3.1.1 Ενσύρματα μέσα μετάδοσης 3 - 3.1 Μέσα Μετάδοσης 3.1.1 Ενσύρματα μέσα μετάδοσης Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Μέσο Μετάδοσης Είναι η φυσική σύνδεση μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη της πληροφορίας. Είναι ο δρόμος από τον οποίο περνάει το σήμα, που στέλνει ο πομπός μέχρι να το λάβει ο δέκτης. Ονομάζεται Μέσο Μετάδοσης ή Γραμμή ή Κανάλι Μετάδοσης.

Μέσο μετάδοσης Το μέσο μετάδοσης (transmission medium) είναι ο φορέας μέσα από τον οποίο συμβαίνει η μετάδοση των σημάτων π.χ. τα τηλεφωνικά καλώδια που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση της φωνής οι οπτικές ίνες (fiber optics) που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων κάθε μορφής στα δίκτυα επικοινωνιών τα συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων (twisted pairs) και τα ομοαξονικά καλώδια (coaxial cables) που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα επικοινωνιών Τα μέσα μετάδοσης, δεν είναι μόνο ενσύρματα, αλλά και ασύρματα (wireless) π.χ. η ατμόσφαιρα της γης, και το διάστημα, τα οποία επιτρέπουν τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Β’ ΕΠΑΛ ΔΙΚΤΥΑ Ι 24/10/2010

Η Ιστορία: Φρυκτωρίες Οι φρυκτωρίες αποτέλεσαν μέσο που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη συστήματος μεταβίβασης φωτεινών σημάτων στην περιοχή της αρχαίας Ελλάδας. Ήταν εγκατεστημένες σε προνομιακές, λόγω θέσης, κορυφές βουνών. Το άναμμα της πρώτης φρυκτωρίας ακολουθούσαν διαδοχικά οι υπόλοιπες, συγκροτώντας έτσι μία γραμμή επικοινωνίας. Χρησιμοποιήθηκαν για στρατιωτικούς κυρίως σκοπούς από την εποχή του Τρωικού Πολέμου έως τους βυζαντινούς χρόνους. Τα μηνύματα ήταν προσυμφωνημένα και περιορισμένα.

Είδη Μέσων Μετάδοσης Ενσύρματα: Χάλκινα, Ομοαξονικά, Οπτικές Ίνες Ασύρματα: Κεραίες Επίγειες / Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις

Σήματα και μέσα μετάδοσης Μετάδοση σήματος με ηλεκτρομαγνητικά κύματα στον αέρα (a) Ραδιόφωνο, TV, κινητή τηλεφωνία ηλεκτρικό ρεύμα ή τάση σε ομοαξονικό καλώδιο (b) Δίκτυα Η/Υ όπως Ethernet, cable TV, τηλεφωνική γραμμή σπιτιού παλμούς φωτός σε οπτικές ίνες (c) Μακριές γραμμές τηλεφώνου

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δισύρματο Χάλκινο Καλώδιο Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δισύρματο Χάλκινο Καλώδιο Το παλαιότερο μέσο για μετάδοση πληροφορίας: Απλά χάλκινα καλώδια στηριγμένα σε μονωτήρες πορσελάνης πάνω σε ξύλινους στύλους. Οι γραμμές των πρώτων τηλεφώνων. Πρόβλημα παρουσιάστηκε το 1880 με την εγκατάσταση των ηλεκτρικών τραμ τα οποία δημιουργούσαν παράσιτα σε αυτά τα καλώδια. Γιατί όμως; (!)‏

