ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ INTERNET Κεφάλαιο 3: Μέσα Μετάδοσης
Εισαγωγή Το μέσο μετάδοσης είναι ο φορέας μέσα από τον οποίο λαμβάνει χώρα η μετάδοση των σημάτων. Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια του μέσου μετάδοσης, ας πάρουμε ξανά ως παράδειγμα την περίπτωση των κυμάτων στη θάλασσα. Όταν κάποιος πετάξει μια πέτρα μέσα στη θάλασσα, στο σημείο της πρόσκρουσης της πέτρας στην επιφάνεια της θάλασσας, δημιουργείται μια διαταραχή που αναγκάζει τα μόρια του νερού σε εκείνο το σημείο να εκτελέσουν κάποια κίνηση. Επειδή τα μόρια του νερού είναι ενωμένα το ένα με το άλλο, είναι προφανές πως καθένα από τα μόρια που κινούνται θα μεταδώσει την κίνησή του στο άλλο μόριο, αυτό στο επόμενο, κ.ο.κ. 2
Είδη μέσων μετάδοσης Υπάρχουν δύο κύρια είδη: Διάκριση μέσων Ενσύρματα ασύρματα Χάλκινα ομοαξονικά καλώδια, οπτικές ίνες Επίγειες δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις Κυψελοειδή τηλεφωνία 3
Ενσύρματα Είδη Μέσων Μετάδοσης 4
Καλώδια Συνεστραμμένου Ζεύγους (Twisted Pair) Τα χάλκινα συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων είναι το παλαιότερο σύστημα επίτευξης επικοινωνιακών ζεύξεων αλλά και το ευρύτερα χρησιμοποιούμενο λόγω χαμηλού κόστους. Είναι κατάλληλα για τη διέλευση ψηφιακών και αναλογικών σημάτων. Η χρήση τους στηρίζεται στην εκμετάλλευση της μικρής ωμικής αντίστασης του χαλκού που σημαίνει μικρή εξασθένιση του σήματος. Χρησιμοποιούνται κυρίως στο τηλεφωνικό δίκτυο, στη δομημένη καλωδίωση δικτύων υπολογιστών τύπου Ethernet, token ring και ATM. 5
Χαρακτηριστικά Twisted Pair Αποτελούνται από σύρματα χαλκού, τα οποία περιβάλλονται από μονωτικό υλικό. Αν δύο σύρματα συστραφούν το ένα γύρω από το άλλο, ώστε να πάρουν ελικοειδές σχήμα, δημιουργούν κύκλωμα το οποίο μπορεί να μεταφέρει δεδομένα. Ένα καλώδιο αποτελείται από ένα ή περισσότερα τέτοια ζεύγη, τα οποία περιβάλλονται από μονωτικό υλικό, και υπάρχει σε δύο μορφές: 6
UTP : Unshielded Twisted Pair 1 η μορφή: Αθωράκιστο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους (UTΡ: Unshielded Twisted Pair) συνηθισμένο στα τηλεφωνικά δίκτυα. Χρησιμοποιήθηκε ευρέως για την καλωδίωση δικτύων ηλεκτρονικών υπολογιστών και είναι κατάλληλο μέχρι 1 GB στην περίπτωση του CAT 5e, αλλά δεν θα είναι κατάλληλο για τα μελλοντικά δίκτυα 10 GB, τουλάχιστον όχι σε περίπτωση μεγάλων αποστάσεων. 7
SΤΡ: Shielded Twisted Pair 2 η μορφή: θωρακισμένο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους (SΤΡ: Shielded Twisted Pair), που παρέχει προστασία από θόρυβο ή παρεμβολές. Το UΤΡ χωρίζεται σε κατηγορίες από 1 έως 5, ανάλογα με το πόσο σφιχτό είναι το πλέξιμο των καλωδίων. Το σφιχτό πλέξιμο επιτρέπει γρηγορότερους ρυθμούς μετάδοσης και μείωση των παρεμβολών και των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων ανάμεσα σε κοντινά όμοια ζεύγη. 8
