Linie asimetrică. Asimetrie ohmică și capacitivă

Linie de transmisie a liniei stripline dezechilibrate

O linie de transmisie cu bandă asimetrică sau o linie de microstrip (Fig. 12.3, 12.4, a) este o linie de bandă în care conductorul (1) este separat de metalizarea generală (3) printr-un strat dielectric (2). O astfel de linie este fabricată cu ușurință utilizând procese tehnologice moderne, are dimensiuni reduse, costuri reduse în producția în serie și fiabilitate ridicată. Distribuția liniilor de forță ale câmpurilor electrice și magnetice este prezentată în Fig. 12.4 , b. În ciuda simplității evidente a proiectării, o analiză exactă a caracteristicilor unei linii de microstrip cu un mediu dielectric neomogen este destul de dificilă. Caracteristicile liniei sunt calculate, de regulă, presupunând propagarea unei unde cvasi-T. Strict vorbind, o undă mixtă cu dispersie vizibilă se propagă în linie, ceea ce determină o modificare a parametrilor săi cu frecvența. Determinarea exactă a parametrilor dependenți de frecvență este posibilă atunci când se rezolvă o problemă a valorii de graniță prin metode numerice de pe un computer.

Orez. 12.3. Proiectarea liniei de transmisie a benzii dezechilibrate

Orez. 12.4. Proiectarea unei linii de transmisie cu bandă asimetrică (a) și distribuția liniilor de intensitate a câmpului electric și magnetic (b).

Pentru NPL, calcularea impedanței de undă și a altor parametri este o sarcină mai dificilă decât pentru SPL. Principala diferență este că NPL este o structură deschisă, iar construcția teoriei sale riguroase s-a dovedit a fi asociată cu soluția unui număr de probleme complexe din teoria matematică a difracției și electrodinamicii de calcul. În același timp, diferite rezultate aproximative s-au dovedit a fi foarte utile pentru o serie de aplicații. O astfel de abordare implică utilizarea așa-numitului model Oliner. Acest model se bazează pe compararea impedanțelor caracteristice ale unei linii reale având o constantă dielectrică relativă a materialului substrat ε rși un ghid de undă umplut uniform, cu pereți laterali magnetici. Mai mult, umplerea acestui ghid de undă este ε ef- constantă dielectrică relativă diferită de ε r .Cantitatea ε ef determină egalitatea vitezelor de fază în ambele linii. Lățimea efectivă W ef NPL pentru modelul Oliner este determinat din egalitatea impedanțelor de undă ale liniei originale și ale modelului.

Pentru determinarea impedanței de undă se obțin o serie de relații aproximative Z ÎNși permitivitate relativă eficientă ε efîn aproximarea cvasistatică. Deci, rezistența la undă Z ÎN poate fi calculat cu o eroare mică (± 1%) pentru 1 ε r16 și dimensiuni geometrice în zonă.

Pentru conductoare late ()

și pentru conductoare înguste ()

, (12.8)

unde parametru ε ef este egal cu:

Pierderile din MSL sunt, de obicei, împărțite în pierderi în substratul dielectric, în elementele de linie metalică și în radiații în spațiul înconjurător, din cauza tipurilor de unde de suprafață și spațiale. Pentru a calcula pierderile din metal și dielectric ale substratului, se cunosc relații calculate destul de simple. Pierderile de radiații sunt de obicei asociate cu prezența diferitelor tipuri de neomogenități în PLP. Deci, poate fi o întrerupere de linie sau o îndoire a acesteia; gaură în conductorul central; situate lângă o altă linie (în acest caz, vorbesc despre PLP-uri conectate).

Factorul de amortizare datorat pierderilor dielectrice este determinat de următoarele formule:

; [dB / m] (12.11)

Unde , unde este frecvența [GHz].

Când se ia în considerare grosimea finită a conductorului, în loc de raport W/ D este necesar să înlocuiți valoarea W * / D:

, (12.12)

. (12.13)

Dependență Z ÎN pe raportul pentru diferite valori ε r(curba 1 corespunde ε r = 2,2; curba 2 - ε r = 4,0; curba 3 - ε r = 6,0; curba 4 - ε r = 9.6) poate fi arătat prin curbele prezentate în Fig. 12.5. Analiza acestor curbe arată că cantitatea Z ÎNîn MPL scade odată cu creșterea W, ε rși cu grosimea substratului în scădere D.

Calculele arată că pentru valorile parametrilor MPL W= 1 mm, D= 1 mm, realizat pe bază de policor cu ε r = 9,6, impedanța sa caracteristică este de aproximativ 50 ohmi.

O analiză mai riguroasă arată că nu o undă T pură se propagă în MPL, prin urmare impedanța caracteristică și constanta dielectrică eficientă depind de frecvența de funcționare. Această relație se numește varianță. În raporturile calculate prezentate mai sus, atunci când se ia în considerare varianța, este necesar să se înlocuiască cu.

Orez. 12.5. Dependența magnitudinii rezistenței la undă de parametrii și dimensiunile de proiectare.

Pe baza generalizării a numeroase date experimentale, a fost obținută următoarea formulă empirică, care face posibilă luarea în considerare a dependenței de frecvență:

, (12.14)

, (12.15)

Unde f- frecvența de funcționare [dimensiune în GHz], dimensiune Wși Dîn cantități proporționale.

Precizia calculelor conform formulelor (12.14) și (12.15) nu este mai mică de 2% la și mm.

