Стандартные значения скорости передачи

При проектировании систем передачи информации нужно руководствоваться рекомендациями международных и отечественных организаций (МЭК, МККТТ – международная консультационная комиссия по телефонии и телеграфии, ГОСТ). В соответствии с этими рекомендациями разрешается использовать значения скорости V из следующего стандартного ряда: 50, 100, 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16000, 19200, 24000, 32000, 48000, 64000, 72000, 96000, 128000, 144000, 240000, 256000, 480000, 512000 бит/с.

Для телефонных каналов предельным значением является 9600 бит/c.

Обеспечить ту или иную скорость передачи информации можно в зависимости от конкретного типа канала связи. Проводные (воздушные или кабельные), особенно телефонные и в чуть меньшей мере телеграфные каналы связи наиболее часто используются в системах передачи данных. Скорости выше, чем 9600 бит/c, обеспечиваются в широкополосных каналах связи (кабельные, спутниковые). Для проводных каналов связи разрабатываются специализированные устройства передачи и преобразования сигналов (УПС), которые обеспечивают соответствующую модуляцию и демодуляцию передатчика информации (постоянный или переменный ток). Такие устройства носят общее название – модем.

Скорость V определяют на одной из первых стадий проектирования, так как она определяет выбор модема. Возможно, она окажется близка к стандартному значению скорости передачи.

 

Каналы передачи данных

Среда передачи данных - совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.

Линия передачи данных - средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.

Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибеллах, 1 дБ = 10 lg(P ₁/ P ₂), где Р ₁ и Р ₂ - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.

При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная - числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.

Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2 ^N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.

Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие АКД и линию передачи данных.

По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные - радио- и инфракрасными каналами.

В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых каналах для согласования параметров среды и сигналов применяют амплитудную, частотную, фазовую и квадратурно-амплитудную модуляции. В цифровых каналах для передачи данных используют самосинхронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов - кодово-импульсную модуляцию.

В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в двух направлениях).

В зависимости от числа каналов связи в аппаратуре ПД различают одно- и многоканальные средства ПД. В локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных обычно используют временное мультиплексирование, в аналоговых каналах - частотное разделение.

Если канал ПД монопольно используется одной организацией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым или виртуальным (общего пользования).

К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.

Канал тональной частоты (англ. voice frequency circuit) — это совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу электрических сигналов связи в эффективно передаваемой полосе частот (ЭППЧ) 0,3 — 3,4 кГц. В телефонии и связи часто используется аббревиатура КТЧ.

Ширина ЭППЧ определяет качество телефонной передачи, и возможности использования телефонного канала для передачи других видов связи. В соответствии с международным стандартом для телефонных каналов многоканальной аппаратуры установлена ЭППЧ от 300 до 3400 Гц. При такой полосе обеспечивается высокая степень разборчивости речи, хорошая естественность её звучания и создаются большие возможности для вторичного уплотнения телефонных каналов.

Основной цифровой канал телефонной сети — 64000 бит /с. Образуется из следующих соображений. Диапазон частот, в который помещается голос человека, составляет 300—3400 Гц. Для дискретизации по теореме Котельникова необходимо удвоить частоту 3400 Гц, получаем 6800 Гц. Из-за неидеальности фильтров, имеющих полосу расфильтровки, отличную от нуля, частоту дискретизации увеличили до 8000 Гц. Сейчас диапазон частот 3400 — 4000 Гц может быть использован для передачи сигнализации.

Радиоканал -канал связи, в котором передача информации осуществляется с помощью радиоволн. Включает среду распространения радиоволн и устройства преобразования электрических сигналов в электромагнитное излучение (радиопередающее устройство) и электромагнитное излучение в электрические сигналы (радиоприёмное устройство). Технические характеристики радиоканала зависят от его функционального назначения и вида передаваемых сигналов: обслуживаемая зона, дальность передачи определяют применяемые частоты, вид антенн, мощность передатчика и чувствительность приёмника; вид сигналов (телефония или телеграфия, звуковое или телевизионное вещание и т. д.) определяет пропускную способность канала (полоса передаваемых частот, динамический диапазон и линейность амплитудной характеристики канала).

