Přenosové médium - Transmission medium

Přenosové médium je systém, nebo látka, která může zprostředkovat šíření ze signálů pro účely telekomunikace . Signály jsou obvykle přenášeny na vlnu nějakého druhu vhodného pro zvolené médium. Data mohou například modulovat zvuk a přenosovým médiem pro zvuky může být vzduch , ale pevné látky a kapaliny mohou také fungovat jako přenosové médium. Vakuum nebo vzduch představuje dobré přenosové médium pro elektromagnetické vlny, jako jsou světelné a rádiové vlny . Přestože se pro šíření elektromagnetických vln nevyžaduje hmotná látka, takové vlny jsou obvykle ovlivněny přenosovým médiem, kterým procházejí, například absorpcí nebo odrazem nebo lomem na rozhraní mezi médii. K přenosu nebo vedení vln lze proto použít technická zařízení. Jako přenosové médium se tedy používá optické vlákno nebo měděný kabel.

Koaxiální kabel , jeden příklad přenosového média

Elektromagnetické záření může být přenášeno optickým médiem , jako je optické vlákno , nebo kroucenými páry vodičů, koaxiálním kabelem nebo vlnovody s dielektrickou deskou . Může také procházet jakýmkoli fyzickým materiálem, který je transparentní pro specifickou vlnovou délku , jako je voda , vzduch , sklo nebo beton . Zvuk je podle definice vibrace hmoty, takže pro přenos vyžaduje fyzické médium, stejně jako jiné druhy mechanických vln a tepelné energie. Historicky věda začlenila různé éterové teorie k vysvětlení přenosového média. Nyní je však známo, že elektromagnetické vlny nevyžadují fyzické přenosové médium, a tak mohou cestovat „ vakuemvolného prostoru . Oblasti izolačního vakua se mohou stát vodivými pro elektrické vedení přítomností volných elektronů , děr nebo iontů .

Telekomunikace

Fyzické médium v ​​datové komunikaci je přenosová cesta, po které se signál šíří. Jako komunikační kanál se používá mnoho různých typů přenosových médií .

V mnoha formách komunikace je komunikace ve formě elektromagnetických vln. U vedených přenosových médií jsou vlny vedeny po fyzické dráze; příklady vedených médií zahrnují telefonní linky, kroucené dvoulinky , koaxiální kabely a optická vlákna. Neřízená přenosová média jsou metody, které umožňují přenos dat bez použití fyzických prostředků k definování cesty, kterou se ubírá. Mezi příklady patří mikrovlnná , rádiová nebo infračervená . Neřízená média poskytují prostředky pro přenos elektromagnetických vln, ale nevedou je; příklady jsou šíření vzduchem, vakuem a mořskou vodou.

Termín přímé spojení se používá k označení přenosové cesty mezi dvěma zařízeními, ve kterých se signály šíří přímo z vysílačů do přijímačů bez mezilehlých zařízení, kromě zesilovačů nebo opakovačů používaných ke zvýšení síly signálu. Tento termín se může vztahovat na řízená i neřízená média.

Jednostranné versus duplexní

Přenos může být jednostranný , poloduplexní nebo plně duplexní.

V simplexním přenosu jsou signály přenášeny pouze jedním směrem; jedna stanice je vysílač a druhá přijímač. V poloduplexním provozu mohou obě stanice vysílat, ale pouze po jednom. V plně duplexním provozu mohou obě stanice vysílat současně. V druhém případě médium přenáší signály v obou směrech současně.

Typy

Přenosové médium lze obecně klasifikovat jako

  • lineární , lze -li superponovat různé vlny v kterémkoli konkrétním bodě média ;
  • ohraničený , je -li omezený, jinak neomezený ;
  • jednotné nebo homogenní , pokud se jeho fyzikální vlastnosti v různých bodech nezmění;
  • izotropní , pokud jsou jeho fyzikální vlastnosti v různých směrech stejné.

Existují dva hlavní typy přenosových médií:

Jedním z nejběžnějších fyzických médií používaných v síti je měděný drát . Měděný drát pro přenos signálů na dlouhé vzdálenosti s použitím relativně malého množství energie. Nestíněný kroucený pár (UTP) je osm pramenů měděného drátu, které jsou uspořádány do čtyř párů.

Řízená média

Kroucený pár

Zkroucená dvojlinka je typ vedení, ve kterém jsou dva vodiče jednoho obvodu stočeny dohromady za účelem zlepšení elektromagnetické kompatibility . Ve srovnání s jediným vodičem nebo nekrouceným vyváženým párem zkroucený pár snižuje elektromagnetické záření z páru a přeslechy mezi sousedními páry a zlepšuje odmítnutí vnějšího elektromagnetického rušení . Vynalezl jej Alexander Graham Bell .

