Ketika sinyal bergerak sepanjang saluran komunikasi, amplitudonya menurun karena lingkungan fisik menolak aliran energi listrik atau elektromagnetik. Efek ini dikenal sebagai redaman sinyal. Saat mentransmisikan sinyal listrik, beberapa bahan, seperti tembaga, merupakan konduktor yang lebih efisien dibandingkan bahan lainnya. Namun, semua konduktor mengandung kotoran yang menghambat pergerakan konstituennya arus listrik elektron. Resistansi konduktor menyebabkan sebagian energi listrik sinyal diubah menjadi energi panas saat sinyal bergerak sepanjang kabel, menyebabkan level sinyal listrik terus menurun. Redaman sinyal dinyatakan sebagai hilangnya daya sinyal per satuan panjang kabel, biasanya dalam desibel per kilometer (dB/km).

Beras. 2.5. Redaman sinyal

Untuk redaman, ditetapkan batas panjang maksimum saluran komunikasi. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa sinyal yang tiba di penerima memiliki amplitudo yang cukup untuk pengenalan yang andal dan interpretasi yang benar. Jika suatu saluran melebihi panjang maksimum ini, amplifier atau repeater harus digunakan sepanjang saluran tersebut untuk mengembalikan level sinyal yang dapat diterima.

Beras. 2.6. Pengulang sinyal

Redaman sinyal meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi. Hal ini menyebabkan distorsi sinyal sebenarnya yang mengandung rentang frekuensi. Misalnya, sinyal digital memiliki tepi pulsa yang sangat tajam dan naik dengan cepat, sehingga menciptakan komponen frekuensi tinggi. Semakin tajam (cepat) kenaikannya maka komponen frekuensinya akan semakin besar. Ini ditunjukkan pada Gambar. 2.5, di mana periode kenaikan sinyal yang dilemahkan semakin meningkat seiring dengan melewati kabel karena redaman yang lebih besar pada komponen frekuensi tinggi. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan amplifier khusus (equalizer) yang memperkuat frekuensi tinggi yang mengalami redaman lebih besar.

Cahaya juga melemah ketika melewati kaca karena alasan yang sama. Energi elektromagnetik (cahaya) diserap karena hambatan alami kaca.

2.3.3. Bandwidth saluran

Jumlah informasi yang dapat ditransmisikan suatu saluran dalam jangka waktu tertentu ditentukan oleh kemampuannya menangani laju perubahan sinyal, yaitu frekuensinya. Sinyal analog mengubah frekuensi dari minimum ke maksimum, dan perbedaannya adalah lebar spektrum frekuensi sinyal. Bandwidth saluran analog adalah perbedaan antara frekuensi maksimum dan minimum yang dapat ditransmisikan secara andal oleh saluran tersebut. Biasanya ini adalah frekuensi di mana sinyal kehilangan setengah dayanya dibandingkan dengan tingkat frekuensi rentang menengah atau c* pada input saluran; frekuensi ini ditetapkan sebagai titik 3 dB. Dalam kasus terakhir, bandwidth dikenal sebagai bandwidth 3 dB.

Sinyal digital terdiri dari sekumpulan besar komponen frekuensi, namun hanya frekuensi yang berada dalam bandwidth saluran yang dapat diterima. Semakin besar bandwidth saluran, semakin tinggi kecepatan data dan semakin tinggi komponen frekuensi sinyal yang dapat ditransmisikan, sehingga representasi yang lebih akurat dari sinyal yang ditransmisikan dapat diperoleh dan didekodekan.

Beras. 2.7. Bandwidth

Beras. 2.8. Pengaruh Bandwidth pada Sinyal Digital

Kecepatan data maksimum (C) suatu saluran dapat ditentukan dari kapasitas transmisinya menggunakan rumus berikut yang diturunkan oleh ahli matematika Nyquist.

C = 2 B log 2 M bps,

dimana B adalah bandwidth dalam hertz; Level M digunakan untuk setiap elemen sinyal

Dalam kasus khusus hanya menggunakan dua level, "ON" dan "OFF" (biner):

M = 2 dan C = 2B.

Sebagai contoh, kecepatan data Nyquist maksimum untuk link PSTN dengan bandwidth 3100 hertz untuk sinyal biner adalah: 2 x 3100 = 6200 bps. Pada kenyataannya, kecepatan data yang dapat dicapai berkurang karena adanya noise pada saluran.

