Ahogy a jel egy kommunikációs csatornán halad, az amplitúdója csökken, mivel a fizikai környezet ellenáll az elektromos vagy elektromágneses energia áramlásának. Ezt a hatást jelcsillapításnak nevezik. Az elektromos jelek továbbításakor egyes anyagok, például a réz, hatékonyabb vezetők, mint mások. Azonban minden vezető tartalmaz szennyeződéseket, amelyek ellenállnak az összetevők mozgásának elektromos áram elektronok. A vezetékek ellenállása miatt a jel elektromos energiájának egy része hőenergiává alakul, miközben a jel a kábelen halad, ami az elektromos jelszint folyamatos csökkenését okozza. A jelcsillapítást a jelteljesítmény veszteségeként fejezik ki egységnyi kábelhosszonként, általában decibel/kilométerben (dB/km).

Rizs. 2.5. Jelcsillapítás

A csillapításhoz korlát van beállítva a kommunikációs csatorna maximális hosszára. Ez azért történik, hogy a vevőhöz érkező jel elegendő amplitúdóval rendelkezzen a megbízható felismeréshez és a helyes értelmezéshez. Ha egy csatorna meghaladja ezt a maximális hosszt, erősítőket vagy jelismétlőket kell használni a hossza mentén az elfogadható jelszint helyreállítása érdekében.

Rizs. 2.6. Jelismétlők

A jel csillapítása a frekvencia növekedésével növekszik. Ez a frekvenciatartományt tartalmazó tényleges jel torzulását okozza. Például egy digitális jelnek nagyon éles, gyorsan növekvő impulzuséle van, ami nagyfrekvenciás komponenst hoz létre. Minél élesebb (gyorsabb) az emelkedés, annál nagyobb lesz a frekvenciakomponens. Ez az ábrán látható. 2.5, ahol a csillapított jelek elejének periódusa fokozatosan növekszik, ahogy a jel áthalad a kábelen a nagyfrekvenciás alkatrészek nagyobb csillapítása miatt. Ezt a problémát speciális erősítők (ekvalizerek) segítségével lehet kiküszöbölni, amelyek növelik a nagyobb csillapításnak kitett magas frekvenciákat.

Ugyanezen okokból a fény is gyengül, amikor áthalad az üvegen. Az elektromágneses energia (fény) az üveg természetes ellenállása miatt nyelődik el.

2.3.3. Csatorna sávszélessége

Azt, hogy egy csatorna mennyi információt tud továbbítani egy adott idő alatt, az határozza meg, hogy képes-e kezelni a jel változási sebességét > vagyis a frekvenciáját. Analóg jel minimumról maximumra változtatja a frekvenciát, különbségük pedig a jel frekvenciaspektrumának szélessége. Az analóg csatorna sávszélessége a csatorna által megbízhatóan továbbítható maximális és minimális frekvenciák közötti különbség. Jellemzően ezek azok a frekvenciák, amelyeken a jel elveszti teljesítményének felét a csatorna bemenetén lévő közép- vagy c* frekvenciaszintekhez képest; ezeket a frekvenciákat 3 dB-es pontoknak nevezzük. Ez utóbbi esetben a sávszélességet 3 dB-es sávszélességnek nevezik.

A digitális jelek nagyszámú frekvenciakomponensből állnak, de csak azok a frekvenciák fogadhatók, amelyek a csatorna sávszélességén belül vannak. Minél nagyobb a csatorna sávszélessége, annál nagyobb az adatsebesség és a jel magasabb frekvenciájú összetevői továbbíthatók, így a továbbított jel pontosabb ábrázolása nyerhető és dekódolható

Rizs. 2.7. Sávszélesség

Rizs. 2.8. A sávszélesség hatása a digitális jelekre

Egy csatorna maximális adatsebessége (C) meghatározható az átviteli kapacitásából a következő képlet segítségével, amelyet Nyquist matematikus származtatott.

C = 2 B log 2 M bps,

ahol B a sávszélesség hertzben; Minden jelelemhez M szintet használunk

Abban az esetben, ha csak két szintet használ, "BE" és "KI" (bináris):

M = 2 és C = 2 B.

Példaként a maximális Nyquist adatátviteli sebesség egy 3100 hertzes sávszélességű PSTN-kapcsolathoz bináris jel esetén: 2 x 3100 = 6200 bps. A valóságban az elérhető adatsebesség csökken a csatorna zaja miatt.

2.3.4. Zaj

Amikor a jelek áthaladnak egy kommunikációs csatornán, az átviteli közegben lévő atomok és molekulák rezegnek, és véletlenszerű elektromágneses hullámokat bocsátanak ki zaj formájában. Az átvitt jel erőssége jellemzően nagy a zaj1 jelhez képest. A jel előrehaladtával és halványulásával azonban szintje egyenlővé válhat a zajszinttel. Ha a kívánt jel valamivel nagyobb, mint a háttérzaj, a vevő nem tudja elkülöníteni az adatokat a zajtól, és kommunikációs hibák lépnek fel.