Το σήμα στα συνεστραμμένα καλώδια Αντιστροφή των φάσεων, ώστε να απαλειφθεί ο θόρυβος. LINE 1 + LINE 2-9
Κατηγορίες καλωδίων Cable Type Use Level 1 Voice & low speed data Level 2 Data to 4 Mbps Category 3 LAN to 10 Mbps Category 4 LAN to 20 Mbps Category 5 LAN to 100 Mbps Συνήθως αναφερόμαστε στα καλώδια κατηγορίας 3 και 5 Η κατηγορία 5 έχει αντικατασταθεί από την CAT 5E με 4 ζεύγη συνεστραμμένα ανά 2. Η κατηγορία 6 διπλασιάζει το εύρος ζώνης της κατηγορίας CAT 5. Η κατηγορία 7 φτάνει τα 600 Mbps. 10
Ομοαξονικά Καλώδια Το ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) αποτελείται από ένα εσωτερικό αγωγό περιβαλλόμενο από ένα εύκαμπτο, σωληνοειδές μονωτικό στρώμα πλαστικού, το οποίο με την σειρά του περιβάλλεται από ένα σωληνωτό συρμάτινο πλέγμα. Στην συνέχεια το πλέγμα μπορεί να περιβάλλεται απο μόνωση φύλλου αλουμινίου (aluminium shield). Η όλη διάταξη καλύπτεται απο την εξωτερική μόνωση που είναι ένα πλαστικό κυλινδρικό φύλλο. 11
Κατασκευή coaxial cable Ο όρος ομοαξονικό προέρχεται εξ αιτίας του ότι ο εσωτερικός αγωγός και το εξωτερικό συρμάτινο πλέγμα έχουν τον ίδιο γεωμετρικό άξονα. 12
Χαρακτηριστικά coaxial cable Έχουν μεγαλύτερο εύρος ζώνης από τα UTP. Παρέχουν καλύτερη θωράκιση από τα STP, με αποτέλεσμα να έχουν δυνατότητα κάλυψης μεγαλύτερων αποστάσεων χωρίς θόρυβο. Για ομοαξονικά καλώδια του ενός χιλιομέτρου είναι εφικτός ένας ρυθμός μετάδοσης της τάξης των 10Mbps. Από πλευράς εγκαταστάσεως είναι δύσχρηστα λόγω της μηχανικής ακαμψίας τους και της δύσκολης συνδετικής τους ικανότητας. 13
Τύποι ομοαξονικών καλωδίων Ομοαξονικό Βασικής Ζώνης (thinnet, λεπτό) oμαύρου χρώματος o185 μέτρα απόσταση. Ομοαξονικό Ευρείας Ζώνης (thicknet, χοντρό). oκίτρινου χρώματος. o500 μέτρα απόσταση. 14
Πλεονεκτήματα ομοαξονικών καλωδίων Δεν επηρεάζεται από εξωτερικές πηγές ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Εξασφαλίζει την μετάδοση των σημάτων με καλή προφύλαξη ως προς τον θόρυβο. Έχει χαμηλή εξασθένιση σήματος. Χαμηλό κόστος εγκατάστασης. Αντικαταστάθηκε από τα καλώδια συνεστραμμένων ζευγών στα τοπικά δίκτυα. 15
Οπτικές ίνες (Optical Fiber) Οι οπτικές ίνες είναι πολύ λεπτά νήματα από πλαστικό ή γυαλί, με διάμετρο μικρότερη των 8μm όπου από μέσα τους, μεταδίδονται ψηφιακά δεδομένα, υπό μορφή φωτός, με την ταχύτητα του φωτός. Συνήθως τις συναντάμε συγκεντρωμένες σε δέσμες, που σχηματίζουν τα λεγόμενα οπτικά καλώδια. Ένα καλώδιο οπτικών ινών, περιέχει μέσα του δεκάδες ή και εκατοντάδες πολύ λεπτές τέτοιες οπτικές ίνες, με διάμετρο μικρότερη και από μία τρίχα. Με τις ακτίνες λέιζερ, ένα σήμα μπορεί να μεταδοθεί δια μέσου οπτικών ινών σε απόσταση μεγαλύτερη από 50 χλμ. 16