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δισύρματο Χάλκινο Καλώδιο Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δισύρματο Χάλκινο Καλώδιο Με την αύξηση των γραμμών, ήταν απαραίτητη η συγκέντρωση τους σε δέσμες, με συνέπεια τη δημιουργία των καλωδίων. Στα καλώδια οι γραμμές είναι κατάλληλα διαμορφωμένες (πλεγμένες μεταξύ τους), για να αποφεύγονται οι συνακροάσεις και προστατεύονται από εξωτερικές κακώσεις από ένα σκληρό, πλαστικό συνήθως, μανδύα. Ο μανδύας αυτός παρέχει και εξωτερική μόνωση. Τα καλώδια, όταν τοποθετούνται υπόγεια, προστατεύονται είτε μέσα σε σωλήνες, είτε οπλίζονται με χαλύβδινο περίβλημα. Στις αρτηρίες με πολύ μεγάλη κίνηση και στις υποβρύχιες ζεύξεις, παλαιότερα, χρησιμοποιήθηκαν σχεδόν αποκλειστικά ομοαξονικά καλώδια, ενώ τα τελευταία χρόνια αντικαταστάθηκαν από καλώδια οπτικών ινών.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Χάλκινο Καλώδιο Συνεστραμμένο Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Χάλκινο Καλώδιο Συνεστραμμένο Καλώδιο από συμπαγές χάλκινο σύρμα, είτε από νήματα χάλκινου σύρματος, τοποθετημένα σε πλαστικό περίβλημα (μόνωση). Πλέξιμο των ζευγών με τέτοιο τρόπο ώστε να αναγνωρίζεται σε ποιο καλώδιο ανήκει το ζευγάρι και όχι για να αντιμετωπιστούν προβλήματα μετάδοσης. Χιλιάδες χιλιόμετρα καλωδίων, σχεδιασμένα να λειτουργούν ως κάτω-διαβατά φίλτρα (για μετάδοση φωνής και όχι δεδομένων). Πρόβλημα: Η επίτευξη μεγάλων ταχυτήτων εξαρτάται από τη μετάδοση σε υψηλές συχνότητες.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Ομοαξονικό Καλώδιο Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Ομοαξονικό Καλώδιο Στον εσωτερικό αγωγό μεταφέρεται το σήμα με μεγαλύτερη ταχύτητα από τα απλά χάλκινα καλώδια. Χρήση στην καλωδιακή τηλεόραση / υπεραστικές συνδέσεις τηλεφώνου. Το ομοαξονικό καλώδιο προσφέρει υψηλό εύρος ζώνης (bandwidth, BW), με αποτέλεσμα να επιτυγχάνονται ταχύτητες μετάδοσης υψηλότερες από ότι στα χάλκινα καλώδια.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Καλώδιο Οπτικών Ινών Οι οπτικές ίνες μεταφέρουν με πολύ υψηλή ταχύτητα δεδομένα. Χρησιμοποιούνται από τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς για επίγειες και υποθαλάσσιες συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων. Η μετάδοση σε χαλκό εκμεταλλεύεται συχνότητες στην περιοχή των MHZ, η μετάδοση σε οπτικές ίνες αξιοποιεί συχνότητες ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερες.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Καλώδιο Οπτικών Ινών ΩΣ μέσο μετάδοσης χρησιμοποιείται η οπτική ίνα και ως φορέας μετάδοσης της πληροφορίας το φως . Οι οπτικές ίνες κατασκευάζονται από γυαλί ή πλαστικό και έχουν την ιδιότητα να εγκλωβίζουν τη δέσμη φωτός (οπτικές ακτίνες) και να την οδηγούν στο τέρμα της οπτικής ίνας. Οι ίνες αποτελούνται από τρεις ομόκεντρες κυλινδρικές οντότητες διηλεκτρικού υλικού: την κεντρική ίνα (πυρήνας), την επίστρωση και το κάλυμμα.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Καλώδιο Οπτικών Ινών Μέσα στην οπτική ίνα μεταφέρονται παλμοί φωτός (όπου κωδικοποιούνται τα bits 0 ή 1) και πετυχαίνουμε πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες μεταφοράς από ότι τα χάλκινα καλώδια ή τα ομοαξονικά. Η μετάδοση του φωτός μέσα στην ίνα γίνεται με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματά της. Οι ανακλάσεις είναι ολικές, έτσι η ενέργεια της φωτεινής δέσμης παραμένει εγκλωβισμένη μέσα στην οπτική ίνα.

Ενσύρματα Μέσα Μετάδοσης: Καλώδιο Οπτικών Ινών Τα καλώδια οπτικών ινών, τα οποία, συνήθως περιέχουν δεσμίδες οπτικών ινών, χρησιμοποιούνται, κυρίως, από τους τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς για επίγειες και υποθαλάσσιες συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, αντικαθιστώντας τόσο τις γραμμές ομοαξονικών καλωδίων, όσο και τις επίγειες και δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις. Τα τελευταία χρόνια έχουν ποντισθεί πολλά καλώδια οπτικών ινών, με χωρητικότητα, η οποία ξεπερνά τα 30.000 κυκλώματα φωνής, για τη διασύνδεση ηπείρων. Υπάρχουν καλώδια οπτικών ινών που συνδέουν ηπείρους όπως το καλωδιακό σύστημα SEA-ME-WE 3 (South East Asia – Middle East – West Europe). Ξεκινά από δυτική Ευρώπη (Γερμανία-Αγγλία), περνά από το Γιβραλτάρ στη Μεσόγειο (Ιταλία, Ελλάδα και Κύπρο) και συνεχίζει μέσω του Σουέζ για Ασία (Ινδία, Σιγκαπούρη) και στο τέλος χωρίζεται στα δύο καταλήγοντας στην Ιαπωνία και Αυστραλία!

Οπτική Ίνα 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 Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται, επίσης, από ιδιωτικές εταιρίες σε τοπικά δίκτυα, σε πανεπιστημιακά δίκτυα κορμού, σε δίκτυα ευρείας περιοχής, σε δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης, σε εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις σε ασφάλεια μετάδοσης, όπως οι στρατιωτικές και, τέλος, σε βιομηχανικές εφαρμογές, όπου υπάρχει υψηλός βιομηχανικός θόρυβος, στον οποίο οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν ανοσία.

