- Главная
- Информатика
- Характеристики линий связи
Содержание
- 2. Анализ сигналов на линиях связи и искажений Из теории гармонического анализа известно, что любой периодический процесс
- 3. Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощью специальных приборов - спектральных
- 4. Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то последняя также может вносить дополнительные искажения, так как невозможно
- 5. Затухание и волновое сопротивление в линях связи Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается по таким
- 6. Затухание является более обобщенной характеристикой линии связи, так как позволяет судить не о точной форме сигнала,
- 7. Оптический кабель имеет существенно более низкие (по абсолютной величине) величины затухания, обычно в диапазоне от 0,2
- 8. Помехоустойчивость и достоверность Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде или
- 9. Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяют устойчивость кабеля в том случае,
- 10. Применяется также такой практически важный показатель, как защищенность кабеля (ACR). Защищенность определяется как разность между уровнями
- 11. Помехозащищенность витой пары Существует два способа передачи сигналов по витым парам: несбалансированная передача (несимметричные цепи) и
- 12. На рисунке видно, что на входе приемника на сигнальном проводнике присутствует сумма напряжений сигнала Uc и
- 13. Схема симметричной цепи, в которой используется балансный принцип передачи информации, изображена на рисунке. Симметричная сеть В
- 14. Полоса пропускания Полоса пропускания (bandwidth) - это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает некоторый
- 16. Виды искажений Нелинейные искажения. Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во
- 18. Скачать презентацию
Анализ сигналов на линиях связи и искажений
Из теории гармонического анализа известно,
Анализ сигналов на линиях связи и искажений
Из теории гармонического анализа известно,
Рис.5.5. Представление периодического сигнала суммой амплитуд
Каждая составляющая синусоида называется также гармоникой, а набор всех гармоник называют спектральным разложением исходного сигнала. Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с непрерывным спектром частот. Например, спектральное разложение идеального импульса (единичной мощности и нулевой длительности) имеет составляющие всего спектра частот, от -оо до +oo (рис. 5.6). Техника нахождения спектра любого исходного сигнала хорошо известна. Для некоторых сигналов, которые описываются аналитически (например, для последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности и амплитуды), спектр легко вычисляется на основании формул Фурье.
Рис. 5.6. Спектральное разложение идеального импульса
Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с
Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с
Рис.5.7. Искажение импульсов в линии связи
Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Так, например, медные провода всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузок (рис.5.8). В результате для синусоид различных частот линия будет обладать разным полным сопротивлением, а значит, и передаваться они будут по-разному.
Волоконно-оптический кабель также имеет отклонения от идеальной среды передачи света - вакуума.
Рис. 5.8. Представление линии как распределенной индуктивно-емкостной нагрузки
Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то последняя также может вносить
Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то последняя также может вносить
Для генерации качественных прямоугольных импульсов необходимо, чтобы спектральная характеристика передатчика представляла собой как можно более узкую полосу. Например, лазерные диоды имеют значительно меньшую ширину спектра излучения (1-2 нм) по сравнению со светодиодами (30-50 нм) при генерации импульсов, поэтому частота модуляции лазерных диодов может быть намного выше, чем светодиодов.
Затухание и волновое сопротивление в линях связи
Степень искажения синусоидальных сигналов линиями
Затухание и волновое сопротивление в линях связи
Степень искажения синусоидальных сигналов линиями
Здесь Рвых - мощность сигнала на выходе линии, Рвх - мощность сигнала на входе линии. Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей всегда меньше, чем мощность входного сигнала, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной. Степень затухания мощности синусоидального сигнала при прохождении им по линии связи обычно зависит от частоты синусоиды, поэтому полной характеристикой будет зависимость затухания от частоты во всем представляющем для практики диапазоне (рис. 5.9). Наряду с этой характеристикой можно также использовать такие характерис-
тики линии связи, как амплитудно-частотная и фазочастотная зависимости. Две последние характеристики дают более точное представление о характере передачи сигналов через линию связи, чем характеристика затухания, так как на их основе, зная форму исходного сигнала, всегда можно найти форму выходного сигнала.
Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а фазу - в соответствии с фазочастотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив или проинтегрировав преобразованные гармоники.
