Характеристики ліній зв’язку

До основних характеристик ЛЗ відносяться [1, 4, 7, 17]:

- амплітудно-частотна характеристика;

- смуга пропущення;

- загасання;

- завадостійкість;

- перехресні наведення на ближньому та дальному кінцях лінії;

- пропускна здатність;

- вірогідність передачі даних;

- вартість.

Перш за все спеціалістів з КМ цікавлять пропускна здатність і вірогідність передачі даних, оскільки ці характеристики прямо впливають на продуктивність і надійність створюваної мережі. Вони характеризують як ЛЗ, так і спосіб передачі даних. Тому, якщо спосіб передачі (протокол) вже визначений - те відомі і ці характеристики. Наприклад, пропускна здатність цифрової ЛЗ завжди відома, тому що на ній визначений протокол фізичного рівня, що задає бітову швидкість передачі даних (наприклад, 10 Мбіт/с). Однак не можна говорити про пропускну здатність ЛЗ, до того як для неї визначений протокол фізичного рівня. В таких випадках дуже важливими є смуга пропущення, перехресні наведення, завадостійкість та інші характеристики.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) показує, як знижується амплітуда синусоїди на виході ЛЗ порівняно з амплітудою на її вході для всіх можливих частот переданого сигналу. Замість амплітуди в цій характеристиці часто використовують також потужність сигналу.

Знання амплітудно-частотної характеристики реальної ЛЗ дозволяє визначити форму вихідного сигналу практично для будь-якого вхідного сигналу, проте одержати її дуже важко. Адже для цього необхідно провести тестування лінії еталонними синусоїдами по всьому діапазоні частот від нуля до деякого максимального значення, що може зустрітися у вхідних сигналах. Тому, практично, замість АЧХ застосовуються інші, спрощені характеристики - смуга пропущення і загасання.

Смуга пропущення (bandwidth) - це безперервний діапазон частот, для якого відношення амплітуди вихідного сигналу до вхідного перевищує деяку заздалегідь задану межу (зазвичай 0,5). Тобто вона визначає діапазон частот синусоїдального сигналу, при яких цей сигнал передається по ЛЗ без значних спотворень. Знання смуги пропущення дозволяє одержати з деяким ступенем наближення той же результат, що і знання АЧХ, А ширина смуги пропущення дуже впливає на максимально можливу швидкість передачі інформації по ЛЗ.

Загасання (attenuation) - це відносне зменшення амплітуди або потужності сигналу при передачі по ЛЗ сигналу визначеної частоти. Зазвичай воно виміряється у децибелах (дБ., decibel - dВ) і обраховується за формулою:

А = 10×lg(Р_вих/Р_вх),

де Р_вих, Р_вх - потужності сигналу на виході та на вході ЛЗ відповідно.

Оскільки потужність вихідного сигналу кабелю без проміжних підсилювачів завжди менше, ніж потужність вхідного сигналу, загасання кабелю завжди є негативною величиною. Наприклад, скручена пара п’ятої категорії характеризується загасанням не нижче -23,6 дБ для частоти 100 МГц при довжині кабелю 100 м. Частота 100 МГц обрана тому, що кабель цієї категорії призначений для високошвидкісної передачі даних, сигнали яких мають значимі гармоніки з частотою приблизно 100 Мгц. Часто оперують з абсолютними значеннями загасання.

Абсолютний рівень потужності, наприклад рівень потужності передавача, також виміряється в децибелах. При цьому базове значення потужності сигналу, щодо якого виміряється поточна потужність, приймає значення 1 мВт. Таким чином, рівень потужності р обчислюється за формулою:

р = 10 lg Р/1мвт [дБм],

де Р - потужність сигналу в міліватах, а дБм (dBm) - це одиниця виміру рівня потужності (децибел на 1мВт).

Таким чином, амплітудно-частотна характеристика, смуга пропущення і загасання є універсальними характеристиками, і їхнє знання дозволяє зробити висновок про те, як через ЛЗ будуть передаватися сигнали будь-якої форми. Смуга пропущення залежить від типу лінії і її довжини.