Οπτική ίνα Αποτελείται από ένα γυάλινο ή πλαστικό αγωγό (πυρήνας) υψηλής διαύγειας ο οποίος περιβάλλεται από μια μονωτική επικάλυψη (μανδύας) που με τη σειρά της περιβάλλεται από ένα προστατευτικό περίβλημα Επειδή ο μανδύας έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον πυρήνα, το σύνορο μεταξύ τους 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

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δορυφορικές Μικροκυματικές Ζεύξεις Χρήση σταθμών αναμετάδοσης (δορυφόρους) για αναμετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις. Ανοδικές ζεύξεις (uplink) / Καθοδικές Ζεύξεις (downlink).

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης Βασικό πλεονέκτημα: δεν χρειάζεται φυσική / υλική σύνδεση πομπού και δέκτη αφού ως μέσο μετάδοσης χρησιμοποιείται ο ελεύθερος χώρος. Μειονεκτήματα: Οι πομποί χρειάζονται μεγάλη ισχύ για να μεταδοθεί το σήμα, ευαισθησία στο θόρυβο, χαμηλός βαθμός ασφάλειας. Περιορισμοί: Οι διαθέσιμες συχνότητες είναι περιορισμένες, έτσι το φάσμα των συχνοτήτων θεωρείται σπάνιος εθνικός πόρος και για να γίνει εκπομπή θα πρέπει να ανατεθεί από την αρμόδια αρχή της κάθε χώρας.

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης: Επίγειες Μικροκυματικές Ζεύξεις Μετάδοση με κατευθυντική μετάδοση μικροκυμάτων. Οπτική επαφή πομπού και δέκτη με παραβολικά πιάτα. Απαιτούνται σταθμοί αναμετάδοσης κάθε 40-50 χιλιόμετρα. Μετάδοση κυρίως τηλεοπτικών σημάτων και φωνής.

Επίγειες - Δορυφορικές Μικροκυματικές Ζεύξεις

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης: Δορυφορικές Μικροκυματικές Ζεύξεις (1958) Πρώτες δορυφορικές επικοινωνίες: Λόγω μειωμένης ισχύος των πυραύλων, τίθονταν σε τροχιά σε ύψος όχι μεγαλύτερο από 10 χιλιόμετρα => κινούνταν με ταχύτητα περιστροφής μεγαλύτερη από την γη έτσι δεν βρισκόντουσαν πάντα στο ίδιο σημείο => οι γήινοι σταθμοί έπρεπε να περιστρέφονται συνεχώς για να παρακολουθούν τους δορυφόρους. Γεωστατικοί δορυφόροι: σε ύψος 35.880Km, και ίδια γωνιακή ταχύτητα με τη γη (11.040 χλμ/ώρα).

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης: Κυψελοειδής Τηλεφωνία Κινητή ραδιοτηλεφωνία (π.χ. Ασύρματοι αστυνομίας, πυροσβεστικής) εξελίχθηκε στα σύγχρονα κινητά τηλέφωνα. (1946) Το πρώτο εμπορικό σύστημα κινητής τηλεφωνίας: μια κεντρική κεραία εξυπηρετούσε του συνδρομητές μέσω των διαθέσιμων καναλιών. Όσο μεγάλωνε ο αριθμός των συνδρομητών παρουσιάστηκαν προβλήματα γιατί τα διαθέσιμα κανάλια ήταν περιορισμένα => λύση η κυψελοειδής τηλεφωνία => οι περιοχές διαιρούνται σε περιοχές / κυψέλες με μια μικρή κεραία ανά περιοχή. Κεντρικός Η/Υ παρατηρεί όταν ένας συνδρομητής κινείται και αλλάζει κεραία.

Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης: FM Ραδιόφωνο Στην ασύρματη μετάδοση ραδιοφωνικού σήματος γίνεται πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (σελ. 29-30). Η μετάδοση FM προϋποθέτει 'οπτική επαφή' πομπού- δέκτη. Ραδιοφωνικές κεραίες στην περιοχή Νυμφαία, Κομοτηνή.

Σταθερή τηλεφωνία με ασύρματες ζεύξεις Σε απομακρυσμένα χωριά όπως το χωριό Κύμη – Ροδόπης (σύνορα Ελλάδος – Βουλγαρίας) – φωτογραφία - είναι ευκολότερο (και φθηνότερο) να φέρεις σταθερά τηλέφωνα με ασύρματη ζεύξη από ότι με καλώδιο. Με αυτόν τον τρόπο δεν μπορείς να έχεις δίκτυα DSL ή σύνδεση Η/Υ με το Internet σε γρήγορες ταχύτητες.