Coeficient de atenuare  mîn metal este determinată de următoarele formule aproximative:

(12.17)

unde, a este conductivitatea materialului utilizat pentru fabricarea conductoarelor de linie microstrip, este conductivitatea cuprului.

(12.18)

Unde ; ; ; ; .

În fig. 12.6 arată dependența coeficientului de atenuare a liniei de transmisie microstrip de frecvența pentru valorile parametrilor  r = 9,6, D = l mm, = 75 Ohm (curba 1) și = 50 Ohm (curba 2.) Se poate observa că, odată cu creșterea frecvenței, coeficientul de atenuare crește conform legii   f. Odată cu creșterea impedanței undei, pierderile cresc, de asemenea, cu egalitatea tuturor celorlalți parametri. Circuitele microstrip reale sunt adăpostite într-o carcasă de protecție. În acest caz, conceptul idealizat de conducere a limitelor situate la o distanță infinită de bandă se dovedește a fi inexact în mai multe cazuri. Cu toate acestea, se consideră că dacă corpul de protecție este situat la o distanță mai mare de 10  W, atunci parametrii unei astfel de linii de transmisie pot fi determinați folosind formulele prezentate mai sus pentru linii fără ecranare.

În liniile microstrip reale, atenuarea crește datorită rugozității substratului, grosimii finite a substratului adeziv dintre conductor și substrat, precum și datorită unui număr de alți factori care nu au fost luați în considerare mai sus.

Orez. 12.6. Dependența atenuării unei linii de transmisie microstrip de frecvență.

unde valoarea f cr exprimat în GHz și D - în mm.

În modul oscilațiilor continue, pierderile din linia microstrip, precum și intensitatea îndepărtării căldurii de pe substrat, determină rezistența dielectrică. Valorile aproximative ale puterii medii limitative pentru o linie cu un substrat de safir sunt de 80 - 100W , iar puterea limitativă a impulsului (cu un ciclu de funcționare a semnalului mai mare de 50) este de câțiva kilowați.

Din cele de mai sus, este clar că caracteristicile electrice ale liniei microstrip sunt determinate de dimensiunile sale geometrice. O scădere a grosimii substratului asigură: pierderi scăzute de radiații, o scădere a probabilității de excitație a undelor de suprafață, o creștere a densității de montare. Cu toate acestea, alte lucruri fiind egale, pentru a menține o rezistență constantă la undă, este necesar să se reducă W, ceea ce, la rândul său, duce la o creștere a pierderilor de conductori. În plus, pentru valori mici ale parametrilor Dși W toleranțele de proces necesare pentru a obține performanțe electrice satisfăcătoare pot fi dificil de realizat. O decizie de compromis la alegere D este numărul acceptat de valori standard ale grosimii substratului pentru liniile microstrip: D = 0,25; 0,5; 1 mm.

Să ne oprim asupra definiției unei alte dimensiuni geometrice a liniei microstrip - grosimea conductorului. Curentul din conductorul liniei microstrip curge în principal de-a lungul părții conductorului orientat spre substrat și este concentrat într-un strat, a cărui grosime este aproximativ egală cu grosimea stratului de piele. Pentru a asigura pierderi reduse în conductor, este necesar ca grosimea conductorului și a plăcii împământate să fie de aproximativ 3-5 grosimi ale pielii.

Cele mai fiabile legături neechilibrate sunt realizate cu ajutorul cablului coaxial, dar sunt scumpe. Un alt dezavantaj al liniilor cu un singur capăt este nivelul ridicat de zgomot prezent în conductorul comun. Aceste dezavantaje sunt practic absente în liniile de comunicare simetrice.

Liniile echilibrate sunt doi conductori izolați de un conductor comun. Atât la intrare, cât și la ieșire, linia simetrică este încărcată pe rezistența caracteristică, iar sarcina este conectată simetric față de conductorul comun.

De obicei, liniile echilibrate sunt realizate sub forma unei perechi răsucite (a se vedea Fig. 114), a cărei impedanță caracteristică (caracteristică) este de obicei de aproximativ 130 ohmi.

Fig. 114. Linie de comunicare simetrică.

O linie echilibrată a crescut imunitatea la zgomot datorită faptului că ambii conductori de linie sunt conectați la conductorul comun al circuitului prin aceeași rezistență. Pentru a organiza funcționarea normală a liniei, este necesar să se transmită semnalul în ambii conductori ai liniei în antifază, ceea ce înseamnă că dacă semnalul este la un nivel ridicat la intrarea unui conductor al liniei, atunci la intrare al celuilalt conductor semnalul trebuie să aibă un nivel scăzut.

Acest lucru se poate face folosind două invertoare la transmisie și, în consecință, un flip-flop RS la recepție (Fig. 115).

Fig. 115. Linie de comunicare simetrică cu elemente TTL.

Elementele logice utilizate ca emițătoare trebuie să aibă o capacitate de încărcare crescută, de exemplu 155LA6 sau trepte de tranzistor bazate pe microcircuitul 155LP7 (Fig. 116).

Fig. 116. Transmițător pe microcircuitul 155LP7.