Fontos csatornaparaméter a vett jelteljesítmény (S) és a teljesítmény aránya zajjel(N). Az S/N arányt jel-zaj aránynak nevezik, és általában decibelben, rövidítve dB-ben fejezik ki.

S/N = 10 log 10 (S/N) dB,

ahol S a jel teljesítménye wattban; N a zajteljesítmény wattban.

A magas jel-zaj arány azt jelenti, hogy a kívánt jelerősség magas a zajszinthez képest, ami jó jelminőséget eredményez. Egy valós csatorna elméleti maximális adatsebessége a segítségével számítható ki Shannon-Hartley törvény(Shannon – Hartley).

C = B log 2(1 +S/N) bps,

ahol C az adatátviteli sebesség bps-ben; B a csatorna sávszélessége hertzben; S - jelteljesítmény wattban; N a zajteljesítmény wattban.

Ebből a képletből láthatja, hogy a sávszélesség növelése vagy a jel-zaj arány növelése lehetővé teszi az adatsebesség növelését, és a sávszélesség viszonylag kis növekedése megegyezik a jel-zaj arány sokkal nagyobb növekedésével. .

A digitális átviteli csatornák nagy sávszélességeket és digitális jelismétlőket vagy regenerátorokat használnak a jelek rendszeres időközönkénti újraalkotására, fenntartva az elfogadható jel-zaj arányt. A regenerátor által fogadott csillapított jeleket a rendszer felismeri, újrahangolja és továbbítja az eredeti digitális jelek közel pontos másolataként, amint az az ábrán látható. 2.9. A jelben nincs felhalmozódott zaj, még akkor sem, ha több ezer kilométeren keresztül továbbítják, mindaddig, amíg az elfogadható jel-zaj arány megmarad.

Sávszélesség (átlátszóság)- olyan frekvenciatartomány, amelyen belül egy akusztikus, rádiós, optikai vagy mechanikai eszköz amplitúdó-frekvencia-válasza (AFC) kellően egyenletes ahhoz, hogy biztosítsa a jelátvitelt anélkül, hogy jelentős alaktorzulást okozna. Néha a „sávszélesség” kifejezés helyett a „hatékonyan átvitt frekvenciasáv (ETF)” kifejezést használják. A fő jelenergia (legalább 90%) az EPFC-ben összpontosul. Ezt a frekvenciatartományt kísérletileg állítják be minden jelre a minőségi követelményeknek megfelelően.

Alapvető sávszélesség-paraméterek

A frekvenciasávszélességet jellemző fő paraméterek a sávszélesség és a sávon belüli frekvenciamenet egyenetlenségei.

Sávszélesség

Az áteresztő sávszélesség olyan frekvenciasáv, amelyen belül a frekvenciamenet egyenetlensége nem haladja meg a megadott értéket.

A sávszélességet általában a frekvenciaválasz-szakasz felső és alsó határfrekvenciái közötti különbségként határozzák meg f 2 − f 1 (\displaystyle f_(2)-f_(1)), amelynél az oszcillációk amplitúdója megegyezik 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(vagy azzal egyenértékű 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2))) teljesítményre) maximumtól. Ez a szint körülbelül –3 dB-nek felel meg.

A sávszélességet frekvenciaegységekben fejezzük ki (például hertzben).

A rádiókommunikációs és információátviteli eszközökben a sávszélesség növelése több információ továbbítását teszi lehetővé.

Frekvenciaválasz egyenetlensége

A frekvenciamenet egyenetlensége a frekvenciatengellyel párhuzamos egyenestől való eltérés mértékét jellemzi.

A frekvenciamenet egyenetlenségének csökkentése a sávban javítja az átvitt jel alakjának reprodukálását.

Vannak:

• Abszolút sávszélesség: 2Δω = Sa
• Relatív sávszélesség: 2Δω/ωo = Tehát

A kommunikációs vonalak szinuszos jeleinek torzításának mértékét olyan jellemzők alapján értékelik, mint az amplitúdó-frekvencia válasz, a sávszélesség és a csillapítás egy bizonyos frekvencián.

Amplitúdó-frekvencia válasz(2.7. ábra) bemutatja, hogy a kommunikációs vonal kimenetén a szinusz amplitúdója hogyan csillapodik a bemeneti amplitúdójához képest az átvitt jel összes lehetséges frekvenciájánál. Az amplitúdó helyett ez a jellemző gyakran jelparamétert, például teljesítményt használ.

Egy valós vonal amplitúdó-frekvencia válaszának ismeretében szinte bármilyen bemeneti jel esetén meghatározhatja a kimeneti jel alakját. Ehhez meg kell találni a bemeneti jel spektrumát, az azt alkotó harmonikusok amplitúdóját az amplitúdó-frekvencia karakterisztika szerint konvertálni, majd az átalakított felharmonikusok összeadásával meg kell találni a kimenő jel alakját.

