Среда передачи

Среда передачи является то , что может опосредовать распространение из сигналов для целей электросвязи .

Сигналы обычно передаются на волну, подходящую для выбранной среды. Например, данные могут модулировать звук, а передающей средой для звуков может быть воздух , но твердые тела и жидкости также могут действовать как передающая среда. Вакуум или воздух являются хорошей средой для передачи электромагнитных волн, таких как свет и радиоволны . Хотя для распространения электромагнитных волн не требуется материальная субстанция, на такие волны обычно влияет передающая среда, через которую они проходят, например, поглощение , отражение или преломление на границах раздела.между СМИ. Поэтому для передачи или направления волн могут использоваться технические устройства. Таким образом, в качестве среды передачи используется оптическое волокно или медный кабель.

Коаксиальный кабель , один из примеров среды передачи

Электромагнитное излучение может передаваться через оптическую среду , такую ​​как оптическое волокно , или через витую пару , коаксиальный кабель или диэлектрические пластинчатые волноводы . Он также может проходить через любой физический материал, который прозрачен для определенной длины волны , например воду , воздух , стекло или бетон . Звук по определению является вибрацией материи, поэтому для передачи ему требуется физическая среда, как и другим видам механических волн и тепла.энергия. Исторически сложилось так, что наука использовала различные теории эфира для объяснения среды передачи. Однако теперь известно, что электромагнитным волнам не требуется физическая передающая среда, и поэтому они могут распространяться через « вакуум » свободного пространства . Области изоляционного вакуума могут стать проводящими для электропроводности из-за наличия свободных электронов , дырок или ионов .

Телекоммуникации [ править ]

Физическая среда передачи данных - это путь передачи, по которому распространяется сигнал. В качестве каналов связи используется множество различных типов средств передачи .

Во многих формах связи связь осуществляется в форме электромагнитных волн. В управляемых средах передачи волны направляются по физическому пути; Примеры управляемых сред включают телефонные линии, кабели витой пары , коаксиальные кабели и оптические волокна. Среда неуправляемой передачи - это методы, которые позволяют передавать данные без использования физических средств для определения пути, по которому она идет. Примеры этого включают микроволновую печь , радио или инфракрасный порт . Неуправляемые среды предоставляют средства для передачи электромагнитных волн, но не направляют их; примерами являются распространение через воздух, вакуум и морскую воду.

Термин прямая связь используется для обозначения пути передачи между двумя устройствами, в котором сигналы распространяются напрямую от передатчиков к приемникам без каких-либо промежуточных устройств, кроме усилителей или повторителей, используемых для увеличения мощности сигнала. Этот термин может применяться как к управляемым, так и к неуправляемым средствам массовой информации.

Симплекс против дуплекса [ править ]

Передача может быть симплексной , полудуплексной или полнодуплексной.

При симплексной передаче сигналы передаются только в одном направлении; одна станция является передатчиком, а другая - приемником. В полудуплексном режиме обе станции могут передавать, но только по одной за раз. В полнодуплексном режиме обе станции могут передавать одновременно. В последнем случае среда передает сигналы в обоих направлениях одновременно.

Типы [ править ]

В целом среду передачи можно классифицировать как:

• Линейная среда , если в любой конкретной точке среды могут накладываться друг на друга разные волны ;
• Ограниченная среда , если она конечна по протяженности, в противном случае - неограниченная среда ;
• Однородная среда или однородная среда , если ее физические свойства не изменяются в разных точках;
• Изотропная среда , если ее физические свойства одинаковы в разных направлениях.

Существует два основных типа средств передачи: управляемые и неуправляемые.

Для телекоммуникационных целей в США, Федеральный стандарт 1037C , среда передачи классифицируется как одна из следующих:

• Направленные (или ограниченные) - волны направляются вдоль твердой среды, такой как линия передачи .
• Беспроводной (или неуправляемый) - передача и прием достигаются с помощью антенны .

Одним из наиболее распространенных физических средств связи, используемых в сети, является медный провод . Медный провод для передачи сигналов на большие расстояния с использованием относительно небольшого количества энергии. Неэкранированная витая пара (UTP) является восемь жил медной проволоки, организованных в четыре пару. ^[1]

Под руководством [ править ]

Он также известен как проводная среда передачи, для которой требуется провод для передачи данных по сети.

