Tingkat transfer(tingkat informasi atau throughput, kedua istilah bahasa Inggris digunakan secara setara) adalah kecepatan sebenarnya dari aliran data yang telah melewati jaringan. Kecepatan ini mungkin kurang dari kecepatan pemuatan yang disarankan, karena data mungkin rusak atau hilang di jaringan.

Kapasitas tautan (juga disebut throughput), mewakili kecepatan transfer informasi maksimum yang mungkin melalui saluran.

Kekhususan karakteristik ini adalah bahwa ia tidak hanya mencerminkan parameter media transmisi fisik, tetapi juga fitur dari metode yang dipilih untuk mentransmisikan informasi diskrit melalui media ini.

Misalnya, kapasitas saluran komunikasi dalam jaringan Ethernet pada serat optik adalah 10 Mbps. Kecepatan ini adalah kemungkinan maksimum untuk kombinasi teknologi Ethernet dan serat optik. Namun, untuk serat optik yang sama, dimungkinkan untuk mengembangkan teknologi transmisi data lain yang berbeda dalam metode penyandian data, frekuensi clock dan parameter lain, yang akan memiliki kapasitas berbeda. Dengan demikian, teknologi Fast Ethernet menyediakan transmisi data melalui serat optik yang sama dengan kecepatan maksimum 100 Mbps, dan teknologi Gigabit Ethernet - 1000 Mbps. Pemancar perangkat komunikasi harus beroperasi pada kecepatan yang sama dengan bandwidth saluran. Kecepatan ini terkadangdisebut kecepatan bit pemancar.

Bandwidth- istilah ini bisa menyesatkan karena digunakan dalam dua pengertian yang berbeda.

Pertama-tama , dengan bantuannya dapat mengkarakterisasi media transmisi. Dalam hal ini, itu berarti bandwidth yang saluran mentransmisikan tanpa distorsi yang berarti. Dari definisi ini, asal usul istilah itu jelas.

Kedua , istilah "bandwidth" digunakan sebagai sinonim untuk istilah "kapasitas saluran komunikasi". Dalam kasus pertama, bandwidth diukur dalam hertz (Hz), di detik - dalam bit per detik. Penting untuk membedakan arti istilah ini berdasarkan konteksnya, meskipun kadang-kadang cukup sulit. Tentu saja, akan lebih baik menggunakan istilah yang berbeda untuk karakteristik yang berbeda, tetapi ada tradisi yang sulit diubah. Penggunaan ganda dari istilah "bandwidth" ini telah dimasukkan dalam banyak standar dan buku, jadi kami akan mengikuti pendekatan yang telah ditetapkan.

Perlu juga diingat bahwa istilah ini dalam arti kedua bahkan lebih umum daripada kapasitas, jadi dari dua sinonim ini kita akan menggunakan bandwidth.

Kelompok karakteristik lain dari saluran komunikasi dikaitkan dengan kemungkinan transmisi informasi melalui saluran dalam satu atau kedua arah.

Ketika dua komputer berinteraksi, biasanya diperlukan untuk mentransfer informasi dua arah, dari komputer A ke komputer B dan sebaliknya. Bahkan ketika pengguna tampak hanya menerima informasi (misalnya, mengunduh file musik dari Internet) atau mengirim (mengirim email), pertukaran informasi berlangsung dalam dua arah. Hanya ada aliran utama data yang menarik minat pengguna, dan aliran tambahan di arah yang berlawanan, yang membentuk tanda terima untuk menerima data ini.

Saluran komunikasi fisik dibagi menjadi beberapa jenis tergantung pada apakah mereka dapat mengirimkan informasi dua arah atau tidak.

saluran dupleksmenyediakan transmisi simultan informasi di kedua arah. Saluran dupleks dapat terdiri dari dua media fisik, yang masing-masing digunakan untuk mentransfer informasi hanya dalam satu arah. Varian dimungkinkan ketika satu media digunakan untuk transmisi simultan dari aliran yang datang, dalam hal ini metode tambahan digunakan untuk memisahkan setiap aliran dari sinyal total.

Saluran setengah dupleksjuga memastikan transmisi informasi di kedua arah, tetapi tidak secara bersamaan, tetapi secara bergantian. Artinya, selama periode waktu tertentu, informasi ditransmisikan dalam satu arah, dan selama periode berikutnya - dalam arah yang berlawanan.

saluran sederhanamemungkinkan informasi ditransmisikan hanya dalam satu arah. Seringkali saluran dupleks terdiri dari dua saluran simpleks.

Jalur komunikasi

Saat membangun jaringan, jalur komunikasi digunakan yang menggunakan berbagai media fisik: kabel telepon dan telegraf yang digantung di udara, kabel koaksial tembaga dan serat optik yang diletakkan di bawah tanah dan di dasar laut, melibatkan semua kantor modern, pasangan bengkok tembaga, semua gelombang radio yang menembus

Pertimbangkan karakteristik umum jalur komunikasi yang tidak bergantung pada sifat fisiknya, seperti:

lebar pita,

keluaran,

Kekebalan kebisingan dan

Keandalan transmisi.

Lebar garis transmisi adalah karakteristik mendasar dari saluran komunikasi, karena menentukan tingkat informasi maksimum yang mungkin dari saluran, yangdisebut bandwidth saluran.

Rumus Nyquist mengungkapkan ketergantungan ini untuk saluran yang ideal, dan rumus Shannon memperhitungkan keberadaan kebisingan di saluran nyata.

Klasifikasi jalur komunikasi

Saat menjelaskan sistem teknis yang mentransmisikan informasi antara node jaringan, beberapa nama dapat ditemukan dalam literatur:

jalur komunikasi,

saluran komposit,

saluran,

Tautan.

Seringkali istilah ini digunakan secara bergantian dan dalam banyak kasus ini tidak menimbulkan masalah. Pada saat yang sama, ada kekhususan dalam penggunaannya.

Tautan (tautan) adalah segmen yang menyediakan transfer data antara dua node jaringan tetangga. Artinya, tautan tidak mengandung perangkat switching dan multiplexing perantara.

saluran paling sering menunjukkan bagian dari bandwidth link yang digunakan secara independen dalam switching. Misalnya, tautan jaringan utama dapat terdiri dari 30 saluran, yang masing-masing memiliki bandwidth 64 Kbps.

Saluran komposit (sirkuit)adalah jalur antara dua node akhir jaringan. Tautan komposit dibentuk oleh tautan tautan perantara individual dan koneksi internal di sakelar. Seringkali julukan "gabungan" dihilangkan dan istilah "saluran" digunakan untuk mengartikan saluran gabungan dan saluran antara node yang berdekatan, yaitu, di dalam tautan.

Jalur komunikasi dapat digunakan sebagai sinonim untuk salah satu dari tiga istilah lainnya.

Jangan terlalu keras pada kebingungan dalam terminologi. Hal ini terutama berlaku untuk perbedaan terminologi antara telepon tradisional dan bidang jaringan komputer yang lebih baru. Proses konvergensi hanya memperburuk masalah terminologi, karena banyak dari mekanisme jaringan ini menjadi umum, tetapi mempertahankan beberapa (kadang-kadang lebih) nama yang berasal dari masing-masing daerah.

Selain itu, ada alasan obyektif untuk pemahaman istilah yang ambigu. pada gambar. 8.1 menunjukkan dua opsi untuk jalur komunikasi. Dalam kasus pertama (Gbr. 8.1, a), saluran terdiri dari segmen kabel yang panjangnya beberapa puluh meter dan merupakan penghubung.

Dalam kasus kedua (Gbr. 8.1, b), jalur komunikasi adalah saluran komposit yang digunakan dalam jaringan circuit-switched. Jaringan semacam itu dapat berupa jaringan primer atau jaringan telepon.

Namun, untuk jaringan komputer, jalur ini adalah tautan, karena menghubungkan dua node yang berdekatan, dan semua peralatan perantara switching transparan ke node ini. Alasan kesalahpahaman timbal balik di tingkat istilah spesialis komputer dan spesialis jaringan primer jelas di sini.

Jaringan primer secara khusus dibuat untuk menyediakan layanan tautan data untuk jaringan komputer dan telepon, yang dalam kasus seperti itu dikatakan beroperasi "di atas" jaringan primer dan merupakan jaringan overlay.

Karakteristik jalur komunikasi

Anda dan saya perlu memahami konsep seperti: harmonik, dekomposisi spektral (spektrum) sinyal,lebar spektrum sinyal, rumus Fourier, gangguan eksternal, internalinterferensi, atau interferensi, redaman sinyal, redaman spesifik, jendela
transparansi, tingkat kekuatan absolut, tingkat relatif
daya, ambang sensitivitas penerima, impedansi gelombang,
kekebalan garis kebisingan, koneksi listrik, koneksi magnetik,
sinyal yang diinduksi, crosstalk jarak dekat, crosstalk
interferensi di ujung jauh, keamanan kabel, keandalan transmisi
data, tingkat kesalahan bit, bandwidth, throughput
kemampuan, fisik, atau linier, pengkodean, sinyal pembawa,
frekuensi pembawa, modulasi, jam, baud.