Пропускна спроможність лінії

Пропускна спроможність (throughput) характеризує максимально можливу швидкість передачі даних по ЛЗ і вимірюється у бітах за секунду (біт/с), а також у похідних одиницях (наприклад, Мбіт/с, Гбіт/с). Пропускна спроможність ЛЗ залежить не тільки від її характеристик, таких як амплітудно-частотна характеристика, й від спектра сигналів, що передаються. Якщо значимі гармоніки сигналу (тобто ті гармоніки, амплітуди яких вносять основний вклад у результуючий сигнал) попадають у смугу пропускання лінії, то такий сигнал буде добре передаватися даною ЛЗ і приймач зможе правильно розпізнати інформацію, відправлену по лінії передавачем. В протилежному випадку сигнал буде значно спотворюватися, приймач буде помилятись при розпізнаванні інформації, а інформація не зможе передаватись із заданою пропускною спроможністю [1].

Вибір способу представлення дискретної інформації у вигляді сигналів, що подаються на ЛЗ, називається фізичним або лінійним кодуванням. Від вибраного способу кодування залежить спектр сигналів та пропускна спроможність ЛЗ. Наприклад, скручена пари третьої категорії може передавати дані з пропускною здатністю 10 Мбіт/с при способі кодування стандарту фізичного рівня l0Base-T і 33 Мбіт/с при способі кодування стандарту 100Base-T4 [1].

Більшість способів кодування використовують зміну будь-якого параметра періодичного сигналу - частоти, амплітуди та фази синусоїди або знак потенціалу послідовності імпульсів. Періодичний сигнал, параметри якого змінюються, називають несучим сигналом чи несучою частотою, якщо в якості такого сигналу використовується синусоїда.

Якщо сигнал змінюється так, що можна розрізнити тільки два його стани, то будь-яка його зміна буде відповідати найменшій одиниці інформації - біту. Якщо сигнал може мати більш ніж два стани, які можна розрізнити - то будь-яка його зміна буде нести більше ніж біт інформації.

Кількість змін інформаційного параметра несучого періодичного сигналу за секунду виміряється у бодах (baud). Період часу між сусідніми змінами інформаційного сигналу називається тактом роботи передавача.

Пропускна спроможність лінії у бітах за секунду в загальному випадку не збігається з числом бод. Вона може бути як більшою, так і меншою ніж число бод, і це співвідношення залежить від способу кодування. Якщо сигнал має більше двох станів, то пропускна здатність у бітах у секунду буде вище, ніж число бод. Наприклад, якщо інформаційними параметрами є фаза та амплітуда синусоїди і розрізняються чотири стани фази (0, 90,180 і 270 градусів) і два значення амплітуди сигналу, то інформаційний сигнал може мати вісім станів. В цьому випадку модем, що працює зі швидкістю 2400 бод (з тактовою частотою 2400 Гц) передає інформацію зі швидкістю 7200 біт/с, оскільки при одній зміні сигналу передається три біти інформації [1].

При використанні сигналів із двома станами може спостерігатися зворотна картина. Це пояснюється тим, що для надійного розпізнавання інформації приймачем, кожен біт у послідовності кодується за допомогою декількох змін інформаційного параметра несучого сигналу. Наприклад, при кодуванні одиничного значення біта імпульсом позитивної полярності, а нульового значення біта - імпульсом негативної полярності фізичний сигнал двічі змінює свій стан при передачі кожного біта. При такому кодуванні пропускна спроможність ЛЗ в два рази нижче, ніж число бод, передане по ній.

На пропускну здатність лінії впливає не лише фізичне, а й логічне кодування. Логічне кодування здійснюється до виконання фізичного кодування і полягає у заміні біт вихідної інформації новою послідовністю біт, яке несе ту ж інформацію, але володіє, крім цього, додатковими властивостями, наприклад можливістю для прийомної сторони виявляти помилки у прийнятих даних. Як приклад логічного кодування можна навести шифрування даних для забезпечення конфіденційність. При логічному кодуванні найчастіше початкова послідовність біт заміняється більш довгою послідовністю, тому пропускна спроможність каналу стосовно корисної інформації при цьому зменшується.