Vezetékes átvitel

Bár vezetékes összeköttetésnél független vezetékekből kialakított huzal-párok használata is elképzelhető, de igen rossz csillapítási és zajfelvevő tulajdonságai miatt ezt a gyakorlatban csak kisebb távolságokra használják. (pl. telefonvezetékek) Gyorsabb jelváltozásoknál az ilyen vezetékpár antennaként jeleket sugároz a környezetébe. A probléma megoldására a gyakorlatban két kialakítást használnak: a csavart érpárt, illetve az árnyékolt (koax) kábeles megoldást.

Csavart érpár

A csavart, vagy más néven sodrott érpár (Unshielded Twisted Pair = UTP) két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. Ha ezt a sodrott érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is körbevesszük, akkor árnyékolt sodrott érpárról (Shielded Twisted Pair = STP) beszélünk. A csavarás a két ér egymásra hatását küszöböli ki, csak kismértékű jelkisugárzás lép fel. Általában több csavart érpárt fognak össze közös védőburkolatban.

Pontosan a sodrás biztosítja, hogy a szomszédos vezeték-párok jelei ne hassanak egymásra (ne legyen interferencia).

6.6. ábra. Csavart érpáras kábel RJ45-ös csatlakozó

191 Ma már akár 10 Gbit/sec adatátviteli sebességet is lehet ilyen típusú vezetékezéssel biztosítani.

Alkalmasak mind analóg mind digitális jelátvitelre is, áruk viszonylag alacsony. A zavarokkal szemben való érzékenységük tovább növelhető, ha plusz árnyékolást alkalmazunk a csavart érpár körül. Az UTP kábelek minősége a telefonvonalakhoz használtaktól a nagysebességű adatátviteli kábelekig változik. Általában egy kábel közös védőburkolatban négy csavart érpárt tartalmaz. Minden érpár a köztük lévő áthallás csökkentése miatt eltérő számú csavarást tartalmaz méterenként. (6.6 ábra)

Koaxiális kábel

A másik vezeték kialakítási megoldás a koaxiális kábelek használata. Felépítése az ábrán (6.7 ábra) látható. Széles körben két fajtáját alkalmazzák: egyik az alapsávú koaxiális kábel, a másik a szélessávú koaxiális kábel. Az előbbinél egyetlen átviteli csatornán maga az információt hordozó jel pl. feszültség halad a kábelen, míg szélessávú megoldásnál egyszerre több átviteli csatornát alakítanak ki, amit a későbbiekben, mint multiplexelést mutatunk be.

6.7. ábra. Koax kábel felépítése

A koaxiális kábelek három igen lényeges jellemzője van: a hullámimpedanciája (Z0), a hosszegységre eső késleltetési ideje és a hosszegységre eső csillapítása.

Régebben ilyen kábelekkel történt a számítógépes hálózatok kialakítása, de ma az ilyen 75Ω -os hullám ellenállású kábeleket már csak a kábeltelevíziós hálózatokban alkalmazzák. Ilyen rendszerekben a jelvisszaverődések okozta zavarok elkerüléséhez fontos a kábelvégződések hullámellenállással történő lezárása. Ez a jelek szétosztásánál is fontos külön elosztó neve:

splitter.

Üvegszál

A jelenlegi legkorszerűbb vezetékes adatátviteli módszer, az üvegszál technológia alkalmazása.

Az információ fényimpulzusok formájában terjed egy fényvezető közegben, praktikusan egy üvegszálon. Az átvitel három elem segítségével valósul meg: fényforrás - átviteli közeg - fényérzékelő. (6.8 ábra)

A fényforrás egy LED dióda, vagy lézerdióda. Ezek a fényt a rajtuk átfolyó áram hatására generálják. A fényérzékelő egy fotótranzisztor vagy fotodióda, amelyek vezetési képessége a rájuk eső fény hatására megváltozik. Az átviteli közeg egyik oldalára fényforrást kapcsolva a közeg másik oldalán elhelyezett fényérzékelő a fényforrás jeleinek megfelelően változtatja az vezetőképességét. Az elektronikában használt optikai kapu működése jól illusztrálja a működési elvet: Az FD fotodiódára az RD ellenálláson keresztül kapcsolt pozitív feszültség a diódát nyitja, az átfolyó áram hatására fényt bocsát ki. Az átviteli közegen (ami esetünkben egy átlátszó anyag) a fény átjutva az FT tranzisztort kinyitja és a felső pontjának feszültsége közel nulla lesz.

192 6.8. ábra. Optikai átvitel alapelve

Az, hogy ez a módszer nagyobb távolságokon is működjön, átviteli közegként üvegszálat kell alkalmazni és a fényveszteségeket minimálisra kell csökkenteni.