Mari kita mulai.

Analisis spektral sinyal pada jalur komunikasi

Peran penting dalam menentukan parameter jalur komunikasi diberikan pada dekomposisi spektral dari sinyal yang ditransmisikan melalui jalur ini. Dari teori analisis harmonik diketahui bahwa setiap proses periodik dapat direpresentasikan sebagai jumlah osilasi sinusoidal dari berbagai frekuensi dan berbagai amplitudo (Gbr. 8.3).

Setiap komponen sinusoidal juga disebut harmonik, dan himpunan semua harmonik
Monik disebut dekomposisi spektral, atau spektrum, dari sinyal asli.

Lebar spektrum sinyal dipahami sebagai perbedaan antara frekuensi maksimum dan minimum dari himpunan sinusoidal yang ditambahkan ke sinyal asli.

Sinyal non-periodik dapat direpresentasikan sebagai integral dari sinyal sinusoidal dengan spektrum frekuensi yang kontinu. Secara khusus, dekomposisi spektral dari pulsa ideal (satuan daya dan durasi nol) memiliki komponen dari seluruh spektrum frekuensi, dari -oo hingga +oo (Gbr. 8.4).

Teknik untuk menemukan spektrum sinyal sumber apa pun sudah dikenal luas. Untuk beberapa sinyal yang dijelaskan secara analitis (misalnya, untuk urutan pulsa persegi panjang dengan durasi dan amplitudo yang sama), spektrum mudah dihitung berdasarkan rumus Fourier.

Untuk sinyal bentuk gelombang arbitrer yang ditemui dalam praktik, spektrum dapat ditemukan menggunakan perangkat khusus - penganalisis spektrum yang mengukur spektrum sinyal nyata dan menampilkan amplitudo komponen harmonik di layar, mencetaknya pada printer, atau mentransfernya ke komputer untuk diproses dan disimpan.

Distorsi oleh saluran transmisi sinusoid dari setiap frekuensi mengarah, pada akhirnya, ke distorsi amplitudo dan bentuk sinyal yang ditransmisikan dalam bentuk apa pun. Distorsi bentuk terjadi ketika sinusoida dari frekuensi yang berbeda terdistorsi secara berbeda.

Jika ini adalah sinyal analog yang mentransmisikan ucapan, maka timbre suara berubah karena distorsi nada - frekuensi samping. Saat mentransmisikan sinyal impuls yang khas untuk jaringan komputer, harmonik frekuensi rendah dan frekuensi tinggi terdistorsi, akibatnya, bagian depan pulsa kehilangan bentuk persegi panjangnya (Gbr. 8.5) dan sinyal mungkin kurang dikenali di ujung penerima saluran .

Sinyal yang ditransmisikan terdistorsi karena ketidaksempurnaan jalur komunikasi. Media transmisi ideal yang tidak menimbulkan interferensi apa pun ke dalam sinyal yang ditransmisikan harus memiliki setidaknya nol resistansi, kapasitansi, dan induktansi. Namun, dalam praktiknya, kabel tembaga, misalnya, selalu mewakili beberapa kombinasi resistansi aktif, beban kapasitif dan induktif yang didistribusikan sepanjang (Gbr. 8.6). Akibatnya, sinusoida dari frekuensi yang berbeda ditransmisikan oleh garis-garis ini dengan cara yang berbeda.

Selain distorsi sinyal yang terjadi karena parameter fisik saluran komunikasi yang tidak ideal, ada juga gangguan eksternal yang berkontribusi terhadap distorsi bentuk gelombang pada keluaran saluran. Gangguan ini diciptakan oleh berbagai motor listrik, perangkat elektronik, atmosferfenomena, dll. Terlepas dari tindakan perlindungan yang diambil oleh pengembang kabel dan ketersediaan peralatan penguat dan sakelar, tidak mungkin untuk sepenuhnya mengkompensasi pengaruh interferensi eksternal. Selain interferensi eksternal pada kabel, ada juga interferensi internal - yang disebut interferensi dari satu pasang konduktor ke yang lain. Akibatnya, sinyal pada output jalur komunikasi dapatmemiliki bentuk terdistorsi (seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8.5).

Atenuasi dan impedansi

Tingkat distorsi sinyal sinusoidal oleh jalur komunikasi diperkirakan oleh karakteristik seperti redaman dan bandwidth. Atenuasi menunjukkan seberapa besar daya sinyal sinusoidal referensi pada keluaran saluran komunikasi berkurang sehubungan dengan daya sinyal pada masukan saluran ini. Atenuasi (A) biasanya diukur dalam desibel (dB) dan dihitung menggunakan rumus berikut:

Di sini Pout adalah kekuatan sinyal pada output saluran, Pin adalah kekuatan sinyal pada input saluran. Karena redaman tergantung pada panjang jalur komunikasi, berikut ini digunakan sebagai karakteristik jalur komunikasi:disebut atenuasi linier, yaitu, redaman pada jalur komunikasi dengan panjang tertentu. Untuk kabel LAN, 100 m biasanya digunakan sebagai panjang ini, karena nilai ini adalah panjang kabel maksimum untuk banyak teknologi LAN. Untuk jalur komunikasi teritorial, redaman spesifik diukur untuk jarak 1 km.

Biasanya, redaman mencirikan bagian pasif dari jalur komunikasi, yang terdiri dari kabel dan penampang, tanpa amplifier dan regenerator.

Karena daya keluaran kabel tanpa amplifier perantara kurang dari daya sinyal masukan, redaman kabel selalu bernilai negatif.

Tingkat redaman kekuatan sinyal sinusoidal tergantung pada frekuensi sinusoidal, dan ketergantungan ini juga digunakan untuk mengkarakterisasi jalur komunikasi (Gbr. 8.7).

Paling sering, ketika menggambarkan parameter jalur komunikasi, nilai atenuasi diberikan hanya untuk beberapa frekuensi. Ini dijelaskan, di satu sisi, oleh keinginan untuk menyederhanakan pengukuran saat memeriksa kualitas saluran. Sebaliknya, dalam praktiknya, frekuensi fundamental dari sinyal yang ditransmisikan sering diketahui terlebih dahulu, yaitu frekuensi yang harmoniknya memiliki amplitudo dan daya tertinggi. Oleh karena itu, cukup mengetahui redaman pada frekuensi ini untuk memperkirakan distorsi sinyal yang ditransmisikan melalui saluran.

PERHATIAN

Seperti disebutkan di atas, redaman selalu negatif, tetapi tanda minus sering dihilangkan, yang terkadang menyebabkan kebingungan. Benar sekali untuk mengatakan bahwa kualitas jalur komunikasi semakin tinggi, semakin besar (dengan mempertimbangkan tanda) redaman. Jika kita mengabaikan tanda, yaitu, mengingat nilai absolut dari redaman, maka garis yang lebih baik memiliki redaman yang lebih kecil. Mari kita ambil contoh. Kabel twisted-pair kategori 5 digunakan untuk kabel dalam ruangan di gedung-gedung.Kabel ini, yang mendukung hampir semua teknologi LAN, memiliki redaman minimal -23,6 dB untuk frekuensi 100 MHz dengan panjang kabel 100 m. b memiliki redaman pada frekuensi 100 MHz tidak kurang dari -20,6 dB. Kami mendapatkan itu - 20.6 > -23.6, tapi 20.6< 23,6.

pada gambar. Gambar 8.8 menunjukkan atenuasi vs. frekuensi tipikal untuk kabel UTP Kategori 5 dan Kategori 6.

Kabel optik memiliki nilai redaman (dalam nilai absolut) yang jauh lebih rendah, biasanya berkisar antara -0,2 hingga -3 dB dengan panjang kabel 1000 m, yang berarti kualitasnya lebih baik daripada kabel twisted pair. Hampir semua serat optik memiliki ketergantungan panjang gelombang yang kompleks dari redaman, yang memiliki tiga apa yang disebut jendela transparansi. pada gambar. Gambar 8.9 menunjukkan kurva atenuasi tipikal untuk serat optik. Dapat dilihat dari gambar bahwa area penggunaan efektif serat modern terbatas pada panjang gelombang 850 nm, 1300 nm dan 1550 nm (masing-masing 35 THz, 23 THz dan 19,4 THz). Jendela 1550 nm memberikan kerugian terendah, dan oleh karena itu jangkauan maksimum pada daya pemancar tetap dan sensitivitas penerima tetap

Sebagai karakteristik kekuatan sinyal, absolut dan relatif
tingkat kekuatan relatif. Tingkat kekuatan absolut diukur dalam
watt, tingkat daya relatif, seperti redaman, diukur dalam
belah. Pada saat yang sama, sebagai nilai dasar kekuatan, relatif terhadap yang
kekuatan sinyal diukur, nilai 1 mW diambil. Dengan demikian,
tingkat daya relatif p dihitung menggunakan rumus berikut:

Di sini P adalah kekuatan sinyal absolut dalam miliwatt, dan dBm adalah satuannya
tingkat daya relatif renium (desibel per 1 mW). relatif
nilai daya nyaman digunakan saat menghitung anggaran energi
dan jalur komunikasi.

