Проводные и волоконно-оптические каналы связи

Волоко́нно-опти́ческая связь — способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне позволяет применять волоконно-оптическую связь на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и труднодоступна для несанкционированного использования: незаметно перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю, технически крайне сложно. Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) — термин, используемый телекоммуникационными провайдерами, для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего:

высокоскоростной доступ в Интернет;

услуги телефонной связи;

услуги телевизионного приёма.

ПРОВОДНЫЕВ вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными и-или волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут представлены в конце главы. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся коаксиальные кабели и пары проводов.

В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: "толстый" (thick) диаметром 12,5 мм и "тонкий" (thin) диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого".

Преимущственное применение находят витые пары проводов. Среди витых пар различают экранированные и неэкранированные пары, им соответствуют аббревиатуры STP (Shielded Twist Pair) и UTP (Unshielded Twist Pair). Экранированные пары сравнительно дороги, их используют реже. Неэкранированные пары подразделяют на несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель - пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта с названием 10Base-T) была разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring - пара категории 4. В высокосокростных каналах используют более совершенную витую пару категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц на расстояниях в десятки метров. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100 м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГЦ и 100 м - около 7 дБ. В последнее время созданы витые пары категорий 6 и 7.

Пару проводов часто используют как сбалансированную линию, в двух проводах которой передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом.

1. Канал с линейным фильтром.

Линейный фильтр — динамическая система, применяющая некий линейный оператор ко входному сигналу для выделения или подавления определённых частот сигнала и других функций по обработке входного сигнала. Линейные фильтры широко применяются в электронике, цифровой обработке сигналов и изображений, в оптике, теории управления и других областях.

Наиболее часто они используются для того, чтобы подавить нежелательные частоты входного сигнала или для того чтобы выделить нужную полосу частот в сигнале. Существует большое количество различных типов и модификаций линейных фильтров, в статье описаны наиболее распространённые.

Несмотря на природу фильтра — механическую, оптическую, электронную, программную или электрическую, а также на частотный диапазон, в котором они работают, математическая теория линейных фильтров универсальна и может быть применена к любому из них.

2. Алгоритм защиты от наложения и потери информации.

При использовании алгоритмов сжатия с потерями, как правило, коэффициент сжатия, следовательно, степень потерь качества можно задавать. При этом достигается компромисс между размером и качеством изображений.

Одна из серьезных проблем машинной графики заключается в том, что до сих пор не найден адекватный критерий оценки потерь качества изображения. А теряется оно постоянно − при оцифровке, при переводе в ограниченную палитру цветов, при переводе в другую систему цветопредставления для печати, и, что для нас особенно важно, при сжатии с потерями. При правильном применении алгоритмов сжатия с потерями мы не отличим исходное изображение от сжатого , при этом значительно уменьшим размер файла.

Сжатие с потерями лучше всего работает с теми изображениями, на которых нет повторяющихся узоров или больших областей однотонной закраски. В растровом рисунке, который содержит множество слегка отличающихся друг от друга пикселов (например, 100 немного отличающихся оттенков голубого цвета неба), большие области могут заполняться пикселами одного цвета или пиксельным узором, имитирующим вид исходной области.

В настоящее время создано несколько алгоритмов сжатия с потерями, самым известным из которых является JPEG.

JPEG

Название алгоритма компрессии − аббревиатура от Joint Photographic Expert Group, инициативной группы, образованной из экспертов ITU (International Telecommunication Union) и ISO (International Organization for Standartization). Именно поэтому в ее названии присутствует приставка Joint. В 1992 г. JPEG был объявлен международным стандартом в области графических изображений.