Асиметрична лінія. Асиметрія омічним і місткість

Несиметрична Полоскова лінія передачі

Несиметрична Полоскова лінія передачі або микрополосковая лінія (рис. 12,3, 12.4, а) являє собою Полоскова лінію, у якій провідник (1) відділений від загальної металізації (3) шаром діелектрика (2). Така лінія легко виготовляється c використанням сучасних технологічних процесів, має малі габарити, низьку вартість при серійному виробництві, високу надійність. Розподіл ліній напруженості електричного і магнітного полів показано на рис. 12.4 , б. Незважаючи на очевидну простоту конструкції, точний аналіз характеристик микрополосковой лінії, що має неоднорідну діелектричну середу, досить складний. Характеристики лінії розраховуються, як правило, в припущенні про поширення квазі Т-хвилі. Строго кажучи, в лінії поширюється змішана хвиля, що володіє помітною дисперсією, що зумовлює зміну її параметрів від частоти. Точне визначення частотно-залежних параметрів можливо при вирішенні крайової задачі чисельними методами на ЕОМ.

Мал. 12.3. Конструкція несиметричною Полоскова лінії передачі

Мал. 12.4. Конструкція несиметричною Полоскова лінії передачі (а) і розподіл ліній напруженості електричного і магнітного поля (б).

Для НПЛ розрахунок хвильового опору і інших параметрів є більш складне завдання, ніж для СПЛ. Основна відмінність полягає в тому, що НПЛ є відкритою структуру, і побудова її суворої теорії був пов'язаний з вирішенням ряду складних проблем математичної теорії дифракції та обчислювальної електродинаміки. Разом з тим для цілого ряду додатків виявилися дуже корисними різні наближені результати. Один таких підходів пов'язаний з використанням так званої моделі Олінера. Ця модель заснована на порівнянні хвильових опорів реальної лінії, що має відносну діелектричну проникність матеріалу підкладки ε rі однорідно заповненого хвилеводу з магнітними бічними стінками. Причому заповнення цього хвилеводу має величину ε еф- ефективну відносну діелектричну проникність відмінну від ε r Величина ε ефвизначає рівність фазових швидкостей в обох лініях. ефективна ширина W еф НПЛ для моделі Олінера визначається з рівності хвильових опорів вихідної лінії і моделі.

Отримано ряд наближених співвідношень для визначення хвильового опору Z Ві ефективної відносної діелектричної проникності ε ефв квазістатичному наближенні. Так, хвильовий опір Z Вможна розрахувати з низькою похибкою (± 1%) для 1 ε r16 і геометричних розмірів в області.

Для широких провідників ()

і для вузьких провідників ()

, (12.8)

де параметр ε ефдорівнює:

Втрати в МПЛ прийнято ділити на втрати в діелектрику підкладки, в металевих елементах лінії і на випромінювання в навколишній простір за рахунок поверхневих і просторових типів хвиль. Для розрахунку втрат в металі і діелектрику підкладки відомі досить прості розрахункові співвідношення. Втрати на випромінювання пов'язані зазвичай з наявністю різного роду неоднорідностей в ПЛП. Так, це може бути обрив лінії, або ЇЇ вигин; отвір в центральному провіднику; розташована поруч інша лінія (в цьому випадку говорять про пов'язаних ПЛП).

Коефіцієнт загасання обумовлений втратами в діелектрику визначається за такими формулами:

; [ДБ / м] (12.11)

де , Де - частота [ГГц].

При обліку кінцевої товщини провідника замість відносини W/ Dтреба підставляти величину W * / D:

, (12.12)

. (12.13)

залежність Z Ввід відносини при різних значеннях ε r(Крива 1 відповідає ε r = 2,2; крива 2 - ε r = 4,0; крива 3 - ε r = 6,0; крива 4 - ε r = 9,6) можна показати кривими, зображеними на рис. 12.5. Аналіз цих кривих показує, що величина Z Вв МПЛ зменшується при збільшенні W, ε rі при зменшенні товщини підкладки D.

Розрахунки показують, що при значеннях параметрів МПЛ W= 1 мм, D= 1 мм, виготовленої на базі поликор з ε r = 9,6, yoе хвильовий опір становить приблизно 50 Ом.

Більш суворий аналіз показує, що в МПЛ поширюється не чиста Т-хвиля, тому хвильовий опір і ефективна діелектрична проникність залежить від робочої частоти. Така залежність називається дисперсією. У розрахункових співвідношеннях, представлених вище, при обліку дисперсії необхідно провести заміну на.

Мал. 12.5. Залежність величини хвильового опору від конструктивних параметрів і розмірів.

На основі узагальнення численних експериментальних даних отримана наступна емпірична формула, що дозволяє врахувати залежність від частоти:

, (12.14)

, (12.15)

де f- робоча частота [розмірність в ГГц], розмірність Wі Dв порівнянних величинах.

Точність розрахунків за формулами (12.14) і (12.15) не гірше 2% при і мм.

