2. Характеристики проводных линий связи. Особенности подключения и согласования передающих линий. Эффекты, наблюдаемые при распространении сигналов по длинным проводным линиям.

Линия связи - собственно физическая среда, по которой передаются сигналы. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, т. е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны. В зависимости от среды передачи данных различают следующие линии связи: проводные (воздушные); кабельные (медные и волоконно-оптические); радиоканалы наземной и спутниковой связи; инфракрасные лучи.

Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В системах телекоммуникации и компьютерных сетях применяют три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Витая пара изготовляется в двух вариантах: в экранированном (STP - Shielded Twisted Pair) - когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (UTP - Unshielded Twisted Pair) - когда изоляционная обертка каждой пары отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутрен­ней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и об­ластями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для ка­бельного телевидения и т. п.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5...60 микрон) волокон, по которым распространяются све­товые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля, он обеспечивает пере­дачу данных с очень высокой скоростью и лучше других типов передающей среды защищает от вне­шних помех. Схема ниже.

Особенности подключения и согласования длинных передающих линий

Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений. Принцип согласования: на концах кабеля необходимо установить согласующие резисторы(терминаторы) с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого кабеля.

Волновое сопротивление — это параметр данного типа кабеля, зависящий только от его устройства (сечения, количества и формы проводников, тол­щины и материала изоляции и т.д.). Величина волнового сопротивления обязательно указывается в документации на кабель и составляет обычно от 50—100 Ом для коаксиального кабеля до 100-150 Ом для витой пары или плоского многопроводного кабеля. Обычно требуется, чтобы отклонение величины согласующего резистора не превышало 5-10% в ту или другую сторону.

R-сопротивление, L-индуктивность, G-проводимость материала изоляции, С-ёмкость (конденсатор). Z – волновое сопротивление (импеданс).

Присоединенные к одной и той же шине, но в разных точках, компьютеры имеют на своих корпусах разные потенциалы. В результате по электрическому кабелю, соединяющему компьютеры, течет выравнивающий ток (переменный с высокочастотными составляющими). Выравнивающий ток может достигать в величины в несколько ампер. Выравнивающий ток существенно влияет на передаваемый сигнал. Даже тогда, когда сигналы передаются без участия экрана (например, по двум проводам, заключенным в экран), выравнивающий ток, вследствие индуктивного действия, мешает передаче информации. Именно поэтому экран всегда должен быть заземлен только в одной-единственной точке.

Эффекты, наблюдаемые при распространении сигналов по длинным проводным линиям

Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует передачи импульсов с меньшей скоростью (чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались и импульс успел дорасти до требуемого уровня).

Для вычислительных сетей характерны как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами. В последнем случае возникают как чисто электрические проблемы обеспечения нужного качества сигналов при подключении к одному и тому же проводу нескольких приемников и передатчиков, так и логические проблемы разделения времени доступа к этим линиям.

Коэффициент отражения

Если участок кабеля имеет сопротивление , которое отличается от волнового сопротивления кабеля, например, на конце кабеля, часть энергии импульса будет отражаться на этом участке кабеля. Отношение между отражённой частью и частью импульса, распространяющегося за неоднородность, может быть описано посредством коэффициента отражения r (Z_L = волновое сопротивление кабеля, Z_X = сопротивление на источнике дефекта):