedení na některé referenční vlivy. Tento přístup umožňuje zcela jednoduše a jednotně určit charakteristiky komunikačních linek jakékoli povahy, aniž by se uchylovalo ke složitým teoretickým studiím a konstrukci analytických modelů. Pro studium odezvy komunikačních linek se jako referenční signály nejčastěji používají sinusové signály různých frekvencí.

    SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA SIGNÁLŮ NA KOMUNIKAČNÍCH LINKÁCH

    Jakýkoli periodický proces lze znázornit jako součet sinusových oscilací různých frekvencí a různých amplitud (viz obrázek 1). Každá složka sinusoidy se také nazývá harmonická a soubor všech harmonických se nazývá spektrální rozklad původního signálu. Neperiodické signály mohou být reprezentovány jako integrál sinusových signálů se spojitým frekvenčním spektrem.

    Při přenosu po komunikační lince dochází ke zkreslení průběhu v důsledku nerovnoměrné deformace sinusoid různých frekvencí. Pokud se jedná o analogový signál, který přenáší řeč, pak se barva hlasu mění v důsledku nepřesné reprodukce podtónů - vedlejších frekvencí. Při přenosu impulsních signálů charakteristických pro počítačové sítě dochází ke zkreslení nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, následkem čehož čela impulsů ztrácejí svůj obdélníkový tvar (viz obrázek 2). Proto mohou být signály na přijímacím konci linky špatně rozpoznány.

    Při přenosu po komunikační lince dochází ke zkreslení signálů vzhledem k tomu, že se jeho fyzikální parametry liší od ideálních. Takže například měděné dráty vždy představují nějakou kombinaci aktivního odporu, kapacitní a indukční zátěže rozložené po délce. V důsledku toho pro sinusoidy různých frekvencí bude mít vedení různou impedanci, což znamená, že budou přenášeny různými způsoby. Optický kabel má také odchylky od ideálního média pro přenos světla – vakua. Pokud komunikační linka obsahuje mezilehlé zařízení, může způsobit další zkreslení.

    Nejen nehomogenita vnitřních fyzických parametrů komunikační linky způsobuje nepřesné signály, ke zkreslení průběhu na výstupu linky přispívá i vnější šum. Vytvářejí je různé elektromotory, elektronická zařízení, atmosférické jevy atd. Přes ochranná opatření, která vývojáři kabelů a zesilovacích-spínacích zařízení přijali, není možné zcela kompenzovat vliv vnějšího rušení. V kabelu navíc dochází k vnitřním rušením – tzv. snímačům z jednoho páru vodičů na druhý. V důsledku toho mají signály na výstupu komunikační linky obvykle složitý tvar (jak je znázorněno na obrázku 2), ze kterého je někdy obtížné pochopit, jaká diskrétní informace byla přiváděna na vstup linky.

    Kvalita původních signálů (strmost čel, celkový tvar pulsů) závisí na kvalitě vysílače, který generuje signály v komunikační lince. Jednou z nejdůležitějších charakteristik vysílače je spektrální, tzn. spektrální rozklad jím generovaných signálů. Pro generování kvalitních obdélníkových impulsů je nutné, aby spektrální odezva vysílače byla co nejužší. Například laserové diody mají při generování pulzů mnohem menší šířku emisního spektra (1-2 nm) ve srovnání s LED (30-50 nm), takže modulační frekvence laserových diod může být mnohem vyšší než u LED.

    TLUMENÍ A NÁRAZ

    Míra zkreslení sinusových signálů komunikačními linkami se odhaduje pomocí charakteristik, jako je útlum a šířka pásma.

    Útlum ukazuje, jak moc klesá výkon referenčního sinusového signálu na výstupu komunikační linky vzhledem k výkonu signálu na vstupu této linky. Útlum A se obvykle měří v decibelech (dB) a vypočítá se pomocí následujícího vzorce:

    A \u003d 10 lg P výstup / P vstup,

    kde P out je výkon signálu na výstupu linky a P in je výkon signálu na jeho vstupu.

    Při absenci mezizesilovačů je výkon výstupního signálu kabelu vždy menší než výkon vstupu, takže útlum kabelu má zpravidla zápornou hodnotu.

