Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методы / seti_metoda1.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
04.04.2013
Размер:
325.63 Кб
Скачать

Качественные характеристики сред физических каналов

Таблица 2

Типы каналов

Параметры каналов

Ширина полосы частот, МГц

Длина линии, км

Число подключенных абонентов,

шт

Помехозащищенность

Стоимость

Витая пара проводов

3..5

0,1

50

Средняя

Низкая

Коаксиальный кабель:

узкополосный

10..20

0,3

100

Высокая

Средняя

широкополосный

200…300

1,0

1000

Высокая

Средняя и высокая

Волоконно-оптический кабель

300

2..10

30

Очень высокая

Высокая

Тип используемой среды очень важен, поскольку он определяет мак­симальную скорость передачи информации. Так, например, двухпровод­ная открытая линия является простейшим типом среды передачи для соединения двух элементов аппаратуры, имеет скорость передачи мень­ше 19,2 Кбит/с при длине канала L≤50м, а емкостная связь между двумя проводами обуславливает ее низкую помехозащищенность, как от внешних помех, так и внутренних, вызванных взаимными наводка­ми (рис. 5).

Витая пара проводников, в отличие от двухпроводной линии, зна­чительно лучше защищена от ложных сигналов (помех), поскольку всякое внешнее воздействие влияет на оба провода и поэтому иска­жения (или изменения разности сигналов) снижается (рис. 6).

Витая пара проводников, используемая совместно со схемами приема и передачи, применяется для скоростей до 1Мбит/с при длине каналаL<100 м, а с защитным экраном может иметь скорость 3....5Мбит/с.

Основной фактор, сдерживающий увеличение скорости передачи информации по витой паре проводов, это “скин-эффект”, когда при увели­чении скорости битов (частоты передачи) ток перераспределяется так, что большая его часть протекает по наружной поверхности, что приводит к повышению электрического сопротивления проводов и за­туханию полезного сигнала.

Коаксиальный кабель, где один проводник - центральная жила, про­ходит концентрически соосно внутри сплошного (или плетеного вне­шнего кругового проводника) предназначен для скоростей более 1Мбит/с. Пространство между проводниками заполняется диэлектриком - изоли­рующим материалом. Благодаря такой структуре внутренний проводник эффективно защищен от внешних помех (рис.7).Скорость передачи в коаксиальном кабеле 10...20 Мбит/с при длине канала L до 1км.

Волоконно-оптический кабель отличается от среды передачи описан­ных выше типов, тем что в нем носителем информации является пуль­сирующий световой луч, распространяемый по стекловолокну. Световые лучи имеют значительно большую полосу частот, чем электрические волны, и скорость передачи информации может достигать сотен Мбит/с, а теоретический предел скорости передачи световодных каналов - десятки триллионов бит/с. Волоконно-оптический кабель (рис.8) состоит из отдельного стекловолокна, содержащего жилу световода и оболочку с разными показателями преломления n1 и n2. Кроме того, этот кабель имеет еще защитную внешнюю оболочку, которая экраниру­ет световод от внешних (фоновых) засветок.

Основная характеристика световода – апертура (А), которая определяется согласно выражению

где Qmax_-максимально допустимый угол ввода излучения в свето­вод,

n0, n1, n2 -показатели преломления внешней среды - воздуха, жилы, оболочки световода.

Апертура световода является основным параметром, характеризующим эффективность вводимой оптической мощности сигнала. Простейшим волоконно-оптическим кабелем является кабель, имеющий одну световодную жилу, однако он может быть и многожильным или с пучком волокон (жгутом).

Открытые радиоволневые каналы в качестве физической среды пере­дачи используют электромагнитные волны в диапазоне 330....1010 Гц. Длина такого канала определяется мощностью передающего устройства, чувствительностью приемника, уровнем воздействия электромагнитных помех и может достигать десятков и сотен км.

