Проводные и кабельные линии связи

Проводные линии связи реализуются на основе телефонных и телеграфных проводов, подвешенных в воздухе (рис. 2.8). Они обладают крайне низкой пропускной способностью и помехоустойчивостью. Используются в низкоскоростных и среднескоростных каналах связи. В настоящее время считаются морально устаревшими и в телекоммуникационных системах.

 

 

Рис. 2.8. Проводная линия связи практически не применяются

 

Кабельные линии связи реализуются на основе металлических и волоконно-оптических кабелей.

Кабель ‑ это сложное изделие, состоящее, в общем случае, из совокупности проводников, слоев экрана, изоляции и защитного слоя.

Кабели, применяемые для построения высокоскоростных телекоммуникационных сетей, характеризуются следующими наиболее важными параметрами.

- Затухание ‑ это потеря энергии сигнала при распространении его по линии связи. Измеряется в децибелах на метр для определенной частоты или диапазона частот сигнала (этот параметр более подробно был рассмотрен ранее).

- Перекрестные наводки на ближнем конце ‑ определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого по одной паре проводников, наводит помеховый сигнал в других парах проводников. Измеряются в децибелах для определенной частоты сигнала. Чем меньше значение данного показателя, тем лучше кабель.

- Импеданс (волновое сопротивление) ‑ это полное (активное и реактивное) сопротивление в электрической цепи. Измеряется в Омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем. Например, для коаксиальных кабелей в сетях Ethernet он составляет 50 Ом, для неэкранированнойвитой пары ‑ 100 или 120 Ом.

- Активное сопротивление ‑ это сопротивление постоянному току. В отличие от импеданса оно не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля. Измеряется в Омах.

- Емкость ‑ это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, приводящей к искажению сигнала и ограничивающий полосу пропускания линии.

- Уровень внешнего электромагнитного излучения или электрический шум ‑ это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Электрический шум бывает: фоновый и импульсный, низко-, средне- и высокочастотный. Источниками фонового шума являются линии электропередачи, телефоны и лампы дневного света, средства вычислительной техники, телевизионные и радиопередатчики, микроволновые печи. Основными источниками импульсного электрического шума являются моторы, электропереключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в милливольтах.

- Диаметр или площадь сечения проводника. Указывается в миллиметрах.

Наиболее широкое применение для создания высокоскоростных каналов связи телекоммуникационных сетей в настоящее время получили следующие типы кабелей:

- неэкранированные с витыми парами из медных проводов (Unshielded Twisted Pair ‑ UTP);

экранированные с витыми парами из медных проводов (Shielded Twisted Pair ‑ STP);

- коаксиальные кабели (Coaxial Cable ‑ CC);

- волоконно - оптические кабели (Fiber Optic Cable ‑ FOC).

Кабели на основе неэкранированной витой пары (UTP ‑ кабели)

Неэкранированные UTP ‑ кабели в зависимости от электрических и механических характеристик разделяются на 5 категорий.

Кабели категорий 1 и 2 использовались для создания низкоскоростных каналов связи. В настоящее время устарели и практически не используются [3,5].

Кабели категорий 3, 4 и 5 применяются для создания высокоскоростных каналов с пропускной способностью соответственно до 16, 25 и 155 Мбит/с (при использовании стандарта Gigabit Ethernet ‑ до 1000 Мбит/с). При хороших технических характеристиках эти кабели сравнительно недороги, удобны в работе и не требуют заземления.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две ‑ для передачи голоса.

Для соединения кабелей с оборудованием используются стандартные вилки и розетки RJ ‑ 45, представляющие 8-контактные разъемы.

Кабели на основе экранированной витой пары (STP - кабели) Экранированные STP ‑ кабели обладают хорошими техническими характеристиками, но имеют высокую стоимость, очень жесткие и неудобные в работе, требуют обязательного заземления экрана. Они подразделяются на типы: Туре 1, Type 2, Type 3, Type 5, Type 9. Наиболее популярным является кабель Туре 1 стандарта IBM, состоящий из двух пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которую необходимо заземлять. Экранированные STP – кабели, которые применяются в основном только для передачи данных.

