Безпровідні середовища передачі даних

(радіоканали наземного і супутникового зв'язку)

 

Безпровідні мережі в основному використовують три технології передачі даних: передача в інфрачервоному діапазоні, передача даних за допомогою широкосмугових радіосигналів і передача даних за допомогою звичайних (“вузькосмугових”) радіосигналів.

 

Інфрачервоні канали (InfraReD channel)

 

Інфрачервоні канали працюють в діапазоні частот аж до 1000 ГГц, сигнали мало схильні до впливу електромагнітних перешкод, передача даних може здійснюватися на високій швидкості.

Три основні типи інфрачервоних каналів: прямої видимості; розсіяного випромінювання (хвилі відбиваються від підлоги, стін, стелі); відбитого випромінювання (приймачі напрямлені на загальний відбивач).

Основна проблема ІФЧ- каналів – поглинання і розсіювання інфрачервоних хвиль в атмосфері, сильна залежність від погодних умов. Лист паперу між передавачем і приймачем може блокувати передачу даних.

Використання ненапрямленої антени і малопотужного передавача (100 мВт) обмежує дальність зв'язку до 30-50 м.

Напрямлена антена і могутніший передавач (250 мВт) збільшують можливу дальність зв'язку до 10 км. Продукується устаткування для організації високошвидкісних інфрачервоних каналів (до 155 Мбіт/с) при дальності зв'язку до 150 м.

 

6.3.2 Радіохвилі, сигнали з вузькосмуговим спектром.

 

Звичайний радіосигнал займає вузьку смугу радіоспектру поблизу частоти-носія. Для надійного прийому такий сигнал повинен володіти значною енергією. Потужний сигнал з одного боку є сильним джерелом перешкод, а з іншого – він сам дуже схильний до впливу зовнішніх перешкод.

У вузькосмугових системах зв'язку використовується смуга частот в діапазоні 18-19 ГГц. Сигнал на цій частоті не може проникати через стіни (металеві і бетонні). Для організації комп'ютерних мереж вузькосмугові системи практично не застосовуються.

 

Радіохвилі, сигнали з широкосмуговим спектром.

 

Радіоканали наземного і супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Радіоканали відрізняються як по частотних діапазонах, так і по дальності каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KХ, CХ і ДХ), використовують амплітудну модуляцію (AM) сигналу, забезпечують телекомунікацію, але при невисокій швидкості передачі даних. Швидкіснішими є канали частотної модуляції (FM), що працюють на діапазонах ультракоротких хвиль (УКХ), а також в діапазонах надвисоких частот (НВЧ). У діапазоні НВЧ (понад 4 Ггц) сигнали вже не відбиваються іоносферою Землі, і для стійкого зв'язку потрібна наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.

Організація радіоканалу здійснюється в діапазонах частот близько 900МГц, 2.4 ГГц і 5.7 ГГц.

Широкосмуговий (spread spectrum) сигнал займає значно ширший частотний діапазон, ніж сигнал звичайної передачі. Для розширення спектру використовуються дві основні технології використання псевдовипадкового (шумоподібного) кодування сигналу. Обидві технології покладені в основу безпровідних мереж стандарту 802.11 (детальніше у розділі 17).

При використанні мініатюрних ненапрямлених антен можлива передача даних на декілька десятків метрів (30-50 м). Максимальна дальність зв'язку при роботі зі всенапрямленою антеною досягає 8 км. Напрямлені антени дозволяють збільшити дальність зв'язку до 10 км., а з використанням підсилювачів – до 50 км. Найбільш поширене в даний час устаткування 802.11n забезпечує пропускну спроможність до 300 Мбіт/с.

Розширення спектру частот дозволяє зменшити потужність джерела сигналів (типове значення вихідної потужності – 30...100 мВт). Радіосигналу з розподіленим спектром притаманна висока стійкість до перешкод і надійність, він здатний проникати крізь будівлі і інші споруди, що забезпечує відносно велику дальність зв'язку (для безпровідних середовищ).

 

Супутниковий зв'язок

 

Системи супутникового зв’язку зображені на рисунку 6.10.

Залежно від висоти орбіти, супутники діляться на геостаціонарні і низькоорбітальні.

Cупутники, що знаходяться на висоті близько 36 тис. км. над екватором, за третім законом Кеплера, мають період обертання, рівний 24 годинам, і називаються геостаціонарними (нерухомими щодо Землі). Значно спрощені антенні системи (немає необхідності в приводі, що змінює орієнтацію антени).

 

Рисунок 6.10 – Системи супутникового зв’язку

Чотири геостаціонарних супутники (розташовані на кутовій відстані в 90 градусів один від одного) покривають всю поверхню Землі. До недоліків геостаціонарних супутників відноситься досить велика затримка проходження сигналу (250-300 мс). Кутова відстань між такими супутниками складає 2 градуси, тобто одночасно на орбіті може знаходитися не більше 180 супутників (частот, що працюють в загальному діапазоні). За рахунок використання декількох діапазонів це обмеження дещо пом’якшене. Використовуються частоти (приблизно) від 3 Ггц до 30 Ггц, що приводить до залежності якості передачі від погодних умов (дощ, сніг).

Супутник зв'язку має декілька приймачів (транспондерів), що працюють в різних частотних діапазонах, пропускна спроможність одного транспондеру – 50 Мбіт/с.