Koaxiál

Flexibilní koaxiální kabel RG-59 se skládá z:
  1. Vnější plastové pouzdro
  2. Tkaný měděný štít
  3. Vnitřní dielektrický izolátor
  4. Měděné jádro
Průřez koaxiálním kabelem

Koaxiální kabel , nebo koaxiální (výraznější / k . Æ k y / ) je typ elektrického kabelu , který má vnitřní vodič obklopen trubkovým izolační vrstvou, který je obklopen trubkovým vodivým stíněním. Mnoho koaxiálních kabelů má také izolační vnější plášť nebo plášť. Termín koaxiální pochází z vnitřního vodiče a vnějšího štítu sdílejících geometrickou osu. Koaxiální kabel vynalezl anglický fyzik, inženýr a matematik Oliver Heaviside , který si tento design nechal patentovat v roce 1880.

Koaxiální kabel je typ přenosového vedení , které se používá k přenosu vysokofrekvenčních elektrických signálů s nízkými ztrátami. Používá se v takových aplikacích, jako jsou telefonní linky, širokopásmové internetové síťové kabely, vysokorychlostní počítačové datové sběrnice , přenos signálů kabelové televize a připojení rádiových vysílačů a přijímačů k jejich anténám . Liší se od ostatních stíněných kabelů, protože rozměry kabelu a konektorů jsou řízeny tak, aby poskytovaly přesné a konstantní rozteče vodičů, které jsou potřebné k tomu, aby účinně fungoval jako přenosové vedení.

Oliver Heaviside vynalezl koaxiální kabel v roce 1880

Optické vlákno

Svazek optických vláken
Vláknová posádka instaluje pod ulicemi Midtownu Manhattan v New Yorku 432pólový vláknový kabel
TOSLINK optickým audio kabel s červeným světlem je stkvěla na jednom konci přenáší světlo na druhý konec
Montáž na zeď skříň , obsahující optická vlákna propojí. Žluté kabely jsou vlákna jednoho režimu ; oranžové a aqua kabely jsou vlákna s více režimy : 50/125 µm OM2 a 50/125 µm OM3 vlákna.

Optické vlákno , které se ukázalo jako nejčastěji používané přenosové médium pro dálkovou komunikaci, je tenký pramen skla, který vede světlo po celé délce. Čtyři hlavní faktory upřednostňují optická vlákna před mědí: datové rychlosti, vzdálenost, instalace a náklady. Optická vlákna mohou přenášet obrovské množství dat ve srovnání s mědí. Lze jej provozovat stovky mil, aniž by bylo nutné používat opakovače signálu, což zase snižuje náklady na údržbu a zvyšuje spolehlivost komunikačního systému, protože opakovače jsou běžným zdrojem selhání sítě. Sklo je lehčí než měď, což umožňuje menší potřebu specializovaných zařízení pro zvedání těžkých břemen při instalaci optických vláken na dlouhé vzdálenosti. Optická vlákna pro vnitřní aplikace stojí přibližně dolar za stopu, stejně jako měď.

Multimode a single mode jsou dva typy běžně používaných optických vláken. Multimode vlákno využívá LED jako světelný zdroj a může přenášet signály na kratší vzdálenosti, asi 2 kilometry. Jeden režim může přenášet signály na vzdálenosti desítek mil.

Optické vlákno je flexibilní, transparentní vlákna, vyrobená výkresu skla ( oxid křemičitý ) nebo plastické průměrem o něco tlustší než u lidských vlasů . Optická vlákna se nejčastěji používají jako prostředek pro přenos světla mezi dvěma konci vlákna a nacházejí široké využití v komunikacích s optickými vlákny , kde umožňují přenos na delší vzdálenosti a při vyšších šířkách pásma (přenosové rychlosti) než elektrické kabely. Vlákna se používají místo kovových drátů, protože podél nich procházejí signály s menší ztrátou ; vlákna jsou navíc odolná vůči elektromagnetickému rušení , což je problém, kterým kovové dráty nadměrně trpí. Vlákna se také používají k osvětlení a zobrazování a často jsou zabalena do svazků, takže je lze použít k přenosu světla nebo obrázků z uzavřených prostor, jako v případě fibroskopu . Speciálně navržená vlákna se také používají pro řadu dalších aplikací, z nichž některá jsou optická vlákna a vláknové lasery .

Optická vlákna obvykle obsahují jádro obklopené průhledným obkladovým materiálem s nižším indexem lomu . Světlo je v jádru udržováno fenoménem úplného vnitřního odrazu, který způsobuje, že vlákno funguje jako vlnovod . Vlákna, která podporují mnoho cest šíření nebo příčných režimů, se nazývají vlákna s více režimy , zatímco vlákna , která podporují jeden režim, se nazývají vlákna s jedním režimem (SMF). Vícerežimová vlákna mají obecně širší průměr jádra a používají se pro komunikační spoje na krátké vzdálenosti a pro aplikace, kde je třeba přenášet vysoký výkon. Jednovidová vlákna se používají pro většinu komunikačních spojení delších než 1 000 metrů (3 300 stop).