Kesederhanaan perhitungan yang ekstrem menjadi mungkin karena fakta bahwa sebagai
data awal digunakan nilai relatif daya input
sinyal masukan dan keluaran. Nilai y yang digunakan dalam contoh disebut
ambang sensitivitas penerima dan mewakili daya minimum
sinyal pada input penerima, di mana ia dapat menemukan dengan benar
mengetahui informasi diskrit yang terkandung dalam sinyal. Jelas bahwa untuk
operasi normal dari jalur komunikasi, perlu daya minimum
sinyal pemancar, bahkan dilemahkan oleh redaman jalur komunikasi, terlampaui
ambang sensitivitas penerima: x - A > y. Verifikasi kondisi ini dan
adalah inti dari menghitung anggaran energi garis.

Parameter penting dari jalur komunikasi tembaga adalah impedansinya,
yang merupakan hambatan total (kompleks) yang memenuhi
gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu ketika merambat sepanjang satu
rantai asli. Impedansi karakteristik diukur dalam ohm dan tergantung pada
parameter jalur komunikasi, seperti resistansi aktif, induktansi linier
dan kapasitansi linier, serta pada frekuensi sinyal itu sendiri. Resistansi keluaran
Keluaran pemancar harus sesuai dengan impedansi saluran,
jika tidak, atenuasi sinyal akan terlalu besar.

Kekebalan dan keandalan kebisingan

Kekebalan kebisingan saluran, seperti namanya, menentukan kemampuan saluran untuk menahan pengaruh interferensi yang dibuat di lingkungan eksternal atau pada konduktor internal kabel itu sendiri. Kekebalan kebisingan saluran tergantung pada jenis media fisik yang digunakan, serta pada alat pelindung dan peredam kebisingan saluran itu sendiri. Yang paling tidak tahan kebisingan adalah saluran radio, saluran kabel memiliki stabilitas yang baik, dan saluran serat optik, yang tidak sensitif terhadap radiasi elektromagnetik eksternal, memiliki stabilitas yang sangat baik. Biasanya, konduktor dilindungi dan/atau dipelintir untuk mengurangi interferensi dari medan elektromagnetik eksternal.

Kopling listrik dan magnet adalah parameter kabel tembaga yang juga merupakan hasil interferensi. Kopling listrik didefinisikan sebagai rasio arus induksi di sirkuit yang terpengaruh dengan tegangan yang bekerja di sirkuit yang mempengaruhi. Kopling magnetik adalah rasio gaya gerak listrik yang diinduksi di sirkuit yang terpengaruh dengan arus di sirkuit yang terpengaruh. Hasil dari kopling listrik dan magnet adalah sinyal yang diinduksi (pickup) di sirkuit yang terpengaruh. Ada beberapa parameter berbeda yang mencirikan resistansi kabel terhadap pickup.

Crosstalk di ujung dekat (Near End Cross Talk, NEXT) menentukan stabilitas kabel jika interferensi terbentuk sebagai akibat dari aksi sinyal yang dihasilkan oleh pemancar yang terhubung ke salah satu pasangan yang berdekatan pada saat yang sama ujung kabel yang terhubung ke penerima berpasangan yang terpengaruh (Gbr. 8.10). BERIKUTNYA, dinyatakan dalam desibel, sama dengan 10 lg Pout/Pind> di mana Pout adalah kekuatan sinyal output, Pind adalah kekuatan sinyal induksi.

Semakin kecil nilai NEXT, semakin baik kabelnya. Misalnya, untuk twisted pair Kategori 5, NEXT harus kurang dari -27 dB pada 100 MHz.

Crosstalk di ujung jauh (Far End Cross Talk, FEXT) memungkinkan Anda untuk mengevaluasi ketahanan kabel terhadap interferensi untuk kasus ketika pemancar dan penerima terhubung ke ujung kabel yang berbeda. Jelas, indikator ini harus lebih baik daripada NEXT, karena sinyal tiba di ujung kabel yang dilemahkan oleh redaman setiap pasangan.

Indikator NEXT dan FEXT biasanya diterapkan pada kabel yang terdiri dari beberapa pasangan bengkok, karena dalam hal ini interferensi timbal balik dari satu pasangan dengan yang lain dapat mencapai nilai yang signifikan. Untuk kabel koaksial tunggal (yaitu, terdiri dari inti terlindung tunggal), indikator ini tidak masuk akal, dan untuk kabel koaksial ganda juga tidak berlaku karena tingkat perlindungan yang tinggi dari setiap inti. Serat optik juga tidak menimbulkan gangguan timbal balik yang nyata.

Karena fakta bahwa di beberapa teknologi baru, data ditransmisikan secara bersamaan melalui beberapa pasangan bengkok, indikator crosstalk dengan awalan PS (PowerSUM - gabungan crosstalk), seperti PS NEXT dan PS FEXT, baru-baru ini mulai digunakan. Indikator-indikator ini mencerminkan resistansi kabel terhadap daya total crosstalk pada salah satu pasangan kabel dari semua pasangan pemancar lainnya (Gbr. 8.11).

Indikator praktis penting lainnya adalah keamanan kabel (Atenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Keamanan didefinisikan sebagai perbedaan antara tingkat sinyal yang berguna dan interferensi. Semakin tinggi nilai perlindungan kabel, semakin tinggi, menurut rumus Shannon, dengan potensi yang lebih tinggi

kecepatan dapat mentransfer data tetapi kabel ini. pada gambar. 8.12 menunjukkan karakteristik khas ketergantungan keamanan kabel pada kabel pasangan terpilin tanpa pelindung pada frekuensi sinyal.

Keandalan transmisi data mencirikan kemungkinan distorsi dari setiap bit data yang ditransmisikan. Terkadang indikator yang sama disebut bit error rate (Bit Error Rate, BER). Nilai BER untuk jalur komunikasi tanpa perlindungan kesalahan tambahan (misalnya, kode atau protokol yang mengoreksi sendiri dengan transmisi ulang frame yang terdistorsi) biasanya 10-4-10-6, dalam jalur komunikasi serat optik - 10~9. Nilai keandalan transmisi data, misalnya 10-4, menunjukkan bahwa rata-rata, dari 10.000 bit, nilai satu bit terdistorsi.

Frekuensi cutoff sering dianggap sebagai frekuensi di mana daya sinyal keluaran dibagi dua relatif terhadap sinyal masukan, yang sesuai dengan redaman -3 dB. Seperti yang akan kita lihat di bawah, lebar pita mempengaruhi kecepatan maksimum transfer informasi melalui jalur komunikasi. Bandwidth tergantung pada jenis saluran dan panjangnya. pada gambar. 8.13 menunjukkan bandwidth jalur komunikasi dari berbagai jenis, serta rentang frekuensi yang paling umum digunakan dalam teknologi komunikasi

Misalnya, karena protokol lapisan fisik selalu didefinisikan untuk jalur digital, yang menentukan kecepatan bit transfer data, bandwidth selalu diketahui - 64 Kbps, 2 Mbps, dll.

Dalam kasus-kasus ketika hanya perlu untuk memilih mana dari banyak protokol yang ada untuk digunakan pada saluran tertentu, karakteristik lain dari saluran tersebut, seperti bandwidth, crosstalk, kekebalan kebisingan, dll., sangat penting.

Bandwidth, seperti kecepatan transfer data, diukur dalam bit per detik (bps) serta unit turunan seperti kilobit per detik (Kbps), dll.

Bandwidth jalur komunikasi dan peralatan jaringan komunikasi dilalui
Secara tradisional diukur dalam bit per detik, bukan byte per detik. Ini karena fakta bahwadata dalam jaringan ditransmisikan secara berurutan, yaitu, sedikit demi sedikit, dan tidak secara paralel, byte, seperti yang terjadi antara perangkat di dalam komputer. Satuan pengukuran iniseperti kilobit, megabit atau gigabit, dalam teknologi jaringan secara ketat sesuai dengan kekuatan 10(yaitu, satu kilobit adalah 1000 bit, dan satu megabit adalah 1.000.000 bit), seperti biasa di semua
cabang ilmu pengetahuan dan teknologi, dan bukan kekuatan dua yang dekat dengan angka-angka ini, seperti biasadalam pemrograman, di mana awalan "kilo" adalah 210 = 1024, dan "mega" adalah 220 = 1.048.576.

Throughput jalur komunikasi tidak hanya bergantung pada karakteristiknya, seperti:
baik atenuasi dan bandwidth, tetapi juga pada spektrum sinyal yang ditransmisikan.
Jika harmonik signifikan dari sinyal (yaitu, harmonik yang amplitudonya
membuat kontribusi utama pada sinyal yang dihasilkan) jatuh ke dalam pita sandi
jalur, maka sinyal seperti itu akan ditransmisikan dengan baik oleh jalur komunikasi ini,
dan penerima akan dapat mengenali dengan benar informasi yang dikirim oleh
pemancar (Gbr. 8.14, a). Jika harmonik signifikan melampaui
bandwidth jalur komunikasi, maka sinyal akan terdistorsi secara signifikan -
Xia, dan penerima akan salah dalam mengenali informasi (Gbr. 8.14, b).