2.3.4. Kebisingan

Saat sinyal melewati saluran komunikasi, atom dan molekul dalam media transmisi bergetar dan memancarkan gelombang elektromagnetik acak dalam bentuk noise. Biasanya kekuatan sinyal yang ditransmisikan lebih besar dibandingkan dengan sinyal noise1. Namun, seiring dengan kemajuan dan penurunan sinyal, levelnya mungkin menjadi sama dengan level kebisingan. Ketika sinyal yang diinginkan hanya sedikit lebih besar dari kebisingan latar belakang, penerima tidak dapat memisahkan data dari kebisingan dan terjadi kesalahan komunikasi.

Parameter saluran yang penting adalah rasio daya sinyal yang diterima (S) terhadap daya sinyal kebisingan(N). Rasio S/N disebut rasio signal-to-noise dan biasanya dinyatakan dalam desibel, disingkat dB.

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

dimana S adalah daya sinyal dalam watt; N adalah daya kebisingan dalam watt.

Rasio sinyal terhadap kebisingan yang tinggi berarti kekuatan sinyal yang diinginkan relatif tinggi terhadap tingkat kebisingan, sehingga menghasilkan kualitas sinyal yang dirasakan baik. Kecepatan data maksimum teoritis untuk saluran nyata dapat dihitung menggunakan hukum Shannon-Hartley(Shannon-Hartley).

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

dimana C adalah kecepatan transfer data dalam bps; B adalah bandwidth saluran dalam hertz; S - kekuatan sinyal dalam watt; N - daya kebisingan dalam watt.

Dari rumus ini, Anda dapat melihat bahwa meningkatkan bandwidth atau meningkatkan rasio signal-to-noise memungkinkan Anda meningkatkan kecepatan data dan peningkatan bandwidth yang relatif kecil setara dengan peningkatan rasio signal-to-noise yang jauh lebih besar. .

Saluran transmisi digital menggunakan bandwidth tinggi dan repeater atau regenerator digital untuk menciptakan kembali sinyal secara berkala, menjaga rasio signal-to-noise yang dapat diterima. Sinyal yang dilemahkan yang diterima oleh regenerator dikenali, disetel ulang, dan diteruskan sebagai salinan yang hampir sama persis dengan sinyal digital aslinya, seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.9. Tidak ada akumulasi noise dalam sinyal, bahkan ketika ditransmisikan sejauh ribuan kilometer, selama rasio signal-to-noise yang dapat diterima dipertahankan.

Bandwidth (transparansi)- rentang frekuensi di mana respons frekuensi amplitudo (AFC) perangkat akustik, radio, optik, atau mekanis cukup seragam untuk memastikan transmisi sinyal tanpa distorsi signifikan pada bentuknya. Kadang-kadang, alih-alih menggunakan istilah “bandwidth”, istilah “pita frekuensi yang ditransmisikan secara efektif (ETF)” digunakan. Energi sinyal utama (setidaknya 90%) terkonsentrasi di EPFC. Rentang frekuensi ini diatur secara eksperimental untuk setiap sinyal sesuai dengan persyaratan kualitas.

Parameter Bandwidth Dasar

Parameter utama yang menjadi ciri bandwidth frekuensi adalah bandwidth dan ketidakrataan respons frekuensi dalam pita tersebut.

Bandwidth

Lebar pita sandi adalah pita frekuensi yang ketidakrataan respons frekuensinya tidak melebihi nilai yang ditentukan.

Bandwidth biasanya didefinisikan sebagai perbedaan antara frekuensi batas atas dan bawah dari bagian respons frekuensi f 2 − f 1 (\displaystyle f_(2)-f_(1)), di mana amplitudo osilasi sama 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(atau setara 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2))) untuk daya) dari maksimum. Level ini kira-kira setara dengan −3 dB.

Bandwidth dinyatakan dalam satuan frekuensi (misalnya hertz).

Dalam komunikasi radio dan perangkat transmisi informasi, peningkatan bandwidth memungkinkan lebih banyak informasi untuk dikirimkan.

Ketidakrataan respons frekuensi

Ketidakrataan respon frekuensi mencirikan derajat penyimpangannya dari garis lurus yang sejajar dengan sumbu frekuensi.

