tdrc-05-medii de transmisie -...
Post on 03-Sep-2019
23 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Curs 5
Cap 3. Nivelul fizic3.2. Medii de transimisie
2 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
3.2.1. Tipuri de medii de transmisie• Scopul nivelului fizic: transportul datelor de la o
maşină la alta
• Medii directive (Guided - wire)• Medii nedirective (Unguided - wireless)
• Caracteristicile şi calitatea sunt determinate de mediul şi semnalele transmise
3 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Alegerea mediilor de transmisie• Lăţimea de bandă• Imperfecţiuni ale transmisiei • Interferenţe• Numărul de receptoare• Costuri• Întârzieri • Uşurinţă de instalare şi utilizare• Distanţa de transmisie
4 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Spectrul electromagnetic
2
5 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Medii directive• Medii magnetice • Perechi torsadate (Twisted Pair)• Cablu coaxial• Fibră optică
6 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Medii magnetice• Foarte folosite• Nesofisticată• Eficient din punct de vedere al costurilor• Exemplu – Ultrium tape – 200GB/400USD
—400Gbps—1GB/3 cenţi
7 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristici ale mediilor directive
Domeniul de frecvenţe
Atenuare tipică
Întârziere tipică
Distanţa între repetoare
Perechi torsadate
0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 kHz
50 µs/km 2 km
Perechi torsadate
0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 kHz
5 µs/km 2 km
Cablu coaxial 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 MHz
4 µs/km 1 to 9 km
Fibră optică 186 to 370 THz
0.2 to 0.5 dB/km
5 µs/km 40 km
8 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
A. Perechi torsadate
(a) Cat 3 UTP.(b) Cat 5 UTP.
3
9 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate - caracteristici• Izolate separat• De obicei grupate în cabluri• Preinstalate în clădiri la construcţie• Suportă până la 10Mbps la 100m• Diafonia prin cuplj capacitiv - mică
10 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate - aplicaţii• Cel mai folosit mediu• Reţele telefonice
—Între abonat şi oficiu
• În interiorul clădirilor—Reţele private
• Local area networks (LAN)—10Mbps or 100Mbps
11 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate – pro şi contra• Ieftin• Uşor de folosit• Rata de transfer mică• Distanţă mică de interconectare
12 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristicile transmisiei• Analog
—Amplificatoare la 5km - 6km
• Digital—Folosind semnale digitale sau analogice—Repetoare la 2km - 3km
• Limitat în distanţă• Limitat în bandă de trecere (10MHz)• Limitat în rata de transfer (100MHz)• Afectată de zgomot şi interferenţe
4
13 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Diafonia• Cuplaj între 2 perechi• Ex.: semnalul de transmis e lângă semnalul
recepţionat
14 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate ecranate/neecranate• Neecranate - Unshielded Twisted Pair (UTP)
—Linia telefonică —Cea mai iefnină—Uşor de instalat—Influenţată de interferenţe electromagnetice
• Ecranate - Shielded Twisted Pair (STP)—Înveliş metalic pentru reducerea interferenţelor—Mai scumpă—Mai greu de folosit (grea, groasă)
15 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Categorii UTP• Cat 3
— Până la 16MHz— Folosit pentru voce în mojoritatea clădirilor— Lungimea de torsadare: 7.5 cm la 10 cm
• Cat 4— Până la 20 MHz
• Cat 5— Până la 100MHz— Folosită în clădirile noi— Lungimea de torsadare: 0.6 cm la 0.85 cm
• Cat 5E (Enhanced) • Cat 6• Cat 7
16 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Categorii UTPCategory 3
Class CCategory 5
Class DCategory
5ECategory 6
Class ECategory 7
Class F
Bandwidth 16 MHz 100 MHz 100 MHz 200 MHz 600 MHz
Cable Type UTP UTP/FTP UTP/FTP UTP/FTP SSTP
Link Cost (Cat 5 =1)
0.7 1 1.2 1.5 2.2
5
17 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comparaţie UTP-STPAtenuare (dB per 100 m) Diafonie (dB)
Frecvenţă(MHz)
Category 3 UTP
Category 5 UTP
150-ohm STP
Category 3 UTP
Category 5 UTP
150-ohm STP
1 2.6 2.0 1.1 41 62 58
4 5.6 4.1 2.2 32 53 58
16 13.1 8.2 4.4 23 44 50.4
25 — 10.4 6.2 — 41 47.5
100 — 22.0 12.3 — 32 38.5
300 — — 21.4 — — 31.318 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
B. Cablul coaxial
19 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Cablul coaxial - aplicaţii• Cel mai versatil mediu • Distribuţie TV
—Antenă la TV—Cablu TV
• Transmisie telefonică la distanţă—Poate transporta până la 10.000 convorbiri telefonice
simultan—Înlocuit de fibră optică
• Legătură între calculatoare la distanţă mică• LAN
20 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristicile transmisiei• Analog
—Amplificatoare la fiecare câţiva kilometri—Mai aproape la frecvenţe mai mari—Până la 500 MHz
• Digital—Repetoare la fiecare 1km—Mai aproape la rate de transfer mai mari
6
21 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
C. Fibra optică
(a)3 exemple de reflexie.(b) Fascicol cu reflexie totală.