Витая пара [ править ]

Кабельная система с витой парой - это тип проводки, в которой два проводника одной цепи скручены вместе с целью улучшения электромагнитной совместимости . По сравнению с одиночным проводом или нескрученной симметричной парой , витая пара снижает электромагнитное излучение от пары и перекрестные помехи между соседними парами, а также улучшает подавление внешних электромагнитных помех . Его изобрел Александр Грэм Белл . ^[2]

Коаксиальный кабель [ править ]

Коаксиальный кабель или коаксиальный кабель (выраженный / к oʊ . Æ к s / ) представляет собой тип электрического кабеля , который имеет внутренний проводник , окруженный слоем изолирующего трубчатый, окруженный трубчатую проводящую щит. Многие коаксиальные кабели также имеют изолирующую внешнюю оболочку или оболочку. Термин « коаксиальный» происходит от внутреннего проводника и внешнего экрана, имеющих общую геометрическую ось. Коаксиальный кабель был изобретен английским физиком, инженером и математиком Оливером Хевисайдом , который запатентовал эту конструкцию в 1880 году ^[3].

Коаксиальный кабель - это тип линии передачи , используемый для передачи высокочастотных электрических сигналов с низкими потерями. Он используется в таких приложениях, как магистральные телефонные линии, широкополосные сетевые кабели Интернета , высокоскоростные компьютерные шины данных , для передачи сигналов кабельного телевидения и для подключения радиопередатчиков и приемников к их антеннам . Он отличается от других экранированных кабелей, потому что размеры кабеля и разъемов контролируются, чтобы обеспечить точное и постоянное расстояние между проводниками, которое необходимо для его эффективного функционирования в качестве линии передачи.

Оптическое волокно [ править ]

Другой пример физической среды - оптическое волокно., который стал наиболее часто используемой средой передачи для междугородной связи. Оптическое волокно - это тонкая стеклянная нить, которая направляет свет по своей длине. Четыре основных фактора отдают предпочтение оптическому волокну над скоростью передачи данных по меди, расстоянию, установке и стоимости. Оптическое волокно может передавать огромные объемы данных по сравнению с медью. Его можно использовать на сотни миль без повторителей сигналов, что, в свою очередь, снижает затраты на обслуживание и повышает надежность системы связи, поскольку повторители являются распространенным источником сбоев в сети. Стекло легче меди, что снижает потребность в специализированном тяжелом подъемном оборудовании при прокладке оптического волокна на большие расстояния. Оптоволокно для внутреннего применения стоит примерно доллар за фут, столько же, сколько медь. ^[4]

Многомодовое и одномодовое - это два типа широко используемых оптических волокон. В многомодовом волокне в качестве источника света используются светодиоды, которые могут передавать сигналы на более короткие расстояния, около 2 километров. В одном режиме можно передавать сигналы на расстояние в десятки миль.

Оптическое волокно представляет собой гибкое, прозрачное волокно , изготовленное с помощью чертежа стекла ( диоксид кремния ) или пластика с диаметром немного толще , чем у человеческого волоса . ^[5] Оптические волокна чаще всего используются как средство для передачи света между двумя концами волокна и находят широкое применение в оптоволоконной связи , где они позволяют передавать на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью (скоростью передачи данных), чем электрические кабели. . Волокна используются вместо металлических проводов, потому что сигналы проходят по ним с меньшими потерями ; кроме того, волокна невосприимчивы кэлектромагнитные помехи - проблема, от которой сильно страдают металлические провода. ^[6] Волокна также используются для освещения и визуализации, и их часто оборачивают пучками, поэтому их можно использовать для переноса света или изображений из ограниченного пространства, как в случае фиброскопа . ^[7] Специально разработанные волокна также используются для множества других применений, в том числе для волоконно-оптических датчиков и волоконных лазеров . ^[8]

Оптические волокна обычно включают сердцевину, окруженную прозрачным материалом оболочки с более низким показателем преломления . Свет удерживается в сердцевине за счет явления полного внутреннего отражения, которое заставляет волокно действовать как волновод . ^[9] Волокна, поддерживающие множество путей распространения или поперечные моды , называются многомодовыми волокнами , а волокна , поддерживающие одиночный режим, называются одномодовыми волокнами (SMF). Многомодовые волокна обычно имеют больший диаметр сердцевины ^[10] и используются для линий связи на короткие расстояния и для приложений, в которых должна передаваться большая мощность.^{[ необходима цитата ]} Одномодовые волокна используются для большинства линий связи длиной более 1000 метров (3300 футов). ^{[ необходима цитата ]}

