Характеристики ліній зв'язку.

До основних характеристик ліній зв'язку відносяться:

- амплітудно-частотна характеристика; - смуга пропускання; - загасання; - перешкодостійкість; - перехресні наведення на ближньому кінці лінії; - пропускна спроможність; - достовірність передачі даних; - питома вартість.

В першу чергу розробника обчислювальної мережі цікавлять пропускна спроможність і достовірність передачі даних, оскільки ці характеристики прямо впливають на продуктивність і надійність створюваної мережі. Пропускна спроможність і достовірність - це характеристики як лінії зв'язку, так і способу передачі даних. Тому якщо спосіб передачі (протокол) вже визначений, то відомі і ці характеристики. Наприклад, пропускна спроможність цифрової лінії завжди відома, оскільки на ній визначений протокол фізичного рівня, який задає бітову швидкість передачі даних, - 64 Кбіт/с, 2 Мбіт/с і тому подібне. Проте не можна говорити про пропускну спроможність лінії зв'язку, до того як для неї визначений протокол фізичного рівня. Саме у таких випадках, коли тільки належить визначити, якою з безлічі існуючих протоколів можна використовувати на даній лінії, дуже важливими є решта характеристик лінії, такі як смуга пропускання, перехресні наведення, перешкодостійкість і інші характеристики. Для визначення характеристик лінії зв'язку часто використовують аналіз її реакцій на деякі еталонні дії. Такий підхід дозволяє досить просто і однотипно визначати характеристики ліній зв'язку будь-якої природи, не удаючись до складних теоретичних досліджень. Найчастіше як еталонні сигнали для дослідження реакцій ліній зв'язку використовуються синусоїдальні сигнали різних частот. Це пов'язано з тим, що сигнали цього типу часто зустрічаються в техніці і з їх допомогою можна представити будь-яку функцію часу - як безперервний процес коливань звуку, так і прямокутні імпульси, що генеруються комп'ютером. Ступінь спотворення синусоїдальних сигналів лініями зв'язку оцінюється за допомогою таких характеристик, як амплітудно-частотна характеристика, смуга пропускання і загасання на певній частоті.

Амплітудно-частотна характеристика (рис. 2) показує, як затухає амплітуда синусоїди на виході лінії зв'язку в порівнянні з амплітудою на її вході для всіх можливих частот передаваного сигналу. Замість амплітуди в цій характеристиці часто використовують також такий параметр сигналу, як його потужність.

Рисунок 2 - Амплітудно-частотна характеристика

знання амплітудно-частотної характеристики реальної лінії дозволяє визначити форму вихідного сигналу практично для будь-якого вхідного сигналу. Для цього необхідно знайти спектр вхідного сигналу, перетворити амплітуду складових його гармонік відповідно до амплітудно-частотної характеристики, а потім знайти форму вихідного сигналу, склавши перетворені гармоніки.

Смуга пропускання (bandwidth) - це безперервний діапазон частот, для якого відношення амплітуди вихідного сигналу до вхідного перевищує деяку заздалегідь задану межу, зазвичай 0,5. Тобто смуга пропускання визначає діапазон частот синусоїдального сигналу, при яких цей сигнал передається по лінії зв'язку без значних спотворень. Знання смуги пропускання дозволяє отримати з деякою мірою наближення той самий результат, що і знання амплітудно-частотної характеристики. Як ми побачимо нижче, ширина смуги пропускання найбільшою мірою впливає на максимально можливу швидкість передачі інформації по лінії зв'язку. Саме цей факт знайшов віддзеркалення в англійському еквіваленті даного терміну (width - ширина).

Загасання (attenuation) визначається як відносне зменшення амплітуди або потужності сигналу при передачі по лінії сигналу певної частоти. Таким чином, загасання є однією крапкою з амплітудно-частотної характеристики лінії. Часто при експлуатації лінії заздалегідь відома основна частота передаваного сигналу, тобто та частота, гармоніка якої має найбільшу амплітуду і потужність. Тому достатньо знати загасання на цій частоті, щоб приблизно оцінити спотворення передаваних по лінії сигналів. Точніші оцінки можливі при знанні загасання на декількох частотах, відповідних декільком основним гармонікам передаваного сигналу. Загасання А зазвичай вимірюється в децибелах (дБ, decibel - dB) і обчислюється за наступною формулою:

де - потужність сигналу на виході лінії - потужність сигналу на вході лінії.