În figură, se adoptă următoarele denumiri: D - intrare date, C - intrare sincronizare, A - intrare linie de comunicație. Deoarece pentru funcționarea normală a unei linii de comunicații simetrice, semnalele trebuie să fie furnizate conductoarelor de linie într-un cod parafazic, în circuitul din stânga tranzistoarele sunt conectate de emițătoare, iar inversarea este efectuată de elementul inferior 2I-NOT. În circuitul din dreapta, un tranzistor este pornit în funcție de circuitul urmăritorului emițătorului (nu există inversiune), iar celălalt este pornit de un comutator (inversiunea este prezentă). Pentru potrivire, rezistențele egale cu jumătate din impedanța caracteristică sunt utilizate ca sarcini în ambele circuite.

Ca receptoare de linii de comunicații simetrice, este necesar să se utilizeze dispozitive concepute pentru prezentarea parafazică a informațiilor și cu histerezis la intrare.

Lectura 35.

1. Convertoare digital-analog-și analog-digital.

Dispozitive electronice concepute pentru a schimba forma de reprezentare a valorilor variabile. Există forme analogice și digitale de prezentare a informațiilor. O formă analogică de reprezentare este că orice variabilă este reprezentată de o cantitate în continuă schimbare. Un exemplu ar fi tensiunea sau curentul electric în orice circuit electric. Într-adevăr, curentul într-un circuit electric poate lua o valoare determinată de parametrii circuitului, dar numărul acestor valori este infinit de mare. Forma digitală de reprezentare constă în faptul că valoarea unei variabile este reprezentată de un număr format din mai multe cifre ale sistemului numeric pozițional. În acest caz, numărul de valori al variabilei este determinat de eroarea în reprezentarea variabilei. Deci, dacă o variabilă este reprezentată de un număr întreg zecimal din patru cifre, atunci eroarea de reprezentare este o unitate de ordin scăzut, iar numărul de valori variabile este de 10.000.

În plus față de parametrii de transmisie, parametrii de influență au, de asemenea, o influență uriașă asupra caracteristicilor electrice ale cablurilor echilibrate.

PARAMETRI DE INFLUENȚĂ

Principala metodă de reducere a acestor influențe este răsucirea miezurilor perechii de cupru. Cele mai stricte cerințe în acest sens sunt impuse în sistemele de cabluri structurate (SCS) cu o gamă largă de frecvențe de funcționare: absența răsucirii conductorilor este permisă la o distanță de cel mult 1/2 inch de la punctul de joncțiune a două cabluri segmente.

O măsură de evaluare a diafragmei este Near End Crosstalk (NEXT) și Far End Crosstalk (FEXT). Acești parametri vă permit să evaluați adecvarea perechilor de cabluri echilibrate pentru transmisia de date de mare viteză. Atenuarea tranzitorie NEXT și FEXT poate fi exprimată în termeni de logaritmul raportului dintre puterea generatorului P 1 care furnizează circuitul de influență la puterea de interferență P 2 din circuitul afectat, adică ca 10 lg (P 1 / P 2) dB sau ca diferență de niveluri în punctele indicate p 1 - p 2.

Merită să ne amintim că nivelul semnalului sau interferența la un punct arbitrar X al liniei de comunicație este estimat ca px = 10lg (P x / 1mW) dB. Aici P x este puterea semnalului în punctul X. Uneori se folosește notația dBm în loc de dB pentru a sublinia faptul că puterea semnalului de 1 mW este selectată ca putere de referință. Abrevierea dB va fi utilizată mai jos.

Valoarea NEXT este estimată prin diferența dintre nivelurile de semnal la ieșirea emițătorului unei perechi și interferența creată de acesta la intrarea receptorului altuia, măsurată în același punct, adică NEXT = p 10 - p 20.

Parametrul NEXT este decisiv în modul cu un singur cablu al liniei de comunicație, când semnalele cu direcții de transmisie opuse sunt transportate peste perechi de cablu. De asemenea, joacă un rol cheie în cazurile în care anularea ecoului este utilizată pentru a separa semnalele de direcțiile opuse transmise pe aceeași pereche. După cum știți, spectrele de semnale ale direcțiilor de transmisie opuse coincid complet (de exemplu, pentru HDSL) sau parțial (pentru ADSL). Mai devreme în literatura tehnică internă, denumirea A 0 a fost utilizată pentru parametrul NEXT.

Valoarea FEXT este estimată de diferența dintre nivelurile de semnal la ieșirea emițătorului unei perechi și interferența pe care a creat-o la intrarea receptorului celeilalte. Cu toate acestea, spre deosebire de NEXT, atunci când măsoară FEXT, emițătorul perechii afectate și receptorul perechii afectate sunt situate în puncte opuse ale liniei de transmisie.

FEXT este un parametru definitoriu într-un mod de funcționare cu două cabluri a unei linii de comunicație, când semnalele din direcții opuse de transmisie sunt transportate prin perechi de cabluri diferite. Este de o importanță cheie atunci când FDM este utilizat pentru a separa semnalele de direcțiile opuse transportate pe aceeași pereche (de exemplu, în sistemele ADSL sau VDSL). Atunci spectrele semnalelor cu direcții de transmisie opuse nu se suprapun și nu există nici un efect tranzitor la capătul apropiat. Anterior, parametrul FEXT era denumit în mod obișnuit A L.

Toate celelalte lucruri fiind egale, valoarea FEXT este semnificativ mai mare decât NEXT, deoarece în primul caz semnalul de influență suferă atenuare în linia de comunicație, iar în al doilea afectează direct perechea afectată.

