Тема 7 ВИДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ. Тема 7 виды физических линий связи

• Название: Тема 7 виды физических линий связи
• Дата: 30.11.2021
• Размер: 0.75 Mb.
• Имя файла: Тема 7 ВИДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ .pptx
• Тип: Документы; #286353
• страница: 1 из 7

Тема 7 ВИДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

• В технике передачи информации находят различные виды линий связи, различаемые по физической среде, обеспечивающей передачу сигналов, по физической природе сигналов, по диапазону рабочих частот и т.д. Удобнее всего классифицировать линии связи по физической природе сигналов, используемых для передачи данных. По этому признаку линии связи разделяют на акустические, электрические, радиолинии (электромагнитные), оптические. В датчиках для передачи воздействия измеряемой среды на чувствительный элемент используются механические линии связи: жесткие или механические, гидравлические, пневматические. Отметим, что в литературе, в том числе и учебной, используется и другая классификация.

7.1. Акустические линии связи

• Акустические линии связи используют для передачи акустические колебания от звукового диапазона (до 20 кГц) до гиперзвукового диапазона (109 –1013 Гц). Средой для передачи могут служить любые звукопроводящие каналы: воздух, вода пресная, вода морская, буровые растворы, … На рис. 7.1 приведена упрощенная схема акустической линии связи.
• Рис. 7.1. Упрощенная схема акустической линии связи

• Генератор Г, например, пьезоэлектрический на основе прямого пьезоэлектрического эффекта, генерирует акустические сигналы, которые по среде распространяются и доходят до приемника П. Приемник преобразует воздействие колебаний в электрические сигналы, например на основе обратного пьезоэлектрического эффекта.
• Акустические линии связи используются при речевой передаче информации, ультразвуковой диагностике, акустическом обнаружении объектов (косяков рыб, подводных аппаратов), гидролокации, акустической связи.

• Акустическая связь используется в системах измерения во время бурения MWB (Measurement While Drilling) компаний Sperry Sun, Anadrill Shlumberger, Halliburton, Baker Huges, системах регистрации во время бурения LWD (Logging While Drilling) компаний Sperry Sun, Shlumberger. В качестве среды передачи используется буровой раствор. Данные передаются с глубины до 5 км со скоростью 2–45 бит/сек.
• Отметим следующие достоинства акустических линий связи.
• 1. Используется имеющаяся среда, не нужно создавать специально.
• 2. Имеется возможность передачи данных в тех условиях, где другие линии связи невозможно создать (под водой, при бурении скважин).
• К сожалению, акустические линии связи имеют существенные недостатки, резко сужающие возможности их применения.
• 1. Как правило, невысокая скорость передачи данных.
• 2. Необходимо использовать специфические излучатели и приемники.
• 3. Сильная зашумленность принимаемого сигнала.

7.2. Электрические линии связи

• Электрические каналы используют проводные линии связи, как специально созданные, так и созданные для других целей (линии электроснабжения, высоковольтные линии электропередачи, рельсы, трубы).
• В качестве примера использования высоковольтной линии электропередачи (ЛЭП) для организации электрической линии связи служит схема, приведенная на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Использование высоковольтной линии для передачи информации: ЛЭП – высоковольтная линия электропередачи; ПВ – высоковольтная подстанция; Ф – фильтр; Р – разрядник; ЗН – заземляющий нож; К – слаботочный кабель; С – высоковольтный разделительный конденсатор; L – индуктивность; ПИ – потребители информации

• Передача ведется в диапазоне высоких частот 30–300 кГц.
• Для предохранения потребителя информации от высокого напряжения ЛЭП применяется высоковольтный разделительный конденсатор С и разрядник Р. При пробое конденсатора высокое напряжение попадает на разрядник, который шунтирует аппаратуру. Заземляющий нож используется для шунтирования аппаратуры при ремонте. Полосовой фильтр Ф задерживает низкочастотную составляющую высоковольтного сигнала, а также помехи, возникающие в линии, и пропускают полезный сигнал. Индуктивность L используется в качестве высокочастотного фильтра и предотвращают прохождение информационных сигналов на подстанцию.