Χαρακτηριστικά Optical Fiber Το κύριο χαρακτηριστικό της οπτικής ίνας είναι πως η μετάδοση της πληροφορίας, δεν γίνεται με τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων, αλλά με την εκπομπή παλμών φωτός, οι οποίοι εκπέμπονται από την κατάλληλη φωτεινή πηγή. Η πηγή αυτή στις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις, είναι μια δίοδος φωτοεκπομπής (Light Emitting Diode, LED) ή μια δίοδος laser. 17
Μετάδοση μέσω Optical Fiber Επειδή οι υπολογιστές που βρίσκονται στα δύο άκρα χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ η οπτική ίνα επιτρέπει τη μετάδοση φωτεινής δέσμης, είναι προφανές πως στο ένα άκρο της γραμμής θα πρέπει να τοποθετήσουμε μια διάταξη μετατροπής του ρεύματος σε φως, ενώ στο άλλο άκρο, μια διάταξη η οποία θα πραγματοποιεί την αντίστροφη μετατροπή, δηλαδή θα μετατρέπει το φως σε ρεύμα. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η επικοινωνία ανάμεσα στους δύο υπολογιστές. 18
Κατασκευή Optical Fiber Η οπτική ίνα αποτελείται από ένα γυάλινο ή πλαστικό πυρήνα σε μορφή νήματος, ο οποίος περιβάλλεται από μια μονωτική επικάλυψη και αυτή με τη σειρά της από ένα ειδικό προστατευτικό περίβλημα. Το φως μέσα στην οπτική ίνα κινείται μόνο προς τη μία κατεύθυνση και διαδίδεται στο άλλο άκρο, πραγματοποιώντας διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα του πυρήνα. 19
Λειτουργία Optical Fiber (1) Τα ψηφιακά κύματα φωτός, ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός μέσα από την οπτική ίνα, με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της οπτικής ίνας. Οι ανακλάσεις αυτές, γίνονται στα τοιχώματα, σε γωνία μικρότερη των 42 μοιρών, με αποτέλεσμα να λειτουργούν τα τοιχώματα σαν καθρέφτες. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ολική ανάκλαση και είναι η αιτία που τα κύματα φωτός μένουνε μέσα στην οπτική ίνα, συνεχίζοντας το ταξίδι τους μέχρι το άλλο άκρο, χωρίς να βγαίνουν-χάνονται έξω από την ίνα. 20
Λειτουργία Optical Fiber (2) Σε αυτό συνεισφέρει και η δομή της. Το εσωτερικό μέρος της οπτικής ίνας, ονομάζεται πυρήνας και μέσω αυτού, ταξιδεύουν τα κύματα φωτός. Ο πυρήνας, είναι περιτυλιγμένος από μία άλλη στρώση πλαστικού - γυαλιού που ονομάζεται περίβλημα. 21
Λειτουργία Optical Fiber (3) Το περίβλημα από τις οπτικές ίνες, είναι έτσι κατασκευασμένο, ώστε να κρατάει τα κύματα φωτός, με ολικές ανακλάσεις, μέσα στον πυρήνα και να συνεχίζουν το ταξίδι τους μέσω αυτού (του πυρήνα). Το περίβλημα το πετυχαίνει αυτό, λόγω της διαφορετικότητας του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο, σε σχέση με το υλικό του πυρήνα. 22
