Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные средства сбора и обработки информации. Учебное пособие
.pdf
По ГОСТ Р 53246-2008 в линиях связи используют следующие кате-
гории кабелей на основе витой пары проводников[14]:
Категория 6 – неэкранированные (UTP) и экранированные (ScTP,
FTP, SFTP) кабели на основе витой пары проводников с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 250 МГц.
Категория 5e – неэкранированные (UTP) и экранированные (ScTP,
FTP, SFTP) кабели на основе витой пары проводников с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 100 МГц.
Категория 5 – неэкранированные (UTP) и экранированные (ScTP,
FTP) многопарные кабели на основе витой пары проводников с волновым
сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 100 МГц.
Категория 3 – неэкранированные (UTP) многопарные кабели на осно-
ве витой пары проводников с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 16 МГц.
Многопарные кабели на основе витой пары проводников с рабочими
характеристиками передачи категорий 3 и 5 могут быть использованы
только в магистральных системах для передачи сигналов низкоскоростных приложений (например, аналоговая и цифровая телефония).
В настоящее время используются также кабели категории 7, не во-
шедшие в ГОСТ Р 53246-2008.
По ГОСТ Р 54429-2011 [15] многопарные кабели на основе витой па-
ры проводников должны обладать следующими электрическими характеристиками:
– электрическое сопротивление жилы постоянному току, пересчитан-
ное на длину 1000 м и температуру 20 °С, должно быть не более 95 Ом
для кабелей с однопроволочной жилой и не более 145 Ом для кабелей
с многопроволочной жилой;
– электрическое сопротивление изоляции жил, пересчитанное на дли-
ну 1000 м и температуру 20 °С, должно быть не менее 5000 МОм.
Коэффициент затухания кабелей с однопроволочными жилами, пере-
считанный на температуру 20 °С, показан в табл. 3.1[13].
Волновое сопротивление кабелей категорий 3 и 5 в диапазоне частот
от 1 МГц до максимальной установленной частоты должно быть (100±15)
Ом. Волновое сопротивление кабелей категорий 5 и 6 зависит от частоты
и определяется по специальным формулам.
71
Таблица 3.1
Частота, МГц
Коэффициент затухания, дБ/100м, не более
Категория кабеля
1 3 5
5е 6 10
9,8
2,1
2,1
2,1
16
13,1
8,2
8,3
7,6
100
–
22,0
22,0
19,1
250 – 33,0
Кабели UTP выпускаются в 4-парном или 2-парном исполнении. Ка-
бели в 2-парном исполнении дешевле и тоньше кабелей в 4-парном исполнением, но они подходят не под все задачи, например, при использовании устройством режима питания РоЕ (питание подается к устройству
по витой паре, необходимо использовать 4-парный кабель). Каждая из пар
кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки, что позволяет самостоятельно подключать кабель к разъему.
Для соединения кабеля с оборудованием используются вилки и розет-
ки RJ-45 (рис. 3.3), представляющие 8-контактные разъемы, похожие на
обычные телефонные разъемы RJ-11. На рис. 3.3, а, показан разъем RJ-45
для кабелей типа U/UTP, U/FTP и U/STP или U/SFTP. На рис. 3.3, б, показан разъем RJ-45 для кабелей F/ UTP, S/UTP и других типов кабелей с общим экраном.
а б
Рис. 3.3. Различные типы разъемов RJ-45
могут использоваться до частоты 200 МГц, а кабели седьмой категории –
до 600 МГц. Кабели седьмой категории обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель шестой категории
может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное
назначение этих кабелей – поддержка высокоскоростных протоколов на
отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5.
Особо выделяются кабели категорий 6 и 7. Кабели шестой категории
72
3.5.4. Коаксиальные кабели
Конструктивно коаксиальный кабель представляет собой несколько
(чаще всего два) проводника, расположенных на одной оси и разделенных
изоляторами. Конструкция коаксиального кабеля представлена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Конструкция коаксиального кабеля:
1 – центральный проводник; 2 – внутренний диэлектрик;
3 – проводящая фольга; 4 – проводящая сетка; 5 – внешний диэлектрик
Центральный проводник кабеля делают из материалов, хорошо про-
водящих электрический сигнал. Чаще всего используется медь, которая
подходит для этих целей по своим электрическим, механическим и стоимостным параметрам. В зависимости от типа кабеля центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным. Внутренний диэлектрик изолирует центральный проводник от экрана. Обычно внутренний диэлектрик выполняют из плотного или пористого полиэтилена.
Фольга и проводящая сетка крепятся к внутреннему диэлектрику и предназначены для экранирования излучения от внутреннего проводника.
Проводящая сетка обычно обладает меньшим сопротивлением, чем фольга, и лучшей устойчивостью к постороннему электромагнитному полю
и электромагнитным наводкам. Иногда фольга отсутствует, но при этом
сетка должна быть очень плотной. Чаще всего в коаксиальном кабеле
используется алюминиевая фольга, а сетка изготавливается из медной
проволоки. Внешний диэлектрик обеспечивает защиту внутренних компонентов кабеля от электрического, климатического, химического воздействий. В качестве материала внешнего диэлектрика используется поливинилхлорид.