A fényveszteség három részből áll: a két közeg határán bekövetkező visszaverődés (reflexió), a közegben létrejövő csillapítás és a közegek határfelületén átlépő fénysugarak. Az első hatás a határfelületek gondos összeillesztésével minimálisra csökkenhető. Döntő jelentőségű az a tény, hogy a csillapítás nem az üveg alapvető tulajdonsága, hanem azt az üvegben lévő szennyeződések okozzák. Ezért ez, megfelelő anyagválasztással minimalizálható.

Az üvegszál mentén történő fénykilépést az optikában jól ismert teljes visszaverődés jelensége megakadályozza. Ha a közeg határfelületére érkező fénysugár beesési szöge elér egy kritikus értéket, akkor a fénysugár már nem lép ki az üvegszálból, hanem visszaverődik. Az üvegszálban több, az ADÓ-ból kibocsátott fénysugár ide-oda verődik, az ilyen optikai szálakat többmódusú üvegszálnak (multimode fiber) nevezik. Ha azonban a szál átmérőjét a fény hullámhosszára csökkentjük, akkor a fénysugár már verődés nélkül terjed. Ez az egymódusú üvegszál (single (mono) mode fiber). ADÓ-ként ilyenkor lézerdiódát kell alkalmazni, melynek segítségével sokkal hatékonyabb, nagyobb távolságú összeköttetés alakítható ki. Gondoskodni kell arról, hogy az optikai szálat csak minimális fizikai terhelés érje.

6.4.1. Vezeték nélküli átvitel

A kommunikációban alkalmazott elektromágneses hullámok széles frekvenciatartományt foglalnak amint ezt az ábrán összefoglaltuk (6.9. ábra).

6.9. ábra. Elektromágneses tér felosztása

193 A jelenlegi tendenciára jellemző a vezeték nélküli megoldások elterjedése, amelyek fény (infravörös, lézer) vagy rádióhullám alapúak lehetnek. Fontosságát illusztrálandó, vizsgáljuk meg, hogy egy mobiltelefon hány vezeték nélküli kapcsolatot képes kezel:

1. GSM - Global System for Mobile Communications 900,1800,1900 Mhz-en telefonálunk

2. WIFI - Wireless Fidelity (ez nem tekinthető a rövidítés általánosan elfogadott kifejtésének) vezeték nélküli csatlakozás az otthoni, munkahelyi hálózathoz, vagy mobil hálózathoz WIFI-s elérési ponton (access point, hotspot), routeren keresztül, 2.4 GHz-5 GHz -en;

3. GPS - Global Positioning System (Globális Helymeghatározó Rendszer) 1.5GHz-1.2GHz

4. Bluetooth - rövid hatótávolságú, adatcseréhez használt, nyílt, vezeték nélküli szabvány 2.4GHz-en

5. NFC - Near Field Communication nagyon rövid hatótávú kommunikáció eszközök között 13.56 MHz-en

6. Infra – távirányító helyettesítésére. Irda-InfraRed Data Association, infravörös adatátviteli kommunikációs szabvány

7. Mobilinternet: GSM hálózatot használja, Sebességtől függően 3G-4G-LTE. Most jön:

5G - 100Mbit-1Gbit adatátviteli sebesség! 28-37-39 GHz frekvencián 8. Vezeték nélküli töltés

Vagyis ma már készíthető olyan mobiltelefon/számítógép, aminek egyetlen vezetékes csatlakozója sincs!

Fényt használó átvitel: lézer, infravörös fény

A lézer és infravörös fényt alkalmazó ADÓ-VEVŐ párok könnyen telepíthetők háztetőkre, a kommunikáció teljesen digitális, a nagyobb távolság áthidalását lehetővé tévő energiakoncentrálás miatt rendkívül jól irányított, amely szinte teljesen védetté teszi az illetéktelen lehallgatással, illetve külső zavarással szemben. Sajnos a láthatósági feltételek miatt az esõ, köd. légköri szennyeződések zavarként jelentkeznek. A számítógépes rendszerekben az információátvitel ilyen módja fokozatosan terjed, IrDA néven már szabványos megoldása is létezik. (Készülékek távirányítói.)

Rádióhullámot használó átvitel: WIFI, 4G, BT, NFC, Lora, műhold

Számos megoldás van, amelyek az elektromágneses hullám terjedésén alapulnak, és ahol az áthidalható távolság, illetve az adatátviteli sebesség a legfontosabb tervezési szempontok.

Az alkalmazott megoldás a mikrohullámú átvitel. A frekvenciatartomány 1-40 GHz között lehet. Nagyobb távolságoknál, (a láthatóság feltétel!) a kiemelkedő antennatornyokon elhelyezkedő parabola adó és vevőantennák, egymással mikrohullámon kommunikálnak. A távolság növelését jelismétlő, reléző állomásokkal oldják meg, azaz a vett jelet egy más frekvencián a következő reléző állomásnak továbbítják. Problémaként jelentkeznek a viharok, villámlások, egyéb légköri jelenségek. A frekvenciasávok kiosztása átgondolást igényel, és hatósági feladat.