A kommunikációs vonalról szóló amplitúdó-frekvencia karakterisztika által nyújtott információk teljessége ellenére használatát nehezíti, hogy nagyon nehéz megszerezni. Végül is ehhez a vonalat referencia szinuszokkal kell tesztelni a teljes frekvenciatartományban, nullától a bemeneti jelekben található maximális értékig. Sőt, a bemeneti szinuszok frekvenciáját kis lépésekben kell változtatni, ami azt jelenti, hogy a kísérletek számának nagyon nagynak kell lennie. Ezért a gyakorlatban az amplitúdó-frekvencia karakterisztika helyett más, egyszerűsített jellemzőket használnak - sávszélességet és csillapítást.

Sávszélesség (sávszélesség) Olyan folytonos frekvenciatartomány, amelynél a kimenő jel amplitúdójának a bemeneti jelhez viszonyított aránya meghalad valamilyen előre meghatározott határt, általában 0,5-öt. Vagyis a sávszélesség határozza meg egy szinuszos jel azon frekvenciatartományát, amelyen ez a jel jelentős torzítás nélkül továbbítódik egy kommunikációs vonalon. A sávszélesség ismerete lehetővé teszi, hogy bizonyos fokú közelítéssel ugyanazt az eredményt kapjuk, mint az amplitúdó-frekvencia karakterisztika ismerete. Amint alább látni fogjuk, szélesség a sávszélességnek van legnagyobb hatása a kommunikációs vonalon keresztüli információátvitel maximális lehetséges sebességére. Ezt a tényt tükrözi a szóban forgó kifejezés angol megfelelője (width).

Csillapítás (csillapítás) definíció szerint egy jel amplitúdójának vagy teljesítményének relatív csökkenése, amikor egy bizonyos frekvenciájú jelet továbbítanak egy vonal mentén. Így a csillapítás egy pontot képvisel a vonal amplitúdó-frekvencia karakterisztikájából. Gyakran egy vonal működtetésekor előre ismert az átvitt jel alapfrekvenciája, vagyis az a frekvencia, amelynek harmonikusa a legnagyobb amplitúdójú és teljesítményű. Ezért elegendő ismerni a csillapítást ezen a frekvencián, hogy megközelítőleg megbecsülhessük a vonal mentén továbbított jelek torzítását. Pontosabb becslések lehetségesek, ha ismerjük az átvitt jel több alapharmonikusának megfelelő több frekvencián a csillapítást.

Az A csillapítást általában decibelben (dB) mérik, és a következő képlettel számítják ki:

ahol P out a jel teljesítménye a vonali kimeneten, P in a jel teljesítménye a vonali bemeneten.

Mivel a közbenső erősítők nélküli kábel kimeneti jelteljesítménye mindig kisebb, mint a bemeneti jel teljesítménye, a kábel csillapítása mindig negatív érték.

Például egy 5. kategóriás sodrott érpárú kábelt legalább -23,6 dB csillapítás jellemzi 100 MHz-es frekvencián, 100 m kábelhosszúság esetén. A 100 MHz-es frekvenciát azért választották, mert az ebbe a kategóriába tartozó kábelt arra tervezték nagy sebességű adatátvitel, amelynek jelei jelentős harmonikusokkal rendelkeznek körülbelül 100 MHz frekvenciával. A 3-as kategóriájú kábel kis sebességű adatátvitelre szolgál, ezért 10 MHz-es (nem kisebb, mint -11,5 dB) frekvenciájú csillapítás van előírva. Gyakran abszolút csillapítási értékekkel működnek, az előjel jelzése nélkül.

Abszolút teljesítményszint, például az adó teljesítményszintjét is decibelben mérik. Ebben az esetben az 1 mW értéket veszik a jelteljesítmény alapértékének, amelyhez viszonyítva az aktuális teljesítményt mérik. Így a p teljesítményszintet a következő képlettel számítjuk ki:

ahol P a jelteljesítmény milliwattban, és dBm a teljesítményszint mértékegysége (decibel per mW).

Így az amplitúdó-frekvencia válasz, a sávszélesség és a csillapítás univerzális jellemzők, és ezek ismerete lehetővé teszi, hogy következtetést vonjunk le arra vonatkozóan, hogy a kommunikációs vonalon hogyan továbbítják a bármilyen alakú jelet.

A sávszélesség a vonal típusától és hosszától függ. ábrán. 2.8 mutatja a különböző típusú kommunikációs vonalak sávszélességeit, valamint a kommunikációs technológiában leggyakrabban használt frekvenciatartományokat;

Vonalkapacitás

Sávszélesség (áteresztőképesség) vonal jellemzi a maximális lehetséges adatátviteli sebességet a kommunikációs vonalon keresztül. A sávszélességet bit per másodpercben (bps) mérik, valamint származtatott egységekben, például kilobit per másodpercben (Kbps), megabit per másodpercben (Mbps), gigabit per másodpercben (Gbps) stb.

