Физички слој

• Теоријске основе преноса података• Физички медијуми за пренос података• Бежични пренос података

Физички слој

Теоријске основе преноса података

Податке преносимо бакарном жицом мењајући њена електрична својства – напон или струју.

Ако промене вредности напона или струје представимо функцијом времена f(t), онда можемо вршимо моделирање сигнала и његову анализу.


Фуријеова анализа

11

21 )2cos()2sin()(

nn

nn nftbnftactg

f = 1/T - основна фреквенца

T - периода

an, bn - амплитуде n-тог хармоника

c - константа


T

n dtnfttgT

a0

)2sin()(2

T

n dtnfttgT

b0

)2cos()(2

T

dttgT

c0

)(2


Размотримо слање слова ‘b’ кодираног као 01100010.


Различите компоненте Фуријеовог низа различито слабе – последица: изобличење сигнала.

Амплитуде сигнала преносе се без слабљења од фреквенце 0 до неке граничне фреквенце fc.

Овај опсег фреквенција назива се пропусни опсег (bandwidth).

Како гранична фреквенца није оштра, у пракси се за њену вредност узима она при којој снага сигнала опадне на половину.


Пропусни опсег је физичко својство транспортног медијума.

Понекад се помоћу филтера овај опсег ограничава (телефонска линија уместо 1MHz – 3100Hz).


Ако је задата брзина преноса од b битова у секунди, време потребно да се пренесе 8 битова је 8/b секунди.

Тако је фреквенција првог хармоника b/8Hz.

Говорна телефонска линија има вештачи уграђену граничну фреквенцију 0д 3000Hz, па је редни број највишег хармоника који линија пропушта

3000/(b/8) = 24000/b.


Хенри Никвист је 1924. открио да и савршени канал има ограничен капацитет преноса.

Клод Шенон је 1948. проширио Никвистову једначину на канале са случајним шумом.

Ако се произвољни сигнал преноси кроз филтер пропусног опсега H, филтирирани сигнал се може рекоснтруисати ако се узоркује брзином од 2H узорака у секунди.


Ако у систему има V дискретних нивоа, Никвистова теорема гласи:

Највећа брзина преноса (b/s) = 2Hlog2V.

У случају постојања термичког шума, где је снага сигнала S а снага шума V, однос шума и сигнала је S/N.

Обично се наводи вредност10log10(1 + S/N)

изражена у децибелима (dB).


Шенонова једначина даје максималну брзину преноса кроз канал пропусног опсега H и односа сигнала и шума S/N:

Највећа брзина преноса(b/s) = Hlog2(1 + S/N)

изражена у децибелима (dB).

Физички медијуми за пренос података

Магнетни медијуми. Нису својствени рачунарским мрежама.

Упредена парица (twisted pair). До 1988. парице 3. категорије (две благо увијене

жице са по 4 пара у заједничком каблу, 16MHz пропусни опсег).

После 1988. парице 5. категорије (гушће упредене и погодније за рачунарске комуникације, 100MHz пропусни опсег).

У новије време парице 6. и 7. категорије (пропусни опсег 250MHz, односно 600МHz).


Све врсте ових жица спадају у тзв. UTP (Unshielded Twisted Pair).


Коаксијални кабл. 50 када се намењује дигиталном преносу. 70 за аналогне податка, кабловску ТВ и

кабловски Интернет.


Оптичко влакно. Систем за пренос садржи светлосни извор,

преносни медијум и детектор. Светлосни импулс значи бит 1, одсуство импулса

бит 0.Појава преламања светлости омогућава да се

светлосни импулс ‘зароби’ унутар влакна.


Кроз влакно се може простирати више зракова који се одбијају под различитим угловима (вишережимско влакно).

Ако је пречник влакна само неколико таласних дужина светлости, онда оно ради као таласовод и светлост се простире праволинијски (једнорежимско влакно – до 100km са брзином 50Gb/s).

Бежични пренос података

Сматра се да ће се у будућности веза остваривати оптичким влакном или бежично.

Електромагнетне таласе 1865. предвидео Максвел, а доказао их Херц 1887.

Електрично коло – антена – простор – пријемник.

Брзина електромагнетних таласа 3×108m/s у вакууму а у бакарном или оптичком медијуму око 2/3 ове вредности.


Однос између фреквенције, таласне дужине и брзине светлости у вакууму

λf = c


Количина информације коју може да пренесе електромагнетни талас зависи од фреквенције

Физички слој

Documents