Диапазоны электромагнитного спектра

1. Диапазоны электромагнитного спектра

1

2.

2

3. Диапазоны электромагнитного спектра волн

3

4. Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

4

5. Общие закономерности распространения волн

1. Чем выше частота, тем выше возможная скорость передачи
информации;
2. Чем выше частота,
препятствия;
тем
хуже
проникает
сигнал
через
3. Чем выше частота, тем быстрее убывает энергия сигнала с
расстоянием от источника;
4. Низкочастотные радиоволны АМ-диапазонов легко проникают
в дома, позволяя обходиться комнатной антенной;
5. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как
правило, внешней антенны;
6. Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдоль
поверхности Земли. Именно поэтому сигналы АМ-радио могут
передаваться на расстояния в 100-и км;
5

6. Общие закономерности распространения волн

7. Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой Земли,
поэтому они могут распространяться на 1000-и км;
8. Сигналы в диапазоне свыше 30 МГц распространяются по
прямой, т.е. являются сигналами прямой видимости. При
частотах свыше
4 ГГц возможно ухудшение качества
передачи;
9. Потребность в скоростной передаче является главной, поэтому
все современные системы передачи информации работают в
ВЧ диапазонах, начиная с 800 МГц;
10. Существуют также три частотных диапазона (900 МГц, 2,4 ГГц
и 5 ГГц) которые используются для международного
использования без лицензирования (промышленность, наука,
медицина – Industrial, Science, Medical).
6

7. Основные типы линий связи

7

8.

Типы кабелей
Сегодня как для внутренней (кабели зданий), так и для
внешней проводки чаще всего применяются три класса
проводных линий связи:
витая пара;
коаксиальные кабели;
волоконно-оптические кабели.
8

9.

Экранированная и неэкранированная витая пара
Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот
вид среды передачи данных очень популярен и составляет
основу большого количества как внутренних, так и внешних
кабелей.
Скручивание
проводов
снижает
влияние
внешних
и
взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по
кабелю.
9

10.

Кабели на основе витой пары являются симметричными, то
есть
состоят
из
двух
одинаковых
в
конструктивном
отношении проводников.
Симметричный кабель на основе витой пары может быть как
экранированным (STP), так и неэкранированным (UTP).
Следует различать электрическую изоляцию проводящих
жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной
изоляции.
10

11.

ЭИ состоит из непроводящего диэлектрического слоя –
бумаги или полимера, например, поливинилхлорида или
полистирола.
В случае ЭМИ помимо электрической изоляции проводящие
жилы помещаются также внутрь электромагнитного экрана,
в качестве которого чаще всего применяется проводящая
медная оплетка.
11

12. Основные типы и конструкции проводных систем передачи информации

12

13.

Кабель
на
основе
неэкранированной
витой
пары,
используемый для проводки внутри здания, разделяется в
международных стандартах на категории (от 1 до 8).
Кабели категории 1 применяются там, где требования к
скорости передачи минимальны.
Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи
голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных.
До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной
разводки.
13

14.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM
при построении собственной кабельной системы.
Главное требование к кабелям этой категории – способность
передавать сигналы со спектром до 1 МГц. (до 4 Мбит/с)
Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году.
Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики
кабелей для частот в диапазоне до 16 МГц. (до 10 Мбит/с
или до 100 Мбит/с но на расстояние не более 100 метров)
Такие кабели составляли основу многих кабельных систем
зданий.
14

15.

Кабели
категории
4
представляют
собой
несколько
улучшенный вариант кабелей категории 3.
Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте
передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную
помехоустойчивость и низкие потери сигнала.
4 скрученных пары с пропускной способностью до 16 Мбит/с
по одной паре.
На практике используются редко.
15

16.

Кабели категории 5 были специально разработаны для
поддержки высокоскоростных протоколов.
Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц.
Большинство высокоскоростных технологий (FDDI, Fast
Ethernet,
ATM
и
Gigabit
Ethernet)
ориентировано
на
использование витой пары категории 5.
Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3.
Большинство кабельных систем крупных зданий строятся
именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-
оптическим).
До 1000 Мбит/с по 4 парам и до 100 Мбит/с по 2 парам.
16

17.

Кабели категории 6 были добавлены в 2002 году.
Неэкранированный кабель состоит из 4 пар проводников и
способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на
расстояние до 55 м.
Для данного кабеля характеристики определяются до
частоты 250 МГц.
17

18.

Кабель категории 7, появился сразу же после категории 6.
Для кабеля категории 7 характеристики определяются до
частоты
600
МГц.
Данные
кабели
обязательно
экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в
целом. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с.
Кабель категории 8 добавлен в ноябре 2017 года.
Полностью совместим с кабелем категории 6. Скорость
передачи
данных
до
40
Гбит/с
при
использовании
стандартных разъёмов 8P8C. Кабель этой категории имеет
либо общий экран, либо экраны вокруг каждой пары
18

19.

Основное
назначение
этих
кабелей
–
поддержка
высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей
длины, чем кабель UТР категории 5.
Все кабели UТР независимо от их категории выпускаются в
4-парном исполнении.
Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и
шаг скрутки.
Обычно две пары предназначены для передачи данных, две
– для передачи голоса.
19

20.