• В настоящее время разработана технология передачи данных по сетям электропитания низкого (180–400 В) и среднего (40–60 кВ) PLC (Power Line Communication). Принцип построения сети абонентского доступа на базе PLC-технологии: внешнее телекоммуникационное оборудование размещается на локальной трансформаторной подстанции и подключается к телефонной или IP-магистрали и к электрической сети. Это оборудование представляет собой шлюз между сетями общего пользования и PLC-сетью и формирует соединение с PLC-модемом, который устанавливается в помещениях пользователей. PLC-модем является специализированным модемом с разделительными фильтрами, позволяющими отсечь силовые импульсы от высокочастотного модулированного сигнала.

• В простейшем варианте организации доступа шлюзы к сети передачи данных можно подсоединять к низковольтной стороне питающей подстанции и «накрывать» весь сегмент электросети, подключенный к фидеру понижающего трансформатора. Разумеется, провайдеру PLCсети нужно получить разрешение со стороны энергоснабжающей компании. Маловероятно, что в России возможно создание таких сетей для индивидуальных пользователей, но возможно позволит энергокомпаниям строить недорогие системы технологической связи.
• В качестве специально созданных электрических линий связи используют несколько видов медного кабеля: коаксиальный (Coaxial) и витую пару (Twisted Pair). Основными параметрами медного кабеля являются: волновое сопротивление (импеданс), полоса пропускания, удельное затухание сигнала.

• Коаксиальный кабель представляет центральную сигнальную жилу, окруженную изоляцией и одним или несколькими слоями экрана. Отрезки кабеля соединяются коаксиальными разъёмами. Для нормального прохождения сигнала волновое сопротивление кабеля и разъёмов должно совпадать и быть согласованным с импедансом всех соединяемых устройств. В локальных сетях применяется кабель RG-11, RG-58 c волновым сопротивлением 50 Ом, RG-62 c волновым сопротивлением 95 93 Ом. В настоящее время коаксиальный кабель в международных стандартах не рекомендуется для использования.

Витая пара представляет собой пару скрученных проводников, образующих одну сигнальную линию. Благодаря скрутке уменьшается паразитная емкость кабеля (увеличивается полоса пропускания), его внешнее излучение и чувствительность к электромагнитным помехам. Витые пары могут быть как неэкранированными UTP (Unshielded Twisted Pair), так и экранированными STP (Shielded Twisted Pair). Экран пар может быть выполнен как в виде металлической оплётки, так и ленты из фольги. В экран может быть заключен и весь кабель, содержащий две, четыре и более пар. По частотным свойствам, определяемым количеством пар и шагом скрутки, различают несколько категорий кабелей витой пары, которые нумеруются от CAT1 до CAT7. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях).

• Витая пара представляет собой пару скрученных проводников, образующих одну сигнальную линию. Благодаря скрутке уменьшается паразитная емкость кабеля (увеличивается полоса пропускания), его внешнее излучение и чувствительность к электромагнитным помехам. Витые пары могут быть как неэкранированными UTP (Unshielded Twisted Pair), так и экранированными STP (Shielded Twisted Pair). Экран пар может быть выполнен как в виде металлической оплётки, так и ленты из фольги. В экран может быть заключен и весь кабель, содержащий две, четыре и более пар. По частотным свойствам, определяемым количеством пар и шагом скрутки, различают несколько категорий кабелей витой пары, которые нумеруются от CAT1 до CAT7. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях).

• CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара (в России используется кабель и вообще без скруток — у него характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США применялся ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.
• CAT2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token Ring и Arcnet. Сейчас иногда используется в телефонных сетях.
• CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и Token Ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих пор используется в телефонных сетях.

• CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях Token Ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не применяется.
• САТ5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.
• САТ5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Ограничение на длину кабеля между устройствами (компьютер-свитч, свитч-компьютер, свитчсвитч) — 100 м. Ограничение хаб-хаб — 5 м. Внешний вид САТ5e приведен на рис.7.3.

• Рис. 7.3. Внешний вид витой пары категории 5е.

• CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
• CAT6A (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гигабит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гигабит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.
• CAT7 — спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 100 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully shielded Twisted Pair).

• Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 120 Ом ±20Oм, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.
• Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ-45 8P8C (8 Position 8 Contact). Это унифицированный разъем, который используется в телекоммуникациях и имеет 8 контактов и защёлку. Внешний вид и нумерация контактов в разъеме представлены на рис. 7.4.

• Рис. 7.4. Внешний вид разъема RJ-45.