Широколентови мобилни комуникационни системи. Мрежа за радиодостъп и опорна част от широколентови мобилни мрежи от трето и четвърто поколение. Услуги в широколентови мобилни мрежи

Широколентови мобилни комуникационни системи.

Мрежа за радиодостъп и опорна част от широколентови мобилни мрежи от трето и четвърто поколение.

Услуги в широколентови мобилни мрежи

Типовете услуги, осигурени от UMTC са: телеуслуги; носещи услуги; допълнителни услуги; възможности за услуги.

Телеуслуги - телефония, спешни повиквания, услуги за предаване на кратки съобщения; услуги за излъчване на кратки съобщения; услуги за гласово излъчване; алтернативна смяна на реч и факс от група 4; факс; интернет достъп; гласова поща; гласово повикване в група; мултимедийни услуги (6 категории - конферентни, разговорни, разпръсквателни, за извличане на информация, за съобщения, за събиране на информация..

Телеуслугите могат да се разглеждат като множество от възможности  на горните слоеве, използващи възможностите на ниските слоеве. За да се осигури взаимодействие с телеуслуги на други мрежи, е необходимо всяка мобилна мрежа да поддържа поне следните три стандартизирани услуги: предаване на реч; спешни повиквания и услуги за кратки съобщения.

Телефония (предаване на говорна реч) - мобилната мрежа трябва да съдържа единици за взаимодействие, които позволяват приемане на повиквания, предназначени за потребители на съществуващи мрежи като обществената телефонна мрежа (PSTN) или цифровата мрежа с интерпретация на услуги (ISDN). Тези единици трябва да могат да генерират тонални сигнали и да откриват тонални сигнали. За да се осигури качествена гласова услуга е необходим кодек на речта, който да оперира с минимални загуби при прехвърляне между мрежа за достъп на GSM и мрежата за достъп на UMTS.

Спешни повиквания - използва се компонент на речта, изискванията за автентикация са намалени в сравнение с телефонията, но има изисквания за специфична маршрутизация и по-висок приоритет от обикновените повиквания.

Услуга за предаване на кратки съобщения - разрешава предаване на кратки съобщения от точка до точка през мрежата за достъп на GSM и мрежата за достъп на UMTS.

Услуга за излъчване на кратки съобщения - разрешава излъчване на кратки съобщения от точка до точка през мрежата за достъп на GSM и мрежата за достъп на UMTS.

Достъп до интернет - Спецификациите на 3GPP дефинират средства за взаимодействие с външни мрежи на данни. Взаимодействието задоволява изискванията за качество на обслужването (QoS) на взаимодействащите си мрежи в рамките на ограничението на мобилното оборудване и радиосредата. Спецификацията на оптимизирания достъп до Интернет е част от 3GPP спецификациите и води до: оптимизирано предаване на IP трафик по радиоинтерфейса (минимизиране количеството предавана информация); оптимизиране използването на протоколи (алгоритми) за криптиране на информацията предавана по радио-преносната среда; осигуряване на QoS при взаимодействие между мрежите.

Принципи на клетъчните радиомрежи - архитектура, параметри, физически и логически канали.

Принципи на клетъчните радиомрежи

Основните изисквания към клетъчните системи са: осигуряване на дуплексен режим на работа; реализиране на връзки мобилен телефон - мобилен телефон; реализиране на връзки между мобилни телефони и абонати на обществената комутируема телефонна мрежа; пълна съвместимост в национален и глобален мащаб; възможност за обслужване на много типове телефони (фиксирани - PSTN и ISDN, мобилни телефони, портативни) по едно и също време.

Многократно използване на честотите - за разлика от ведомствените мрежи, абонатите на обществената радио-комуникационна система са стотици милиони и практически може да се счита, че броят им е неограничен. Разговорите между тях трябва да са конфиденциални и да не си пречат. Задачата за свързването на два абоната се решава чрез комутация.

В автоматичните телефонни централи посредством комутацията се изгражда канал за връзка между свързващите се абонати. В мобилните мрежи, разговорът се транслира по носещи честоти. Тъй като за всеки дуплексен разговор са нужни две честоти (за всяка от посоките), то капацитетът на мрежата за едновременно водени разговори е половината от броя на предоставените носещи честоти.

Както е известно, радиоспектърът е силно натоварен с радиопрограми, телевизионни програми, ведомствени радиомрежи, чието разрастване стеснява още повече остатъчното честотно пространство. Честотните ленти, които могат да бъдат използвани за появилите се хронологически по-късно мобилни комуникации са в свръхвисокочестотния диапазон, малко са на брой и не могат да станат повече, тъй като честотите са силно ограничен природен ресурс. Когато абонатите са много, средствата за комуникация са малко, достъпът става труден. Често дава "заето" и се получават големи загуби на трафик. За да се преодолее този проблем, радиомрежите се организират като клетъчни системи.

В основата на клетъчните системи стои  т.нар. клетка на радиопокритие. В центъра на клетката се поставя базова станция за мобилни връзки (BS), която покрива с радиокомуникация кръг от земната повърхност, зависима от мощността на предавателя. Свръхвисокочестотните вълни се разпространияват по права линия, което поради закръглеността на земната повърхност, не позволява максималният радиус на покритие да надвишава 40-50 км.

Базовата станция излъчва сигнал, чиято амплитуда намалява с квадрата на разстоянието до станцията. Тя се явява център на област с приблизително кръгла форма, в която се оформят 3 зони с плаващи граници (фиг.9.3)

Зона на предаването - приемникът може да установи връзка с предавателя и сам може да работи като предавател

Зона на улавяне - в пределите на тази зона мощността на сигнала е достатъчна за отделянето му от фоновия шум и може да бъде уловено предаването, но грешките са твърде много за да се реализира сигурна връзка

Зона на шума - тук приемникът не е в състояние да улови получените сигнали, самият предавател създава шум, който смущава другите предаватели

За да се избегнат недопустими загуби на трафик, клетките се правят значително по-малки от теоретичното изчисленото ограничение от физическото разпространение на радиовълните. Намаляването мощността на предавателя води до намаляване размера на клетката, броят на абонатите в обсега ѝ също намалява значително, което позволява броят на предоставените ѝ честоти да е напълно достатъчен за качествено обслужване на комуникационния трафик. При очаквана голяма плътност на абонати, площта на клетката се снижава до радиус от няколко стотин до няколко десетки метра.

Клетъчната архитектура на мобилните мрежи позволява да се покрие голяма земна площ с много на брой частично припокриващи се клетки всяка от които използва един и същ общ честотен диапазон, но в съседни клетки, носещите честоти винаги са различни. Методът се нарича многократно използване на честотите и практическото му приложение се реализира с разработка на честотен план при проектирането на мобилната мрежа.

Необходимостта от частично припокриване на съседни клетки (за да няма необслужени пространства) установява формата на всяка клетка като правилен шестоъгълник. Тези съображения изискват мобилната мрежа да бъде изградена от до няколко хиляди базови станции за един мобилен оператор. В този контекст радиопокритието на земната повърхност от мобилната мрежа наподобява "пчелна пита" от огромен брой шестограмни клетки.

Решаващите преимущества на клетъчните системи с голям брой малки по размер и мощност клетки:

1. Когато две клетки не са в непосредствена близост помежду си, техните зони на шум (фиг.3.9) практически не се покриват, което позволява тези две клетки да работят на една и съща честота, която с помощта на пространствено уплътнение може да бъде използвана в много на брой различни, (несъседни) места покрити от мрежата.

2. При голяма плътност на абонатите (голям абсолютен брой), чрез намаляване радиуса на клетката до няколко десетки метра, техния относителен брой на една базова станция може да се поддържа в ниски граници (както е при клетки с голям радиус и малка плътност).

3. Инсталираната електрическа мощност на предавателите в базовите станции не е от първостепенна важност, но от съществено значение е мощността на предавателите в мобилните апарати. По-малките радиуси на покритие прави тези устройства много по-компактни, което в крайна сметка е едно от най-важните удобства за потребителя на услугата.

4. Клетъчните системи по същество са с разпределени параметри и големият брой на клетките ги прави много по-надеждни, тъй като излизането от строя на една базова станция няма катастрофални последици за целостта на мрежата, както би се случило при излизане от строя на мощен радиопредавател с голямо покритие.

Очевидно, за да не си пречат, носещите честоти могат да се повтарят минимум през клетка, когато сигналите им са достатъчно затихнали. Това води до образуване на конфигурация от 7 клетки (клъстер) във всяка от които задължително трябва да има честота, различна от честотите в останалите 6 клетки от клъстера (фиг.9.5а). Възможна и работеща конфигурация с по три клетки в клъстер (фиг.9.5.в)

Освен изброените съществени предимства, клетъчната архитектура от голям брой малки клетки има един основен недостатък - доста скъпа реализация. Значителното оскъпяване има две измерения:

1. Клетъчната концепция води до необходимост от добре развита и съгласувана система от голям брой базови станции, комутационни устройства, контролери, регистратори на местонахождението на станциите

2. При статистически доста по-честото преминаване на абоната от радиопокритието на една клетка в радиопокритието на друга клетка, връзката трябва да се прекомутира без това да я прекъсва и абонатът да ползва непрекъсната качествена услуга. Техническите реализации за обезпечаване на това важно изискване за качество също оскъпява системата.

Архитектура на GSM системата.

Блокова схема - системата има сложна йерархична структура (фиг.9.10).

GSM се състои от 3 подсистеми: радиовръзка (RSS), мрежи и комутации (NSS) и операционна система (OSS). Връзките между RSS и NSS се осъществяваt чрез интерфейс A, а тези на RSS и NSS с OSS - с интерфейс O

Интерфейс А функционира на базата на импулсно-кодовата модулация с комутация на каналите (2048 Mbit/s) като поддържа до 30 канала със скорост 64 Kbit/s.

