dvoulinka, twist pair, twist

Transkript

1 P renosove medium P media PV 169 Zaklady p renosu dat Jan Staudek } w A y < / -., )+ ( %&' $ #!" Æ Verze : podzim 017 Media voden eho typu twist / kroucena dvoulinka a koaxial media vhodna pro audio i video p renosy poskytuj slu snou, nikoli v sak extremn e velkou s r ku pasma signal se v nich p renosem amplitudov e a fazov e zkresluje twist je nav c nachyln y na p reslechy ze sousedn ch kanal u opticke vlakno o n ekolik r ad u v et s s r ka pasma ne z twist a koaxial velmi n zke zkreslen a utlum aplikovatelne jak pro domac tak i pro transatlanticke p renosy media 1 Kroucena dvoulinka, twist pair, twist media Jeden vodi c p rena s signal, druhy slou z jako referen cn,,zem",n p rij ma c detekuje rozd l nap et mezi nimi. Ka zdy vodi c je samostatn e izolovan. S um a p reslechy mohou ovlivnovat oba vodi ce m v ce zavit C u na jednotku delky media, t m vy ss je jeho p kvalita media, ne zadouc efekty,,jdou proti sob e" Nejroz s r en ej s medium pro p renos v zakladn m pasmu (nap r. LAN) media 3

2 Kroucena dvoulinka, twist pair, twist Kroucena dvoulinka, twist pair, twist Minimaln induk cn odpor, maximaln kapacitn odpor, signaly s vysokou frekvenc se siln e utlumuj V telefonn s ti tzv. m stn smy cka, u castn k{m stn ust redna V budov e spoj do pobo ckove ust redny LAN spoj pro rychlosti p renosu dat 10 Mb/s a z 100 Mb/s Casto je instalovana do budovy u z p ri vystavb e. Casto se slu cuje v ce kroucenych dvoulinek do 1 kabelu. Klady { levne medium, snadna manipulace Negativa { male rychlosti p renosu dat (do 100 Mb/s), { mala s r ka pasma (cca 1 MHz), kratk y dosah Analogovy p renos { zesilova ce po 5{6 km Digitaln p renos { opakova ce po {3 km media media normaln telefonn vodi c nejlevn ej s snadno instalovatelne medium snadna mo znost p reslechu st n ena, Shielded Twisted Pair (STP) { produkt IBM kovovy uplet redukuj c interference { ochrana proti penetraci elektronickym s umem dra zs obt z n ej manipulovatelne (hmotn ej s, t ez s ) medium 4 Kroucena dvoulinka a UTP konektor RJ45 nest n ena, Unshielded Twisted Pair (UTP) media 5 Kroucena dvoulinka, twist pair, UTP, kategorie EIA 6 media 7

3 Koaxi aln kabel Koaxi aln kabel prenosov e m edium vyuziteln e v sirok e sk ale sf er res probl em twistu { pren as vyss frekvence minim alne vyzaruje a absorbuje energii rychlost sren elmag sign alu je pro koaxi al a twist shodn a, cca /3 rychlosti sren ve vakuu (tj. cca km/s) LAN kr atk e poctacov e spoje d alkov e telefonn veden (desetitisce soubezn ych hovor u) (zde postupne nahrazovan y optick ymi vl akny) distribuce TV sign alu Analogov e vysl an { az do 500 MHz zesilovace po kilometrech, pri vyssch frekvencch blze sobe Digit aln vysl an { zesilovace po 1 km, pri vyssch rychlostech prenosu dat blze sobe PV169 { Prenosov a m edia 8 PV169 { Prenosov a m edia 9 Koaxi aln kabel, BNC Konektor / Aplikace Optick e vl akno BNC { Bayone-Neil-Concelman Aplikace analogov e telefonn ste { prenos az hlasov ych sign al u digit aln telefonn ste { prenos digit alnch dat az do 600 Mb/s v soucasnosti v telefonnch stch m edium casto nahrazovan e optick ym kabelem LAN (10 Mb/s, dosah jednotky km), kabelov a TV PV169 { Prenosov a m edia 10 PV169 { Prenosov a m edia 11