Parametrul NEXT cu creșterea lungimii liniei L scade mai întâi și apoi se stabilizează: pornind de la o anumită lungime, curenții de interferență din zonele îndepărtate sunt atât de slabi încât practic nu afectează valoarea NEXT. Situația este diferită în cazul adăugării curenților de influență reciprocă la capătul îndepărtat - cu o creștere a lungimii liniei, toate secțiunile sale introduc aceleași valori de zgomot. Diafragma scade odată cu creșterea frecvenței, NEXT scăzând cu o rată de 15 dB pe deceniu și FEXT cu o rată de 20 dB pe deceniu. Abruptitatea mai mică a dependenței de frecvență a FEXT se explică prin faptul că, odată cu creșterea frecvenței, crește atenuarea curenților interferenți tranzitori care ajung la capătul apropiat din secțiunile îndepărtate ale liniei.

În plus față de parametrii luați în considerare NEXT și FEXT, în practica evaluării sistemelor de cablare structurată, sunt utilizate pe scară largă două noi - ACR și ELFEXT, pe care ne vom opri mai detaliat.

Raportul de atenuare la diafragmă (ACR) este echivalent cu raportul semnal-zgomot pentru diafragma apropiată NEXT, adică servește ca o estimare la intrarea receptorului pentru linia de semnal atenuată și pentru interferența diafragmei apropiate. ACR este cuantificat ca o măsură logaritmică a diferenței NEXT și a atenuării cablului. Dacă, de exemplu, valoarea ACR este de 10 dB, aceasta înseamnă că puterea de interferență NEXT la intrarea receptorului va fi de 10 ori mai mică decât puterea semnalului dorit, adică raportul semnal-zgomot va fi 10.

Lăsați sistemul de comunicații să funcționeze într-un mod cu un singur cablu, iar nivelurile de semnal la ieșirile emițătoarelor din punctele A și B sunt aceleași și egale cu 0 dB. Dacă atenuarea liniei la frecvența f este notată cu un k, atunci cu diafragma NEXT la aceeași frecvență, nivelurile semnalului p c și diafragma p p la intrarea receptorului A vor fi, respectiv, a k și NEXT.

Atunci ACR = p с - p p = NEXT - a k.

Sensul practic al parametrului ACR devine mai clar dacă caracteristicile de frecvență ale atenuării perechii echilibrate (a), diafragmei (NEXT) și parametrului (ACR) sunt prezentate pe un grafic. Frecvența la care valorile de atenuare și NEXT sunt aceleași (în acest caz, este egală cu 100 MHz), determină limita superioară a intervalului de frecvență de operare. La frecvențe peste limită, puterea de interferență NEXT depășește puterea semnalului.

Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT) are același sens fizic ca ACR. Singura diferență dintre ele este că ACR este asociat cu NEXT, iar ELFEXT este asociat cu FEXT. Parametrul ELFEXT devine critic pentru cazurile în care mai multe emițătoare ale aceluiași sistem transmit într-o direcție peste perechi situate într-un singur cablu.

În acest caz ELFEXT = FEXT - a k.

Este demn de remarcat faptul că mai devreme în literatura tehnică internă pentru parametrul ELFEXT, care a fost numit protecție împotriva influenței tranzitorii la capătul îndepărtat, a fost utilizată denumirea A z.

În plus față de parametrii ACR și FEXT, sunt utilizați doi parametri suplimentari - PS-ACR (Power Sum ACR) și PS-ELFEXT (Power Sum ELFEXT), luând în considerare efectul total al tuturor celorlalte perechi de cabluri pe această pereche.

ASIMETRIA UNEI LINII

Asimetria este atât un parametru de transmisie, deoarece este determinat de parametrii unei perechi și îi afectează debitul, cât și un parametru de influență, deoarece afectează tranzițiile dintre alte perechi.

Fiecare linie echilibrată trebuie să fie echilibrată cu privire la sol într-un anumit mod. În funcție de curent - direct sau alternativ - se disting două tipuri de asimetrie.

Asimetria de curent continuu este estimată de valoarea relativă a diferenței de rezistență a nucleelor ​​liniei simetrice și nu trebuie să depășească 1%. Prezența unui dezechilibru rezistiv al liniei, egal cu diferența de rezistențe a nucleelor ​​sale măsurate la curent alternativ, poate fi interpretată ca includerea unui filtru trece-jos suplimentar cu rezistența brațului longitudinal dR în el. În plus față de componenta rezistivă, dezechilibrul longitudinal al liniei conține în general o componentă capacitivă; poate apărea, de exemplu, din cauza traversării accidentale a conductoarelor de perechi diferite la punctele de conectare a cablurilor. Această componentă poate fi interpretată ca capacitatea transversală a filtrului trece-jos suplimentar menționat mai sus.

Gradul de dezechilibru longitudinal AC este măsurat prin pierderea longitudinală de conversie (LCL). Motivele dezechilibrului longitudinal al conductoarelor cu perechi răsucite pot fi contactul liber la joncțiunea conductoarelor cablurilor (puncte de răsucire sau lipire, dulapuri de distribuție etc.). Problema dezechilibrului longitudinal nu poate fi considerată rezolvată, chiar dacă asimetria longitudinală a perechii în cauză este normalizată. Acest fapt este o condiție necesară, dar încă nu suficientă pentru rezolvarea problemei asimetriei longitudinale într-un anumit cablu. Condiția de suficiență necesită o verificare obligatorie a tuturor perechilor fasciculului sau răsucirii pentru respectarea normelor de asimetrie longitudinală. Faptul este că orice dezechilibru, chiar și într-o pereche inoperantă, este o sursă de interferență pentru toate perechile de operare, rezultând o scădere a debitului lor.