Интерфейс O използва Сигнализция Nо7 (SS7). Тя се основава на предаване на управляваща информация през мрежа X.25 към подсистемата RSS.

Подсистемата за радиовръзка - RSS се състои от мобилни станции, базови станции и контролери BSC

Мобилната станция (мобилен апарат) - MS представлява мобилен терминал, който съдържа цялото потребителско оборудване и софтуер, необходими за свързването на MS мрежата с GSM:

• Независимо от абоната апаратно и програмно осигуряване, предавател с мощност 2W (GSM 900) или 1W (GSM 1800), схеми за опознаване на оборудването EI, за защита от кражби, телефонен и други видове интерфейс (компютърни радиомодеми, за технологиите IrDA или Bluetooth), и др.
• Модул за идентификация на абоната (SIM - Subscriber Identity Module), представлява персонална абонатна карта за всеки абонат, регистриран в мрежата на даден мобилен оператор. SIM картата съдържа всички индивидуални данни на потребителя (абонатен профил, такси и др.), идентификатори (No, тип на картата, списък абонаментни услуги, персонален идентификационен номер PIN, ключ за деблокиране PUC, ключ за автентикация K1 и международната идентификация на мобилното оборудване IMEI (International Mobile Equipment Identity).

Базовата станция BS отговаря за: поддръжката на радиовръзките с MS, кодиране и декодиране на канала, защита от грешки, криптиране с цел засекретяване на разговора, контрол на нивото на сигналите и качеството на обслужване, регулиране скоростта на предаване в безпроводната среда и др. Базовата станция е оборудвана с всички устройства за осъществяване на радиокомуникация - антени, усилватели, устройства за обработка на сигналите и др. Връзката ѝ с мобилната станция се осъществява посредством интерфейс U_m, а с контролерите - чрез A_bis . Базовата станция осигурява входна точка за множеството мобилни телефони, които са в покритието на клетката, разрешава им да отправят или приемат повиквания. Интерфейсът U_m, прилага всички методи (TDMA, CDMA), необходими за безжична връзка.

Контролерът за базовите станции (BSC) в GSM системата координира функциите на няколко базови станции. Той задава честотите, които могат да се използват от контролираните базови станции. Управлява превключването на разговора при пресичане границата между две клетки като уведомява базовата станция в клетката, която трябва да поеме разговора, както и мобилната станция за промяната. Връзката между базовите станции и контролера могат да бъдат реализирани по различни топологии - звезда, пръстен, каскада и др.

, параметри, физически и логически канали.

Методи за множествен достъп до комуникационния канал - SDMA, FDMA, TDMA и CDMA (WCDMA)

Управление на достъпа до мобилната клетъчна мрежа - в мобилните мрежи съществува проблемът за едновременното участие на много абонати (множествен достъп) в ограничен честотен диапазон, осигурен от оператора на мобилната връзка. Във фиксирана мрежа, терминалът има осигурена физическа точка за достъп до нея.

В телекомуникационните системи потребителите поделят помежду си ограничения брой канали по определен начин. Методът за поделяне на канала се нарича метод за достъп. Потребителите получават достъп до системата чрез разделяне на системата на една или повече операционни области: честота, време, пространство и код. Тук са разгледани накратко методите за множествен достъп: с времеделение на канали (Time Division Multiple Access - TDMA), който се използва от повечето цифрови клетъчни системи. Аналоговите системи използват множествен достъп с честотно деление на канали (Frequency Division Multiple Access – FDMA), а някои системи използват множествен достъп с кодово деление на канали (Code Division Multiple Access – CDMA).



Методи за множествен достъп до комуникационния канал - SDMA, FDMA, TDMA и CDMA (WCDMA)

Множествен достъп с пространствено разделение SDMA (Space Division Multiple Access) - Мобилният телефон е в състояние да приема едновременно няколко сигнала от различни базови станции, но качеството на всеки един от тях е различно. Алгоритъмът за множествен достъп трябва да води до еднозначен избор на най-добрата връзка. Това означава той непрекъснато да измерва нивото на сигналите и да отхвърля останалите. В основата на SDMA е заложена клетъчната концепция за инфраструктура на мобилните мрежи, чрез която се постига уплътняване на каналите чрез пространствено разделение.

Множествен достъп с честотно разделяне на каналите FDMA (Frequency Division Multiple Access) - При този метод на всеки абонат по време на разговора се заделя честотен канал с ширина = ширината на честотната лента Δf . През цялото това време абонатът разполага с този канал без ограничения. Щом абонатът приключи разговора, каналът се освобождава и може да бъде предоставен на друг потребител. По същество този метод се свежда до начина на работа на мултиплексните цифрови системи с честотно разделяне на каналите.

Множествен достъп с временно разделяне на каналите TDMA (Time Division Multiple Access) -  уплътняването по време представлява последователно предоставяне на преносната среда за къси интервали от време на множество сигнали с цел тяхното пренасяне. За да работи надеждно такава схема е необходима синхронизация на предавателя и приемника. Когато на всеки канал се отдели свой постоянен временен промеждутък се говори за фиксирана схема. При метода за множествен достъп с времеделение TDMA един съобщителен канал се използва от много потребители, като всеки потребител използва канала в строго определен период от време. Тези периоди от време се разглеждат като времеинтервали. За всеки мобилен телефон е определен един времеинтервал в канала в права посока и един в канала в обратна посока. Информацията, която се изпраща в един времеинтервал по даден канал, се нарича серия. По време на активна връзка мобилните телефони не предават и приемат непрекъснато, а на серии.

Фиг.3.7 Цикъл от 8 времеинтервала при използване на метода TDMAв GSM система

Множествен достъп с кодово разделяне на каналите CDMA (Code Division Multiple Access) -  това е най-сложният метод, но в много отношения - най-съвършен. Всички канали използват една и съща честота по едно и също време, а разделянето се постига чрез присвояване на определен код за всеки канал, така че само получател, настроен на този код да може да го приеме. Главното предимство на кодовото разделяне е добрата му защитеност от преслушване и смущения. Кодовото пространство за разлика от честотното е практически неограничено и това прави метода силно приложим особено в безжичните комуникации. Недостатък се явява единствено сложността на приемника, който трябва знае кода на своя канал и да го отделя от фоновия шум и трябва да има точна синхронизация между предавателя и приемника.

Модели на външно разпространение на радиовълните (Outdoor). Модел на Okumura. Модел на Hata

Модели на външно разпространение на радиовълните (Outdoor). Модел на Okumura. Модел на Hata

Разпространение на радиовълните в мобилното пространство. Дълготрайно затихване на сигнала. Загуби при разпространение. Загуби от засенчване. Кракткотрайно затихване. Параметри на времевата дисперсия и вариантност. Описание на обвивката на сигнала

Разпространение на радиовълните в мобилното пространство.

Основни характеристики на радиовълни

При мобилните телефонни системи, за разлика от фиксираните, за предаване на информационните и служебните сигнали се използват не съобщителни кабели, а електромагнитни (радио) вълни. Радиовълните се характеризират с амплитуда, фаза, честота и дължина на вълната, скорост и посока на разпространение и т.н.

Честота - Честотата на една радиовълна се определя от броя на колебанията за единица време (1 секунда - s) и се измерва в херци (Hz), където 1 Hz посочва едно колебание за секунда. Означава се с f. В практиката много често радиовълните се описват, вместо с честота, с дължина на вълната.

Дължина на вълната - Дължина на вълната е най-малкото разстояние между две еднакви фазови състояния на вълната. Означава се с l и се измерва в метри (m).



Връзката между честотата f и дължината на вълната l във въздуха се дава със скоростта на светлината във вакуум (с = 3.108 m/s) чрез следната зависимост:

l = c / f

Например за GSM 900, дължината на вълната l е: l = 3 х 108 / 900 MHz = 0.33 m (или 33 сантиметра)

Широчина на честотната лента - според честотата си елекромагнитните вълни се разделят на честотни обхвати. Широчина на честотната лента (честотен обхват, диапазон) е терминът, използван за описание на обхват от честоти, намиращи се в определени граници. Международното разделяне, използвано в радиотехниката, е представено на табл.3.1.

На фиг.3.2 е показано използването на съответните честотни обхвати от различни приложения.

Най-често в мобилните комуникации се използват радиовълни с честоти от 400 до 2 000 MHz. При тях се постига компромис между количеството на предаваната информация и големината на зоната на покритие.

Радиоканал - в зависимост от начина на предаване на информацията комуникационните канали биват: симплексен (с една посока на предаване) - радио, телевизия; полудуплексен (възможни две посоки на предаване, но разделени по време) - радиостанции за говорна връзка; дуплексен (с осигурени две посоки на предаване по всяко време) - мобилни системи за телефония и интернет достъп

Фиг.3.2 Използване на различни честотни обхвати

Дуплексно отместване - ползването на дуплексни канали изисква между предаването в права и обратна посока да бъде осигурено минимално честотно отстояние. То се нарича дуплексно отместване. Липсата на дуплексно отместване води до взаимни негативни влияния (смущения) между сигналите, предавани в противоположни посоки. На фиг.3.3 се вижда дуплексното отместване за стандарта GSM 900.

Фиг.3.3 Дуплексно отместване

Отделяне между носещите честоти и широчина на канала - освен дуплексното отместване всяка мобилна система включва и отделяне между носещите честоти. Това е разстоянието в честотната лента между каналите, използвани за предаване в една и съща посока. То е необходимо, за да се избегне припокриването на информация, предавана по два съседни канала. Честотният обхват, в който се разпределя електромагнитната енергия при предаване на информация по един канал, се нарича широчина на канала. На фиг.3.4 е показана връзката между широчината на канала в GSM и съответното отделяне на носещите от 200 kHz.

