Тема 3. Середовища передавання сигналів.

Класифікація. Керовані носії передачі інформації: (вита пара, коаксіальний кабель, оптоволокно). Некеровані носії або безпровідний зв’язок: електромагнітний спектр, радіозв’язок, зв’язок у мікрохвильовому діапазоні, інфрачервоні і міліметрові хвилі, зв’язок у видимому діапазоні, супутниковий зв’язок, мобільний телефонний зв’язок, кабельне телебачення. Погіршення передачі. Продуктивність і довжина хвилі. Порівняння носіїв передачі інформації.

 

Коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель (рис. 2.1) являє собою двопровідну лінію зв’язку, причому один провідник (центральний) міститься всередині іншого.

 

 

Рис. 2.1. Коаксіальний кабель

 

Центральний і зовнішній провідники відокремлені один від одного ізоляцією. Центральним провідником може бути одножильний або багатожильний мідний провід. Кабель з багатожильним проводом більш гнучкий і надійний, проте вартість його є вищою. Зовнішній провідник має вигляд циліндра, сплетеного з мідного проводу. Зовнішня оболонка кабелю виконується з полівінілхлориду або флуорополімеру. Завдяки невисокій вартості та гнучкості полівінілхлорид широко використовується в коаксіальних кабелях. Кабель з полівінілхлоридною оболонкою застосовується в основному на відкритих або легкодоступних ділянках. Оскільки продукти горіння полівінілхлориду є отруйними, кабель на його основі не можна прокладати у закритих стельових каналах. Для цього використовується кабель на основі флуорополімеру. Цей кабель сертифікований на вогнестійкість і у разі загоряння виділяє незначну кількість смол. Проте такий кабель менш гнучкий і більш дорогий.

Щоб досягнути максимального рівня сигналу, довжина сегмента коаксіального кабелю має бути кратною довжині хвилі сигналу, що передається.

Коаксіальний кабель, за допомогою якого можна передавати інформацію у досить великому частотному діапазоні, називається широкосмуговим. Він може використовуватись як для одноканальної, так і для багатоканальної передачі. У режимі багатоканальної роботи у межах одного фізичного середовища передачі створюється кілька каналів передачі даних, наприклад, завдяки поділу частотного діапазону на окремі піддіапазони.

У комп’ютерних мережах використовуються коаксіальні кабелі з різним хвильовим опором (50...120 Ом), проте перевага віддається кабелю, хвильовий опір якого становить 50 Ом. Значення хвильового опору кабелю має відповідати параметрам, зазначеним у технічних умовах на конкретну мережу.

Вита пара

Вита пара являє собою два скручених проводи (рис. 2.2). Як провідник використовується мідний одножильний (рис. 2.2а) або багатожильний (рис. 2.2б) скручений дріт. Вартість одножильного кабелю є меншою, проте багатожильний кабель є більш надійним і зручним під час монтажу кабельних з’єднань. Загалом вартість кабелю на основі витої пари проводів менша за вартість коаксіального кабелю.

Покращення технології виготовлення кабелю для витих пар дало змогу значно поліпшити їхні електричні параметри і наблизити їх (а іноді й перевищити) до відповідних параметрів коаксіального кабелю.

 

 

Рис. 2.2. Вита пара провідників

 

За рівнем екранування виті пари діляться на неекрановані та екрановані. Екрановані виті пари характеризуються більш високими електричними параметрами. Вони мають виконану з фольги екрануючу ізоляцію для запобігання електромагнітним перешкодам (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Екранована вита пара провідників

Існує кілька типів кабелю з витими парами проводів. Кабелі можуть містити чотири пари провідників або являти собою джгути із 25 і більше пар, що поміщаються у пластмасову оболонку (рис. 2.4).

 

 

 

Рис. 2.4. Чотирьохпарний неекранований кабель

 

У разі використання екранованого кабелю (рис. 2.5) додається загальний екран.

 

 

Рис. 2.5. Екранований чотирьохпарний кабель

 

Хвильовий опір неекранованого кабелю, як правило, дорівнює 100 Ом, а екранованого — 150 Ом.

Кожен тип кабелю має кілька категорій. Наприклад, для неекранованого кабелю з чотирьох витих пар, що достатньо широко використовується в локальних мережах, визначені категорії з номерами 3, 4, 5. Основне розходження між категоріями полягає в частотних характеристиках. Так неекранований кабель категорії 3 — це стандартний телефонний кабель зі смугою частот у 16 МГц, кабель категорії 4 забезпечує смугу пропускання у 20 МГц, а кабель категорії 5 — у 100 МГц. Залежно від категорії кабелю визначається максимально допустима довжина сегмента кабелю між двома активними пристроями, наприклад, між робочою станцією і концентратором. Для кабелю категорії 3 довжина сегмента не повинна перевищувати 100 м. Кабелі вищих категорій можуть забезпечувати зв’язок на великі відстані, зокрема, кабель категорії 5 забезпечує зв’язок на відстані до 150 м.