Transmiterea semnalului pe liniile de comunicație.

O importanță deosebită sunt circuitele electrice, prin care semnalele sunt transmise atât între intrările și ieșirile microcircuitelor de pe o placă de circuite imprimate, cât și între diferite dispozitive de computer situate pe diferite plăci și în cazuri diferite.

Astfel de circuite electrice vor fi numite linii de comunicație. Majoritatea liniilor de comunicare sunt dezechilibrate.

Figura 105 prezintă tipurile de linii de comunicații asimetrice: a - conductor unic, b - pereche răsucită, c - cablu coaxial

Fig. 105. Linii de comunicare dezechilibrate.

Conductorul unic este o linie comună de comunicație utilizată pe scară largă pe plăcile de circuite imprimate, ieșirea emițătorului și intrarea receptorului sunt conectate printr-un singur conductor, iar circuitul este închis electric prin conductorul comun al plăcii de circuite imprimate. Avantajul unei linii de comunicație cu un singur fir este simplitatea, iar dezavantajul este o cantitate mare de interferențe care apar în conductorul comun al plăcii de circuite imprimate și care afectează semnalul transmis.

Pereche răsucită - doi conductori izolați răsuciți împreună, unul dintre aceștia conectează emițătorul și receptorul de semnale, iar al doilea este utilizat pentru închiderea circuitului electric. Atunci când se utilizează o pereche răsucită într-o placă de circuite imprimate, imunitatea la zgomot a transmisiei informațiilor este semnificativ crescută, dar costul acestui design este mai mare decât cel al unui singur conductor.

Cablul coaxial este un design special alcătuit dintr-un conductor central într-o teacă izolantă, pe care se află un conductor de ecran cilindric.

Este logic să se ia în considerare efectul reflectării semnalului dacă linia de comunicație funcționează ca o linie lungă, iar acest lucru este determinat de îndeplinirea condiției

Unde este timpul de propagare a semnalului prin linia de comunicație, este durata semnalului de impuls.

Când această inegalitate este îndeplinită, semnalele reflectate de la capetele liniei nu afectează forma impulsului, adică o astfel de linie nu are sens să o considerăm ca o linie lungă. Având în vedere că viteza de propagare a semnalelor în liniile de legătură este de aproximativ 25 cm / ns, iar durata fronturilor formate la ieșirile elementelor TTL din serie de la 2 la 20 ns, este posibil să se determine lungimea a conductoarelor de conectare pentru care este îndeplinită inegalitatea indicată. Datele despre seria TTL sunt date în Tabelul 16.

Tabelul 16

Dacă presupunem că este rezistența de ieșire a sursei de semnal, este impedanța caracteristică a liniei de comunicație, este rezistența la sarcină conectată la ieșirea de linie, atunci tensiunea la intrarea de linie (în punctul A) poate fi determinată de formula , unde este tensiunea de ieșire a elementului transmițător. În procesul de transmitere a semnalelor de-a lungul unei linii lungi, semnalele sunt reflectate de la capetele liniei de comunicație și neomogenități pe lungimea acesteia. Coeficientul de reflexie la intrarea liniei (la punctul A) poate fi estimat prin relație

și la ieșirea liniei (la punctul B) -

Mărimea undei reflectate este definită ca produsul mărimii undei incidente și a coeficientului de reflexie.

Să luăm în considerare, de exemplu, influența reflectării asupra calității transmiterii semnalului asupra unei linii de comunicație între doi elemente logice cu următorii parametri: ,,, element logic - transmițătorul schimbă starea de ieșire de la zero la unul cu un nivel de tensiune de 4V . Coeficienții de reflecție vor lua valorile și.

Când comutăm un element la intrarea liniei (în punctul A), avem

Acest semnal ajunge la sfârșitul liniei și se reflectă, la sfârșitul liniei (la punctul B) îl vom avea, iar produsul este o undă reflectată care vine la începutul liniei și se reflectă din nou. În acest caz, la intrarea liniei, obținem

Rezultatele calculului sub formă de grafice sunt prezentate în Figura 106.

După cum se poate vedea din grafic, semnalul de la intrarea și ieșirea liniei este o tensiune care crește lin, a cărei formă duce doar la o întârziere a semnalului în timp. Cu toate acestea, cu alte rapoarte de rezistență, forma de undă suferă modificări mai grave care pot duce la defecțiuni. Să luăm în considerare funcționarea liniei cu :, restul parametrilor sunt aceiași ca în exemplul anterior. Coeficienții de reflecție vor lua valorile și.

Fig. 106. Graficul modificărilor de tensiune la capete

Cel mai rău raport va fi atunci când coeficienții de reflexie de la ambele capete ale liniei sunt unice și cu semne diferite, este posibilă o pierdere completă de informații.

Fig. 107. Programul de transmitere a semnalului pe linia de comunicație.

Astfel de distorsiuni ale semnalelor atunci când sunt transmise pe linii lungi duc la o scădere a fiabilității întregului dispozitiv de calcul. Pentru a reduce distorsiunea cu linii lungi, este necesar să le potriviți cu emițătoare și receptoare de semnal.

Comunicare digitală cu un abonat și modemuri digitale

În majoritatea anilor din secolul trecut, conexiunea telefonului unui abonat la o centrală telefonică (sau „secțiunea locală a liniei de comunicații”, „ultima milă”) a fost realizată cu un fir de cupru („pereche răsucită”, răsucită pereche), ascunse în colectoare subterane sau întinse prin aer.

