Затухание сигнала и шумы

Искажение сигнала

Полудуплексная и полнодуплексная передача

Когда два компьютера обмениваются информацией с помощью ЛВС, обычно в любой момент вре­мени данные перемещаются только в одном направлении, поскольку узкополосная сеть, применяе­мая в большинстве ЛВС, способна передавать только один сигнал. Такая передача называется полу­дуплексной. Если же две системы способны связываться в обоих направлениях одновременно, связь между ними называется полнодуплексной. Наиболее простой пример полнодуплексной системы – телефонная сеть, где обе стороны могут говорить и слушать одновременно.

При наличии соответствующего оборудования в ЛВС определенного типа возможна и полнодуп­лексная передача. Главное условие – отдельный канал для трафика в каждом из двух направлений. Например, коаксиальный кабель состоит из одного проводника и «земли», поэтому двусторонний трафик невозможен физически. А вот витая пара состоит из четырех изолированных проводов в од­ной оболочке, одна из которых предназначена для входящего трафика и еще одна – для исходящего. При этом удваивается пропускная способность сети.

Аналоговые сигналы восприимчивы к затуханию и шумам в линии, связанным с использованием медных проводников в качестве материала передающей среды.

В контексте современных технологий аналоговая связь имеет ограниченную поло­су пропускания. Аналоговая линия даже с самой широкой полосой пропускания не может сравниться с теми возможностями, которые предоставляет простейшая цифро­вая связь. Если при цифровой передаче данных не используется заимствование битов4 (т.е. обычно 56 Кбит/с полностью используются для полезной информации, а остав­шаяся часть — для служебной), то базовая полоса пропускания достигает 64 Кбит/с. Такое значение превышает возможности любых аналоговых каналов.

На физическую среду передачи данных влияют такие факторы, как затухание, шу­мы и перекрестные наводки. Некоторые передающие среды более восприимчивы к этим факторам, что следует учитывать при планировании и установке сетевой инфра­структуры.

Первая проблема, характерная для электрического тока — необходимость поддер­живать нужный уровень сигнала. Сигнал, проходящий по передающей среде, постепенно затухает (рис. 1.4). Вектор на рис. 1.4 показывает область затухания сигнала при его удалении от источника.

Затухание характерно как для аналоговых, так и для цифровых сигналов. Существует конечное значение для расстояния, которое может пройти сигнал без усиления или вос­становления. Затухание растет с увеличением частоты сигнала и удлинением кабеля пере­дающей среды. Тип кабеля в данном случае также имеет значение. Например, если частота сигнала остается неизменной, в ответвительном кабеле (drop cable) с диаметром сечения 22 затухание будет меньшим, чем в ответвительном кабеле той же длины с диаметром сече­ния 26. Чем меньше диаметр сечения кабеля, тем надежнее кабель.

Затухание — это величина, характеризующая потери амплитуды, измеряется в деци­белах (дБ). Величина потерь сигнала выражается отрицательными значениями, соответ­ственно, значению -2 дБ соответствует более сильный сигнал, чем значению -4 дБ. Для каждых 6 децибел величина сигнала уменьшается в два раза. Иными словами, сигнал за­туханием -8 дБ в два раза меньше, чем сигнал с затуханием в -2 дБ. Об этом важно помнить при сравнении характеристик различных ответвительных кабелей.

Еще один аспект, отличающий ана­логовые сигналы от цифровых — способ коррекции затухания.

Цифровые сигналы состоят из дискретных значений, поэтому их легко обнаружить и регенерировать. Цифровой повторитель полностью регенерирует сигнал, позволяя увеличить расстояние, на которые могут быть переданы данные. После того как ос­лабленный сигнал поступает в повторитель, он восстанавливается и передается даль­ше, имея уровень исходного сигнала.

Аналоговые сигналы не регенерируются. Потоки аналоговых сигналов должны усиливаться из-за постоянного изменения их амплитуды. Когда сигнал затухает, его амплитуда в физической передающей среде должна быть увеличена. В этом и заклю­чается фундаментальная проблема этого метода усиления.

Усилитель повышает общий уровень сигнала в линии, в том числе и уровень шу­мов. Чем больше усиливается сигнал, тем громче становится шум. В конце концов насту­пает момент, когда усиливать сигнал больше нельзя, так как шумы становятся на­столько сильными, что принимающая сторона не может распознать принимаемые данные. Рассмотренная ситуация подводит нас к следующей теме — шумам.

Шумы, зачастую называемые шумом линии, оказывают различное воздействие на разные физические передающие среды. Например, витая медная пара более подвер­жена воздействию шумов, а оптоволоконные линии — менее. Тот, кто работает с ло­кальными сетями, вероятно, знает о том, что кабель Ethernet нельзя прокладывать слишком близко к осветительным приборам и желобам электропроводки, в против­ном случае полезный сигнал будет сильно зашумлен.

В аналоговых линиях чаще всего используется витая пара с диаметром сечения проводов от 22 до 24, а это неизбежно приводит к возникновению шума. На рис. 1.5 показан аналоговый сигнал с шумом.

Одной из самых распространенных форм шума является перекрестная наводка. В ка­честве простейшего примера проявления перекрестной наводки можно привести ситуа­цию, когда кто-то поднимает трубку телефона и слышит чей-то разговор, передаваемый по смежной паре проводов. Причиной возникновения подобного эффекта может быть неисправность оборудования и разъемов или плохое экранирование проводов.

Чтобы ослабить действие электромагнитных помех, пару медных проводов переви­вают. Витки позволяют не только рассеять электромагнитные помехи, но и ослабить эффект затухания сигнала. Чем больше витков на одном погонном метре кабеля, тем лучше защита от электромагнитных помех. Например, в кабеле третьей категории (САТЗ) используется примерно один виток на каждые десять сантиметров, а в кабеле пятой категории (САТЗ) — один виток на каждые шесть сантиметров. Таким образом, кабель САТ5 может поддерживать более широкую полосу пропускания, чем кабель САТЗ той же длины. Использование витых кабельных пар помогает уменьшить поме­хи только до определенного расстояния, по достижении которого все же требуется ис­пользовать усиление или регенерацию сигнала.

Перекрестные наводки могут также возникнуть из-за трещин в оболочке смежных проводов. Обращайте особое внимание на структуру кабеля, особенно если используются разъемы собственного производства. Если витки на концах кабеля расположены слишком далеко от разъема, то при передаче высокочастотного сиг­нала это может стать причиной возникновения перекрестных наводок.

Дата добавления: 2014-10-15