Коаксиальный кабель представляет собой медный проводник, покрытый диэлектриком, экранирующей и защитной оболочками.

Коаксиальные кабели для телекоммуникационных сетей делятся на две группы: толстые коаксиальные кабели и тонкие коаксиальные кабели.

Толстый коаксиальный кабель имеет наружный диаметр около 12 мм и достаточно толстый внутренний проводник (2,17 мм), обеспечивающий хорошие электрические и механические характеристики. Скорость передачи данных по толстому коаксиальному кабелю достигает 50 Мбит/с. Однако кабели этого типа очень жесткие, что затрудняет их монтаж.

Тонкий коаксиальный кабель имеет наружный диаметр 5-6 мм, он дешевле и удобнее в работе, но тонкий проводник в нем (0,9 мм) обусловливает худшие электрические (передает сигнал с допустимым затуханием на меньшее расстояние) и механические характеристики. Рекомендуемые скорости передачи данных по «тонкому» кабелю не превышают 10 Мбит/с.

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) ‑ стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла ‑ оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

- многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 2.9, а);

- многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 2.9, б);

- одномодовое волокно (рис. 2.9, в).

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра ‑ от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая ‑ до сотен гигагерц на километр. Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм ‑ это диаметр центрального проводника, а 125 мкм ‑ диаметр внешнего проводника.

 

 

Рис. 2.9. Типы оптического кабеля: а – многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления; б ‑ Ошибка! Ошибка связи. с плавным изменением показателя преломления; в – одномодовое волокно

 

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания ‑ от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются светодиоды и полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток ‑ сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.

 

Беспроводные линии связи

 

Беспроводные линии связи используются в тех случаях, когда требуется организовать оперативную связь с подвижными абонентами или необходимо избежать затраты на прокладку кабельных линий. Беспроводные линии связи реализуются на основе радиолиний наземной и спутниковой связи [12-14].

Аппаратура передачи данных по радиолиниям включает в себя радиопередатчик и радиоприемник, настроенные на один и тот же радиоволновой диапазон. Часто такую АПД называют просто радиоканалом. Скорости передачи данных по радиоканалу практически не ограничены (они ограничиваются полосой пропускания приемопередающей аппаратуры). Высокоскоростной радиодоступ предоставляет пользователям каналы со скоростью передачи 2 Мбит/с и выше. В ближайшем будущем ожидаются радиоканалы со скоростями 20-50 Мбит/с.

Беспроводные каналы связи обладают плохой помехозащищенностью, но обеспечивают пользователю максимальную мобильность и оперативность связи. В сетях ЭВМ беспроводные каналы связи для передачи данных используются чаще всего там, где применение традиционных кабельных технологий затруднено или просто невозможно. Но в ближайшем будущем ситуация может измениться ‑ активно ведется разработка новой технологии беспроводной связи Bluetooth.

Bluetooth ‑ это технология передачи данных по радиоканалам на короткие расстояния, позволяющая осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и различной периферии даже в тех случаях, когда нарушается требование прямой видимости.

Первоначально Bluetooth рассматривалась исключительно как альтернатива использованию инфракрасных соединений между различными портативными устройствами. Но сейчас прорабатываются уже два направления широкого использования Bluetooth. Первое направление ‑ это домашние сети, включающие в себя различную электронную технику, в частности компьютеры, телевизоры и т. п. Второе, гораздо более важное направление ‑ локальные сети ЭВМ небольших организаций и учреждений, где стандарт Bluetooth может прийти на смену традиционным проводным технологиям. Недостатком Bluetooth является сравнительно низкая скорость передачи данных - она не превышает 720 кбит/с, поэтому эта технология не способна обеспечить передачу мультимедийной информации в настоящее время.