Rata de transfer(rata de informare sau debit, ambii termeni englezi sunt utilizați în mod egal) este viteza reală a fluxului de date care a trecut prin rețea. Această rată poate fi mai mică decât rata de încărcare sugerată, deoarece datele pot fi corupte sau pierdute în rețea.

Capacitatea legăturii (numită și debit), reprezintă rata maximă posibilă de transfer de informații pe canal.

Specificul acestei caracteristici este că reflectă nu numai parametrii mediului fizic de transmisie, ci și caracteristicile metodei alese de transmitere a informațiilor discrete pe acest mediu.

De exemplu, capacitatea unui canal de comunicație într-o rețea Ethernet pe o fibră optică este de 10 Mbps. Această viteză este maximă posibilă pentru o combinație de tehnologie Ethernet și fibră optică. Cu toate acestea, pentru aceeași fibră optică, este posibil să se dezvolte o altă tehnologie de transmisie a datelor care diferă prin metoda de codificare a datelor, frecvența ceasului și alți parametri, care vor avea o capacitate diferită. Astfel, tehnologia Fast Ethernet asigură transmisia de date prin aceeași fibră optică cu o viteză maximă de 100 Mbps, iar tehnologia Gigabit Ethernet - 1000 Mbps. Emițătorul dispozitivului de comunicație trebuie să funcționeze la o rată egală cu lățimea de bandă a canalului. Această viteză este uneorise numește rata de biți a transmițătorului.

Lățimea de bandă- acest termen poate induce în eroare deoarece este folosit în două sensuri diferite.

În primul rând , cu ajutorul lui poate caracteriza mediul de transmisie. În acest caz, înseamnă lățimea de bandă pe care linia transmite fără distorsiuni semnificative. Din această definiție, originea termenului este clară.

În al doilea rând , termenul „lățime de bandă” este folosit ca sinonim pentru termenul „capacitatea canalului de comunicare". În primul caz, lățimea de bandă este măsurată în herți (Hz), în al doilea - în biți pe secundă. Este necesar să distingem sensurile acestui termen în funcție de context, deși uneori este destul de dificil. Desigur, ar fi mai bine să folosiți termeni diferiți pentru diferite caracteristici, dar există tradiții care sunt greu de schimbat. Această dublă utilizare a termenului „lățime de bandă” a intrat deja în multe standarde și cărți, așa că vom urma abordarea stabilită.

De asemenea, trebuie avut în vedere că acest termen în al doilea sens este chiar mai comun decât capacitatea, așa că dintre aceste două sinonime vom folosi lățimea de bandă.

Un alt grup de caracteristici ale canalului de comunicație este asociat cu posibilitatea de a transmite informații prin canal în una sau ambele direcții.

Atunci când două computere interacționează, de obicei este necesar să se transfere informații în ambele direcții, de la computerul A la computerul B și invers. Chiar și atunci când utilizatorului i se pare că doar primește informații (de exemplu, descarcă un fișier muzical de pe Internet) sau transmite (trimite un e-mail), schimbul de informații merge în două direcții. Există pur și simplu un flux principal de date de care este interesat utilizatorul și un flux auxiliar în direcția opusă, care formează chitanțe pentru primirea acestor date.

Canalele de comunicare fizică sunt împărțite în mai multe tipuri în funcție de faptul că pot transmite sau nu informații în ambele sensuri.

canal duplexasigură transmiterea simultană a informaţiei în ambele direcţii. Un canal duplex poate consta din două medii fizice, fiecare dintre ele fiind utilizat pentru a transporta informații într-o singură direcție. Este posibil ca un singur mediu să fie utilizat pentru transmiterea simultană a fluxurilor care se apropie, caz în care sunt utilizate metode suplimentare pentru a separa fiecare flux de semnalul total.

Canal semiduplexasigură de asemenea transmiterea informaţiei în ambele sensuri, dar nu simultan, ci pe rând. Adică, într-o anumită perioadă de timp, informațiile sunt transmise într-o direcție, iar în perioada următoare - în sens opus.

Canal simplexpermite transmiterea informaţiei într-o singură direcţie. Adesea, un canal duplex este format din două canale simplex.

Linii de comunicare

La construirea rețelelor se folosesc linii de comunicații care folosesc diverse medii fizice: fire telefonice și telegrafice suspendate în aer, cabluri coaxiale din cupru și fibră optică așezate sub pământ și pe fundul oceanului, încurcând toate birourile moderne, perechi răsucite din cupru, toate undele radio pătrunzătoare.

Luați în considerare caracteristicile generale ale liniilor de comunicare care nu depind de natura lor fizică, cum ar fi

lățime de bandă,

debit,

Imunitate la zgomot și

Fiabilitatea transmisiei.

Lățimea liniei transmisia este o caracteristică fundamentală a unui canal de comunicație, deoarece determină rata maximă posibilă de informare a canalului, carenumită lățimea de bandă a canalului.

Formula Nyquist exprimă această dependență pentru un canal ideal, iar formula Shannon ia în considerare prezența zgomotului într-un canal real.

Clasificarea liniilor de comunicare

Când descrieți un sistem tehnic care transmite informații între nodurile de rețea, mai multe nume pot fi găsite în literatură:

linie de comunicare,

canal compozit,

canal,

Legătură.

Adesea, acești termeni sunt folosiți interschimbabil și în multe cazuri acest lucru nu provoacă probleme. În același timp, există specificități în utilizarea lor.

Link (link) este un segment care asigură transferul de date între două noduri de rețea învecinate. Adică, legătura nu conține dispozitive intermediare de comutare și multiplexare.

canal cel mai adesea indică partea din lățimea de bandă a legăturii utilizată independent la comutare. De exemplu, o legătură de rețea primară poate consta din 30 de canale, fiecare dintre ele având o lățime de bandă de 64 Kbps.

Canal compozit (circuit)este calea dintre două noduri de capăt ale rețelei. O legătură compozită este formată din legături intermediare individuale și conexiuni interne în comutatoare. Adesea, epitetul „compozit” este omis și termenul „canal” este folosit pentru a însemna atât un canal compozit, cât și un canal între nodurile adiacente, adică în cadrul unei legături.

Linie de comunicare poate fi folosit ca sinonim pentru oricare dintre ceilalți trei termeni.

Nu fi prea dur cu confuzia în terminologie. Acest lucru este valabil mai ales pentru diferențele de terminologie dintre telefonia tradițională și domeniul mai nou al rețelelor de calculatoare. Procesul de convergență nu a făcut decât să agraveze problema terminologiei, deoarece multe dintre mecanismele acestor rețele au devenit comune, dar au păstrat câteva (uneori mai multe) nume care proveneau din fiecare zonă.

În plus, există motive obiective pentru înțelegerea ambiguă a termenilor. Pe fig. 8.1 prezintă două opțiuni pentru linia de comunicație. În primul caz (Fig. 8.1, a), linia este formată dintr-un segment de cablu lung de câteva zeci de metri și este o legătură.

În al doilea caz (Fig. 8.1, b), linia de comunicație este un canal compus desfășurat într-o rețea cu comutare de circuite. O astfel de rețea poate fi o rețea primară sau o rețea telefonică.

Cu toate acestea, pentru o rețea de calculatoare, această linie este o legătură, deoarece conectează două noduri învecinate și toate echipamentele intermediare de comutare sunt transparente pentru aceste noduri. Motivul neînțelegerii reciproce la nivelul termenilor specialiștilor informatici și specialiștilor rețelelor primare este evident aici.

Rețelele primare sunt create special pentru a furniza servicii de legătură de date pentru rețelele de calculatoare și telefonie, despre care se spune că în astfel de cazuri funcționează „pe deasupra” rețelelor primare și sunt rețele suprapuse.

Caracteristicile liniei de comunicare

Tu și cu mine trebuie să înțelegem concepte precum: armonici, descompunerea spectrală (spectrul) unui semnal,lățimea spectrului de semnal, formule Fourier, zgomot extern, interninterferență, sau interferență, atenuare a semnalului, atenuare specifică, fereastră
transparență, nivel de putere absolut, nivel relativ
putere, pragul de sensibilitate al receptorului, impedanța undei,
imunitate la zgomot de linie, conexiune electrică, conexiune magnetică,
semnal indus, diafonie apropiată, diafonie
interferențe la capătul îndepărtat, securitatea cablului, fiabilitatea transmisiei
date, rata de eroare pe biți, lățime de bandă, debit
capacitate, fizică sau liniară, codare, semnal purtător,
frecvență purtătoare, modulație, ceas, baud.

Să începem.