Sedikit dan baud

Pilihan metode untuk merepresentasikan informasi diskrit dalam bentuk sinyal yang diberikan oleh
ditransmisikan ke jalur komunikasi disebut pengkodean fisik, atau linier.

Spektrum sinyal tergantung pada metode pengkodean yang dipilih dan, karenanya,
kapasitas garis.

Jadi, untuk satu metode pengkodean, satu baris dapat memiliki satu
throughput, dan untuk yang lain - lain. Misalnya, kabel twisted pair
rii 3 dapat mengirimkan data dengan bandwidth 10 Mbps dengan sengketa
pengkodean standar lapisan fisik 10VaBe-T dan 33 Mbit / s dengan kemampuan untuk
Pengkodean standar 100Base-T4.

Sesuai dengan postulat dasar teori informasi, setiap perubahan tak terduga yang terlihat dalam sinyal yang diterima membawa informasi. Oleh karena itu berikut inisinusoida, di mana amplitudo, fase dan frekuensi tetap tidak berubah, informasi tidakmembawa, karena perubahan sinyal, meskipun terjadi, benar-benar dapat diprediksi. Demikian pula, pulsa pada bus jam komputer tidak membawa informasi,karena perubahan mereka juga konstan dalam waktu. Tetapi pulsa pada bus data tidak dapat diprediksi sebelumnya, ini membuatnya bersifat informasional, mereka membawa informasi
antara blok individu atau perangkat komputer.

Dalam sebagian besar metode pengkodean, perubahan dalam beberapa parameter sinyal periodik digunakan - frekuensi, amplitudo, dan fase sinusoida, atau tanda potensi rangkaian pulsa. Sinyal periodik yang parameternya dapat berubah disebut sinyal pembawa, dan frekuensinya, jika sinyalnya sinusoidal, disebut frekuensi pembawa. Proses mengubah parameter sinyal pembawa sesuai dengan informasi yang ditransmisikan disebut modulasi.

Jika sinyal berubah sedemikian rupa sehingga hanya dua statusnya yang dapat dibedakan, maka setiap perubahan di dalamnya akan sesuai dengan unit informasi terkecil - sedikit. Jika sinyal dapat memiliki lebih dari dua keadaan yang dapat dibedakan, maka setiap perubahan di dalamnya akan membawa beberapa bit informasi.

Transmisi informasi diskrit dalam jaringan telekomunikasi dilakukan secara clock, yaitu, sinyal berubah pada interval waktu yang tetap, yang disebut tact. Penerima informasi menganggap bahwa pada awal setiap siklus, informasi baru tiba di inputnya. Dalam hal ini, terlepas dari apakah sinyal mengulangi keadaan siklus sebelumnya atau apakah memiliki keadaan yang berbeda dari yang sebelumnya, penerima menerima informasi baru dari pemancar. Misalnya, jika siklusnya adalah 0,3 s, dan sinyal memiliki dua keadaan dan 1 dikodekan dengan potensi 5 volt, maka keberadaan sinyal 5 volt pada input penerima selama 3 detik berarti menerima informasi yang diwakili oleh bilangan biner. 11111111111.

Jumlah perubahan parameter informasi dari sinyal periodik pembawa per detik diukur dalam baud. Satu baud sama dengan satu perubahan parameter data per detik. Misalnya, jika siklus transmisi informasi adalah 0,1 detik, maka sinyal berubah pada kecepatan 10 baud. Dengan demikian, baud rate sepenuhnya ditentukan oleh ukuran jam.

Kecepatan informasi diukur dalam bit per detik dan umumnya tidak sesuai dengan kecepatan baud. Kecepatannya bisa lebih tinggi atau lebih rendah.

perubahan parameter informasi yang diukur dalam baud. Rasio ini tergantung pada jumlah status sinyal. Misalnya, jika sinyal memiliki lebih dari dua status berbeda, maka dengan siklus clock yang sama dan metode pengkodean yang sesuai, laju informasi dalam bit per detik dapat lebih tinggi daripada laju baud sinyal informasi.

Biarkan parameter informasi menjadi fase dan amplitudo sinusoid, dan 4 fase menyatakan pada 0, 90, 180 dan 270 ° dan dua nilai amplitudo sinyal berbeda, maka sinyal informasi dapat memiliki 8 keadaan yang dapat dibedakan. Ini berarti bahwa setiap keadaan dari sinyal ini membawa informasi dalam 3 bit. Dalam hal ini, modem yang beroperasi pada 2400 baud (mengubah sinyal informasi 2400 kali per detik) mentransmisikan informasi pada kecepatan 7200 bps, karena 3 bit informasi ditransmisikan dengan satu perubahan sinyal.

Jika sinyal memiliki dua status (yaitu, membawa informasi dalam 1 bit), maka kecepatan informasi biasanya bertepatan dengan jumlah baud. Namun, sebaliknya juga dapat diamati, ketika laju informasi lebih rendah dari laju perubahan sinyal informasi dalam baud. Ini terjadi ketika, untuk pengenalan yang dapat diandalkan oleh penerima informasi pengguna, setiap bit dalam urutan dikodekan oleh beberapa perubahan dalam parameter informasi dari sinyal pembawa. Misalnya, ketika mengkodekan nilai bit tunggal dengan pulsa polaritas positif, dan nilai nol bit dengan pulsa polaritas negatif, sinyal fisik berubah statusnya dua kali selama transmisi setiap bit. Dengan pengkodean ini, laju baris dalam bit per detik adalah dua kali lebih rendah daripada dalam baud.

Semakin tinggi frekuensi sinyal periodik pembawa, semakin tinggi frekuensi modulasi dan semakin tinggi bandwidth tautan komunikasi.

Namun, di sisi lain, dengan peningkatan frekuensi sinyal pembawa periodik, lebar spektrum sinyal ini juga meningkat.

Garis mentransmisikan spektrum sinusoida ini dengan distorsi yang ditentukan oleh bandwidthnya. Semakin besar perbedaan antara bandwidth saluran dan bandwidth sinyal informasi yang ditransmisikan, semakin banyak sinyal yang terdistorsi dan semakin besar kemungkinan kesalahan dalam pengenalan informasi oleh pihak penerima, yang berarti bahwa tingkat transmisi informasi yang mungkin adalah lebih sedikit.

Rasio Bandwidth vs Throughput

Hubungan antara lebar pita suatu saluran dan lebar pitanya, terlepas dari metode penyandian fisik yang diterima, ditetapkan oleh Claude Shannon:

C \u003d F log 2 (1 + Rs / Rsh) -

Di sini C adalah bandwidth saluran dalam bit per detik, F adalah bandwidth saluran dalam hertz, Pc adalah kekuatan sinyal, Rsh adalah kekuatan noise.

Dari hubungan ini dapat disimpulkan bahwa tidak ada batasan teoretis untuk throughput tautan bandwidth tetap. Namun, dalam praktiknya ada batasan seperti itu. Memang, dimungkinkan untuk meningkatkan kapasitas saluran dengan meningkatkan daya pemancar atau dengan mengurangi daya gangguan (gangguan) di saluran komunikasi. Kedua komponen ini sangat sulit untuk diubah. Meningkatkan daya pemancar menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam ukuran dan biaya. Mengurangi tingkat kebisingan memerlukan penggunaan kabel khusus dengan pelindung pelindung yang baik, yang sangat mahal, serta pengurangan kebisingan pada peralatan pemancar dan perantara, yang tidak mudah dicapai. Selain itu, efek kekuatan sinyal dan noise yang berguna pada throughput dibatasi oleh ketergantungan logaritmik, yang tumbuh jauh dari kecepatan proporsional langsung. Jadi, untuk rasio awal yang cukup umum dari daya sinyal terhadap daya derau 100 kali, menggandakan daya pemancar hanya akan memberikan peningkatan 15% dalam kapasitas saluran.

Intinya dekat dengan rumus Shannon adalah rasio lain yang diperoleh Nyquist, yang juga menentukan throughput maksimum yang mungkin dari jalur komunikasi, tetapi tanpa memperhitungkan kebisingan di jalur:

C = 2Flog2 M.

Di sini M adalah jumlah status yang dapat dibedakan dari parameter informasi.

Jika sinyal memiliki dua status yang dapat dibedakan, maka bandwidth sama dengan dua kali bandwidth jalur komunikasi (Gbr. 8.15, a). Jika pemancar menggunakan lebih dari dua status sinyal stabil untuk mengkodekan data, maka kapasitas saluran meningkat, karena dalam satu siklus operasi, pemancar mentransmisikan beberapa bit data asli, misalnya, 2 bit dengan adanya empat status sinyal yang dapat dibedakan ( Gambar 8.15, b).