В настоящее время наиболее часто применяются два типа коаксиаль-
ных кабелей, различающихся волновым сопротивлением.
Кабели RG-8, RG-11 или российский аналог РК 50-7 относятся к типу
«толстых» коаксиальных кабелей, разработанных для систем телерадио-
73
вещания, спутниковой и радиосвязи, а также для сетей Ethernet l0Base-5.
Эти кабели имеют волновое сопротивление 50 Ом, внешний диаметр
0,5 дюйма (около 12 мм) и внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц не хуже 18 дБ/км). Но такие кабеля
сложно монтировать, так как из-за своей толщины они плохо гнутся.
Кабели RG-58/U, RG-58 A/U, RG-58 C/U или их российский аналог
РК 50-3 относятся к типу «тонких» коаксиальных кабелей, разработанных
для систем телерадиовещания, спутниковой и радиосвязи, а также для сетей Ethernet l0Base-2. Кабель RG-58/U имеет сплошной внутренний проводник, а кабель RG-58 A/U – многожильный. Все разновидности этих кабелей имеют волновое сопротивление – 50 Ом, но обладают худшими механическими и электрическими характеристиками по сравнению с «толстыми» коаксиальными кабелями. Внутренний проводник имеет диаметр
0,8–1,12 мм, наружный диаметр кабеля около 5 мм, затухание на частоте
10 МГц около 40 дБ/км (в зависимости от типа кабеля). Такие кабели
имеют худшие механические и электрические характеристики, но обладают гораздо большей гибкостью и более удобны при монтаже. Для соединения кабелей с оборудованием используется разъем типа BNC (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Разъем типа BNC
Кабель RG-59 или его российский аналог РК 75 – коаксиальные кабели для систем кабельного/спутникового телевидения и видеонаблюдения с
волновым сопротивлением 75 Ом.
3.5.5. Волоконно-оптические кабели
В настоящее время для высокоскоростной передачи информации все
чаще используются линии связи, построенные на основе волоконнооптических кабелей (оптоволоконных). В отличие от коаксиального кабеля или витой пары информация по оптоволоконным кабелям передается
74
не электрическим сигналом, а световым, что позволяет получить высокую
скорость передачи информации (до 100 Гбит/с) [16] и хорошую помехозащищенность.
Простейший волоконно-оптический кабель состоит из центрального
проводника света (стеклянного волокна), окруженного слоем стекла с
меньшим показателем преломления, чем сердцевина, так называемой оболочкой, и вся эта конструкция покрыта внешней защитной оболочкой
(рис. 3.6, а). Распространяясь по сердцевине, лучи света отражаются от
оболочки и не выходят за ее пределы.
а
б
Рис. 3.6. Конструкция (а) и принцип работы (б) простейшего
волоконно-оптического кабеля
Оптическое излучение может входить в оптоволокно под разными углами и идти разными путями. Путь каждого луча даст начало моде. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла
для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под
модами удобно понимать траектории распространения лучистых потоков
(обозначены черными линиями на рис. 3.6, б). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.
75
Обычно оптоволоконный кабель содержит до нескольких десятков
таких проводников, а магистральные оптоволоконные кабеля могут содержать их более сотни. На рис. 3.7 показаны различные конструктивные
варианты исполнения типов оптоволоконных кабелей.
а б
в г
д е
ж
Рис. 3.7. Оптоволоконные кабели:
а – для прокладки внутри зданий; б – небронированный для прокладки в канализации;
в – бронированный для прокладки в канализации; г – для укладки в грунт;
д – подвесной самонесущий; е – подвесной с тросом; ж – подводный
В зависимости от распределения показателя преломления и от вели-
чины диаметра сердечника различают одномодовое волокно и многомодовое волокно.
В кабелях с одномодовым волокном лучи распространяются по одному пути и одновременно подходят к приемнику. Одномодовые кабели передают сигнал на более дальние расстояния, чем многомодовые. Эта особенность связана с незначительными значениями дисперсии и потерь сигнала. При использовании одномодового кабеля в качестве источников излучения применяются лазерные светодиоды.
В кабеле с многомодовым волокном лучи идут по разным путям и их
траектории отличаются значительным разбросом. В результате этого про-
76
исходит искажение сигнала на приемнике. При использовании многомо-
2,4–3,5 (850);
0,7–1,5 (1300)
2,8–3,5(850);
0,7–1,5 (1300)
МС1
200 – –
0,4 (1310),
0,3 (1550)
Е2
9,5–13
1550
0,25 (1550)
дового кабеля в качестве источника сигнала применяются обычные светодиоды. Это ведет к значительному снижению стоимости коммуникационных сетей и увеличению сроков службы приемопередатчиков.
По ГОСТ Р 52266-2004 оптические волокна (ОВ) оптоволоконных ка-
белей имеют характеристики, приведенные в табл. 3.2 [17].
