Среда передачи - Transmission medium

Эта статья о передаче сигналов. Для биологической передачи см. Вектор (молекулярная биология).

А среда передачи это то, что может служить посредником распространение из сигналы Для целей телекоммуникации.

Сигналы обычно передаются на волну, подходящую для выбранной среды. Например, данные могут модулировать звук и среду передачи для звуки может быть воздуха, но твердые тела и жидкости также могут выступать в качестве среды передачи. Вакуум или воздух представляет собой хорошую среду передачи для электромагнитные волны Такие как свет и радиоволны. Хотя для распространения электромагнитных волн не требуется материальная субстанция, на такие волны обычно влияет среда передачи, через которую они проходят, например поглощение или по отражение или же преломление на интерфейсы 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 среда передачи

Электромагнитное излучение может передаваться через оптическая среда, Такие как оптоволокно, или через витая пара провода, коаксиальный кабель, или же диэлектрик -плитка волноводы. Он также может проходить через любой физический материал, который прозрачен для конкретных длина волны, Такие как воды, воздуха, стекло, или же конкретный. Звук по определению является вибрацией материи, поэтому для передачи требуется физическая среда, как и другие виды механических волн и высокая температура энергия. Исторически наука включала в себя различные теории эфира объяснить среду передачи. Однако теперь известно, что электромагнитные волны не требуют физической среды передачи и поэтому могут проходить через "вакуум " из свободное место. Регионы изолирующий вакуум может стать проводящий за электрическая проводимость через наличие бесплатных электроны, дыры, или же ионы.

Телекоммуникации

Физическая среда передачи данных - это путь передачи, по которому распространяется сигнал. В качестве канал связи.

Во многих формах связи связь осуществляется в форме электромагнитных волн. В управляемых средах передачи волны направляются по физическому пути; примеры управляемых СМИ включают телефонные линии, витая пара кабели, коаксиальные кабели, и оптические волокна. Среда неуправляемой передачи - это методы, которые позволяют передавать данные без использования физических средств для определения пройденного пути. Примеры этого включают микроволновая печь, радио или же инфракрасный. 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

Передача может быть симплекс, половина-дуплекс, или полнодуплексный.

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

В целом среду передачи можно классифицировать как:

  • Линейная среда, если разные волны в какой-либо точке среды могут быть наложенный;
  • Ограниченная среда, если он конечен по протяженности, иначе неограниченная среда;
  • Равномерная среда или же однородная среда, если его физические свойства не меняются в разных точках;
  • Изотропная среда, если его физические свойства одинаковы в разных направлениях.

Существует два основных типа средств передачи: управляемые и неуправляемые.

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

Одним из наиболее распространенных физических носителей, используемых в сети, является медная проволока. Медный провод для передачи сигналов на большие расстояния с использованием относительно небольшого количества энергии. В неэкранированная витая пара (UTP) представляет собой восемь жил медного провода, организованных в четыре пары.[1]

Управляемый

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

Витая пара

Основная статья: Витая пара

Витая пара кабельная разводка - это тип проводки, в которой два проводника одного схема скручены вместе с целью улучшения электромагнитная совместимость. По сравнению с одиночный проводник или раскрученный сбалансированная пара, витая пара уменьшает электромагнитное излучение от пары и перекрестные помехи между соседними парами и улучшает отторжение внешних электромагнитная интерференция. Это было изобретено Александр Грэхем Белл.[2]

Коаксиальный кабель

Основная статья: Коаксиальный кабель
RG-59 гибкий коаксиальный кабель состоит из:
  1. Наружная пластиковая оболочка
  2. Плетеный медный щит
  3. Внутренний диэлектрический изолятор
  4. Медный сердечник
Поперечный разрез коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель, или же уговаривать (произносится /ˈkoʊ.æks/) является разновидностью электрический кабель который имеет внутренний проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, окруженный трубчатым проводящим экраном. Многие коаксиальные кабели также имеют изолирующую внешнюю оболочку или оболочку. Период, термин коаксиальный исходит от внутреннего проводника и внешнего экрана, имеющих общую геометрическую ось. Коаксиальный кабель изобрел английский физик, инженер и математик. Оливер Хевисайд, который запатентовал дизайн в 1880 году.[3]

Коаксиальный кабель - это разновидность линия передачи, раньше несли высоко частота электрические сигналы с небольшими потерями. Он используется в таких приложениях, как магистральные телефонные линии, широкополосный интернет сетевые кабели, высокоскоростной компьютер шины данных, неся кабельное телевидение сигналы и подключение радиопередатчики и приемники к их антенны. Он отличается от других экранированные кабели 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.