Mengurangi ketidakrataan respons frekuensi pada pita akan meningkatkan reproduksi bentuk sinyal yang ditransmisikan.

Ada:

• Bandwidth absolut: 2Δω = Sa
• Bandwidth relatif: 2Δω/ωo = Jadi

Derajat distorsi sinyal sinusoidal oleh jalur komunikasi dinilai dengan menggunakan karakteristik seperti respon frekuensi amplitudo, bandwidth dan redaman pada frekuensi tertentu.

Respon frekuensi amplitudo(Gbr. 2.7) menunjukkan bagaimana amplitudo sinusoidal pada keluaran saluran komunikasi melemah dibandingkan dengan amplitudo pada masukannya untuk semua kemungkinan frekuensi sinyal yang ditransmisikan. Alih-alih amplitudo, karakteristik ini sering kali menggunakan parameter sinyal seperti kekuatannya.

Mengetahui respons amplitudo-frekuensi garis nyata memungkinkan Anda menentukan bentuk sinyal keluaran untuk hampir semua sinyal masukan. Untuk itu perlu dicari spektrum sinyal masukan, mengubah amplitudo harmonik penyusunnya sesuai dengan karakteristik amplitudo-frekuensi, kemudian mencari bentuk sinyal keluaran dengan menjumlahkan harmonisa yang dikonversi.

Meskipun kelengkapan informasi yang diberikan oleh karakteristik amplitudo-frekuensi pada jalur komunikasi, penggunaannya diperumit oleh kenyataan bahwa sangat sulit diperoleh. Lagi pula, untuk melakukan ini, Anda perlu menguji garis dengan sinusoid referensi pada seluruh rentang frekuensi dari nol hingga nilai maksimum tertentu yang dapat ditemukan dalam sinyal input. Selain itu, frekuensi sinusoid masukan perlu diubah sedikit demi sedikit, yang berarti jumlah eksperimen harus sangat besar. Oleh karena itu, dalam praktiknya, alih-alih karakteristik frekuensi amplitudo, digunakan karakteristik lain yang disederhanakan - bandwidth dan atenuasi.

Bandwidth (lebar pita) adalah rentang frekuensi kontinu yang rasio amplitudo sinyal keluaran terhadap sinyal masukan melebihi batas yang telah ditentukan, biasanya 0,5. Artinya, bandwidth menentukan rentang frekuensi sinyal sinusoidal di mana sinyal ini ditransmisikan melalui jalur komunikasi tanpa distorsi yang signifikan. Mengetahui bandwidth memungkinkan Anda memperoleh, pada tingkat perkiraan tertentu, hasil yang sama dengan mengetahui karakteristik frekuensi amplitudo. Seperti yang akan kita lihat di bawah, lebar bandwidth memiliki pengaruh terbesar terhadap kecepatan maksimum transmisi informasi melalui jalur komunikasi. Fakta inilah yang tercermin dalam padanan bahasa Inggris dari istilah yang dimaksud (lebar - lebar).

Atenuasi (redaman) didefinisikan sebagai penurunan relatif amplitudo atau kekuatan sinyal ketika sinyal dengan frekuensi tertentu ditransmisikan sepanjang saluran. Jadi, redaman mewakili satu titik dari karakteristik frekuensi amplitudo saluran. Seringkali, ketika mengoperasikan suatu saluran, frekuensi dasar dari sinyal yang ditransmisikan diketahui sebelumnya, yaitu frekuensi yang harmoniknya memiliki amplitudo dan daya terbesar. Oleh karena itu, cukup mengetahui redaman pada frekuensi ini untuk memperkirakan secara kasar distorsi sinyal yang ditransmisikan sepanjang saluran. Perkiraan yang lebih akurat dimungkinkan dengan pengetahuan tentang redaman pada beberapa frekuensi yang sesuai dengan beberapa harmonik mendasar dari sinyal yang ditransmisikan.

Atenuasi A biasanya diukur dalam desibel (dB, desibel - dB) dan dihitung dengan rumus berikut:

dimana P out adalah daya sinyal pada saluran keluaran, P in adalah daya sinyal pada saluran masukan.

Karena daya sinyal keluaran kabel tanpa penguat perantara selalu lebih kecil dari daya sinyal masukan, redaman kabel selalu bernilai negatif.

