Pp. Канали зв'язку, їх характеристики.

Типи ліній зв'язку. Лінія зв'язку є фізичним середовищем, по якому передаються електричні інформаційні сигнали. Синонімом терміну лінія зв'язку (line) є термін канал зв'язку (channel).

Фізичне середовище передачі даних (medium ) може бути кабелем, тобто набір проводів, ізоляційних і захисних оболонок і сполучних роз'ємів, а також земною атмосферу або космічним простіром, через яких розповсюджуються електромагнітні хвилі.

Залежно від середовища передачі даних лінії зв'язку розділяються на наступних (рис. 1):

- дротяні (повітря);

- кабельні (мідні і волоконно-оптичні);

- радіоканали наземного і супутникового зв'язку.

Дротяними (повітря) лініями зв'язку є дроти без яких-небудь ізолюючих або екрануючих обплетень, що прокладені між стовпами і висять в повітрі. По таких лініях зв'язку традиційно передаються телефонні або телеграфні сигнали, але за відсутності інших можливостей ці лінії використовуються і для передачі комп'ютерних даних. Швидкісні якості і перешкодозахисність цих ліній залишають бажати кращого. Сьогодні дротяні лінії зв'язку швидко витісняються кабельними.

Кабельні лінії є достатньо складною конструкцією. Кабель складається з провідників, увязнених в декілька шарів ізоляції: електричною, електромагнітною, механічною, а також, можливо, кліматичною. Крім того, кабель може бути оснащений роз'ємами, що дозволяють швидко виконувати приєднання до нього різного устаткування. У комп'ютерних мережах застосовуються три основні типи кабелю: кабелі на основі скручених пар мідних проводів, коаксіальні кабелі з мідною жилою, а також волоконно-оптичні кабелі.

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.

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.