    Míra útlumu výkonu sinusového signálu při jeho průchodu komunikačním vedením obvykle závisí na frekvenci sinusoidy, takže pouze závislost útlumu na frekvenci v celém v praxi používaném rozsahu dává kompletní charakteristiku (obrázek 3). .

    Obrázek 3. Útlum versus frekvence.

    Útlum je zobecněná charakteristika komunikační linky, protože umožňuje posuzovat nikoli přesný tvar signálu, ale jeho výkon (integrál vyplývající z tvaru signálu). V praxi je útlum důležitým atributem popisu komunikačních linek: zejména v kabelových standardech je tento parametr považován za jeden z hlavních.

    Nejčastěji jsou při popisu parametrů komunikační linky hodnoty útlumu uvedeny pouze v několika bodech obecné závislosti, z nichž každý odpovídá konkrétní frekvenci, při které se útlum měří. Individuální hodnota útlumu se nazývá faktor útlumu. Použití pouze několika hodnot namísto kompletní charakteristiky je spojeno na jedné straně s přáním zjednodušit měření při kontrole kvality vedení a na druhé straně je základní frekvence přenášeného signálu často předem známá - to je frekvence, jejíž harmonická má nejvyšší amplitudu a výkon. Pro přibližný odhad zkreslení signálů přenášených po vedení tedy stačí znát úroveň útlumu na daném kmitočtu. Přesnější odhady jsou možné, pokud je znám útlum na různých frekvencích odpovídajících několika základním harmonickým přenášeného signálu.

    Čím nižší je útlum, tím kvalitnější je komunikační vedení nebo kabel, kterým je položen. Typicky se útlum určuje pro pasivní části komunikační linky, skládající se z kabelů a průřezů, bez zesilovačů a regenerátorů. Například kroucený dvoulinkový kabel kategorie 5 pro vnitřní rozvody v budovách, který se používá pro téměř všechny LAN technologie, má pro frekvenci 100 MHz při délce kabelu 100 m útlum minimálně -23,6 dB.

    Frekvence 100 MHz byla zvolena proto, že tato kategorie kabelu je určena pro vysokorychlostní přenos dat, jejichž signály mají výrazné harmonické s frekvencí přibližně 100 MHz. Kvalitnější kabel kategorie 6 má již při frekvenci 100 MHz útlum minimálně -20,6 dB, t.j. výkon signálu klesá v menší míře. Často jsou v dokumentaci uvedeny absolutní hodnoty útlumu, to znamená, že jeho znaménko je vynecháno, protože útlum je vždy negativní pro pasivní část vedení, která neobsahuje zesilovače a regenerátory, například průběžný kabel.

    Optický kabel se vyznačuje výrazně nižšími (v absolutní hodnotě) rozměry útlumu, typicky v rozmezí 0,2 až 3 dB pro délku kabelu 1000 m. Prakticky všechna optická vlákna mají komplexní závislost útlumu na vlnové délce se třemi tzv. průhledná okna" ". Typický příklad je na obrázku 4. Jak můžete vidět, oblast efektivního využití moderních vláken je omezena na vlnové délky 850, 1300 a 1550 nm, přičemž okno 1550 nm poskytuje nejmenší ztráty, a tedy maximální dosah při pevném výkonu vysílače a pevné citlivosti přijímače. Vyrobený multimódový kabel má první dvě průhledná okna, tj. 850 a 1300 nm, a jednovidový kabel má dvě průhledná okna v rozsahu 1310 a 1550 nm.

    Výkon vysílače je často charakterizován absolutní úrovní výkonu signálu. Úroveň výkonu, stejně jako útlum, se měří v decibelech. V tomto případě se jako základní hodnota bere hodnota 1 mW. Úroveň výkonu p se tedy vypočítá podle následujícího vzorce:

    P = 10 lg P/1 mW [dBm],

    kde P je výkon signálu v miliwattech a dBm je jednotka úrovně výkonu (dB na mW).

    Důležitým sekundárním parametrem šíření měděné komunikační linky je její impedance. Tento parametr představuje celkový (komplexní) odpor, na který narazí elektromagnetická vlna o určité frekvenci při šíření homogenním obvodem. Vlnová impedance se měří v ohmech a závisí na takových primárních parametrech komunikační linky, jako je aktivní odpor, lineární indukčnost a lineární kapacita, a také na frekvenci samotného signálu. Výstupní impedance vysílače musí být přizpůsobena charakteristické impedanci vedení, jinak bude útlum signálu nadměrně velký.