коефіцієнт загасання  мв металі визначається за такими наближеним формулами:

(12.17)

де, а - провідність матеріалу, використовуваного для виготовлення провідників мікрополоскової лінії, - провідність міді.

(12.18)

де; ; ; ; .

На рис. 12.6 представлені залежності коефіцієнта загасання мікрополоскової лінії передачі від частоти при значеннях параметрів  r = 9,6, D = L мм, = 75 Ом (крива 1) і = 50 Ом (крива 2.) Видно, що зі зростанням частоти коефіцієнт загасання зростає за законом   f. З ростом хвильового опору втрати також зростають при рівності всіх інших параметрів. Реальні мікрополоскових схеми розміщуються в екранувальній корпусі. При цьому ідеалізоване уявлення про які проводять межах, розташованих на нескінченному відстані від смужки, в ряді випадків виявляється неточним. Однак вважається, що якщо екранує корпус розташовується на відстані більше, ніж 10  W, Тоді параметри такої лінії передачі можна визначати за представленими вище формулами для ліній без екранування.

У реальних мікросмужкових лініях загасання підвищується через шорсткості підкладки, кінцевої товщини адгезійного підшару між провідником і підкладкою, а також через низку інших чинників неврахованих вище.

Мал. 12.6. Залежність загасання мікрополоскової лінії передачі від частоти.

де величина f крвиражена в ГГц, а D - в мм.

У режимі безперервних коливань втрати в микрополосковой лінії, а також інтенсивність відводу тепла від підкладки, визначають електричну міцність. Орієнтовні значення граничної середньої потужності для лінії з сапфіровою підкладкою становлять 80 - 100Вт , а граничної імпульсної потужності (при шпаруватості сигналу понад 50) - кілька кіловат.

З вищесказаного ясно, що електричні характеристики мікрополоскової лінії визначаються її геометричними розмірами. Зменшення товщини підкладки забезпечує: малі втрати на випромінювання, зниження ймовірності збудження поверхневих хвиль, збільшення щільності монтажу. Однак при інших рівних умовах для збереження постійного хвильового опору необхідно зменшувати W, що, в свою чергу, призводить до збільшення втрат в провідниках. Крім того, при малих значеннях параметрів Dі Wнеобхідні технологічні допуски для забезпечення задовільних електричних характеристик можуть виявитися важко реалізованими. Компромісним рішенням при виборі D є прийнятий ряд стандартних значень товщини підкладки для мікросмужкових ліній: D = 0,25; 0,5; 1 мм.

Зупинимося на визначенні ще одного геометричного розміру мікрополоскової лінії - товщини провідника. Струм в провіднику мікрополоскової лінії протікає в основному по стороні провідника, зверненої до підкладки, і концентрується в шарі, товщина якого дорівнює приблизно товщині скін-шару. Для забезпечення малих втрат в провіднику необхідно, щоб товщина провідника і заземленою пластини становила приблизно 3 -5 товщини скін-шару.

Найбільш надійні несиметричні лінії зв'язку виконуються з використанням коаксіального кабелю, але вони дорогі. Інший недолік несиметричних лінії - високий рівень перешкод, наявних в загальному провіднику. Ці недоліки практично відсутні у симетричних ліній зв'язку.

Симетричні лінії - це два провідника ізольовані від загального провідника. Як на вході, так і на виході симетрична лінія навантажується на характеристичний опір, причому навантаження підключається симетрично щодо загального провідника.

Зазвичай симетричні лінії виконуються у вигляді витої пари (див. Ріс.114), характеристичне (хвильовий) опір якої зазвичай близько 130 омов.

Ріс.114. Симетрична лінія зв'язку.

Симетрична лінія має підвищену стійкість за рахунок того, що обидва провідника лінії підключені до загального провіднику схеми через однакові опору. Для організації нормальної роботи лінії необхідно в обох провідниках лінії сигнал передавати в протифазі, це означає, що якщо на вході одного провідника лінії сигнал має високий рівень, то на вході іншого провідника сигнал повинен мати низький рівень.

Це можна здійснити з використанням двох інверторів при передачі і відповідно RS тригера при прийомі (ріс.115).

Ріс.115. Симетрична лінія зв'язку з ТТЛ елементами.

Логічні елементи, що використовуються в якості передавачів повинні мати підвищену навантажувальну здатність, наприклад 155ЛА6 або транзисторні каскади, побудовані на базі мікросхеми 155ЛП7 (ріс.116).

Ріс.116. Передавач на мікросхемі 155ЛП7.

На малюнку прийняті позначення: D - вхід даних, С - вхід синхронізації, А - вхід лінії зв'язку. Так як для нормальної роботи симетричною лінії зв'язку на провідники лінії сигнали повинні подаватися в парафазного коді, в лівій схемі транзистори включені еміттерними повторителями, а інверсія здійснюється нижнім елементом 2І-НЕ. У правій схемі один транзистор включений за схемою емітерного повторювача (інверсія відсутня), а інший включений ключем (інверсія присутній). Для узгодження в якості навантажень в обох схемах використовують резистори рівні половині хвильового опору.