Είδη οπτικών ινών Οι οπτικές ίνες χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες ανάλογα με το αν υποστηρίζουν έναν ή πολλούς ρυθμούς μετάδοσης: στις μονότροπες (single-mode), και στις πολύτροπες (multi-mode) διακριτού δείκτη (step index) βαθμιαίου δείκτη (graded index) 23
Μονότροπες Η διάμετρος της κεντρικής ίνας είναι πολύ μικρή και πλησιάζει το μέγεθος του μήκους κύματος του εκπεμπόμενου σήματος. Η μικρή αυτή διάμετρος του πυρήνα επιτρέπει τη διέλευση σε ένα περιορισμένο πλήθος ακτινών, ουσιαστικά μόνο σε ακτίνες που προσπίπτουν κάθετα στην επιφάνεια της διατομής των. 24
Πολύτροπες(1) Διακριτού δείκτη (step index): Στις ίνες αυτές συμβαίνει απότομη μεταβολή του δείκτη διάθλασης μεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επίστρωσης 25
Πολύτροπες(2) Βαθμιαίου δείκτη (graded index). Ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται βαθμιαία όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο προς την επιφάνεια του γυαλιού. 26
Σύγκριση τύπων οπτικών ινών 27
Πλεονεκτήματα οπτικών ινών Πλεονεκτήματα οπτικών ινών: μπορούν να μεταφέρουν παράλληλα πολύ μεγαλύτερο όγκο δεδομένων σε σχέση με το χάλκινο καλώδιο. η μεταφορά των δεδομένων γίνεται γρηγορότερα. είναι λιγότερο ευάλωτα τα δεδομένα που ταξιδεύουν μέσα τους σε παρεμβολές. είναι πολύ πιο λεπτές και ελαφρύτερες από το χάλκινο καλώδιο. τα δεδομένα μεταδίδονται ψηφιακά: άρα πιο γρήγορη κωδικοποίηση - αποκωδικοποίηση δεδομένων, σχεδόν καθόλου απώλειες δεδομένων. 28
Μειονεκτήματα οπτικών ινών Μειονεκτήματα οπτικών ινών: είναι πιο ακριβές. είναι πιο δύσκολη η εγκατάστασή τους. είναι πιο εύθραυστες. δεν μπορούμε να τις λυγίζουμε πολύ, θα πρέπει να τις εγκαθιστούμε με ελαφριά κλίση, γιατί αλλιώς θα έχουμε απώλειες. δυσκολία τερματισμού. 29
Ασύρματη μετάδοση 30
Ασύρματες ζεύξεις Η ασύρματη μετάδοση είναι καλή όταν δεν μπορούμε να είμαστε ακίνητοι, ή υπάρχει η ανάγκη να είμαστε on-line ανά πάσα στιγμή. Βολεύει επίσης όταν χρειαζόμαστε να κάνουμε ενσύρματες συνδέσεις σε μέρη όπου είναι αδύνατον ή όταν δεν αξίζουν τον κόπο να γίνουν (βουνά, δάση, κτλ). Η ασύρματη μετάδοση ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός (c), σε συχνότητα (f) με μήκος κύματος (λ), c = λ f Όσο μεγαλύτερο το μήκος κύματος τόσο μεγαλύτερη η απόσταση που μπορεί να ταξιδέψει χωρίς εξασθένιση. Επίσης η σκέδαση στις υψηλότερες συχνότητες είναι αρκετή μικρότερη. 31
Η/Μ Φάσμα (1) 32
Η/Μ Φάσμα (2) 33
Ασύρματα μέσα μετάδοσης Πλεονεκτήματα Ανεξαρτησία από υλικά μέσα Μειονεκτήματα Ευαισθησία σε θόρυβο Ασφάλεια δεδομένων Μεγάλη ισχύς πομπού Περιορισμένες διαθέσιμες συχνότητες 34
Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις Κατευθυντική μετάδοση Πολύ υψηλών συχνοτήτων (2-40 GHz) Παραβολικές κεραίες (πιάτα) Ανά 40-50 χιλιόμετρα Ρυθμοί μετάδοσης μέχρι εκατοντάδες Mbps Παράδειγμα - > κεραίες ΟΤΕ 35
Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις Ανοδικές (uplink) Για αποστολή σημάτων από επίγειους σταθμούς Καθοδικές (downlink) Για broadcast (π.χ. τηλεόραση) αλλά και unicast (δορυφορικό Internet) 36
Γεωστατικοί δορυφόροι 37
Καμπυλότητα Γης 38
Κάλυψη Δορυφόρων 39
Κυψελοειδής τηλεφωνία Χωρικές κυψέλες (1,5 13 χιλιόμετρα) Με πομπό χαμηλής ισχύος Συχνότητες 900 & 1800 MHz Σύνολο συχνοτήτων για κάθε κυψέλη Ίδιες συχνότητες σε διαφορετικές κυψέλες Δυνατότητα μετάδοσης data 40
Εύρος ζώνης Συμπέρασμα: Όσο ευρύτερη είναι η περιοχή και όσο πιο μικρό το μήκος κύματος τόσο πιο μεγάλο το εύρος ζώνης. Παράδειγμα είναι οι οπτικές ίνες, δουλεύουν με λ = 1,30μm και Δλ = 0,17 10 6. Έτσι το εύρος ζώνης είναι 30 ΤΗz. 41
Χαρακτηριστικά Μπορούμε να κωδικοποιήσουμε μόνο μερικά bits ανά Hertz στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων αλλά πολλά περισσότερα στην περιοχή των υψηλότερων συχνοτήτων, μέχρι και 40 bit/hz. Αυτό σημαίνει πως η ασύρματη μετάδοση γενικά θα έχει ένα χαμηλότερο εύρος ζώνης (πρακτικά 1-2 Mbps). Η ασύρματη εκπομπή (VLF VHF) είναι πολύ δημοφιλής και φθηνή. Η μικροκυματική εκπομπή είναι κατάλληλη μόνο για μεταδόσεις σε ευθείες γραμμές. Η μικροκυματική εκπομπή είναι επίσης πολύ δημοφιλής και κατάλληλη για κοντινές και μακρινές αποστάσεις. Τα κύματα ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές χρησιμοποιώντας παραβολικές κεραίες. 42
Βασικές έννοιες και μεγέθη 43
Ρυθμός μετάδοσης Ρυθμός μετάδοσης δεδομένων: Ο ρυθμός μετάδοσης δυαδικών ψηφίων (bit rate) αναφέρεται στο πλήθος των Bit που περνάνε από ένα σημείο του καναλιού δεδομένων σε ένα χρονικό διάστημα. Μετριέται σε bits ανα δευτερόλεπτο (bits per second, bps). Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate): Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate) ορίζεται το πλήθος των συμβόλων που διέρχονται από ένα σημείο του καναλιού σε ένα χρονικό διάστημα. Μετριέται σε bauds. Αν η τεχνική διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται αντιστοιχεί σε ενα Bit τότε το baud rate ταυτίζεται με το bit rate. 44
Εύρος ζώνης (bandwidth) Εύρος ζώνης (bandwidth): Αυτή η ζώνη συχνοτήτων χαρακτηρίζεται από μια μέγιστη και μια ελάχιστη συχνότητα, η διαφορά των οποίων ονομάζεται εύρος ζώνης (bandwidth) του μέσου μετάδοσης. Στην περίπτωση του τηλεφωνικού δικτύου το οποίο ως μέσο μετάδοσης χρησιμοποιεί συνεστραμμένα καλώδια, επιτρέπεται η μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων η συχνότητα βρίσκεται στο διάστημα 300 Hz έως 3400 Hz. 45
