TDRC-05-Medii de transmisie -...
Transcript of TDRC-05-Medii de transmisie -...
![Page 1: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Curs 5
Cap 3. Nivelul fizic3.2. Medii de transimisie
2 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
3.2.1. Tipuri de medii de transmisie• Scopul nivelului fizic: transportul datelor de la o
maşină la alta
• Medii directive (Guided - wire)• Medii nedirective (Unguided - wireless)
• Caracteristicile şi calitatea sunt determinate de mediul şi semnalele transmise
3 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Alegerea mediilor de transmisie• Lăţimea de bandă• Imperfecţiuni ale transmisiei • Interferenţe• Numărul de receptoare• Costuri• Întârzieri • Uşurinţă de instalare şi utilizare• Distanţa de transmisie
4 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Spectrul electromagnetic
![Page 2: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/2.jpg)
2
5 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Medii directive• Medii magnetice • Perechi torsadate (Twisted Pair)• Cablu coaxial• Fibră optică
6 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Medii magnetice• Foarte folosite• Nesofisticată• Eficient din punct de vedere al costurilor• Exemplu – Ultrium tape – 200GB/400USD
—400Gbps—1GB/3 cenţi
7 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristici ale mediilor directive
Domeniul de frecvenţe
Atenuare tipică
Întârziere tipică
Distanţa între repetoare
Perechi torsadate
0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 kHz
50 µs/km 2 km
Perechi torsadate
0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 kHz
5 µs/km 2 km
Cablu coaxial 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 MHz
4 µs/km 1 to 9 km
Fibră optică 186 to 370 THz
0.2 to 0.5 dB/km
5 µs/km 40 km
8 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
A. Perechi torsadate
(a) Cat 3 UTP.(b) Cat 5 UTP.
![Page 3: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/3.jpg)
3
9 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate - caracteristici• Izolate separat• De obicei grupate în cabluri• Preinstalate în clădiri la construcţie• Suportă până la 10Mbps la 100m• Diafonia prin cuplj capacitiv - mică
10 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate - aplicaţii• Cel mai folosit mediu• Reţele telefonice
—Între abonat şi oficiu
• În interiorul clădirilor—Reţele private
• Local area networks (LAN)—10Mbps or 100Mbps
11 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate – pro şi contra• Ieftin• Uşor de folosit• Rata de transfer mică• Distanţă mică de interconectare
12 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristicile transmisiei• Analog
—Amplificatoare la 5km - 6km
• Digital—Folosind semnale digitale sau analogice—Repetoare la 2km - 3km
• Limitat în distanţă• Limitat în bandă de trecere (10MHz)• Limitat în rata de transfer (100MHz)• Afectată de zgomot şi interferenţe
![Page 4: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/4.jpg)
4
13 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Diafonia• Cuplaj între 2 perechi• Ex.: semnalul de transmis e lângă semnalul
recepţionat
14 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Perechi torsadate ecranate/neecranate• Neecranate - Unshielded Twisted Pair (UTP)
—Linia telefonică —Cea mai iefnină—Uşor de instalat—Influenţată de interferenţe electromagnetice
• Ecranate - Shielded Twisted Pair (STP)—Înveliş metalic pentru reducerea interferenţelor—Mai scumpă—Mai greu de folosit (grea, groasă)
15 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Categorii UTP• Cat 3
— Până la 16MHz— Folosit pentru voce în mojoritatea clădirilor— Lungimea de torsadare: 7.5 cm la 10 cm
• Cat 4— Până la 20 MHz
• Cat 5— Până la 100MHz— Folosită în clădirile noi— Lungimea de torsadare: 0.6 cm la 0.85 cm
• Cat 5E (Enhanced) • Cat 6• Cat 7
16 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Categorii UTPCategory 3
Class CCategory 5
Class DCategory
5ECategory 6
Class ECategory 7
Class F
Bandwidth 16 MHz 100 MHz 100 MHz 200 MHz 600 MHz
Cable Type UTP UTP/FTP UTP/FTP UTP/FTP SSTP
Link Cost (Cat 5 =1)
0.7 1 1.2 1.5 2.2
![Page 5: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/5.jpg)
5
17 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comparaţie UTP-STPAtenuare (dB per 100 m) Diafonie (dB)
Frecvenţă(MHz)
Category 3 UTP
Category 5 UTP
150-ohm STP
Category 3 UTP
Category 5 UTP
150-ohm STP
1 2.6 2.0 1.1 41 62 58
4 5.6 4.1 2.2 32 53 58
16 13.1 8.2 4.4 23 44 50.4
25 — 10.4 6.2 — 41 47.5
100 — 22.0 12.3 — 32 38.5
300 — — 21.4 — — 31.318 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
B. Cablul coaxial
19 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Cablul coaxial - aplicaţii• Cel mai versatil mediu • Distribuţie TV
—Antenă la TV—Cablu TV
• Transmisie telefonică la distanţă—Poate transporta până la 10.000 convorbiri telefonice
simultan—Înlocuit de fibră optică
• Legătură între calculatoare la distanţă mică• LAN
20 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristicile transmisiei• Analog
—Amplificatoare la fiecare câţiva kilometri—Mai aproape la frecvenţe mai mari—Până la 500 MHz
• Digital—Repetoare la fiecare 1km—Mai aproape la rate de transfer mai mari
![Page 6: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/6.jpg)
6
21 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
C. Fibra optică
(a)3 exemple de reflexie.(b) Fascicol cu reflexie totală.