Pentru o lungă perioadă de timp, lățimea de bandă utilizată nu a depășit 3 kHz, care a fost limitată de terminalele analogice. Cu toate acestea, perechea răsucită este inerent capabilă de lățimi de bandă mult mai mari și poate transporta date video sau de bandă largă pe distanțe scurte. Noi tehnologii (ISDN și ADSL) au fost dezvoltate pentru a oferi performanțe mai mari în cadrul infrastructurii existente.

În plus, în anii 1990. companiile de televiziune prin cablu au investit foarte mult în conexiuni alternative la domiciliu. Aici au fost utilizate atât tehnologiile cu perechi răsucite, cât și cablurile de fibră optică și coaxiale. În majoritatea cazurilor, aceste rețele de cablu au fost instalate pentru a oferi acoperire de televiziune. Cu toate acestea, capacitățile lor de comunicare și lățimea de bandă ridicată pot fi folosite și pentru a furniza alte forme de servicii digitale.

Rețeaua digitală de servicii integrate (ISDN) ar putea fi privită ca secretul cel mai bine păstrat din lumea rețelelor de calculatoare pentru prea mult timp. ISDN a fost ascuns de mult timp de la utilizatorii rețelei telefonice publice comutate (PSTN), deoarece asigură comunicarea doar între centrele telefonice, iar abonatul cu centrala era încă conectat printr-un canal analogic.

ISDN a fost disponibil inițial în două versiuni:

Rata de bază (ISDN - BRI), cunoscută și sub numele de ISDN-2. BRI este destinat utilizatorului casnic sau întreprinderilor mici și constă din două „canale B” (64 Kbps) pentru transmiterea datelor și un „canal D” ascuns (16 Kbps) pentru informații de control. Două

Canalele de 64Kbps pot fi utilizate singure sau legate între ele pentru a forma un canal de 128Kbps;

Rata primară (Rata primară ISDN - PRI) sau ISDN-30. PRI este format din 30 de „canale B” (se pot seta minimum șase) de 64 kbps, plus un „canal D” de 64 kbps pentru datele de control. Canalele B pot fi agregate într-un singur canal de 1,92 Mbps.

La sfârșitul anului 1998, British Telecomm (BT) a făcut prima încercare serioasă de a aduce tehnologia ISDN utilizatorului casnic cu anunțul serviciului BT Highway. Dacă un client se abonează la unul dintre aceste servicii, linia telefonică existentă este păstrată, dar vechiul conector principal este înlocuit de modulul Trunk. Are patru conectori, doi analogici și doi ISDN și poate susține până la trei conversații la un moment dat. Abonatul păstrează vechiul număr de telefon analog și primește două suplimentare, unul pentru al doilea port analog și unul pentru liniile ISDN. Cele două diferențe principale dintre serviciile de acasă și cele de afaceri sunt că acesta din urmă acceptă numerotarea abonatului multiplu (MSN), prin care diferite dispozitive conectate la aceeași linie ISDN pot avea numere de telefon diferite, precum și un nou serviciu de date (ISDNConnect) sau un pe conexiune lentă care utilizează canalul de semnalizare ISDN.

În același timp, Internet-onepaTop BT, BT Internet, a anunțat suport pentru 128 Kbps, permițând utilizatorilor să utilizeze două linii ISDN ca una cu lățime de bandă mare.

xDSL este numele grupului pentru o varietate de tehnologii Digital Subscriber Line (DSL) concepute pentru a oferi companiilor de telefonie o cale de a intra în activitatea de televiziune prin cablu. Aceasta nu este o idee nouă - Bell Communications Research Inc a dezvoltat prima linie digitală de abonați în 1987 pentru a oferi televiziune video la cerere și interactivă prin intermediul comunicațiilor prin cablu. În acel moment, răspândirea unor astfel de tehnologii era dificilă din cauza lipsei de standarde pentru întreaga industrie.

Tehnologiile XDSL oferă viteze în amonte (descărcare) de până la 52 Mbps și viteze de ieșire (descărcare) de la 64 Kbps la 2 Mbps (și mai mult) și au o serie de modificări:

Linie asimetrică (ADSL);

Linie simplă (SDSL);

Rată de date foarte mare (HDSL).

Practica arată că ADSL (Asimetric

Linia de abonat digital) sunt cele mai promițătoare pentru uz casnic.

ADSL. ADSL este similar cu ISDN - ambele necesită ca liniile telefonice fixe să fie gratuite și să poată fi utilizate doar la o distanță limitată de compania de telefonie locală. În majoritatea cazurilor, ADSL poate funcționa prin conexiuni cu perechi răsucite fără a întrerupe conexiunile telefonice existente, ceea ce înseamnă că companiile locale de telefonie nu trebuie să ruleze linii speciale pentru a furniza servicii ADSL.

ADSL profită de faptul că, din moment ce comunicarea vocală nu ocupă toată lățimea de bandă disponibilă pentru cablul standard cu pereche torsadată, este posibil să se asigure o transmisie de date de mare viteză în același timp. În acest scop, ADSL împarte lățimea de bandă cu fir maximă de 1 MHz în canale de 4 kHz, dintre care un canal este utilizat pentru sistemul telefonic vechi simplu (POTS) - voce, fax și modem analogic. Celelalte 256 de canale disponibile sunt utilizate pentru comunicații digitale paralele. Comunicarea este asimetrică: 192 de canale de 4 kHz sunt utilizate pentru informațiile primite și doar 64 pentru ieșiri.