Meskipun rumus Nyquist tidak secara eksplisit memperhitungkan keberadaan kebisingan, secara tidak langsung
pengaruhnya tercermin dalam pilihan jumlah status sinyal informasi
tunai. Untuk meningkatkan throughput jalur komunikasi, perlu menambah jumlah status, tetapi dalam praktiknya hal ini dicegah oleh noise di jalur. Misalnya, bandwidth saluran, yang sinyalnya ditunjukkan pada Gambar. 8.15, b, dapat digandakan lagi dengan menggunakan bukan 4, tetapi 16 level untuk penyandian data. Namun, jika amplitudo kebisingan kadang-kadang melebihi perbedaan antara tingkat yang berdekatan, maka penerima tidak akan dapat mengenali data yang dikirimkan secara stabil. Oleh karena itu, jumlah status sinyal yang mungkin sebenarnya dibatasi oleh rasio kekuatan sinyal terhadap noise, dan rumus Nyquist menentukan kecepatan data maksimum jika jumlah status telah dipilih dengan mempertimbangkan kemampuan pengenalan stabil oleh penerima.

Twisted pair terlindung dan tidak terlindung

pasangan bengkok disebut kabel twisted pair. Jenis media transmisi ini sangat populer dan menjadi dasar dari sejumlah besar kabel internal dan eksternal. Kabel dapat terdiri dari beberapa pasangan terpilin (kabel luar terkadang berisi hingga beberapa lusin pasangan tersebut).

Memutar kabel mengurangi pengaruh interferensi eksternal dan timbal balik pada sinyal berguna yang ditransmisikan melalui kabel.

Fitur utama dari desain kabel secara skematis ditunjukkan pada gambar. 8.16.

Kabel pasangan terpilin adalah: simetris , yaitu, mereka terdiri dari dua konduktor yang identik secara struktural. Kabel pasangan bengkok yang seimbang dapat berupa: terlindung, dan tidak terlindungi.

Hal ini diperlukan untuk membedakan antara listrik isolasi inti konduktif, yang ada di kabel apa pun, dari:elektromagnetikisolasi. Yang pertama terdiri dari lapisan dielektrik non-konduktif - kertas atau polimer seperti polivinil klorida atau polistirena. Dalam kasus kedua, selain insulasi listrik, inti konduktif juga ditempatkan di dalam pelindung elektromagnetik, yang paling sering digunakan sebagai jalinan tembaga konduktif.

Berbasis Kabelpasangan bengkok tanpa pelindung,digunakan untuk kabel

di dalam gedung, dibagi dalam standar internasional menjadi kategori (dari 1 hingga 7).

kabel kategori 1 digunakan di mana persyaratan untuk kecepatan transmisi
minimal. Biasanya itu adalah kabel untuk transmisi suara digital dan analog.
dan transmisi data berkecepatan rendah (hingga 20 Kbps). Sampai tahun 1983, ini adalah
Jenis kabel baru untuk kabel telepon.

kabel kategori 2 pertama kali digunakan oleh IBM dalam konstruksi
sistem kabel sendiri. Persyaratan utama untuk kabel kategori ini adalah
rii - kemampuan untuk mengirimkan sinyal dengan spektrum hingga 1 MHz.

kabel kategori 3 distandarisasi pada tahun 1991. Standar EIA-568
menentukan karakteristik listrik kabel untuk frekuensi dalam kisaran hingga
16MHz. Kabel kategori 3 dirancang untuk transmisi data dan
dan untuk transmisi suara, sekarang menjadi dasar dari banyak sistem kabel
bangunan.

Kategori 4 kabel adalah versi yang sedikit ditingkatkan dari
kabel kategori 3. Kabel kategori 4 harus tahan uji selama satu jam -
Tote transmisi sinyal 20 MHz dan memberikan peningkatan kekebalan kebisingan
vost dan kehilangan sinyal rendah. Dalam praktiknya, mereka jarang digunakan.

Kategori 5 kabel telah dirancang khusus untuk mendukung high
protokol kecepatan. Karakteristik mereka ditentukan dalam kisaran hingga
100MHz. Sebagian besar teknologi berkecepatan tinggi (FDDI, Fast Ethernet,
ATM dan Gigabit Ethernet) dipandu oleh penggunaan kabel twisted pair
5. Kabel Kategori 5 telah menggantikan kabel Kategori 3, dan hari ini
semua sistem kabel baru dari gedung-gedung besar dibangun di atas tipe ini
kabel (dikombinasikan dengan serat optik).

Kabel mengambil tempat khusus kategori 6 dan 7, yang mulai diproduksi oleh industri relatif baru-baru ini. Kabel Kategori 6 ditetapkan hingga 250 MHz dan kabel Kategori 7 ditetapkan hingga 600 MHz. Kabel kategori 7 harus diberi pelindung, baik masing-masing pasangan maupun seluruh kabel secara keseluruhan. Kabel kategori 6 dapat berupa terlindung atau tidak berpelindung. Tujuan utama dari kabel ini adalah untuk mendukung protokol kecepatan tinggi pada kabel yang berjalan lebih lama dari kabel UTP Kategori 5.

Semua kabel UTP, terlepas dari kategorinya, tersedia dalam konfigurasi 4-pasangan. Masing-masing dari empat pasangan kabel memiliki warna dan nada putaran tertentu. Biasanya, dua pasang untuk transmisi data, dan dua untuk transmisi suara.

kabel serat optik

kabel serat optikterdiri dari serat kaca fleksibel tipis (5-60 mikron) (panduan cahaya serat) yang melaluinya sinyal cahaya merambat. Ini adalah jenis kabel dengan kualitas tertinggi - kabel ini menyediakan transmisi data dengan kecepatan yang sangat tinggi (hingga 10 Gb / dtk dan lebih tinggi) dan, terlebih lagi, lebih baik daripada jenis media transmisi lainnya, kabel ini memberikan perlindungan data dari gangguan eksternal (karena sifat propagasi cahaya, sinyal tersebut mudah untuk melindungi).

Setiap pemandu cahaya terdiri dari konduktor pusat cahaya (inti) - serat kaca, dan cangkang kaca, yang memiliki indeks bias lebih rendah daripada inti. Menyebar melalui inti, sinar cahaya tidak melampaui batasnya, dipantulkan dari lapisan penutup cangkang. Tergantung pada distribusi indeks bias dan ukuran diameter inti, ada:

serat multimode dengan indeks bias bertahap (Gbr. 8.17, sebuah)\

serat multimode dengan perubahan halus dalam indeks bias (Gbr. 8.17, b)\

serat mode tunggal (Gbr. 8.17, di).

Konsep "mode" menggambarkan mode perambatan sinar cahaya di inti kabel.

Dalam kabel mode tunggal(Single Mode Fiber, SMF) menggunakan konduktor pusat berdiameter sangat kecil, sepadan dengan panjang gelombang cahaya - dari 5 hingga 10 mikron. Dalam hal ini, hampir semua sinar cahaya merambat sepanjang sumbu optik serat tanpa dipantulkan dari konduktor luar. Membuat lebih

PADA kabel multimode(Multi Mode Fiber, MMF) menggunakan inti internal yang lebih lebar yang lebih mudah diproduksi secara teknologi. Dalam kabel multimode, ada beberapa berkas cahaya di konduktor dalam pada saat yang sama, dipantulkan dari konduktor luar pada sudut yang berbeda. Sudut pantul sinar disebut mode balok. Pada kabel multimode dengan perubahan indeks bias yang halus, mode pantulan sinar memiliki karakter yang kompleks. Interferensi yang dihasilkan menurunkan kualitas sinyal yang ditransmisikan, yang menyebabkan distorsi pulsa yang ditransmisikan dalam serat optik multimode. Untuk alasan ini, kinerja teknis kabel multimode lebih buruk daripada kabel mode tunggal.

Akibatnya, kabel multimode digunakan terutama untuk transmisi data dengan kecepatan tidak lebih dari 1 Gb / s jarak pendek (hingga 300-2000 m), dan kabel mode tunggal digunakan untuk transmisi data pada kecepatan ultra-tinggi beberapa puluh gigabit per detik (dan saat menggunakan teknologi DWDM - hingga beberapa terabit per detik) pada jarak hingga beberapa puluh dan bahkan ratusan kilometer (komunikasi jarak jauh).

Sebagai sumber cahaya dalam kabel serat optik digunakan:

LED, atau dioda pemancar cahaya (Light Emitted Diode, LED);

laser semikonduktor, atau dioda laser.

Untuk kabel mode tunggal, hanya dioda laser yang digunakan, karena dengan diameter serat optik yang begitu kecil, fluks cahaya yang dibuat oleh LED tidak dapat diarahkan ke serat tanpa kerugian besar - ia memiliki pola radiasi yang terlalu lebar, sedangkan dioda laser sempit. Emitter LED yang lebih murah hanya digunakan untuk kabel multimode.

Biaya kabel serat optik tidak jauh lebih tinggi daripada biaya kabel twisted pair, tetapi pekerjaan pemasangan dengan serat optik jauh lebih mahal karena kerumitan operasi dan tingginya biaya peralatan instalasi yang digunakan.

temuan

Tergantung pada jenis peralatan perantara, semua jalur komunikasi dibagi menjadi analog dan digital. Dalam saluran analog, peralatan perantara dirancang untuk memperkuat sinyal analog. Saluran analog menggunakan multiplexing frekuensi.