22 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică
23 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică – avantaje • Capacitate mare
—Rate de transmisie de sute de Gbps
• Dimensiuni şi greutate scăzute• Atenuare mică• Izolată electromagnetic• Repetoare mai rare
24 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică – aplicaţii• Transmisie pe distanţe lungi• MAN• LAN• Legături rurale
7
25 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristici ale transmisiei• Funcţionează ca ghid de undă pentru 1014 la
1015 Hz • Tipuri de transmiţător
—Light Emitting Diode (LED)—Injection Laser Diode (ILD)
• Wavelength Division Multiplexing
26 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Tipuri de emiţător
27 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Moduri de transfer
28 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Atenuarea funcţie de frecvenţă
8
29 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Frecvenţe utilizateWavelength (in vacuum) range
(nm)
Frequency range (THz)
Band label
Fiber type Application
820 to 900 366 to 333 Multimode LAN
1280 to 1350 234 to 222 S Single mode Various
1528 to 1561 196 to 192 C Single mode WDM
1561 to 1620 185 to 192 L Single mode WDM
30 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Tipuri de conectare • Conectori
—10-20% pierderi
• Lipire mecanică—10% pierderi—Muncitor calificat
• Topire
31 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Exemplu de reţea cu FO
• Repetoare active
32 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
9
33 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Transmisii wireless – spectrul
34 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Frecvenţe utilizate• 2GHz - 40GHz
—Microunde—Foarte directive—Punct la punct—sateliţi
• 30MHz - 1GHz—Omnidirecţional—Radio
• 3 x 1011 - 2 x 1014
—Infraroşu—Local
35 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene• Conductori electrici care radiază/colectează radiaţia
electromagnetică• La transmisie
— Energia primită de la transmiţător— Convertită în energie electromagnetică— Radiată în mediu
• La recepţie— Energia electromagnetică captată de antenă— Convertită în energie electrică— Transmisă la receptor
• De obicei – aceeaşi antenă pentru ambele direcţii
36 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica de directivitate• Puterea radiată în toate direcţiile• Nu cu aceleaşi performanţe în toate direcţiile• Antena isotropică
—Radiază în toate direcţiile la fel—Caracteristica de directivitate sferică
10
37 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene parabolice• Pentru microunde terestre şi sateliţi• Parabola – locul geometric al punctelor egal
depărtate de o linie şi un punct—Punctul este focar
• Sursele palsate în focar – produc fascicule reflectate paralel
• La recepţie, semnalul se concentrează în focar
38 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene parabolice
39 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Câştigul antenei• Măsoară directivitatea antenei• Puterea pe o direcţie comparată cu cea a unei
antene isotropice• Măsurată în decibeli (dB)• Rezultă în pierderi de putere în alte direcţii
40 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Microunde terestre• Antene parabolice• Vedere directă• Comunicaţii la mare distanţă de mare capacitate• Frecvenţe mai mari – rate de transfer mai mari
11
41 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sateliţi• Satelitul funcţionează ca releu• Recepţioneză pe o frecvenţă, amplifică/repetă
semnalul şi transmite pe altă frecvenţă• Necesită orbită geostaţionară
—Înălţime de 35.784km
• TV• Telefonie la distanţă• Reţele private
42 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comunicaţii punct la punct
43 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comunicaţii multipunct
44 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
VSAT – Very Small Aperture Terminals
12
45 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Benzi de frecvenţă folosite
46 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Broadcast radio• Omnidirecţional• Radio FM • Televiziune UHF şi VHF• Vedere directă• Suferă datorită reflexii