Рис.5.9. Зависимость затухания от частоты
Затухание является более обобщенной характеристикой линии связи, так как позволяет судить
Затухание является более обобщенной характеристикой линии связи, так как позволяет судить
Чаще всего при описании параметров линии связи приводятся значения затухания всего в нескольких точках общей зависимости, при этом каждая из этих точек соответствует определенной частоте, на которой измеряется затухание. Отдельное значение затухания называют коэффициентом затухания. Применение всего нескольких значений вместо полной характеристики связано, с одной стороны, со стремлением упростить измерения при проверке качества линии, а с другой стороны, на практике часто заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по линии сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.
Чем меньше затухание, тем выше качество линии связи. Обычно затуханием характеризуют пассивные участки линии связи, состоящие из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов. Например, кабель для внутренней проводки в зданиях на витой паре категории 5, на которой работают практически все технологии локальных сетей, характеризуется затуханием не ниже -23,6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. Частота 100 МГц выбрана потому, что кабель этой категории предназначен для высокоскоростной передачи данных, сигналы которых имеют значимые гармоники с частотой примерно 100 МГц. Более качественный кабель категории 6 должен уже иметь на частоте 100 МГц затухание не ниже -20,6 дБ, то есть в меньшей степени снижать мощность сигнала. Часто оперируют с абсолютными значениями затухания, опуская его знак, так как затухание всегда отрицательно для пассивного, не содержащего усилители и регенераторы, участка линии, например непрерывного кабеля.
На рис. 5.10 показаны типовые зависимости затухания
от частоты для кабелей на неэкранированной витой
паре категорий 5 и 6.
Оптический кабель имеет существенно более низкие (по абсолютной величине) величины затухания,
Оптический кабель имеет существенно более низкие (по абсолютной величине) величины затухания,
Рис.5.11. Окна прозрачности оптического волокна
В качестве характеристики мощности передатчика часто используется абсолютный уровень мощности сигнала. Уровень мощности, как и затухание, измеряется в децибелах. При этом в качестве базового значения мощности сигнала, относительно которого измеряется текущая мощность, принимается значение в 1 мВт. Таким образом, уровень мощности р вычисляется по следующей формуле: [дБм]
Здесь Р - мощность сигнала в милливаттах, а дБм (dBm) - единица измерения уровня мощности (децибел на 1 мВт).
Важным вторичным параметром распространения медной линии связи является ее волновое сопротивление. Этот параметр представляет собой полное (комплексное) сопротивление, которое встречает электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль однородной цепи. Волновое сопротивление измеряется в Омах и зависит от таких первичных параметров линии связи, как активное сопротивление, погонная индуктивность и погонная емкость, а также от частоты самого сигнала. Выходное сопротивление передатчика должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии, иначе затухание сигнала будет чрезмерно большим.
Помехоустойчивость и достоверность
Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых
Помехоустойчивость и достоверность
Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых
Рис.5.12. Переходное затухание
Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяют
Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяют
Рис. 5.13. Суммарное переходное затухание
В связи с тем, что в некоторых новых технологиях используется передача данных одновременно по нескольким витым парам, в последнее время стали применяться также показатели перекрестных наводок с приставкой PS (PowerSUM), такие как PS NEXT и PS FEXT. Эти показатели отражают устойчивость кабеля к суммарной мощности перекрестных наводок на одну из пар кабеля от всех остальных передающих пар (рис. 5.13).
Применяется также такой практически важный показатель, как защищенность кабеля (ACR). Защищенность
Применяется также такой практически важный показатель, как защищенность кабеля (ACR). Защищенность
Рис.5.14. Зависимость защищенности кабеля
Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала ограниченной полосой пропускания линии. Поэтому для
повышения достоверности передаваемых данных нужно повышать степень помехозащищенности линии, снижать уровень перекрестных наводок в кабеле, а также использовать более широкополосные линии связи. Полоса пропускания - это еще одна вторичная характеристика, которая, с одной стороны, непосредственно зависит от затухания, а с другой стороны, прямо влияет на такой важнейший показатель линии связи, как максимально возможная скорость передачи информации.
Помехозащищенность витой пары
Существует два способа передачи сигналов по витым парам: несбалансированная
Помехозащищенность витой пары
Существует два способа передачи сигналов по витым парам: несбалансированная
Кабели на основе медных витых пар позволяют строить как симметричные, так и несимметричные цепи.
Все виды ЛВС используют балансную передачу сигналов по витым парам. Несимметричные цепи применяются для построения систем пожарных и охранных сигнализаций и для передачи постоянных питающих напряжений, например, от УАТС к телефонам на рабочих местах.
При несбалансированной передаче используется несимметричная цепь, то есть один из проводников заземляется с одной или с двух сторон.
