2.8. Характеристики линий связи

Минимальная требуемая мощность передатчика в сети определяется из комбинации двух величин: требуемой мощности сигнала на выходе линии, определяемой порогом чувствительности приемника, и величины затухания на линии.

Полоса пропускания – это непрерывный диапазон частот, в котором затухание A не превышает заранее заданный предел, обычно назначаемый в размере -3дБ (2 раза). Полоса пропускания зависит от типа линии, от протяженности и от частоты сигнала.

Помехоустойчивость линии – определяет способность линии противостоять влиянию помех. Зависит от типа физической среды передачи и от экранирующих свойств линии. Наихудшая помехоустойчивость у радиоканалов, кабельные системы – довольно хорошо защищены от помех, при условии правильной, технически грамотной их организации, но высшую помехозащищенность обеспечивают оптоволоконные линии связи. Для уменьшения уровня помех кабели скручивают и/или экранизируют.

Если в кабеле помехой наводится электрический ток – это электрическая связь, которая определяется как отношение

где i – ток помехи, u – напряжение, действующее в источнике.

Магнитная связь – это отношение ЭДС в цепи к току во влияющей цепи. Сумма электрических и магнитных связей составляет наведенные сигналы в линии (наводки).

Параметры, характеризующие устойчивость к наводкам:

• Перекрестные наводки на ближнем конце линии, NEXT – наводка от передатчика, расположенного на том же конце линии, что и приемник (рядом). Величина ее измеряется в децибелах и определяется как:

Здесь P_out , P_ind – соответственно мощности выходного и наведенного сигнала. Чем меньше величина NEXT, тем лучше. Например, для кабеля витой пары категории 5, на частоте 100 МГц значение NEXT составляет -27дБ.

• Перекрестные наводки на дальнем конце линии, FEXT – приходят от источника наводок, расположенного на другом конце линии относительно приемника. Обычно NEXT > FEXT. Оба показателя применимы только к кабелям, состоящим из нескольких витых пар. Если пар больше двух, то применяются величины PSNEXT , PSFEXT, где PS означает Power Sum, - это суммарная мощность наводок от всех пар. Для коаксиальных кабелей и оптоволокна эти величины неприменимы из-за их малости.

• Защищенность кабеля, ACR - это разность уровней полезного сигнала и помех. Чем она больше, тем выше скорость передачи сигнала по кабелю.

• Достоверность передачи данных – вероятность искажения передаваемого бита данных. Другое название – интенсивность битовых ошибок, BER. Для обычных кабелей, величина BER~ 10^-4 - 10^-6 , а для оптических - 10^-9 .

2.8.1. Формула Шеннона

Клод Шеннон доказал, что пропускная способность линии связи зависит от полосы пропускания и наличия помех в канале. Эти величины связаны между собой следующим выражением:

где С – пропускная способность канала [бит/с],

F – ширина полосы пропускания [Гц],

P_s и P_N – соответственно мощности сигнала и шума.

Таким образом, теоретически пропускная способность может достигать бесконечно больших значений, при уменьшении мощности шумов до нуля (или при бесконечном увеличении мощности полезного сигнала), но оба этих варианта на практике недостижимы, хотя бы из за своей дороговизны. Обычно наибольшие значения отношения P_s к P_N составляют примерно 100.

Другое соотношение, определяющее максимум пропускной способности линии связи, было получено Найквистом. Формула Найквиста определяет максимальную пропускную способность линии связи в отсутствие шумов следующим образом:

где величина M – это количество различимых состояний информационного параметра.

Если сигнал имеет два различимых состояния, то C = 2F.

Если существует более двух различимых состояний – тогда пропускная способность повышается.