Як приймачів симетричних ліній зв'язку необхідно використовувати пристрої, розраховані на парафазного подання інформації та з гістерезисом на вході.

Лекція 35.

1. Цифро-аналогові і аналого-цифрові перетворювачі.

Електронні пристрої призначені для зміни форми представлення значень змінних. Існують аналогова і цифрова форми подання інформації. Аналогова форма представлення полягає в тому, що будь-яка змінна представляється безперервно змінюється величиною. Прикладом може служити електрична напруга або струм в будь-який електричного кола. Дійсно, струм в електричному ланцюзі може приймати значення визначається параметрами ланцюга, але кількість цих значень нескінченно велика. Цифрова форма подання полягає в тому, що значення змінної представляється багаторозрядним числом позиційної системи числення. Кількість значень змінної при цьому визначається похибкою уявлення змінної. Так якщо змінна представляється чотирирозрядний десятковим цілим числом, то похибка подання - одиниця молодшого розряду, а кількість значень змінної 10000.

Крім параметрів передачі величезний вплив на електричні характеристики симетричних кабелів багатодітній родині і параметри впливу.

ПАРАМЕТРИ ВПЛИВУ

Основним методом зменшення таких впливів служить скручування жив мідної пари. Найбільш жорсткі вимоги в цьому відношенні пред'являються в структурованих кабельних системах (СКС) з широким діапазоном робочих частот: відсутність скручування жив допускається на відстані не більше 1/2 дюйма від точки з'єднання двох відрізків кабелю.

Мірою оцінки перехідних впливів є перехідне загасання на ближньому кінці (Near End Crosstalk, NEXT) і перехідне загасання на дальньому кінці (Far End Crosstalk, FEXT). Зазначені параметри дозволяють оцінити придатність пар симетричних кабелів для високошвидкісної передачі даних. Перехідні затухання NEXT і FEXT можуть виражатися через логарифм відношення потужності генератора P 1, яке живить впливає ланцюг, до потужності перешкод Р 2 в ланцюзі, схильної до впливу, т. Е. Як 10lg (P 1 / Р 2) дБ або як різниця рівнів в зазначених точках p 1 - p 2.

Варто нагадати, що рівень сигналу або перешкоди в довільній точці Х лінії зв'язку оцінюються як px = 10lg (P х / 1мВт) дБ. Тут P х являє собою потужність сигналу в точці X. Іноді замість позначення дБ використовують позначення дБм з метою підкреслити той факт, що в якості опорної потужності обрана потужність сигналу, що дорівнює 1 мВт. Нижче буде використовуватися коротке позначення дБ.

Величина NEXT оцінюється різницею рівнів сигналу на виході передавача однієї пари і створеної ним перешкоди на вході приймача іншого, виміряних в одному і тому ж пункті, т. Е. NEXT = p 10 - p 20.

Параметр NEXT є визначальним при однокабельной режимі роботи лінії зв'язку, коли сигнали протилежних напрямків передачі транспортуються по парам одного кабелю. Він грає ключову роль і в тих випадках, коли для поділу сигналів протилежних напрямків, що передаються по одній парі, застосовується метод ехокомпенсаціі. Як відомо, спектри сигналів протилежних напрямків передачі повністю (наприклад, у HDSL) або частково (у ADSL) збігаються. Раніше у вітчизняній технічній літературі для параметра NEXT використовувалося позначення A 0.

Величина FEXT оцінюється різницею рівнів сигналу на виході передавача однієї пари і створеної ним перешкоди на вході приймача іншого. Однак, на відміну від NEXT, при вимірюванні FEXT передавач впливає пари і приймач схильною до впливу пари розташовані в протилежних пунктах лінії передачі.

FEXT - це визначальний параметр при двухкабельном режимі роботи лінії зв'язку, коли сигнали протилежних напрямків передачі транспортуються по парам різних кабелів. Він має ключове значення, і коли для поділу сигналів протилежних напрямків, що передаються по одній парі, використовується метод частотного поділу сигналів FDM (наприклад, в системах ADSL або VDSL). Тоді спектри сигналів протилежних напрямків передачі не перекриваються, і перехідний вплив на ближньому кінці відсутня. Раніше параметр FEXT зазвичай позначався як A L.

За інших рівних умов величина FEXT істотно більше NEXT, оскільки в першому випадку впливає сигнал зазнає загасання в лінії зв'язку, а в другому - безпосередньо впливає на піддану впливу пару.

Параметр NEXT зі збільшенням довжини лінії L спочатку зменшується, а потім стабілізується: починаючи з певної довжини струми перешкод з віддалених ділянок приходять настільки ослабленими, що практично не впливають на величину NEXT. Інша ситуація в разі складання струмів взаємних впливів на дальньому кінці - зі збільшенням довжини лінії все її ділянки вносять однакові значення перешкод. Перехідне загасання зменшується з ростом частоти, причому NEXT зменшується з частотою зі швидкістю 15 дБ на декаду, а FEXT - зі швидкістю 20 дБ на декаду. Менша крутизна частотної залежності FEXT пояснюється тим, що з ростом частоти зростає загасання перехідних заважають струмів, що надходять на ближній кінець з віддалених ділянок лінії.