Сигналы передаются по остальным проводникам и изменяются относительно земли.
По своей природе несимметричные цепи очень чувствительны к внешнему электромагнитному излучению (ЭМИ).
На рисунке видно, что на входе приемника на сигнальном проводнике присутствует
На рисунке видно, что на входе приемника на сигнальном проводнике присутствует
Несимметричная сеть
Токи наводок на заземляющем проводнике стекают на землю, поэтому на нем UН равно нулю.
С другой стороны, сигнальный провод является источником излучения электромагнитной энергии во внешнее пространство. Это приводит к значительному затуханию сигнала в процессе его распространения.
Некоторое улучшение характеристик несимметричных цепей достигается в случае использования общего заземленного экрана, однако такое решение существенно повышает стоимость и трудоемкость монтажа кабельной системы.
Еще одним недостатком несимметричных цепей является отсутствие гальванической развязки передатчика и приемника.
При неисправностях в системе заземления или в защитной изоляции сетевого оборудования высокое напряжение от систем электропитания может попасть как на заземляющий, так и на сигнальный провод, что часто сопровождается выходом из строя приемопередающих устройств на одном или обоих концах линии связи.
Достоинством несимметричных цепей является то, что для передачи N сигналов требуется только N+1 проводников (N сигнальных плюс один общий заземляющий).
Несимметричные цепи применяют для передачи низкочастотных сигналов на короткие расстояния.
Широко известным ее примером является интерфейс RS-232 (V.24).
Схема симметричной цепи, в которой используется балансный принцип передачи информации, изображена
Схема симметричной цепи, в которой используется балансный принцип передачи информации, изображена
Симметричная сеть
В симметричных цепях приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами.
Во вторичные обмотки передается только разность потенциалов на первичной обмотке. Из рисунка выше видно, что токи наводки в полностью симметричной цепи приводят к противофазному изменению напряжения UН на первичной обмотке трансформатора приемника, так что результирующий мешающий сигнал не передается во вторичную обмотку.
Поэтому, в отличие от несимметричных, симметричные цепи значительно более устойчивы к внешним мешающим влияниям.
Соответственно ЭМИ проводников имеет равные по величине и противоположные по направлениям векторы электромагнитного поля ввиду противоположного направления токов в них. Поэтому в идеальной симметричной цепи суммарные векторы напряженности излучаемого электромагнитной поля равны нулю и излучаемое ЭМИ отсутствует.
Симметричные цепи позволяют передавать значительно более широкополосные сигналы, по сравнению с несимметричными, и поэтому широко используются для построения СКС.
Основными недостатками симметричных цепей с балансной передачей являются, во-первых, необходимость использования для приема и передачи N сигналов 2xN проводников (на каждый сигнал 2 провода) и, во-вторых, невозможность передачи постоянной составляющей сигнала.
Полоса пропускания
Полоса пропускания (bandwidth) - это непрерывный диапазон частот, для которого
Полоса пропускания
Полоса пропускания (bandwidth) - это непрерывный диапазон частот, для которого
Таким образом, амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание являются универсальными характеристиками, и их знание позволяет сделать вывод о том, как через линию связи будут передаваться сигналы любой формы. Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности. На рис. 5.15 показаны полосы пропускания линий связи различных типов, а также наиболее часто используемые в технике связи частотные диапазоны.
Виды искажений
Нелинейные искажения.
Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного
Виды искажений
Нелинейные искажения.
Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного
Коэффицие́нт нелине́йных искаже́ний (КНИ) — величина для количественной оценки нелинейных искажений, равная отношению среднеквадратичной суммы спектральных компонентов выходного сигнала, отсутствующих в спектре входного сигнала, к среднеквадратичной сумме спектральных компонентов входного сигнала. КНИ — безразмерная величина, выражается обычно в процентах. Кроме КНИ уровень нелинейных искажений можно выразить с помощью коэффициента гармоник.
Коэффициент гармоник так же как и КНИ выражается в процентах. Коэффициент гармоник (Kг) связан с КНИ (Kн) соотношением :
Типовые значения КНИ : 0% — синусоида; 3% — форма, близкая к синусоидальной; 5% — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21% — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43% — сигнал прямоугольной формы.
В результате нелинейных искажений в спектре сигнала появляются новые составляющие, в частности новые гармоники, то есть составляющие, с частотами, кратными основной частоте.
Такие искажения зачастую невозможно отфильтровать или обработать, так как они носят случайный характер.