Оскільки потужність вихідного сигналу кабелю без проміжних підсилювачів завжди менша, ніж потужність вхідного сигналу, загасання кабелю завжди є негативною величиною. Наприклад, кабель на витій парі категорії 5 характеризується загасанням не нижче -23,6 дБ для частоти 100 МГц при довжині кабелю 100 м. Частота 100 МГц вибрана тому, що кабель цієї категорії призначений для високошвидкісної передачі даних, сигнали яких мають значущі гармоніки з частотою приблизно 100 МГц. Кабель категорії 3 призначений для низькошвидкісної передачі даних, тому для нього визначається загасання на частоті 10 МГц (не нижче -11,5 дБ). Часто оперують з абсолютними значеннями загасання, без вказівки знаку. Таким чином, амплітудно-частотна характеристика, смуга пропускання і загасання є універсальними характеристиками, і їх знання дозволяє зробити висновок про те, як через лінію зв'язку передаватимуться сигнали будь-якої форми. Смуга пропускання залежить від типу лінії і її протяжності. На рисунку 3 показані смуги пропускання ліній зв'язку різних типів, а також найбільш часто використовувані в техніці зв'язки частотні діапазони.

Рисунок 3 - Смуги пропускання ліній зв'язку і популярні частотні діапазони

Діапазони часто використовувані різними каналами зв'язку показані на рисунку 4.

Рисунок 4 - Діапазони частот різних телекомунікаційних каналів

Пропускна спроможність лінії (throughput) характеризує максимально можливу швидкість передачі даних по лінії зв'язку. Пропускна спроможність вимірюється в бітах в секунду - бит/с, а також в похідних одиницях, таких як кілобіт в секунду (Кбіт/с), мегабіт в секунду (Мбіт/с), гигабит в секунду (Гбіт/с) і так далі.

Пропускна спроможність лінії зв'язку залежить не тільки від її характеристик, таких як амплітудно-частотна характеристика, але і від спектру пересланих сигналів. Якщо значущі гармоніки сигналу (тобто ті гармоніки, амплітуди яких вносять основний внесок до результуючого сигналу) потрапляють в смугу пропускання лінії, то такий сигнал добре передаватиметься даною лінією зв'язки і приймач зможе правильно розпізнати інформацію, відправлену по лінії передавачем. Якщо ж значущі гармоніки виходять за межі смуги пропускання лінії зв'язку, то сигнал значно спотворюватиметься, приймач помилятиметься при розпізнаванні інформації, а значить, інформація не зможе передаватися із заданою пропускною спроможністю.

Вибір способу представлення дискретної інформації у вигляді сигналів, що подаються на лінію зв'язку, називається фізичним або лінійним кодуванням. Від вибраного способу кодування залежить спектр сигналів і, відповідно, пропускна спроможність лінії. Таким чином, для одного способу кодування лінія може володіти однією пропускною спроможністю, а для іншого - іншою. Наприклад, вита пара категорії 3 може передавати дані з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с при способі кодування стандарту фізичного рівня 10Base-T і 33 Мбіт/с при способі кодування стандарту 100Base-T4.

Зв'язок між смугою пропускання лінії і її максимально можливою пропускною спроможністю, незалежно від прийнятого способу фізичного кодування, встановив Клод Шеннон:

де - максимальна пропускна спроможність лінії в бітах в секунду - ширина смуги пропускання лінії в герцах - потужність сигналу - потужність шуму.

З цього співвідношення видно, що хоча теоретичної межі пропускної спроможності лінії з фіксованою смугою пропускання не існує, на практиці така межа є. Дійсно, підвищити пропускну спроможність лінії можна за рахунок збільшення потужності передавача або ж зменшення потужності шуму (перешкод) на лінії зв'язку. Обидві складові піддаються зміні насилу. Підвищення потужності передавача веде до значного збільшення його габаритів і вартості. Зниження рівня шуму вимагає застосування спеціальних кабелів з хорошими захисними екранами, що вельми дорого, а також зниження шуму в передавачі і проміжній апаратурі, чого досягти вельми не просто. До того ж вплив потужностей корисного сигналу і шуму на пропускну спроможність обмежений логарифмічною залежністю, яка росте далеко не так швидко, як прямо-пропорційна. Так, при достатньо типовому початковому відношенні потужності сигналу до потужності шуму в 100 разів підвищення потужності передавача в 2 рази дасть тільки 15 % збільшення пропускної спроможності лінії.

Близьким по суті до формули Шенона є наступне співвідношення, отримане Найквістом, яке також визначає максимально можливу пропускну спроможність лінії зв'язку, але без урахування шуму на лінії:

де - кількість помітних станів інформаційного параметра.