Misalnya, kabel twisted pair Kategori 5 dicirikan oleh redaman minimal -23,6 dB untuk frekuensi 100 MHz dengan panjang kabel 100 m. Frekuensi 100 MHz dipilih karena kabel kategori ini dimaksudkan untuk transmisi data berkecepatan tinggi, sinyal-sinyalnya memiliki harmonik yang signifikan dengan frekuensi sekitar 100 MHz. Kabel kategori 3 dirancang untuk transmisi data berkecepatan rendah, sehingga didefinisikan sebagai redaman pada frekuensi 10 MHz (tidak lebih rendah dari -11,5 dB). Seringkali mereka beroperasi dengan nilai redaman absolut, tanpa menunjukkan tanda.

Mutlak tingkat kekuatan, misalnya, tingkat daya pemancar juga diukur dalam desibel. Dalam hal ini, nilai 1 mW diambil sebagai nilai dasar daya sinyal, relatif terhadap pengukuran daya arus. Dengan demikian, tingkat daya p dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

dimana P adalah daya sinyal dalam miliwatt, dan dBm adalah satuan tingkat daya (desibel per mW).

Dengan demikian, respons amplitudo-frekuensi, bandwidth, dan atenuasi adalah karakteristik universal, dan pengetahuannya memungkinkan kita menarik kesimpulan tentang bagaimana sinyal dalam bentuk apa pun akan ditransmisikan melalui jalur komunikasi.

Bandwidth tergantung pada jenis saluran dan panjangnya. Pada Gambar. 2.8 menunjukkan berbagai jenis bandwidth jalur komunikasi, serta rentang frekuensi yang paling umum digunakan dalam teknologi komunikasi;

Kapasitas jalur

lebar pita (keluaran) garis mencirikan kecepatan transfer data maksimum yang mungkin melalui jalur komunikasi. Bandwidth diukur dalam bit per detik - bps, serta dalam satuan turunan seperti kilobit per detik (Kbps), megabit per detik (Mbps), gigabit per detik (Gbps), dll.

CATATAN Throughput jalur komunikasi dan peralatan jaringan komunikasi biasanya diukur dalam bit per detik, bukan byte per detik. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa data dalam jaringan ditransmisikan secara berurutan, yaitu sedikit demi sedikit, dan tidak paralel, demi byte, seperti yang terjadi antar perangkat di dalam komputer. Satuan pengukuran seperti kilobit, megabit atau gigabit dalam teknologi jaringan sangat sesuai dengan satuan 10 (yaitu, satu kilobit adalah 1000 bit, dan satu megabit adalah 1.000.000 bit), seperti yang lazim di semua cabang ilmu pengetahuan dan teknologi, dan bukan dekat dengan angka-angka ini pangkat 2, seperti biasa dalam pemrograman, dimana awalan “kilo” sama dengan 2 10 =1024, dan “mega” -2 20 = 1 048 576.

Throughput jalur komunikasi tidak hanya bergantung pada karakteristiknya, seperti respons frekuensi amplitudo, tetapi juga pada spektrum sinyal yang ditransmisikan. Jika harmonik sinyal yang signifikan (yaitu, harmonik yang amplitudonya memberikan kontribusi utama pada sinyal yang dihasilkan) berada dalam pita sandi saluran, maka sinyal tersebut akan ditransmisikan dengan baik oleh jalur komunikasi ini dan penerima akan dapat melakukannya mengenali dengan benar informasi yang dikirim sepanjang saluran oleh pemancar (Gbr. 2.9, A). Jika harmonik yang signifikan melampaui bandwidth jalur komunikasi, maka sinyal akan terdistorsi secara signifikan, penerima akan membuat kesalahan dalam mengenali informasi, yang berarti bahwa informasi tidak akan dapat ditransmisikan dengan bandwidth yang diberikan (Gbr. 2.9, 6).

Pilihan metode untuk merepresentasikan informasi diskrit dalam bentuk sinyal yang disuplai ke jalur komunikasi disebut fisik atau pengkodean linier. Spektrum sinyal dan, karenanya, kapasitas saluran bergantung pada metode pengkodean yang dipilih. Jadi, untuk satu metode pengkodean, sebuah saluran mungkin memiliki satu kapasitas, dan untuk metode lainnya, kapasitas lainnya. Misalnya, kabel twisted pair Kategori 3 dapat membawa throughput data 10 Mbps dengan pengkodean lapisan fisik 10Base-T dan 33 Mbps dengan pengkodean 100Base-T4. Dalam contoh yang ditunjukkan pada Gambar. 2.9, metode pengkodean berikut diadopsi - logika 1 diwakili pada garis dengan potensial positif, dan logika 0 dengan potensial negatif.

