При передаче сигнала для синхронизирующего устройства, необходимо выбрать метод передачи этого сигнала. В данной статье предлагаю рассмотреть различные методы передачи информации, их плюсы и минусы, и в конце выбрать, каким образом будет передаваться наш сигнал для синхронизации.
Среди физических сред передачи линии связи можно выделить следующие: проводные линии связи, кабельные (оптоволоконные кабели, кабель типа «витая пара», коаксиальный кабель), беспроводные (радиоканалы спутниковой и наземной связи).
Разберем каждую среду распространения поподробнее.
Проводные линии связи — это провода без экранирующих и экранных оплеток, размещенные между столбами. Проводниковые линии связи применяются для обмена телефонных и телеграфных сигналов. Также могут передаваться компьютерные данные при отсутствии иных каналов связи. [3]
Аналоговые и цифровые каналы связи могут быть реализованы на основе проводной линии связи. Скорость передачи информации очень низкая.
Кабельные линии связи состоят из нескольких проводников, объединенных в кабель с изоляцией. Скорость передачи до 100 Мб/с. Различаются 3 основных типа кабеля:
Скрученные попарно провода называют витой парой. Каждую пару проводов необходимо скручивать с разным шагом витков для устранения помех других пар проводов и внешних источников. Возможны два варианта витой пары:
Unshielded Twisted Pair (UTP) — витая пара без экранирования. Она применяется не только телефонных, но и в компьютерных сетях. В наше время чаще всего UTP кабель используется для обмена информацией на дистанции порядка сотен метров, но стандарт Ethernet ограничивает длину для неэкранированного кабеля до ста метров. Кабели в зависимости от своих электрических и физических параметров подразделяются на 5 категорий. Для создания компьютерной сети применяют кабели 3 и 5 категории. Кабель 3-й категории используется при низкоскоростной передачи информации, на частоте около 16 МГц обладает ослаблением не ниже 13.1 дБ на отрезке 100 метров. Кабели 5-й категории обладают ослаблением 24 дБ на частоте 100 МГц, но при длине кабеля не более 100 метров. Данная частота выбрана для высокоскоростной передачи информации.
Все UTP кабели изготавливается в четырех парном исполнении вне зависимости от их категории. Каждая пара отличается от другой шагом скрутки и цветом. К преимуществам UTP можно отнести: сгибаемость кабеля, что помогает упростить монтаж кабеля, небольшая цена вместе со скоростью передачи до 1Гбит/с. [3]
Но есть следующие слабые места: низкую помехозащищенность, ограниченность длины кабеля (100–135м).
Shielded Twisted Pair (STP) — витая пара с экранированием, когда пара проводов помещается для экранирования в фольгу или металлическую сетку, что помогает хорошо защитить передаваемые сигналы от помех, кроме этого уменьшается электромагнитное излучение от кабеля. Но наличие заземляющего экрана увеличивает цену и затрудняет прокладку, т. к. необходимо хорошее заземление. STP применяется в основном для передачи дискретных сигналов. Голосовые сообщения с его помощью не передают. [2]
Коаксиальный кабель представляет собой два концентрических проводника, разделенных между собой с помощью слоя диэлектрика. Благодаря, такому строению коаксиальный кабель меньше подвергается внешнему электромагнитному воздействию, что в свою очередь позволяет его использовать на высоких скоростях передачи данных. При этом данный вид кабеля, ввиду, его относительно толстого центрального проводника обладает крайне низким ослаблением передаваемого сигнала, благодаря чему информацию можно передавать на большие дистанции. При работе на частоте 1 ГГц затухание будет меньше 20дБ/км, ширина полосы пропускания такого кабеля достигает 1 ГГц/км. [2]
В различных сетях в наше время используют 2 типа подобных кабелей: тонкий и толстый коаксиальные кабели. Тонкий кабель получил наибольшее распространение и имеет маркировку RG-58 (диаметр центральной жилы 0.81 мм, волновое сопротивление равно 50 Ом), толстый же можно встретить с маркировкой RG-8 (диаметр центральной жилы 2.17 мм, волновое сопротивление 50 Ом). Используемые коаксиальные кабели имеют пропускную способность 10 Мбит/с, но их потенциал гораздо больше. Из-за стандарта Ethernet, накладываются ограничения на длину сегмента, так для «тонкого» длина составляет до 185 м, а для “толстого” до 500м. [3]
Но несмотря на все «плюсы» «толстого» есть трудности монтажа, из-за того что его сложно сгибать. Но и у «тонкого» не смотря на удобство монтажа, есть «минус»: в местах разъема может сломаться.
Также существуют волоконно-оптические кабели, передающие информацию с помощью световых волн. Тонкое кварцевое волокно является сердечником. При использовании волн с разной длиной возможно организовать несколько каналов в одном кабеле. Полоса пропускания одномодового кабеля может доходить до 900 ГГц. Многомодовое волокно длиной около 100 м может обеспечить полосу пропускания 1.6 ГГц.
В качестве источников света в оптоволокне используют лазеры и светодиоды. Скорость передачи сигналов с помощью светодиодов при расстоянии до одного километра достигает 10–25 Мбит/с, а с помощью лазерных диодов 25–100Мбит/с.
Оптоволокно обладает лучшими электромагнитными и механическими параметрами, не подвержено влиянию электромагнитных помех, затрудняет перехват данных, но для его монтажа, необходимо применение специализированного дорогостоящего оборудования и квалифицированных специалистов.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи состоят из передатчика и приемника радиоволн. К данному виду связи чаще всего прибегают, когда нужна связь, например, в труднодоступной или малонаселенной местности, но использовать кабельную связь не предоставляется возможным.
На частотах до 10 ГГц, аппаратура размещается в стойках из-за чего занимает много места, поэтому размещается в специальных помещениях. Аппаратура соединяется с антенной посредством фидерного волновода большой длины, вследствие чего имеет большие потери.
В данное время волоконно-оптические линии связи работают на волнах 0.85, 1.3, 1.55 мкм, т. к. в этом диапазоне частот кварц имеет повышенную прозрачность и затухание составляет 0.7 дБ/км.
В нашем случае мы будем использовать приемное устройства GEOS5M, который обрабатывает параллельно сигналы ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/QZSS и формирует секундные метки времени, а также позволяет обмениваться информацией с внешним оборудованием. Обладает чувствительностью по слежению до -163дБмВт.
Таким образом, на базе ПЛИС мы создадим часы, второй сигнал времени необходимый для синхронизации устройства будет поступать от приемного устройства GEOS-5M, обрабатывающего сигналы четырех глобальных навигационных спутниковых систем.
Литература:
1) Сети ЭВМ и телекоммуникации. Учебное пособие. Часть 1. Общие принципы построения сетей. Локальные сети. /Брейман А. Д. — М.:МГАПИ, 2001. — 75с.
2) Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер –СПб. Питер, 2010. — 944 с.
3) Малкова Виктория. Проводные линии связи [Электронный ресурс]. — URL: https://sites.google.com/site/vikmalko95/osnovnye-vidy-linij-svazi/