Низькоорбітальні (висота орбіти – від сотень до одиниць тисяч кілометрів) супутники постійно переміщуються щодо будь-якої точки поверхні Землі. Основний принцип низькоорбітальних систем – велика кількість (декілька десятків) супутників, що спільно охоплюють всю земну кулю. Тоді будь-яка наземна станція може перемикатися між супутниками у міру їх проходження.

Найвідоміший проект низькоорбітальної системи – Ірідіум – включає 66 супутників на висоті 750 км. Кожен супутник має по 48 променів по 174 дуплексних каналів кожен. Діапазон частот 1610-1626.5 Мгц (дозволяє використовувати живлення від акумуляторів).

Інший проект – Глобалстар – включає 48 супутників на висоті 1400 км., у кожного супутника по шість сфокусованих променів по 2800 каналів кожен. Наземна станція в кожен момент часу підтримує зв'язок з трьома найближчими супутниками.

 

6.3.5 Стільниковий зв'язок

 

Стільниковий зв'язок заснований на застосуванні кабельних і безпровідних каналів. Базова структура мережі створюється на основі високошвидкісних кабельних каналів зв'язку, а підключення абонентів проводиться по радіоканалах, що дозволяє забезпечити їх мобільність.

Системи стільникового зв'язку будуються у вигляді сукупностей комірок-сот (cell), що покривають обслуговувану територію. В центрі кожної комірки розташовується базова станція (БС), з якою (по радіоканалах) зв'язуються всі абоненти, що знаходяться в межах даної комірки. На базовій станції розташовані приймальна і передавальна антени (часто використовується пара приймальних антен), декілька приймачів і передавачів (частот, що працюють на різних піддіапазонах, в межах виділеної даної БС смузі частот), контролер і блок сполучення з лінією зв'язку. Якщо абонент переміщується в іншу комірку, його починає обслуговувати інша БС. Всі БС пов'язані з центром комутації, у якого є підключення до звичайної міської телефонної мережі. Якщо мережа достатньо велика, то в ній може бути присутніми декілька зв'язаних між собою центрів комутації.

Основним принципом стільникового зв'язку є принцип повторного використання частот (frequency reuse), що дозволяє необмежено нарощувати ємкість системи (реальне обмеження – потужність центру комутації). Суть його в наступному. У поряд розташованих комірках використовуються різні смуги частот, що дозволяє сусіднім БС не конкурувати за загальну смугу, а абонентському устаткуванню легко вибирати найближчу до нього БС (по сигналу максимальної потужності). В той же час, одну і ту ж смугу можна використовувати в несуміжних комірках. Групу комірок, в якій кожен частотний діапазон використовується тільки однією коміркою, називають кластером. В результаті, для мережі довільного розміру, виявляється достатньою наявність трьох непересічних частотних діапазонів, тобто мережа може бути розбита на 3-елементні кластери.

 

Резюме

 

Кабелі на основі скрученої пари поділені на неекрановані (UTP) та екрановані (STP). Кабелі UTP простіші у виготовленні та монтуванні, втім кабелі STP забезпечують більший рівень захисту. Оптичним кабелям притаманні відмінні електромагнитні та механічні характеристики, але вони складні у монтуванні.

Світло в багатомодовому волокні може поширюватися декількома траєкторіями, а в одномодовому- тільки однією. Відстань, на яку можна передавати інформацію оптичним волокном, обмежена розсіюванням, поглинанням, та втратами на стиках та вигинах кабелю. Генераторами випромінювання слугують світлодіоди або напівпровідникові інжекційні лазери, а приймачами є лавинні фотодіоди або р-і-n-фотодіоди.

В системах супутникового зв'язку використані три групи супутників: геостаціонарні, середньоорбітальні та низькоорбітальні.

Безпровідний зв'язок поділяється на мобільний та фіксований. Кожний вузол безпровідних мереж має антену, яка одночасно є передавачем та приймачем електромагнітних хвиль. Безпровідні системи передавання даних в залежності від використаного діапазону частот ділять на чотири групи: широкомовні (радіо), мікрохвильові, системи інфрачервоних хвиль, системи видимого світла. Через відбиття, діфракцію та розсіювання електромагнітних хвиль утворюється багатопроменеве поширення одного і того ж самого сигналу, і як наслідок до межсимвольної інтерференції.

Передавання даних в діапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц та 5 ГГц, які отримали назву ISM, не потребує ліцензування, якщо потужність передавача не перевищує 1 Вт.

Безпровідні лінії мобільного та фіксованого зв'язку з одним джерелом і декількома користувачами будовані на основі базової станції. Топологія з декількома джерелами та декількома приймачами притаманна для безпровідних локальних мереж.

 

Питання

 

1. Назвіть типи оптичного кабелю.

2. Яки недоліки має геостаціонарний супутниковий зв'язок?

3. В чому переваги та недоліки безпроводного передавання у порівнянні з дротовим?

4. Серцевина оптичного волокна має:

а) більш низький коефіциєнт заломлення світла, ніж повітря;

б) більш низький коефіциєнт заломлення світла, ніж оболонка;

в) більш високий коефіциєнт заломлення світла, ніж оболонка;

г) ничого з вищезгаданого.

5. Як названі різні траєкторії поширення світла в оптичному волокні, якщо диаметр серцевини в багато разів більш за довжину хвилі світла?

а) еміттерами;

б) модами;

в) сенсорами;

г) рефракторами.

6. Переплетення дротів у скрученій парі:

а) зменшує електромагнитні наведення;

б) підвищує швидкість передавання даних;

в) використовується замість пупінізації;

г) через велику вартість не застосовується.

ЛОКАЛЬНІ МЕРЕЖІ ETHERNET