Файл: Автоматизированные системы связи.docx

Магнитные носители

Магнитная лента или магнитный диск в сочетании с обычным транспорт- ным средством (автомашина, ж/д транспорт и т. п.) могут быть прекрасной фи- зической средой передачи данных. Это важно тогда, когда ключевыми факто- рами являются: высокая пропускная способность и низкая стоимость передачи в расчете на один бит. Недостаток такой передачи – существенное время дос- тавки.

Витая пара

Оперативный обмен информацией может осуществляться по проводам. Самой старой и все еще используемой средой передачи является витая пара. Витая пара состоит из двух медных изолированных проводов, один из которых обвит вокруг другого. Этот второй вьющийся провод предназначен для устра- нения взаимного влияния между соседними витыми парами.

Витая пара широко используется в проводной телефонии. Линии из витой пары могут иметь протяженность до нескольких километров без промежуточ- ного усиления. Витые пары объединяются в кабели.

Витая пара может быть применена для передачи как цифрового, так и ана- логового сигналов. Пропускная способность зависит от толщины линий и рас- стояния. Скорость передачи достигает нескольких Мбит/с.

Наиболее часто используемыми являются кабели категории 3 и катего- рии 5. Кабели категории 3 содержат четыре витые пары с невысокой плотно- стью навивки. Кабель категории 5 имеет тоже четыре пары, но с более плотной навивкой, что позволяет достичь более высоких скоростей.

Коаксиальный кабель

Другим примером широко используемой среды передачи является коакси- альный кабель. Есть два основных вида коаксиальных кабелей: 50 Ом – средне- частотный (для цифровой передачи) и 75 Ом – широкополосный (для аналого- вой передачи).

Со среднечастотным

---

кабелем вполне достижима скорость в несколько Гбит/с при длине в 1–2 км. При большем расстоянии нужны промежуточные

усилители. Эти кабели широко использовались для соединения АТС. В настоя- щее время заменяются оптоволоконными линиями.

Второй вид коаксиальных кабелей используется в телевидении.

В компьютерных сетях, где используется аналоговая передача данных, данные передаются с частотой 300 МГц (и даже 450 МГц) на расстояние до 100 км. При цифровой передаче сигналов это расстояние много короче. При ис- пользовании аналоговой передачи цифровых данных каждое устройство в сети должно иметь преобразователь из аналоговой формы в цифровую и наоборот. В зависимости от особенностей устройства этих преобразователей скорость 1 бит/с отнимает примерно 1 Гц пропускной способности. Существуют спосо- бы передачи нескольких бит/с за 1 Гц, но они требуют высокой частоты и сложных методов модуляции.

Обычно широкополосная система разбивается на несколько каналов по 6 МГц, которые используются для передачи телевизионных сигналов, высоко- качественного звука и данных.

Существенное различие между среднечастотным кабелем и широкополос- ным в том, что широкополосный кабель имеет большую протяженность и тре- бует промежуточных усилителей. Промежуточные усилители пропускают сиг- налы только в одном направлении. Для решения этой проблемы существует два вида систем: двухкабельные и однокабельные.

В двухкабельных системах один кабель используется для входящего пото- ка, а другой – для исходящего. В однокабельных системах полоса частот разде- ляется между входящим и исходящим трафиками. Низкая полоса частот ис-

---

пользуется для передачи данных от компьютера к ретранслятору, который сдвигает их в сторону высоких частот и передает другим.

---

Оптоволоконные системы

Для использования оптической связи нужен источник света, светопрово- дящая среда и детектор, преобразующий световой поток в электрический ток. На одном передающем конце находится источник света, световой импульс про- ходит по тонкому светопроводящему волокну и попадает на детектор, который выдает электрический импульс.

Существуют многоканальные и одноканальные шнуры, скорость передачи сигнала по одноканальному гораздо выше и достигает нескольких Гбит/с.

Оптоволокно изготавливают из стекла высокой очистки. Затухание опти- ческого сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. Затухание измеряется в дБ и вычисляется по формуле

10log₁₀(T_r/R_c), где T_r – мощность передаваемого сигнала;

R_c – мощность получаемого сигнала.

Как видно из этой формулы, при падении мощности сигнала в два раза за- тухание будет равно 3 дБ. Затухание меньше всего в инфракрасной части спек- тра. Для передачи используются три частоты: 0,85; 1,30 и 1,55 мкм. Две по- следние имеют потери менее 5 % на 1 км. Частота 0,85 мкм хороша тем, что ла- зерный источник света и электронику для него делают из одного и того же ма- териала – арсенида галлия. Все три полосы имеют пропускную способность от 25 000 до 30 000 ГГц.

Другую проблему при использовании оптоволокна дает дисперсия: по мере распространения исходный световой импульс теряет начальную форму и раз- меры. Величина этих искажений также зависит от длины волны. Одно из воз- можных решений – увеличить расстояние между соседними сигналами, но это сократит скорость передачи. Другое решение – генерировать форму сигнала в некоторой специальной форме, при этом дисперсионные эффекты почти исче- зают и сигнал можно передавать на тысячи километров. Сигналы в этой специ- альной форме

---

называются силитонами.

Оптоволоконный кабель состоит из сердечника из сверхпрозрачного опто- волокна. В одноканальном кабеле сердечник имеет толщину 8–100 мкм, в мно- гоканальном – около 50 мкм. Сердечник окружен стекловолокном с низким ко- эффициентом рефракции, сокращающим потери света через границу сердечни- ка. Сверху все покрыто защитным пластиком.

Такой кабель прокладывают и под землей, и под водой. Соединяют его электрически с помощью специальных конвекторов или механически, прижи- мая один край к другому или сваривая оба конца.

В качестве источников света используют светодиод и полупроводниковый лазер. С помощью специальных интерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. На принимающем конце стоит фотодиод, работающий со скоростью 1 ГГц, т. е. около 1 Гбит/с.

С помощью оптоволокна можно строить как локальные сети, так и сети большего масштаба. Подключение к оптоволоконной сети более сложное, чем к сети Ethernet. Примером такого включения является сеть типа «кольцо», представляющая собой цепочку соединений типа «точка – точка».

Существует два типа подключений: пассивное и активное. Пассивное со- стоит из светодиода или лазера и фотодиода. Сигнал, принятый через светоди- од, передается компьютеру или транслируется дальше. Это абсолютно надеж- ное соединение. Выход из строя любого из его компонентов не нарушает связь по кольцу, а лишь блокирует работу отдельного компьютера.

Активное подключение содержит промежуточный усилитель электриче- ского сигнала. Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический, ко- торый усиливается и передается компьютеру и транслируется дальше через светодиод.

Кроме «кольца», возможно соединение типа пассивной «звезды». Все ли- нии, по которым оптический сигнал передается от компьютера,

---