ВЧ-связь (высокочастотная связь) — комплекс оборудования связи, использующего, в качестве среды передачи, провода и кабели высоковольтных линий электропередачи. Приемопередатчики ВЧ-связи обычно устанавливаются по концам ЛЭП на территории подстанций.

В основном, ВЧ-связь используется для нужд электростанций и подстанций: для организации голосовой связи (телефонная и диспетчерская связь), передачи данных (АСУТП, телемеханика, АСКУЭ), организации работы систем РЗА и ПА (передача дискретных команд ускорения и блокировки защит, передача токового сигнала ДФЗЛ).

Также ВЧ-связь используется для связи с оперативно-выездными бригадами (с использованием переносных приемопередатчиков), определения места повреждения высоковольтных линий, организации работы автоматических систем определения гололедообразования.

Работа систем ВЧ-связи строится на передаче модулированной электромагнитной волны по проводам и тросам линий электропередач. Похожие системы используются в кабельных системах связи ГТС, но есть существенные отличия:

• устройства присоединения должны обеспечить изоляцию приемопередатчиков от высокого напряжения ЛЭП, в том числе от импульсных перенапряжений (при ударе молнии);
• напряженность электромагнитного поля ослабевает при удалении от проводников ЛЭП значительно медленнее, чем в кабельных системах связи, поэтому системы ВЧ-связи являются сильным источником помех для систем радиосвязи, и сами подвержены влиянию сторонних источников ЭМИ (то же относится и к взаимному влиянию трактов ВЧ-связи друг на друга);
• сложная зависимость затухания сигнала от частоты в трактах ВЧ-связи.
• множество сильных источников помех: коронные и дуговые разряды ЛЭП, разряды при переключениях коммутационных аппаратов подстанций.

В СНГ рабочие полосы каналов ВЧ-связи располагаются в диапазоне частот от 20 до 1000 кГц. При выборе частот этот диапазон разбивается на полосы по 4 кГц и выбор производится так, чтобы рабочие полосы частот каналов для каждого из направлений передачи информации располагались внутри одной полосы 4 кГц (для одноканального оборудования) или внутри полосы 4*n кГц (для n-канального оборудования). Диапазоны смежных комплектов аппаратуры связи обычно отделяются заградительной полосой в 4 кГц.

В пределах полного диапазона имеется ряд полос частот, запрещенных для ВЧ-связи по условиям ЭМС с системами аэронавигации и радиоэлектронными средствами народного хозяйства.

В основном используются симплексные каналы, и для построения полноценного канала связи требуется выделение двух частотных диапазонов. Основное исключение — системы ДФЗЛ, работающие в полудуплексном режиме в одном частотном диапазоне.

Аналоговые системы связи

Изначально системы ВЧ-связи создавались для организации голосовых (телефонных) каналов связи тональной частоты (отсюда и выбор стандартной полосы 4 кГц). В аналоговом режиме полезный сигнал передается в режиме амплитудной модуляции с одной боковой полосой и частично подавленой несущей.

Традиционно подключение аппаратов диспетчерской связи осуществляется по четырехпроводным линиям с сигнализацией АДАСЭ: в таких системах команды управления передются специальными частотными сигналами в голосовом тракте, и цепи телефонной сигнализации не требуются.

Для передачи данных используются модемы каналов тональной частоты. Возможно использование стандартных модемов, но предпочтительно использование специальных модемов, способных работать в условиях сильных шумов, нелинейной АЧХ и в надтональном частотном диапазоне.

Возможности аналоговых каналов связи могут быть расширены путем уплотнения: диапазон 4 кГц разделяется на 2 или 3 поддиапазона. При этом поддиапазон низкой частоты используется для голосовой связи, а дополнительные (наддтональные) — для передачи данных модемами надтонального спектра.

Современные аналоговые устройства ВЧ-связи оснащаются системами цифровой обработки сигнала (фильтрация от помех, автоматическая настройка параметров тракта, эквалайзер), встроенными модемами, блоками телефонной автоматики, средствами диагностики, удаленного управления и др.

Цифровые системы связи

В цифровых системах сигнал в рабочем диапазоне (n*4 кГц) передается широкополосным модемом, а абонентские каналы подключаются к специализированному мультиплексору.

 

Ethernet — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля «витой пары»;
• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);
• минимально допустимый радиус изгиба меньше;
• большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
• гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с для передачи по оптическому волокну и по витой паре.

Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.