Teori informasi mengatakan bahwa setiap perubahan yang terlihat dan tidak dapat diprediksi pada sinyal yang diterima membawa informasi. Sesuai dengan ini, penerimaan sinusoidal, di mana amplitudo, fase dan frekuensi tetap tidak berubah, tidak membawa informasi, karena perubahan sinyal, meskipun terjadi, dapat diprediksi dengan baik. Demikian pula, pulsa pada bus jam komputer tidak membawa informasi, karena perubahannya juga konstan sepanjang waktu. Namun pulsa pada bus data tidak dapat diprediksi sebelumnya, sehingga bus data mentransfer informasi antar blok atau perangkat individual.

Kebanyakan metode pengkodean menggunakan perubahan beberapa parameter sinyal periodik - frekuensi, amplitudo dan fase sinusoidal, atau tanda potensial rangkaian pulsa. Sinyal periodik yang parameternya berubah disebut sinyal pembawa atau frekuensi pembawa, jika sinusoidal digunakan sebagai sinyal seperti itu.

Jika sinyal berubah sedemikian rupa sehingga hanya dua keadaannya yang dapat dibedakan, maka setiap perubahan di dalamnya akan sesuai dengan unit informasi terkecil - sedikit. Jika suatu sinyal dapat mempunyai lebih dari dua keadaan yang dapat dibedakan, maka setiap perubahan di dalamnya akan membawa beberapa bit informasi.

Jumlah perubahan parameter informasi sinyal pembawa periodik per detik diukur dalam bodah (baud). Periode waktu antara perubahan yang berdekatan dalam sinyal informasi disebut siklus operasi pemancar.

Kapasitas saluran dalam bit per detik umumnya tidak sama dengan baud rate. Angka ini bisa lebih tinggi atau lebih rendah dari angka baud, dan rasio ini bergantung pada metode pengkodean.

Jika suatu sinyal mempunyai lebih dari dua keadaan yang dapat dibedakan, maka throughput dalam bit per detik akan lebih tinggi daripada baud rate. Misalnya, jika parameter informasi adalah fase dan amplitudo sinusoidal, dan terdapat 4 status fase 0, 90,180, dan 270 derajat serta dua nilai amplitudo sinyal, maka sinyal informasi dapat memiliki 8 status yang dapat dibedakan. Dalam hal ini, modem yang beroperasi pada 2400 baud (dengan frekuensi clock 2400 Hz) mentransmisikan informasi dengan kecepatan 7200 bps, karena 3 bit informasi ditransmisikan dengan satu perubahan sinyal.

Saat menggunakan sinyal dengan dua keadaan yang dapat dibedakan, hal sebaliknya mungkin terjadi. Hal ini sering terjadi karena agar penerima dapat mengenali informasi pengguna dengan andal, setiap bit dalam urutan dikodekan menggunakan beberapa perubahan pada parameter informasi sinyal pembawa. Misalnya, ketika mengkodekan nilai bit tunggal dengan pulsa polaritas positif, dan nilai bit nol dengan pulsa polaritas negatif, sinyal fisik mengubah keadaannya dua kali selama transmisi setiap bit. Dengan pengkodean ini, kapasitas saluran adalah setengah dari jumlah baud yang ditransmisikan sepanjang saluran.

Throughput jalur dipengaruhi tidak hanya oleh fisik tetapi juga oleh pengkodean logis. Pengkodean logika dilakukan sebelum pengkodean fisik dan melibatkan penggantian bit informasi asli dengan urutan bit baru yang membawa informasi yang sama, tetapi juga memiliki properti tambahan, misalnya, kemampuan pihak penerima untuk mendeteksi kesalahan dalam data yang diterima. Mendampingi setiap byte informasi sumber dengan satu bit paritas adalah contoh metode pengkodean logis yang sangat umum digunakan saat mentransmisikan data menggunakan modem. Contoh lain dari pengkodean logis adalah enkripsi data, yang menjamin kerahasiaannya ketika dikirimkan melalui saluran komunikasi publik. Dengan pengkodean logis, paling sering urutan bit asli diganti dengan urutan yang lebih panjang, sehingga kapasitas saluran sehubungan dengan informasi yang berguna berkurang.

