2.4 Επίδραση Μέσου Μετάδοσης 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού 2.5 Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων (σ. 65-68) Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Εύρος ζώνης (bandwidth) Κάθε σήμα αναλύεται σε συχνότητες (ημίτονα) αλλά μέσα στο μέσο μετάδοσης κάποιες συχνότητες παραμορφώνονται. Κάθε μέσο μετάδοσης επιτρέπει σε ορισμένη περιοχή συχνοτήτων (ζώνη συχνοτήτων) την μετάδοση του σήματος χωρίς παραμόρφωση. Από την ζώνη συχνοτήτων εξαρτάται ο ρυθμός μετάδοσης (ταχύτητα) και επομένως ο όγκος της πληροφορίας που μπορεί να μεταφέρεται. Κάθε σήμα αναλύεται σε συχνότητες (ημίτονα) αλλά μέσα στο μέσο μετάδοσης κάποιες συχνότητες καθυστερούν. Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Εύρος ζώνης Το εύρος ζώνης (bandwidth) του καναλιού ορίζεται ως η διαφορά ανάμεσα στη μέγιστη και στην ελάχιστη συχνότητα, στην οποία η γραμμή μπορεί να μεταδώσει πληροφορίες Μετριέται σε Hz Κάθε σύστημα έχει ένα πεπερασμένο εύρος ζώνης (finite bandwidth) Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Περιορισμός εύρου ζώνης Σε κάθε εφαρμογή υπάρχει πεπερασμένο εύρος ζώνης Τα διάφορα σήματα εκπέμπονται από κατάλληλες πηγές (sources), και χαρακτηρίζονται από συγκεκριμένες τιμές συχνοτήτων Για οικονομικούς λόγους, τα μέσα μετάδοσης είναι σχεδιασμένα να επιτρέπουν τη μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων οι συχνότητες ανήκουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή ή ζώνη συχνοτήτων. π.χ. στο τηλεφωνικό δίκτυο που ως μέσο μετάδοσης χρησιμοποιεί συνεστραμμένα καλώδια επιτρέπεται η μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων η συχνότητα βρίσκεται στο διάστημα 300 Hz έως 3400 Hz. Επομένως το εύρος ζώνης αυτού του μέσου μετάδοσης είναι 3400 Hz – 300 Hz = 3100 Hz = 3.1 KHz Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Ταχύτητα Μετάδοσης Είναι το πλήθος δεδομένων που διέρχονται από ένα κανάλι στη μονάδα του χρόνου Μετριέται σε bits ανά δευτερόλεπτο (bps) Μερικές φορές μετριέται σε bytes ανά δευτερόλεπτο (Bps) Προσοχή! Στη δεύτερη περίπτωση το B είναι κεφαλαίο Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Ταχύτητα μετάδοσης Η ποιότητα του μέσου επιδρά στην πιστότητα και το μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων Ο ρυθμός μετάδοσης bit (bit rate) φανερώνει πόσα bits μεταδίδει στο μέσο ο πομπός στη μονάδα του χρόνου (ψηφιακή μετάδοση) R=1/T Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης με τον οποίο μπορούν να μεταδοθούν δεδομένα μέσα από το κανάλι λέγεται χωρητικότητα καναλιού (ψηφιακή μετάδοση) Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Χωρητικότητα Η χωρητικότητα (capacity) ενός μέσου μετάδοσης αποτελεί ένα μέτρο της δυνατότητας μεταφοράς δεδομένων από μια γραμμή επικοινωνίας, και ορίζεται ως: ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων που υποστηρίζεται από το κανάλι, χωρίς η μετάδοση να παρουσιάζονται σφάλματα Μετριέται σε bit ανά δευτερόλεπτο ή bps – bits per sec Η χωρητικότητα ενός μέσου μετάδοσης συσχετίζεται με το εύρος ζώνης ένα μέσο μετάδοσης με μεγάλο εύρος ζώνης έχει αντίστοιχα και μεγάλη χωρητικότητα. Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Σε μια σύνδεση ADSL 4Mbps μεταφέρονται 4.000.000 bits/sec Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Τύπος του Nyquist (κανάλι χωρίς θόρυβο) O Nyquist έδειξε όταν όταν έχουμε ένα κανάλι με θόρυβο και εύρος ζώνης B, είναι δυνατόν να μεταδοθούν δεδομένα με ρυθμό 2B. Αν το μεταδιδόμενο σήμα είναι δυαδικό (δύο επίπεδα τάσης), και το εύρος ζώνης B, τότε ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης μέσα από κανάλι (χωρίς θόρυβο) είναι 2B bps. Π.χ. Σε ψηφιακό τηλεφωνικό κανάλι με εύρος B=3400hz έχουμε μέγιστο ρυθμό μετάδοσης 2B=6800bps. Harry Nyquist (1889-1976) Αμερικάνος Σουηδικής εθνικότητας ηλεκτρολόγος μηχανικός. http://en.wikipedia.org/wiki/Harry_Nyquist