MEGJEGYZÉS A kommunikációs vonalak és kommunikációs hálózati berendezések átviteli sebességét hagyományosan bit per másodpercben mérik, nem pedig bájt per másodpercben. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a hálózatokban az adatok szekvenciálisan, azaz bitenként, nem párhuzamosan, bájtonként kerülnek továbbításra, ahogy az egy számítógépen belüli eszközök között történik. Az olyan mértékegységek, mint a kilobit, a megabit vagy a gigabit a hálózati technológiákban szigorúan a 10-es egységeknek felelnek meg (azaz egy kilobit 1000 bit, egy megabit pedig 1 000 000 bit), ahogy az a tudomány és a technológia minden ágában megszokott, és nem közel ezekhez a számokhoz a 2 hatványai, ahogy a programozásban szokás, ahol a „kilo” előtag 2 10 =1024 és „mega” -2 20 = 1 048 576.

Egy kommunikációs vonal áteresztőképessége nem csak a jellemzőitől, például az amplitúdó-frekvencia választól függ, hanem az átvitt jelek spektrumától is. Ha a jel jelentős felharmonikusai (azaz azok a harmonikusok, amelyek amplitúdói főként hozzájárulnak a keletkező jelhez) a vonal áteresztősávjába esnek, akkor az ilyen jelet ez a kommunikációs vonal jól továbbítja, és a vevő képes lesz helyesen felismeri az adó által a vonal mentén küldött információkat (2.9. ábra, A). Ha jelentős felharmonikusok lépnek túl a kommunikációs vonal sávszélességén, akkor a jel jelentősen torzul, a vevő az információ felismerésekor hibákat követ el, ami azt jelenti, hogy az adott sávszélességgel nem lehet információt továbbítani (2.9. ábra, 6).

A diszkrét információnak a kommunikációs vonalra továbbított jelek formájában történő megjelenítésére szolgáló módszer megválasztását nevezzük fizikai vagy lineáris kódolás. A jelek spektruma és ennek megfelelően a vonal kapacitása a választott kódolási módszertől függ. Így az egyik kódolási módszernél egy vonalnak lehet egy kapacitása, a másiknak pedig egy másik. Például egy 3. kategóriájú csavart érpárú kábel 10 Mbps adatátviteli sebességet tud szállítani 10Base-T fizikai réteg kódolással és 33 Mbps 100Base-T4 kódolással. ábrán látható példában. 2.9, a következő kódolási módszert alkalmazzuk - a logikai 1-et a vonalon egy pozitív potenciál, a logikai 0-t pedig egy negatív potenciál képviseli.

Az információelmélet azt mondja, hogy a vett jelben minden észrevehető és előre nem látható változás információt hordoz. Ennek megfelelően egy olyan szinusz vétele, amelyben az amplitúdó, a fázis és a frekvencia változatlan marad, nem hordoz információt, mivel a jel változása, bár bekövetkezik, jól megjósolható. Hasonlóképpen, a számítógép órabuszának impulzusai nem hordoznak információt, mivel változásaik is állandóak az időben. De az adatbuszon érkező impulzusokat nem lehet előre megjósolni, ezért információt továbbítanak az egyes blokkok vagy eszközök között.

A legtöbb kódolási módszer a periodikus jel bármely paraméterének megváltoztatását alkalmazza - egy szinusz frekvenciája, amplitúdója és fázisa, vagy egy impulzussorozat potenciáljának előjele. Olyan periodikus jelet hívunk, amelynek paraméterei változnak vivőjel vagy vivőfrekvencia, ha szinuszoidot használnak ilyen jelként.

Ha a jel úgy változik, hogy csak két állapota különböztethető meg, akkor minden változás a legkisebb információegységnek felel meg - egy kicsit. Ha egy jelnek kettőnél több megkülönböztethető állapota lehet, akkor minden változás több bit információt hordoz.

A periódusos vivőjel információs paraméterének másodpercenkénti változásainak számát mérjük bodah (baud). Az információs jel szomszédos változásai közötti időtartamot adó működési ciklusának nevezzük.

A bit/sec-ben megadott vonalkapacitás általában nem egyezik meg az adatátviteli sebességgel. Ez lehet nagyobb vagy kisebb, mint a baud szám, és ez az arány a kódolási módszertől függ.

Ha egy jelnek kettőnél több megkülönböztethető állapota van, akkor a bit/sec átviteli sebesség nagyobb lesz, mint az átviteli sebesség. Például, ha az információs paraméterek egy szinusz fázisa és amplitúdója, és van 4 0, 90, 180 és 270 fokos fázisállapot, valamint két jelamplitúdóérték, akkor az információs jelnek 8 megkülönböztethető állapota lehet. Ebben az esetben egy 2400 baudon (2400 Hz órajelen) működő modem 7200 bps sebességgel továbbítja az információt, mivel egy jelváltással 3 bit információ kerül továbbításra.