Analiza spectrală a semnalelor pe liniile de comunicație

Un rol important în determinarea parametrilor liniilor de comunicație este atribuit descompunerii spectrale a semnalului transmis pe această linie. Din teoria analizei armonice se știe că orice proces periodic poate fi reprezentat ca o sumă de oscilații sinusoidale de diferite frecvențe și amplitudini diferite (Fig. 8.3).

Fiecare componentă a sinusoidei se mai numește și armonică și mulțimea tuturor armonicilor
Monics se numește descompunerea spectrală, sau spectrul, a semnalului original.

Lățimea spectrului de semnal este înțeleasă ca diferența dintre frecvențele maxime și minime ale setului de sinusoide care se adună la semnalul original.

Semnalele neperiodice pot fi reprezentate ca o integrală a semnalelor sinusoidale cu un spectru continuu de frecvențe. În special, descompunerea spectrală a unui impuls ideal (de putere unitară și durată zero) are componente ale întregului spectru de frecvență, de la -oo la +oo (Fig. 8.4).

Tehnica de găsire a spectrului oricărei surse de semnal este binecunoscută. Pentru unele semnale care sunt descrise analitic (de exemplu, pentru o secvență de impulsuri dreptunghiulare de aceeași durată și amplitudine), spectrul este ușor de calculat pe baza Formule Fourier.

Pentru semnalele cu forme de undă arbitrare întâlnite în practică, spectrul poate fi găsit folosind dispozitive speciale - analizoare de spectru care măsoară spectrul unui semnal real și afișează amplitudinile componentelor armonice pe ecran, le imprimă pe o imprimantă sau le transferă pe un calculator pentru procesare și stocare.

Distorsiunea de către o linie de transmisie a unei sinusoide de orice frecvență duce, în cele din urmă, la o distorsiune a amplitudinii și formei semnalului transmis de orice fel. Distorsiunea de formă apare atunci când sinusoidele de diferite frecvențe sunt distorsionate diferit.

Dacă acesta este un semnal analogic care transmite vorbirea, atunci timbrul vocii se schimbă din cauza distorsiunii tonurilor - frecvențe laterale. La transmiterea semnalelor de impuls tipice pentru rețelele de calculatoare, armonicile de joasă frecvență și de înaltă frecvență sunt distorsionate, ca urmare, fronturile de impuls își pierd forma dreptunghiulară (Fig. 8.5) și semnalele pot fi recunoscute prost la capătul de recepție al liniei. .

Semnalele transmise sunt distorsionate din cauza imperfecțiunii liniilor de comunicație. Un mediu de transmisie ideal care nu introduce nicio interferență în semnalul transmis ar trebui să aibă cel puțin rezistență, capacitate și inductanță zero. Cu toate acestea, în practică, firele de cupru, de exemplu, reprezintă întotdeauna o combinație de rezistență activă, sarcini capacitive și inductive distribuite pe lungime (Fig. 8.6). Ca rezultat, sinusoidele de diferite frecvențe sunt transmise de aceste linii în moduri diferite.

Pe lângă distorsiunile semnalului care apar din cauza parametrilor fizici neideali ai liniei de comunicație, există și interferențe externe care contribuie la distorsiunea formei de undă la ieșirea liniei. Aceste interferențe sunt create de diverse motoare electrice, dispozitive electronice, atmosfericefenomene etc. În ciuda măsurilor de protecție luate de dezvoltatorii de cabluri și a disponibilității echipamentelor de amplificare și comutare, nu este posibilă compensarea completă a influenței interferențelor externe. Pe lângă interferențele externe în cablu, există și interferențe interne - așa-numitele interferențe de la o pereche de conductori la alta. Ca urmare, semnalele de la ieșirea liniei de comunicație potau o formă distorsionată (după cum se arată în Fig. 8.5).

Atenuare și impedanță

Gradul de distorsiune a semnalelor sinusoidale de către liniile de comunicație este estimat prin caracteristici precum atenuarea și lățimea de bandă. Atenuarea arată cât de mult scade puterea semnalului sinusoidal de referință la ieșirea liniei de comunicație în raport cu puterea semnalului la intrarea acestei linii. Atenuarea (A) este de obicei măsurată în decibeli (dB) și se calculează folosind următoarea formulă:

Aici Pout este puterea semnalului la ieșirea de linie, Pin este puterea semnalului la intrarea de linie. Deoarece atenuarea depinde de lungimea liniei de comunicație, următoarele sunt utilizate ca caracteristică a liniei de comunicație:numită atenuare liniară, adică atenuare pe o linie de comunicație de o anumită lungime. Pentru cablurile LAN, se utilizează de obicei 100 m ca această lungime, deoarece această valoare este lungimea maximă a cablului pentru multe tehnologii LAN. Pentru liniile de comunicație teritorială se măsoară atenuarea specifică pe o distanță de 1 km.

De obicei, atenuarea caracterizează secțiunile pasive ale liniei de comunicație, formate din cabluri și secțiuni transversale, fără amplificatoare și regeneratoare.

Deoarece puterea de ieșire a unui cablu fără amplificatoare intermediare este mai mică decât puterea semnalului de intrare, atenuarea cablului este întotdeauna o valoare negativă.

Gradul de atenuare a puterii unui semnal sinusoidal depinde de frecvența sinusoidei, iar această dependență este folosită și pentru a caracteriza linia de comunicație (Fig. 8.7).

Cel mai adesea, atunci când se descriu parametrii unei linii de comunicație, valorile de atenuare sunt date doar pentru câteva frecvențe. Acest lucru se explică, pe de o parte, prin dorința de a simplifica măsurătorile la verificarea calității liniei. Pe de altă parte, în practică, frecvența fundamentală a semnalului transmis este adesea cunoscută dinainte, adică frecvența a cărei armonică are cea mai mare amplitudine și putere. Prin urmare, este suficient să se cunoască atenuarea la această frecvență pentru a estima aproximativ distorsiunea semnalelor transmise pe linie.

ATENŢIE

După cum am menționat mai sus, atenuarea este întotdeauna negativă, dar semnul minus este adesea omis, ceea ce provoacă uneori confuzie. Este absolut corect să afirmăm că calitatea liniei de comunicație este cu atât mai mare, cu atât mai mare (ținând cont de semn) atenuarea. Dacă ignorăm semnul, adică ținem cont de valoarea absolută a atenuării, atunci o linie mai bună are o atenuare mai mică. Să luăm un exemplu. Pentru cablarea interioară a clădirilor se folosește cablul cu perechi răsucite categoria 5. Acest cablu, care acceptă practic toate tehnologiile LAN, are o atenuare de cel puțin -23,6 dB pentru o frecvență de 100 MHz cu o lungime a cablului de 100 m. b are atenuare la o frecvență de 100 MHz nu mai puțin de -20,6 dB. Obținem că - 20,6 > -23,6, dar 20,6< 23,6.

Pe fig. Figura 8.8 arată atenuarea tipică față de frecvență pentru cablurile UTP de Categoria 5 și Categoria 6.

Cablul optic are valori de atenuare semnificativ mai mici (în valoare absolută), de obicei în intervalul de la -0,2 la -3 dB cu o lungime a cablului de 1000 m, ceea ce înseamnă că este de o calitate mai bună decât cablul cu pereche torsadată. Aproape toate fibrele optice au o dependență complexă de lungime de undă a atenuării, care are trei așa-numitele ferestre de transparență. Pe fig. Figura 8.9 prezintă o curbă tipică de atenuare pentru o fibră optică. Din figură se poate observa că zona de utilizare eficientă a fibrelor moderne este limitată la lungimi de undă de 850 nm, 1300 nm și 1550 nm (35 THz, 23 THz și, respectiv, 19,4 THz). Fereastra de 1550 nm oferă cea mai mică pierdere și, prin urmare, intervalul maxim la o putere fixă ​​a transmițătorului și o sensibilitate fixă ​​a receptorului

Ca o caracteristică a puterii semnalului, absolută și relativă
niveluri relative de putere. Nivelul de putere absolut este măsurat în
wați, nivelul de putere relativă, ca și atenuarea, este măsurat în deci-
belah. În același timp, ca valoare de bază a puterii, în raport cu care
se măsoară puterea semnalului, se ia o valoare de 1 mW. Prin urmare,
nivelul de putere relativ p se calculează folosind următoarea formulă:

Aici P este puterea absolută a semnalului în miliwați, iar dBm este unitatea
nivel de putere relativă a reniului (decibel la 1 mW). relativ
valorile puterii sunt convenabile de utilizat la calcularea bugetului energetic
și linii de comunicare.