Dalam jalur komunikasi digital, sinyal yang ditransmisikan memiliki jumlah status yang terbatas. Dalam jalur seperti itu, peralatan perantara khusus digunakan - regenerator, yang meningkatkan bentuk pulsa dan memastikan sinkronisasi ulangnya, yaitu, mengembalikan periode pengulangannya. Peralatan perantara untuk multiplexing dan switching jaringan primer beroperasi berdasarkan prinsip time multiplexing saluran, ketika setiap saluran berkecepatan rendah dialokasikan sebagian kecil waktu (slot waktu, atau kuantum) dari saluran berkecepatan tinggi.

Bandwidth mendefinisikan rentang frekuensi yang ditransmisikan oleh link dengan redaman yang dapat diterima.

Throughput saluran komunikasi tergantung pada parameter internalnya, khususnya, bandwidth, parameter eksternal - tingkat interferensi dan tingkat redaman interferensi, serta metode pengkodean data diskrit yang diterima.

Rumus Shannon menentukan throughput maksimum yang mungkin dari saluran komunikasi untuk nilai tetap dari bandwidth saluran dan rasio kekuatan sinyal terhadap noise.

Rumus Nyquist mengungkapkan kemungkinan throughput maksimum dari jalur komunikasi melalui bandwidth dan jumlah status sinyal informasi.

Kabel twisted pair dibagi menjadi unshielded (UTP) dan shielded (STP). Kabel UTP lebih mudah dibuat dan dipasang, tetapi kabel STP memberikan tingkat keamanan yang lebih tinggi.

Kabel serat optik memiliki karakteristik elektromagnetik dan mekanik yang sangat baik, kerugiannya adalah kompleksitas dan biaya pekerjaan pemasangan yang tinggi.

1. Bagaimana tautan berbeda dari saluran komunikasi gabungan?
   1. Bisakah saluran gabungan terdiri dari tautan? Dan sebaliknya?
   2. Bisakah saluran digital membawa data analog?
   3. Apa jenis karakteristik jalur komunikasi yang meliputi: tingkat kebisingan, bandwidth, kapasitas linier?
   4. Langkah-langkah apa yang dapat diambil untuk meningkatkan kecepatan informasi tautan:

o Kurangi panjang kabel;

o pilih kabel dengan hambatan yang lebih kecil;

o pilih kabel dengan bandwidth yang lebih lebar;

o Terapkan metode pengkodean spektrum yang lebih sempit.

1. Mengapa tidak selalu mungkin untuk meningkatkan kapasitas saluran dengan meningkatkan jumlah status sinyal informasi?
   1. Mekanisme apa yang digunakan untuk menekan interferensi pada kabel? UTP?
   2. Kabel mana yang mentransmisikan sinyal lebih baik - dengan nilai parameter yang lebih tinggi BERIKUTNYA atau dengan lebih sedikit?
   3. Berapa lebar spektrum pulsa ideal?
   4. Sebutkan jenis-jenis kabel optik!
   5. Apa yang terjadi jika Anda mengganti kabel di jaringan yang berfungsi? STP kabel UTP? Pilihan jawaban:

dalam jaringan, proporsi bingkai yang terdistorsi akan berkurang, karena gangguan eksternal akan ditekan lebih efektif;

Oh tidak ada yang akan berubah;

O dalam jaringan, proporsi bingkai yang terdistorsi akan meningkat, karena impedansi keluaran pemancar tidak sesuai dengan impedansi kabel.

1. Mengapa menggunakan kabel serat optik bermasalah pada subsistem horizontal?
   1. besaran yang diketahui adalah:

Tentang daya pemancar minimum P keluar (dBm);

redaman catch-up kabel A (dB/km);

Tentang ambang sensitivitas penerima Pin (dBm).

Diperlukan untuk menemukan panjang maksimum yang mungkin dari jalur komunikasi di mana sinyal ditransmisikan secara normal.

1. Berapakah batas teoritis kecepatan data dalam bit per detik pada suatu tautan dengan bandwidth 20 kHz jika daya pemancar adalah 0,01 mW dan daya derau pada tautan tersebut adalah 0,0001 mW?
   1. Tentukan kapasitas tautan dupleks untuk setiap arah jika bandwidthnya diketahui 600 kHz dan metode pengkodean menggunakan 10 status sinyal.
   2. Hitung delay propagasi sinyal dan delay transmisi data untuk kasus transmisi paket 128-byte (anggap kecepatan propagasi sinyal sama dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa 300.000 km/s):

O melalui kabel twisted pair 100 m pada kecepatan transmisi 100 Mbps;

O melalui kabel koaksial sepanjang 2 km dengan kecepatan transmisi 10 Mbps;

O melalui saluran satelit dengan panjang 72.000 km dengan kecepatan transmisi 128 Kbps.

1. Hitung kecepatan tautan jika Anda tahu bahwa frekuensi clock pemancar adalah 125 MHz dan sinyalnya memiliki 5 status.
   1. Penerima dan pemancar adaptor jaringan terhubung ke pasangan kabel yang berdekatan UTP. Berapa daya interferensi induksi pada masukan penerima jika pemancar memiliki daya 30 dBm, dan eksponen SELANJUTNYA kabel adalah -20 dB?
   2. Diketahui modem mentransmisikan data dalam mode duplex dengan kecepatan 33,6 Kbps. Berapa banyak status yang dimiliki sinyalnya jika bandwidth jalur komunikasi adalah 3,43 kHz?

halaman 20

Jalur komunikasi adalah media fisik dan seperangkat perangkat keras yang digunakan untuk mengirimkan sinyal dari pemancar ke penerima. Dalam sistem komunikasi kabel, ini pertama-tama adalah kabel atau pemandu gelombang; dalam sistem komunikasi radio, ini adalah wilayah ruang di mana gelombang elektromagnetik merambat dari pemancar ke penerima. Saat ditransmisikan melalui saluran, sinyal mungkin terdistorsi dan mungkin terpengaruh oleh interferensi. Perangkat penerima memproses sinyal yang diterima , yang merupakan jumlah dari sinyal terdistorsi dan interferensi yang masuk , dan mengembalikan pesan darinya , yang menampilkan pesan yang dikirimkan dengan beberapa kesalahan . Dengan kata lain, penerima harus menentukan, berdasarkan analisis sinyal, pesan mana yang mungkin dikirimkan. Oleh karena itu, perangkat penerima adalah salah satu elemen paling kritis dan kompleks dari sistem komunikasi listrik.

Sistem komunikasi listrik dipahami sebagai seperangkat sarana teknis dan media distribusi. Konsep sistem komunikasi mencakup sumber dan konsumen pesan.

Menurut jenis pesan yang dikirimkan, sistem komunikasi listrik berikut dibedakan: sistem transmisi suara (telepon); sistem transmisi teks (telegrafi); sistem transmisi gambar diam (fototelegrafi); sistem transmisi gambar bergerak (televisi), telemetri, telekontrol dan sistem transmisi data. Dengan penunjukan, sistem telepon dan televisi dibagi menjadi siaran, dicirikan oleh reproduksi pesan artistik tingkat tinggi, dan profesional, memiliki aplikasi khusus (komunikasi resmi, televisi industri, dll.). Dalam sistem telemetri, kuantitas fisik (suhu, tekanan, kecepatan, dll.) diubah dengan bantuan sensor menjadi sinyal listrik utama yang diumpankan ke pemancar. Di ujung penerima, kuantitas fisik yang ditransmisikan atau perubahannya diekstraksi dari sinyal dan digunakan untuk kontrol. Dalam sistem telekontrol, perintah ditransmisikan untuk secara otomatis melakukan tindakan tertentu. Seringkali perintah ini dibuat secara otomatis berdasarkan hasil pengukuran yang dikirimkan oleh sistem telemetri.

Pengenalan komputer berkinerja tinggi telah menyebabkan kebutuhan akan perkembangan pesat sistem transmisi data yang memastikan pertukaran informasi antara fasilitas komputasi dan objek sistem kontrol otomatis. Jenis telekomunikasi ini dicirikan oleh persyaratan tinggi untuk kecepatan dan ketepatan transmisi informasi.

Untuk pertukaran pesan antara banyak pengguna (pelanggan) yang tersebar secara geografis, jaringan komunikasi dibuat yang memastikan transmisi dan distribusi pesan ke alamat tertentu (pada waktu tertentu dan dengan kualitas yang ditetapkan).

Jaringan komunikasi adalah satu set jalur komunikasi dan switching node.

Klasifikasi saluran dan jalur komunikasi dilakukan:

berdasarkan sifat sinyal pada input dan output (kontinu, diskrit, diskrit-kontinyu);

menurut jenis pesan (telepon, telegraf, transmisi data, televisi, faksimili, dll.);

menurut jenis media propagasi (kawat, radio, serat optik, dll.);

berdasarkan rentang frekuensi yang digunakan (frekuensi rendah (LF), frekuensi tinggi (HF), frekuensi super tinggi (SHF), dll.);

oleh struktur transceiver (saluran tunggal, multi-saluran).