Χωρητικότητά (capacity) Ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο μπορούμε να στείλουμε ή να πάρουμε δεδομένα, χωρίς να προκύψουν σφάλματα κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Η χωρητικότητα ενός μέσου μετάδοσης είναι ανάλογη του εύρους ζώνης του, που σημαίνει πως ένα μέσο μετάδοσης με μεγάλο εύρος ζώνης, θα έχει αντίστοιχα και μεγάλη χωρητικότητα. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως τα μέσα μετάδοσης με κριτήριο την τιμή της χωρητικότητάς τους, μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες. 46
Μέσα μετάδοσης στενής ζώνης (narrowband) Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από 45 έως 600 bps. Τα μέσα αυτά δεν έχουν επαρκή χωρητικότητα για να μεταδώσουν τηλεφωνικές συνδιαλέξεις και χρησιμοποιούνται κυρίως σε τηλεγραφικά κυκλώματα. 47
Μέσα μετάδοσης βασικής ζώνης (baseband) Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από 1200 έως 33600 bps. Η βασική τους εφαρμογή είναι στην τηλεφωνία για τη μετάδοση σημάτων φωνής. 48
Μέσα μετάδοσης ευρείας ζώνης (broadband) Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από 48000 bps έως 1.5 Mbps. Η χωρητικότητά τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί όλο το εύρος τους, μπορεί όμως και να υποδιαιρεθούν σε λογικά κανάλια μικρότερης χωρητικότητας, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε τηλεφωνικές συνδιαλέξεις ή στη μετάδοση σημάτων με χαμηλότερους ρυθμούς μετάδοσης. 49
Σήμα (1) Το σήμα μπορεί να οριστεί ως μια χρονικά μεταβαλλόμενη ηλεκτρική κυματομορφή η οποία διαδίδεται από σημείο σε σημείο, χρησιμοποιώντας κάποιο μέσο μετάδοσης. Περιοδικό αν η μεταβολή επαναλαμβάνεται συνεχώς και με τον ίδιο τρόπο. Περίοδος Συχνότητα Ταχύτητα μετάδοσης σήματος (propagation speed) είναι η ταχύτητα με την οποία κινείται ένα σήμα μέσα στο φορέα μετάδοσής του. Μήκος σήματος (wavelength) είναι η απόσταση που διανύει το σήμα σε χρόνο μιας περιόδου. 50
Σήμα (2) Η μέγιστη τιμή της έντασης του πεδίου ονομάζεται πλάτος (amplitude) του σήματος. Τα σήματα μπορεί να είναι: αναλογικά (analog): Ένα σήμα λέγεται αναλογικό όταν η ποσότητα που περιγράφει μπορεί να πάρει μια οποιαδήποτε τιμή. ψηφιακά (digital): ένα ψηφιακό σήμα, μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές στο χρόνο. Αυτό σημαίνει πως η ποσότητα που περιγράφει παίρνει τιμές όχι από ένα άπειρο, αλλά από ένα πεπερασμένο σύνολο τιμών. 51
Σήμα Βασικής ζώνης Το ηλεκτρικό σήμα εφαρμόζεται απευθείας 52
Σήμα ευρείας ζώνης Χρήση φέροντος για διαμόρφωση. 53
Θόρυβος σήματος Ο θόρυβος (noise) γενικά ορίζεται ως κάθε ανεπιθύμητη και συχνά απρόβλεπτη ηλεκτρική ή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια τεχνητής ή φυσικής προέλευσης, η οποία παρεμβάλλεται στο σήμα που μεταδίδεται, με αποτέλεσμα να αλλοιώνει την ποιότητά του και να προκαλεί την παραμόρφωσή του. Παρουσιάζεται σε όλα τα συστήματα επικοινωνιών, ενσύρματα και ασύρματα και γενικά διακρίνεται σε δύο κατηγορίες, στον εξωτερικό και στον εσωτερικό θόρυβο. 54