Τύπος του Nyquist (κανάλι χωρίς θόρυβο) C=2Blog2M Όπου: C: Η χωρητικότητα του καναλιού B: Το εύρος ζώνης του καναλιού M: πλήθος διαφορετικών συμβόλων για τη μετάδοση του σήματος, δηλ. το πλήθος των διαφορετικών σταθμών τάσεων, Πχ. σε ψηφιακό δυαδικό κανάλι είναι Μ=2 Harry Nyquist (1889-1976) Αμερικάνος Σουηδικής εθνικότητας ηλεκτρολόγος μηχανικός. http://en.wikipedia.org/wiki/Harry_Nyquist

Λόγος Θορύβου (Signal to Noise Ratio, SNR) Εκφράζει το λόγο της ισχύος του σήματος (S) προς την ισχύ του θορύβου (N) Μετριέται σε db Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Τύπος του Shannon (κανάλι με θόρυβο) Claude Elwood Shannon (1916 - 2001): Αμερικάνος μαθηματικός και ηλεκτρολόγος μηχανικός SNRdB=10log10(ισχύς σήματος/ισχύς θορύβου)

Δεκαδικοί Λογάριθμοι log(1)=0 log(100)=2 log(1/100)=-2 log(1.000)=3 Δεκαδικοί Λογάριθμοι log(1)=0 log(100)=2 log(1/100)=-2 log(1.000)=3 log(1/1.000)=-3 log(10.000)=4 log(1/10.000)=-4 .. f(x)=log(x)

Παραδείγματα Τύπος του Shannon (κανάλι με θόρυβο) Όταν SNR=-20dB τότε η ισχύς του θορύβου είναι 100 φορές μεγαλύτερη από την ισχύ του σήματος: SNR=10log10 (1/100) = -20 Db log1010-2 = -2 10log1010-2 = -20 10log10 (1/100) = -20 Όταν η ισχύς του σήματος είναι 1000 φορές μεγαλύτερη από την ισχύ του θορύβου, τότε ο λόγος SNR = 30dB. Όταν SNR=0dB τότε Ισχύς σήματος = Ισχύς θορύβου

Μηχάνημα Μέτρησης ADSL γραμμής Downstream: 6568Kbps = 6.568.000 bits/sec με SNR 6dB Upstream: 950kbps=950.000 bits/sec με SNR 12dB

Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Σύνθετη αντίστασης της γραμμής (ωμική - επαγωγική – χωρητική) Σύνθετη αντίστασης της γραμμής (ωμική - επαγωγική – χωρητική) Δισύρματα καλώδια: θερμικές απώλειες (λόγω ωμικής αντίστασης αγωγών) => όταν ο ηλεκτρισμός βρίσκει αντίσταση στον αγωγό παράγεται θερμότητα => εξασθένιση του σήματος. Επαγωγική-χωρητική αντίσταση αγωγών: Όταν ο αγωγός διαρρέεται από ρεύμα δημιουργείται μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό => ανάλογα με την συχνότητα του σήματος παρατηρείται εξασθένιση. 24/10/2010 Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι

Επαγωγική-χωρητική αντίσταση αγωγών. Όταν οι αγωγοί διαρρέονται από ρεύμα δημιουργείται γύρω από τους αγωγούς α) ηλεκτρικό πεδίο (οι δύο αγωγοί συμπεριφέρονται ως πυκνωτής), και β) μαγνητικό πεδίο (οι δύο αγωγοί συμπεριφέρονται ως πηνίο) => επαγωγική – χωρητική αντίσταση. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capacitor_schematic_el.svg 24/10/2010 Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι

Παραμορφώσεις Αυτό το εύρος συχνοτήτων περνάει χωρίς παραμόρφωση Κάθε σήμα αναλύεται σε συχνότητες (ημίτονα) αλλά μέσα στο μέσο μετάδοσης κάποιες συχνότητες παραμορφώνονται. Αυτό το εύρος συχνοτήτων περνάει χωρίς παραμόρφωση (0,5 έως και 3,3 Khz). Παραμόρφωση από 3,3 έως και 3,9 Khz. Παραμόρφωση από 0 έως και 0,5 Khz.

Παραμορφώσεις Κάθε σήμα αναλύεται σε συχνότητες (ημίτονα) αλλά μέσα στο μέσο μετάδοσης κάποιες συχνότητες καθυστερούν. Οι συχνότητες 0,1 έως και 0,6 καθυστερούν. Οι συχνότητες 2,7 έως και 3,3 καθυστερούν.

Θόρυβος Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (π.χ. Από κινητήρες, ψυγεία, γραμμές τροφοδοσίες (με ηλεκτρική ενέργεια) συσκευών). Παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων (πεδία κεραιών εκπομπής – π.χ. Κινητά τηλέφωνα, κεραίες εκπομπής τηλεοπτικού – ραδιοφωνικού σήματος). Ενδογενής θόρυβος (ατελή συμπεριφορά μέσου μετάδοσης). Θερμικός Θόρυβος => δυσκολία στην κίνηση ηλεκτρονίων στον αγωγό => λευκός θόρυβος γιατί είναι ομοιόμορφος σε όλο το φάσμα συχνοτήτων. Θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης => όταν σήματα διαφορετικών συχνοτήτων μοιράζονται το ίδιο μέσο. Θόρυβος συνακρόασης. Θόρυβος κβαντοποίησης. Στις τηλεφωνικές γραμμές λόγος προς θόρυβο μικρότερος από 20dB θεωρείται κακός για μετάδοση δεδομένων, ενώ πάνω από 30dB ικανοποιητικός.

Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή μεταξύ αγωγών Το μεταβαλλόμενο ρεύμα ενός αγωγού επηρεάζει την μαγνητική πυξίδα Το σήμα είναι ένα μεταβαλλόμενο ρεύμα το οποίο δημιουργεί γύρω από τον αγωγό Μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ρεύμα εξ επαγωγής στο γειτονικό αγωγό, που παρατηρείται ως θόρυβος. 24/10/2010 Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι

Διαφωνία Μεταξύ των δύο κυκλωμάτων υπάρχει ηλεκτρική ή μαγνητική σύζευξη, δηλ. το ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο του ενός κυκλώματος επιδρά στο γειτονικό κύκλωμα.

Διαφωνία Η διαφωνία είναι η ανεπιθύμητη μεταβίβαση ενέργειας από ένα κανάλι σε άλλο, λόγω ηλεκτρικών, μαγνητικών ή γαλβανικών συζεύξεων μεταξύ των καναλιών. Το κανάλι, το οποίο μεταβιβάζει την ενέργεια, ονομάζεται παρενοχλούν κανάλι, ενώ το κανάλι, στο οποίο μεταβιβάζεται η ενέργεια, παρενοχλούμενο. Η διαφωνία διακρίνεται σε Καταληπτή και Μη Καταληπτή. Στην Καταληπτή Διαφωνία η συνδιάλεξη, που διεξάγεται στην παρενοχλούσα γραμμή, είναι ολικά ή μερικά ευδιάκριτη στην παρενοχλούμενη γραμμή. Στη Μη Καταληπτή Διαφωνία ακούγονται μόνο ασυνάρτητοι φθόγγοι και παρασιτικοί ήχοι.