Оливер Хевисайд изобрел коаксиальный кабель в 1880 году

Оптоволокно

Основная статья: Оптоволокно
Жгут оптического волокна
Бригада оптоволокна устанавливает 432 оптоволоконный кабель под улицами Мидтауна Манхэттена, Нью-Йорк.
А TOSLINK оптоволоконный аудиокабель с красным светом на одном конце передает свет на другой конец
А настенный шкаф содержащие межсоединения оптического волокна. Желтые кабели одномодовые волокна; оранжевый и голубой кабели многомодовые волокна: Волокна OM2 50/125 мкм и OM3 50/125 мкм соответственно.

Другой пример физического носителя: оптоволокно, 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. Он может работать на сотни миль без повторителей сигналов, что, в свою очередь, снижает затраты на обслуживание и повышает надежность системы связи, поскольку повторители являются частым 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.

An оптоволокно гибкий, прозрачный волокно, сделанное Рисование стекло (кремнезем ) или пластика на диаметр немного толще, чем у человеческая прическа.[5] Оптические волокна чаще всего используются как средство передачи света между двумя концами волокна и находят широкое применение в волоконно-оптическая связь, где они позволяют передачу на большие расстояния и с более высокой пропускная способность (скорости передачи данных), чем электрические кабели. Волокна используются вместо металл провода, потому что сигналы проходят по ним с меньшими затратами потеря; кроме того, волокна невосприимчивы к электромагнитная интерференция, проблема, от которой сильно страдают металлические провода.[6] Волокна также используются для освещение и визуализации, и часто их упаковывают в связки, чтобы их можно было использовать для переноса света или изображений из ограниченного пространства, как в случае фиброскоп.[7] Специально разработанные волокна также используются для множества других применений, некоторые из которых волоконно-оптические датчики и волоконные лазеры.[8]

Оптические волокна обычно включают основной в окружении прозрачного облицовка материал с нижним показатель преломления. Свет удерживается в ядре благодаря явлению полное внутреннее отражение что заставляет волокно действовать как волновод.[9] Волокна, которые поддерживают множество путей распространения или поперечные моды называются многомодовые волокна, а те, которые поддерживают один режим, называются одномодовые волокна (SMF). Многомодовые волокна обычно имеют больший диаметр сердцевины.[10] и используются для линий связи на короткие расстояния и для приложений, где должна передаваться высокая мощность.[нужна цитата ] Одномодовые волокна используются для большинства линий связи длиной более 1000 метров (3300 футов).[нужна цитата ]

Возможность соединения оптических волокон с низкими потерями важна при оптоволоконной связи.[11] Это сложнее, чем соединение электрического провода или кабеля, и требует осторожного раскалывание волокон, точное совмещение сердечников волокна и соединение этих совмещенных сердечников. Для приложений, требующих постоянного подключения сварка обычное дело. В этом методе используется электрическая дуга для плавления концов волокон вместе. Другой распространенный метод - это механическое соединение, где концы волокон удерживаются в контакте за счет механической силы. Временные или полупостоянные соединения выполняются с помощью специализированных соединители оптического волокна.[12]

Область прикладной науки и техники, связанная с проектированием и применением оптических волокон, известна как волоконная оптика. Термин был введен индийским физиком Нариндер Сингх Капани, который широко известен как отец волоконной оптики.[13]

Неуправляемые СМИ

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

Основная статья: Распространение радио
Часть серия на
Антенны
Монтаж типичной сотовой антенны на вершине башни.
Характеристики

Распространение радио поведение радиоволны как они путешествуют, или размноженный, из одной точки в другую или в различные части атмосфера.[14] Как форма электромагнитное излучение подобно световым волнам, радиоволны подвержены влиянию явлений отражение, преломление, дифракция, поглощение, поляризация, и рассеяние.[15] Понимание влияния различных условий на распространение радиоволн имеет множество практических применений, начиная с выбора частот для международных коротковолновый вещатели, к проектированию надежных мобильный телефон системы, чтобы радионавигация, к работе радар системы.