47 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Infraroşu• Modulaţie a luminii infraroşii necoerente• Vedere directă (sau reflexie)• Blocat de ziduri• Ex.: telecomanda TV, port IRD
48 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Propagarea wireless• 3 tipuri de rute
—Ground wave• Urmăresc conturul pământului• Până la2MHz• Radio AM
—Sky wave• Radio-amatori, BBC, Vocea Americii• Semnal reflectat de ionosferă• (de fapt refractată)
—Vedere directă• Peste 30Mhz• Poate fi mai mult decât vederea directă optică
13
49 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Ground Wave Propagation
50 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sky Wave Propagation
51 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Line of Sight Propagation
52 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Refracţia• Viteza de transmisie se modifică cu densitatea
mediului• Indexul de refracţie relativ se modifică cu
lungimea de undă• Se poate modifica direcţia de transmisie gradual
14
53 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Orizontul radio şi optic
54 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Vederea directă• Dispersie cu distanţa
— Mai mult la frecvenţe mai joase
• Absorbţie atmosferică— apa mai mult peste 22GHz, mai puţin sub 15GHz— oxigenul mai mult peste 60GHz, mai puţin sub 30GHz— Ploaia şi ceaţa afectează transmisiile radio
• Căi multiple— Mai bine vederea directă— Pot fi mai multe copii recepţionate
• Refracţia— Poate duce la pierderi parţiale sau totale a semnalului
recepţionat
55 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Interferenţa datorită căilor multiple
56 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
3.2.2. Caracteristici ale mediilor de transmisieA. Atenuarea• Dependentă de mediu• Dependentă de distanţă• Creşte cu frecvenţa
15
57 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica de transfer a mediului de transmisie• Sisteme trece jos• Sisteme trece bandă
f
a
0 f0
a
Fo
• Compensarea atenuării – repetoare sau amplificatoare
58 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica tip “cosinus ridicat”• Aproximează caracteristica ideală
( ) )1()1(,2
sin12
)1(0,)( αωωαω
ωωα
αωωω +≤<−
⎪⎩
⎪⎨
⎧
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−
−≤≤
= NNN
N
TT
TX
( ) ( )222 /41
/cos/
/sin)(TtTt
TtTttx
ααπ
ππ
−⋅=
59 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica tip “cosinus ridicat”• Interferenţa simbolurilor alăturate este nulă
60 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
B.Distorsiunea de întârziere de grup
ωωφ
ddtg )(
=
f
tg
0 f0
tg
B B
Ideal Real
16
61 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
C. Teorema Nzquist• Limitarea benzii, debit binar maxim (capacitatea
canalului• Pentru un canal de transmisie de bandă B,
frecvenţa de referinţă a impulsurilor este 2B
• Pentru un canal de transmisie de bandă B Hz, se pot transmite maxim 2B bps.
62 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Teorema Nyquist • Dacă semnalele au M nivele diferite:
C=2Blog2M
• Ex: Modem cu 8 faze —M = 8 —B = 300Hz – 3,4kHz—C = 18,6 kbps
63 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Formula Shanon• Dacă apare zgomot, capacitatea canalului se
reduce• Expresia Shanon-Hartley
C=B log2(1+SNR)Ex: Linie telefonică normală
—SNR = 20dB —B = 300Hz – 3,4kHz—C = 19,9 kbps
64 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Diafonia• Perturbarea reciprocă a unor canale adiacente• Compensator adaptiv
—pentru diafonia de capăt apropiat
17
65 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Problema ecoului• Sistem diferenţial
—Ideal atenuare transversală infinită—Real, atenuare finită
• Apare la canale de transmisie foarte lungi• La transmisii de date
—Modem cu compensatori de ecou
66 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sfârşit curs 5• Am discutat
— Medii de transmisie• Directive – Magnetice, Perechi torsadate, cablu coaxial, fibra optica• Nedirective – Frecvenţe, antene, microunde terestre, sateliţi, radio,
infraroşu
— Caracteristici ale mediilor de transmisie• Atenuarea• Distorsiunea de grup• Teorema Nyquist• Formula Shanon• Diafonia• Ecoul
• Cursul 6:— Moduri de transmisie a semnalelor
top related