Hubungan antara kapasitas saluran dan bandwidth

Semakin tinggi frekuensi sinyal pembawa periodik, semakin banyak informasi per satuan waktu yang ditransmisikan melalui saluran dan semakin tinggi kapasitas saluran dengan metode pengkodean fisik tetap. Namun sebaliknya dengan bertambahnya frekuensi sinyal pembawa periodik maka lebar spektrum sinyal tersebut juga bertambah, yaitu selisih antara frekuensi maksimum dan minimum dari himpunan sinusoidal yang secara total akan menghasilkan barisan. sinyal yang dipilih untuk pengkodean fisik. Garis mentransmisikan spektrum sinusoidal ini dengan distorsi yang ditentukan oleh pita sandinya. Semakin besar perbedaan antara bandwidth saluran dan lebar spektrum sinyal informasi yang ditransmisikan, semakin banyak sinyal yang terdistorsi dan semakin besar kemungkinan kesalahan dalam pengenalan informasi oleh pihak penerima, yang berarti bahwa kecepatan transfer informasi sebenarnya ternyata lebih rendah dari yang diharapkan.

Hubungan antara bandwidth suatu saluran dan salurannya umpan semaksimal mungkinkemampuan Nuh, terlepas dari metode pengkodean fisik yang diadopsi, Claude Shannon menetapkan:

dimana C adalah kapasitas saluran maksimum dalam bit per detik, F adalah bandwidth saluran dalam hertz, P c adalah kekuatan sinyal, P sh adalah kekuatan noise.

Hubungan ini menunjukkan bahwa meskipun secara teoritis tidak ada batasan terhadap kapasitas saluran dengan bandwidth tetap, dalam praktiknya terdapat batasan tersebut. Memang benar, throughput suatu saluran dapat ditingkatkan dengan meningkatkan daya pemancar atau mengurangi daya derau (interferensi) pada saluran komunikasi. Kedua komponen ini sangat sulit diubah. Peningkatan daya pemancar menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam ukuran dan biaya. Mengurangi tingkat kebisingan memerlukan penggunaan kabel khusus dengan layar pelindung yang baik, yang harganya sangat mahal, serta mengurangi kebisingan pada pemancar dan peralatan perantara, yang tidak mudah untuk dicapai. Selain itu, pengaruh kekuatan sinyal dan noise yang berguna pada throughput dibatasi oleh ketergantungan logaritmik, yang tidak tumbuh secepat ketergantungan berbanding lurus. Jadi, dengan rasio awal yang cukup umum antara daya sinyal dan daya derau sebesar 100 kali lipat, meningkatkan daya pemancar sebanyak 2 kali hanya akan memberikan peningkatan kapasitas saluran sebesar 15%.

Esensi yang mirip dengan rumus Shannon adalah hubungan berikut yang diperoleh Nyquist, yang juga menentukan throughput maksimum yang mungkin dari suatu jalur komunikasi, tetapi tanpa memperhitungkan kebisingan pada saluran tersebut:

di mana M adalah jumlah status parameter informasi yang dapat dibedakan.

Jika sinyal memiliki 2 keadaan yang dapat dibedakan, maka throughputnya sama dengan dua kali bandwidth jalur komunikasi (Gbr. 2.10, A). Jika pemancar menggunakan lebih dari 2 status sinyal stabil untuk mengkodekan data, maka kapasitas saluran meningkat, karena dalam satu siklus clock pemancar mentransmisikan beberapa bit data asli, misalnya 2 bit jika terdapat empat status sinyal yang dapat dibedakan (Gbr. 2.10 , B).