Simplitatea extremă a calculului a devenit posibilă datorită faptului că ca
datele inițiale au fost utilizate valori relative ale puterii de intrare
semnale de intrare și ieșire. Se numește valoarea y folosită în exemplu
pragul de sensibilitate al receptorului și reprezintă puterea minimă
semnal la intrarea receptorului, la care poate localiza corect
cunoașteți informațiile discrete conținute în semnal. Este evident că pt
funcționarea normală a liniei de comunicație, este necesar ca puterea minimă
semnalul emițătorului, chiar slăbit de atenuarea liniei de comunicație, depășit
pragul de sensibilitate al receptorului: x - A > y. Verificarea acestei stări și este
este esența calculului bugetului energetic al liniei.

Un parametru important al unei linii de comunicație din cupru este impedanța acesteia,
care este rezistența totală (complexă) care întâlnește
o undă electromagnetică de o anumită frecvență atunci când se propagă de-a lungul uneia
lanț nativ. Impedanța caracteristică este măsurată în ohmi și depinde de aceasta
parametrii liniei de comunicație, cum ar fi rezistența activă, inductanța liniară
și capacitatea liniară, precum și pe frecvența semnalului în sine. Rezistenta de iesire
Ieșirea transmițătorului trebuie să fie adaptată la impedanța liniei,
altfel atenuarea semnalului va fi excesiv de mare.

Imunitate la zgomot și fiabilitate

Imunitatea la zgomot de linie, după cum sugerează și numele, determină capacitatea liniei de a rezista influenței interferențelor create în mediul extern sau asupra conductorilor interni ai cablului în sine. Imunitatea la zgomot a unei linii depinde de tipul de mediu fizic utilizat, precum și de mijloacele de ecranare și de suprimare a zgomotului ale liniei în sine. Cele mai puțin rezistente la zgomot sunt liniile radio, liniile de cablu au o stabilitate bună, iar liniile de fibră optică, care sunt insensibile la radiațiile electromagnetice externe, au o stabilitate excelentă. De obicei, conductorii sunt ecranați și/sau răsuciți pentru a reduce interferența de la câmpurile electromagnetice externe.

Cuplajele electrice și magnetice sunt parametrii cablului de cupru care sunt și rezultatul interferenței. Cuplajul electric este definit ca raportul dintre curentul indus în circuitul afectat și tensiunea care acționează în circuitul de influență. Cuplajul magnetic este raportul dintre forța electromotoare indusă în circuitul afectat și curentul din circuitul afectat. Rezultatul cuplării electrice și magnetice sunt semnale induse (captură) în circuitul afectat. Există mai mulți parametri diferiți care caracterizează rezistența unui cablu la pickup.

Crosstalk la capătul apropiat (Near End Cross Talk, NEXT) determină stabilitatea cablului în cazul în care interferența se formează ca urmare a acțiunii unui semnal generat de un transmițător conectat la una dintre perechile adiacente la același capătul cablului care este conectat la receptorul împerecheat afectat (Fig. 8.10). NEXT, exprimat în decibeli, este egal cu 10 lg Pout/Pind> unde Pout este puterea semnalului de ieșire, Pind este puterea semnalului indus.

Cu cât valoarea NEXT este mai mică, cu atât este mai bun cablul. De exemplu, pentru categoria 5 pereche răsucită, NEXT ar trebui să fie mai mică de -27 dB la 100 MHz.

Crosstalk la capătul îndepărtat (Far End Cross Talk, FEXT) vă permite să evaluați rezistența cablului la interferențe pentru cazul în care emițătorul și receptorul sunt conectate la diferite capete ale cablului. Evident, acest indicator ar trebui să fie mai bun decât NEXT, deoarece semnalul ajunge la capătul îndepărtat al cablului atenuat de atenuarea fiecărei perechi.

Indicatorii NEXT și FEXT sunt aplicați de obicei unui cablu format din mai multe perechi răsucite, deoarece în acest caz interferența reciprocă a unei perechi cu alta poate atinge valori semnificative. Pentru un singur cablu coaxial (adică format dintr-un singur miez ecranat), acest indicator nu are sens, iar pentru un cablu coaxial dublu nu este aplicabil din cauza gradului ridicat de protecție al fiecărui miez. De asemenea, fibrele optice nu creează nicio interferență reciprocă vizibilă.

Datorită faptului că în unele tehnologii noi datele sunt transmise simultan pe mai multe perechi răsucite, indicatorii de diafonie cu prefixul PS (PowerSUM - combinat crosstalk), precum PS NEXT și PS FEXT, au intrat recent în uz. Acești indicatori reflectă rezistența cablului la puterea totală de diafonie pe una dintre perechile de cabluri din toate celelalte perechi de transmisie (Fig. 8.11).

Un alt indicator practic important este securitatea cablului (Atenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Securitatea este definită ca diferența dintre nivelurile semnalului util și interferența. Cu cât valoarea protecției cablului este mai mare, cu atât este mai mare, conform formulei Shannon, cu o potențial mai mare

viteza poate transfera date dar acest cablu. Pe fig. 8.12 prezintă o caracteristică tipică a dependenței securității unui cablu de un cablu torsadat neecranat de frecvența semnalului.

Fiabilitatea transmisiei datelor caracterizează probabilitatea de distorsiune a fiecărui bit de date transmis. Uneori, același indicator este numit rata de eroare de biți (Bit Error Rate, BER). Valoarea BER pentru liniile de comunicație fără protecție suplimentară împotriva erorilor (de exemplu, coduri de auto-corecție sau protocoale cu retransmisie de cadre distorsionate) este de obicei 10-4-10-6, în liniile de comunicație cu fibră optică - 10~9. Valoarea fiabilității transmisiei datelor, de exemplu 10-4, indică faptul că, în medie, din 10.000 de biți, valoarea unui bit este distorsionată.

Frecvențele de tăiere sunt adesea considerate a fi frecvențe la care puterea semnalului de ieșire este redusă la jumătate față de semnalul de intrare, ceea ce corespunde unei atenuări de -3 dB. După cum vom vedea mai jos, lățimea de bandă afectează în cea mai mare măsură viteza maximă posibilă de transmitere a informațiilor pe linia de comunicație. Lățimea de bandă depinde de tipul de linie și lungimea acesteia. Pe fig. 8.13 prezintă lățimile de bandă ale liniilor de comunicații de diferite tipuri, precum și cele mai frecvent utilizate intervale de frecvență în tehnologia comunicațiilor

De exemplu, deoarece un protocol de nivel fizic este întotdeauna definit pentru liniile digitale, care specifică rata de biți a transferului de date, lățimea de bandă este întotdeauna cunoscută pentru acestea - 64 Kbps, 2 Mbps etc.

În acele cazuri în care este necesar doar să alegeți care dintre multele protocoale existente să utilizați pe o linie dată, celelalte caracteristici ale liniei, cum ar fi lățimea de bandă, diafonia, imunitate la zgomot etc., sunt foarte importante.

Lățimea de bandă, precum rata de transfer de date, este măsurată în biți pe secundă (bps), precum și în unități derivate, cum ar fi kilobiți pe secundă (Kbps), etc.

Lățimea de bandă a liniilor de comunicație și a echipamentelor de rețea de comunicații este
În mod tradițional, se măsoară în biți pe secundă, nu în octeți pe secundă. Acest lucru se datorează faptului cădatele în rețele sunt transmise secvențial, adică bit cu bit, și nu în paralel, octeți, așa cum se întâmplă între dispozitivele din interiorul unui computer. Aceste unități de măsurăprecum kilobit, megabit sau gigabit, în tehnologiile de rețea corespund strict puterilor de 10(adică un kilobit este 1000 de biți, iar un megabit este 1.000.000 de biți), așa cum este obișnuit în toate
ramuri ale științei și tehnologiei, și nu puteri a două apropiate de aceste numere, așa cum este obișnuitîn programare, unde prefixul „kilo” este 210 = 1024, iar „mega” este 220 = 1.048.576.

Debitul unei linii de comunicație depinde nu numai de caracteristicile acesteia, cum ar fi
atât atenuarea cât și lățimea de bandă, dar și pe spectrul semnalelor transmise.
Dacă armonicile semnificative ale semnalului (adică acele armonici ale căror amplitudini
contribuie principal la semnalul rezultat) cad în banda de trecere
linie, atunci un astfel de semnal va fi bine transmis de această linie de comunicație,
iar receptorul va putea recunoaște corect informațiile trimise de către
emițător (Fig. 8.14, a). Dacă armonicile semnificative depășesc
lățimea de bandă a liniei de comunicație, atunci semnalul va distorsiona semnificativ -
Xia, iar receptorul va fi greșit în recunoașterea informațiilor (Fig. 8.14, b).

