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Text File  |  2000-02-16  |  17.1 KB  |  329 lines

  1. __________                 ____________________               ________
  2.   <<      \________       __ !  /     __        ___  \____________/
  3. ____           |   \ /\  |  \| /     /    \   /|   \  ___     >
  4.     \          |   |/__\ |__/|=     |      \ / |   | /___\         _________
  5. __   \_________|___/    \|  \| \    |       !  |___/ \____________/   >>
  6.   \      <             \   !  \    \___  /            ____           _____
  7.    \______________________________________/                 \_________/
  8.     _________DarkCyde_____________________   Communications  __UK/USA_ 
  9.    /                      ___ \             ____/         \_____
  10. __/   ___<_________      /   í  /    /     \    ___   ____________
  11.      /         |   \ __ /|__/| /    |       í  |   \ /___         \___>>____
  12. ____/           |   |\  / |  \|=     |      / \ |   | \___/   
  13.        ____|___/ \/  |__/| \     \__  /   \|___/  ________>____
  14. __<<______/                í  \____________________/             \________
  15.             !                                 !              !
  16.             !        !            !           !        !     !
  17.             ! !      !   !      ! !   !   !   !    !   !   ! !
  18.           ! ! !  !   ! ! !  ! ! ! ! ! ! ! ! ! !  ! !   ! ! ! ! !
  19.           !!==================================================!!
  20.           !Hy3ridWarl0ck+PUBLiC_NEiSENCE+Nitrous_OxCyde+Red_LED!
  21.            !!================================================!!
  22.  
  23.                       _d_C_rawDATA_ -p-r-e-s-e-n-t-s-
  24.  
  25.             -Introduction to Lines, Losses, and Noise-
  26.  
  27.                             by Hybrid June'98
  28.  
  29. A transmission line can be considered as a conductor, or a group of 
  30. conductors, with suitable insulating materials, whose function is to carry 
  31. electronic information signals. The line can take various physical forms 
  32. according to the type of information to be transmitted and the distance 
  33. involved. 
  34.  
  35. Earth Return Circuits
  36.  
  37. Early morse code telegraph circuits used a single conductor or wire to 
  38. connect two places together. 
  39.  
  40.                                  Single wire insulated from earth
  41.                                   |
  42.            Morse key              |       
  43.     _______/. ____________________|______>______________________
  44.    |         /                       Line current               |
  45.    |                                                            |
  46.    |                                                            |
  47.    |                                                            |
  48.    |                                                            |
  49.  =====                                                    ______|_______
  50.   ===   Signalling                                       |              |
  51.    |     battery                                         |   Reciever   |
  52.    |                                                     |______________|
  53.    |                                                            |
  54.    |                                                            |
  55. =======                                                      =======
  56.   === Earth connection                        Earth connection === 
  57.    \                                                            /
  58.     \                                                          /
  59.      \_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ < _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ /
  60.                        Earth return current
  61.  
  62. Are you paying attention?
  63.  
  64. The earth contains large amounts of different metals and can be used as a 
  65. return conductor provided that a good connection with low resistance can 
  66. be made with it. The main disadvantages of this arrangement, apart from the
  67. problem of making a good electrical connection to the earth, are
  68.  
  69. a) The resistance (or opposition to current flow) of the insulated single 
  70. wire is greater than the return path through the earth, so the line is 
  71. unbalanced.
  72.  
  73. b) If other circuits also use the same arrangement, the earth is carrying 
  74. return currents of all the different circuits, and mutual interference 
  75. between the various circuits occur.
  76.  
  77. c) Power supply circuits which themselves do not carry information signals
  78. can also produce interference to earth-return circuits.
  79.  
  80. Two-Wire Lines
  81.  
  82. The disadvantages of the earth-return system can be largely overcome by 
  83. using two identical conductors insulated from earth other and from earth. 
  84. The two conductors will now have the same resistance, and are not used by 
  85. any other circuit. The simplest form of two-wire line is produced by using 
  86. bare conductors suspented on insulators at the top of poles. Amother type of
  87. two-wire line consists of conductors insulated from each other in a cable 
  88. which also has an outer cover of insulation. Often the two insulated 
  89. conductors in the cable are twisted together along the length of the cable,
  90. and are called 'a pair'. 