Фиг.3.4 Широчина на канала и отделяне между носещите честоти в GSM 900

Основни проблеми при предаване в клетъчни системи - проблемите, които могат да възникнат при разпространение на радиовълните, обикновено са: загуби от разсейване при разпространение на радиовълните, което представлява естественото затихване с увеличаване на разстоянието от предавателната антена; фадинг (засенчване) или фадинг на Релей (наричан още многопътен фадинг), който представлява затихване на радиосигнала, поради наличието на прегради между приемника и предавателя; дисперсия (отместване) във времето, възникващо поради многопътното разпространение и причиняващо междусимволна интерференция (само в цифрови системи); закъснение във времето на приетата информация (само в цифровите системи).

Дълготрайно затихване на сигнала. Загуби при разпространение.

Поради разсейването на енергията на радиовълните, затихването на излъчените сигнали в свободно пространство теоретично е обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от предавателната антена. За мобилните системи това затихване е обратно пропорционално приблизително на разстоянието на четвърта степен (фиг.3.8).

Фиг.3.8 Загуби при разпространение на радиовълните

Проблемът със загубите на мощността на сигналите по радиотрасето трябва да се вземе предвид, когато се проектира мрежата и се определят броят на базовите станции в областта и необходимата излъчвана мощност в клетките.

Загуби от засенчване - Мобилните телефони, използвани в мобилните клетъчни мрежи, обикновено се движат през области с препятствия с различен размер като планини, сгради и тунели. Понякога тези пречки засенчват или напълно отсичат радиосигнала. Въпреки че последствията от такива засенчващи ефекти зависят от размера на препятствието и от разстоянието до него, мощността на приетия сигнал неизбежно варира. Този тип фадинг се нарича фадинг от засенчване (фиг.3.9).

Фиг.3.9 Фадинг от засенчване

С цел минимизиране на ефекта от фадинга при засенчване базовите станции се разполагат колкото се може по-високо или близко една до друга, така че мобилните телефони да могат да комуникират около големите препятствия чрез смяна на базовата станция.

Краткотрайно затихване - нарича се фадинг на Релей или многопътен фадинг възниква поради приемане на няколко сигнала в приемника – отразени от близки обекти. Тези сигнали, пристигащи от различни посоки, се различават по фаза, когато достигнат до приемната антена, тъй като са изминали различни разстояния. При придвижването на предавателя или приемника разликата във фазите се променя и понякога причинява усилване на сигнала, а понякога - отслабване. Това води фадинг, който в много случаи причинява силно затихване на сигнала (спадове на фадинга).

Фиг.3.10 Многопътно разпространение на радиосигналите

Фиг.3.11 Фадинг на Релей

За да се минимизира негативния ефект от фадинга на Релей, нерядко базовите станции имат по две приемни антени, монтирани на дадено разстояние една от друга, за да се намали влиянието на смущенията, възникващи като резултат от фадинга на Релей. Тази организация се нарича пространствено разнесено приемане (фиг.3.12)

Фиг.3.12 Пространствено разнесено приемане

Като алтернатива или допълнение на пространственото разнесено приемане, което може да се използва в цифровите системи, е въвеждането на скачане на носещата (честотно разнесено приемане). Тъй като разстоянието между спадовете в нивото на сигнала зависи от използваната честота, спадовете ще се появяват на различно разстояние за различни честоти. Вероятността да се приеме добър сигнал се увеличава, ако се прилага метод на смяна на честотните канали в кратки интервали. На фиг.3.13 е илюстрирано скачането на носещата в GSM. По време на TDMA цикъл с номер N се използва честота f₁, а по време на TDMA цикъл с номер N+1 се използва друга честота f₂. Повикването използва един и същи времеинтервал, но сменя честотата съгласно предварително определен образец.

Фиг.3.13 Скачане на носещата в GSM

Параметри на времевата дисперсия и вариантност - друг проблем, причинен от отражението на радиосигналите, е отместването (дисперсия) във времето. На фиг.3.14 е илюстрирано предаването и приемането на последователност от битове (в случая единица, последвана от нули). Мобилният телефон приема два сигнала: единият от тях е отразен от обект на разстояние няколко километра от него. Ако разликата в разстоянието, пропътувано от двата сигнала, е близо 2 километра, мобилният телефон ще приеме 0 от директния сигнал (третия бит) и единица от отразения сигнал (първия бит). Това явление се нарича междусимволна интерференция. Ако отразеният сигнал е с достатъчно голяма мощност, такава интерференция ще причини затруднения при определяне на това, какво е прието: 1 или 0.

Фиг.3.14 Отместване във времето

Описание на обвивката на сигнала

Двупроводни и четирипроводни връзки. Диференциална система. Преобразуватели на честота; генератори; усилватели; филтри; автоматично регулиране на усиливането; ограничител на амплитудите, регулатори на динамичния обхват; амплитудни и фазови изравнители

Двупроводни и четирипроводни връзки. Диференциална система.

Ако информацията се  предава по двупроводна линия (фиг.3.1б), представляваща кабелна двойка, поради линейния пасивен характер на линията, предаването е възможно и в двете посоки. Такъв канал често се нарича физически канал, за да се отличава от канал, получен чрез модулация, филтри, усилвания, който се нарича високочестотен канал.

Повечето от обработките на сигналите във високочестотния канал се правят от устройства с еднопосочно действие и ясно формулиран вход и изход (модулатори, усилватели и др.). Това означава, че за всяка от двете посоки на предаване на сигналите при двустранна (дуплексна) комуникация по високочестотен канал трябва да има по една двойка проводници и всички блокове, необходими за предаването на сигнала. Това прави връзката по високочестотния канал четирипроводна. Същевременно голяма част от преносните среди, използвани в комуникационните системи са двупроводни (абонатните линии и част от съединителните линии). Това поражда проблема за осъществяване на преход от двупроводна към четирипроводна линия. Този преход се реализира с т.нар. диференциална система (фиг.4.4а).

Основен елемент в системата е диференциалният трансформатор, една от намотките на който е разделена на две равни части. Ако импедансът Z_б на балансната верига се подбере така, че да съвпада с за всички честоти с импеданса на двупроводната линия, системата ще бъде балансирана. Токовете i₁ и i₂ (фиг 4.4а), породени от приемания сигнал и обтичащи двете половини на диференциалната част на трансформатора, ще бъдат равни и във вторичната намотка на този трансформатор (в посока "предаване") няма да се прехвърли приеман сигнал. Така се предотвратява обратна връзка, която е изключително нежелана, тъй като и в двете посоки на четирипроводната връзка има множество усилватели и системата трябва внимателно да се пази от самовъзбуждане.

Половината от мощността на приемания сигнал се отклонява към балансната верига, а в двупроводната верига постъпва само другата половина, което съответства на затихване от 3dB в посока приемане. Тази загуба на половината от приетата мощност е цената, на която се постига премахването на връзката между посоките приемане и предаване в четирипроводната верига. Затихванията a_1-2 = a_1-3 = 3 dB, a a_3-2 → ∞

Съществуват множество схеми на реални диференциални системи. Най-често те са двутрансформаторни като между т.1 и т.3 се включва още един диференциален трансформатор, за да се съхрани симетрията и на двата проводника в двупроводната верига.

На фиг.4.4б е показана резисторна диференциална схема, която се състои от два резистора. Ако R₁ = R₂ и Z_б = Z_л , системата ще бъде балансирана и тогава затихванията a_1-2 = a_3-1 = 6 dB , a a_3-2 → ∞

Тази система е много по-евтина, лесно се реализира и се поддава на микроминиатюризация. Недостатъци са по-големите загуби и липсата на галванично разделяне между различните посоки на предаване.

Предлагат се и множество активни диференциални системи, изградени от няколко резистора и един или няколко операционни усилвателя.

Диференциалната система е масово използвано устройство. С нея завършват всички абонатни линии, водещи към цифрови комутационни системи.

Преобразуватели на честота; генератори; усилватели; филтри; автоматично регулиране на усиливането; ограничител на амплитудите, регулатори на динамичния обхват; амплитудни и фазови изравнители

Еднопроводна и двупроводна връзка. Въздушни линии. Абонатни кабелни двойки. Съединителни линии. Симетрични и коаксиални кабели. Вълноводи. Свръхпроводящи и оптични кабели. Радиорелейни линии. Спътникови линии

Основни понятия:

Преносна среда - физическата среда, в която се разпространява сигнала от предавателя до приемника информация. Преносната среда бива непрекъсната (проводна линия) и прекъсната (ефир)

Проводна линия - изкуствено създадена направляваща среда с непрекъсната конструкция, в която електромагнитната енергия във вид на конкретно формиран сигнал се предава в съответното направление.

• електропроводни линии - сигналът е електрически ток, биват въздушни или кабелни
• световодни (оптически), в които сигналът е светлинен лъч, вълноводи

Ефир - сигналът се предава във вид на радиовълни в открито пространство, където неговото поведение е трудно предсказуемо и във вакуум, където поведението му е почти напълно предсказуемо.

При разпространението си в преносната среда, сигналът губи част от енергията си и постепеннно затихва. Колкото е по висока честотата, толкова затихването е по-бързо. Това налага загубите на енергия да се компенсират. Това става с помощта на усилватели за аналоговите сигнали и регенератори на цифровите сигнали.

Освен това се налага сигналите да се разпределят и съгласуват с преносната среда. В ефира не могат да се предават постояннотокови сигнали - за тяхното пренасяне се използват модулации, което превръща преносната среда в преносна система. Преносни системи са кабелните, радиорелейните и сателитните линии.

Електропроводни линии с разпределени параметри.