Schopnost spojovat optická vlákna s nízkou ztrátou je při komunikaci pomocí optických vláken důležitá. Toto je složitější než spojování elektrického drátu nebo kabelu a zahrnuje pečlivé štěpení vláken, přesné zarovnání jader vláken a spojení těchto zarovnaných jader. Pro aplikace, které vyžadují trvalé připojení, je běžné fúzní spojení . V této technice se používá elektrický oblouk k roztavení konců vláken dohromady. Další běžnou technikou je mechanický spoj , kde jsou konce vláken drženy v kontaktu mechanickou silou. Dočasná nebo semipermanentní připojení se provádějí pomocí specializovaných konektorů z optických vláken .

Oblast aplikované vědy a techniky zabývající se návrhem a aplikací optických vláken je známá jako vláknová optika . Termín vytvořil indický fyzik Narinder Singh Kapany , který je široce uznáván jako otec vláknové optiky.

Neřízená média

Rádio

Šíření rádia je chování rádiových vln při jejich cestování nebo šíření z jednoho bodu do druhého nebo do různých částí atmosféry . Jako forma elektromagnetického záření , jako jsou světelné vlny, jsou rádiové vlny ovlivněny jevy odrazu , lomu , difrakce , absorpce , polarizace a rozptylu . Pochopení účinků různých podmínek na šíření rádia má mnoho praktických aplikací, od výběru frekvencí pro mezinárodní krátkovlnné vysílací společnosti , přes navrhování spolehlivých mobilních telefonních systémů, radionavigaci až po provozování radarových systémů.

V praktických rádiových přenosových systémech se používají různé druhy šíření. Šířením přímé viditelnosti se rozumí rádiové vlny, které se šíří v přímé linii od vysílací antény k přijímací anténě. Přenos na přímou viditelnost se používá pro rádiový přenos středního dosahu, jako jsou mobilní telefony , bezdrátové telefony , vysílačky , bezdrátové sítě , FM rádio a televizní vysílání a radar , a satelitní komunikace , jako je satelitní televize . Přímý přenos na povrchu Země je omezen na vzdálenost k vizuálnímu horizontu, která závisí na výšce vysílacích a přijímacích antén. Je to jediná možná metoda šíření na mikrovlnných frekvencích a výše. Při mikrovlnných frekvencích může vlhkost v atmosféře ( dešťové vyblednutí ) zhoršit přenos.

Na nižších frekvencích v pásmech MF , LF a VLF se díky difrakci mohou rádiové vlny ohýbat přes překážky jako kopce a cestovat za horizont jako povrchové vlny, které sledují obrys Země. Říká se jim přízemní vlny . Vysílací stanice AM používají k pokrytí oblastí poslechu pozemní vlny. Jak se frekvence snižuje, snižuje se útlum se vzdáleností, takže ke komunikaci po celém světě lze použít pozemní vlny s velmi nízkou frekvencí (VLF) a extrémně nízkou frekvencí (ELF). Vlny VLF a ELF mohou proniknout na významné vzdálenosti vodou a zemí a tyto frekvence se používají pro důlní komunikaci a vojenskou komunikaci s ponořenými ponorkami.

Na středních vlnách a krátkovlnných frekvencích ( pásma MF a HF ) se rádiové vlny mohou lámat od vrstvy nabitých částic ( iontů ) vysoko v atmosféře, které se říká ionosféra . To znamená, že rádiové vlny vysílané pod úhlem do nebe se mohou odrážet zpět na Zemi za horizont, na velké vzdálenosti, dokonce i na transkontinentální vzdálenosti. Tomu se říká šíření oblohy . Používají ho amatérští rozhlasoví operátoři k hovoru s jinými zeměmi a krátkovlnné vysílací stanice, které vysílají do zahraničí. Komunikace Skywave je proměnlivá, závisí na podmínkách v horních vrstvách atmosféry; je nejspolehlivější v noci a v zimě. Vzhledem ke své nespolehlivosti, od příchodu komunikačních satelitů v šedesátých letech minulého století, mnoho dálkových komunikací, které dříve používaly oblohy, nyní používají satelity.

Kromě toho existuje několik méně běžných mechanismů šíření rádia, jako je troposférický rozptyl (troposcatter) a skywave s téměř vertikálním dopadem (NVIS), které se používají ve specializovaných komunikačních systémech.

Digitální kódování

Přenos a příjem dat se obvykle provádí ve čtyřech krocích:

  1. Na vysílacím konci jsou data zakódována do binární reprezentace.
  2. Nosný signál je modulován podle binární reprezentace.
  3. Na přijímacím konci je nosný signál demodulován do binární reprezentace.
  4. Data jsou dekódována z binární reprezentace.

Viz také

Reference