22 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică
23 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică – avantaje • Capacitate mare
—Rate de transmisie de sute de Gbps
• Dimensiuni şi greutate scăzute• Atenuare mică• Izolată electromagnetic• Repetoare mai rare
24 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Fibra optică – aplicaţii• Transmisie pe distanţe lungi• MAN• LAN• Legături rurale
![Page 7: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/7.jpg)
7
25 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristici ale transmisiei• Funcţionează ca ghid de undă pentru 1014 la
1015 Hz • Tipuri de transmiţător
—Light Emitting Diode (LED)—Injection Laser Diode (ILD)
• Wavelength Division Multiplexing
26 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Tipuri de emiţător
27 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Moduri de transfer
28 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Atenuarea funcţie de frecvenţă
![Page 8: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/8.jpg)
8
29 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Frecvenţe utilizateWavelength (in vacuum) range
(nm)
Frequency range (THz)
Band label
Fiber type Application
820 to 900 366 to 333 Multimode LAN
1280 to 1350 234 to 222 S Single mode Various
1528 to 1561 196 to 192 C Single mode WDM
1561 to 1620 185 to 192 L Single mode WDM
30 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Tipuri de conectare • Conectori
—10-20% pierderi
• Lipire mecanică—10% pierderi—Muncitor calificat
• Topire
31 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Exemplu de reţea cu FO
• Repetoare active
32 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
![Page 9: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/9.jpg)
9
33 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Transmisii wireless – spectrul
34 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Frecvenţe utilizate• 2GHz - 40GHz
—Microunde—Foarte directive—Punct la punct—sateliţi
• 30MHz - 1GHz—Omnidirecţional—Radio
• 3 x 1011 - 2 x 1014
—Infraroşu—Local
35 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene• Conductori electrici care radiază/colectează radiaţia
electromagnetică• La transmisie
— Energia primită de la transmiţător— Convertită în energie electromagnetică— Radiată în mediu
• La recepţie— Energia electromagnetică captată de antenă— Convertită în energie electrică— Transmisă la receptor
• De obicei – aceeaşi antenă pentru ambele direcţii
36 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica de directivitate• Puterea radiată în toate direcţiile• Nu cu aceleaşi performanţe în toate direcţiile• Antena isotropică
—Radiază în toate direcţiile la fel—Caracteristica de directivitate sferică
![Page 10: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/10.jpg)
10
37 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene parabolice• Pentru microunde terestre şi sateliţi• Parabola – locul geometric al punctelor egal
depărtate de o linie şi un punct—Punctul este focar
• Sursele palsate în focar – produc fascicule reflectate paralel
• La recepţie, semnalul se concentrează în focar
38 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Antene parabolice
39 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Câştigul antenei• Măsoară directivitatea antenei• Puterea pe o direcţie comparată cu cea a unei
antene isotropice• Măsurată în decibeli (dB)• Rezultă în pierderi de putere în alte direcţii
40 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Microunde terestre• Antene parabolice• Vedere directă• Comunicaţii la mare distanţă de mare capacitate• Frecvenţe mai mari – rate de transfer mai mari
![Page 11: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/11.jpg)
11
41 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sateliţi• Satelitul funcţionează ca releu• Recepţioneză pe o frecvenţă, amplifică/repetă
semnalul şi transmite pe altă frecvenţă• Necesită orbită geostaţionară
—Înălţime de 35.784km
• TV• Telefonie la distanţă• Reţele private
42 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comunicaţii punct la punct
43 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Comunicaţii multipunct
44 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
VSAT – Very Small Aperture Terminals
![Page 12: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/12.jpg)
12
45 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Benzi de frecvenţă folosite
46 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Broadcast radio• Omnidirecţional• Radio FM • Televiziune UHF şi VHF• Vedere directă• Suferă datorită reflexii