Két megkülönböztethető állapotú jelek használatakor ellenkező kép figyelhető meg. Ez gyakran azért fordul elő, mert annak érdekében, hogy a vevő megbízhatóan felismerje a felhasználói információt, a sorozat minden bitjét kódolják a vivőjel információs paraméterének többszöri változtatásával. Például, ha egyetlen bit értéket pozitív polaritású impulzussal és nulla bitértéket negatív polaritású impulzussal kódolunk, a fizikai jel kétszer változtatja állapotát az egyes bitek átvitele során. Ezzel a kódolással a vonal kapacitása fele a vonal mentén továbbított baudok számának.

A vonal átviteli sebességét nemcsak a fizikai, hanem a logikai kódolás is befolyásolja. Logikai kódolás a fizikai kódolás előtt kerül végrehajtásra, és magában foglalja az eredeti információ bitjeinek helyettesítését egy olyan új bitsorozatra, amely ugyanazt az információt hordozza, de további tulajdonságokkal is rendelkezik, például a fogadó oldal azon képessége, hogy észleli a kapott adatok hibáit. A forrásinformáció minden bájtjának egy paritásbittel történő kísérése egy példa egy nagyon gyakran használt logikai kódolási módszerre, amikor az adatokat modemekkel továbbítjuk. A logikai kódolás másik példája az adatok titkosítása, amely nyilvános kommunikációs csatornákon történő továbbításkor biztosítja azok bizalmas kezelését. A logikai kódolás során leggyakrabban az eredeti bitsorozatot hosszabb sorozatra cserélik, így a hasznos információkhoz viszonyított csatornakapacitás csökken.

A vonalkapacitás és a sávszélesség kapcsolata

Minél nagyobb a periodikus vivőjel frekvenciája, annál több információ kerül továbbításra egységnyi idő alatt a vonal mentén, és annál nagyobb a vonal kapacitása rögzített fizikai kódolási módszerrel. Másrészt azonban a periodikus vivőjel frekvenciájának növekedésével ennek a jelnek a spektrumszélessége is növekszik, vagyis az a különbség a szinuszhalmaz maximális és minimális frekvenciája között, amely összességében megadja a fizikai kódolásra kiválasztott jelek. A vonal a szinuszoknak ezt a spektrumát azokkal a torzításokkal továbbítja, amelyeket az áteresztősávja határoz meg. Minél nagyobb az eltérés a vonal sávszélessége és az átvitt információs jelek spektrumának szélessége között, annál inkább torzulnak a jelek, és annál valószínűbb, hogy a vevő oldali információfelismerési hibákat észlel, ami azt jelenti, hogy az információátvitel sebessége ténylegesen alacsonyabbnak bizonyul, mint azt várnánk.

A vonal sávszélessége és a vonal sávszélessége közötti kapcsolat maximálisan lehetséges passznoé képesség, függetlenül a fizikai kódolás elfogadott módszerétől, Claude Shannon megállapította:

ahol C a maximális vonalkapacitás bit per másodpercben, F a vonal sávszélessége hertzben, P c a jel teljesítménye, P sh a zajteljesítmény.

Ebből az összefüggésből kitűnik, hogy bár elméletileg nincs korlátja egy fix sávszélességű kapcsolat kapacitásának, a gyakorlatban van ilyen korlát. Valójában meg lehet növelni egy vonal áteresztőképességét az adóteljesítmény növelésével vagy a kommunikációs vonalon a zajteljesítmény (interferencia) csökkentésével. Mindkét összetevőt nagyon nehéz megváltoztatni. Az adó teljesítményének növelése jelentősen megnöveli annak méretét és költségét. A zajszint csökkentése speciális, jó védőernyővel ellátott kábelek használatát igényli, ami nagyon költséges, valamint az adóban és a köztes berendezésekben zajcsökkentést igényel, amit nem könnyű elérni. Ezenkívül a hasznos jelteljesítmények és a zaj befolyását az áteresztőképességre korlátozza egy logaritmikus függés, amely nem növekszik olyan gyorsan, mint az egyenesen arányos. Így a jelteljesítmény/zajteljesítmény meglehetősen tipikus kezdeti 100-szoros aránya mellett az adóteljesítmény kétszeres növelése csak 15%-os vonalkapacitásnövekedést eredményez.

Lényegében közel áll Shannon képletéhez a következő Nyquist által kapott összefüggés, amely egy kommunikációs vonal maximális lehetséges áteresztőképességét is meghatározza, de nem veszi figyelembe a vonal zaját:

ahol M az információs paraméter megkülönböztethető állapotainak száma.

