Огляд каналів та систем передачі інформації

Історично першими канали спілкування людей був акустичний, але пропускна здатність та вибірковість цього каналу досить обмежена З початку 19 ст. почалася ера застосування електромагнітних способів передачі даних.

Перші канали використовували провідні лінії зв'язку, які також мали обмежені характеристики.

Пізніше до них під'єдналися радіозасоби або акустичні засоби і з кінця 20 ст. почали застосовуватись волоконно-оптичні засоби передачі.

Розглянемо особливості цих каналів передачі.

За останні 20 років пропускна здатність каналів зросла до 100 Гбіт/с.

Теоретично можливості оптичних каналів зв'язку лежать в межах 50 Тбіт/с.

Сучасні характеристики в межах сотні Гбіт/с обмежені перетворювачами електричних сигналів в оптичні і навпаки.

Кабельні канали зв'язку для цілей телекомунікацій почали застосовувати першими. І на сьогодні вони займають досить велику частину телекомунікаційних засобів. Основну частину складають телефонні мідні кабелі. Вони містять десятки і навіть сотні скручених пар мідних провідників.

Смуга пропускання диктувалася потребами аналогового обміну голосом в рамках комутованої телефонної мережі.

З урахування зростання вимог до широкосмугових каналів скручені пари провідників почали замінюватись коаксіальні кабелі, які мають смугу до 500 МГц і забезпечує обмін до 1 Гбіт/с.

Коаксіальний кабель має компоненти:

• центральний мідний провідник

• ізолятор

• екран

• зовнішній ізолятор

Коаксіальний кабель характеризується хвильовим опором і найбільш поширеним є коаксіальний кабель з хвильовим опором в 50 та 75 Ом.

Для забезпечення мінімальних втрат коаксіальні кабелі узгоджуються на обох кінцях відповідним резистором.

Для мінімізації наводок та впливу завад екран коаксіального кабелю має бути заземленим в 1 точці.

Граничні відстані для яких може бути застосований кабель складає 10-15 км.

В міру розвитку технології скручені пари провідників змогли створити серйозну конкуренцію коаксіальним кабелям. Це відбулося тоді коли смуга пропускання скручений провідників досягла від 200 до 350 МГц при довжині 100 м. При цьому значну роль у конкурентоздатності таких провідників зіграла дешевизна з'єднувачів.

При скороченні пар провідників дозволяє використовувати біполярні приймачі, що робить систему менш вразливою до зовнішніх наведень. Кабелі виготовлені із скручених пар категорії 5, має полосу 100 МГц і забезпечує пропускну здатність 155 Мбіт/с.

При 4-х скручених парах канал дозволяє здійснювати передачу до 620 Мбіт/с.

Кабелі категорії 6 сертифікуються до частоти 300 МГц, а екрановані до 600 МГц. При хвильовому опорі до 100 Ом.

Кабель із 4-х скруток може забезпечувати пропускну здатність понад 1Гбіт/с.

Підводячи підсумки можна стверджувати, що при відстані до 100 м можуть використовуватись скручені пари провідників та коаксіальні кабелі, забезпечуючи швидкість передачі понад 150 Мбіт/с.

На відстані в 20 м скрученою парою провідників може досягати до 1 Гбіт/с. Якщо відстань між передавачем і приймачем перевищує декілька сотень метрів, то коаксіальний кабель дозволяє забезпечити ймовірність помилку 10^{-12 10-13}.

Зв'язок через комутовану лінію допускає при паралельній швидкості обміну ймовірність помилки 10^-5 та сукупним критерієм ефективності локальний коаксіальний кабель кращий від сучасної телефонної лінії  1000 разів.

Однак потрібно зауважити, що і телефонна мережа на сучасних провідниках і на коаксіальних кабелях вимагає прокладені їх спеціальних комунікаційних каналах, а також вимагає суттєвих затрат на експлуатацію. Тому одним із перспективних напрямків є використання радіоканалу.

Застосування електромагнітних сигналів для телекомунікацій має майже столітню історію.

Основною характеристикою електромагнітних коливань є частота, яка вимірюється в Гц, а відстань на яку поширюється електромагнітна хвиля за один період називається довжиною хвилі , яка вимірюється в м, см, ...

Співвідношення між довжиною хвилі та частотою є обернено пропорційним із врахування швидкості розповсюдження світла.

Якщо частота f

c — швидкість світла

Для систематизації використання радіоканалів було укладено міжнародну угоду. Вона регламентовує використання частот різними країнами для певних цілей.

Недавно у 1991 р міжнародний телекомунікаційний союз розподілив частоти для переносних переговорних пристроїв. Однак США не підписали цей договір, оскільки на цей час в США використовувалось велике число таких пристроїв і їх власники не погоджувалися на їхнє переналаштування.

Тому на даний час відсутня єдина система стандартизації телефонних пристроїв.

За частотними діапазонами діляться певні сфери застосування каналів переачі інформації і ці канали можна представити рисунком:

КК – коаксіальний кабель

СП – скрутка провідників

АМР – радіодіапазон

ФМР – радіодіапазон

ТБ – діапазон телебачення

СКЗ – супутникові канали зв'язку

ОКЗ – оптичні канали зв'язку

Радіоканали знаходяться в частотному діапазоні, який суттєво є меншими за діапазон оптичних каналів зв'язку.

Для передачі сигналів через радіоканали використовуються приймальні та передавальні станції (ХЗ)

Мах відстань на яку може працювати радіоканал приблизно визначається за формулою при умові, що потужність передавача лежить в межах допустимих норм, які встановлені для відповідних засобів.

L=[км]

За класичною формулою послаблення потужності сигналу пропорційна квадрату відстані між передавачем і приймачем.

Дослідження показали, що атмосферні впливи з різною мірою впливають на послаблення сигналу в залежності від частоти сигналу.

Як правило, є теплоізоляція збільшення міри послаблення по мірі збільшення частоти сигналу.

Для побудови телекомунікаційних систем і мереж використовуються модеми, які встановлюються між антеною та комп'ютером і забезпечують модуляцію і демодуляцію сигналу.

На основі основних правил розповсюджених радіоканалів створюються різні телекомунікаційні системи, які знайшли широке застосування.

З 80-х років активний розвиток отримала телефонія.

Мобільні телекомунікації використовують діапазони в межах від 50 МГц до 1.8 ГГц.

Мобільні системи працюють при малих вихідних потужностях пердавачі, що обмежує розмір зони прийому.

Такі зони називають сотами і для надійного зв'язку соти мають перекривати відповідну площу.

Для управління використовуються пристрої комутатори які забезпечують ефективне з'єднання великої кількості користувачів мобільного телефону.

Також використовуються системи GPRS для обслуговування мобільних абонентів.

Один із базових стандартів для бездротових радіотелекомунікаційних систем є стандарт IEEE 802.16.

Він передбачає використання частоти діапазонів від 2 до 11 Гц, від 2-16 Гц, від 10 до 66 Гц.

Серед мобільних систем можна відзначити наступні W-Fi, WiMAX, Bluetooth.

Ці системи використовують різні алгоритми кодування, забезпечують різні функціональні можливості і альтернативи.

Система Wi-Fi з найпростішою і через точки доступу забезпечує можливість реалізації мереж для багатьох користувачів. Система WiMAX передбачає використання базових станцій, через які забезпечується доступ на певній прощі радіусом 5-7 км. При застосуванні спеціальних засобів цей радіус може бути збільшений до 10 км.