4 Optick e vl akno, konstrukce Optick e vl akno vets prenosov a kapacita { rychlosti prenosu dat az 10 Gb/s srka p asma rozsahu vln 1 000{1 00 nm, (pripom. f = c/λ, rychlost sren svetla vl aknem 10 8 m/s) je B = ( 10 8 )/( ) ( 10 8 )/ = 33 T Hz a srka p asma rozsahu vln 1 000{1 400 nm je B = ( 10 8 )/( ) ( 10 8 )/ = 57 T Hz mal y rozmer, nzk a v aha mal y utlum elektromanegick a izolovanost v ets mezery mezi opakovaci destky km aplikace { d alkov a veden, MAN, LAN, ucastnick e smycky,... PV169 { Prenosov a m edia 1 PV169 { Prenosov a m edia 13 prenosov e charakteristiky Optick e vl akno vede vlny s frekvencemi az Hz { infracerven e svetlo az viditeln e svetlo zdroj svetla { LED, Light Emitting Diode { levnejs zdroj svetla { ILD, Injection Laser Diode { drazs, vyss rychlosti rezimy sren sign alu, vysl an multimode step-index multimode graded-index single-mode multimode step-index Optick e vl akno konstantn hustota j adra vce paprsk u z jednoho zdroje se sr j adrem r uzn ymi cestami na prjmov em rozhran neurcit y v ysledek, vets disperze multimode grade-index hustota j adra je v centru j adra vyss nez na okrajch vce paprsk u z jednoho zdroje se sr j adrem stojat ym vlnenm na prjmov em rozhran urcit y v ysledek, mens disperze rychlosti prenosu dat destky az stovky Mb/s i na destky km single-mode konstantn mal a hustota j adra, j adro velmi tenk e, mal y index lomu, paprsky ze zdroje se sr t emer rovnobezne na prjmov em rozhran velmi presn y v ysledek, z adn a disperze rychlosti prenosu dat destky az stovky Gb/s PV169 { Prenosov a m edia 14 PV169 { Prenosov a m edia 15

5 Opticke vlakno, re zimy vys lan Opticke vlakno, re zimy vys lan media 16 Opticke vlakno, konektory / Kategorie optickych vlaken media 17 Opticke vlakno, aplikace medium pate rn ch s t, pate re s t kabelove TV velka s r ka pasma, cenova efektivita p ri aplikaci WDM a z Gb/s LAN { 100Base-F (Fast Ethernet) a 1000Base- Vyhody velka s r ka pasma (sou casne generatory signalu ji nevyu zij ) maly utlum, odolnost vu ci elmag interferenc m, nerezav, n zka vaha, odolnost vu ci,,nap chnut " Nevyhody obt z n ej s instalace a udr zba jednosm ernost s r en signalu, pro duplex jsou nutna vlakna vy ss cena ne z jine vodi ce media 18 media 19

6 Nevoden a media Opticke vlakno, multiplexovan lze aplikovat multiplexovan typu WDM, Wavelength Division Multiplexing logicky ekvivalent FDM pro opticka vlakna data jsou modulovana do ruzn ych c ast sv etelneho spektra pou z va se rovn ez DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing protokolov e nezavisl a technologie rychlosti p renosu dat a z do 00 Gb/s typicky 80 paraleln ch kanal u ve frekven cn m spektru v ka zdem kanalu lze uplatnit jine p renosove mechanismy { (nap r. TDM, resp. ATM, SONET/SDH, Ethernet,... ) media Pro komunikace se nevyu z va elmag vln en z pasem frekvenc : s ı r enı energie a {ultrafialove sve tlo,, gama a kosmicke za r enı } 0 r S en signalu eterem Bezdratov e vys lan (Wireless Transmission) S r en elektromagnetickych vln bez pou zit fyzickeho vodi ce Signaly se s r eterem a jsou dostupne komukoliv, kdo provozuje za r zen schopne je p rij mat Pro bezdratov e komunikace se pou z vaj tato spektra elektromagnetickych vln: media 1 Pasma radiov ych vln a mikrovln a jejich vyu z van media media 3