    IMUNITA

    Odolnost vedení proti rušení určuje jeho schopnost snižovat úroveň rušení z vnějšího prostředí nebo vodičů samotného kabelu. Záleží na typu použitého fyzického média, na stínících a odrušovacích prostředcích samotné linky. Nejméně šumově odolné jsou rádiové linky, kabelová vedení mají dobrou stabilitu a optická vedení, která jsou necitlivá na vnější elektromagnetické záření, mají výbornou stabilitu. Rušení z vnějších elektromagnetických polí je obvykle redukováno stíněním a/nebo kroucením vodičů. Hodnoty charakterizující odolnost vůči rušení se vztahují k parametrům vlivu komunikační linky.

    Primárními parametry vlivu měděného kabelu jsou elektrické a magnetické spoje. Elektrická vazba je definována jako poměr indukovaného proudu v ovlivněném obvodu k napětí působícímu v ovlivňujícím obvodu. Magnetická vazba je poměr elektromotorické síly indukované v postiženém obvodu k proudu v postiženém obvodu. Výsledkem elektrické a magnetické vazby budou indukované signály (snímače) v dotčeném obvodu. Odolnost kabelu vůči snímačům je charakterizována několika různými parametry.

    Přeslechový útlum na blízkém konci (Near End Cross Talk, NEXT) určuje stabilitu kabelu v případě, že se snímač vytvoří v důsledku působení signálu generovaného vysílačem připojeným k jednomu ze sousedních párů na stejný konec kabelu, který je připojen k dotčenému spojenému přijímači. Indikátor NEXT, vyjádřený v decibelech, se rovná 10 lg Pout/Pnav, kde Pout je výkon výstupního signálu, Pnav je výkon indukovaného signálu. Čím menší hodnota NEXT, tím lepší kabel. Takže pro kroucenou dvojlinku kategorie 5 by NEXT mělo být lepší než -27 dB při 100 MHz.

    Přeslech na vzdáleném konci (Far End Cross Talk, FEXT) popisuje odolnost kabelu vůči rušení, když jsou vysílač a přijímač připojeny k různým koncům kabelu. Je zřejmé, že tento indikátor by měl být lepší než NEXT, protože signál přichází na vzdálený konec kabelu zeslabený kvůli útlumu v každém páru.

    Indikátory NEXT a FEXT se obvykle používají ve vztahu ke kabelu sestávajícímu z několika kroucených párů, kdy vzájemné rušení jednoho páru do druhého může dosáhnout značných hodnot. Pro jednoduchý koaxiální kabel (tj. sestávající z jednoho stíněného jádra) tento indikátor nedává smysl a pro dvojitý koaxiální kabel neplatí kvůli vysokému stupni ochrany každého jádra. Optická vlákna také nevytvářejí mezi sebou žádné znatelné interference.

    Vzhledem k tomu, že v některých nových technologiích jsou data přenášena současně přes několik kroucených párů, jsou v poslední době používány celkové indikátory (PowerSUM, PS) - PS NEXT a PS FEXT. Odrážejí odpor kabelu vůči celkové síle přeslechů na jednom z párů kabelů od všech ostatních vysílacích párů.

    Velmi důležitou charakteristikou přenosového média je index ochrany kabelu (ACR), což je rozdíl mezi úrovněmi užitečného signálu a rušení. Čím větší je tato hodnota, tím mohou být data přenášena po specifikovaném kabelu vyšší rychlostí.

    SPOLEHLIVOST

    Spolehlivost přenosu dat charakterizuje pravděpodobnost zkreslení pro každý přenášený bit dat. Někdy se stejný indikátor nazývá bitová chybovost (Bit Error Rate, BER). Hodnota BER pro komunikační kanály bez dodatečné ochrany proti chybám (například samoopravné kódy nebo protokoly s opakovaným přenosem zkreslených rámců) je zpravidla 10-4-10-6 a v optických komunikačních linkách - 10- 9. Hodnota spolehlivosti přenosu dat například 10-4 znamená, že v průměru z 10 000 bitů je hodnota jednoho bitu špatně interpretována.