47 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Infraroşu• Modulaţie a luminii infraroşii necoerente• Vedere directă (sau reflexie)• Blocat de ziduri• Ex.: telecomanda TV, port IRD
48 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Propagarea wireless• 3 tipuri de rute
—Ground wave• Urmăresc conturul pământului• Până la2MHz• Radio AM
—Sky wave• Radio-amatori, BBC, Vocea Americii• Semnal reflectat de ionosferă• (de fapt refractată)
—Vedere directă• Peste 30Mhz• Poate fi mai mult decât vederea directă optică
![Page 13: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/13.jpg)
13
49 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Ground Wave Propagation
50 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sky Wave Propagation
51 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Line of Sight Propagation
52 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Refracţia• Viteza de transmisie se modifică cu densitatea
mediului• Indexul de refracţie relativ se modifică cu
lungimea de undă• Se poate modifica direcţia de transmisie gradual
![Page 14: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/14.jpg)
14
53 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Orizontul radio şi optic
54 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Vederea directă• Dispersie cu distanţa
— Mai mult la frecvenţe mai joase
• Absorbţie atmosferică— apa mai mult peste 22GHz, mai puţin sub 15GHz— oxigenul mai mult peste 60GHz, mai puţin sub 30GHz— Ploaia şi ceaţa afectează transmisiile radio
• Căi multiple— Mai bine vederea directă— Pot fi mai multe copii recepţionate
• Refracţia— Poate duce la pierderi parţiale sau totale a semnalului
recepţionat
55 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Interferenţa datorită căilor multiple
56 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
3.2.2. Caracteristici ale mediilor de transmisieA. Atenuarea• Dependentă de mediu• Dependentă de distanţă• Creşte cu frecvenţa
![Page 15: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/15.jpg)
15
57 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica de transfer a mediului de transmisie• Sisteme trece jos• Sisteme trece bandă
f
a
0 f0
a
Fo
• Compensarea atenuării – repetoare sau amplificatoare
58 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica tip “cosinus ridicat”• Aproximează caracteristica ideală
( ) )1()1(,2
sin12
)1(0,)( αωωαω
ωωα
αωωω +≤<−
⎪⎩
⎪⎨
⎧
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−
−≤≤
= NNN
N
TT
TX
( ) ( )222 /41
/cos/
/sin)(TtTt
TtTttx
ααπ
ππ
−⋅=
59 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Caracteristica tip “cosinus ridicat”• Interferenţa simbolurilor alăturate este nulă
60 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
B.Distorsiunea de întârziere de grup
ωωφ
ddtg )(
=
f
tg
0 f0
tg
B B
Ideal Real
![Page 16: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/16.jpg)
16
61 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
C. Teorema Nzquist• Limitarea benzii, debit binar maxim (capacitatea
canalului• Pentru un canal de transmisie de bandă B,
frecvenţa de referinţă a impulsurilor este 2B
• Pentru un canal de transmisie de bandă B Hz, se pot transmite maxim 2B bps.
62 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Teorema Nyquist • Dacă semnalele au M nivele diferite:
C=2Blog2M
• Ex: Modem cu 8 faze —M = 8 —B = 300Hz – 3,4kHz—C = 18,6 kbps
63 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Formula Shanon• Dacă apare zgomot, capacitatea canalului se
reduce• Expresia Shanon-Hartley
C=B log2(1+SNR)Ex: Linie telefonică normală
—SNR = 20dB —B = 300Hz – 3,4kHz—C = 19,9 kbps
64 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Diafonia• Perturbarea reciprocă a unor canale adiacente• Compensator adaptiv
—pentru diafonia de capăt apropiat
![Page 17: TDRC-05-Medii de transmisie - vega.unitbv.rovega.unitbv.ro/~zaharia/tdrci/TDRC-05-Medii_de_transmisie.pdf · 1 Corneliu Zaharia TDRC 1 - 2005 Curs 5 Cap 3. Nivelul fizic 3.2. Medii](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e04142eafe30672b320fc42/html5/thumbnails/17.jpg)
17
65 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Problema ecoului• Sistem diferenţial
—Ideal atenuare transversală infinită—Real, atenuare finită
• Apare la canale de transmisie foarte lungi• La transmisii de date
—Modem cu compensatori de ecou
66 Corneliu Zaharia
TDRC 1 - 2005
Sfârşit curs 5• Am discutat
— Medii de transmisie• Directive – Magnetice, Perechi torsadate, cablu coaxial, fibra optica• Nedirective – Frecvenţe, antene, microunde terestre, sateliţi, radio,
infraroşu
— Caracteristici ale mediilor de transmisie• Atenuarea• Distorsiunea de grup• Teorema Nyquist• Formula Shanon• Diafonia• Ecoul
• Cursul 6:— Moduri de transmisie a semnalelor