Возможность соединения оптических волокон с низкими потерями важна для оптоволоконной связи. ^[11] Это является более сложным , чем присоединения электрического провода или кабеля , и включает в себя тщательное расщепление волокон, точное выравнивание сердцевин волокон, и связывание этих выровненных ядер. Для приложений, требующих постоянного соединения, обычно используется сварка . В этом методе используется электрическая дуга для плавления концов волокон вместе. Другой распространенный метод - это механическое соединение , при котором концы волокон удерживаются в контакте с помощью механической силы. Временные или полупостоянные соединения выполняются с помощью специализированных волоконно-оптических соединителей . ^[12]

Область прикладной науки и техники, связанная с проектированием и применением оптических волокон, известна как волоконная оптика . Этот термин был придуман индийским физиком Нариндер Сингхом Капани , который широко известен как отец волоконной оптики. ^[13]

Неуправляемые СМИ [ править ]

Среда передачи, затем анализируя их использование, неуправляемая среда передачи - это сигналы данных, которые проходят по воздуху. Они не руководствуются и не привязаны к каналу, по которому следует следовать. Ниже приведены неуправляемые носители, используемые для передачи данных:

Радио [ править ]

Распространение радиоволн - это поведение радиоволн при их перемещении или распространении из одной точки в другую или в различные части атмосферы . ^[14] Как форма электромагнитного излучения , подобно световым волнам, радиоволны подвержены влиянию явлений отражения , преломления , дифракции , поглощения , поляризации и рассеяния . ^[15] Понимание влияния различных условий на распространение радиоволн имеет множество практических применений, начиная с выбора частот для международных коротковолновых радиовещанию , проектированию надежных систем мобильной телефонной связи, радионавигации , эксплуатации радиолокационных систем.

В практических системах радиопередачи используется несколько всевозможных типов распространения. Распространение в пределах прямой видимости означает радиоволны, которые проходят по прямой линии от передающей антенны к приемной антенне. Прямая видимость используется для радиопередачи на среднем расстоянии, такой как сотовые телефоны , беспроводные телефоны , рации , беспроводные сети , FM-радио и телевещание и радары , а также спутниковая связь , например спутниковое телевидение.. Передача в пределах прямой видимости на поверхности Земли ограничена расстоянием до видимого горизонта, которое зависит от высоты передающей и приемной антенн. Это единственный возможный метод распространения на микроволновых частотах и ​​выше. На микроволновых частотах влага в атмосфере ( замирание из-за дождя ) может ухудшить передачу.

На более низких частотах в диапазонах MF , LF и VLF из-за дифракции радиоволны могут преодолевать препятствия, такие как холмы, и распространяться за горизонт в виде поверхностных волн, которые повторяют контур Земли. Это называется земными волнами . Радиовещательные станции AM используют земные волны для покрытия своих зон прослушивания. По мере того, как частота становится ниже, ослабление с расстоянием уменьшается, поэтому очень низкая частота (VLF) и чрезвычайно низкая частота(ELF) земные волны могут использоваться для связи по всему миру. Волны СНЧ и СНЧ могут проникать на значительные расстояния через воду и землю, и эти частоты используются для минной связи и военной связи с подводными лодками.

На средних и коротковолновых частотах (диапазоны MF и HF ) радиоволны могут преломляться от слоя заряженных частиц ( ионов ) высоко в атмосфере, называемого ионосферой . Это означает, что радиоволны, передаваемые в небо под углом, могут отражаться обратно на Землю за горизонт, на больших расстояниях, даже на трансконтинентальных расстояниях. Это называется распространением небесной волны. Используется любительским радиооператорам связи с другими странами и коротковолновым радиовещательным станциям, ведущим международное вещание. Связь Skywave варьируется в зависимости от условий в верхних слоях атмосферы; он наиболее надежен ночью и зимой. Из-за его ненадежности, с момента появления спутников связи в 1960-х годах, многие системы связи на большие расстояния, которые раньше использовали небесные волны, теперь используют спутники.

Кроме того, существует несколько менее распространенных механизмов распространения радиоволн, таких как тропосферное рассеяние ( тропосферное рассеяние ) и ионосферная волна почти вертикального падения ( NVIS ), которые используются в специализированных системах связи.

Цифровое кодирование [ править ]

Передача и прием данных обычно выполняется в четыре этапа.

1. Данные кодируются как двоичные числа на стороне отправителя.
2. Несущий сигнал модулируется в соответствии с двоичным представлением данных.
3. На приемном конце входящий сигнал демодулируется в соответствующие двоичные числа.
4. Расшифровка двоичных чисел выполняется ^[16]

См. Также [ править ]

• Диэлектрическая проницаемость вакуума
• Передача (телекоммуникации)
• Возбудимая среда
• Дуплекс (телекоммуникации)
• Светоносный эфир

Ссылки [ править ]