Ha a jelnek 2 megkülönböztethető állapota van, akkor az áteresztőképesség megegyezik a kommunikációs vonal sávszélességének kétszeresével (2.10. ábra, A). Ha az adó 2-nél több stabil jelállapotot használ az adatok kódolására, akkor a vonalkapacitás növekszik, mivel egy órajelben az adó több bitet továbbít az eredeti adatból, például 2 bitet, ha négy megkülönböztethető jelállapot van (2.10. ábra). , b).

A Nyquist-képlet ugyan nem veszi kifejezetten figyelembe a zaj jelenlétét, de hatása közvetetten tükröződik az információs jel állapotszámának megválasztásában. A csatornakapacitás növelése érdekében ezt a számot szeretnénk jelentős értékekre emelni, de a gyakorlatban ezt a vonal zaja miatt nem tudjuk megtenni. ábrán látható példához például. 2.10, megduplázhatja a vonalkapacitást, ha 4 helyett 16 szintet használ az adatkódoláshoz. Ha azonban a zaj amplitúdója gyakran meghaladja a szomszédos 16 szint közötti különbséget, akkor a vevő nem lesz képes következetesen felismerni a továbbított adatokat. Ezért a lehetséges jelállapotok számát valójában a jelteljesítmény és a zaj aránya korlátozza, és a Nyquist-képlet határozza meg a maximális adatátviteli sebességet abban az esetben, ha az állapotok számát a stabil felismerési képességek figyelembevételével már kiválasztottuk. a vevő által.

A fenti összefüggések adják meg a vonalkapacitás határértékét, és ennek a határértékhez való közelítésének mértéke az alábbiakban tárgyalt konkrét fizikai kódolási módszerektől függ.

Zajállóság és megbízhatóság

Vonalzaj immunitás meghatározza, hogy képes-e csökkenteni a külső környezetben a belső vezetékeken keletkező interferencia szintjét. A vezeték zajtűrése függ a használt fizikai közeg típusától, valamint magának a vonalnak az árnyékoló és zajcsökkentő eszközeitől. A rádióvonalak a legkevésbé ellenállóak az interferenciával szemben, jó stabilitásúak kábelvonalakés kiváló - száloptikai vonalak, érzéketlenek a külső elektromágneses sugárzásra. A külső elektromágneses mezők által okozott interferencia csökkentése érdekében a vezetőket általában árnyékolják és/vagy csavarják.

Near end áthallás (Közel Vége Kereszt Beszélgetés - KÖVETKEZŐ) meghatározza a kábel belső zavarforrásokkal szembeni zajtűrő képességét, amikor az adókimenet által továbbított jel elektromágneses tere az egyik vezetőpár mentén zavarjelet indukál egy másik vezetőpáron. Ha egy vevő csatlakozik a második párhoz, összetévesztheti az indukált belső zajt hasznos jelnek. A NEXT mutató decibelben kifejezve 10 log P OUT / P NAV, ahol P OUT a kimeneti jel teljesítménye, P NAV az indukált jel teljesítménye.

Minél alacsonyabb a NEXT érték, annál jobb a kábel. Tehát egy 5-ös kategóriájú csavart érpárú kábelnél a NEXT értékének -27 dB-nél kisebbnek kell lennie 100 MHz-en.

A NEXT jelzőt általában több csavart érpárból álló kábel esetén használják, mivel ebben az esetben az egyik pár és a másik pár kölcsönös interferenciája jelentős értékeket érhet el. Egyetlen koaxiális kábel esetén (vagyis egy árnyékolt magból álló) ennek a mutatónak nincs értelme, és a kettős koaxiális kábel esetében szintén nem használják az egyes magok magas fokú védelme miatt. Az optikai szálak sem okoznak észrevehető interferenciát egymással.

Tekintettel arra, hogy egyes új technológiák egyidejűleg több sodrott érpáron keresztül adatátvitelt használnak, utóbbi időben indikátort kezdték használni PowerSUM, amely a NEXT jelző módosítása. Ez a mutató a kábel összes adópárjának teljes áthallási teljesítményét tükrözi.

Az adatátvitel megbízhatósága jellemzi a torzítás valószínűségét minden egyes átvitt adatbit esetében. Néha ugyanezt a mutatót hívják intenzívenbit hibák (Bit Hiba Arány, BER). A további hibavédelmi eszközök (például önjavító kódok vagy protokollok torzított keretek újraküldésével) nélküli kommunikációs csatornák BER értéke általában 10" 4 -10~ 6, száloptikai kommunikációs vonalakban - 10~ 9. Az adatátvitel megbízhatósági értéke például Yu-ban -4 azt mondja, hogy átlagosan 10 000 bitből egy bit értéke torz.