Крім розглянутих параметрів NEXT і FEXT, в практиці оцінки структурованих кабельних систем широко використовуються два нових - ACR і ELFEXT, на яких ми зупинимося більш детально.

Параметр Attenuation to Crosstalk Ratio (ACR) еквівалентний параметру сигнал / шум стосовно до перехідного впливу на ближньому кінці NEXT, т. Е. Він служить оцінкою на вході приймача для зазнало загасання лінії сигналу і для перешкоди від перехідного впливу на ближньому кінці. Кількісно ACR виражається як логарифмічна міра різниці NEXT і загасання кабелю. Якщо, наприклад, значення ACR становить 10 дБ, це означає, що потужність перешкоди NEXT на вході приймача буде в 10 разів менше потужності корисного сигналу, т. Е. Ставлення сигнал / шум дорівнюватиме 10.

Нехай система зв'язку працює в однокабельной режимі, причому рівні сигналів на виходах передавачів в точках А і В однакові і рівні 0 дБ. Якщо затухання лінії на частоті f позначити через a k, то при перехідному загасанні NEXT на тій же частоті рівні сигналу p з перехідною перешкоди p p на вході приймача А будуть, відповідно, рівні a k і NEXT.

Тоді ACR = p з - p p = NEXT - a k.

Практичний сенс параметра ACR стає зрозуміліше, якщо частотні характеристики загасання симетричною пари (а), перехідної перешкоди (NEXT) і параметра (ACR) подати на одному графіку. Частота, на якій величини загасання і NEXT однакові (в даному випадку вона дорівнює 100 МГц), визначає верхню межу робочого діапазону частот. На частотах вище граничного показника потужність перешкоди NEXT перевищує потужність сигналу.

Параметр Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT) має той же фізичний зміст, що і ACR. Різниця між ними тільки в тому, що ACR пов'язаний з NEXT, а ELFEXT - з FEXT. Параметр ELFEXT стає критичним для випадків, коли декількома передавачами однієї системи ведеться передача в одну сторону по парам, розташованим в одному кабелі.

При цьому ELFEXT = FEXT - a k.

Варто відзначити, що раніше у вітчизняній технічній літературі для параметра ELFEXT, який називали захищеністю від перехідного впливу на дальньому кінці, використовувалося позначення A з.

Крім параметрів ACR і FEXT застосовуються два додаткових параметра - PS-ACR (Power Sum ACR) і PS-ELFEXT (Power Sum ELFEXT), що враховують сумарний вплив на дану пару всіх інших пар кабелю.

АСИМЕТРІЯ ЛІНІЇ

Асиметрія є одночасно параметром передачі, оскільки вона визначається параметрами пари і впливає на її пропускну здатність, і параметром впливу, так як вона впливає на переходи між іншими парами.

Кожна симетрична лінія повинна бути збалансована щодо землі певним чином. Залежно від струму - постійного чи змінного - розрізняють два види асиметрії.

Асиметрія по постійному струму оцінюється відносною величиною різниці опорів жил симетричною лінії і не повинна перевищувати 1%. Наявність резистивной розбалансування лінії, що дорівнює різниці опорів її жив, виміряних при змінному струмі, можна інтерпретувати як включення в неї додаткового фільтра нижніх частот з опором поздовжнього плеча dR. Крім резистивной складової поздовжня розбалансування лінії в загальному випадку містить і емкостную складову; вона може виникати, наприклад, через випадкове схрещування жив різних пар в місцях з'єднання кабелів. Цю складову можна інтерпретувати як поперечну ємність того додаткового фільтра нижніх частот, про яку йдеться вище.

Ступінь поздовжньої асиметрії по змінному струмі оцінюється величиною загасання поздовжньої асиметрії (Longitudinal Conversion Loss, LCL). Причинами поздовжньої розбалансування жив кручений пари можуть бути нещільний контакт в місцях з'єднання жил кабелів (точках скручування або спайки, розподільних шафах і т. П.). Проблему поздовжньої розбалансування можна вважати вирішеною, навіть якщо поздовжня асиметрія розглянутої пари приведена до норми. Цей факт - необхідна, але ще не достатня умова вирішення проблеми поздовжньої асиметрії в конкретному кабелі. Умова достатності вимагає обов'язкової перевірки всіх пар пучка або повиву на відповідність нормам поздовжньої асиметрії. Справа в тому, що будь-яка розбалансування навіть неробочий пари є джерелом перешкод для всіх працюючих пар, наслідком чого є зменшення їх пропускної здатності.

Передача сигналів по лініях зв'язку.

Особливе значення мають електричні ланцюги, по яких передаються сигнали як між входами і виходами мікросхем на друкованій платі, так і між різними пристроями ЕОМ, що знаходяться на різних платах і в різних корпусах.

Такі електричні ланцюги будемо називати лініями зв'язку. Більшість ліній зв'язку відносяться до несиметричним.

