Medium transmisyjne

Medium transmisyjne - nośnik używany do transmisji sygnałów w telekomunikacji. Jest podstawowym elementem systemów telekomunikacyjnych. Możliwości transmisji zależą od parametrów użytego medium. Wyróżnia się media przewodowe oraz bezprzewodowe.

Rodzaje medium transmisyjnego

Rodzaje użytych mediów w zależności od technologii w jakiej utworzona jest sieć.

Media transmisyjne da się podzielić na przewodowe oraz bezprzewodowe.

Do przewodowych mediów transmisyjnych należą:

• Kabel symetryczny (w tym tzw. skrętka)
• Kabel współosiowy (kabel koncentryczny)
• Kabel światłowodowy (światłowód - jednomodowy, wielomodowy)
• Kable energetyczne

Do bezprzewodowych mediów transmisyjnych należą:

• Fale elektromagnetyczne (fale radiowe)
• Promień lasera

Media transmisyjne możemy podzielić także ze względu na odmiana transmisji, jaki da się w nich stosować:

• Simpleks - transmisja tylko w jednym kierunku
• Półdupleks - transmisja w obu kierunkach, ale nierównoczesna
• Dupleks - równoczesna transmisja w obu kierunkach

Charakterystyka mediów transmisyjnych

Media przewodowe

Zdjęcie przedstawiające skrętkę nieekranowaną UTP.

Skrętka składa się z ośmiu żył (czterech par żył). Żyły w skrętkach są ze sobą splecione parami. Każda para skrętki ma jedną żyłę do przenoszenia napięcia, a drugą uziemioną. Jakikolwiek szum pojawiający się w jednej żyle, jest także w drugiej. Gdyż żyły w parze są spolaryzowane przeciwnie w stosunku do siebie, szum pojawiający się w jednej żyle jest "znoszony" przez szum z drugiej żyły na końcu kabla dołączonego do odbiornika. Skrętki są najczęściej używane w systemach, które do transmisji używają kodu Manchester. Stopień w jakim zakłócenia są wyeliminowane zależy od ilości splotów przypadających na jednostkę metra. Większa ilość splotów na metr gwarantuje zmniejszenie szumu. Dla jeszcze większej ochrony przed zakłóceniami stosuje się ekran w postaci folii, w którą zawinięte są pary żył oraz uziemienie. Folia bywa owinięta wokół pojedynczych par albo wszystkich żył. Impedancja typowej skrętki wynosi 100Ω, a maksymalna prędkość transmisji wynosi 1 Gbit/s. Maksymalna odległość pomiędzy urządzeniami połączonymi skrętką nie powinna przekraczać 100 m. Wyróżnia się następujące rodzaje skrętek:

• nieekranowana UTP (Unshielded Twisted Pair)
• ekranowana STP (Shielded Twisted Pair) - cały kabel składający się z czterech par żył jest ekranowany metalowym oplotem
• foliowana FTP (Foiled Twisted Pair) - cały kabel okręcony jest na całej długości metalową tasiemką
• pozostałe: SFTP, S/STP, FSTP.

Zdjęcie przedstawiające kabel koncentryczny z końcówką gotową do założenia złącza BNC oraz ze złączami BNC.

Kabel koncentryczny zwany także współosiowym.

 Osobny artykuł: Kabel_koncentryczny.

Składa się z dwóch przewodników - wewnętrznego (żyły podstawowej) oraz zewnętrznego (ekranu), które są oddzielone ochronną warstwą izolacyjną (dielektrykiem). Ekran chroni przewód wewnętrzny przed zakłóceniami. Kable koncentryczne stosuje się powszechnie do łączenia anten, do połączeń AV, w sieciach komputerowych oraz w sieciach kablowych. Kable koncentryczne dzielimy wg ich impedancji falowej:

• 50Ω (np.: H1500, H1000, H1001, H500, 9913, RG214, RG213, H155, RG58, RG316, TRILAN2, TRILAN4, RG178, RG174)
• 75Ω (np.:RG59, TRISET113, RG6U, CB100F)
• 60Ω (wycofane z produkcji)

Zdjęcie przedstawiające światłowód w różnym stopniu szczegółowości.

Światłowód składa się z cienkiego włókna szklanego, które przenosi informację w postaci światła w zakresie widma światła widzialnego oraz poniżej. W konstrukcji kabla światłowodowego da się wyróżnić takie elementy, jak:

• powłoka pierwotna, nakładana podczas procesu produkcyjnego, przekrój stały, około 250μm
• żel ochronny, włókno aramidowe, chroniące światłowód przed uszkodzeniem
• powłoka wtórna, obejmująca powłokę pierwotną oraz opcjonalnie żel ochronny, w jednej z form: tuba, rozeta albo taśma
• dielektryczny element wytrzymałościowy
• żel uszczelniający
• pancerz kabla (taśmy, druty stalowe)
• pokrycie zewnętrzne

Zalety światłowodu w stosunku do kabli miedzianych:

• odporność na zakłócenia RFI (Radio Frequency Interference) oraz EMI (ElectroMagnetic Interference)
• bezpieczeństwo (nie da się podsłuchać transmisji)
• duża przepustowość z powodu szerokiego pasma
• odporność na korozje
• większy zasięg
• mniejsza kubatura oraz waga
• szybsza transmisja