6. Расчетные соотношения параметров сигналов в физических каналах связи

Максимальная скорость передачи информации

В реальных условиях сигнал в канале связи состоит из компонент различной частоты, а в приемник поступают только те компоненты, частоты которых находятся внутри полосы пропускания. С ростом час­тоты амплитуда каждой компоненты частот уменьшается. Поэтому чем шире полоса пропускания среды передачи, тем больше высокочастотных компонент проходит в канале связи, тем надежнее сигнал, полученный в приемном устройстве, воспроизводит исходный сигнал. Так, если сис­тема или канал связи обладает полосой пропускания, равной В Герц, то согласно формуле Найквиста максимальная скорость передачи ин­формации равна 2В, в предположении, что каждый сигнальный элемент имеет два уровня. При М-уровнях максимальная скорость определяется общей формулой

Например. Для сигнала с 8- ю уровнями модуляции на каждый элемент, и при полосе частот, равной 3100 Гц, макси­мальная скорость передачи равна

Шумы в канале связи

В отсутствии передачи сигналов по линии связи в ней наблюдаются случайные всплески. Эти всплески называют уровнем шумов в линии, которые при большом затухании становятся соизмеримы с принимае­мым полезным сигналом. В зависимости от физической природы воз­никновения в каналах связи различают три основных типа шумов:

  1. наведенные (фоновые) шумы в открытых каналах и каналах из ви­той пары проводников. Примером фоновых шумов является слышимость другого (фонового) разговора в телефонной связи,

  2. импульсные шумы связаны с влиянием на канал связи электрических явлений в атмосфере или внешних силовых установок, аппаратуры в виде щелчков длительностью полсекунды. При скорости передачи ин­формации, равной 2400 бит/с, такие помехи могут привести к иска­жению 1200 бит,

  3. тепловые шумы имеются во всех средах передачи. Они вызваны тепловым возбуждением электронов атомов среды передачи. Тепловые шумы образованы из компонент со случайными частотами и непрерывно меняющимися амплитудами, поэтому называются белым шумом.

Для оценки качества принимаемого сигнала информации по каналу связи весьма важным параметром является отношение сигнал-шум, который обычно измеряется в дБ согласно формуле

гдеS - мощность полезного сигнала,

N - мощность уровня шумов.

Чем больше отношение сигнал-шум, тем сигнал лучшего качества и наоборот. Теоретически максимальная скорость связана с отноше­нием сигнал-шум формулой Шеннона-Хартли

где B - ширина полосы пропускания (Гц),

S - мощность сигнала (Вт),

N - мощность случайных шумов (Вт).

Например. Сигнал имеет полосу частот шириной 3000 Гц, отно­шение сигнал- шум равно 20 дБ, требуется найти максимальную скорость передачи информации.

Согласно формуле (6.2) запишем: получимДалее, подставляяв формулу (6.3), найдем:

Задержка распространения и задержка передачи сигналов

Для каждого вида среды передачи характерна конечная задержка времени, требуемая сигналу для распространения от одного конца передающей среды до другого. В свободном пространстве электри­ческие сигналы имеют скорость света 3108 м/с.

В физической среде, т.е. в витой паре проводников или коаксиаль­ном кабеле, скорость распространения составляет 2108 м/с, т.е. сигналу требуется 0,510-8 с, чтобы пройти 1м среды.

В каналах связи данные передаются в виде блоков или кадров и при поступлении блока отправителю возвращается извещение о правильном или неправильном получении блока. Время, протекающее между отправлением первого бита блока и получением последнего бита соответствующего извещения, определяется как задержка об­ращения. Очевидно, что эта задержка зависит не только от времени передачи кадра со скоростью битов, но и задержки распространения.

Относительное влияние этих двух факторов будет различным для различных физических каналов, вследствие чего эти факторы связаны соотношением

где Тр - задержка распространения (l - рас­стояние (м), Vр - скорость распространения (м/с)),

Tп - задержка передачи (N – число бит в блоке, Vп -.скорость передачи (бит/ с)).

Пример. Блок из 1000 бит должен быть передан между двумя уст­ройствами аппаратуры. Определить Тр, Tп, а для следу­ющих типов каналов связи:

а) витая пара проводников с l=100 м, Vп =10 Кбит/с,

б) коаксиальный кабель с l=10 км, Vп =1 Мбит/с,

в) открытый канал с l=60000 км, Vп =10 Мбит/с (спутниковая связь).