Елементите на телекомуникационния канал - усилватели, разделители, филтри и др. имат съсредоточени в определени места параметри (активни елементи, съпротивления, капацитети, индуктивности), а свързващите линии имат характера на верига с разпределени равномерно по цялата дължина параметри (сечение, материал на проводниците, диелектрична проницаемост и др.). Линиите с разпределени параметри се наричат още и хомогенни.

Ако в началото на една хомогенна линия се включи източник на постоянно напрежение U в двата проводника на линията се проявяват противоположни по полярност електрически заряди. Потенциалната разлика между тях формира електрическо поле с интензитет Е (фиг.3.3) В резултат на възникналия електрически ток(движението на зарядите по дължината на линията) около проводниците се възбужда магнитно поле с интензитет H.

Когато източникът е с променливо напрежение, електрическото и магнитното поле се изменят хармонично (по синусоидален закон) и алтернативно (максимум на едното поле съответства на минимум на другото и обратно). Изменението става с честотата на източника и се разпространява по линията като електромагнитна вълна. Поради съпротивата на преносната среда (т.нар. вълново съпротивление) Z_c, сигналът постепенно затихва по амплитуда и се изменя по фаза. Конкретните стойности на това затихване е функция от характеристиките и параметрите на преносната линия.

|Z_c| = |E| / |H| =  |U| / |I|  [Ω], където U и I са напрежението и тока по линията.

Еднопроводна и двупроводна връзка. 

Най-простата връзка се реализира с един проводник, а като втори проводник, който затваря електрическата верига се използва земята (фиг.3.1а)

Еднопроводната връзка е много икономична, но сериозният и недостатък е, че е силно уязвима от шумове. Единичният проводник се проявява като антена за смущаващи полета от всякакъв вид (преносни електропроводи, контактни мрежи на ел.транспорт, атмосферно статично електричество, близост до други проводници и др.) Неприятното е, че при еднопроводната схема, целият смущаващ ток I_cм преминава по линията и стига до приемника, като силно влошава качеството на приемане на полезния сигнал. Този проблем успешно се елиминира при двупроводните линии (фиг.3.1б), където изграждането на линията е реализирано с два близки и симетрично разположени спрямо земята проводника. При тази схема, смущаващите токове, индуцирани в проводниците имат почти напълно равна големина и противоположна посока, което взаимно ги неутрализира. Това дава съществено предимство на двупроводната линия и я прави масово използвана.

Електрически параметри на преносните линии.

Първични параметри - активно съпротивление R [Ω] (проводимост G = 1/R [S]), капацитет C [F] и индуктивност на линията L [H], съотнесени на километър от линията.

активното съпротивление има 4 основни проявления - съпротивление по постоянен ток, зависи от материала и сечението на проводника; скин-ефект - плътността на тока е по-голяма по периферията на сечението, пропорционален е на проводимостта, магнитната проницаемост на материала и честотата; ефект на близост - плътността на тока в участъците от проводника в близост до другия проводник е по-висока отколкото в останалата част на проводника; вихрови токове - породени от нехомогенността на материала на микро ниво.

капацитетът - линията наподобява кондензатор, чиито електроди са проводниците, а диелектрикът между тях - изолацията при кабелните линии или въздуха при въздушните.

проводимостта на изолацията (утечка) - диелектрични загуби от несъвършенствата в изолацията.

индуктивността - сигналът създава магнитно поле около проводника. Зависи от магнитните свойства на материала на проводниците, разстоянието между тях и сечението  им.

Може да се приеме с достатъчна практическа точност, че всяка хомогенна линия се състои от неограничен брой безкрайно малки последователно свързани четириполюсници (фиг.3.5)

С риск да се допусне известна неточност на модела, тази концепция може да бъде представена със заместващата четириполюсна схема от фиг.3.6.

Основите фактори, които влияят върху първичните параметри на съобщителните линии са честотата на сигнала, сечението на проводниците и разстояннията между тях.

Вторични праметри - зависят от честотата на сигнала ω = 2πf и от всички първични параметри на линията.

километричен коефициент на затихване α - величина, която характеризира затихването на сигнала. Тя дава количествена оценка за намаляването на тока, напрежението или мощността на сигнала при неговото разпространение по линия с дължина 1 км и се измерва в [dB/km] и представлява реалната част на комплексното число γ, което се нарича константа на разпространение на сигнала.
        _________________
γ = √(R + jωL)(G + jωC) = α + jβ

Имагинерната част β се нарича километривна фазова константа, Тя показва изменението на фазата на тока (напрежението) на километър дължина на линията и се измерва в радиани. С увеличаване на честотата, нарастват загубите в метала и диелектрика, и загубите от вихрови токове. В резултат на това α расте нелинейно, а β се увеличава почти пропорционално (фиг3.7а).
                                           __________________
Вълновият импеданс Z_c = √(R + jωL) / (G + jωC) = |Z_c|. e^-jφ и показва способността на линията да пренесе зададена от предавателя  мощност на сигнала. Модулът на импеданса намалява от
  _____                                      _____
√R / G   при постоянен ток до  √ L / C  при много високи честоти (фиг.3.7б). За да няма отразен сигнал и прехвърлената мощност към товара да е максимална, импедансът на товара Z_т = Z_c

Към вторичните параметри спада и скоростта на разпространение ν на електромагнитната енергия по линията ν = ω / β (фиг.3.8). При постоянен ток, скоростта на разпространение е около 30000 км/с, а при високи честоти, достига скоростта на светлината.

Преходно затихване - в металните преносни линии е налице и взимно влияние между веригите под формата на индуктивно прехвърляне на сигнал от един чифт проводници в друг- т.нар. преслушване. То е нежелано явление по две причини - нарушава тайната на комуникацията и внася смущения в разговора тъй като единият сигнал пречи на другия.

За оценка на това явление е приет показателят преходно затихване

А = 10lg P₁ / P₂ , [dB] , където P₁ е мощността на сигнала на влияещата верига, а P₂ е мощността на сигнала в разглежданата точка от веригата подложена на влияние. Изискването е нивото на смущаващите сигнали да не превишава -65 dBm.

Основният метод за преодоляване на това явление е кръстосването (усукването) на двойките проводници, на всеки следващ стълб, а в кабелните двойки, проводниците се усукват със стъпка от няколко сантиметра до няколко десетки сантиметра. Това води до рязко намаляване на токовете породени от взаимни влияния поради взаимното компенсиране на индуктивните съставки.

Въздушни линии - представлява двойка метални (медни, стоманени или медно-стоманени) проводници, закрепени чрез керамични или стъклени изолатори към носещи железобетонни или дървени стълбове. Тези проводници трябва да имат висока механична якост и еластичност, добра електро проводимост и устойчивост на корозия.

медни линии - изградени са от проводници с диаметър 4-5 mm, които осигуряват качествено пренасяне на сигнали в честотния диапазон 0-150 kHz. За стандартен телефонен канал е необходима честотна лента от 3.1 kHz, следователно по една двупроводна медна линия могат да бъдат осигурени 30-40 телефонни канала. На практика медните линии се натоварват с 24 еднопосочни или 12 двупосочни канала, като за едната посока е заделена лента 36 до 84 kHz, а за обратната посока - от 92 до 140 kHz.

стоманени линии - проводници с диаметър 3 mm, честотна лента около 15 kHz, до 3 телефонни канала

биметални линии - стоманени помеднени проводници, имат висока здравина и почти същата проводимост като медните поради скин-ефекта.

Въздушните линии са сравнително доста по-евтини за изграждане, но уязвимостта от метеорологични влияния и незадоволителните за съвременните комуникации преносни качества ги правят все по-рядко използвани.

Кабелни линии

Абонатни кабелни двойки.

Съединителни линии. Симетрични и коаксиални кабели. Вълноводи. Свръхпроводящи и оптични кабели. Радиорелейни линии. Спътникови линии

Планиране и структурно окабеляване на локална компютърна мрежа (LAN)

Планиране и структурно окабеляване на локална компютърна мрежа (LAN)

Виртуални частни мрежи. Сценарии и изграждане на VPN мрежи. VPN протоколи

Виртуални частни мрежи.

Сценарии и изграждане на VPN мрежи.

VPN протоколи

Протоколи за приложения. Характеристика на приложенията. DNS. Мрежова услуга TELNET. FTP. SMTP. POP

Протоколи за приложения - това е най-високото ниво протоколи. В модела TCP/IP нивото за приложенията включва слоевете сесиен, представителен и приложен от еталонния модел OSI. Те комуникират с приложни програми и на други компютри и представляват видимата част от пакета TCP/IP протоколи.

Характеристика на приложенията - всички протоколи за приложения имат общи характеристики:

• могат да бъдат приложни програми или програми, стандартизирани и доставени с TCP/IP продукт. Самият пакет TCP/IP съдържа протоколи за приложения като TELNET (за интерактивен терминален достъп до отдалечени компютри), FTP (за високоскоростен трансфер на файлове), SMTP и POP (като пощенска система в интернет);
• използват UDP или TCP като транспортен механизъм. UDP е ненадежден и не предлага контрол на потока данни, така че в този случай самата приложна програма трябва да предостави процедури за поправяне на грешки и контрол на потока. Повечето протоколи използват TCP, но има и такива, изградени върху UDP с цел постигане на по-висока производителност, уплътнявайки мъртвото време на протокола.
• повечето приложни програми използват модела клиент-сървър.

Сокети - въведени са най-напред в UNIX, а впоследствие се възприема и от много други операционни системи - Winsock добавя подобен интерфейс и към MS Windows. Абстракцията сокет представлява обобщение на механизма за достъп до файлове, който дефинира крайна точка за осъществяване на комуникация. Подобно на отварянето на файл, приложната програма прави заявка за създаване на сокет към операционната система. Системата връща малко цяло число, което програмата използва за обръщения към новия сокет. Разликата между дескриптор на файл и дескриптор на сокет е, че системата обвързва файловия дескриптор само с изпълнението на команда, а сокет може да бъде създаден и без да се обвързва с определен адрес. Приложната програма може да предоставя адрес на получателя при всяко използване на сокета или да обвърже сокета с определен адрес на получател, за да не го дефинира всеки път (така е при TCP връзка).

