2. Классификация линий связи.

Под линией связи будем понимать любую физическую среду (воздух, металл, магнитную ленту и т.п.), обеспечивающую поступление сигналов от передающего устройства к приемному. В компьютерных сетях вместо термина линия связи используют понятие линия передачи данных. Сигналы на выходе линии связи могут отличаться от переданных вследствие затухания, искажения и воздействия помех.

В зависимости от среды, в которой распространяются сигналы, различают два основных типа линий связи:

• проводные (направляющие линии связи);

• беспроводные (радиолинии и линии связи по инфракрасному лучу, (больше длины красного цвета =0,7 мкм, частота < 4 10⁵ ГГц), а в последнее время и по лучу лазера);

Проводной называется линия связи, в которой информационные сигналы распространяются вдоль искусственной направляющей среды – устройства непрерывной конструкции, способного передавать электромагнитную энергию в заданном направлении. В зависимости от вида направляющей среды проводные линии связи подразделяют на:

• воздушные;

• кабельные;

• волноводные;

• световодные или волоконно-оптические;

В компьютерных сетях в качестве линий передачи данных применяются

• витая пара проводов, twisted pair (экранированная STP (shielded) – сравнительна дорога, применяется редко и неэкранированная UTP (unshielded) категорий 3-5. В последнее время созданы UTP категорий 6 и 7),

• коаксиальный кабель (тонкий RG-58, диаметром 6,25 мм, иногда его называют CheaperNet или ThinNet – в современных сетях не используется и толстый ThickNet, диаметром 12,5 мм RG-8, RG-11)

• оптоволоконный кабель (одномодовый SMF (single mode fiber) и многомодовый MMF (multi)). Конструкция световода - кварцевый сердечник диаметром 10 мкм, покрытый отражающей оболочкой с внешним диаметром 125...200 мкм.

Структурную схему проводной линии связи можно изобразить следующим образом:

Рис. 1.2. Структурная схема проводной линии связи.

УС – усилитель; ИНС – искусственная направляющая среда.

Так как в направляющей среде любой сигнал ослабляется (затухает), в проводных линиях связи предусмотрено многократное усиление сигнала. Каждый из n усилителей (для ЛВС – повторитель, repeater) располагается на усилительном пункте, расстояние между которыми зависит от вида и параметров направляющей среды.

Затухание (attenuation) или более точно погонное затухание в линиях связи определяется потерями мощности сигнала, например на нагрев (для кабельных линий) или на поглощение и рассеивание излучения (для оптических волокон) и измеряется децибелами на км:

B (Att) =1/L·10 Lg·P_вх/P_вых (дБ/км), (1.7)

где L – длина отрезка линии связи в км; P_вх – мощность сигнала на входе линии связи, P_вых – мощность, зафиксированная приемником на выходе. Для электрических импульсных сигналов можно использовать другую формулу:

B (Att) =1/L·20 Lg·U_вх/U_вых (дБ/км), (1.8)

где U_вх, U_вых – амплитуда напряжения сигнала на входе и выходе линии связи соответственно.

Например, если L=1 км, P_вх=1 мВт, P_вых=10 мкВт, т.е. мощность упала в 100 раз, то B=20 дБ/км. Это же затухание соответствует падению амплитуды сигнала в 10 раз. Затухание в 3 дБ/км означает уменьшение мощности в 2 раза, а уменьшение амплитуды сигнала в 2 раза соответствует затухание 6 дБ/км. Возможно усиление сигнала, мощность которого упала в 10000 раз (т.е. после затухания в 40 дБ).

При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии связи. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации.

В высокоскоростных ЛВС на неэкранированной витой паре UTP длины соединений обычно не превышают 100 м. Затухание на частоте 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГц и 100 м - около 7 дБ..

Типичные характеристики ВОЛС: работа на волнах 0,85...1,55 мкм, затухание 0,7 дБ/км, полоса частот - до 2 ГГц; ориентировочная цена - 4...5 долл. за 1 м. Предельные расстояния D для передачи данных по ВОЛС (без ретрансляции) зависят от длины волны излучения λ: для λ =850 нм – D=5км, а для λ=1300 нм D=50 км, но аппаратурная реализация дороже.

Радиолинией называется линия связи, в которой сигналы передаются в открытом пространстве (космос, воздух, земля, вода) с помощью радиоволн – волн с частотами до 3·10¹² Гц (3000 ГГц или 3 ТГц (терагерц)). Радиолинии не имеют искусственной направляющей среды.

Радиолинии классифицируются по виду используемых радиоволн, их длине или частоте. Такая классификация приведена в ГОСТ 23375-80. В частности,

• Декаметровые (короткие) волны или высокие частоты (ВЧ) 3-30 МГц (100-10 м) – радиовещание;

• Метровые (ультракороткие УКВ) волны или очень высокие частоты (ОВЧ) 30-300 МГц (10-1 м) – радиовещание, телевидение;

• Дециметровые волны или ультравысокие частоты (УВЧ) 300 МГц –3 ГГц (100-10 см) – сотовая телефонная связь, телевидение, спутниковая связь,ЛВС;

• Сантиметровые волны или сверхвысокие частоты (СВЧ) 3-30 ГГц (10-1 см) – радиорелейные линии, спутниковая связь, ЛВС

• Миллиметровые волны или крайне высокие частоты (КВЧ) 30-300 ГГц (10-1 мм) – ЛВС

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов. Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.

Линии радиосвязи могут состоять из нескольких или многих отрезков (интервалов), в пределах которых передача сигналов обеспечивается по схеме 1.3. Сигналы из одного пункта принимаются в другом, усиливаются и передаются далее и т.д.

В зависимости от способов (путей) распространения радиоволн и типов используемых радиосредств радиолинии делят на:

• радиорелейные (прямой видимости) – 15-23 ГГц, расстояние между соседними станциями до 50 км;

• тропосферные (радиорелейные тропосферные) – 0,3-5 ГГц (тропосфера- нижняя часть атмосферы 10-12 км);

• ионосферные (ионосфера – ионизированная часть атмосферы 50-200 км);

• спутниковые (например, глобальная спутниковая телефонная сеть "Глобалстар" с низкоорбитальными спутниками, система спутниковой связи Runnet с геостационарными спутниками "Радуга")

Рис. 1.3. Структурная схема радиолинии (Фидер – это специальная электрическая цепь от антенны к приемопередатчику).

В локальных компьютерных беспроводных сетях используются в основном радиоволны частотой от одного до нескольких гигагерц (например, RadioЕthernet) или в условиях высоких уровней электромагнитных помех инфракрасное излучение.