  91.  
  92. Multi-Pair Cables
  93.  
  94. It is often necessary to provide a number of two-wire lines between the same
  95. two places, and this is done most convenietly by making a cable with a 
  96. number of pairs of insulated wire inside it. Sometimes the wires are twisted
  97. together in pairs, but sometimes they are provided in fours, or quads.
  98. In order to identify the various wires, each one has a colouring on the 
  99. insulating material around it in accordance with a standard colour code. 
  100.  
  101. Coaxial Cables
  102.  
  103. As the frequency of an alternating current is increased, the current tends 
  104. to flow along the outer part of a conductor having a circlular cross-
  105. section. This means that the centre part of the conductor is not carrying 
  106. current and can be removed. The empty space can then be used for a second 
  107. conductor, provided it is insulated from the outer conductor. This type of 
  108. cable is called a coaxial cable. The two conductors can be insulated from 
  109. each other either by a solid insulation along the whole length of the cable,
  110. or by insulating 'spacers'fitted at regular intervals as supports for the 
  111. inner conductor. The main insulation in this case is therefore the air 
  112. between the two conductors.
  113.  
  114. Attenuation of Information Signals by Lines
  115.  
  116. What ever the type of cable used, the conductors must have some electrical 
  117. resistance (or opposition to current flow). Furthermore, the insulating mate
  118. rial used to seperate the conductors of a pair will have a value of 
  119. insulation resistance which will allow a very small current to flow between
  120. the conductors instead of flowing along the condcutor to the distant end.
  121. Also the insulation between the conductors forms a capacitance which 
  122. provides a conducting path between the conductors for alternating currents,
  123. the conducting path becoming better as the frequncy of the alternating 
  124. current increases. The capacitacnce also has the ability to strore 
  125. electrical energy. This capacitive path therfore prevents part of the a.c. 
  126. information signal from travelling along the conductors to the distant end 
  127. of the line. Energy is used up to make the current flow against the 
  128. resistance along the conductors, and against the insulation resistance 
  129. between the conductors. Energy is also used in charging and discharging the
  130.  capacitance between the conductors. In multi-pair cables there is 
  131. capacitive and inductive coupling between pairs, so that some energy is 
  132. passed from one pair to other pairs. This reduces the amount of energy that
  133.  is transmitted along the origional pair, and so contributes to the loss.
  134. In the case of an information signal, this energy is extracted from the sign
  135. al source and so the energy available is gradually decreased as the signal 
  136. travels along the line. This loss of energy along the line is called 
  137. ATTENUATION. If the line is long, and the attenuation is large, eventually 
  138. the signal energy available at the distant end is too small to operate a
  139. receiving transducer. The attenuation generally increases, and this 
  140. variation of attenuation with frequency is called ATTENUATION DISTORTION. 
  141.  
  142. Noise
  143.  
  144. In any telecommunication system, whether using line or radio links, there is
  145. unwanted electrical energy present as well as that of the wanted information
  146. signal. This unwanted electrical energy is generally called NOISE and 
  147. arises from a number of different sources, which will now be considered very
  148. briefly.
  149.  
  150. 1) RESISTOR NOISE
  151.  
  152. A conductor is designed to carry current with minimum opposition, 
  153. consistant with the size and cost. A resistor is a componment designed to 
  154. have a paticular opposition to the flow of electric current in a particular
  155. circuit. The opposition is called resistance in d.c. circuits, but in a.c. 
  156. curcuits the term impendance is used because of added factors. In either 
  157. case the unit used is the OHM. An electrical current is produced by the 
  158. movement of electrons dislodged by an externally applied voltage from the 
  159. outer shells of the atoms making up the conductor material or resistor 
  160. material. The movement or agitation of atoms in conductors and resistors is
  161. somewhat random, and is determined by the temperature of the conductor or 
  162. resistor. The random movement of electrons broght about by thermal agitation
  163. of atoms tends to have increased energy as temperature increases. The random
  164. movement of atoms gives rise to an unwanted electrical voltage which is 
  165. called resistor noise, circuit noise, Johnson noise or thermal noise. This 
  166. unwanted signal spreads over a wide range of frequencies, and the noise 
  167. present in given bandwidth required for a particular information signal is 
  168. very inportant. 