Biți și baud

Alegerea unei metode de reprezentare a informaţiei discrete sub formă de semnale date de
transmis la linia de comunicație se numește codare fizică sau liniară.

Spectrul de semnale depinde de metoda de codare aleasă și, în consecință,
capacitatea liniei.

Astfel, pentru o metodă de codare, o linie poate avea una
debit, iar pentru altul - altul. De exemplu, un cablu torsadat
rii 3 poate transmite date cu o lățime de bandă de 10 Mbps cu o dispută
codificarea stratului fizic standard 10VaBe-T și 33 Mbit / s cu capacitatea de a
Codificare standard 100Base-T4.

În conformitate cu postulatul de bază al teoriei informației, orice schimbare imprevizibilă perceptibilă a semnalului primit poartă informații. De aici rezultă căsinusoid, în care amplitudinea, faza și frecvența rămân neschimbate, informația nu estetransportă, deoarece modificarea semnalului, deși are loc, este absolut previzibilă. În mod similar, impulsurile de pe magistrala ceasului computerului nu transportă informații,întrucât modificările lor sunt şi ele constante în timp. Dar impulsurile de pe magistrala de date nu pot fi prezise în avans, acest lucru le face informaționale, transportă informații
între blocuri sau dispozitive individuale ale unui computer.

În majoritatea metodelor de codare, se utilizează o modificare a unui parametru al unui semnal periodic - frecvența, amplitudinea și faza unei sinusoide sau semnul potențialului unui tren de impulsuri. Un semnal periodic ai cărui parametri sunt supuși modificării se numește semnal purtător, iar frecvența acestuia, dacă semnalul este sinusoidal, se numește frecvență purtătoare. Procesul de modificare a parametrilor unui semnal purtător în conformitate cu informația transmisă se numește modulație.

Dacă un semnal se schimbă în așa fel încât doar două dintre stările sale pot fi distinse, atunci orice modificare a acestuia va corespunde celei mai mici unități de informație - un pic. Dacă semnalul poate avea mai mult de două stări distincte, atunci orice modificare a acestuia va transporta mai mulți biți de informații.

Transmiterea de informații discrete în rețelele de telecomunicații se realizează într-un mod tactat, adică semnalul se modifică la un interval de timp fix, numit tact. Receptorul de informații consideră că la începutul fiecărui ciclu, la intrarea acestuia sosesc informații noi. În acest caz, indiferent dacă semnalul repetă starea ciclului anterior sau dacă are o stare diferită de cel precedent, receptorul primește noi informații de la emițător. De exemplu, dacă ciclul este de 0,3 s, iar semnalul are două stări și 1 este codificat cu un potențial de 5 volți, atunci prezența unui semnal de 5 volți la intrarea receptorului timp de 3 secunde înseamnă primirea de informații reprezentate de numărul binar 1111111111.

Numărul de modificări ale parametrului de informare al semnalului periodic purtător pe secundă este măsurat în baud. Un baud este egal cu o modificare a parametrului de date pe secundă. De exemplu, dacă ciclul de transmitere a informațiilor este de 0,1 secunde, atunci semnalul se schimbă la o rată de 10 baud. Astfel, viteza de transmisie este în întregime determinată de mărimea ceasului.

Rata de informare este măsurată în biți pe secundă și, în general, nu se potrivește cu viteza de transmisie. Poate fi o viteză mai mare sau mai mică.

modificări ale parametrului de informație măsurat în baud. Acest raport depinde de numărul de stări ale semnalului. De exemplu, dacă semnalul are mai mult de două stări distincte, atunci cu cicluri de ceas egale și metoda de codificare adecvată, viteza de informare în biți pe secundă poate fi mai mare decât viteza de transmisie a semnalului de informare.

Fie ca parametrii de informații să fie faza și amplitudinea sinusoidei și 4 stări de fază la 0, 90, 180 și 270 ° și două valori ale amplitudinii semnalului sunt diferite, atunci semnalul de informare poate avea 8 stări distinse. Aceasta înseamnă că orice stare a acestui semnal poartă informații pe 3 biți. În acest caz, un modem care funcționează la 2400 baud (schimbând semnalul de informație de 2400 de ori pe secundă) transmite informații la o viteză de 7200 bps, deoarece 3 biți de informații sunt transmisi cu o schimbare de semnal.

Dacă semnalul are două stări (adică transportă informații pe 1 bit), atunci viteza de informare coincide de obicei cu numărul de baud-uri. Totuși, se poate observa și opusul, atunci când viteza de informare este mai mică decât rata de modificare a semnalului de informație în baud. Acest lucru are loc atunci când, pentru recunoașterea fiabilă de către receptor a informațiilor utilizatorului, fiecare bit din secvență este codificat prin mai multe modificări ale parametrului de informații al semnalului purtător. De exemplu, atunci când se codifică o valoare de un singur bit cu un impuls de polaritate pozitivă și o valoare zero a unui bit cu un impuls de polaritate negativă, semnalul fizic își schimbă starea de două ori în timpul transmiterii fiecărui bit. Cu această codificare, viteza de linie în biți pe secundă este de două ori mai mică decât în ​​baud.

Cu cât frecvența semnalului periodic purtător este mai mare, cu atât frecvența de modulație poate fi mai mare și lățimea de bandă a legăturii de comunicație poate fi mai mare.

Cu toate acestea, pe de altă parte, odată cu creșterea frecvenței unui semnal purtător periodic, lățimea spectrului acestui semnal crește și ea.

Linia transmite acest spectru de sinusoide cu acele distorsiuni care sunt determinate de lățimea de bandă. Cu cât discrepanța dintre lățimea de bandă a liniei și lățimea de bandă a semnalelor de informații transmise este mai mare, cu atât semnalele sunt mai distorsionate și sunt mai probabile erori în recunoașterea informațiilor de către partea care primește, ceea ce înseamnă că rata posibilă de transmitere a informațiilor este mai mare. Mai puțin.

Lățimea de bandă vs raportul de debit

Relația dintre lățimea de bandă a unei linii și lățimea de bandă a acesteia, indiferent de metoda acceptată de codificare fizică, a fost stabilită de Claude Shannon:

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

Aici C este lățimea de bandă a liniei în biți pe secundă, F este lățimea de bandă a liniei în herți, Pc este puterea semnalului, Rsh este puterea zgomotului.

Din această relație rezultă că nu există o limită teoretică a debitului unei legături cu lățime de bandă fixă. Cu toate acestea, în practică există o astfel de limită. Într-adevăr, este posibilă creșterea capacității liniei prin creșterea puterii transmițătorului sau prin reducerea puterii de zgomot (interferență) în linia de comunicație. Ambele componente sunt foarte greu de schimbat. Creșterea puterii emițătorului duce la o creștere semnificativă a dimensiunii și a costului acestuia. Reducerea nivelului de zgomot necesită utilizarea unor cabluri speciale cu scuturi de protecție bune, ceea ce este foarte scump, precum și reducerea zgomotului în emițător și echipamente intermediare, ceea ce nu este ușor de realizat. În plus, efectul puterilor utile de semnal și zgomot asupra debitului este limitat de o dependență logaritmică, care crește departe de a fi la fel de rapidă ca una direct proporțională. Deci, pentru un raport inițial destul de tipic între puterea semnalului și puterea zgomotului de 100 de ori, dublarea puterii transmițătorului va duce la o creștere de numai 15% a capacității liniei.

Apropiat în esență de formula Shannon este un alt raport obținut de Nyquist, care determină și debitul maxim posibil al liniei de comunicație, dar fără a ține cont de zgomotul din linie:

C = 2Flog2 M.

Aici M este numărul de stări distinse ale parametrului de informație.

Dacă semnalul are două stări distincte, atunci lățimea de bandă este egală cu dublul lățimii de bandă a liniei de comunicație (Fig. 8.15, a). Dacă transmițătorul folosește mai mult de două stări stabile de semnal pentru a codifica datele, atunci capacitatea liniei crește, deoarece transmițătorul transmite mai mulți biți de date sursă într-un ciclu de funcționare, de exemplu, 2 biți în prezența a patru stări de semnal distinse (Fig. 8.15, b).

