5.2Физические каналы связи

5.2.1Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель - электрический кабель состоящий из цилиндрического экрана и центрального проводника, расположенных соосно и разделённых диэлектриком. Предназначен для передачи высокочастотных сигналов между устройствами. Частотный диапазон простирается до нескольких сот МГц. Выпускаются коаксиальные кабели двух типов:

• с 50-омным волновым сопротивлением (компьютерные сети);

• с 75-омным волновым сопротивлением (телевещание).

Наиболее широкое применение нашел как средство доставки слабого сигнала в телевещании (от антенны к телевизионному приемнику). Использовался в первых локальных сетях с шинной топологией.

5.2.2Витая пара

Наиболее старый и наиболее распространенный сейчас физический канал в компьютерных сетях, а так же в телекоммуникационных сетях. На ее базе функционирует первая высокоскоростная сеть абонентского доступа – ADSL.

Рис. 5.1 – Витая пара

Представляет собой два изолированных провода, скрученных между собой. Характеризуется диаметром проводников и шагом скрутки. В настоящее время кабели на витой паре имеют полосу пропускания 100 МГц, но разработаны и стандарты на кабели с полосой до 600 МГц.

Категория витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно (табл. 5.2). В настоящее время действуют стандартные определения 7 категорий кабеля (стандарт EIA/TIA 568А).

Табл. 5.2. – Актуальные категории витой пары

Категория кабеля	Класс кабельной системы	Скорость передачи данных
1 (лапша)	Класс С	до 0,1 МГц
5е	Класс D	до 125 МГц
6	Класс E	до 250 МГц
6А	Класс EA	до 500 МГц
7	Класс F	600 - 1200 МГц

Витая пара может быть как неэкранированной (UTP), так и экранирован­ной (FTP). Экранированный кабель используется в случае прокладке в среде, подверженной существенным помехам (например, производственные цеха).

5.2.3Приземные радиоволны

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости (в масштабе длины волны) от поверхности Земли, называют приземными радиоволнами. Посредством их осуществляется связь всех наземных объектов.

Благодаря эффектам дифракции (огибания) и отражения, возможна связь между точками, не имеющими прямой видимости.

Распространение радиоволн от источника к приёмнику вследствие отражения может происходить несколькими путями одновременно. Такое распространение называется многолучевым. Из-за изменений параметров среды и вследствие многократного отражения возникают замирания - изменение уровня принимаемого сигнала во времени. Причиной замирания может быть и интерференция (наложение нескольких, задержанных по времени) радиоволн, то есть в точке приёма сигнал может динамично меняться по уровню от нулевого до в несколько раз превышающий сигнал, прошедший по прямой видимости.

В зависимости от длины рабочей волны влияние среды (атмосферы) проявляется в большей или меньшей степени. В связи с этим для удобства выбора модели трассы электромагнитные волны делят на диапазоны (табл. 5.3). Волны каждого из диапазонов имеют свои особенности распространения.

Таблица 5.3. Распределение электромагнитных волн по диапазонам

Диапазон	Длина волны	Частота	Область применения
Сверх длинные волны, СДВ	10-100 км	3-30 кГц	Радионавигация, радиотелеграфная связь, метеослужба
Длинные волны, ДВ	1-10 км	30-300 кГц	Радиотелефонная связь, радиовещание,  радионавигация
Средние волны, СВ	100-1000 м	300-3000 кГц
Короткие волны, КВ	10-100 м	3 – 30 МГц	Радиотелефонная связь, радиовещание, радиолюбительская связь
Ультракороткие волны(метровые),УКВ	1-10 м	30-300 МГц	Радиовещание,  телевидение, радиолокация, космическая радиосвязь, радиолюбительская связь
Высокие частоты (дециметровые), ВЧ	1-10 дм	300-3000 МГц	Телевидение, радиолокация, РРЛ, сотовая связь, космическая радиосвязь
Крайне высокие частоты (сантиметровые), КВЧ	1-10 см	3-30 ГГц	Радиолокация, РРЛ, сотовая связь, космическая радиосвязь
Гипервысокие частоты (миллиметровые), ГВЧ	1-10 мм	30 – 300 ГГц	Радионавигация и т.д.
Волны оптического диапазона: инфракрасные видимые световые ультрафиолетовые	1e-3 - 7,5e-7 7,5e-7 - 4e-7 4e-7 - 20e-10	3e5-4e8 4e8-7,5e8 7,5e8-15e10	Квантовая радиоэлектроника, пассивная и активная радиолокация

В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

• ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая планету. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.

• СВ сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.

• КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью — более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е расстояния при малой мощности передатчика.

• УКВ распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.

• ВЧ не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости. Используются в WiFi, сотовой связи и т. д.

• КВЧ не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий, распространяются в пределах прямой видимости. Используются для спутниковой связи.

• Гипервысокие частоты не огибают препятствия, отражаются подобно свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование ограничено.

Затухание миллиметровых волн в атмосфере значительно выше, чем метровых и дециметровых, и сильно зависит от климатических воздействий. Еще одной особенностью волн этого диапазона является прямолинейность их распространения. Они не способны огибать даже небольшие препятствия, а напротив - отражаются от них практически без искажений. Практика показала, что на частоте 40 ГГц удовлетворительно принимаются сигналы, прошедшие 4-кратное отражение. Это свойство может использоваться при проектировании высокочастотных систем раздачи сигнала.

Для ТС радиоволны диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ не представляют большого интереса, поскольку пропускная способность каналов связи на этих диапазонах достаточно низка.