Лекции / Физические каналы связи

Физические каналы связи и их основные характеристики

В качестве физической среды распространения сигналов в каналах связи используется:

- витая пара проводников,

- кабель коаксиальный (узкополосный, широкополосный),

- волоконно-оптический (световодный) кабель,

- открытый радиоволновый ВЧ и СВЧ - канал.

В таблице представлены качественные характеристики сред физи­ческих каналов.

Качественные характеристики сред физических каналов

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.

В итая 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.

В итая пара проводников, используемая совместно со схемами приема и передачи, применяется для скоростей до 1Мбит/с при длине канала L<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.

К оаксиальный 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. 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 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 Q_max_-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).

Свойства кабелей определяются типом волокон. Для дальности, скорости и достоверности передачи информации используются следующие параметры волоконно-оптического кабеля:

• потери мощности на единицу длины (дБ/км);

• дисперсия на единицу длины (нс/км).

• диаметр волокна

Типовые характеристики волокон световодной ткани

Тип волокна	Диаметр световодной жилы, мкм	Наружный диаметр, мкм	Потери, дБ/км	Дисперсия, нс/км
Одномодовое	5-10	125-150	0,2-3	0,01-0,1
Многомодовое	50-66	125-150	0,3-3	1-20
С большой сердцевиной	200-600	до 1000	5-20	30-100

Световой сигнал на входе волоконно-оптического кабеля генерируется источником оптического излучения, светодиодом или полупроводниковым лазером. На выходе сигнал принимается фотоприемниками излучения – фотодиодом или фототранзистором.

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.