Εξωτερικός θόρυβος (external noise) Δημιουργείται από αιτίες που βρίσκονται έξω από το σύστημα επικοινωνίας και ως εκ τούτου προκαλούνται από τον ανθρώπινο ή άλλο εξωγενή παράγοντα. κεραίες, radar, κλπ, κεραυνοί, Ο θόρυβος αυτός είναι αντιστρόφως ανάλογος προς τη συχνότητα και ανάλογος του μήκους κύματος. 55
Εσωτερικός θόρυβος (internal noise) Έχει ως αίτιο δημιουργίας του, το ίδιο το μέσο μετάδοσης: θερμικός θόρυβος (thermal noise) που προκαλείται από τις συγκρούσεις των ηλεκτρονίων του μέσου μετάδοσης. θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης (inter-modulation noise) που οφείλεται στη συνύπαρξη σημάτων διαφορετικών συχνοτήτων όταν αυτά μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης συνακρόαση (cross-talk), που προκαλείται όταν δύο ξένα μεταξύ τους σήματα, συζευχθούν για κάποιον ανεξάρτητο λόγο. Ο εσωτερικός θόρυβος δεν εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα του μεταδιδόμενου σήματος. 56
Παραμορφώσεις Μετάδοσης 57
Προβλήματα Φυσικής Μετάδοσης Τα σημαντικότερα προβλήματα είναι: Έλλειψη προσαρμογής στην γραμμή Παραμορφώσεις Θόρυβος Διαφωνία Ηχώ 58
Αντίσταση γραμμής Σύνθετη αντίσταση (εμπέδηση) : Ωμική Επίπτωση στην εξασθένιση του σήματος Αυξάνεται με το μήκος Μειώνεται με την διάμετρο Επαγωγική Αντίσταση σε μεταβολή του μαγνητικού πεδίου Ανάλογη του μήκους & της συχνότητας Χωρητική Όπως ένας πυκνωτής Ανάλογη του μήκους της διαμέτρου & του μονωτικού υλικού Μειώνεται με την συχνότητα Αλλά αποσβένει τις υψηλές συχνότητες 59
Προσαρμογή αντίστασης γραμμής Σύνθετη αντίσταση (εμπέδηση) : Ζ ελάχιστη όταν RL = RC Θεώρημα Μέγιστης Μεταφοράς Ισχύος Η σύνθετη αντίσταση εξόδου του πομπού = Την σύνθετη αντίσταση εισόδου του δέκτη 60
Παράδειγμα αντίστασης γραμμής Ε= 3V, Ri = R = 300 Ω Αν R = 150 Ω τότε : Αν R = 600 Ω τότε : 61
Παραμορφώσεις Τι είναι; Τυχαίες εξασθενίσεις Που μειώνουν την ποιότητα του σήματος Ή (στα ψηφιακά) λανθασμένα bits Που μπορούν να ανιχνευθούν ή και να διορθωθούν 62
Παραμόρφωση Πλάτους Κάθε συχνότητα Έχει διαφορετική εξασθένηση (db / km) Η ανομοιόμορφη απόσβεση Ονομάζεται παραμόρφωση πλάτους Εύρος ζώνης - > παραμόρφωση στα άκρα 63
Παραμόρφωση Φάσης Η μεταβίβαση του σήματος Δεν γίνεται ακαριαία Κάθε συχνότητα Έχει διαφορετική καθυστέρηση Η ανομοιόμορφη καθυστέρηση Ονομάζεται παραμόρφωση φάσης 64
Παράδειγμα παραμόρφωσης 65
Διαφωνία(1) 66
Διαφωνία(2) 67
Ηχώ 68