Ηχώ Ενδογενής θόρυβος. Ηχώ είναι η επιστροφή τμήματος του σήματος στη πηγή δημιουργίας του. Στην περίπτωση φωνητικής τηλεφωνίας, εκφράζεται σαν την επιστροφή φωνής στον ομιλούντα, λόγω ανακλάσεως σε ορισμένα σημεία της γραμμής (με χρονική καθυστέρηση). Εξαρτάται από το μήκος της γραμμής και συνήθως δημιουργείται όταν έχουμε αλλαγές στην σύνθετη αντίσταση της γραμμής (περιπτώσεις κακής προσαρμογής μεταξύ γραμμών).

Ηχώ Περίπτωση κακής προσαρμογής Σύνδεση δύο γραμμών διαφορετικής σύνθετης αντίστασης, πχ. μιας δισύρματης με μία τετρασύρματη γραμμή

Κλωβός Faraday: Ένα μεταλλικό πλέγμα για ηλεκτρομαγνητική θωράκιση. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elektrisch_dode_kamer_%28kooi_van_Faraday%29.JPG http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heimbach_-_power_plant_09_ies.jpg

Ηλεκτρομαγνητική Θωράκιση: FTP cable Κλωβός Faraday. Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση ομοαξονικού καλωδίου. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FTP_cable3.jpg

Ηλεκτρομαγνητική Θωράκιση: S-FTP cable Κλωβός Faraday καλωδίου. Κλωβός Faraday σε κάθε ζεύγος. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:TwistedPair_S-FTP.jpg

Οπτικές ίνες Χαρακτηρίζονται από πολύ μεγάλο εύρος ζώνης γεγονός που οδηγεί σε ταχύτητες μετάδοσης της τάξεως του 1-2 Gbps. Δεν επηρεάζονται από απότομες μεταβολές στην τάση ενός δικτύου, από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, από οξειδωτικές χημικές ουσίες, ή από άλλα ατμοσφαιρικά και βιομηχανικά παράσιτα Το βασικό τους μειονέκτημα είναι η πολύπλοκη τεχνολογία εγκατάστασής τους, και η υψηλή τιμή και ευαισθησία του εξοπλισμού διασύνδεσης που τη συνοδεύει

Οπτική ίνα Αποτελείται από ένα γυάλινο ή πλαστικό αγωγό (πυρήνας) ο οποίος περιβάλλεται από μια μονωτική επικάλυψη (μανδύας) που με τη σειρά του περιβάλλεται από ένα προστατευτικό περίβλημα Επειδή ο μανδύας έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον πυρήνα, λειτουργεί σαν καθρέφτης, με αποτέλεσμα το φως να κινείται μέσα στον πυρήνα, υφιστάμενο διαδοχικές ανακλάσεις πάνω στα τοιχώματά του Ο ρυθμός μετάδοσης του φωτός μέσα στην οπτική ίνα έχει ένα μέγιστο όριο που προσδιορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες της ίνας

Μέγεθος Κεραίας Η κεραία πρέπει να έχει τις ίδιες διαστάσεις με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται Το μήκος κύματος, (wavelength) λ, ενός σήματος είναι η απόσταση που διανύει το σήμα σε χρόνο μιας περιόδου μέσα στο μέσο μετάδοσης λ= c / f c είναι η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος (για ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο κενό c = 3 x 108 m/s) f είναι η συχνότητα του σήματος -> Σήμα χαμηλής συχνότητας έχει μεγάλο μήκος κύματος και χρειάζεται μεγάλη κεραία για την μετάδοση του Με την διαμόρφωση μπορούμε να χρησιμοποιούμε μικρές κεραίες κατάλληλες για κάθε εφαρμογή