На ріс.105 показані різновиди несиметричних ліній зв'язку: а - одиночний провідник, б - кручена пара, в - коаксіальний кабель

Ріс.105. Несиметричні лінії зв'язку.

Одиночний провідник - звичайна лінія зв'язку, широко використовувана на друкованих платах, вихід передавача і вхід приймача зв'язуються одиночним провідником, а електричне замикання ланцюга здійснюється через загальний провідник друкованої плати. Перевага однопровідною лінії зв'язку - простота, а недолік - велика кількість перешкод, що виникають в загальному провіднику друкованої плати і впливають на переданий сигнал.

Вита пара - два ізольованих провідника звиті між собою, один з них пов'язує передавач і приймач сигналів, а другий використовується для замикання електричного кола. При використанні кручений пари в межах друкованої плати суттєво підвищується стійкість передачі інформації, але вартість такої конструкції вище, ніж одиночного провідника.

Коаксіальний кабель - спеціальна конструкція, що складається з центрального провідника, що знаходиться в ізоляційної оболонці, поверх якої розташований циліндричний екранує провідник.

Має сенс розглядати вплив відображення сигналів, якщо лінія зв'язку працює як довга лінія, а це визначається виконанням умови

Де - час поширення сигналу по лінії зв'язку, - тривалість імпульсного сигналу.

При виконанні цієї нерівності відбиті сигнали від кінців лінії не впливають на форму імпульсу, тобто таку лінію не має сенсу розглядати як довгу лінію. З огляду на, що швидкість поширення сигналів в сполучних лініях близько 25 см / нс, а тривалість фронтів формуються на виходах елементів ТТЛ серій від 2 до 20 нс можна визначити довжину сполучних провідників, у яких виконується вказане нерівність. Дані по ТТЛ серій наведені в табліце16.

Табліца.16

Якщо прийняти, що - вихідний опір джерела сигналу, - хвильовий опір лінії зв'язку, - опір навантаження, підключене до виходу лінії, то напруга на вході лінії (в точці А) можна визначити за формулою, де - вихідна напруга елемента передавача. В процесі передачі сигналів по довгій лінії спостерігається відображення сигналів від кінців лінії зв'язку і неоднорідностей по її довжині. Коефіцієнт відображення на вході лінії (в точці А) може бути оцінений співвідношенням

а на виході лінії (в точці В) -

Величина відбитої хвилі визначається як добуток величини падаючої хвилі на коефіцієнт відображення.

Розглянемо на прикладі вплив відображення на якість передачі сигналу по лінії зв'язку між двома логічними елементами з наступними параметрами:,,, логічний елемент - передавач змінює стан виходу з нульового на одиничне з рівнем напруги 4В. Коефіцієнти відбиття приймуть значення і.

При перемиканні елемента на вході лінії (в точці А) маємо

Цей сигнал приходить в кінець лінії і відбивається, в кінці лінії (в точці В) будемо мати, причому твір - це відбита хвиля, яка приходить в початок лінії і знову відбивається. При цьому на вході лінії отримуємо

Результати розрахунків у вигляді графіків наведені на малюнку 106.

Як видно з графіка сигнал на вході і виході лінії є плавно наростаючим напругою, вид якого наводить лише до затримки сигналу в часі. Однак при інших співвідношеннях опорів форма сигналу зазнає більш серйозні зміни, які можуть призвести до порушення працездатності. Розглянемо роботу лінії при:, інші параметри як в попередньому прикладі. Коефіцієнти відбиття приймуть значення і.

Ріс.106. Графік зміни напруги на кінцях

Найгірше співвідношення буде тоді, коли на обох кінцях лінії коефіцієнти відображення будуть одиничними і з різними знаками, можлива повна втрата інформації.

Ріс.107. Графік передачі сигналу по лінії зв'язку.

Подібні спотворення сигналів при передачі їх по довгих лініях призводять до зниження надійності роботи всього обчислювального пристрою. Для зменшення спотворень довгими лініями необхідно виконувати їх узгодження з передавачами і приймачами сигналів.

Цифрова зв'язок з абонентом і цифрові модеми

Для більшості ліг минулого століття підключення телефону абонента до телефонної станції (або «локальний ділянку лінії зв'язку», «остання миля») здійснювалося мідним дротом ( «кручена пара», twisted pair), прихованим в підземних колекторах або протягнутим по повітрю.

Тривалий час використовувана смуга пропускання не перевищувала 3 кГц, що обмежувалося аналоговими кінцевими пристроями. Однак, кручена пара за своєю суттю здатна до набагато більш високим смугах пропускання, і на коротких відстанях може нести відеосигнал або широкосмугові дані. Нові технології (ISDN і ADSL) були розроблені, щоб в рамках існуючої інфраструктури забезпечити більш високу продуктивність.

Крім того, в 1990-і рр. компанії кабельного ТБ вклали значні капітали в альтернативні канали підключення до будинків. Тут використовувалися як технології кручений пари, так і волоконно-оптичні і коаксіальні кабелі. У більшості випадків ці кабельні мережі були проведені, щоб забезпечити трансляцію телебачення. Однак їх комунікаційні можливості і висока смуга пропускання можуть використовуватися також, щоб організувати інші форми цифрових послуг.