Meskipun rumus Nyquist tidak secara eksplisit memperhitungkan keberadaan noise, pengaruhnya secara tidak langsung tercermin dalam pilihan jumlah status sinyal informasi. Untuk meningkatkan kapasitas saluran, kami ingin meningkatkan angka ini ke nilai yang signifikan, namun dalam praktiknya kami tidak dapat melakukan hal ini karena adanya kebisingan di saluran. Misalnya, untuk contoh yang ditunjukkan pada Gambar. 2.10, Anda dapat menggandakan kapasitas jalur dengan menggunakan 16, bukan 4 level, untuk pengkodean data. Namun, jika amplitudo kebisingan sering kali melebihi perbedaan antara 16 level yang berdekatan, maka penerima tidak akan dapat mengenali data yang dikirimkan secara konsisten. Oleh karena itu, jumlah status sinyal yang mungkin sebenarnya dibatasi oleh rasio kekuatan sinyal terhadap noise, dan rumus Nyquist menentukan kecepatan transfer data maksimum jika jumlah status telah dipilih dengan mempertimbangkan kemampuan pengenalan yang stabil. oleh penerima.

Hubungan di atas memberikan nilai batas kapasitas saluran, dan tingkat perkiraan batas ini bergantung pada metode pengkodean fisik spesifik yang dibahas di bawah.

Kekebalan dan keandalan kebisingan

Kekebalan kebisingan saluran menentukan kemampuannya untuk mengurangi tingkat interferensi yang tercipta di lingkungan eksternal pada konduktor internal. Kekebalan kebisingan suatu saluran bergantung pada jenis media fisik yang digunakan, serta pada sarana pelindung dan peredam kebisingan dari saluran itu sendiri. Saluran radio paling tidak tahan terhadap interferensi; mereka mempunyai stabilitas yang baik jalur kabel dan luar biasa - jalur serat optik, tidak sensitif terhadap radiasi elektromagnetik eksternal. Biasanya, untuk mengurangi interferensi yang disebabkan oleh medan elektromagnetik eksternal, konduktor dilindungi dan/atau dipelintir.

Crosstalk dekat akhir (Di dekat Akhir Menyeberang Bicara - BERIKUTNYA) menentukan kekebalan kebisingan kabel terhadap sumber interferensi internal ketika medan elektromagnetik dari sinyal yang ditransmisikan oleh keluaran pemancar sepanjang satu pasang konduktor menginduksi sinyal interferensi pada pasangan konduktor lainnya. Jika penerima terhubung ke pasangan kedua, ia mungkin salah mengira kebisingan internal yang ditimbulkan sebagai sinyal yang berguna. Indikator NEXT, dinyatakan dalam desibel, sama dengan 10 log P OUT / P NAV, dimana P OUT adalah kekuatan sinyal keluaran, P NAV adalah kekuatan sinyal induksi.

Semakin rendah nilai NEXT, semakin baik kabelnya. Jadi, untuk kabel twisted pair Kategori 5, NEXT harus kurang dari -27 dB pada 100 MHz.

Indikator NEXT biasanya digunakan pada kabel yang terdiri dari beberapa pasangan terpilin, karena dalam hal ini saling interferensi antara satu pasangan dengan pasangan lainnya dapat mencapai nilai yang signifikan. Untuk kabel koaksial tunggal (yaitu, terdiri dari satu inti berpelindung), indikator ini tidak masuk akal, dan untuk kabel koaksial ganda juga tidak digunakan karena tingginya tingkat perlindungan setiap inti. Serat optik juga tidak menimbulkan gangguan nyata satu sama lain.

Karena kenyataan bahwa beberapa teknologi baru menggunakan transmisi data secara bersamaan melalui beberapa pasangan terpilin, akhir-akhir ini indikator mulai digunakan KekuatanSUM, yang merupakan modifikasi dari indikator NEXT. Indikator ini mencerminkan total daya crosstalk dari semua pasangan transmisi dalam kabel.

Keandalan transmisi data mencirikan kemungkinan distorsi untuk setiap bit data yang dikirimkan. Terkadang indikator yang sama disebut secara intensifkesalahan sedikit (Sedikit Kesalahan Kecepatan, BER). Nilai BER untuk saluran komunikasi tanpa sarana perlindungan kesalahan tambahan (misalnya, kode atau protokol yang mengoreksi sendiri dengan transmisi ulang bingkai yang terdistorsi), biasanya, 10" 4 -10~ 6, dalam jalur komunikasi serat optik - 10~ 9. Nilai keandalan transmisi data, misalnya pada Yu -4 mengatakan bahwa rata-rata dari 10.000 bit nilai satu bit terdistorsi.