  169.  
  170. 2) SHOT NOISE
  171.  
  172. This is the name given to noise generated in active devices (energy sources)
  173. , such as valves and transistors, by the random varying velocity of electron
  174. movement under the influence of externally applied pottentials or voltages 
  175. at appropriate terminals or electrodes.
  176.  
  177. 3) PARTITION NOISE
  178.  
  179. This occurs in multi-electrode active devices such as transistors and valves
  180. and is due to the total current being devided between the various 
  181. electrodes.
  182.  
  183. 4) FLUCTUATION NOISE
  184.  
  185. This can be natural (thunderstorms etc) or man made (car ignition systems, 
  186. electrical apparatus, your neibours sex toys etc) and again spreads over a 
  187. wide range of frequnencies. Such noise can be picked up by active devices 
  188. and conductors forming transmission lines.
  189.  
  190. 5) STATIC
  191.  
  192. This is the name given to noise encountered in the free space transmission 
  193. paths of radio links, and is due mainly to ionospheric storms causing 
  194. fluctuations of the earth's magnetic field. This form of noise is affected 
  195. by the rotation of the sun (27.3 day cycle) and by the sunspot acrivity that
  196. prevails.
  197.  
  198. 6) COSMIC OR GALATIC NOISE
  199.  
  200. This type of noise is also most troublesome to radio links, and is mainly 
  201. due to nuclear disturbances in all the galaxies of the universe.
  202.  
  203. 7) In multi-pair cables there is capacitive and inductive coupling between 
  204. diferent pairs which produces an unwanted noise signal on any pair because 
  205. signals are transmitted to other pairs. This is called CROSSTALK between 
  206. pairs and can be reduced to some extent by twisting the conductors of each
  207. pair or by changing the realtive positions of pairs along the cable during 
  208. manufacture or by balancing the pairs over a particular route after 
  209. installation.
  210.  
  211. 8) FLICKER NOISE
  212.  
  213. The cause of this is not well understood but it is noise which predominates
  214. at low frequencies below 1 kHz, with the level decreasing as frequency 
  215. increases. It is sometimes known as "excess noise."
  216.  
  217. In any telecommunications system, therefore, there will be a certain level 
  218. of noise power arising from all or some of the sources described, with the 
  219. noise power generaly being of a resonably steady level, except for some 
  220. noise arising from impulsive sources such as car ignition systems and 
  221. lightning. Noise which is sensibly constant mean level over a particular 
  222. frequency bandwidth is generally called "white noise."
  223. In order that a wanted information signal can be detected and reproduced 
  224. satisfactorily at the receiving end of a system, it is essential that the 
  225. power of the wanted signal is greater than the noise power present by at 
  226. least a specified minimum value. This introduces the very important concept
  227. of signal-to-noise ratio, or more commonly it is expressed in decibels (dB). 
  228.  
  229. For any type of information signal there is a minimum acceptable value of 
  230. signal-to-noise ratio for the system to operate satisfactorily. Typical 
  231. minimum signal-to-noise ratios for different systems are as follows:
  232.  
  233. 1) Private land mobile radio telephone systems require 10 dB.
  234. 2) Ship-to-shore radio telephone services require 20 dB.
  235. 3) Telephone calls over the public network require 35 to 40 dB.
  236. 4) Television systems require 50 dB.
  237.  
  238. Now returning to the problem of sending an information signal along a line,
  239. valve or transistor amplifiers can be used to increase the signal level to 
  240. compenasate for the attenuation of the line. Each amplifier will generate 
  241. noise internally, so the output of each amplifier will contain the wanted 
  242. signal and unwanted noise with a certain signal-to-noise ratio.