ADSL poate fi considerat a converti o linie serială de date digitale într-o linie paralelă, crescând astfel lățimea de bandă. Tehnica de modulație este cunoscută sub numele de Multitone discret (DMT), iar codificarea și decodarea sunt efectuate în consecință, în același mod ca și cu un modem convențional.

Sistemul anterior, numit Carrierless Amplitude Phase (CAP), era capabil să utilizeze întreaga lățime de bandă de peste 4 kHz ca un singur canal de transmisie și avea acel

Orez. 3.9. Rețea conectată prin modem ADSL: / - intrare telefonică; 2 - ieșire analogică; 3 - ieșire digitală

Proprietatea este că este aproape de tehnica de modulare a amplitudinii cu quadratură (QAM) utilizată de modemurile de mare viteză la viteze de peste 9,6 Kbps și, de asemenea, este mai ieftină de implementat. Cu toate acestea, DMT - o tehnologie mai fiabilă, mai complexă și mai flexibilă - s-a dovedit a fi mai potrivită pentru un standard universal acceptat.

Când serviciul a început să fie disponibil comercial, singurul echipament pe care abonații ADSL trebuiau să îl folosească era un modem dedicat. Dispozitivul are trei conexiuni - intrare telefonică (Fig. 3.9, /); mufă telefonică standard RJ11 pentru întreținerea unui telefon analogic (Fig. 3.9, 2) și a unui conector Ethernet cu pereche torsadată care conectează modemul ADSL la un PC (Fig. 3.9, 3).

Pe partea de utilizator, modemul ADSL colectează date digitale de înaltă frecvență și le transmite pentru a fi transmise către un computer sau rețea. În ceea ce privește serviciul de telefonie, un multiplexor de acces digital pentru abonat digital (DSLAM) conectează un utilizator ADSL la internetul de mare viteză prin agregarea liniilor ADSL primite într-o singură conexiune de voce sau date. Semnalele telefonice sunt direcționate către rețeaua telefonică comutată și semnale digitale către Internet printr-o coloană vertebrală de mare viteză (fibră de sticlă, transmisie de date asincronă sau linie digitală de abonat).

În prezent, există diverse modele de modemuri ADSL. Unele se conectează la un computer printr-un port USB, altele printr-un cablu Ethernet. Majoritatea dispozitivelor permit acest lucru
Partajați conexiunea la internet între mai multe PC-uri. Modemul / ruterul integrat acceptă rețeaua PC, unele includ un firewall integrat pentru a oferi diferite niveluri de protecție împotriva accesului neautorizat.

192 de canale la 4 kHz oferă o lățime de bandă maximă de 8 Mbps. Faptul că serviciile ADSL sunt limitate de limita de 2 Mbps se datorează constrângerilor de lățime de bandă artificială și faptului că nivelurile reale de performanță depind de o serie de condiții externe. Acestea includ lungimea cablurilor, numărul de fire ale senzorului, perechile suspendate și interferențele reciproce. Atenuarea semnalului crește cu lungimea și frecvența liniei și scade odată cu creșterea diametrului firului. O „pereche suspendată” este o pereche deschisă de sârmă care se desfășoară paralel cu perechea principală de sârmă, de exemplu, fiecare mufă telefonică neutilizată este o pereche suspendată.

Dacă ignorați influența perechilor suspendate, performanța ADSL poate fi reprezentată așa cum apare în tabel. 3.11.

În 1999, în urma propunerilor de la Intel, Microsoft, Compaq și alți producători de echipamente, a fost elaborată o specificație care a fost adoptată de Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (ITU) ca standard universal ADSL industrial cunoscut sub numele de G.922.2 sau G.lite. Standardul presupune că utilizatorii pot efectua apeluri telefonice vocale regulate simultan cu transmisia digitală de date. Există câteva restricții privind viteza - 1,5 Mbps pentru primirea datelor și 400 Kbps pentru transmisie.

ADSL2. În iulie 2002, Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor a finalizat două noi standarde de linie de abonat digital asimetric, definite ca G992.3 și G992.4 pentru linia de abonat digital asimetric (denumită în continuare ADSL2).

Noul standard a fost conceput pentru a îmbunătăți viteza și raza de acțiune a unei linii digitale asimetrice de abonați, obținând o eficiență mai bună pe liniile lungi în medii de interferență în bandă îngustă. Viteza ADSL2 pentru fluxurile de informații de intrare și ieșire ajunge la 12 și, respectiv, 1 Mbps, în funcție de distanța de comunicare și de alte circumstanțe.

Creșterea eficienței a fost realizată datorită următorilor factori:

Tehnologie de modulare îmbunătățită - o combinație de modulație în patru dimensiuni a spalierului (16 stări) și modulație de amplitudine în cvadratură pe 1 biți (QAM), care asigură, în special, o imunitate crescută la interferențele de la difuzarea AM;

Utilizarea unui număr variabil de biți de serviciu (care în ADSL ocupă în mod constant o lățime de bandă de 32 Kbps) - de la 4 la 32 Kbps;

Codificare mai eficientă (bazată pe metoda codului Reed-Solomon).

ADSL2 +. În ianuarie 2003, ITU introduce standardul G992.5 (ADSL2 +) - o recomandare care dublează lățimea de bandă din aval, crescând astfel ratele de date pe liniile telefonice mai mici de aproximativ 1,5 km.

