Характеристики линий связи

К основным характеристикам линий связи относятся:

¨ амплитудно-частотная характеристика;

¨ полоса пропускания;

¨ затухание;

¨ помехоустойчивость;

¨ перекрестные наводки на ближнем конце линии;

¨ пропускная способность;

¨ достоверность передачи данных;

¨ удельная стоимость.

В первую очередь разработчика вычислительной сети интересуют пропускная способность и достоверность передачи данных, поскольку эти характеристики прямо влияют на производительность и надежность создаваемой сети.

Амплитудно-частотная характеристика (рис. 2.2) показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Рис. 2.2. Амплитудно-частотная характеристика

Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники.

На практике вместо амплитудно-частотной характеристики применяются другие, упрошенные характеристики, например полоса пропускания и затухание.

Полоса пропускания (bandwidth) — это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, обычно 0,5 (см. рис. 2.2). То есть полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Затухание (attenuation) определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Таким образом, затухание

представляет собой одну точку из амплитудно-частотной характеристики линии.

Затухание А обычно измеряется в децибелах (дБ, decibel — dB) и вычисляется по следующей формуле:

A=10log₁₀P_вых/P_вх,

где P_вых — мощность сигнала на выходе линии; P_вх — мощность сигнала на входе линии.

Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей всегда меньше, чем мощность входного сигнала, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной.

Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности.

Пропускная способность (throughput) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи.

Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью выражается формулой Шеннона:

C=Flog₂(1+P_C/P_Ш)

где С — максимальная пропускная способность линии в битах в секунду; F — ширина полосы пропускания линии в герцах; Р_С — мощность сигнала; Р_Ш — мощность шума.

Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутрен­них проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические линии, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Обычно для уменьшения помех, появляющихся из-за внешних электромагнитных полей, проводники экранируют и/или скручивают.

Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk — NEXT) определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре провод­ников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи.

Если ко второй паре будет подключен приемник, то он может принять наведенную внутреннюю помеху за полезный сигнал. Показатель перекрестных наводок NEXT, выраженный в деци­белах, представляется формулой

NEXT=10log₁₀P_ВЫХ/P_НАВ,

где P_ВЫХ — мощность выходного сигнала; P_НАВ – мощность наведенного сигнала.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Величина этого показателя для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10^-4—10^-6, в оптоволоконных линиях связи — 10^-9. Значение достоверности передачи данных, например, в 10^-4 говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала ограниченной полосой пропускания линии. Поэтому для повышения досто­верности передаваемых данных нужно повышать степень помехозащищенности линии, снижать уровень перекрестных наводок в кабеле, а также использовать более широкополосные линии связи.