Когато е възможно, сокетът може да работи точно като файл или устройство, така че да се използват познатите операции за четене и запис. Когато приложната програма създаде сокет и чрез него TCP връзка към друг обект, може да използва командите write и read, съответно за изпращане на поток данни и за получаването му от отсрещната приложна програма. За да могат да се използват простите операции write и read едновременно върху файлове и сокети, операционната система заделя дескриптори на сокети и файлове от едно и също множество цели числа, за да няма дублиране.

Поначало сокетът се създава без асоцииране към протоколен порт или IP адрес (локален или отдалечен) на получател. В много случаи приложните програми предоставят определянето на адреса на протоколния софтуер. Локалният адрес се дава в последствие чрез обръщението bind от диалога сървър-операционна система. Сокетът се създава в несвързано състояние, приложната програма прави заявка connect към операционната система, за да установи връзка и чак тогава започва да изпраща поток данни през сокета.

По същество сокетът може да се разглежда като подредена двойка, изглеждаща по следния начин: <IP_address><комуникационен_порт>.

Двойка сокети еднозначно дефинират връзка на ниво TCP.

DNS (Domain Name System) - това е стандартен протокол със STD номер 13 и "препоръчителен" статус. Описанието му се дава в RFC-1034 и RFC-1035.



Мрежова услуга TELNET. FTP. SMTP. POP

Вътрешни портални протоколи IGP. Протокол RIP-описание. Протокол за рутиране OSPF

Вътрешни портални протоколи (Interior Gateway Protocols - IGP) - интегрирани са в повечето операционни системи и рутери.

Протокол RIP (Routing Information Protocol) - стандартизиран от IAB протокол. Статусът му е избираем, т.е. може да се използва или не в дадена система. Когато е избран, използването му трябва да става в съответствие с RFC 1058.

RIP е базиран на два протокола за рутиране - Xerox PUP и XNS. RFC за протокола е издаден след появата на няколко негови варианта. RIP е протокол за векторно рутиране, подходящ за малки мрежи. Налични са две версии - RIP-1 и RIP-2.

RIP-1 е широко използван протокол с няколко съществени ограничения. RIP пакетите се предават по мрежата в UDP дейтаграми (User Datagram Protocol), които на свой ред се носят в IP дейтаграми. RIP-1 имат максимален размер 512 октета. По-големите таблици трябва да се изпращат с няколко дейтаграми. RIP дейтаграмите се изпращат в локална мрежа посредством множествен адрес на ниво MAC и IP мрежов или подмрежов адрес.

В общия случай рутерите използват RIP протокола в активен режим - изпращат своите векторни таблици и ги обновяват въз основа на получените таблици от съседите. Крайните възли, ползващи RIP, работят в пасивен режим - само обновяват своите таблици въз основа на получените от съседите, но не ги изпращат. RIP определя два типа пакети: заявка и отговор (request and response)

Пакет-заявка се изпраща от рутерите за да поискат от съседите част от тяхната векторна таблица (ако пакетът съдържа целеви компютри или мрежи) или цялата таблица (ако пакетът не съдържа такива).

Пакет-отговор се изпраща от рутер за предаване на своята векторна таблица при следните условия:

• на всеки 30 секунди
• в отговор на пакет-заявка
• при промяна на векторната таблица (в случай, че се поддържа принудително обновяване на таблиците) 

Като мерна единица се използва броя на преходите. Този подход е  разумен, но не осигурява предпочитание за маршрути през бързи мрежови връзки (през някои локални мрежи) вместо доста по-бавните глобални мрежи. Съобщенията за обмен на таблиците се изпращат до всички интерфейси, поддържащи RIP. Максималният брой мрежи, описани в едно съобщение е 25 и това е един от съществените недостатъци на този протокол.

Активните и пасивните системи прослушват всички пакети-отговори и обновяват своите таблици. Маршрут до даден целеви адрес, отказан от векторната таблица на съседа, се пази до намирането на алтернативен най-кратък път или за времето на предаване на следващите 6 последователни пакета-отговори ако в тях не се срещне отново. В останалите случаи маршрутът се изтрива.

Когато RIP се използва с IP, фамилията адресни идентификатори е 2 и адресното поле е 4 октета. За намаляване на проблема с броенето до безкрайност, максималната оценка на маршрута е 16 (недостъпен адрес). Форматът на RIP пакета е даден на фиг.5,21

RIP не предава подмрежови маски. Рутер, получаващ RIP пакет-отговор, трябва да има предварително информацията за мрежовите подмаски, за да идентифицира правилно мрежата и конкретния компютър.

Невъзможно е използването на RIP в сложна мрежа с променлива дължина на мрежовата подмаска, понеже ако се знае специфичната подмаска на дадена IP мрежа, RIP протоколът ще интерпретира цялата останала информация за рутиране към тази мрежа на базата на тази единствена маска. Ако се получи пакет със значещи битове в полето за адрес на конкретен компютър, той ще бъде интерпретиран като единичен маршрут до компютър с маска 255,255,255,255.

Въпреки, че протоколът RIP е лесно приложим, неговата реализация има няколко съществени недостатъка:

• мрежовите подмаски не се обновяват;
• няма механизъм за разпознаване - това позволява включване в мрежата на рутер, използващ RIP, което е предпоставка за повреди в маршрутните таблици;
• използват се пълни множествени обяви (broadcast), което е неефективен подход за разпространяване на маршрутна информация.

Протокол за рутиране RIP-2 - той е стандартен протокол с изборен статус. Описан е в RFC 1723. Прилага се за преодоляване на голяма част от недостатъците на предходната версия.

Маршрутизация - протоколи и реализация. Основи на маршрутизирането. Рутиране на ниво IP. Статично и динамично маршрутизиране.

Маршрутизация - протоколи и реализация.

Основи на маршрутизирането - процесът на придвижване на пакети информация от един IP-адрес към друг се нарича маршрутизиране (routing). То е част от мрежовия (интернет) слой, макар че главната функция на рутиращия протокол е да обменя информация за рутирането с други рутери. Една от основните задачи на маршрутизатора е даопределяне на оптимялния път. За да постигнат това, маршрутизаторите използват няколко мерни единици, които представляват оценки или стойности на даден параметър от мрежовата връзка:

• брой преходи (hop count) - брой на рутерите, през които е преминал даден пакет информация от мрежата източник към мрежата получател;
• закъснение (delay) -  времето, необходимо за придвижване на даден информационен пакет от мрежата източник към мрежата получател, закъснението зависи от пропускателната спососбност на каналите, броя на заявките за обслужване на всеки от маршрутизаторите по пътя на пакета, физически разстояния между отделните мрежи, натоварвания, задръствания, блокирания, повреди;
• пропускателна способност - указва обемните възможности на каналите за връзка;
• надеждност - оценка на надеждността се прави според статистическия брой блокирали връзки, както и времето за възстановяване на всяка пропаднала връзка;
• състояние на връзката - параметър, указващ относителни качества на връзката: скорост, важност;
• цена на комуникацията - нерядко цената на услугата има значение съизмеримо със изпълнението на самата услуга.

Статично и динамично маршрутизиране.

Статичното маршрутизиране изисква ръчна настройка на всички налични пътища в рамките на компютърната мрежа. То работи най-добре в компютърни мрежи със строго установена топология. При необходимост от промени, всяко преконфигуриране се прави ръчно иначе маршрутизацията ще бъде некоректна. Този тип маршрутизация създава доста практически неудобства свързани с поддръжката на мрежата. При повреда на маршрутизатор се налага ръчно пренастройване на информационните пътища, т.е. по-високи разходи за поддръжка и необходимост от по-висококвалифициран персонал. Предимството на статичната маршрутизация (която в България често се прилага за ведомствени малки и средни мрежи) е, че тя позволява мрежата да бъде конфигурирана и оптимизирана за по-различни нива на трафик, непредвидени в стандартните настройки на динамичните методи за маршрутизация.

Динамичното маршрутизиране се базира на използването на протоколи за автоматично построяване на маршрутни таблици, описващи мрежата. При възникване на промяна в мрежата, динамичният рутиращ протокол съобщава веднага тази промяна на всички маршрутизатори, след което започва процес на преизчисляване на оптималните пътища за трансфер на информационните пакети. Най-прилаганите протоколи за динамично рутиране са дистанционно-векторни и протоколи за следене състоянието на връзката.



Рутиране на ниво IP.

Класове IP адреси. Класово и безкласово адресиране. Подмрежи и изчисляване на подмрежова маска.

Интернет протоколът (IP) е специфициран с документ STD5. В стандарта се включват също ICMP (Internet Control Message Protocol) и IGMP (Internet Group Management Protocol).

IP е протокол, който създава виртуално мрежово пространство, скривайки по-долните слоеве. Той позволява пакетен обмен на информация, несвързан с потока данни.

На всеки хост на ниво интернет, в рамките на протокола TCP/IP се присвоява 32-битово цяло число, наречено IP-адрес, което идентифицира еднозначно всяко едно устройство от TCP/IP мрежата (компютър, терминал, маршрутизатор, хъб). За да получи IP адрес, дадено устройство трябва да отговаря на поне от следните три условия: 1. използва се за достъп към други устройства от мрежата, 2. използва се като разпределен мрежов ресурс, 3. може да бъде мрежово управлявано.

Организацията, която определя правилата управлява технологично присвояването на Интернет адреси е IANA (Internet Assigned Number Authority).

Характерно в концепцията на IP-адресирането е, че всеки адрес съдържа маршрутизираща информация за мрежата, към която принадлежи специфицирания хост.