Wady światłowodu:

• wibracje fizyczne powodują zaszumienie sygnału informacyjnego
• ograniczenie w zgięciu kabla (za mały promień zgięcia może doprowadzić do złamania się włókna)
• trudność w łączeniu światłowodów

Koszt stosowania światłowodu jest kompromisem pomiędzy przepustowością oraz ceną. Gdy potrzebujemy większej przepustowości bardziej opłacalnym wyborem jest światłowód, natomiast przy niższym zapotrzebowaniu na przepustowość tańsze jest medium miedziane. Maksymalna prędkość transmisji uzyskana podczas prac badawczych nad piątą już generacją światłowodów wynosi 200 Mbit/s, a zasięg tego medium wynosi 9000 km^{potrzebne źródło}.

Kable energetyczne oferują najsłabszej jakości transmisję danych. Jest to spowodowane brakiem ochrony przed szumami zakłócającymi, które pochodzą z innych źródeł niż nadajnik. Z tego względu te media nie nadają się do transmisji danych na większe odległości. Teoretyczna maksymalna przepustowość tego medium wynosi 200 Mbit/s.

Poniższa tabela zawiera porównanie użytecznego pasma mediów przewodowych:

Media bezprzewodowe

Fale elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni IR (InfraRed) są stosowane na otwartym terenie, bądź wewnątrz budynków. Jako źródła promieniowania fal elektromagnetycznych wykorzystuje się diody elektroluminescencyjne LED (Light Emitting Diode) albo diody laserowe. Przy używaniu łącz bezprzewodowych w podczerwieni nie jest wymagane uzyskiwanie licencji na ich stosowanie w przeciwieństwie do fal radiowych. Największym ograniczeniem tego medium transmisyjnego jest niewielki zasięg wynoszący do kilkudziesięciu metrów.

Fale radiowe do transmisji wymagają planowania przydziału częstotliwości, z uwzględnieniem maksymalnej dopuszczalnej mocy nadajników, rodzaju modulacji oraz innych zaleceń Międzynarodowej Unii Telekomunikacji (ITU). Aktualnie najpopularniejszymi częstotliwościami używanymi do transmisji bezprzewodowej są 2,4 GHz oraz wyższe (zakres mikrofali). Odległości na jakich stosuje się fale radiowe wynoszą do kilkudziesięciu kilometrów przy zastosowaniu specjalnych anten nadawczo-odbiorczych.

Poniższa tabela przedstawia podział fal ze względu na ich długość oraz częstotliwość:

Zalety medium bezprzewodowego:

• mogą przenieść duże ilości danych przy odpowiednio wysokich częstotliwościach pracy
• niski koszt instalacji anten nadawczych (nie zajmują dużych powierzchni)
• dla dużych częstotliwości (krótkich fal) wystarczają małe anteny

Wady medium bezprzewodowego:

• tłumienie oraz dyfrakcja sygnału powodowane przez zróżnicowane przedmioty znajdujące się na drodze fali niosącej sygnał (np. ptaki) oraz warunki atmosferyczne (np. deszcz, śnieg, mgła)
• odbicie sygnału od płaskich powierzchni (np. woda, metal)
• każdy może "podsłuchiwać" transmisję sygnału.

Niekorzystne zjawiska występujące w mediach transmisyjnych

Do niepożądanych zjawisk występujących w mediach transmisyjnych należą:

• opóźnienia w transmisji sygnału
• zniekształcenia przesyłanego sygnału (rozmycie impulsu, szum)
• przesłuchy
• rozpraszanie mocy, tłumienie
• dyspersja
• nieliniowość optyczna szkła

Metody dostępu do medium transmisyjnego

Lokalizacja podwarstwy MAC w modelu ISO/OSI.

Protokoły sterujące dostępem do medium fizycznego (transmisyjnego) należą do podwarstwy MAC (Medium Access Control) warstwy łącza danych w modelu ISO/OSI.

Użycie odpowiedniego medium oraz protokołu dostępu do medium jest determinowane przez standard w jakim sieć była stworzona. Metody dostępu do medium podwarstwy MAC oraz warstwę fizyczną modelu ISO/OSI opisują następujące standardy IEEE:

• IEEE 802.3
• IEEE 802.4
• IEEE 802.5
• IEEE 802.6
• IEEE 802.9
• IEEE 802.11
• IEEE 802.12

Sprawdź też

• Okablowanie strukturalne
• Wóz transmisyjny

Literatura

1. Wykłady z przedmiotu "Sieci teleinformatyczne", prof. dr hab. inż. Andrzej Pach, KT AGH
2. Materiały do laboratorium z przedmiotu "Sieci teleinformatyczne", mgr inż. Jacek Rząsa, KT AGH
3. Wykłady z przedmiotu "Telekomunikacja światłowodowa", dr inż. Artur Lasoń, KT AGH
4. (En) Introduction to Data Communications, Free books on technology subjects
5. Technologie sieci lokalnych, autor nieznany
6. TELEINFORMATYKA W EDUKACJI NA ODLEGŁOŚĆ, autor nieznany
7. Katalog kabli oraz przewodów telekomunikacyjnych firmy TELE-FONIKA Kable