Saat ini, untuk sepenuhnya mengkarakterisasi saluran dan jalur komunikasi, fitur klasifikasi lain juga dapat digunakan (menurut metode perambatan gelombang radio, metode penggabungan dan pemisahan saluran, penempatan sarana teknis, tujuan operasional, dll. .)

Apa itu magnet permanen? Magnet permanen adalah benda yang mampu mempertahankan magnetisasi untuk waktu yang lama. Sebagai hasil dari banyak penelitian, banyak percobaan, kita dapat mengatakan bahwa hanya tiga zat di Bumi yang dapat menjadi magnet permanen (Gbr. 1).

Beras. 1. Magnet permanen. ()

Hanya ketiga zat ini dan paduannya yang dapat menjadi magnet permanen, hanya mereka yang dapat dimagnetisasi dan mempertahankan keadaan seperti itu untuk waktu yang lama.

Magnet permanen telah digunakan untuk waktu yang sangat lama, dan pertama-tama, ini adalah perangkat orientasi spasial - kompas pertama ditemukan di Cina untuk bernavigasi di padang pasir. Saat ini, tidak ada yang berdebat tentang jarum magnet, magnet permanen, mereka digunakan di mana-mana di telepon dan pemancar radio dan hanya di berbagai produk listrik. Mereka bisa berbeda: ada magnet batang (Gbr. 2)

Beras. 2. Magnet batang ()

Dan ada magnet yang disebut arcuate atau tapal kuda (Gbr. 3)

Beras. 3. Magnet arkuata ()

Studi tentang magnet permanen dikaitkan secara eksklusif dengan interaksi mereka. Medan magnet dapat diciptakan oleh arus listrik dan magnet permanen, sehingga hal pertama yang dilakukan adalah penelitian dengan jarum magnet. Jika Anda membawa magnet ke panah, maka kita akan melihat interaksi - kutub yang sama akan tolak-menolak, dan kutub yang berlawanan akan tarik menarik. Interaksi ini diamati dengan semua magnet.

Mari kita letakkan panah magnet kecil di sepanjang magnet batang (Gbr. 4), kutub selatan akan berinteraksi dengan utara, dan utara akan menarik selatan. Jarum magnet akan ditempatkan di sepanjang garis medan magnet. Secara umum diterima bahwa garis-garis magnet diarahkan ke luar magnet permanen dari kutub utara ke selatan, dan di dalam magnet dari kutub selatan ke utara. Dengan demikian, garis-garis magnet ditutup dengan cara yang sama seperti arus listrik, ini adalah lingkaran konsentris, mereka ditutup di dalam magnet itu sendiri. Ternyata di luar magnet medan magnet diarahkan dari utara ke selatan, dan di dalam magnet dari selatan ke utara.

Beras. 4. Garis-garis medan magnet magnet batang ()

Untuk mengamati bentuk medan magnet magnet batang, bentuk medan magnet magnet arkuata, kita akan menggunakan perangkat atau detail berikut. Ambil piring transparan, serbuk besi dan lakukan percobaan. Mari kita taburkan serbuk besi pada pelat yang terletak di magnet batang (Gbr. 5):

Beras. 5. Bentuk medan magnet magnet batang ()

Kita melihat bahwa garis-garis medan magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan, dengan kerapatan garis orang dapat menilai kutub magnet, di mana garis lebih tebal - ada kutub magnet ( Gambar 6).

Beras. 6. Bentuk medan magnet magnet berbentuk busur ()

Kami akan melakukan percobaan serupa dengan magnet arkuata. Kita melihat bahwa garis-garis magnet mulai dari utara dan berakhir di kutub selatan di seluruh magnet.

Kita sudah tahu bahwa medan magnet hanya terbentuk di sekitar magnet dan arus listrik. Bagaimana cara menentukan medan magnet bumi? Panah apa pun, kompas apa pun di medan magnet bumi diorientasikan dengan ketat. Karena jarum magnet berorientasi ketat di ruang angkasa, oleh karena itu, medan magnet bekerja padanya, dan ini adalah medan magnet Bumi. Dapat disimpulkan bahwa Bumi kita adalah magnet besar (Gbr. 7) dan, karenanya, magnet ini menciptakan medan magnet yang agak kuat di luar angkasa. Ketika kita melihat jarum kompas magnetik, kita tahu bahwa panah merah menunjuk ke selatan dan panah biru menunjuk ke utara. Bagaimana letak kutub magnet bumi? Dalam hal ini harus diingat bahwa kutub magnet selatan terletak di kutub utara geografis bumi dan kutub magnet utara bumi terletak di kutub selatan geografis. Jika kita menganggap Bumi sebagai benda di luar angkasa, maka kita dapat mengatakan bahwa ketika kita pergi ke utara di sepanjang kompas, kita akan sampai ke kutub magnet selatan, dan ketika kita pergi ke selatan, kita akan sampai ke kutub magnet utara. Di khatulistiwa, jarum kompas akan ditempatkan hampir secara horizontal relatif terhadap permukaan bumi, dan semakin dekat kita ke kutub, semakin vertikal panahnya. Medan magnet bumi bisa berubah, ada kalanya kutub-kutubnya berubah relatif satu sama lain, yaitu selatan adalah tempat utara, dan sebaliknya. Menurut para ilmuwan, ini adalah pertanda bencana besar di Bumi. Ini belum diamati selama beberapa puluh ribu tahun terakhir.

Beras. 7. Medan magnet bumi ()

Kutub magnet dan geografis tidak cocok. Ada juga medan magnet di dalam Bumi itu sendiri, dan, seperti di magnet permanen, itu diarahkan dari kutub magnet selatan ke utara.

Dari manakah asal medan magnet pada magnet permanen? Jawaban atas pertanyaan ini diberikan oleh ilmuwan Prancis Andre-Marie Ampre. Dia mengungkapkan gagasan bahwa medan magnet magnet permanen dijelaskan oleh arus dasar dan sederhana yang mengalir di dalam magnet permanen. Arus dasar yang paling sederhana ini saling memperkuat dengan cara tertentu dan menciptakan medan magnet. Partikel bermuatan negatif - elektron - bergerak di sekitar inti atom, gerakan ini dapat dianggap terarah, dan, karenanya, medan magnet dibuat di sekitar muatan yang bergerak seperti itu. Di dalam tubuh mana pun, jumlah atom dan elektron sangat besar, masing-masing, semua arus dasar ini mengambil arah yang teratur, dan kami mendapatkan medan magnet yang cukup signifikan. Kita dapat mengatakan hal yang sama tentang Bumi, yaitu, medan magnet Bumi sangat mirip dengan medan magnet magnet permanen. Dan magnet permanen adalah karakteristik yang agak cerah dari setiap manifestasi medan magnet.

Selain adanya badai magnetik, juga terdapat anomali magnetik. Mereka terkait dengan medan magnet matahari. Ketika ledakan atau ejeksi yang cukup kuat terjadi di Matahari, mereka tidak terjadi tanpa bantuan manifestasi medan magnet Matahari. Gema ini mencapai Bumi dan memengaruhi medan magnetnya, sebagai akibatnya, kami mengamati badai magnet. Anomali magnetik berhubungan dengan deposit bijih besi di bumi, deposit besar dimagnetisasi oleh medan magnet bumi untuk waktu yang lama, dan semua benda di sekitar akan mengalami medan magnet dari anomali ini, jarum kompas akan menunjukkan arah yang salah.

Dalam pelajaran berikutnya, kita akan mempertimbangkan fenomena lain yang terkait dengan aksi magnetik.

Bibliografi

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fisika 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fisika 8. - M.: Pencerahan.

1. Kelas-fizika.narod.ru ().
2. Kelas-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Pekerjaan rumah

1. Ujung jarum kompas mana yang tertarik ke kutub utara bumi?
2. Di tempat mana di bumi Anda tidak bisa mempercayai jarum magnet?
3. Apa yang ditunjukkan oleh kerapatan garis pada magnet?

Ada dua jenis utama magnet: permanen dan elektromagnet. Dimungkinkan untuk menentukan apa magnet permanen didasarkan pada properti utamanya. Magnet permanen mendapatkan namanya dari fakta bahwa magnetnya selalu "aktif". Ini menghasilkan medan magnetnya sendiri, tidak seperti elektromagnet, yang terbuat dari kawat yang dililitkan di sekitar inti besi dan membutuhkan arus untuk mengalir untuk menciptakan medan magnet.

Sejarah studi tentang sifat magnetik

Berabad-abad yang lalu, orang menemukan bahwa beberapa jenis batu memiliki ciri-ciri asli: mereka tertarik pada benda-benda besi. Penyebutan magnetit ditemukan dalam kronik sejarah kuno: lebih dari dua ribu tahun yang lalu di Eropa dan jauh lebih awal di Asia Timur. Pada awalnya itu dinilai sebagai objek penasaran.

