Принцип работы трансиверов: основные компоненты и функции
Трансиверы — это приемопередатчики, самые первые из которых работали в режиме аналоговых сигналов для аудио связи и для обмена сообщениями азбукой Морзе. Также применялась телекодовая связь, которая усовершенствовалась переходом на цифровой формат. Программной обработке, в современных трансиверах, подвергается не только сигнал мультимедиа или цифровых данных. Микропроцессоры синтезируют частоты передатчиков и гетеродина приемников. Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД», рассмотрим функции трансивера, и из чего он состоит.
Содержание:
- Виды трансиверов
- Оптические и кабельные трансиверы
- Принцип работы оптических трансиверов
- Принцип работы трансиверов с каналом «витая пара»
- Трансиверы высокочастотных радиоканалов
Виды трансиверов
Современные трансиверы делятся на два основных типа: кабельные (оптические и проводные) и радиочастотные. Последние — беспроводные, они могут быть коротковолновые (КВ) или работать на ультравысоких частотах (УВЧ). Также есть спутниковые приемопередатчики, например, Ка-диапазона (12–18 ГГц или 26,5–40 ГГц).
Трансиверы имеют следующие режимы разделенной или совместной работы приемника и передатчика:
- Симплексный — передает или принимает одномоментно только в одном направлении. Т.е. один какой-либо трансивер передает сигнал, а противоположный ему принимает. Смена направления передачи/приема происходит по согласованию.
- Полудуплексный — тот же симплексный трансивер, в нем тоже в определенный момент времени ведется передача только в одном направлении. Однако, из-за быстрой и синхронизированной поочередной смены направлений приема/передачи, обмен данными, получается двунаправленным. Такой тип приема/передачи еще называется псевдодуплексным.
- Полнодуплексный — с двух каналов ведется непрерывная передача и одновременный прием сигнала противоположной стороны.
Так что принцип работы трансиверов зависит от этих режимов. Симплексный интерфейс используется редко, только в системах специализированных сетей, где имеется такая потребность. Зато многие универсальные трансиверы имеют обе функции: полудуплексный или полнодуплексный режимы. Каналом передачи у них может быть проводной кабель или оптоволокно. Комбинированные устройства могут иметь разъемы обоих интерфейсов.
Оптические и кабельные трансиверы
Современные модули приема/передачи могут работать как на оптоволоконный канал, так и на проводной кабель. Чаще всего для второго варианта используется неэкранированный кабель типа «витая пара». Принцип приема/передачи у этих трансиверов одинаков. Исключение составляют выходные каскады приемников и передатчиков. Они имеют и отличительные свойства.
Трансиверы классифицируются на одномодовые и многомодовые. Первые работают, преимущественно, на спектре 1310 нм или 1550 нм, связь удается реализовать на расстоянии до 10 – 80 км. Вторые могут содержать несколько каналов интерфейса, работая на длине волны 85 нм или 1310 нм. Максимальное расстояние связи 300 м – 2 км. Оптоволокно для каждого из видов должно соответствовать параметрам задействованной длины волны.
Принцип работы оптических трансиверов
В оптических трансиверах сигнал, предназначенный для передачи, подается на электронный каскад, нагрузкой которого является светодиод или светодиодный лазер. Напряжение включения многих lrd-излучателей составляет 3 – 3,6 В, а ток их питания имеет максимальную величину, не больше 100 мА. Таким образом, мощность передатчика очень мала, что придает этой системе высокий уровень экономичности.
Свет излучателя направлен в оптическое волокно, которое представляет собой прозрачную нить с зеркальными стенками. Излучаемый прямой линией лазерный пучок света, в местах изгиба волокна попадает на стенки, отражаясь от которых, распространяется по всей длине канала. На обратной стороне оптоволокна расположен фотодиод, который преобразует в электрический сигнал, попадающий на него световой поток.
Принцип оптоволоконной ретрансляции сигнала в полнодуплексном и полудуплексном режимах.
Оптоволоконные линии дешевле проводных, имеют меньше потерь и не чувствительны к электромагнитным помехам. Одним из недостатков является относительная сложность устранения механических повреждений. В таких случаях приходится менять весь кабель или устанавливать активную муфту, которая требует электропитания.
Принцип работы трансиверов с каналом «витая пара»
Проводной интерфейс цифрового канала типа «витая пара» имеет более простую конструкцию, чем коаксиальный кабель, поэтому дешевле и легче укладывается. Защита от помех реализована специальным методом приема/передачи цифрового сигнала. Ток по ближайшим парам проводов подается в противофазе. А помеха, на оба эти провода, может наводиться только с одинаковой фазой, так как они переплетены между собой.
Приемный каскад интерфейса «витая пара» (дискриминатор) подавляет сигнал с обоих проводов, который совпадает по фазе и по форме. Таким образом, происходит эффективное избавление от помех. Для лучшей помехоустойчивости задействуют экранирование пар и всего кабеля. Тип и свойства приема/передачи стандартизируются протоколами. Они имеют встроенную функцию сканирования для автоматического определения исправности линии. Некоторые системы могут с большой точностью определять даже место пробоя изоляции или обрыва линии.
Трансиверы высокочастотных радиоканалов
Кабельные или оптоволоконные линии пригодны только для использования в стационарных системах, мобильные трансиверы задействуют радиоканал. Такие приемопередатчики применяются в транспорте, в дронах и для переносной портативной аппаратуры. Принцип их работы мало отличается от оптических или кабельных устройств. Радио интерфейсы обладают меньшей компактностью и экономичностью. В радиоканале сложнее реализовать большое число линий и защитить от влияния радиопомех. Особенно, если последние создаются искусственно.
К радиоканалу легко подключиться и считать данные. Поэтому для реализации конфиденциальности передаваемой информации применяют кодирование сигнала. Это значительно усложняет аппаратуру и вносит некоторый уровень искажений. Разные типы протоколов радиочастотной связи имеют свои отличительные методы кодирования.
Именитые производители трансиверов могут иметь запатентованные протоколы, которые хранят в коммерческом секрете. Их реализуют в интегральных микросхемах, доступ к считыванию программ и данных закрыт или защищен специальным кодом. Бренд использует постоянные обновления: как программного обеспечения, так и самой топологии, выпуская новые модели приборов своей линейки.