    Bitové chyby se vyskytují jak kvůli přítomnosti šumu na lince, tak kvůli zkreslení tvaru vlny kvůli omezené šířce pásma linky. Pro zvýšení spolehlivosti přenášených dat je proto nutné zvýšit stupeň odolnosti linky proti rušení, snížit úroveň přeslechů v kabelu a také používat komunikační linky s širším pracovním frekvenčním pásmem.

    ŠÍŘKA PÁSMA

    Šířka pásma je další sekundární charakteristikou. Na jedné straně přímo závisí na útlumu a na druhé straně přímo ovlivňuje tak důležitý ukazatel komunikační linky, jako je maximální možná rychlost přenosu informací.

    Šířka pásma (bandwidth) je spojitý rozsah frekvencí, pro které útlum nepřekračuje předem stanovenou mez. Jinými slovy, šířka pásma určuje frekvenční rozsah sinusového signálu, ve kterém je tento signál přenášen po komunikační lince bez výrazného zkreslení (často jsou frekvence brány jako hranice, kde je výkon výstupního signálu poloviční vzhledem ke vstupu, což odpovídá útlum -3 dB) . Jak uvidíme dále, šířka pásma v největší míře ovlivňuje maximální možnou rychlost přenosu informací po komunikační lince.

    Frekvenční odezva, šířka pásma a útlum jsou tedy univerzální charakteristiky a jejich znalost nám umožňuje usuzovat, jak budou signály jakékoli formy přenášeny komunikační linkou.

    KAPACITA

    Propustnost (počet bitů informací přenesených za jednotku času) a spolehlivost přenosu dat (pravděpodobnost doručení nezkresleného bitu nebo pravděpodobnost jeho zkreslení) jsou v prvé řadě předmětem zájmu vývojářů počítačových sítí, protože tyto vlastnosti přímo ovlivňují výkon. a spolehlivost vytvářené sítě.

    Propustnost a spolehlivost přenosu dat závisí jak na vlastnostech fyzického média, tak na způsobu přenosu dat. Před definicí protokolu fyzické vrstvy proto nelze hovořit o propustnosti komunikační linky. Šířka pásma (propustnost) linky charakterizuje maximální možnou rychlost přenosu dat po komunikační lince. Měří se v bitech za sekundu (bps), stejně jako v odvozených jednotkách - kilobitech za sekundu (Kbps), megabitech za sekundu (Mbps), gigabitech za sekundu (Gbps) atd.

    Šířka pásma komunikačních linek a vybavení komunikační sítě se tradičně měří v bitech za sekundu, nikoli v bajtech za sekundu. To je způsobeno skutečností, že data v sítích jsou přenášena sekvenčně, tj. bit po bitu, a nikoli paralelně, bajty, jak se to děje mezi zařízeními uvnitř počítače. Jednotky měření jako kilobit, megabit nebo gigabit v síťových technologiích striktně odpovídají mocninám 10 (tj. kilobit je 1000 bitů a megabit je 1000000 bitů), jak je zvykem ve všech odvětvích vědy a techniky, a těmto číslům se neblíží. na mocniny 2, jak je v programování obvyklé, kde předpona "kilo" je 210 = 1024 a "mega" je 220 = 1 048 576.

    Propustnost komunikační linky závisí nejen na jejích vlastnostech, jako je útlum a šířka pásma, ale také na spektru přenášených signálů. Pokud významné harmonické signálu (tj. ty harmonické, jejichž amplitudy tvoří hlavní příspěvek k výslednému signálu) nepřekročí šířku pásma vedení, bude takový signál dobře přenášen a přijímač bude schopen správně rozpoznat informace odesílané po lince vysílačem. Pokud významné harmonické překročí šířku pásma komunikační linky, pak se signál výrazně zkreslí, přijímač bude dělat chyby v rozpoznávání informace a informace samotné nakonec nebude možné přenést danou šířkou pásma.

    ZPŮSOB KÓDOVÁNÍ INFORMACÍ

    Volba metody pro reprezentaci diskrétní informace ve formě signálů aplikovaných na komunikační linku se nazývá fyzické nebo lineární kódování.