În timp ce standardele ADSL2 definesc lățimea de bandă în aval de 1,1 MHz și respectiv 552 kHz, ADSL2 + mărește această frecvență la 2,2 MHz. Rezultatul este o creștere semnificativă a ratelor de date din aval pe liniile telefonice mai scurte.

ADSL2 + ajută, de asemenea, la reducerea interferențelor reciproce. Acest lucru poate fi util mai ales dacă firele de linie digitale asimetrice ale abonatului atât de la biroul central, cât și de la terminalul de la distanță se află în același pachet atunci când sunt direcționate către casele abonaților. Interferența reciprocă poate afecta semnificativ ratele de transfer de date pe linie.

ADSL2 + poate remedia această problemă utilizând frecvențe sub 1,1 MHz de la stația de bază la terminalul de la distanță și frecvențe între 1,1 și 2,2 MHz de la terminalul de la distanță la stația de abonat. Acest lucru va elimina majoritatea diafragmei dintre servicii și va conserva ratele de date de la biroul central.

Alte tehnologii xDSL (Tabelul 3.12)

RADSL. În 2001, a fost introdusă specificația RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), care corectează rata de transmisie în funcție de lungimea și calitatea liniei locale. Anterior, abonații trebuiau localizați la 3,5 km de centrala telefonică locală pentru a se putea conecta la ADSL. Pentru RADSL, raza de acțiune a fost extinsă la 5,5 km, iar toleranțele la zgomot au crescut de la 41 la 55 dB.

Tabelul 3.12 Caracteristicile tehnologiilor xDSL Tip de rețea Viteza de comunicare, Mbps Distanță, km Flux de ieșire Flux de intrare RDSL 128 kbps 1 600 kbps 7 3,5 5,5 HDSL 2,048 4,0 SDSL 1,544-2,048 3,0 12,96 1,5 VDSL 1,6-2,3 25,82 51,84 1,0 0,3

HDSL. Tehnologia HDSL este simetrică, ceea ce înseamnă că aceeași lățime de bandă este furnizată pentru fluxurile de date de ieșire și de intrare. Utilizează cabluri cu 2-3 sau mai multe perechi răsucite în cablu. Deși intervalul tipic (3 km) este mai mic decât pentru ADSL, pot fi instalate repetatoare de semnal purtător pentru a extinde conexiunea cu 1 - 1,5 km.

SDSL. Tehnologia este similară cu HDSL, dar cu două excepții: se folosește o singură pereche de fire și lungimea maximă este limitată la 3 km.

VDSL. Este cea mai rapidă tehnologie de linie digitală pentru abonați. Viteza fluxului de intrare este de 13-52 Mbit / s, iar fluxul de ieșire este de 1,6-2,3 Mbit / s pe o singură pereche cu fir. Cu toate acestea, distanța maximă de comunicație este de numai 300-1500 m, iar echipamentele ADSL și VDSL nu sunt compatibile, deși se utilizează algoritmi de compresie și tehnologii de modulare similare.

Modemuri prin cablu. Modemurile prin cablu oferă posibilitatea accesului rapid la Internet utilizând rețelele existente în bandă largă de televiziune prin cablu. Tehnologia este mai potrivită pentru acasă decât pentru aplicații de birou, deoarece zonele rezidențiale sunt de obicei mai cablate.

Dispozitivele tipice, precum cele realizate de furnizori precum Bay Networks sau Motorola, sunt plugin-uri care se conectează la un computer client prin Ethernet, USB sau FireWire. În majoritatea cazurilor, modemului prin cablu al utilizatorului i se atribuie o singură adresă IP, dar adresele IP suplimentare pot fi furnizate pentru mai multe computere sau mai multe computere pot partaja o singură adresă IP utilizând un server proxy. Modemul prin cablu utilizează unul sau două canale TV de 6 MHz.

Deoarece rețeaua de televiziune prin cablu are o topologie de magistrală, fiecare modem de cablu din cartier împarte accesul la o singură structură de cablu coaxială (Figura 3.10).

Funcția modemului prin cablu este de a modula și demodula semnalul în fluxul de date; dar similitudinea cu modemurile analogice se termină aici. Modemurile prin cablu includ, de asemenea, un tuner (pentru a separa semnalul de date de restul fluxului de difuzare); componentele adaptorului de rețea

Orez. 3.10. Sisteme de comunicații care utilizează modemuri prin cablu

terra, poduri și routere (pentru conectarea la mai multe PC-uri); software de gestionare a rețelei (astfel încât furnizorul de cablu să poată controla operațiunile) și dispozitive de criptare (astfel încât fluxul de date să nu fie întrerupt și trimis destinatarului din greșeală).

Cablul are o serie de dezavantaje practice în comparație cu xDSL - nu toate casele sunt echipate cu TV prin cablu (și unele nu o vor face niciodată); în plus, pentru mulți utilizatori care sunt conectați, este încă mai probabil ca un computer să fie situat lângă o mufă de telefon decât lângă un televizor sau o presetupă. Cu toate acestea, pentru mulți utilizatori casnici, cablul oferă perspectiva accesului rapid la Internet la un cost accesibil. În teorie, sunt posibile viteze de până la 30 Mbps. În practică, companiile de cablu stabilesc viteza în amonte la 512 KB / s și rata în aval la 128 KB / s.