В практических системах радиопередачи используется несколько всевозможных типов распространения. Распространение в прямой видимости означает радиоволны, которые проходят по прямой линии от передающей антенны к приемной антенне. Передача по линии прямой видимости используется для радиопередачи средней дальности, такой как сотовые телефоны, беспроводные телефоны, рации, беспроводные сети, FM радио и телевизионное вещание и радар, и спутниковая связь, Такие как 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 способ распространения микроволновая печь частоты и выше. На микроволновых частотах влажность в атмосфере (дождь исчезнет ) может ухудшить передачу.

На более низких частотах в MF, LF, и VLF полосы, из-за дифракция радиоволны могут преодолевать препятствия, такие как холмы, и выходить за горизонт, как поверхностные волны которые повторяют контур Земли. Они называются земные волны. AM вещание станции 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.

В средняя волна и коротковолновый частоты (MF и HF полосы) радиоволны могут преломляться от слоя заряженные частицы (ионы ) высоко в атмосфере, называемый ионосфера. 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 небесная волна размножение. Он используется любительское радио операторам связи с другими странами и коротковолновым радиовещательным станциям, ведущим международное вещание. Связь Skywave изменчива и зависит от условий в верхних слоях атмосферы; он наиболее надежен ночью и зимой. Из-за своей ненадежности, с момента появления спутники связи В 1960-х годах для многих систем связи на большие расстояния, которые раньше использовались небесные волны, теперь используются спутники.

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


Цифровое кодирование

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Агравал, Маниш (2010). Обмен бизнес-данными. John Wiley & Sons, Inc. стр. 37. ISBN  978-0470483367.
  2. ^ Макби, Дэвид Барнетт, Дэвид Грот, Джим (2004). Кабельная разводка: полное руководство по сетевой разводке (3-е изд.). Сан-Франциско: SYBEX. п. 11. ISBN  9780782143317.
  3. ^ Нахин, Пол Дж. (2002). Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена гения-электрика викторианской эпохи. ISBN  0-8018-6909-9.
  4. ^ Агравал, Маниш (2010). Обмен бизнес-данными. John Wiley & Sons, Inc., стр. 41–43. ISBN  978-0470483367.
  5. ^ "Оптоволокно". www.thefoa.org. Волоконно-оптическая ассоциация. Получено 17 апреля 2015.
  6. ^ Старший, Джон М .; Джамро, М. Юсиф (2009). Волоконно-оптическая связь: принципы и практика. Pearson Education. С. 7–9. ISBN  978-0130326812.
  7. ^ «Рождение фиброскопов». www.olympus-global.com. Корпорация Олимп. Получено 17 апреля 2015.
  8. ^ Ли, Бёнхо (2003). «Обзор современного состояния волоконно-оптических датчиков». Оптоволоконная технология. 9 (2): 57–79. Bibcode:2003OptFT ... 9 ... 57л. Дои:10.1016 / с 1068-5200 (02) 00527-8.
  9. ^ Старший, стр. 12–14
  10. ^ Справочник по закупкам оптической промышленности и систем. Оптическая издательская компания. 1984 г.
  11. ^ Старший, п. 218
  12. ^ Старший, стр. 234–235
  13. ^ "Стул Нариндер Сингх Капани в оптоэлектронике". ucsc.edu.
  14. ^ H. P. Westman et al., (Редактор), Справочные данные для радиоинженеров, пятое издание, 1968, Howard W. Sams and Co., ISBN  0-672-20678-1, Карточка Библиотеки Конгресса № 43-14665, стр. 26-1
  15. ^ Деметриус Т. Пэрис и Ф. Кеннет Херд, Основная электромагнитная теория, Макгроу Хилл, Нью-Йорк, 1969 ISBN  0-07-048470-8, Глава 8
  16. ^ Агравал, Маниш (2010). Обмен бизнес-данными. John Wiley & Sons, Inc. стр. 54. ISBN  978-0470483367.