Якщо сигнал має 2 помітних стани, то пропускна спроможність дорівнює подвоєному значенню ширини смуги пропускання лінії зв'язку (рис. 5, а). Якщо ж передавач використовує більш ніж 2 стійких стани сигналу для кодування даних, то пропускна спроможність лінії підвищується, оскільки за один такт роботи передавач передає декілька біт початкових даних, наприклад 2 бита за наявності чотирьох помітних станів сигналу (рис. 5, б).

Хоча формула Найквіста явно не враховує наявність шуму, побічно її вплив відбивається у виборі кількості станів інформаційного сигналу. Для підвищення пропускної спроможності каналу хотілося б збільшити цю кількість до значних величин, але на практиці ми не можемо цього зробити із-за шуму на лінії. Наприклад, для прикладу, приведеного на рис. 5, можна збільшити пропускну спроможність лінії в два рази, використавши для кодування даних не 4, а 16 рівнів. Проте якщо амплітуда шуму часто перевищує різницю між сусідніми 16-ю рівнями, то приймач не зможе стійко розпізнавати передавані дані. Тому кількість можливих станів сигналу фактично обмежується співвідношенням потужності сигналу і шуму, а формула Найквіста визначає граничну швидкість передачі даних у тому випадку, коли кількість станів вже вибрана з урахуванням можливостей стійкого розпізнавання приймачем.

Рисунок 5 - Підвищення швидкості передачі за рахунок додаткових станів сигналу

Приведені співвідношення дають граничне значення пропускної спроможності лінії, а ступінь наближення до цієї межі залежить від конкретних методів фізичного кодування.

Перешкодостійкість лінії визначає її здатність зменшувати рівень перешкод, що створюються в зовнішньому середовищі, на внутрішніх провідниках. Перешкодостійкість лінії залежить від типу використовуваного фізичного середовища, а також від екрануючих і пригнічуючих перешкоди засобів самої лінії. Найменш перешкодостійкими є радіолінії, хорошою стійкістю володіють кабельні лінії і відмінною - волоконно-оптичні лінії, малочутливі до зовнішнього електромагнітного випромінювання. Зазвичай для зменшення перешкод, що з'являються із-за зовнішніх електромагнітних полів, провідники екранують і/або скручують.

Перехресні наведення на ближньому кінці (Near End Cross Talk - NEXT) визначають перешкодостійкість кабелю до внутрішніх джерел перешкод, коли електромагнітне поле сигналу, передаваного виходом передавача по одній парі провідників, наводить на іншу пару провідників сигнал перешкоди. Якщо до другої пари буде підключений приймач, то він може прийняти наведену внутрішню перешкоду за корисний сигнал. Показник NEXT, виражений в децибелах, рівний де - потужність вихідного сигналу - потужність наведеного сигналу.

Чим менше значення NEXT, тим краще кабель. Так, для витої пари категорії 5 показник NEXT повинен бути менше -27 дБ на частоті 100 МГц.

Показник NEXT зазвичай використовується стосовно кабелю, що складається з декількох витих пар, оскільки в цьому випадку взаємні наведення однієї пари на іншу можуть досягати значних величин. Для одинарного коаксіального кабелю (тобто що складається з однієї екранованої жили) цей показник не має сенсу, а для подвійного коаксіального кабелю він також не застосовується унаслідок високого ступеня захищеності кожної жили. Оптичні волокна також не створюють скільки-небудь помітних перешкод один для одного.

Достовірність передачі даних характеризує вірогідність спотворення для кожного передаваного біта даних. Іноді цей же показник називають інтенсивністю бітових помилок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для каналів зв'язку без додаткових засобів захисту від помилок (наприклад, код, що самокорректирующихся, або протоколів з повторною передачею спотворених кадрів) складає, як правило - у оптоволоконних лініях зв'язку - . Значення достовірності передачі даних, наприклад, в говорить про те, що в середньому з 10 000 біт спотворюється значення одного біта. Спотворення біт відбуваються як із-за наявності перешкод на лінії, так і унаслідок спотворень форми сигналу обмеженою смугою пропускання лінії. Тому для підвищення достовірності передаваних даних потрібно підвищувати ступінь перешкодозахисної лінії, знижувати рівень перехресних наведень в кабелі, а також використовувати більш широкосмугові лінії зв'язку.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Типи ліній зв'язку.	\|	Типи кабелів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.