Цифрова мережа з наданням комплексних послуг (Integrated Services Digital Network - ISDN) могла бути розцінена як найкраща занадто довго зберігається таємниця комп'ютерного мережевого світу. ISDN тривалий час була прихована від користувачів телефонних мереж (public switched telephone network - PSTN), оскільки вона забезпечує тільки зв'язок між телефонними станціями, а абонент зі станцією як і раніше з'єднувався по аналоговому каналу.

ISDN була спочатку доступна в двох версіях:

Базова швидкість (Basic Rate ISDN - BRI), яка також відома як ISDN-2. BRI призначена для домашнього користувача або дрібного бізнесу, складається з двох «каналів В» (64 Кбіт / с) для передачі даних і одного прихованого «каналу D» (16 Кбіт / с) для інформації управління. Два

каналу по 64 Кбіт / с можуть використовуватися окремо або з'єднуватися разом, щоб утворити канал 128 Кбіт / с;

Первинна швидкість (Primary Rate ISDN - PRI) або ISDN-30. PRI складається з 30 «каналів В» (може бути встановлено мінімум шість) по 64 Кбіт / с, плюс «канал D» на 64 Кбіт / с для даних управління. По-канали можуть об'єднуватися в єдиний канал на 1,92 Мбіт / с.

В кінці 1998 р British Telecomm (БТ) зробила першу серйозну спробу надати технологію ISDN домашньому користувачеві з оголошенням послуги «Магістраль БТ» (ВТ Highway). Якщо клієнт підписується на одну з цих послуг, існуюча телефонна лінія зберігається, але старий головний роз'єм замінюється модулем Магістралі. Він має чотири роз'єми, два аналогових і два ISDN, і може підтримати до трьох розмов одночасно. Передплатник зберігає старий аналоговий телефонний номер і отримує два додаткових, один для другого аналогового порту і один для ліній ISDN. Два головних відмінності між послугами «для дому» і «для бізнесу» - то, що в останньому випадку підтримується «Множинний абонент» (Multiple Subscriber Numbering - MSN), за допомогою чого різні пристрої, підключені до однієї лінії ISDN, можуть мати різні телефонні номери , а також надається нова послуга з передачі даних (ISDNConnect) або постійно діюча повільний зв'язок, яка використовує сигнальний канал ISDN.

У той же самий час Internet-onepaTop ВТ, ВТ Internet, оголосив підтримку 128 Кбіт / с, дозволяючи користувачам використовувати дві лінії ISDN як одну з високою пропускною здатністю.

xDSL - групове назва для різноманітності технологій цифрової абонентської лінії (Digital Subscriber Line - DSL), розроблених, щоб запропонувати телефонним компаніям шлях в бізнес кабельного телебачення. Це - не нова ідея - компанія Bell Communications Research Inc розробила першу цифрову абонентську лінію ще в 1987 р, щоб організувати поставку «відео на замовлення» і інтерактивне телебачення по дротового зв'язку. У той час поширення подібних технологій було утруднено через відсутність стандартів для всієї промисловості.

Технології xDSL пропонують швидкості вхідної передачі (завантаження) до 52 Мбіт / с і вихідної (розвантаження) - від 64 Кбіт / с до 2 Мбіт / с (і більше) і мають ряд модифікацій:

Асиметрична лінія (ADSL);

Одиночна лінія (SDSL);

Дуже висока швидкість передачі даних (HDSL).

Практика показує, що лінії ADSL (Асиметрична

Цифрова абонентська лінія) найбільш перспективні для побутового застосування.

ADSL. Технологія ADSL подібна ISDN - обидві вимагають, щоб провідні телефонні лінії були вільні, і можуть використовуватися тільки на обмеженій відстані від місцевої телефонної компанії. У більшості випадків ADSL може працювати по з'єднаннях типу кручений пари, не порушуючи існуючі телефонні підключення, це означає, що місцеві телефонні компанії не повинні проводити спеціальні лінії, щоб забезпечити обслуговування ADSL.

ADSL використовує той факт, що оскільки голосовий зв'язок не займає повністю смугу пропускання, доступну для стандартної витої пари, то можна організувати високошвидкісну передачу даних в той же самий час. З цією метою ADSL розбиває максимальну смугу пропускання проводового підключення в 1 МГц на канали по 4 кГц, з яких один канал використовується для простої телефонної системи (звичайна телефонна мережа - plain old telephone system - POTS) - голосовий зв'язок, факсимільні і аналогові модемні дані. Інші 256 доступних каналів використовуються для паралельної цифрового зв'язку. Зв'язок асиметрична: 192 каналу по 4 кГц використовуються для передачі вхідної інформації і тільки 64 - для вихідної.

ADSL може розглядатися як перетворення послідовної рядки цифрових даних в паралельну рядок, таким чином збільшується пропускна здатність. Методика модуляції відома як дискретна многочастотная (Discrete Multitone - DMT), кодування і декодування виконуються відповідно, тим же самим способом, як і звичайним модемом.