За указване на всеки IP-адрес се използват 5 предварително дефинирани класове, фиг.4.1.

Клас A - мрежовата част е 8 бита, а частта устройство - 24 бита. Стойността на първия октет е между 1 и 126. В двоичен код първият му бит е винаги е 0. Останалите 7 бита указват мрежовия идентификатор. 0 и 127 не се използват, на разположение са 126 мрежови адреса. За идентификатор на мрежово устройство са предвидени 24 бита, т.е. до 16777216 уникални мрежови устройства могат да бъдат подключени едновременно.

Клас B - мрежовата част е 16 бита, а частта устройство - 16 бита. Стойността на първия октет е между 128 и 191. Това позволява адресирането на до 16384 уникални мрежи, всяка от които съдържаща до 65534 уникални мрежови устройства едновременно. Първите два знака на първия октет са 10. Останалите 14 бита определят уникален мрежов адрес. Общият брой мрежи се пресмятат като 2¹⁴ = 16 384; За идентификацията на мрежовите устройства са предвидени 16 бита, т.е. 65536 възможности, като 2 от тях са резервирани адреси за служебно ползване от системата. На разположение са 65534 уникални адреса на устройства в мрежата.

Клас C - мрежовата част е 24 бита, а за устройство - 8 бита. Стойността на първия октет е между 192 и 223. Това позволява адресирането на до 2 097 152 уникални мрежи, всяка от които съдържаща до 254 уникални мрежови устройства подключени едновременно. Първите три знака на първия октет са 110. Останалите 21 бита определят броя на уникалните мрежови адреси - 2 097 152. За идентифициране на мрежовите устройства са предвидени 8 бита, т.е. 256 възможности, като 2 от тях са резервирани адреси за служебно ползване от системата. На разположение са 254 уникални адреса на устройства в мрежата.

Клас D - Адресите от този клас са резервирани за множествен достъп (multicast) и не могат да бъдат присвоявани на индивидуални мрежови устройства. Стойността на първия октет е между 224 и 239. В двоичен вид първия октет винаги започва с 1110. Останалите 28 бита се използват за идентифициране на съответната група за множествен достъп.

Клас E - Адресите от този клас са експериментални и не се използват за публични цели.. Те са резервирани за бъдещи приложения. Стойността на първия октет е между 240 и 255. В двоичен вид първия октет винаги започва с 11110.

Мрежови маски - те определят кои битове от IP-адреса дефинират мрежовата част и кои указват адреса. Големината на мрежовата маска е също 32 бита. Обособени са мрежови маски по подразбиране според класа на използваната мрежа. Те са: клас A - 255.0.0.0; клас B - 255.255.0.0; клас C - 255.255.255.0

Безкласово рутиране между домейни - при него не се осъществява рутиране между отделните мрежи. Маршрутизацията между тях се съгласува като се използват битовете от по-висок ред в IP-адреса (т.нар. IP-префикс).

Реализацията на безкласово рутиране се базира на протокола BGP.4, а стратегията за нея е описана в RFC 1520. Доставчиците на мрежови услуги са 4 типа:

Методи за достъп по преносната среда.

Методите за достъп в локалните мрежи се определят от наличието на обща комуникационна среда. Те се разделят основно на две групи - детерминирани и недетерминирани.

Детерминирани методи.

При детерминираните методи на всяка станция от локалната мрежа е присвоена непрекъснато част от пропусквателната способност на комуникационната среда. Основно това са методите, осигуряващи разделение на каналите по честота и време. Основният недостатък на тези методи за достъп е, че поради случайния характер на процеса за достъп до информацията ,се получава много нисък коефициент на използване пропусквателната способност на средата. Тези методи по принцип не се използват в локалните мрежи.

Недетерминирани методи

При недетерминираните методи за множествен достъп, общата информационна среда, се разпределя или предоставя изцяло на станциите, които имат готови за предаване съобщения. Този подход води до многократно по-ефективно използване на преносната среда, но има значително по-сложна реализация.

Множествен достъп

Този елегантен и ефективен метод за разпределение на каналите е разработен още през 1970 г. от Норман Абрамсон и екип от университета в Хавай. Макар, че той е бил замислен специално за радиомрежите, методът се оказва успешно приложим за много предавателни среди, в които е налично множество некоординирани потребители.

Същността на метода е следната: Потребителите непрекъснато предават и / или приемат пакети информация. При използване на общата среда е възможно да се случат изкривявания на информацията (конфликти). Всяка станция има възможност да предаде пакет с информация, веднага щом същият е подготвен. При кабелните локални мрежи има възможност да се подслушва канала и да се задържи предаването при зает канал. Когато определена станция има готови за предаване данни, тя подслушва канала дали не е вече зает от друга станция. Ако е зает - изчаква каналът да се освободи и тогава започва предаването на данните. Тук времето за разпространение на сигнала има голямо значение. Макар и малко вероятно, е възможно друга станция да започне да предава  преди каналът да бъде освободен и да се стигне до колизия.

При множествения (състезателен) метод на достъп, комуникацията може да претърпи конфликт само в началната част на своето предаване, преди да се е разпространил до всички останали. Времето, през което е вероятен конфликт, се нарича прозорец за конфликти. Когато прозорецът завърши, станцията може да счита, че вече е успяла да заеме канала и са избегнати следващи конфликти. Прозорецът за конфликти се дефинира от максималното време за разпространение на сигнала между двете най-отдалечени точки на общата съобщителна среда. Вероятността за конфликти се променя според стратегията за достъп до преносната среда, избрана от всяка една от готовите за предаване на данни станции.

Настойчива стратегия - Готовата станция следи освобождаването на канала и започва предаването моментално след неговото освобождаване;

Ненастойчива стратегия - Готовата за предаване станция не следи непрекъснато дали каналът е зает, а през определени интервали от време. Предаването започва в момент, когато се открие, че каналът е свободен;

 P-настойчив - В случай, че определена станция има готовност да предава данни, тя проверява заетостта на канала. Ако каналът е свободен, предаването започва с вероятност P. Вероятността за неизползване е Q = 1 - P

Подобрение на състезателния метод е даване на възможност за прекъсване на предаването в момент на възникване на конфликт. Този метод се нарича CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множествен достъп с откриване на носещата и разпознаване на конфликтите). Тзои метод прилага концепцията, показана на фиг.2.5. В момент t₁ е завършено предаването на данни от някоя работна станция в локалната мрежа. Всички останали участници в нея, готови да предават, могат да се опитат да заемат канала. Ако две или повече станции започнат едновременно предаване по този канал - ще настъпи конфликт. Всички предаващи ще разпознаят конфликта, ще прекратят предаването и ще изчакат период от време, генериран като случайно число и ще започнат предаване в нов, произволен момент, в който каналът се окаже незает от друга участник в мрежата. Методът CSMA/CD се основава на принципа на разменящи се конкурентни периоди и периоди на предаване, в резултат на което възникват времеинтервали, в които каналът се оказва свободен за съответната станция.


Ако приемем, че една станция започне предаване в момент t₁ , а τ времето за разпространение на сигнала между две крайно отдалечени точки от локалната мрежа и след време τ - ε  някоя друга станция започва предаване. Необходимото време  възникналият конфликт да достигне първата станция е 2τ - ε .  т.е. в най-неблагоприятния случай, на една станция е необходимо време 2τ, като конкурентен интервал, за да осигури безконфликтно заемане на канала. Времето за коаксиален кабел дължина 1km е приблизително 5μs.

Ако поне едната станция открие конфликта, тя спира предаването на данни, генерира предупредителни сигнали до останалите участници в локалната мрежа, че каналът е зает и изчаква времеинтервал със случайна продължителност преди да направи нов опит да заеме преносната среда. След разпознаването на конфликта, времето за нов достъп се разделя на дискретни интервали с дължина максималното време за разпространение на сигнала в рамките на локалната мрежа, т.е. 2τ, В съответствие с изискванията на стандарта Ethernet (IEEE802.3) за максимална дължина на кабелите при локална мрежа с пропусквателна способност 10 Mbps, дължината на един дискретен времеинтервал е 512 времена за предаване на 1 бит, т.е. 51.2μs.

След първия конфликт, станцията изчаква 0 или 1 времеинтервала, преди да опита нов достъп до средата. Ако се стигне до втори конфликт, броят на времеслотовете се генерира като случайно число от стойностите 0,1,2 или 3, което намалява вероятността от нов конфликт. В случай на нов конфликт, времето за изчакване се определя на същия принцип в интервала от 0 до 2n-1, където n е номерът на последния конфликт. След 10тия конфликт, максималният брой времеинтервали се фиксира на 1023, а след 16-тия конфликт, не се прави опит за нов опит за достъп до общата среда. В последния случай се приема, че е налице физическа повреда в контролерите или средата.

Методът CSMA/CD е основен при локалните мрежи. Откриването и разпознаването на конфликти е аналогов процес.

LAN технологии. Структура на Ethernet рамката. Правила за инсталиране

Особености на локалните мрежи за прилагането на OSI модела.

Еталонният модел OSI се приема като концепция за изграждане на разпределениете отворени системи. Приложен към локалните мрежи, моделът OSI запазва същите принципи на йерархия, но вътрешната логика на долните три слоя се различава частично от еталонния модел. Разликата се обуславя от факта, че в локалната мрежа липсват междинни комутационни възли. Всяка работна станция свързана към мрежата извлича и получава предназначените за нея пакети информация на базата на адреса на получателя, който се съдържа в самия пакет.

Протоколът от каналния слой при локалните мрежи, общодостъпното предаване може да се осигури на физическо ниво.

локалните мрежи имат три отличителни белега:

1. Географско разположение на не повече от няколко километра;
2. Реализираната скорост за предаване на информация от минимум няколко мегабита в секунда.
3. Единен собственик на мрежата (организация или учреждение).