Deși formula Nyquist nu ține cont în mod explicit de prezența zgomotului, indirect
influenţa sa se reflectă în alegerea numărului de stări ale semnalului informaţional
bani gheata. Pentru a crește debitul liniei de comunicație, ar fi necesară creșterea numărului de stări, dar în practică acest lucru este împiedicat de zgomotul pe linie. De exemplu, lățimea de bandă a liniei, al cărei semnal este prezentat în Fig. 8.15, b, poate fi dublat din nou folosind nu 4, ci 16 niveluri pentru codificarea datelor. Cu toate acestea, dacă amplitudinea zgomotului depășește ocazional diferența dintre nivelurile adiacente, atunci receptorul nu va putea recunoaște stabil datele transmise. Prin urmare, numărul de stări posibile de semnal este de fapt limitat de raportul dintre puterea semnalului și zgomot, iar formula Nyquist determină rata maximă de date în cazul în care numărul de stări a fost deja selectat ținând cont de capacitățile de recunoaștere stabilă de către destinatarul.

Pereche răsucită ecranată și neecranată

pereche răsucită numită pereche de fire răsucite. Acest tip de mediu de transmisie este foarte popular și formează baza unui număr mare de cabluri interne și externe. Un cablu poate consta din mai multe perechi răsucite (cablurile de exterior conțin uneori până la câteva zeci de astfel de perechi).

Răsucirea firelor reduce influența interferențelor externe și reciproce asupra semnalelor utile transmise prin cablu.

Principalele caracteristici ale designului cablului sunt prezentate schematic în fig. 8.16.

Cablurile torsadate sunt simetric , adică sunt formați din doi conductori identici din punct de vedere structural. Un cablu torsadat echilibrat poate fi oricare ecranat, și neprotejat.

Este necesar să se facă distincția între electrice izolarea miezurilor conductoare, care este prezentă în orice cablu, de laelectromagneticizolare. Primul constă dintr-un strat dielectric neconductor - hârtie sau un polimer cum ar fi clorura de polivinil sau polistirenul. În cel de-al doilea caz, pe lângă izolația electrică, nucleele conductoare sunt plasate și în interiorul scutului electromagnetic, care este cel mai adesea folosit ca o împletitură conductivă de cupru.

Pe bază de cablupereche răsucită neecranată,folosit pentru cablare

în interiorul clădirii, este împărțit în standardele internaționale în categorii (de la 1 la 7).

Cabluri categoria 1 sunt utilizate în cazul în care cerințele privind viteza de transmisie
minim. De obicei este un cablu pentru transmisia vocală digitală și analogică.
și transmisie de date cu viteză redusă (până la 20 Kbps). Până în 1983, acesta a fost
Un nou tip de cablu pentru cablarea telefonică.

Cabluri categoria 2 au fost folosite pentru prima dată de IBM în construcție
propriul sistem de cabluri. Principala cerință pentru cablurile din această categorie este
rii - capacitatea de a transmite semnale cu un spectru de până la 1 MHz.

Cabluri categoria 3 au fost standardizate în 1991. Standardul EIA-568
a determinat caracteristicile electrice ale cablurilor pentru frecvenţe în domeniul până la
16 MHz. Cabluri de categoria 3 concepute atât pentru transmisia de date, cât și
iar pentru transmisia de voce, acum formează baza multor sisteme de cablu
cladiri.

Cabluri categoria 4 sunt o versiune ușor îmbunătățită a
Cabluri categoria 3. Cablurile categoria 4 trebuie să reziste la teste timp de o oră -
Transmisia semnalului de 20 MHz și oferă o imunitate sporită la zgomot
vost și pierderi scăzute de semnal. În practică, acestea sunt rar folosite.

Cabluri categoria 5 au fost special concepute pentru a susține înalte
protocoale de viteză. Caracteristicile lor sunt determinate în intervalul de până la
100 MHz. Cele mai multe tehnologii de mare viteză (FDDI, Fast Ethernet,
ATM și Gigabit Ethernet) sunt ghidate de utilizarea unui cablu torsadat
5. Cablul de categoria 5 a înlocuit cablul de categoria 3, iar astăzi
toate sistemele de cabluri noi ale clădirilor mari sunt construite pe acest tip
cablu (combinat cu fibră optică).

Cablurile ocupă un loc special categoriile 6 și 7, pe care industria a început să o producă relativ recent. Cablul de categoria 6 este specificat până la 250 MHz și cablul de categoria 7 este specificat până la 600 MHz. Cablurile de categoria 7 trebuie să fie ecranate, atât fiecare pereche, cât și întregul cablu în ansamblu. Cablul de categoria 6 poate fi ecranat sau neecranat. Scopul principal al acestor cabluri este să accepte protocoale de mare viteză pe cabluri mai lungi decât cablul UTP de categoria 5.

Toate cablurile UTP, indiferent de categoria lor, sunt disponibile în configurație cu 4 perechi. Fiecare dintre cele patru perechi de cabluri are o anumită culoare și pas de răsucire. De obicei, două perechi sunt pentru transmisia de date și două sunt pentru transmisia vocală.

cablu de fibra optica

cablu de fibra opticaconstă din fibre de sticlă flexibile subțiri (5-60 microni) (fibre ghidaje de lumină) prin care se propagă semnalele luminoase. Acesta este tipul de cablu de cea mai înaltă calitate - oferă transmisie de date la o viteză foarte mare (până la 10 Gb/s și mai mare) și, în plus, mai bun decât alte tipuri de mediu de transmisie, oferă protecție a datelor împotriva interferențelor externe (datorită natura propagării luminii, astfel de semnale sunt ușor de protejat).

Fiecare ghid de lumină constă dintr-un conductor central de lumină (miez) - o fibră de sticlă și o carcasă de sticlă, care are un indice de refracție mai mic decât miezul. Răspândindu-se prin miez, razele de lumină nu depășesc limitele sale, fiind reflectate de stratul de acoperire al cochiliei. În funcție de distribuția indicelui de refracție și de dimensiunea diametrului miezului, există:

fibră multimodală cu indice de refracție în trepte (Fig. 8.17, A)\

fibră multimodală cu o modificare lină a indicelui de refracție (Fig. 8.17, b)\

fibră monomod (Fig. 8.17,în).

Conceptul de „mod” descrie modul de propagare a razelor de lumină în miezul cablului.

Cablu în modul unic(Single Mode Fiber, SMF) folosește un conductor central de diametru foarte mic, proporțional cu lungimea de undă a luminii - de la 5 la 10 microni. În acest caz, aproape toate razele de lumină se propagă de-a lungul axei optice a fibrei fără a fi reflectate de conductorul exterior. Trecând peste

LA cabluri multimodale(Multi Mode Fiber, MMF) utilizează nuclee interne mai largi, care sunt mai ușor de fabricat tehnologic. În cablurile multimodale, există mai multe fascicule de lumină în conductorul interior în același timp, reflectându-se de la conductorul exterior în unghiuri diferite. Unghiul de reflexie al fasciculului se numește Modă grindă. În cablurile multimodale cu o schimbare lină a indicelui de refracție, modul de reflectare a razelor are un caracter complex. Interferența rezultată degradează calitatea semnalului transmis, ceea ce duce la distorsiunea impulsurilor transmise într-o fibră optică multimodală. Din acest motiv, performanța tehnică a cablurilor multimode este mai slabă decât cea a cablurilor singlemode.

Ca urmare, cablurile multimodale sunt utilizate în principal pentru transmisia de date la viteze de cel mult 1 Gb/s pe distanțe scurte (până la 300-2000 m), iar cablurile monomode sunt folosite pentru transmisia de date la viteze foarte mari de câteva zeci de gigabiți pe secundă (și când se utilizează tehnologia DWDM - până la câțiva terabiți pe secundă) pe distanțe de până la câteva zeci și chiar sute de kilometri (comunicare la distanță lungă).

Ca surse de lumină în cablurile de fibră optică sunt utilizate:

LED-uri sau diode emițătoare de lumină (Light Emitted Diode, LED);

lasere semiconductoare sau diode laser.

Pentru cablurile cu un singur mod, se folosesc numai diode laser, deoarece cu un diametru atât de mic al fibrei optice, fluxul luminos creat de LED nu poate fi direcționat în fibră fără pierderi mari - are un model de radiație prea larg, în timp ce dioda laser este îngustă. Emițătoarele LED mai ieftine sunt folosite doar pentru cablurile multimodale.

Costul cablurilor cu fibră optică nu este cu mult mai mare decât costul cablurilor cu perechi răsucite, dar lucrările de instalare cu fibră optică sunt mult mai costisitoare din cauza complexității operațiunilor și a costului ridicat al echipamentului de instalare utilizat.

constatări

În funcție de tipul de echipament intermediar, toate liniile de comunicație sunt împărțite în analogice și digitale. În liniile analogice, echipamentele intermediare sunt proiectate pentru a amplifica semnalele analogice. Liniile analogice folosesc multiplexarea în frecvență.