Більш рання система, названа Carrierless Amplitude Phase (САР), була здатна використовувати всю смугу пропускання вище 4 кГц як єдиний канал передачі і мала то пре-

Мал. 3.9. Мережа з підключенням через ADSL-модем: / - телефонний вхід; 2 - аналоговий вихід; 3 - цифровий вихід

майно, що вона близька методикою квадратурной амплітудної модуляції (Quadrature Amplitude Modulation - QAM), використовуваної високошвидкісними модемами при швидкостях більш ніж 9,6 Кбіт / с, а також більш дешева для здійснення. Однак DMT - більш надійна, складна і гнучка технологія - виявилася найбільш придатною для універсально прийнятого стандарту.

Коли обслуговування початок бути комерційно доступним, єдиним обладнанням, яке повинні були використовувати передплатники ADSL, був спеціальний модем. Апарат має три з'єднання - телефонний вхід (рис. 3.9, /); стандартне телефонне гніздо RJ11 для обслуговування аналогового телефону (рис. 3.9, 2) і з'єднувач кручений пари Ethernet, який підключає модем ADSL до ПЕОМ (рис. 3.9, 3).

На стороні користувача модем ADSL збирає високочастотні цифрові дані і транслює їх для передачі на ПК або в мережу. На стороні телефонної служби мультиплексор доступу до цифрової абонентської лінії (Digital Subscriber Line Access Multiplexer - DSLAM) підключає користувача ADSL до високошвидкісного Internet, агрегируя вхідні лінії ADSL в єдине підключення для передачі голосу або даних. Телефонні сигнали направляються на телефонну мережу, а цифрові - в Internet через високошвидкісну магістраль (скловолокно, асинхронну передачу даних, або цифрову абонентську лінію).

В даний час існують різні конструкції модемів ADSL. Деякі з'єднуються з PC через USB-порт, інші - через кабель Ethernet. Більшість пристроїв позволя
ет розділити підключення Internet між декількома ПК. Інтегрований модем / маршрутизатор підтримує мережу ПК, деякі включають інтегровану систему мережевого захисту (брандмауер), щоб забезпечити різні рівні захисту проти неуповноваженого доступу.

192 каналу по 4 кГц забезпечують максимальну смугу пропускання 8 Мбіт / с. Той факт, що послуги ADSL обмежені межею в 2 Мбіт / с, пояснюється штучним звуженням смуги і тим, що фактичні рівні роботи залежать від ряду зовнішніх умов. Вони включають довжину проводки, кількість проводів датчика, «висять пари» і взаємні перешкоди. Ослаблення сигналу збільшується з довжиною лінії і частотою і зменшується зі збільшенням діаметра проводів. «Висить пара» - незамкнута дротова пара, яка знаходиться паралельно основній провідний парі, наприклад, кожне невикористане телефонне гніздо являє собою висить пару.

Якщо ігнорувати вплив висять пар, продуктивність ADSL може бути представлена ​​так, як це виглядає в табл. 3.11.

У 1999 р за пропозиціями Intel, Microsoft, Compaq і інших виробників обладнання була розроблена специфікація, яка була прийнята Міжнародним союзом електрозв'язку (International Telecommunication Union - ITU) як універсальний індустріальний стандарт ADSL, відомий як G.922.2 або G.lite. Стандарт передбачає, що користувачі можуть робити звичайні голосові телефонні дзвінки одночасно з передачею цифрових даних. Вносяться деякі обмеження на швидкість - 1,5 Мбіт / с по прийому даних і 400 Кбіт / с по передачі.

ADSL2. У липні 2002 р Міжнародний союз електрозв'язку закінчив два нові стандарти асиметричною цифровою абонентською лінією, що визначаються як G992.3 і G992.4 для асиметричної цифрової абонентської лінії (відомих в подальшому як ADSL2).

Новий стандарт був спроектований, щоб поліпшити швидкодію і дальність асиметричною цифровою абонентською лінією, досягаючи кращої ефективності на довгих лініях в умовах узкополосной інтерференції. Швидкість ADSL2 для вхідного і вихідного інформаційних потоків досягає відповідно 12 і 1 Мбіт / с в залежності від дальності зв'язку та інших обставин.

Підвищення ефективності досягалося за рахунок наступних чинників:

Вдосконаленій технології модуляції - поєднання чотиривимірної трелліс-модуляції (на 16 станів) і 1-бітової квадратурной амплітудної модуляції (QAM), що дає, зокрема, підвищення стійкості по відношенню до перешкод з боку AM радіомовлення;

Використання змінного кількості службових бітів (які в ADSL постійно займають смугу в 32 Кбіт / с) - від 4 до 32 Кбіт / с;

Більш ефективного кодування (на основі методу Ріда-Соломона - Reed-Solomon code).

ADSL2 +. У січні 2003 р ITU вводить стандарт G992.5 (ADSL2 +) - рекомендація подвоює ширину смуги вхідного інформаційного потоку, таким чином, збільшуючи швидкість передачі даних на телефонних лініях коротше, ніж приблизно 1,5 км.