Kemudian, magnetit digunakan untuk navigasi, menemukan bahwa ia cenderung mengambil posisi tertentu ketika diberi kebebasan untuk berputar. Sebuah studi ilmiah oleh P. Peregrine pada abad ke-13 menunjukkan bahwa baja dapat memperoleh karakteristik ini setelah digosok dengan magnetit.

Objek magnet memiliki dua kutub: "utara" dan "selatan", relatif terhadap medan magnet bumi. Seperti yang ditemukan Peregrine, tidak mungkin untuk mengisolasi salah satu kutub dengan memotong sebuah fragmen magnetit menjadi dua - sebagai hasilnya, setiap fragmen yang terpisah memiliki pasangan kutubnya sendiri.

Sesuai dengan pemikiran saat ini, medan magnet magnet permanen adalah orientasi elektron yang dihasilkan dalam satu arah. Hanya beberapa jenis bahan yang berinteraksi dengan medan magnet, jumlah yang jauh lebih kecil dari mereka yang mampu mempertahankan medan magnet konstan.

Sifat magnet permanen

Sifat utama magnet permanen dan medan yang mereka ciptakan adalah:

• adanya dua kutub;
• kutub yang berlawanan menarik dan kutub yang sama tolak menolak (seperti muatan positif dan negatif);
• gaya magnet merambat secara tak kasat mata di ruang angkasa dan melewati benda-benda (kertas, kayu);
• ada peningkatan intensitas MF di dekat kutub.

Magnet permanen mendukung MT tanpa bantuan eksternal. Bahan tergantung pada sifat magnetik dibagi menjadi beberapa jenis utama:

• feromagnet - mudah dimagnetisasi;
• paramagnet - dimagnetisasi dengan susah payah;
• diamagnet - cenderung memantulkan MF eksternal dengan magnetisasi dalam arah yang berlawanan.

Penting! Bahan magnetik lunak seperti baja menghantarkan magnet ketika dilekatkan pada magnet, tetapi ini berhenti ketika dilepas. Magnet permanen terbuat dari bahan yang keras secara magnetis.

Cara kerja magnet permanen

Karyanya berkaitan dengan struktur atom. Semua feromagnet menciptakan medan magnet alami, meskipun lemah, berkat elektron yang mengelilingi inti atom. Kelompok atom ini dapat berorientasi pada satu arah dan disebut domain magnetik. Setiap domain memiliki dua kutub: utara dan selatan. Ketika bahan feromagnetik tidak termagnetisasi, daerahnya berorientasi pada arah acak, dan MF mereka saling meniadakan.

Untuk membuat magnet permanen, feromagnet dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi dan dikenai medan magnet luar yang kuat. Ini mengarah pada fakta bahwa domain magnetik individu di dalam material mulai mengorientasikan diri ke arah medan magnet eksternal sampai semua domain sejajar, mencapai titik saturasi magnetik. Bahan tersebut kemudian didinginkan dan domain yang disejajarkan dikunci pada posisinya. Setelah MF eksternal dihilangkan, material yang keras secara magnetis akan mempertahankan sebagian besar domainnya, menciptakan magnet permanen.

Ciri-ciri magnet permanen

1. Gaya magnet ditandai dengan induksi magnet sisa. Ditunjuk Br. Ini adalah kekuatan yang tersisa setelah hilangnya MT eksternal. Diukur dalam tes (Tl) atau gauss (Gs);
2. Koersivitas atau resistensi terhadap demagnetisasi - Ns. Diukur dalam A / m. Menunjukkan berapa intensitas MF eksternal yang seharusnya untuk mendemagnetisasi material;
3. Energi maksimum - BHmax. Dihitung dengan mengalikan gaya magnet sisa Br dan koersivitas Hc. Diukur dalam MGSE (megagausserted);
4. Koefisien suhu dari gaya magnet sisa adalah dari Br. Mencirikan ketergantungan Br pada nilai suhu;
5. Tmax adalah nilai suhu tertinggi di mana magnet permanen kehilangan sifat mereka dengan kemungkinan pemulihan terbalik;
6. Tcur adalah nilai suhu tertinggi di mana bahan magnetik secara permanen kehilangan sifat-sifatnya. Indikator ini disebut suhu Curie.

Karakteristik individu magnet berubah dengan suhu. Pada suhu yang berbeda, berbagai jenis bahan magnetik bekerja secara berbeda.

Penting! Semua magnet permanen kehilangan persentase kemagnetannya saat suhu naik, tetapi pada tingkat yang berbeda tergantung pada jenisnya.

Jenis magnet permanen

Total ada lima jenis magnet permanen yang masing-masing dibuat berbeda berdasarkan bahan dengan sifat berbeda:

• alnico;
• ferit;
• SmCo tanah jarang berdasarkan kobalt dan samarium;
• neodimium;
• polimer.

Alnico

Ini adalah magnet permanen yang terutama terdiri dari kombinasi aluminium, nikel, dan kobalt, tetapi mungkin juga termasuk tembaga, besi, dan titanium. Karena sifat magnet alnico, mereka dapat beroperasi pada suhu tertinggi sambil mempertahankan magnetnya, namun, mereka mengalami demagnetisasi lebih mudah daripada ferit atau SmCo tanah jarang. Mereka adalah magnet permanen pertama yang diproduksi secara massal, menggantikan logam bermagnet dan elektromagnet yang mahal.

Aplikasi:

• motor listrik;
• perawatan panas;
• bantalan;
• kendaraan luar angkasa;
• peralatan militer;
• peralatan bongkar muat suhu tinggi;
• mikrofon.

ferit

Untuk pembuatan magnet ferit, juga dikenal sebagai keramik, strontium karbonat dan oksida besi digunakan dalam perbandingan 10/90. Kedua bahan tersebut berlimpah dan tersedia secara ekonomis.

Karena biaya produksi yang rendah, ketahanan terhadap panas (hingga 250 ° C) dan korosi, magnet ferit adalah salah satu yang paling populer untuk penggunaan sehari-hari. Mereka memiliki koersivitas internal yang lebih besar daripada alnico, tetapi gaya magnetnya lebih sedikit daripada rekan-rekan neodymium.

Aplikasi:

• pengeras suara;
• sistem keamanan;
• magnet pelat besar untuk menghilangkan kontaminasi besi dari jalur proses;
• motor listrik dan generator;
• instrumen medis;
• mengangkat magnet;
• magnet pencarian laut;
• perangkat berdasarkan operasi arus eddy;
• sakelar dan relai;
• rem.

Magnet Bumi Langka SmCo

Magnet kobalt dan samarium beroperasi pada rentang suhu yang luas, memiliki koefisien suhu tinggi dan ketahanan korosi yang tinggi. Jenis ini mempertahankan sifat magnetiknya bahkan pada suhu di bawah nol mutlak, membuatnya populer untuk digunakan dalam aplikasi kriogenik.

Aplikasi:

• turboteknik;
• kopling pompa;
• lingkungan basah;
• perangkat suhu tinggi;
• mobil balap listrik mini;
• perangkat elektronik untuk operasi dalam kondisi kritis.

Magnet neodymium

Magnet terkuat yang ada, terdiri dari paduan neodymium, besi dan boron. Karena kekuatannya yang luar biasa, bahkan magnet mini pun efektif. Ini memberikan fleksibilitas penggunaan. Setiap orang selalu berada di sebelah salah satu magnet neodymium. Mereka, misalnya, di smartphone. Pembuatan motor listrik, peralatan medis, elektronik radio mengandalkan magnet neodymium tugas berat. Karena kekuatan supernya, gaya magnetnya yang besar, dan ketahanannya terhadap demagnetisasi, sampel hingga 1 mm dapat diproduksi.

Aplikasi:

• hard disk;
• perangkat penghasil suara - mikrofon, sensor akustik, headphone, pengeras suara;
• prostesis;
• pompa kopling magnetik;
• penutup pintu;
• mesin dan generator;
• mengunci perhiasan;
• pemindai MRI;
• magnetoterapi;
• Sensor ABS di mobil;
• peralatan pengangkat;
• pemisah magnetik;
• saklar buluh, dll.

Magnet fleksibel mengandung partikel magnetik di dalam pengikat polimer. Mereka digunakan untuk perangkat unik di mana tidak mungkin untuk menginstal analog yang solid.

Aplikasi:

• tampilan iklan - fiksasi cepat dan penghapusan cepat di pameran dan acara;
• rambu kendaraan, panel sekolah pendidikan, logo perusahaan;
• mainan, teka-teki dan permainan;
• permukaan penutup untuk melukis;
• kalender dan penanda magnetik;
• segel jendela dan pintu.

Kebanyakan magnet permanen rapuh dan tidak boleh digunakan sebagai elemen struktural. Mereka dibuat dalam bentuk standar: cincin, batang, cakram, dan individu: trapesium, busur, dll. Karena kandungan besi yang tinggi, magnet neodymium rentan terhadap korosi, oleh karena itu dilapisi di atasnya dengan nikel, baja tahan karat, teflon, titanium, karet dan bahan lainnya.

Video