Επιλογή Μέσου Μετάδοσης(1) Λιγότερες δυνατές αλλοιώσεις Χαμηλότερο κόστος Βασικά χαρακτηριστικά μέσου μετάδοσης: Εύρος ζώνης Κάθε μέσο μετάδοσης επιτρέπει σε ορισμένη περιοχή συχνοτήτων (ζώνη συχνοτήτων) την μετάδοση του σήματος χωρίς παραμόρφωση. Από την ζώνη συχνοτήτων εξαρτάται ο ρυθμός μετάδοσης (ταχύτητας) και επομένως ο όγκος της πληροφορίας που μπορεί να μεταφέρεται. Μέγιστο μήκος μέσου μετάδοσης: Προσδιορίζει την μέγιστη απόσταση που μπορεί να μεταφερθεί η πληροφορία χωρίς να γίνει χρήση αναμεταδοτών ή άλλων ενεργειών που ενισχύουν το σήμα. 69
Επιλογή Μέσου Μετάδοσης(2) Ευαισθησία στο θόρυβο Ευκολία χρήσης Ασφάλεια Ένα ασύρματο μέσο μετάδοσης έχει ευκολία στην χρήση αλλά μειονεκτεί στην ασφάλεια (υποκλοπή σήματος)και στην επίδραση θορύβου. Μια οπτική ίνα υπερτερεί στην ταχύτητα και στην απόσταση που μπορεί να διανύσει το σήμα χωρίς να χρειαστεί αναμεταδότηςενίσχυση αλλά είναι πιο δύσκολη στην εγκατάσταση (ευκολία χρήσης). Σε ένα χάλκινο καλώδιο (εύκολο στην χρήση και (διαδεδομένο) για να γίνει γρήγορη μετάδοση θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν οι υψηλές συχνότητες οι οποίες παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στον θόρυβο και χρειάζονται συνεχώς αναμεταδότες. 70
Χάλκινο καλώδιο Πλεονεκτήματα: Ευκολία στη χρήση και εγκατάσταση Μειωμένο κόστος Ευρέως διαδεδομένο Μειονεκτήματα: Ευαισθησία στο θόρυβο Μικρότερη χωρητικότητα από το ομοαξονικό καλώδιο 71
Ομοαξονικό καλώδιο Πλεονεκτήματα: Μεγαλύτερη χωρητικότητα από τα χάλκινα Μικρότερη ευαισθησία σε παρεμβολές από τα χάλκινα Μεγαλύτερη ασφάλεια από τα χάλκινα Μειονεκτήματα: Ακριβό για μεγάλες αποστάσεις Πιο ογκώδες και ακριβό από το χάλκινο Μηχανική δυσκαμψία και δυσκολία συνδέσεων 72
Οπτική Ίνα Πλεονεκτήματα: Μεγάλη χωρητικότητα (Gbps) Με WDM έχουμε Tbps Μικρό μέγεθος και βάρος Χαμηλή εξασθένιση Απρόσβλητη σε περιβαλλοντικές παρεμβολές Υψηλή ασφάλεια- δυσκολία στις υποκλοπές Οικονομικά συμφέρουσα για μεγάλες αποστάσεις Μειονεκτήματα: Δυσκολία στη σύνδεση Δυσκολία διασύνδεσης πολλών χρηστών σε ένα καλώδιο Ακριβές για μικρές αποστάσεις 73
Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις Πλεονεκτήματα: Δεν χρειάζεται καλωδίωση Μεγάλη χωρητικότητα Μετάδοση πολλαπλών καναλιών Μειονεκτήματα: Απαιτείται οπτική επαφή Ακριβές εγκαταστάσεις Παρεμβολές από διερχόμενα αεροσκάφη και βροχή Μικρή ασφάλεια, εύκολη υποκλοπή 74
Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις Πλεονεκτήματα: Μεγάλος χώρος κάλυψης Μεγάλη χωρητικότητα Ανεξάρτητες από την απόσταση των σημείων που θέλουμε να διασυνδέσουμε Φθηνές για μεγάλες αποστάσεις Μειονεκτήματα: Μεγάλο αρχικό κόστος Ευαισθησία στο θόρυβο και παρεμβολές Καθυστέρηση μετάδοσης Χαμηλή ασφάλεια 75
Πίνακας Ενσύρματων Μέσων 76
Πίνακας Σύγκρισης Μέσων 77
Τέλος Κεφαλαίου