У той час як стандарти ADSL2 визначають діапазон частот вхідного інформаційного потоку в 1,1 МГц і 552 кГц відповідно, ADSL2 + збільшує цю частоту до 2,2 МГц. Результат - істотне збільшення швидкостей передачі даних спадного інформаційного потоку на більш коротких телефонних лініях.

ADSL2 + також дозволяє зменшити взаємні перешкоди. Це може бути особливо корисним, якщо дроти асиметричною цифровою абонентською лінією як від центральної станції, так і від віддаленого терміналу знаходяться в одній зв'язці, коли вони підводяться до будинків абонентів. Взаємні перешкоди можуть значно шкодити швидкостям передачі даних на лінії.

ADSL2 + може виправити цю проблему шляхом використання частот нижче 1,1 МГц від центральної станції до віддаленого терміналу і частот між 1,1 і 2,2 МГц від віддаленого терміналу до абонентського пункту. Це усуне більшість перехідних перешкод між службами і збереже швидкості передачі даних на лінії від центральної станції.

Інші технології xDSL (табл. 3.12)

RADSL. У 2001 р була введена специфікація адаптивної швидкості передачі (Rate Adaptive Digital Subscriber Line - RADSL), де передбачена корекція швидкості передачі згідно довжині і якості місцевої лінії. Раніше передплатники повинні були розташовуватися в межах 3,5 км від місцевої телефонної станції, щоб можна було підключити ADSL. Для RADSL дальність розширена до 5,5 км, а шумові допуски збільшилися від 41 до 55 дБ.

Таблиця 3.12.Характерістікі технологій xDSL Тип мережі Швидкість зв'язку, Мбіт / с Відстань, км вихідний потік вхідний потік RDSL 128 Кбіт / с.1 600 Кбіт / с 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. Технологія HDSL симетрична, це означає, що забезпечується одна і та ж смуга пропускання для вихідного і вхідного потоку даних. Тут використовується проводка з 2-3 і більше крученими парами в кабелі. Хоча типова дальність (3 км) нижче, ніж для ADSL, але можуть бути встановлені повторювачі сигналу несучої, що дозволяє подовжити зв'язок на 1 - 1,5 км.

SDSL. Технологія аналогічна HDSL, але з двома винятками: використовується єдина провідна пара і максимальна довжина обмежена 3 км.

VDSL. Це найшвидша технологія цифрової абонентської лінії. Швидкість вхідного потоку 13-52 Мбіт / с, а вихідного - 1,6-2,3 Мбіт / с по єдиною провідний парі. Однак максимальна дистанція зв'язку становить лише 300-1500 м і обладнання ADSL та VDSL несумісні, хоча і використовуються подібні алгоритми стиснення і технології модуляції.

Кабельні модеми. Кабель-модеми пропонують перспективу швидкого доступу до Internet, використовуючи існуючі широкосмугові мережі кабельного телебачення. Технологія відповідає скоріше домашнім, ніж офісним застосуванням, так як зазвичай житлові квартали більш охоплені кабельним зв'язком.

Типові пристрої, виготовлені, наприклад, такими продавцями, як Bay Networks або Motorola, - зовнішні модулі, що підключаються до клієнтських ПЕОМ через інтерфейси Ethernet, USB або FireWire. У більшості випадків кабельного модему користувача призначається єдиний IP-адреса, але можуть бути або поставлені додаткові адреси IP для декількох комп'ютерів, або кілька ПК можуть спільно експлуатувати єдиний адресу IP, використовуючи проксі-сервер. Кабельний модем використовує один або два канали телебачення на 6 МГц.

Оскільки мережа кабельного телебачення має шинну топологію, кожен кабельний модем в околиці спільно використовує доступ до єдиної коаксіальної кабельної магістралі (рис. 3.10).

Функція кабельного модему полягає в модуляції і демодуляції сигналу в потік даних; але подібність з аналоговими модемами на цьому закінчується. Кабельні модеми також включають блок настройки (щоб відокремити сигнал даних від іншої частини широковещательного потоку); компоненти мережевих адап-

Мал. 3.10. Системи зв'язку з використанням кабельних модемів

теров, мостів і маршрутизаторів (щоб з'єднуватися з декількома ПК); програмне забезпечення управління мережею (щоб провайдер кабельного зв'язку міг контролювати операції) і пристрої кодування (щоб потік даних не переривався і не був би посланий адресату помилково).

Кабель має ряд практичних недоліків в порівнянні з xDSL - не всі будинки забезпечені кабельним телебаченням (а деякі і не будуть ніколи); крім того, для багатьох користувачів, які під'єднані, все ж більш ймовірно розміщення ПК поблизу від телефонного гнізда, ніж біля телевізора або кабельного вводу. Однак для багатьох домашніх користувачів кабель дає перспективу швидкого доступу до Internet за доступною ціною. Теоретично можливі швидкості до 30 Мбіт / с. Практично кабельні компанії встановлюють швидкості вихідного потоку в 512 Кбайт / с, а вхідного - 128 Кбайт / с.