În liniile de comunicație digitale, semnalele transmise au un număr finit de stări. În astfel de linii se folosesc echipamente intermediare speciale - regeneratoare, care îmbunătățesc forma impulsurilor și asigură resincronizarea acestora, adică le restabilește perioada de repetare. Echipamentul intermediar pentru multiplexarea și comutarea rețelelor primare funcționează pe principiul multiplexării în timp a canalelor, când fiecărui canal de viteză mică i se alocă o anumită fracțiune de timp (slot de timp sau cuantum) dintr-un canal de mare viteză.

Lățimea de bandă definește intervalul de frecvențe care sunt transmise de legătura cu o atenuare acceptabilă.

Debitul unei linii de comunicație depinde de parametrii interni, în special, lățimea de bandă, parametrii externi - nivelul de interferență și gradul de atenuare a interferenței, precum și metoda acceptată de codificare a datelor discrete.

Formula lui Shannon determină debitul maxim posibil al unei linii de comunicație pentru valori fixe ale lățimii de bandă a liniei și raportul putere/zgomot semnal.

Formula Nyquist exprimă debitul maxim posibil al unei linii de comunicație prin lățimea de bandă și numărul de stări ale semnalului informațional.

Cablurile cu perechi răsucite sunt împărțite în neecranat (UTP) și ecranat (STP). Cablurile UTP sunt mai ușor de fabricat și instalat, dar cablurile STP oferă un nivel mai ridicat de securitate.

Cablurile de fibră optică au caracteristici electromagnetice și mecanice excelente, dezavantajul lor este complexitatea și costul ridicat al lucrărilor de instalare.

1. Cum este o legătură diferită de un canal de comunicare compus?
   1. Un canal compus poate fi format din link-uri? Si invers?
   2. Poate un canal digital să transporte date analogice?
   3. Ce tip de caracteristici ale liniei de comunicație includ: nivelul de zgomot, lățimea de bandă, capacitatea liniară?
   4. Ce măsuri pot fi luate pentru a crește viteza de informare a link-ului:

o Reduce lungimea cablului;

o alegeți un cablu cu rezistență mai mică;

o alegeți un cablu cu o lățime de bandă mai mare;

o Aplicați o metodă de codificare cu spectru mai îngust.

1. De ce nu este întotdeauna posibilă creșterea capacității canalului prin creșterea numărului de stări ale semnalului informațional?
   1. Ce mecanism este folosit pentru a suprima interferențele în cabluri UTP?
   2. Care cablu transmite mai bine semnalele - cu o valoare a parametrului mai mare NEXT sau cu mai puțin?
   3. Care este lățimea spectrului unui impuls ideal?
   4. Denumiți tipurile de cablu optic.
   5. Ce se întâmplă dacă schimbi cablul într-o rețea funcțională cablu UTP STP? Opțiuni de răspuns:

О în rețea, proporția cadrelor distorsionate va scădea, deoarece interferențele externe vor fi suprimate mai eficient;

Oh, nimic nu se va schimba;

O în rețea, proporția cadrelor distorsionate va crește, deoarece impedanța de ieșire a transmițătorilor nu se potrivește cu impedanța cablului.

1. De ce este problematică utilizarea cablului de fibră optică într-un subsistem orizontal?
   1. Cantitatile cunoscute sunt:

Despre puterea minimă a transmițătorului P out (dBm);

О atenuarea de recuperare a cablului A (dB/km);

Despre pragul de sensibilitate al receptorului Pin (dBm).

Este necesar să se găsească lungimea maximă posibilă a liniei de comunicație la care semnalele sunt transmise în mod normal.

1. Care ar fi limita teoretică a ratei de date în biți pe secundă pentru o legătură cu o lățime de bandă de 20 kHz dacă puterea emițătorului este de 0,01 mW și puterea de zgomot în legătură este de 0,0001 mW?
   1. Determinați capacitatea unei legături duplex pentru fiecare direcție dacă se știe că lățimea de bandă a acesteia este de 600 kHz și metoda de codificare utilizează 10 stări de semnal.
   2. Calculați întârzierea de propagare a semnalului și întârzierea transmisiei de date pentru cazul unei transmisii de pachete de 128 de octeți (presupuneți că viteza de propagare a semnalului este egală cu viteza luminii într-un vid de 300.000 km/s):

O peste un cablu torsadat de 100 m la o rată de transmisie de 100 Mbps;

O printr-un cablu coaxial de 2 km lungime la o rată de transmisie de 10 Mbps;

O printr-un canal prin satelit cu o lungime de 72.000 km la o rată de transmisie de 128 Kbps.

1. Calculați viteza conexiunii dacă știți că frecvența ceasului emițătorului este de 125 MHz și semnalul are 5 stări.
   1. Receptorul și transmițătorul adaptorului de rețea sunt conectate la perechi de cabluri adiacente UTP. Care este puterea interferenței induse la intrarea receptorului dacă emițătorul are o putere de 30 dBm, iar exponentul URMĂTORUL cablul este de -20 dB?
   2. Să se știe că modemul transmite date în modul duplex la o rată de 33,6 Kbps. Câte stări are semnalul său dacă lățimea de bandă a liniei de comunicație este de 3,43 kHz?

Pagina 20

O linie de comunicație este un mediu fizic și un set de hardware folosit pentru a transmite semnale de la un transmițător la un receptor. În sistemele de comunicații cu fir, acesta este în primul rând un cablu sau un ghid de undă; în sistemele de comunicații radio, este o regiune a spațiului în care undele electromagnetice se propagă de la un transmițător la un receptor. Când este transmis prin canal, semnalul poate fi distorsionat și poate fi afectat de interferențe. Dispozitivul de recepție procesează semnalul primit , care este suma semnalului distorsionat și interferența de intrare și restaurează un mesaj din acesta, care afișează mesajul transmis cu o anumită eroare. Cu alte cuvinte, receptorul trebuie să determine, pe baza analizei semnalului, care dintre mesajele posibile a fost transmis. Prin urmare, dispozitivul de recepție este unul dintre cele mai critice și complexe elemente ale sistemului de comunicații electrice.

Un sistem de comunicații electrice este înțeles ca un ansamblu de mijloace tehnice și un mediu de distribuție. Conceptul de sistem de comunicare include o sursă și un consumator de mesaje.

După tipul mesajelor transmise se disting următoarele sisteme de comunicaţii electrice: sisteme de transmisie vocală (telefonie); sisteme de transmisie de text (telegrafie); sisteme de transmisie pentru imagini statice (fototelegrafie); sisteme de transmisie a imaginilor în mișcare (televiziune), sisteme de telemetrie, telecontrol și transmisie de date. Prin programare, sistemele de telefonie și televiziune se împart în difuzare, caracterizate printr-un grad ridicat de reproducere artistică a mesajelor, și profesionale, având o aplicație specială (comunicații oficiale, televiziune industrială etc.). În sistemul de telemetrie, mărimile fizice (temperatură, presiune, viteză etc.) sunt convertite cu ajutorul senzorilor într-un semnal electric primar alimentat transmițătorului. La capătul de recepție, mărimea fizică transmisă sau modificările acesteia sunt extrase din semnal și utilizate pentru control. În sistemul de telecontrol, comenzile sunt transmise pentru a efectua automat anumite acțiuni. Adesea aceste comenzi sunt generate automat pe baza rezultatelor măsurătorilor transmise de sistemul de telemetrie.

Introducerea calculatoarelor performante a condus la necesitatea dezvoltarii rapide a sistemelor de transmisie a datelor care sa asigure schimbul de informatii intre facilitatile de calcul si obiectele sistemelor automate de control. Acest tip de telecomunicații se caracterizează prin cerințe ridicate pentru viteza și fidelitatea transmiterii informațiilor.

Pentru schimbul de mesaje între mulți utilizatori (abonați) dispersați geografic se creează rețele de comunicații care asigură transmiterea și distribuirea mesajelor către adrese date (la un moment dat și cu o calitate stabilită).

O rețea de comunicații este un set de linii de comunicație și noduri de comutare.

Clasificarea canalelor și liniilor de comunicare se realizează:

după natura semnalelor la intrare și la ieșire (continuu, discret, discret-continuu);

după tipul de mesaje (telefon, telegraf, transmisie de date, televiziune, fax etc.);

după tipul de mediu de propagare (fir, radio, fibră optică etc.);

după gama de frecvențe utilizate (frecvență joasă (LF), frecvență înaltă (HF), frecvență super-înaltă (SHF) etc.);

prin structura transceiver-urilor (monocanal, multicanal).