Экранированная витая пара (STP)
хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних
помех;
меньше излучает электромагнитные колебания вовне;
защищает пользователей сетей от вредного для здоровья
излучения.
Наличие
заземляемого
экрана
удорожает
кабель
усложняет его прокладку.
20
и

21.

Основным
стандартом,
определяющим
параметры
экранированной витой пары для применения внутри зданий,
является фирменный стандарт IBM.
В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы
от 1 до 9 включительно.
Например, кабель типа 1 стандарта IВМ состоит из 2х пар
скрученных
проводов,
экранированных
заземленной
проводящей оплеткой.
21

22.

Электрические
параметры
кабеля
типа
1
примерно
соответствуют параметрам кабеля UТР категории 5.
Волновое
сопротивление
кабеля
типа
1
(150
Ом),
значительно выше волнового сопротивления UТР категории
5 (100 Ом), поэтому невозможно «улучшение» кабельной
проводки сети путем простой замены неэкранированной
пары экранированной парой типа 1.
Передатчики, рассчитанные на работу с кабелем, имеющим
волновое сопротивление 100 Ом, будут плохо работать на
волновое сопротивление 150 Ом.
22

23.

23

24.

Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из несимметричных пар
проводников.
Каждая пара представляет собой внутреннюю медную жилу
и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой
медной трубой или оплеткой, отделенной от внутренней
жилы диэлектрической изоляцией.
Внешняя жила играет двоякую роль:
по ней передаются информационные сигналы
является экраном, защищающим внутреннюю жилу от
внешних электромагнитных полей.
24

25.

Существует
несколько
типов
коаксиального
кабеля,
отличающихся характеристиками и областями применения:
для локальных компьютерных сетей,
для глобальных телекоммуникационных сетей,
для кабельного телевидения и т.п.
Согласно современным стандартам коаксиальный кабель не
считается
хорошим
выбором
при
построении
структурированной кабельной системы зданий.
25

26.

Основные типы и характеристики.
«Толстый» коаксиальный кабель разработан для сетей
Ethernet 10Base-5 с волновым сопротивлением 50 Ом и
внешним диаметром около 12 мм.
Имеет
достаточно
толстый
внутренний
проводник
диаметром 2,17 мм, обеспечивает хорошие механические и
электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц
- не хуже 18 дБ/км).
Сложно монтировать - он плохо гнется.
26

27.

«Тонкий» коаксиальный кабель имеет внешний диаметр
около 5 мм и тонкий внутренний проводник 0,89 мм.
Не так прочен, как «толстый» коаксиал, но обладает гораздо
большей гибкостью, что удобно при монтаже.
Также имеет волновое сопротивление 50 Ом, но
механические и электрические характеристики хуже.
Затухание выше, поэтому необходимо уменьшать длину
кабеля для получения одинакового затухания в сегменте.
Телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом
широко применяется в кабельном телевидении.
Существуют стандарты локальных сетей, позволяющие
использовать такой кабель для передачи данных.
27

28.

Волоконно-оптические линии связи
Упрощенная модель ВОСПИ - ВОЛС
28

29.

Волоконно-оптическая система передачи информации
(ВОСПИ) состоит из пассивных и активных элементов и
предназначена для передачи информации в оптическом
(как правило — ближнем инфракрасном) диапазоне.
29

30.

Пассивные компоненты ВОЛС:
• Оптический кабель
• Оптическая муфта
• Оптические коннекторы
30

31.

Активные компоненты ВОСПИ
Мультиплексор
Демультиплексор
Регенератор
Усилитель
Лазер (светодиод)
Модулятор
Фотоприёмник (фотодиод)
31

32.

Мультиплексор в оптике — устройство в ВОЛС,
позволяющее с помощью пучков света с разными длинами
волн и дифракционной решетки (фазовой, амплитудной),
передавать по одной коммуникационной линии
одновременно несколько различных потоков данных.
32

33. Конструкция оптического волокна

33

34. Затухание волн в ВОЛС

34

35. Путь лучей для различных углов падения n1 > n2

Путь лучей для различных углов падения n1 > n2
35

36. Многомодовое и одномодовое распространение импульсов в световоде

36

37. Общий качественный вид приема лучей света в ВОЛС

37

38. ВОЛС с различными апертурами, но с одинаковыми диаметрами сердечника

38

39. ВОЛС с одинаковыми апертурами, но с различными диаметрами сердечника

39

40.

Преимущества ВОЛС
• Абсолютная защищенность оптоволокна от электрических помех,
наводок;
• Полное отсутствие излучения во вне;
• Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного
прослушивания сети практически невозможно;
• Скорость передачи данных через оптоволоконные системы
составляет более 10 Гбит/с.
• Позволяет передавать информацию на большие расстояния.
• Пожаро- и взрывобезопасность при изменении физических и
химических параметров
• Малые габариты и масса
• Высокая надёжность оптической среды: оптические волокна не
окисляются, не намокают, не подвержены слабому
электромагнитному воздействию.
40