Изброените особености на локалните мрежи ги правят изключително ефективни, икономически и технически целесъобразни. Високата им пропусквателна способност и малките закъснения позволяват реализацията на разпределени симетрични паралелни системи. Високата скорост е предпоставка за опростяване на комуникационните протоколи. Максимално опростени или напълно отпадат средствата за маршрутизиране, управление на информационния поток, оптимизиране на пропусквателната способност, коригиране на грешки и др.

Топология на локалните мрежи

Топология на локалната мрежа представлява общата схема на разположение отделните ѝ възли и връзките между тях. Освен физическа топология, съществува и виртуална топология. Напълно възможно е и се прилага локална мрежа с определена физическа топология да реализира различни типове виртуални топологии за трансфер на информация между възлите на мрежата. Тази възможност играе голяма роля за оптимизацията в обработката на информационните пакети.

Топология тип "звезда"

Мрежите от тип "звезда" се отличават с липсата на необходимост от избор на маршрут на отделните съобщения. Тези функции се поемат от централния възел, което опростява структурата на останалите възли. Качеството на работата на мрежата зависи от правилното функциониране на централния възел, а от неговата пропусквателна способност зависи производителността на мрежата.

Най-простата звезда е с един активен или пасивен концентратор (хъб), към който са подключени отделните работни станции между 2 и 16 на брой. По-сложни звездни конфигурации могат да бъдат изградени с повече от един свързани помежду си концентратори, даващи възможност за по разклонени дървовидни структури.

Шинна топология

При шинната топология също няма изискване за маршрутизация. Всички станции са свързани към обща съобщителна среда, като всяка от тях има връзка с останалите (фиг2.2).

Една от най-важните ѝ особености е пасивното свързване на отделните станции към общата информационна среда, поради което тяхното индивидуално състояние не влияе на работата на мрежата. Много разпространена реализация на такава топология е шина с коаксиален кабел и T- конектори за връзка с останалите станции.

Кръгова топология

Децентрализирана мрежа може да бъде изградена на базата на кръгова топология, при която съобщенията преминават от един възел към друг в една посока. В този случай, не е необходимо да се избира маршрут. Всеки възел предава информацията към следващия в кръга (фиг.2.3). За разпознаване адреса на приемника, всяка станция поддържа буфер на преминаващата информация.

Независимо от очевидните предимства, кръговата топология има и един основен недостатък - всяка една работна станция се подключва активно към кръга, което силно увеличава вероятността от повреди в мрежата. Този недостатък се избягва с въвеждане на кабелни центрове за осигуряване автономна работа на отделните станции, Въпреки това кръговите мрежи са много перспективни при оптични комуникационни среди, които обикновено са реализирани като двоен пръстен, което значително повишава скоростта на трансфер и надеждността на мрежата.



Ethernet - През 1973 г. Робер Меткалф съвместно с Дейвид Богтс и работна група реализира локалната мрежа Ethernet, която и до днес е запазена марка на Xerox Corp. Тази находчива разработка бързо набира популярност и това довежда до създаване на цялостни комплекти схеми за реализация, което за кратко време превръща Ethernet в стандарт за изграждане на локални мрежи.

По същото време в международен план се осъзнава необходимостта от нормативни документи за стандартизация в комуникационните услуги. В рамките на международната организация IEEE се оформят и утвърждават като стандарти за локални мрежи следните предложения:

IEEE 802.3 - основан на Ethernet стандарт за множествен достъп до локалната комуникационна среда;

IEEE 802.4 - стандарт за системи с шинна топология за детерминирано управление комуникационната среда (Token Bus);

IEEE 802.5 - стандарт за системи с кръгова топология за детерминирано управление на комуникационната среда (Token Ring);

мрежи от тип FDDI.

Тези стандарти се различават най-вече по реализацията на физическия слой по контрола на достъпа до средата (MAC). Нормативният документ 802.2 дефинира горната част на осигурителния слой (LLC).


IEEE 802.3 - основан на Ethernet стандарт за множествен достъп до локалната комуникационна среда;

Компютърни мрежи

1.1 Класификация

Локални мрежи (Local Area Network, LAN) - свързват компютърни системи в рамките на един офис или в рамките на една организация. Класифицират се по топология (шинна, кръгова, звезда и др.), скорост (нискоскоростни - до 10Mbps и високо скоростни над 10Mbps).

Градски мрежи (Metropolitan Array Networks, MAN) - чрез тях се подключва съвкупност от локални мрежи в цял град или община. За основа се използват носещите мрежи за предаване на информация. В градските мрежи се включват телефонните мрежи (с аналогова или цифрова комутация), мрежите за цифрова информация с вградени услуги (ISDN), радиомрежите и др.

Глобални мрежи (Wide Area Networks, WAN) - служат за комуникация между компютри, принадлежащи на една организация, но разположени на географски разстояния един от друг. Частните мрежи от този тип се изграждат на базата на частично прилагане на еталонния модел на отворените комуникационни мрежи.

1.2 Еталонен модел на мрежова архитектура.

За да се осигури съвместимост на оборудването и да се намали сложността на мрежите, са дефинирани единни стандарти, обособени в единен абстрактен модел, който разделя процеса на комуникация на отделни слоеве. Моделът е предложен от международната стандартизационна организация (ISO) и носи наименованието OSI - еталонен модел за комуникация на отворени системи.

OSI представлява съвкупност от взаимодействащи си отворени системи заедно с физическата среда за предаване на информация. Еталонният модел се основава на твърдението, че всяко ниво (слой) се състои от обекти, изпълнява конкретна функция и обезпечава набор от услуги към по-високите нива (слоеве) в йерархията. Съвкупността от правила за взаимодействие между обектите се нарича протокол.

Слой N обозначава конкретно ниво в системата правила за комуникация (протоколи). Слой N+1 е по-високия йерархично слой, а N-1 е по-ниският. Всеки N слой с изключение на най-високия, предоставя на следващия N+1 слой определен набор от функции за обработка и представяне на информацията., т.е. N обслужва по високия N+1 слой. Обектите на по-горните слоеве взаимодействат с по-долните посредством точки за достъп до обслужване (SAP - Service Access Point). Всяка такава точка е достъпна само за един обект от слой N+1, а обект от слой N може да обслужва няколко точки за достъп. Точките SAP от слой N реализират логически интерфейс на обектите от слой N+1, т.нар. N-протокол. Посредством тази връзка обектите от слой N+1 могат да обменят информация помежду си.

Описание на 7-те слоя в еталонния модел.

Физически слой - обектите на този слой са предимно технически средства, реализиращи предаването на отделните битове информация през преносната физическа среда. Това са различни типове модемни съоражения, които изграждат физическите канали за предаване на информацията.

Канален слой - тук се преобразува първичният поток данни в последователности от кадри. Обектите на този слой реализират връзки на логическо ниво, като обменят информацията помежду си без да се интересуват от начина, по който тези данни се преобразуват във физически сигнали. Тук се извършва откриването и коригирането на грешки в обменения поток данни. Данните се предават на на порции наречени кадри с големина и формат, зададена от избрания мрежов протокол. При мрежите с пакетна комутация, обикновено дължината на кадрите, съвпада с големината на пакетите. Каналният слой има обособени две поднива LLC (Logical Link Control - логически контрол на връзката) и MAC (Media Access Control - контрол на достъпа до мрежовата среда). LLC осигурява връзката с мрежовия слой, а MAC - достъпа до физическата среда.

Мрежов слой - обектите в този слой реализират връзките на мрежово ниво. Типична функция е маршрутизацията на съобщенията. Тук са включени и задачите по оптимизиране на натоварването на отделните канали и недопускане на "задръствания", вследствие от неравномерното подаване на данни. Мрежовият слой се реализира предимно софтуерно.

Транспортен слой - осигурява транспортирането на отделните съобщения от системата-източник до системата-приемник, като осигурява временни и постоянни логически канали. Транспортният слой управлява потока информация между отделните логически портове и добавя необходимите служебни символи към отделните информационни масиви.

Сесиен слой - обслужва организирането и синхронизацията на диалога между обектите от следващия представителен слой. Той осъществява връзка с транспортния слой като стартира, поддържа и прекратява сеансите за връзка с него. Сесийният слой поема организацията на диалога, когато е необходимо дадена операция да бъде извършена неедновременно от няколко потребителя.

Представителен слой - Ролята на този слой е да кодира и представя информацията по предварително определен за това начин между взаимодействащите помежду си обекти.

Приложен слой - Обектите на този слой се състоят от приложните процеси за обработване на информацията. Той представлява прозорец, през който потребителите могат да обменят смислена (от човешка гледна точка) информация. В този слой се извършват всички необходими преобразувания на информацията, както и съответните виртуални терминали и терминални емулации.

Честотно модулирани сигнали. Спектрална и векторна диаграма. Предимства и недостатъци на ЧМС. Получаване на ЧМС

Общи сведения за модулирани сигнали.

Сигналите постъпващи от източника на съобщение (микрофон, телевизонна камера, телеметричен датчик и др.) не могат непосредствено да се предават по определен канал за връзка на големи разстояния. Проблемът е, че тези сигнали са с недостатъчно висока амплитуда и ниска честота. За да се извърши ефективно предаване на сигналите през каквато и да е преносна среда, е необходимо да се трансформира спектъра на тези сигнали от нискочестотната област в диапазона на достатъчно високите честоти. Тази процедура в електрониката и телекомуникациите се нарича модулация на сигнала.