  243. There will also be Johnson noise present on the line because of the
  244. resistance of the line conductors, and also crosstalk noise from other 
  245. lines. One amplifier could be placed at the sending end, with sufficaint 
  246. amplifing properties or gain to compensate for the line attenuation, so that
  247. the information signal reaching the other end of the line has sufficiant 
  248. power to operate the recieving transducer satisfactorily. This could result
  249. in a large signal power at the sending end which would cause excessive 
  250. interference to other circuits in the same cable due to mutual inductance 
  251. and capacitive coupling between different pairs. To avoid this problem there
  252. is a maximum permissible signal power laid down for application to pairs in
  253. different types of cable.
  254. Another way to othercome attenuation would be to put one amplifier at the 
  255. recieving end with sufficient gain to compensate for the line attenation. 
  256.  
  257. a) SINGLE HIGH-GAIN AMPLIFIER PLACED AT SENDING END
  258.  
  259.                      O------------------Interference to other 
  260. Sending transducer   O--------------------- cable pairs
  261.  ________       ___                                           ________
  262. |        |=====|   |===O->-----------------------------O-----|        |
  263. |________|=====|___|===O->-----------------------------O-----|________|
  264.               Sending end  Large signal power> >              Receiving
  265.               amplifier                                       transducer
  266.  
  267. b) SINGLE HIGH-GAIN AMPLIFIER PLACED AT RECEIVING END
  268.  
  269. Sending transducer                                     Receiving transducer
  270.  ________                                             ___       ________
  271. |        |=====O------------------->-------------O===|   |=====|        |
  272. |________|=====O------------------->-------------O===|___|=====|________|
  273.                    Low power similar to amplifier   Recieving end
  274.                    noise level and line noise       amplifier
  275.  
  276. c) LIMITED-GAIN AMPLIFIERS PLACED AT REGULAR INTERVALS ALONG A LINE
  277.  
  278.                     Output signal limited to avoid
  279.                     interference to other cable pairs  Receiving transducer
  280. Sending transducer    |                |                          |
  281.  ________      ___             ___             ___              ________
  282. |        |====|   |==O-->--O==|   |==O-->--O==|   |============|        |
  283. |________|====|___|==O-->--O==|___|==O-->--O==|___|============|________|
  284.           Sending end    Signal power well above     Receiving end
  285.           amplifier      amplifier noise level and   amplifier
  286.                          line noise
  287.  
  288. However, if the line is long with a resricted permissible power at the 
  289. sending end, the attenuation could be such that the information signal power
  290. at the reciever is low enough to give an inadequete signal-to-noise ratio 
  291. when the line noise and noise genderated by the receiver are considered.
  292. To overcome these problems, amplifiers must be placed at regular points 
  293. along the line where the information signal power is still large enough to 
  294. give an adequate signal-to-noise ratio compared with the amplifier noise and
  295. line noise. Since an amplifier is generally a one way device with definate 
  296. output connections, the arangement considered illustrated above needs to be
  297. duplicated to enable information signals to be transmitted in the opposite 
  298. direction. However it has previously been seen that simple telephone 
  299. communication circuits carry information in both directions over a single 
  300. pair of wires. To meet this requirement, it is therefore neccessary to 
  301. arrange that when amplification is needed over the telephone circuits, the 
  302. normal simple two-wire connection is changed into a four-wire connection to
  303. one pair for transmitting signals in each direction. 
  304. It should be added here that there are certain types of amplifier that can 
  305. be inserted into a two-wire line to give amplification in both directions, 
  306. but the use of these in the public telephone network is limited.
  307.  
  308.                  ,       ,
  309.                 /(       )`
  310.                 \ \__   / |
  311.                 /- _ `-/  '
  312.                (/\/ \ \   /\ 
  313.                / /   | `    \  
  314.                O O   )      |    
  315.                `-^--'`<     '  
  316.               (_.)  _ )    /   
  317.                `.___/`    /   
  318.                  `-----' /
  319.     <----.     __ / __   \   
  320.     <----|====O)))==) \) /====Hybrid
  321.     <----'    `--' `.__,' \
  322.                  |         |     g0d@deathsdoor.com
  323.                   \       /  
  324.               ____( (_   / \______   www.darkcyde.org
  325.             ,'  ,----'   |        \ 
  326.             `--{__________)       \/
  327.  
  328.  
  329.