A bittorzulás mind a vonalon fellépő interferencia, mind a vonal sávszélessége által korlátozott jelhullámforma torzulása miatt következik be. Ezért az átvitt adatok megbízhatóságának növelése érdekében növelni kell a vonal zajtűrésének mértékét, csökkenteni kell a kábel áthallási szintjét, és több szélessávú kommunikációs vonalat kell használni.

A FÁK legtöbb automata telefonközpontjában az akkumulátorfeszültség általában 60 V, de 24...100 V tartományba eshet.

Számítsuk ki a vonal áramértékét (a legrosszabb esetre):

Tekercs ellenállás (2x400 Ohm) 800 Ohm

10 km-es telefonvonal 18000 m

Telefonellenállás... 300 Ohm

Teljes: 29000 m

Akkumulátor feszültség 60 V

Minimális vezetékáram: 60 V/2900 Ohm - 20,7 mA.

táblázatban A 2.1. táblázat mutatja a telefonhálózatok minimális vezetékáramát néhány európai országban.

Korábban a legtöbb telefontársaság meghatározta az SLT-k maximális egyenáramú ellenállását, hogy biztosítsa a minimális tekercsáramot. Az elektronikus TA-k esetében azonban nehéz meghatározni a maximális egyenáramú ellenállást, mivel nemlineáris I-V karakterisztikával rendelkeznek (volt-amper karakterisztika). Az áram-feszültség karakterisztikát a védőhíd polaritása és a híd kis áramokkal szembeni nagyon nagy ellenállása határozza meg. ábrán. A 2.19. ábra mutatja a telefonhálózatok megengedett és nem elfogadható áram-feszültség jellemzőinek területeit. Egyes cégek nagyobb hálózati feszültséget engedélyeznek a frekvenciatárcsázás során, mert... ezek a rendszerek digitális impulzusok leválasztása nélkül működnek. Az USA-ban a szabványos vonali feszültség 6 V 20 mA-en, de frekvenciatárcsázással 8 V is lehet 20 mA-en. Ezért az ilyen típusú specifikációval rendelkező országokban egyszerűbb a frekvenciakód-generátorok táplálása.

Egyes telefontársaságok alacsonyabb vonali feszültséget engedélyeznek impulzusos tárcsázás közben, hogy megkönnyítsék a központ relékének a vonali áramkimaradások leválasztását.

A "sávszélesség" kifejezést gyakran használják az elektronikus hírközlő hálózatok leírására. Ez az egyik legfontosabb jellemzője az ilyen rendszereknek. Első pillantásra úgy tűnhet, hogy annak a személynek, akinek a munkája semmi köze a kommunikációs vonalakhoz, nem kell megértenie, mi az a csatorna sávszélessége. A valóságban minden egy kicsit más. Sok embernek van otthona személyi számítógép, kapcsolva És mindenki tudja, hogy néha a világhálóval való munkavégzés nélkül látható okok lelassul. Ennek egyik oka, hogy éppen abban a pillanatban túlterhelődik a szolgáltató csatorna sávszélessége. Az eredmény egyértelmű lassulás és lehetséges meghibásodások. Mielőtt meghatároznánk a „sávszélesség” fogalmát, használjunk egy példát, amely lehetővé teszi, hogy bárki megértse, miről beszélünk.

Képzeljünk el egy autópályát egy vidéki kisvárosban és egy sűrűn lakott metropoliszban. Az első esetben leggyakrabban egy vagy két forgalomra tervezték, a szélesség kicsi. De a nagyvárosokban még a négysávos közlekedés sem lep meg senkit. Ugyanezen idő alatt ezen a két úton jelentősen eltér az azonos távolságot megtett autók száma. Ez két jellemzőtől függ - a mozgás sebességétől és a sávok számától. Ebben a példában az út az, az autók pedig információdarabok. Viszont minden sáv egy kommunikációs vonal.

Más szóval, a sávszélesség közvetetten azt jelzi, hogy mennyi adatot lehet továbbítani időegységenként. Minél magasabb ez a paraméter, annál kényelmesebb egy ilyen kapcsolaton keresztül dolgozni.

Ha minden nyilvánvaló az átviteli sebességgel (az átviteli késleltetések csökkenésével növekszik), akkor a „sávszélesség” kifejezés egy kicsit bonyolultabb. Mint ismeretes, annak érdekében, hogy egy jel információt továbbítson, azt egy bizonyos módon átalakítják. Az elektronikával kapcsolatban ez lehet vegyes moduláció. Az átvitel egyik jellemzője azonban, hogy több impulzussal különböző frekvenciák(a teljes sávon belül, mindaddig, amíg a torzítás az elfogadható határokon belül van). Ez a funkció lehetővé teszi a kommunikációs vonal általános teljesítményének növelését a késések megváltoztatása nélkül. A frekvenciák együttélésének frappáns példája több, eltérő hangszínű ember egyidejű beszélgetése. Bár mindenki beszél, mindenki szavai jól megkülönböztethetők.