Таблица 3.2
Тип ОВ
МГ1
градиентный
МГ2 62,5
многомодовое
МС2
Е1 8,6–9,5 1310,1550
Е4 7,8–8,5 1310,1550
одномодовое
ступенчатые
Показатель
преломления
Материал
сердцевины/оболочки
Кварц
/кварц
Кварц
/полимер
поля, мкм
или номинальный
Диаметр сердцевины
диаметр модового
50
850, 1300
400 – –
волны, нм
Рабочая длина
Коэффициент
затухания, дБ/км
(на длине волны, нм)
0,5 (1310),
0,3 (1550)
Передача дискретных данных по каналам связи может осуществляться при помощи синусоидального несущего сигнала и последовательности
прямоугольных импульсов. Для передачи информации при помощи синусоидального сигнала применяются различные типы модуляций. При передаче дискретных сигналов через цифровой канал передачи данных используется потенциальное или импульсное кодирование. Эти методы от-
3.6. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ ДАННЫХ
НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ
77
личаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью ап-
а б в
г
паратуры, необходимой для их реализации.
3.6.1. Аналоговая модуляция
Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных
по каналам с узкой полосой частот, например, в телефонной линии.
Устройство, выполняющее функции модуляции несущей синусоиды на
передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, называется модемом (модулятор – демодулятор).
При аналоговой модуляции информация кодируется изменением параметров (амплитуды, частоты или фазы) синусоидального сигнала несущей частоты. Основные типы аналоговой модуляции показаны на рис. 3.8.
На верхней диаграмме (рис. 3.8, а) показана последовательность бит исходной информации, которую необходимо передать.
Рис. 3.8. Различные типы модуляции
При амплитудной модуляции (рис. 3.8, б) изменяется амплитуда синусоидального сигнала. То есть для передачи логической единицы амплитуда сигнала имеет одно значение, а для логического нуля – другое. Этот
метод редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции – фазовой модуляцией.
При частотной модуляции (рис. 3.8, в) амплитуда синусоидального
сигнала остается неизменной, а значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой – f1 и f2. Этот метод модуляции
78
не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с [9].
При фазовой модуляции (рис. 3.8, г) значениям данных 0 и 1 соответ-
ствуют сигналы одинаковой частоты и амплитуды, но с различной фазой.
Если несущая частота подворачивается на 0 и 180 градусов, то такая модуляция носит название BPSK или бинарная фазовая модуляция. Более
эффективна фазовая модуляция, где используются четыре угла сдвига фаз,
например на 45, 135, 225 и 315 градусов. Такая модуляция называется
QPSK или квадратурной фазовой модуляцией [16].
В скоростных модемах чаще всего используется комбинация ампли-
тудной и фазовой модуляции. Такая комбинация позволяет увеличить
скорость передачи информации за счет передачи в одном символе нескольких бит. Например, при использовании двух значений амплитуд и
четырех значений угла сдвига фазы в одном символе можно передать
4 бита, это так называемая квадратурная амплитудная модуляция
(QAM-16) [16].
3.6.2. Цифровое кодирование
При цифровом кодировании дискретной информации применяют по-
тенциальные и импульсные коды.
В потенциальных кодах информация передается изменением значения
потенциала сигнала, а в импульсных кодах – импульсами определенной
полярности либо частью импульса – перепадом потенциала определенного
направления.
При выборе метода кодирования необходимо, чтобы код обладал следующими свойствами:
1) минимально возможная ширина спектра сигнала;
2) обеспечение синхронизации между передатчиком и приемником;
3) обнаружение ошибок при передаче данных;
4) низкая стоимость реализации.
Как видно, требования, предъявляемые к методам кодирования, яв-
ляются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых
ниже популярных методов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и своими недостатками по сравнению с другими.
На рис. 3.9 показаны наиболее распространенные методы дискретного
кодирования данных.
79
–1
–3
а
б
в
г
+3
д
+1
Рис. 3.9. Методы дискретного кодирования данных
Потенциальный код без возвращения к нулю прост в реализации
(рис. 3.9, а). Из-за двух резко отличающихся потенциалов обладает хорошей распознаваемостью ошибок и в отличие от других методов кодирования требует меньшую полосу пропускания линии связи [16]. К недостаткам этого метода можно отнести отсутствие механизмов синхронизации
приемника и передатчика, а также наличие низкочастотной составляющей
при непрерывной передаче большого количества нулей или единиц.
В методе биполярного кодирования с альтернативной инверсией
(рис. 3.9, б) используются три уровня потенциала – отрицательный, нулевой и положительный. Логический ноль кодируется нулевым потенциалом, а логическая единица кодируется положительным или отрицательным потенциалом. При этом потенциал каждой новой единицы кодируется противоположным потенциалом. Этот код частично решает проблемы
синхронизации и низкочастотной составляющей, но он требует наличия
трех потенциалов в линии связи.
Код без возвращения к нулю с инверсией при передаче нуля передает
потенциал, установленный в предыдущем такте (то есть не меняет его),
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]