Екрановані кабелі мають вищі параметри передачі сигналів. Для цього типу кабелів визначені основні категорії — 1, 2, 6 і 9 та типи — 1А, 2А, 6А і 9А, орієнтовані на частоту передачі до 300 МГц.

Впровадження високошвидкісних мережевих технологій, таких як Gigabit Ethernet, з швидкістю передачі більшою ніж 1000Мбіт/с привело до розробки нових категорій кабелю на основі витої пари. Додатково до стандарту на кабель 5 категорії був розроблений стандарт «Специфікація характеристик передачі для чотирьохпарного кабелю – додаток 5», який визначив кабель категорії 5е (Enhanced Category 5). Даний кабель забезпечує передачу до 250 Мбіт/с. Для неекранованої витої пари розроблена специфікація на кабель категорії 6 з частотою передачі до 200МГц. Для екранованої витої пари розроблена специфікація на кабель категорії 7 з частотою передачі до 200МГц.

Стандартним також є розподіл контактів і кольорове маркування проводів. На рис. 2.6 показано стандартний розподіл контактів між парами проводів чотирипарного неекранованого кабелю. Перша пара провідників маркується білим і синім кольорами, друга пара — жовтогарячим і білим, третя — зеленим і білим, четверта — коричневим і білим. Більше того, для мереж стандартних типів закріплені певні пари провідників і розподіл контактів. Так для мережі Token Ring використовуються перша і третя пари, для мережі 10Base T — друга і третя, у мережі 100VG AnyLAN можуть використовуватися всі чотири типи витих пар.

 

 

Рис. 2.6. Розподіл контактів між витими парами

 

Підключення робочих станцій до середовища передавачі за допомогою витих пар з тонкого коаксіального кабелю здійснюється через роз’єм RJ-45.

Оптоволоконний кабель

Найперспективнішим середовищем передачі, яке забезпечує швидкість передачі інформації понад 40 Гбіт/с на відстані 100 км без підсилювачів, є оптоволоконний кабель. Існує два різновиди оптоволоконного кабелю: перший з них — полегшений, другий — посилений (зображені на рис. 2.7).

У якості середовища передачі в оптоволоконному кабелі використовується оптичне волокно (світловод), що являє собою тонку скляну або пластмасову нитку завтовшки 8,3...100мк. Світловод покритий скляною оболонкою, коефіцієнт відбиття якої інший, ніж у світловоду. Скляна оболонка відбиває світло, спрямовуючи його вздовж світловоду. Між оболонкою світловоду і зовнішньою пластиковою оболонкою може вміщатися рідкий гель (полегшений кабель) або посилюючі жили (посилений кабель). Внутрішня скляна оболонка забезпечує необхідну жорсткість і стійкість до розривів, перегрівання і переохолодження. Гель і посилюючі жили забезпечують додатковий захист від механічного впливу та впливу навколишнього середовища. Кабель може містити одне світлопровідне волокно, але зазвичай їх декілька.

 

 

Рис.2.7. Різновиди оптоволоконного кабелю

 

Сигнал може поширюватись оптичним волокном у вигляді досить тонкого пучка світла (рис. 2.8) або кількох пучків світла (рис. 2.9).

 

 

Рис.2.8. Поширення світлового сигналу в одномодовому кабелі

 

 

 

Рис. 2.9. Поширення світлового сигналу в багатомодовому кабелі

 

У першому випадку йдеться про одномодовий кабель, у другому — про багатомодовий. Світловод одномодового кабелю значно тонший за світловод багатомодового кабелю. Сигнал в одномодовому кабелі генерується за допомогою лазерного джерела світла. Вибір лазерного діода, який може перемикатися з частотою у декілька тисяч мегагерц, за джерело світла забезпечує досить високу швидкість передачі цифрових сигналів.

Джерелом сигналу у багатомодовому кабелі є світлодіод, що істотно знижує вартість апаратури передачі. У багатомодовому кабелі світлові пучки розглядаються одержувачем як один імпульс. Враховуючи, що кожний пучок світла в багатомодовому кабелі поширюється своїм шляхом, час одержання їх адресатом різний. Унаслідок цього збільшується тривалість імпульсу і, відповідно, знижується можлива швидкість передачі сигналу.

Оптоволоконні кабелі відрізняються діаметром світловода та оболонки і способом передачі сигналу (одно- і багатомодові).

Найпоширенішими є такі типи кабелю:

з 8,3мк світловодом / 125мк оболонкою, одномодовий;

з 50мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий;

з 62,5мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий;

з 100мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий.

Основним стандартним співвідношенням номінальних діаметрів світловода і прошарку, що його оточує, вважається співвідношення 62,5мк/125 мк.

Вартість оптоволоконного устаткування та його монтажу значно вища порівняно з іншими видами мережного устаткування. З цієї причини оптоволоконний кабель використовується в основному в мережах, розташованих на великих територіях, за наявності високого рівня електромагнітних завад, а також з метою захисту від несанкціонованого знімання інформації з передавального середовища.

Для підключення мережних пристроїв до оптоволоконного кабелю використовуються роз’єми типу MIC, SC або ST (рис. 2.10).

 

 

Рис. 2.10. Роз'єми типу MIC, SC і ST