În prezent, pentru a caracteriza cât mai complet canalele și liniile de comunicație, pot fi utilizate și alte caracteristici de clasificare (după metoda de propagare a undelor radio, metoda de combinare și separare a canalelor, amplasarea mijloacelor tehnice, scopul operațional etc. .)

Ce este un magnet permanent? Un magnet permanent este un corp capabil să mențină magnetizarea timp îndelungat. Ca urmare a multiplelor studii, a numeroase experimente, putem spune că doar trei substanțe de pe Pământ pot fi magneți permanenți (Fig. 1).

Orez. 1. Magneți permanenți. ()

Doar aceste trei substanțe și aliajele lor pot fi magneți permanenți, doar că pot fi magnetizate și mențin o astfel de stare pentru o perioadă lungă de timp.

Magneții permanenți au fost folosiți de foarte mult timp și, în primul rând, acestea sunt dispozitive de orientare spațială - prima busolă a fost inventată în China pentru a naviga în deșert. Astăzi, nimeni nu se ceartă despre ace magnetice, magneți permanenți, sunt folosiți peste tot în telefoane și transmițătoare radio și pur și simplu în diverse produse electrice. Ele pot fi diferite: există magneți de bară (Fig. 2)

Orez. 2. Bară magnetică ()

Și există magneți care se numesc arcuați sau potcoavă (Fig. 3)

Orez. 3. Magnet arc ()

Studiul magneților permanenți este asociat exclusiv cu interacțiunea lor. Câmpul magnetic poate fi creat de curent electric și un magnet permanent, așa că primul lucru care a fost făcut a fost cercetarea cu ace magnetice. Dacă aduceți magnetul la săgeată, atunci vom vedea interacțiunea - aceiași poli se vor respinge, iar cei opuși se vor atrage. Această interacțiune este observată cu toți magneții.

Să plasăm mici săgeți magnetice de-a lungul magnetului bară (Fig. 4), polul sud va interacționa cu nordul, iar nordul va atrage sudul. Acele magnetice vor fi plasate de-a lungul liniei câmpului magnetic. Este în general acceptat că liniile magnetice sunt direcționate în afara magnetului permanent de la polul nord la sud și în interiorul magnetului de la polul sud la nord. Astfel, liniile magnetice sunt închise la fel ca și curentul electric, acestea sunt cercuri concentrice, sunt închise în interiorul magnetului însuși. Se pare că în afara magnetului câmpul magnetic este direcționat de la nord la sud, iar în interiorul magnetului de la sud la nord.

Orez. 4. Liniile de câmp magnetic ale unui magnet de bară ()

Pentru a observa forma câmpului magnetic al unui magnet bară, forma câmpului magnetic al unui magnet arcuit, vom folosi următoarele dispozitive sau detalii. Luați o farfurie transparentă, pilitură de fier și efectuați un experiment. Să presărăm pilitură de fier pe placa situată pe magnetul barei (Fig. 5):

Orez. 5. Forma câmpului magnetic al magnetului bară ()

Vedem că liniile câmpului magnetic ies din polul nord și intră în polul sud, după densitatea liniilor putem judeca polii magnetului, unde liniile sunt mai groase - există polii magnetului ( Fig. 6).

Orez. 6. Forma câmpului magnetic al magnetului în formă de arc ()

Vom efectua un experiment similar cu un magnet arcuit. Vedem că liniile magnetice încep la nord și se termină la polul sud peste tot magnetul.

Știm deja că câmpul magnetic se formează doar în jurul magneților și al curenților electrici. Cum putem determina câmpul magnetic al Pământului? Orice săgeată, orice busolă din câmpul magnetic al Pământului este strict orientată. Deoarece acul magnetic este strict orientat în spațiu, prin urmare, un câmp magnetic acționează asupra lui și acesta este câmpul magnetic al Pământului. Se poate concluziona că Pământul nostru este un magnet mare (Fig. 7) și, în consecință, acest magnet creează un câmp magnetic destul de puternic în spațiu. Când ne uităm la un ac de busolă magnetic, știm că săgeata roșie indică spre sud, iar cea albastră spre nord. Cum sunt localizați polii magnetici ai Pământului? În acest caz, este necesar să ne amintim că polul magnetic sud este situat la polul nord geografic al Pământului, iar polul magnetic nord al Pământului este situat la polul sud geografic. Dacă considerăm Pământul ca un corp în spațiu, atunci putem spune că atunci când mergem spre nord de-a lungul busolei, vom ajunge la polul magnetic sud, iar când vom merge spre sud, vom ajunge la polul magnetic nord. La ecuator, acul busolei va fi situat aproape orizontal față de suprafața Pământului, iar cu cât suntem mai aproape de poli, cu atât săgeata va fi mai verticală. Câmpul magnetic al Pământului se putea schimba, au fost momente când polii s-au schimbat unul față de celălalt, adică sudul era unde era nordul și invers. Potrivit oamenilor de știință, acesta a fost un prevestitor al marilor catastrofe pe Pământ. Acest lucru nu a fost observat în ultimele câteva zeci de milenii.

Orez. 7. Câmpul magnetic al Pământului ()

Polii magnetic și geografic nu se potrivesc. Există, de asemenea, un câmp magnetic în interiorul Pământului însuși și, ca într-un magnet permanent, este direcționat de la polul magnetic sud către nord.

De unde provine câmpul magnetic din magneții permanenți? Răspunsul la această întrebare a fost dat de omul de știință francez Andre-Marie Ampère. El a exprimat ideea că câmpul magnetic al magneților permanenți se explică prin curenți elementari, simpli, care curg în interiorul magneților permanenți. Acești curenți elementari cei mai simpli se amplifică reciproc într-un anumit fel și creează un câmp magnetic. O particulă încărcată negativ - un electron - se mișcă în jurul nucleului unui atom, această mișcare poate fi considerată direcționată și, în consecință, se creează un câmp magnetic în jurul unei astfel de sarcini în mișcare. În interiorul oricărui corp, numărul de atomi și electroni este pur și simplu uriaș, respectiv, toți acești curenți elementari iau o direcție ordonată și obținem un câmp magnetic destul de semnificativ. Același lucru îl putem spune despre Pământ, adică câmpul magnetic al Pământului este foarte asemănător cu câmpul magnetic al unui magnet permanent. Și un magnet permanent este o caracteristică destul de strălucitoare a oricărei manifestări a unui câmp magnetic.

Pe lângă existența furtunilor magnetice, există și anomalii magnetice. Ele sunt legate de câmpul magnetic solar. Atunci când pe Soare au loc explozii sau ejecții suficient de puternice, acestea nu au loc fără ajutorul manifestării câmpului magnetic al Soarelui. Acest ecou ajunge pe Pământ și îi afectează câmpul magnetic, ca urmare, observăm furtuni magnetice. Anomaliile magnetice sunt asociate cu depozitele de minereuri de fier pe Pământ, depozitele uriașe sunt magnetizate de câmpul magnetic al Pământului pentru o lungă perioadă de timp, iar toate corpurile din jur vor experimenta un câmp magnetic din această anomalie, acele busolei vor arăta direcția greșită.

În lecția următoare, vom lua în considerare și alte fenomene asociate acțiunilor magnetice.

Bibliografie

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

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

Teme pentru acasă

1. Care capăt al acului busolei este atras de polul nord al pământului?
2. În ce loc al Pământului nu poți avea încredere în acul magnetic?
3. Ce indică densitatea liniilor de pe un magnet?

Există două tipuri principale de magneți: permanenți și electromagneți. Este posibil să se determine ce este un magnet permanent pe baza proprietății sale principale. Magnetul permanent își trage numele de la faptul că magnetismul său este întotdeauna „pornit”. Acesta generează propriul câmp magnetic, spre deosebire de un electromagnet, care este făcut din sârmă înfășurată în jurul unui miez de fier și necesită curent să curgă pentru a crea un câmp magnetic.

Istoria studiului proprietăților magnetice

Cu secole în urmă, oamenii au descoperit că unele tipuri de roci au caracteristici originale: sunt atrase de obiectele de fier. Mențiunea magnetitului se găsește în cronicile istorice antice: acum mai bine de două mii de ani în Europa și mult mai devreme în Asia de Est. La început a fost evaluat ca un obiect curios.

Mai târziu, magnetitul a fost folosit pentru navigație, constatând că tinde să ia o anumită poziție atunci când i se dă libertatea de a se roti. Un studiu științific al lui P. Peregrine în secolul al XIII-lea a arătat că oțelul poate dobândi aceste caracteristici după ce a fost frecat cu magnetit.