7 Tri skupiny vln pro bezdr atov e prenosy Typick e aplikace bezdr atov ych prenos u r adio, TV { stovky KHz az stovky MHz pozemn mikrovlny { az 40 GHz, predevsm p asma 4{1 GHz, d alkov e telefonn spoje a spoje datov ych st, prm a viditelnost vyslac{prijmac, opakovace po 10 { 100 km satelity { 4/6 GHz, 1/14 GHz (up/down) bu nkov e ste mobil u { 1 az GHz bezdr atov e LANy { jednotky GHz infracerven e sv etlo { prm a/odrazen a radiace na kr atkou vzd alenost PV169 { Prenosov a m edia 4 PV169 { Prenosov a m edia 5 R adiov e vysl an Typy bezdr atov eho vysl an R adiov e vlny: 3 KHz { 1 GHz, vsesmerov e vysl an jeden vyslac, mnoho prijmac u AM a FM r adio, televize, bezdr atov a telefonie, paging,... Mikrovlnn e vysl an Mikrovlny: 1 GHz { 300 GHz Typy bezdr atov eho vysl an smerov e vysl an, vyslac a prjmov a ant ena v lnii paraleln vysl an se vz ajemne nerus jeden vyslac, jeden prijmac LOS { smerov e ant eny mus b yt umst'ovan e,,vysoko" vliv zakriven zeme, stnen prek azkami,... Velmi vysok e frekvence neproch azej zdmi sirok e p asmo kmitoct u (az 99 GHz), lze pridelovat velk e srky p asma, lze vyslat vysok ymi rychlostmi Aplikace: PP komunikace, mobiln telefonie, satelitn prenosy, bezdr atov e LAN,... PV169 { Prenosov a m edia 6 PV169 { Prenosov a m edia 7

8 Sm erov e sren vln Mikrovlnn e ant eny Typy bezdr atov eho vysl an Vysl an infracerven eho vln en Infracerven e vlny: 300 GHz { 400 THz (1mm az 70 nm) vysl an pouze na kr atk e vzd alenosti velmi vysok e frekvence neproch azej zdmi syst emy umsten e ve vedlejsch mstnostech se nerus na velk e vzd alenosti nepouziteln e, rus infracerven e z aren ze slunce sirok e p asmo kmitoct u (az 400 THz), lze pridelovat velk e srky p asma, lze vyslat vysok ymi rychlostmi Aplikace: pripojen kl avesnice, mysi, tisk arny,... Konzorcium podporujc tuto technologii { IrDA (Infrared Data Association) { standard IrDA: LOS, 75 Kb/s az 4 Mb/s na vzd alenost 8 m PV169 { Prenosov a m edia 9 PV169 { Prenosov a m edia 8 Ant eny Ant eny bezdr atov a m edia { (atmosf era, voda, vakuum) { hlavn roli hraje srka p asma vytv aren a ant enou, ant enou se do m edia pred av a pren asen a energie (sign al) ant ena funguje jako z aric i absorber energie vyzarov an je ucinn e, kdyz je ant ena dels nez 1/10 vlnov e d elky r adiov e vysl an v p asmu frekevenc AM, napr. na 1 MHz, tj. na vlnov e d elce 300 m pozaduje alespo n 30 m ant enu ant ena elektrick y vodic nebo syst em vodic u vysílání - vyzaruje elektromagnetickou energii do prostoru přijímání - sbr a elektromagnetickou energii z prostoru isotropick y vyzarovac ve vsech smerech (3 dimenze) shodn e vyzarov an pouze referencn teoretick a ant ena re aln e ant eny nejsou isotropick ymi vyzarovaci vzdy maj smerov e efekty (svisle a/nebo vodorovne) PV169 { Prenosov a m edia 30 PV169 { Prenosov a m edia 31

9 Typy anten { dipoly a jejich vyza rovac vzorky Anteny vyza rovac / p rij mac vzor gra cka reprezentace vyza rovac charakteristiky anteny s r ka paprsku m ra sm erovosti, paprsek polovi cn ho vykonu typy anten dipol { tem er izotropn parabolicka antena { vyrazn e sm erova antenn zisk m ra sm erovosti, pom er vykonu v jistem sm eru vu ci isotropn anten e m er se v db media 3 Typy anten { dipoly, parabola media 33 Typy anten { diskove (paraboly) a trychty rove anteny media 34 pou z vaj se pro p renosy v oblasti pozemn ch a satelitn ch mikrovln media 35

10 Parabolick a (diskov a) ant ena pouzv a se pro prenosy v oblasti pozemnch a satelitnch mikrovln Ztr aty ve voln em prostoru Defekty bezdr atov eho vysl an pro isotropn ant enu plat ztráty = P v /P p = (4πd) /λ (P v /P p je vyzarovan y/prijman y v ykon, λ je vlnov a d elka) obecne plat, ze energie sign alu se vzd alenost kles a, na nizsch frekvencch rychleji Atmosf erick e absorbce opar ovliv nuje od p asma GHz d est' a mlha rozptyluje radiov e vlny L am an, oh yb an na hran ach a rozhranch m edi s r uzn ymi prenosov ymi vlastnostmi Vcecestn interference k prijmaci dor az vce stejn ych sign al u r uzn ymi cestami, tudz v case posunut ych PV169 { Prenosov a m edia 36 PV169 { Prenosov a m edia 37 Vcecestn e interference pri vysl an typu LOS Elektromagnetick e spektrum { bezdr atov e vyuzit ELF VLF, audiopásmo, lodní navigace z pobřeží { velmi dlouh e vlny, 10 km { 1000 km, Hz { 30 khz { sren pozemn vlnou { velmi mal a srka p asma (1{10 %), pomal e rychlosti prenosu dat { siln e interference mnoha uzivatel u { pro digit aln vysl an nepouziteln e p asmo LF MF, pásmo AM radiového vysílání, námořní radio majáky, { dlouh e a stredn vlny, 100 m { 1 km, 30 khz { 3 MHz { sren pozemn vlnou (do MHz), dosah az stovek km { rusen atmosf erick ymi poruchami hlavne za dennho svetla a sumem z lidsk e cinnosti na strane prijmace HF { kr atk e vlny, 10 m { 100 m, 3 MHz { 30 MHz { sren odrazem od ionosf ery { arm adn komunikace, komunikace na dlouh e vzd alenosti (lode, letadla) PV169 { Prenosov a m edia 38 PV169 { Prenosov a m edia 39

11 Elektromagnetick e spektrum { bezdr atov e vyuzit, Elektromagnetick e spektrum { bezdr atov e vyuzit, 3 VHF/UHF pásmo FM radiového vysílání, UHV/VHF TV { metrov e vlny, 30 MHz { 1 GHz { LOS sren { jednoduch e mal e ant eny do automobil u, mobiln telefonie (GSM, 3G), DAB, DVB, dig. TV, DECT, obcansk e radiostanice { deterministick e charakteristiky sren, spolehliv e spojen UHF/SHF mikrovlny, { metrov e az centimetrov e vlny, 1 GHz { destky GHz { LOS sren { bezdr atov e LAN, satelitn spojen { omezen je dan e absorbc vln vodou a molekulami kyslku { sl abnut sign alu z avisl e na pocas, ztr ata sign alu pri velk em desti,... SHF a vyšší orientované rádiové spoje, satelitní spojení, { centimetrov e az milimetrov e vlny, destky GHz { stovky GHz { LOS sren { mal a ant ena, koncentrace sign alu do paprsku { jsou pl anovan e syst emy LAN i pro spektrum EHF { milimetrov e vlny { jsou dostupn e velk e srky p asma Infračervené světlo mili- az nanometrov e vlny, p asmo 300 GHz { 00 THz LOS sren mstn -bodov e / vcebodov e spoje, mstn = v mstnosti apod. nutn a prm a viditelnost vyslac-prijmac, lze prijmat i odrazy od stropu apod. na rozdl od mikrovln neproch az stenou, snazs udrzen soukrom PV169 { Prenosov a m edia 40 PV169 { Prenosov a m edia 41 R adiov e frekvence v p asmu 30 MHz { 1 GHz, metrov e vlny Pozn.: za r adiov e frekvence se genericky oznacuje cel e p asmo 3kHz { 300 GHz vhodn e pro vsesm erov e vysl an (na rozdl od mikrovln) pouzit r adiov e vysl an v p asmu VHF a c astecne v UHF FM r adio a UHF a VHF televize DECT, mobiln telefonie (GSM, 3G), DAB, DVB, dig. TV obcansk e radiostanice charakteristiky ant eny { vsesm erov a nemus b yt talrov a nemus b yt umsten a pevne a nastaven a presne smerove LOS sren { mus b yt prm a viditelnost mezi vyslacem a prijmacem metrov e vlny se neodr az od ionosf ery (m ene poruch), nejsou tak citliv e na pocas jako mikrovlny Mikrovlny, p asmo 1GHz - 40 GHz, centimetrov e vlny vhodn e pro smerov e vysl an, -bodov e spoje, pozemn i satelitn prenosy LOS sren pozemn mikrovlnn e vysl an { cel e spektrum 1GHz { 40 GHz satelitn mikrovlnn e vysl an { 1 GHz az 10 GHz, v yse doch az k rychl emu utlumu, nad 10 GHz vyvol av a d est' poruchy (sum) plat { cm je vyss pouzit e p asmo frekvenc, tm je v ets potenci aln srka p asma, a tm je potenci aln e vyss rychlost prenosu dat ant eny mohou b yt mens (vlnov e d elky jsou kr atk e) a tudz levn ejs PV169 { Prenosov a m edia 4 PV169 { Prenosov a m edia 43

12 Mikrovlny, p asmo 1GHz - 40 GHz, centimetrov e vlny, opakovace mohou b yt od sebe vzd aleny destky az stovky km charakteristiky mikrovlnn e ant eny parabolick y talr, pr umer cca 3 m pevne smerovan a, uzk y paprsek prijmajc ant ena mus b yt na dohled mus b yt umsten a dostatecne vysoko nad zem (zvysuje se dosah, obch az se prek azky) pouzit d alkov e telekomunikacn sluzby v oblasti hlasu a TV (pomoc mezilehl ych stoz arov ych vyslac u), -bodov e spoje mezi budovami pro uzavren y okruh TV a data (kr atk a vzd alenost), casto se pouzv a pro obejit mstn telefonn sluzby frekvencn z akladna pro bu nkov e ste a bezdr atov e mstn smycky Mikrovlny, p asmo 1GHz - 40 GHz, centimetrov e vlny, 3 typick e digit aln v ykony v oblasti mikrovln p asmo GHz { srka p asma 7 MHz { rychlost dat 1 Mb/s p asmo 6 GHz { srka p asma 30 MHz { rychlost dat 90 Mb/s p asmo 11 GHz { srka p asma 40 MHz { rychlost dat 135 Mb/s p asmo 18 GHz { srka p asma 0 MHz { rychlost dat 74 Mb/s p asmo 4/6 GHz: d alkov e telefonn spoje, siln e pretzen, snaha o expanzi do p asma 11 GHz; satelitn spoje p asmo 1/14 GHz: kabelov a TV (CATV) { dorucov an sign alu jednotlivci pomoc koaxi alu, pokusy se satelity p asmo 0/30 GHz: prm e -bodov e spoje mezi budovami, na kr atkou vzd alenost, pokusy se satelity PV169 { Prenosov a m edia 44 PV169 { Prenosov a m edia 45 Mikrovlny, p asmo 1GHz - 40 GHz, centimetrov e vlny, 4 satelitn mikrovlnn e vysl an { 1 GHz az 10 GHz, v yse doch az k rychl emu utlumu Mikrovlny, p asmo 1GHz - 40 GHz, centimetrov e vlny, 5 satelitn mikrovlnn e vysl an { 1 GHz az 10 GHz vyss frekvence ovliv nuje pocas komunikacn satelit { mikrovlnn y prijmac/vyslac spojujc alespo n dva pozemn mikrovlnn e prijmace/vyslace transponder { prijm a vysl an v frekvencnm p asmu 5,95-6,45 GHz (uplink), zesiluje nebo opakuje sign al a vysl a ho zpet na zem ve frekvencnm p asmu 3,7{4, GHz (downlink) doch az ke zpozd'ov an dky vzd alenosti (1/4 s pri km vzd alenosti od zeme), p asma 4/6 GHz, 1/14 GHz, 19/9 GHz (s.p. az 500 MHz) sirok e pokryt pozemnho prostoru downlink paprskem { broadcasting! pouzit { distribuce televiznho sign alu, d alkov e telekomunikacn sluzby, priv atn byznys ste PV169 { Prenosov a m edia 46 PV169 { Prenosov a m edia 47