Среда передачи - Transmission medium

Среда передачи представляет собой систему или вещество , которое может опосредовать распространение из сигналов для целей электросвязи . Сигналы обычно передаются на волну, подходящую для выбранной среды. Например, данные могут модулировать звук, а передающей средой для звуков может быть воздух , но твердые тела и жидкости также могут действовать как передающая среда. Вакуум или воздух являются хорошей средой для передачи электромагнитных волн, таких как свет и радиоволны . В то время как материал , вещество не требуется для электромагнитных волн для распространения, такие волны, как правило , зависит от среды передачи они проходят через, например, путем поглощения или отражения или преломления на интерфейсах между средствами массовой информации. Следовательно, можно использовать технические устройства для передачи или направления волн. Таким образом, в качестве среды передачи используется оптическое волокно или медный кабель.

Коаксиальный кабель , один из примеров среды передачи

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

Телекоммуникации

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

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

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

Симплекс против дуплекса

Передача может быть симплексной , полудуплексной или полнодуплексной.

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

Типы

В общем, среду передачи можно классифицировать как

линейный , если разные волны в любой конкретной точке среды могут накладываться друг на друга ;
ограничен , если он конечен по протяженности, в противном случае неограничен ;
однородный или однородный , если его физические свойства не изменяются в разных точках;
изотропный , если его физические свойства одинаковы в разных направлениях.

Существует два основных типа средств передачи:

управляемая среда - волны проходят по твердой среде, такой как линия передачи ;
неуправляемая среда - передача и прием осуществляются с помощью антенны .

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

Управляемые СМИ

Витая пара

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

Коаксиальный кабель

Гибкий коаксиальный кабель RG-59 в составе:

Наружная пластиковая оболочка
Плетеный медный щит
Внутренний диэлектрический изолятор
Медный сердечник

Поперечный разрез коаксиального кабеля

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

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

Оливер Хевисайд изобрел коаксиальный кабель в 1880 году.

Оптоволокно

Пучок оптического волокна

Бригада оптоволокна устанавливает 432 оптоволоконный кабель под улицами Мидтауна Манхэттена, Нью-Йорк.

TOSLINK , волоконно - оптический кабель аудио с красным светом существом светящимся в одном конце передает свет на другой конец

Настенный шкаф , содержащий оптические волокна межсоединений. Желтые кабели - одномодовые волокна ; оранжевый и голубой кабели представляют собой многомодовые волокна : волокна OM2 50/125 мкм и OM3 50/125 мкм соответственно.

Оптическое волокно , которое стало наиболее часто используемой средой передачи для связи на большие расстояния, представляет собой тонкую стеклянную нить, которая направляет свет по своей длине. Четыре основных фактора в пользу оптического волокна по сравнению с медью: скорость передачи данных, расстояние, установка и стоимость. Оптическое волокно может передавать огромные объемы данных по сравнению с медью. Он может работать на сотни миль без повторителей сигналов, что, в свою очередь, снижает затраты на обслуживание и повышает надежность системы связи, поскольку повторители являются частым источником сбоев в сети. Стекло легче меди, что снижает потребность в специализированном тяжелом подъемном оборудовании при прокладке оптического волокна на большие расстояния. Оптическое волокно для внутреннего применения стоит примерно доллар за фут, столько же, сколько медь.

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

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

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

Возможность соединения оптических волокон с низкими потерями важна для оптоволоконной связи. Это является более сложным , чем присоединения электрического провода или кабеля , и включает в себя тщательное расщепление волокон, точное выравнивание сердцевин волокон, и связывание этих выровненных ядер. Для приложений , которые требуют постоянного подключения к слитому сплайсинг является общим. В этом методе используется электрическая дуга, чтобы сплавлять концы волокон вместе. Другой распространенный метод - это механическое соединение , при котором концы волокон удерживаются в контакте с помощью механической силы. Временные или полупостоянные соединения выполняются с помощью специализированных волоконно-оптических соединителей .

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

Неуправляемые СМИ

Радио

Распространение радиоволн - это поведение радиоволн при их перемещении или распространении из одной точки в другую или в различные части атмосферы . Как форма электромагнитного излучения , подобно световым волнам, радиоволны подвержены влиянию явлений отражения , преломления , дифракции , поглощения , поляризации и рассеяния . Понимание влияния различных условий на распространение радиоволн имеет множество практических применений, от выбора частот для международных коротковолновых радиовещательных компаний до проектирования надежных мобильных телефонных систем, радионавигации и эксплуатации радиолокационных систем.

В практических системах радиопередачи используются различные типы распространения. Распространение в пределах прямой видимости означает радиоволны, которые проходят по прямой линии от передающей антенны к приемной антенне. Прямая видимость используется для радиопередачи на среднем расстоянии, например сотовых телефонов , беспроводных телефонов , раций , беспроводных сетей , FM-радио и телевещания и радаров , а также спутниковой связи , такой как спутниковое телевидение . Передача в пределах прямой видимости на поверхности Земли ограничена расстоянием до видимого горизонта, которое зависит от высоты передающей и приемной антенн. Это единственный возможный способ распространения на микроволновых частотах и выше. На микроволновых частотах влага в атмосфере ( замирание из-за дождя ) может ухудшить передачу.

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

На средних и коротковолновых частотах (диапазоны MF и HF ) радиоволны могут преломляться от слоя заряженных частиц ( ионов ) высоко в атмосфере, называемого ионосферой . Это означает, что радиоволны, передаваемые в небо под углом, могут отражаться обратно на Землю за горизонт, на больших расстояниях, даже на трансконтинентальных расстояниях. Это называется распространением небесной волны. Он используется радиолюбителями для общения с другими странами и радиовещательными станциями на коротких волнах, которые вещают на международном уровне. Связь Skywave является переменной, в зависимости от условий в верхних слоях атмосферы; он наиболее надежен ночью и зимой. Из-за его ненадежности с момента появления спутников связи в 1960-х годах многие средства связи на большие расстояния, которые раньше использовали небесные волны, теперь используют спутники.

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

Цифровое кодирование

Передача и прием данных обычно выполняется в четыре этапа:

На передающей стороне данные кодируются в двоичное представление.
Сигнал несущей модулируется в соответствии с двоичным представлением.
На приемной стороне сигнал несущей демодулируется в двоичное представление.
Данные декодируются из двоичного представления.

Languages

In other projects