Най-разпространената модулация е използването на високочестотно колебание като носещ сигнал:

a₀(t) = A₀cos(ω₀t+φ₀)                                                                (5.1)

където A₀ е амплитудата му, ω₀ е честотата, а φ₀ е неговата начална фаза.
В зависимост от това, кой от тези параметри се променя под влияние на модулиращия (управляващия) сигнал, модулацията бива съответно амплитудна, честотна и фазова. Поради факта, че изразът ω₀t+φ₀= ψ(t) представлява пълният фазов ъгъл на косинусоидата и очевидно при промяна на ω₀ се изменя и φ₀ , двете последни модулации са известни под общото наименование ъглова модулация.
                                                                            Δψ       dψ(t)
Моментната ъглова честота ω(t) = 2 π f(t) =  lim  ─── =  ────             (5.2)
                                                                 ^Δt→0     Δt          dt

Казано с думи ъгловата честота на колебанието (5.1) е първа производна на пълния фазов ъгъл.

В частен случай, ако пълната фаза се изменя пропорционално на времето ψ(t) = ω₀t+φ₀  , то в съответствие с (5.2), се получава:
            d
ω(t) =  ──  (ω₀t+φ₀ )                                                                                 (5.3)
           dt

Въпреки широкото разпространение на класическите видове модулация, все по-голямо приложение в съвременната техника намират методите за модулиране на импулсни сигнали. Те могат да се разглеждат като първична модулация за преминаване от непрекъснат в дискретен сигнал. След това модулираните импулси действат като модулиращ сигнал на високочестотните трептения. Реализира се вторична модулация.

Когато модулиращият сигнал представлява импулс, процесът на вторична модулация се нарича манипулация - съответно амплитудна, честотна и фазова.

Най-известна и разпространена е импулсно-кодовата модулация (ИКМ). Следват делта модулация, честотно-импулсна модулация (ЧИМ), фазово-импулсна (ФИМ), амплитудно-импулсна (АИМ), широчинно-импулсна (ШИМ). Наименованията точно показват върху кой от параметрите на сигнала се въздейства.

Микровълновите (СВЧ) комуникации и тези за обмен на данни разширяват приложението на методите за моодулация с предаване на цифрово кодирани амплитуди и фази. Прилага се векторна модулация, която включва две перпендикулярни квадратурни (Q) компоненти. Използват се два вида модулация - амплитудна (QAM) и цифрово-фазова (PSK). При втората се цели увеличаване на броя предадени битове за един период на сигнала.


Сигнали с ъглова модулация,

Ъгловата модулация се характеризира с изменение на пълния фазов ъгъл на носещото трептение в зависимост от промяната на управляващия сигнал. Тъй като измененията на ω(t) и ψ(t) са взимно свързани, следва че честотната и фазовата модулация не могат да бъдат реализирани напълно самостоятелно. Поради това, разделянето им има условен характер. По-голяма прегледност се получава, когато се конкретизира формата на управляващия сигнал i_Ω :

i_Ω = I_Ω cos(Ωt+Φ)                                                                             (5.24)

Изразите се опростяват ако се приеме, че Φ= 0
Фазово модулиран (ФМ) сигнал се нарича сигналът

i(t) = I_mcos[ω₀t+φ(t)]                                                                (5.25)

при който изменението на фазата по отношение на cosω₀t  се изменя от някаква начална стойност φ₀ пропорционално на модулиращия сигнал i_Ω

φ(t) = φ₀ + k i_Ω                                                                      (5.26)

Като заместим (5.26) и (5.24) в (5.25), получаваме:

i(t) = I_m cos(ω₀t + φ₀ + k i_Ω) =  I_m cos(ω₀t + φ₀ + m_φcosΩt)             (5.27)

Величината m_φ = k I_Ω                                                          (5.28)
се нарича индекс на фазовата модулация. Тъй като максималната стойност на cosΩt е 1, то m е числено равна на максималното отклонение на началната фаза на сигнала от средната стойност на φ₀.

На фиг.5.6 а е графично показан немодулираният носещ сигнал, на фиг.5.6 б - нискочестотен модулиращ сигнал, а на фиг.5.6 в - фазово модулираният сигнал от вида (5.27). От графиката се вижда, че в процеса на модулация се изменя периодът на модулираните колебания, а следователно и тяхната честота.

Нека в съответствие с модулирания сигнал i_Ω се изменя честотата му спрямо някаква средна стойност, така че  ω(t) = ω₀ + ω₁(t)                                                    (5.29)
където ω₁(t) = k i_Ω

Тъй като ψ(t) = ∫ω(t) dt , сигналът с променлива честота, на базата на (5.24) и (5.25) може да се запише по следния начин

i(t) = I_m cos ∫ω(t) dt                                                     (5.30)

Тогава като се имат предвид изразите (5.29) и (5.30) се получава

i(t) = I_m cos ∫(ω₀ + k I_ΩcosΩt) dt  = I_m cos(ω₀t + φ₀ + m_f sin Ωt)                           (5.31)

където m_f = k I_Ω  / Ω се нарича индекс на честотна модулация.

Индексът на честотно модулираните сигнали е число което се изменя от 0 до няколко десетки единици, но практически е 3 ≤ m_f ≤ 10

Сравнявайки изразите (5.27) и (5.31) се вижда взаимовръзката между честотната и фазовата модулация.

При честотната модулация, индексът m е право пропорционален на амплитудата на модулиращия сигнал и обратно пропорционален на неговата честота.

При фазовата модулация, индексът m е право пропорционален на амплитудата на модулиращия сигнал и не зависи от неговата честота.

Величината  Δω = k I_Ω нсе предствалява най-голямото отклонение на честотата от средната стойност ω₀ и се нарича девиация (отклонение или амплитуда на модулацията)

m_f = Δω / Ω                           (5.34)

Скоростта на изменение на фазовия ъгъл е равен на моментната стойност на честотата, т.е.
          dψ(t)
ω(t) = ────                         (5.35) 
           dt

Пълният фазов ъгъл от (5.27) е ψ(t) = ω₀t + φ₀ + k i_Ω                      (5.36)
Тогава
             d
ω(t) =  ──  (ω₀t + φ₀ + k i_Ω ) = ω₀ - m_f Ω sinΩt                                (5.37)
           dt

Тъй като най-голямата стойност на sinΩt = 1, то

Δω_max = m_φ Ω = k I_Ω  Ω                                                       (5.38)
представлява максималното отклонение на фазово-модулирания сигнал от средната стойност ω₀ (девиация на честотата)
Изразът (5.38) показва, че при фазовата модулация, девиацията на честотата е пропорционална на амплитудата на модулиращия сигнал и на честотата. При честотната модулация, девиацията е пропорционална само на амплитудата на модулиращия сигнал и не зависи от честотата.

В таблица 5.1 са съпоставени някои от параметрите на фазовата и честотната модулация при наличието на хармоничен модулиращ сигнал

В На фиг.5.7 са показани измененията на индекса на модулация и девиацията на честотата като функция на честотата на модулиращия сигнал при честотна модулация (фиг.5.7 а) и при фазова модулация  (фиг.5.7 б)

Ако в израза за честотно модулиран ток (5.31) се положи m_f sin Ωt = α  и  ω₀t + φ₀ = β , отчитайки че cos(α-β) = cosα cosβ - sinα sinβ се получава

i(t) = I₀ [cos (m_f sin Ωt) cos (ω₀t + φ₀) - sin (m_f sin Ωt) sin (ω₀t + φ₀)]                      (5.39)

Така полученият израз се разлага в безкраен ред на Бесел. Практически е установено, че при n > m_f  + 1 , коефициентите пред функциите на реда на Бесел имат пренебрежимо малки стойности и могат с висока практическа точност (99%) да се пренебрегнат. Тогава широчината на спектъра на честотно-модулиращия сигнал е 

F ≈ 2Ω (m_f  + 1)                                                              (5.40)

От (5.40) се вижда, че ширината на честотния спектър на честотно модулираните колебания е много по-голяма от тази на амплитудно модулирания сигнал. Абсолютно същият резултат за ширината на спектъра честотно модулирания сигнал и при фазова модулация.

Ако се разгледа частния случай, когато m_f  ≤ 1 , изразът (5.39) може да се опрости, тъй като за много малки ъгли cos (m_f sin Ωt) ≈ 1 и sin (m_f sin Ωt) ≈ m_f sin Ωt . Тогава той ще приеме вида:
                                   m_f I₀                                                  m_f I₀
i(t) = I₀ cos(ω₀t + φ₀) - ──── cos[(ω₀ - Ω)t + φ₀] + ──── cos[(ω₀ + Ω)t + φ₀]       (5.41)
                                      2                                         2

Изразът (5.41) се отличава от израза за амплитудно модулиран сигнал само по отрицателния знак на долното странично колебание (5.12). Точно този минус т.е. добавянето на ъгъл π води до превръщането на амплитудната модулация във честотна или фазова.

На векторната диаграма от фиг. 5.8 а е показано как изменението с ъгъл π на фазата на долното странично колебание води до това, че резултантният вектор ОА има променлива начална фаза. Тъй като краят на вектора на носещото трептение ОМ се движи по окръжност (прекъснатата линия на фиг.5.8) се вижда, че при колебание на модулирания вектор ОА ще се променя не само ъгълът му спрямо ОМ, но и неговата дължина. В случая на фиг.5.8 б, това е частта от вектора ОА извън окръжността. Тази част от вектора представлява паразитна амплитудна модулация и е основен недостатък на честотно и фазово-модулираните сигнали.

Основното преимущество на честотно- и фазовомодулираните сигнали е тяхната висока шумоустойчивост, която се проявява при стойности на индекса m >> 1. В радиоразпръскването честотно-модулирани сигнали се използват само в диапазона на УКВ.

От изразите (5.27) и (5.31) се вижда, че техните амплитуди не зависят от големината на модулиращия сигнал, поради което съответните радиопредаватели работят с постоянна мощност, т.е. мощността в режим на мълчание е равна на мощността на честотно (фазово) модулирания сигнал.