Miért fordul elő néha lassulás a hálózattal végzett munka során? Mindent nagyon egyszerűen elmagyaráznak:

Minél nagyobb a késleltetés, annál kisebb a sebesség. Bármilyen interferencia a jellel (szoftver vagy fizikai) csökkenti a teljesítményt;

Gyakran tartalmaz további biteket, amelyek redundáns funkciókat hajtanak végre - úgynevezett "redundancia". Erre azért van szükség, hogy a vonalon zavaró körülmények között működőképes legyen;

Elérte a vezetőképes közeg fizikai határát, amikor már az összes érvényes adathordozót felhasználták, és az új adatokkal küldési sorba kerülnek.

Az ilyen problémák megoldására a szolgáltatók többféle megközelítést alkalmaznak. Ez lehet a virtualizáció, amely növeli a „szélességet”, de további késéseket vezet be; a csatorna megnagyobbodása „extra” vezető médiák miatt stb.

A digitális technológiában néha használják a "baud" kifejezést. Valójában az időegység alatt átvitt adatbitek számát jelenti. A lassú kommunikációs vonalak (tárcsázós) korában 1 baud 1 bit/1 bitnek felelt meg. Később a sebesség növekedésével a „baud” megszűnt univerzálisnak lenni. Ez jelenthet 1, 2, 3 vagy több bitet másodpercenként, amihez külön jelzés kellett, így jelenleg más rendszert használnak, amit mindenki ért.

Term frekvenciasáv a jelzéssel kapcsolatban fogalmához kapcsolódik effektív jelspektrum szélesség, amelyben a jelenergia 90%-a koncentrálódik (megállapodás alapján), valamint a jel frekvenciasávjának alsó és felső határa. Ezek a legfontosabb jellemzőket a jelforrások közvetlenül kapcsolódnak a fizikához ezt a forrást jel. Például egy induktív rezgésérzékelőnél a kimenő jel frekvenciasávját felülről kilohertz egységekkel korlátozza az érzékelő induktivitástekercsében lévő fém mágnesezett mag tömegének tehetetlensége, alulról pedig az érték. a tekercs induktivitásához kapcsolódik. A jel frekvenciasávjának felső határa általában a jel elfordulási sebességének fizikai korlátaihoz kapcsolódik, a frekvenciasáv alsó határa pedig a jel alacsony frekvenciájú összetevőjének jelenlétéhez kapcsolódik, beleértve az egyenáramú összetevőt is.

Term frekvenciasáv terjedésátalakítók és jelátviteli utak (interfészek) kapcsán használják. arról beszélünk amplitúdó-frekvencia válasz (AFC) Ezeknek az eszközöknek a sávszélesség-jellemzőiről, amelyeket hagyományosan -3 dB-es szinten mérnek, amint az a fenti ábrán látható. A nulla decibel a jelamplitúdó maximális (vagy megegyezés szerint átlagos) értéke az áteresztősávban. Az ábrán az F 1 és F 2 frekvenciák az alacsonyabb ill magas frekvencia ennek megfelelően sávszélességeket. Az alsó határ F 1 = 0, ha ez az átalakító vagy út áthalad a jel DC komponensén. Minél több szélesség frekvenciasávok terjedés∆F= az átalakító vagy adatátviteli út F 2 - F 1, a magasabb a jel felbontása (részlete) időben , annál nagyobb az információátviteli sebesség a megfelelő interfészen, de ugyanakkor annál több interferencia és zaj az áteresztősávon belülre esik.

Ha a jel frekvenciasávja részben vagy teljesen nem esik az átalakító vagy út áteresztősávjába, az a jel torzulásához vagy teljes elnyomásához vezet az úton.

Másrészt, ha a jel effektív frekvenciasávja többszörösen szűkebb, mint az átalakító vagy út áteresztősávja, akkor az ilyen eset nem tekinthető optimálisnak, mivel ebben a fizikailag megvalósított rendszerben mindig van különböző jellegű zaj és interferencia. , amelyek általában a teljes átviteli sávon vannak elszórva. Az áteresztő frekvenciák azon tartományai, amelyek nem tartalmaznak hasznos jelkomponenseket, zajt okoznak, ami rontja egy adott jelátalakítási vagy átviteli csatorna jel-zaj arányát. Ezen feltételezések alapján közel kerültünk a kifejezés: optimális jelsávszélesség egy átviteli sáv, amelynek határai összhangban vannak effektív jel sávszélesség.

Az ADC esetében az áteresztősáv felső határát élsimító szűrő, alsó határát pedig felüláteresztő szűrő biztosíthatja.

Amint látja, a tábornok kifejezést frekvenciasáv, bármilyen összefüggésben használjuk, erősen kapcsolódik a berendezés kiválasztásának kérdéséhez frekvencia-jellemzői szerint, valamint az átalakítók és az átviteli utak jelforrásokhoz való optimális illesztésének kérdéséhez is kapcsolódik.