Obiectele magnetizate aveau doi poli: „nord” și „sud”, în raport cu câmpul magnetic al Pământului. După cum a descoperit Peregrine, nu a fost posibilă izolarea unuia dintre poli prin tăierea unui fragment de magnetit în două - ca rezultat fiecare fragment separat avea propria sa pereche de poli.

În conformitate cu ideile de astăzi, câmpul magnetic al magneților permanenți este orientarea rezultată a electronilor într-o singură direcție. Doar unele tipuri de materiale interacționează cu câmpurile magnetice, un număr mult mai mic dintre ele sunt capabile să mențină un câmp magnetic constant.

Proprietățile magneților permanenți

Principalele proprietăți ale magneților permanenți și câmpul pe care îl creează sunt:

• existența a doi poli;
• polii opuși se atrag și polii asemănători se resping (ca sarcinile pozitive și negative);
• forța magnetică se propagă imperceptibil în spațiu și trece prin obiecte (hârtie, lemn);
• are loc o creştere a intensităţii MF lângă poli.

Magneții permanenți suportă MT fără ajutor extern. Materialele în funcție de proprietățile magnetice sunt împărțite în principalele tipuri:

• feromagneti - usor magnetizati;
• paramagneti - magnetizati cu mare dificultate;
• Diamagneții – tind să reflecte MF extern prin magnetizare în sens opus.

Important! Materialele magnetice moi, cum ar fi oțelul, conduc magnetismul atunci când sunt atașate la un magnet, dar acest lucru se oprește atunci când este îndepărtat. Magneții permanenți sunt fabricați din materiale magnetice dure.

Cum funcționează un magnet permanent

Lucrarea sa este legată de structura atomică. Toți feromagneții creează un câmp magnetic natural, deși slab, datorită electronilor care înconjoară nucleele atomilor. Aceste grupuri de atomi sunt capabile să se orienteze într-o singură direcție și se numesc domenii magnetice. Fiecare domeniu are doi poli: nord și sud. Când un material feromagnetic nu este magnetizat, regiunile sale sunt orientate în direcții aleatorii, iar MF-urile lor se anulează reciproc.

Pentru a crea magneți permanenți, feromagneții sunt încălziți la temperaturi foarte ridicate și supuși unui câmp magnetic extern puternic. Acest lucru duce la faptul că domeniile magnetice individuale din interiorul materialului încep să se orienteze în direcția MF externă până când toate domeniile se aliniază, atingând punctul de saturație magnetică. Materialul este apoi răcit și domeniile aliniate sunt blocate în poziție. După îndepărtarea MF externă, materialele magnetice dure își vor păstra majoritatea domeniilor, creând un magnet permanent.

Caracteristicile unui magnet permanent

1. Forța magnetică este caracterizată de inducția magnetică reziduală. Desemnat Fr. Aceasta este forța care rămâne după dispariția MT externă. Măsurat în teste (Tl) sau gauss (Gs);
2. Coercivitate sau rezistență la demagnetizare - Ns. Măsurată în A/m. Arată care ar trebui să fie intensitatea MF externă pentru a demagnetiza materialul;
3. Energie maximă - BHmax. Calculat prin înmulțirea forței magnetice reziduale Br și a coercitivității Hc. Măsurat în MGSE (megagaussersted);
4. Coeficientul de temperatură al forței magnetice reziduale este Тс din Br. Caracterizează dependența lui Br de valoarea temperaturii;
5. Tmax este cea mai mare valoare a temperaturii la care magneții permanenți își pierd proprietățile cu posibilitatea de recuperare inversă;
6. Tcur este cea mai mare valoare a temperaturii la care materialul magnetic își pierde definitiv proprietățile. Acest indicator se numește temperatura Curie.

Caracteristicile individuale ale unui magnet se modifică cu temperatura. La temperaturi diferite, diferite tipuri de materiale magnetice funcționează diferit.

Important! Toți magneții permanenți pierd un procent de magnetism pe măsură ce temperatura crește, dar cu o rată diferită în funcție de tipul lor.

Tipuri de magneți permanenți

Există cinci tipuri de magneți permanenți în total, fiecare dintre acestea fiind realizat diferit pe baza materialelor cu proprietăți diferite:

• alnico;
• ferite;
• pământuri rare SmCo pe bază de cobalt și samariu;
• neodim;
• polimer.

Alnico

Aceștia sunt magneți permanenți alcătuiți în principal dintr-o combinație de aluminiu, nichel și cobalt, dar pot include și cupru, fier și titan. Datorită proprietăților magneților Alnico, aceștia pot funcționa la cele mai înalte temperaturi în timp ce își păstrează magnetismul, cu toate acestea, se demagnetizează mai ușor decât ferita sau pământurile rare SmCo. Au fost primii magneți permanenți produși în masă, înlocuind metalele magnetizate și electromagneții scumpi.

Aplicație:

• motoare electrice;
• tratament termic;
• rulmenti;
• vehicule aerospațiale;
• echipament militar;
• echipamente de încărcare și descărcare la temperatură înaltă;
• microfoane.

Ferite

Pentru fabricarea magneților de ferită, cunoscuți și sub denumirea de ceramică, se folosesc carbonat de stronțiu și oxid de fier într-un raport de 10/90. Ambele materiale sunt abundente și disponibile din punct de vedere economic.

Datorită costurilor reduse de producție, rezistenței la căldură (până la 250°C) și coroziunii, magneții de ferită sunt unul dintre cei mai populari pentru utilizarea de zi cu zi. Au o coercivitate internă mai mare decât alnico, dar o forță magnetică mai mică decât omologii din neodim.

Aplicație:

• difuzoare de sunet;
• sisteme de securitate;
• magneți cu plăci mari pentru a îndepărta contaminarea cu fier de pe liniile de proces;
• motoare și generatoare electrice;
• instrumente medicale;
• magneți de ridicare;
• magneți de căutare marină;
• dispozitive bazate pe funcționarea curenților turbionari;
• întrerupătoare și relee;
• frane.

Magneți SmCo pentru pământuri rare

Magneții de cobalt și samariu funcționează într-o gamă largă de temperaturi, au coeficienți de temperatură înalți și rezistență ridicată la coroziune. Acest tip își păstrează proprietățile magnetice chiar și la temperaturi sub zero absolut, făcându-le populare pentru utilizarea în aplicații criogenice.

Aplicație:

• turbotehnica;
• cuplaje pompe;
• medii umede;
• dispozitive de temperatură înaltă;
• mașini de curse electrice în miniatură;
• dispozitive electronice pentru funcționare în condiții critice.

Magneți de neodim

Cei mai puternici magneți existenți, constând dintr-un aliaj de neodim, fier și bor. Datorită puterii lor enorme, chiar și magneții în miniatură sunt eficienți. Acest lucru oferă versatilitate de utilizare. Fiecare persoană se află în permanență lângă unul dintre magneții de neodim. Sunt, de exemplu, într-un smartphone. Fabricarea de motoare electrice, echipamente medicale, electronice radio se bazează pe magneți de neodim de mare rezistență. Datorită super-puterii, forței magnetice uriașe și rezistenței la demagnetizare, pot fi produse mostre de până la 1 mm.

Aplicație:

• hard disk-uri;
• aparate de reproducere a sunetului - microfoane, senzori acustici, căști, difuzoare;
• proteze;
• pompe de cuplare magnetică;
• închizători de uși;
• motoare și generatoare;
• încuietori pe bijuterii;
• scanere RMN;
• magnetoterapie;
• Senzori ABS la mașini;
• echipament de ridicare;
• separatoare magnetice;
• comutatoare cu lame etc.

Magneții flexibili conțin particule magnetice în interiorul unui liant polimeric. Sunt utilizate pentru dispozitive unice în care este imposibil să se instaleze analogi solide.

Aplicație:

• publicitate afișată - fixare rapidă și îndepărtare rapidă la expoziții și evenimente;
• indicatoare pentru vehicule, panouri școlare educaționale, sigle ale companiei;
• Jucării, puzzle-uri și jocuri;
• suprafete de mascare pentru vopsire;
• Calendare și semne de carte magnetice;
• garnituri de ferestre si usi.

Majoritatea magneților permanenți sunt fragili și nu ar trebui folosiți ca elemente structurale. Sunt fabricați în forme standard: inele, tije, discuri și individuale: trapeze, arce etc. Datorită conținutului ridicat de fier, magneții de neodim sunt susceptibili la coroziune, prin urmare sunt acoperiți deasupra cu nichel, oțel inoxidabil, teflon, titan, cauciuc și alte materiale.

Video