С учетом формулы (6.4) получим:

а) Тр = 510-7 с, Tп = 0,1с, а =510-6;

б) Тр = 510-5 с, Tп =110-3 с, а =510-2;

в) Тр = 210-1 с, Tп = 110-4 с, а =2103;

7. Порядок выполнения работы

В соответствии с таблицей вариантов (п.9) каждый студент инди­видуально по указанию преподавателя выполняет свой вариант зада­ния в следующей последовательности.

  1. Нарисовать структурную схему своего варианта сети, описать особенности ее функционирования,

  2. Дать краткое описание физической среды передачи, конструктивные особенности, ограничения на скорость передачи и протяженность канала связи,

  3. Найти максимальную скорость передачи информации по каналу связи при заданной ширине полосы частот и отношении сигнал-шум,

  4. Определить добротность канала связи сети при максимальной скорости передачи информации,

  5. Найти время задержки распространения и передачи сигналов в канале связи своего варианта сети. Оценить их вклад в общую задержку сигналов при поблочной передаче информа­ции,

  6. Определить производительность сети в течение 6 часов непрерывной работы в сутки,

  7. Построить для своего варианта зависимость удельной стоимости сети от топологии каналов связи, условно приняв стоимость всей сети за единицу ее относительного значения.

8. Отчет должен содержать:

а) титульный лист с названием работы и номером варианта, шифр группы, Ф.И.О. студента, выполнившего работу;

б) результаты расчетов по пунктам индивидуального задания;

в) графический материал на отдельных листах, поясняющий ответы на вопросы задания.

9. Таблица вариантов расчетного задания

Таблица 3

Варианты №№

п/п

Параметры и характеристики сети

Топология сети

Среда передачи

Ширина полосы частот, МГц

Отношение сигнал-шум, дБ

Число бит в блоке, шт

Количество абонентов, шт

Максимальная протяженность канала между АП, м

1

К

КК

18

10

1000

800

200

2

К

ВП

0,25

20

300

25

15

3

Ш

КК

20

10

500

1000

100

4

Ш

КК

50

10

2000

160

400

5

Ш

КК

20

10

4000

200

1000

6

З

КК

120

20

800

100

250

7

К

ВОК

64

18

4000

10

2000

8

К

ВП

2

20

300

25

20

9

К

ВОК

100

8

1500

25

2000

10

К

ВП

1

20

1000

50

30

11

Ш

ВОК

128

16

1000

12

1500

12

З

КК

25

40

800

256

1000

13

З

КК

16

30

1200

16

700

14

К

ВОК

240

10

1500

24

3000

15

Ш

ВП

36

20

1800

10

30

16

Ш

ВП

2

20

1200

32

100

17

К

ВП

2

20

240

48

50

18

З

КК

300

10

800

150

300

19

З

КК

40

20

1400

640

900

20

К

КК

3

18

200

40

400

21

К

ВП

4

10

1400

12

50

22

Ш

ВОК

64

32

120

30

2000

23

К

ВОК

32

20

3000

16

1500

24

З

КК

48

18

1000

60

300

25

Ш

ВП

40

16

1500

20

100

Условные обозначения:  К - “кольцо”,

Ш - “шина”,

З - “звезда”,

ВП- витая пара,

КК- коаксиальный кабель,

ВОК- волоконно-оптический кабель

10.Список литературы

  1. В.Н.Рогинский и др. Теория сетей связи.- М.: Радио и связь, 1981.

  2. В.П.Волчков, В.А.Горохов, В.П. Дмитриев. Оценка эффективности оптоэлектронных каналов в системах связи. // Электронная про­мышленность, вып. 9/127/, 1984.

  3. С.Т.Хвощ, В.В.Дорошенко, В.В.Горовой. Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматического управления. Ленинград; Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989.

  4. Фред Халсалл. Передача данных сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем. М.: Радио и связь,1995.