    Spektrum signálů a šířka pásma závisí na zvolené metodě kódování. Různé způsoby kódování tedy mohou odpovídat různé šířce pásma. Například kroucená dvoulinka kategorie 3 je schopna přenášet data rychlostí 10 Mbps v metodě kódování fyzické vrstvy 10BaseT a 33 Mbps v metodě kódování 100BaseT4.

    Podle teorie informace přenáší informaci pouze rozeznatelná a nepředvídatelná změna přijímaného signálu. Příjem sinusoidy, ve které zůstávají amplituda, fáze a frekvence nezměněny, tedy nenese informaci, protože ačkoli se signál mění, je snadno předvídatelný. Podobně pulzy na hodinové sběrnici počítače nenesou žádné informace, protože jejich změny jsou v čase konstantní. Ale pulsy na datové sběrnici nelze předem předvídat, takže přenášejí informace mezi jednotlivými bloky nebo počítačovými zařízeními.

    Většina kódovacích metod využívá změnu některého parametru periodického signálu – frekvence, amplitudy a fáze sinusoidy nebo znaménka potenciálu sledu pulsů. Periodický signál, jehož parametry se mění, se nazývá nosný signál nebo nosná frekvence, pokud se jako takový signál použije sinusoida.

    Pokud se signál změní tak, že se liší pouze dva jeho stavy, pak jakákoliv jeho změna bude odpovídat nejmenší jednotce informace – bitu. Pokud signál může mít více než dva rozlišitelné stavy, pak jakákoliv jeho změna obsahuje několik bitů informace.

    Počet změn v informačním parametru nosného periodického signálu za sekundu se měří v baudech (baudech). Časový úsek mezi sousedními změnami v informačním signálu se nazývá hodinový cyklus vysílače.

    Šířka pásma linky v bitech za sekundu obecně není stejná jako počet baudů. Může být vyšší nebo nižší než přenosová rychlost a tento poměr závisí na metodě kódování.

    Pokud má signál více než dva různé stavy, bude propustnost v bitech za sekundu vyšší než přenosová rychlost. Pokud jsou například informační parametry fáze a amplituda sinusoidy (a rozlišují se čtyři fázové stavy - při 00, 900, 1800 a 2700 a dvě hodnoty amplitudy signálu), pak může mít informační signál osm rozlišitelných státy. V tomto případě modem pracující rychlostí 2400 baudů (s hodinovou frekvencí 2400 Hz) přenáší informace rychlostí 7200 bps, protože při jedné změně signálu se přenášejí tři bity informace.

    Při použití signálů se dvěma rozlišitelnými stavy je možný opačný obraz. Je to často proto, že aby uživatelská informace mohla být přijímačem spolehlivě rozpoznána, je každý bit v sekvenci zakódován s několika změnami v informačním parametru nosného signálu. Například při kódování jedné hodnoty bitu pulzem kladné polarity a nulové hodnoty bitu pulzem záporné polarity změní fyzický signál svůj stav dvakrát během přenosu každého bitu. S tímto kódováním je šířka pásma linky dvakrát nižší než počet přenosů přenášených po lince.

    Na šířku pásma linky má vliv nejen fyzické, ale i logické kódování. Provádí se před fyzickým kódováním a znamená nahrazení bitů původní informace novou bitovou sekvencí, která nese stejnou informaci, ale má navíc další vlastnosti, zejména schopnost přijímací strany detekovat chyby v přijímané informaci. data. Doprovodit každý bajt původní informace jedním paritním bitem je velmi běžně používaná metoda logického kódování při přenosu dat pomocí modemů. Dalším příkladem logického kódování je šifrování dat, které zajišťuje jejich důvěrnost při přenosu veřejnými komunikačními kanály. V logickém kódování je nejčastěji původní bitová sekvence nahrazena delší sekvencí, takže propustnost kanálu ve vztahu k užitečné informaci je snížena.

    Natalya Olifer je komentátorkou časopisu Journal of Network Solutions/LAN. Lze ji kontaktovat na: [e-mail chráněný]. Viktor Olifer je hlavním specialistou Uni Corporation. Lze ho kontaktovat na adrese:

    Přečtěte si více: