Что такое затухание сигнала
Что такое затухание сигнала
Когда сигнал проходит вдоль канала связи, его амплитуда уменьшается, поскольку физическая среда сопротивляется потоку электрической или электромагнитной энергии. Этот эффект известен как затухание сигнала. При передаче электрических сигналов некоторые материалы, такие, как медь, являются более эффективными проводниками, чем другие. Однако все проводники содержат примеси, которые сопротивляются движению o образующих электрический ток электронов. Сопротивление проводников вызывает преобразование некоторой части электрической энергии сигнала в тепловую энергию по мере продвижения сигнала по кабелю, что ведет к постоянному снижению уровня электрического сигнала. Затухание сигнала выражается потерей мощности сигнала на единицу длины кабеля, обычно в децибелах на километр (дБ/км).
Рис. 2.5. Затухание сигнала
Для затухания устанавливается предел для максимальной длины канала связи. Это делается для того, чтобы гарантировать, что прибывающий на приемник сигнал обладает достаточной амплитудой для надежного распознавания и корректной интерпретации. Если канал превышает эту максимальную длину, на его протяжении для восстановления приемлемого уровня сигнала должны использоваться усилители или повторители (repeater).
Рис. 2.6. Повторители сигнала
Затухание сигнала увеличивается с ростом частоты. Это вызывает искажение реального сигнала, содержащего диапазон частот. Например, у цифрового сигнала есть очень острый, быстро растущий фронт импульса, создающий высокочастотный компонент. Чем острее (быстрее) подъем, тем больше будет компонент частоты. Это показано на рис. 2.5, где период фронта ослабленных сигналов прогрессивно увеличивается по мере прохождения сигнала по кабелю из-за большего затухания высокочастотных компонент. Эту проблему можно преодолеть использованием специальных усилителей (эквалайзеров), которые усиливают подверженные большему затуханию высокие частоты.
Свет также затухает при прохождений сквозь стекло во многом по тем же причинам. Электромагнитная энергия (свет) поглощается из-за естественного сопротивления стекла.
2.3.3. Полоса пропускания канала
Количество информации, которую канал может передать за данный период времени, определяется его способностью обработать скорость изменения сигнала> то есть его частоту. Аналоговый сигнал меняет частоту от минимальной до максимальной, и их разница составляет ширину спектра частот сигнала. Полоса пропускания (bandwidth) аналогового канала представляет собой разницу между максимальной и минимальной частотами, которые могут быть надежно переданы каналом. Обычно это частоты, на которых сигнал теряет половину своей мощности по сравнению с уровнями частот в середине диапазона или с* уровнями частот на входе канала; эти частоты обозначаются как точки 3 дБ. В последнем случае полоса пропускания известна как полоса пропускания 3 дБ.
Цифровые сигналы составлены из большого набора частотных компонентов, однако получать можно лишь те частоты, которые находятся внутри полосы пропускания канала. Чем больше полоса пропускания канала, тем выше может быть скорость передачи данных и тем более высокочастотные компоненты сигнала могут передаваться, поэтому может быть получено и декодировано более точное представление переданного сигнала
Рис. 2.7. Полоса пропусклния
Рис. 2.8. Влияние полосы пропусклния на цифровые сигналы
Максимальная скорость передачи данных (С) канала может быть определена из его юлосы пропускания с использованием следующей формулы выведенной математиком Найквистом (Nyquist).
C = 2 B log 2 M bps,
В особом случае при использовании лишв двух уровней, «ВКЛЮЧЕНО» и «ВЫКЛЮЧЕНО» (двоичном):
В качестве примера: максимальная скорость передачи данных, по Найквисту, для канала PSTN с полосой пропускания 3100 герц для двоичного сигнала будет следующей: 2 х 3100 = 6200 bps. В реальности достижимая скорость передачи данных снижается из-за наличия в канале шума.
2.3.4. Шум
При прохождении сигналов через канал связи атомы и молекулы в среде передачи вибрируют и излучают случайные электромагнитные волны в виде шума. Обычно сила передаваемого сигнала велика по сравнению с шумовым1 сигналом. Однако по мере продвижения и затухания сигнала его уровень может сравняться с уровнем шума. Когда полезный сигнал незначительно превышает фоновый шум, приемник не может отделить данные от шума и возникают ошибки связи.
Важным параметром канала является отношение мощности полученного сигнала (S) к мощности шумового сигнала (N). Отношение S/N называется отношением сигнал/шум и выражается обычно в децибелах, сокращенно дБ.
S/N = 10 log 10 (S/N) дБ,
где S- мощность сигнала в ваттах; N- мощность шума в ваттах.
C = B log 2(1 +S/N) bps,
Из этой формулы можно видеть, что увеличение полосы пропускания или увеличение отношения сигнала к шуму позволяет увеличить скорость передачи данных и что сравнительно небольшое увеличение полосы пропускания эквивалентно гораздо большему увеличению отношения сигнала к шуму.
Каналы цифровой передачи используют широкие полосы пропускания и цифровые повторители или регенераторы для воссоздания сигналов через регулярные интервалы, поддерживая приемлемые отношения сигнала к шуму. Ослабленные сигналы, получаемые регенератором, распознаются, перенастраиваются и пересылаются как почти точные копии исходных цифровых сигналов, как показано на рис. 2.9. В сигнале нет накапливаемого шума даже при передаче на тысячи километров, при условии поддержания приемлемых отношений сигнала к шуму.
Затухание сигнала
Затухание показывает насколько уменьшается мощность (амплитуда) эталонного сигнала на выходе линии связи по сравнению с мощностью (амплитудой) сигнала на входе этой линии. Затухание характерно как для аналоговых, так и цифровых сигналов и растет с увеличением частоты сигнала и длины кабеля передающей среды. Существует конечное значение для расстояния, которое сигнал может пройти без усиления или восстановления.
Эта характеристика измеряется в децибелах (dB) и определяется по формуле 1.3:
, (1.3)
где 
— мощность на выходе, 
— мощность на входе.
Например, на рисунке 1.4 приведены типовые зависимости затухания от частоты, для кабелей на неэкранированной витой паре категории 5 и 6.
Так как затухание зависит от длины линии связи, то в качестве характеристики линии связи выступает так называемое погонное затухание, т.е. затухание на линии связи определенной длины. В локальных сетях длина кабеля, как правило, не превышает 100 м. и эта величина принимается для измерения погонного затухания. В территориальных сетях для измерения затухания принимается расстояние 1 км.
Поскольку мощность выходного сигнала без промежуточного усиления всегда меньше мощности входного сигнала, затухание является отрицательной величиной.
Рисунок 1.4 – Затухание на неэкранированной витой паре
Рисунок 1.5 – Окна прозрачности оптического кабеля
Окно 1550 нм. обеспечивает наименьшие потери, а следовательно максимальную дальность передачи при фиксированной мощности передатчика и фиксированной чувствительности приемника.
Затухание сигнала и шумы
Первая проблема, характерная для электрического тока — необходимость поддерживать нужный уровень сигнала. Сигнал, проходящий по передающей среде, постепенно затухает (рис. 1.4). Вектор на рис. 1.4 показывает область затухания сигнала при его удалении от источника.
Затухание характерно как для аналоговых, так и для цифровых сигналов. Существует конечное значение для расстояния, которое может пройти сигнал без усиления или восстановления. Затухание растет с увеличением частоты сигнала и удлинением кабеля передающей среды. Тип кабеля в данном случае также имеет значение. Например, если частота сигнала остается неизменной, в ответвительном кабеле (drop cable) с диаметром сечения 22 затухание будет меньшим, чем в ответвительном кабеле той же длины с диаметром сечения 26. Чем меньше диаметр сечения кабеля, тем надежнее кабель.
Если затухание не контролировать, уровень сигнала понизится так, что принимающая сторона не сможет обработать передаваемую информацию. Чем выше частота потока сигнала, тем сильнее он подвержен затуханию. С увеличением частоты уровень сигнала быстрее понижается в контрольных точках по направлению к пункту назначения. Именно по этой причине приемникам высокоскоростного оборудования значительно сложнее распознать исходный сигнал. Еще один аспект, отличающий аналоговые сигналы от цифровых — способ коррекции затухания.
Цифровые сигналы состоят из дискретных значений, поэтому их легко обнаружить и регенерировать. Цифровой повторитель полностью регенерирует сигнал, позволяя увеличить расстояние, на которые могут быть переданы данные. После того как ослабленный сигнал поступает в повторитель, он восстанавливается и передается дальше, имея уровень исходного сигнала.
Аналоговые сигналы не регенерируются. Потоки аналоговых сигналов должны усиливаться из-за постоянного изменения их амплитуды. Когда сигнал затухает, его амплитуда в физической передающей среде должна быть увеличена. В этом и заключается фундаментальная проблема этого метода усиления.
Затухание сигнала в СКС
Согласно последним изменениям в стандартах в настоящее время используется термин вносимые потери, а не затухание. Но поскольку производители тестового оборудования используют термин «затухание» с 1993 г., в отчетах о проведенных тестированиях данный термин будут использовать и дальше.
Электрические сигналы, передаваемые по линии связи, проходя по ней, теряют часть энергии. Вносимые потери определяют количество энергии, которая теряется, пока сигнал достигает принимающего конца кабельной линии. Измерение величины вносимых потерь дает количественную оценку сопротивления кабельной линии при передаче по ней электрического сигнала.
Характеристики канала связи, связанные с вносимыми потерями, изменяются с частотой передаваемого сигнала; так, высокочастотные сигналы испытывают намного более высокое сопротивление. Иначе говоря, кабельные линии показывают более высокие значения вносимых потерь для высокочастотных сигналов. Следовательно, вносимые потери должны измеряться во всем используемом диапазоне частот. Например, если вы измеряете вносимые потери в канале категории 5e, то их значение нужно проверить для сигналов в диапазоне от 1 до 100 МГц. Для кабелей категории 3 частотный диапазон составляет от 1 до 16 МГц. Вносимые потери также возрастают с увеличением длины канала связи практически линейно. Другими словами, если линия «A» в два раза длиннее линии «B», а все остальные характеристики одинаковы, значение вносимых потерь для линии «A» будет в два раза больше, чем для линии «B».
Величина вносимых потерь выражается в децибелах (дБ). Децибел – это логарифм отношения величины выходной мощности (мощность сигнала, принимаемого в конце линии связи) к величине входной мощности (мощность сигнала, испускаемого в кабель передатчиком).
Затухание в кабеле в значительной степени зависит от типоразмера провода, используемого в составе пары. Провода калибра AWG24 будут иметь меньшее затухание, по сравнению с проводами той же длины калибра AWG26 (более тонкие). Кроме того, многожильные кабели будут иметь затухание на 20-50 % больше, чем сплошные(одножильные) медные провода. Полевое испытательное оборудование будет определять наихудшее значение затухания и необходимый запас, т. е. разницу между измеренным значением затухания и его максимальным значением, которое допускает выбранный стандарт. Следовательно, запас в 4 дБ лучше, чем 1 дБ.
Что такое затухание сигнала
ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ЧТО ТАКОЕ АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ
Ключевой особенностью аналогового сигнала является то, что он непрерывный (в отличие от дискретного цифрового сигнала). Характеристика аналогового сигнала может иметь различную форму. Колебания могут иметь различную частоту и амплитуду, причем частота и амплитуда сигнала может постоянно изменяться.
ЧТО ТАКОЕ ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ
Основное отличие цифрового сигнала от аналогового заключается в форме сигнала. Цифровой сигнал является сигналом дискретным (в отличие от непрерывного аналогового), т.е., переход от максимального уровня сигнала к минимальному уровню сигнала происходит практически мгновенно. В этом случае единственным способом представления данных является использование только максимального и минимального уровня сигнала. Например, за максимальный уровень сигнала можно принять его наличие, а за минимальный уровень сигнала можно принять его отсутствие. В компьютерном мире это известно как двоичная система счисления, при которой используются только две цифры (1 и 0). Использование цифровой системы представления сигнала значительно упрощает процесс кодирования и декодирования данных, даже при наличии помех и искажении сигнала.
ЧТО ТАКОЕ МОДУЛЯЦИЯ
Под модуляцией понимается процесс преобразования информационного сигнала в сигнал, предназначенный для передачи по линии. В простейшем случае для модуляции сигнала используется специальный высокочастотный сигнал определённой частоты, которая называется несущей. Процесс обратного преобразования модулированного сигнала называется демодуляцией.
ЧТО ТАКОЕ ЗАТУХАНИЕ СИГНАЛА
Под затуханием понимается ослабление сигнала вследствие уменьшения его мощности. Любая среда передачи сигнала вызывает его затухание. Сильное затухание сигнала может привести к тому, что на приемном конце сигнал не сможет быть восстановлен. Поэтому в линиях связи предусматриваются специальные промежуточные усилители аналоговых сигналов или специальные промежуточные регенераторы цифровых сигналов.
ЧТО ТАКОЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПОМЕХИ
Под переходными помехами понимается взаимное влияние между каналами. В мире xDSL взаимное влияние между расположенными рядом кабелями может оказать негативное воздействие на характеристики линий, подвергающихся воздействию таких помех. Практически каждый во время своего телефонного разговора мог в виде фона слышать другой телефонный разговор. Если вы это слышали, то уже имеете опыт в определении воздействия переходных помех.
Переходный разговор на ближнем (передающем) конце линии (NEXT) появляется тогда, когда передатчик одной линии передает сигнал, а расположенный на том же конце приемник другой линии того же кабеля «слышит» этот сигнал из-за паразитных емкостных или индуктивных связей этих двух линий. При этом на уровень переходных помех на ближнем конце оказывает влияние лишь начальный участок влияющей линии, поэтому этот вид помех практически не зависит от длины кабеля. Переходные разговоры на дальнем (принимающем) конце линии (FEXT) появляются, когда передатчик одной линии передает сигнал, а расположенный на дальнем конце приемник другой линии того же кабеля «слышит» этот сигнал из-за емкостной или индуктивной связи двух кабелей. При этом уровень помех уменьшается в той же степени, что и уровень полезного сигнала.
В ЧЕМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ЭФФЕКТВОЗДЕЙСТВИЯ ПОМЕХ