Distorsi bit terjadi baik karena adanya interferensi pada saluran, maupun karena distorsi bentuk sinyal yang dibatasi oleh bandwidth saluran. Oleh karena itu, untuk meningkatkan keandalan data yang dikirimkan, perlu untuk meningkatkan tingkat kekebalan kebisingan saluran, mengurangi tingkat crosstalk pada kabel, dan juga menggunakan lebih banyak jalur komunikasi broadband.

Tegangan baterai pada sebagian besar sentral telepon otomatis di CIS biasanya 60 V, tetapi bisa juga berkisar 24...100 V.

Mari kita hitung nilai garis saat ini (untuk kasus terburuk):

Resistansi kumparan (2x400 Ohm) 800 ohm

saluran telepon 10 km 18000m

Resistansi telepon... 300 Ohm

Total: 29000m

Tegangan baterai 60 V

Arus saluran minimum: 60 V/2900 Ohm - 20,7 mA.

Dalam tabel 2.1 menunjukkan arus saluran minimum untuk jaringan telepon di beberapa negara Eropa.

Di masa lalu, sebagian besar perusahaan telepon menentukan resistansi DC maksimum untuk SLT guna memastikan arus koil minimum. Namun, untuk TA elektronik sulit untuk menentukan resistansi DC maksimum, karena memiliki karakteristik I-V nonlinier (karakteristik volt-ampere). Karakteristik arus-tegangan ditentukan oleh polaritas jembatan pelindung dan sangat tinggi resistansi jembatan terhadap arus rendah. Pada Gambar. 2.19 menunjukkan area karakteristik tegangan arus yang diperbolehkan dan tidak dapat diterima untuk jaringan telepon. Beberapa perusahaan mengizinkan tegangan saluran lebih tinggi selama panggilan frekuensi karena... sistem ini beroperasi tanpa mengisolasi pulsa digital. Di AS, tegangan saluran standar adalah 6 V pada 20 mA, namun dengan panggilan frekuensi bisa menjadi 8 V pada 20 mA. Oleh karena itu, lebih mudah untuk memberi daya pada generator kode frekuensi di negara-negara dengan spesifikasi jenis ini.

Beberapa perusahaan telepon mengizinkan tegangan saluran yang lebih rendah selama panggilan pulsa untuk memudahkan relai di bursa mengisolasi gangguan arus saluran.

Istilah "bandwidth" sering digunakan ketika menggambarkan jaringan komunikasi elektronik. Ini adalah salah satu karakteristik utama dari sistem tersebut. Sepintas mungkin terlihat bahwa seseorang yang pekerjaannya tidak ada hubungannya dengan jalur komunikasi tidak perlu memahami apa itu bandwidth saluran. Kenyataannya, semuanya sedikit berbeda. Banyak orang mempunyai rumah komputer pribadi, terhubung ke Dan semua orang tahu bahwa terkadang bekerja dengan World Wide Web tanpa alasan yang terlihat melambat. Salah satu alasannya adalah pada saat itu bandwidth saluran penyedia menjadi kelebihan beban. Hasilnya adalah perlambatan yang nyata dan kemungkinan malfungsi. Sebelum kita mendefinisikan konsep “bandwidth”, mari kita gunakan contoh yang memungkinkan siapa pun memahami apa yang sedang kita bicarakan.

Bayangkan sebuah jalan raya di kota provinsi kecil dan di kota metropolitan yang padat penduduknya. Dalam kasus pertama, paling sering dirancang untuk satu atau dua arus lalu lintas, masing-masing, lebarnya kecil. Namun di kota-kota besar, lalu lintas empat jalur pun tidak akan mengejutkan siapa pun. Dalam waktu yang sama, jumlah mobil yang menempuh jarak yang sama pada kedua jalan tersebut berbeda nyata. Itu tergantung pada dua karakteristik - kecepatan pergerakan dan jumlah jalur. Dalam contoh ini, jalan dan mobil adalah sedikit informasi. Pada gilirannya, setiap band adalah jalur komunikasi.

Dengan kata lain, bandwidth secara tidak langsung menunjukkan seberapa banyak data yang dapat dikirimkan per satuan waktu. Semakin tinggi parameter ini, semakin nyaman bekerja melalui koneksi tersebut.

Jika kecepatan transmisi semuanya jelas (meningkat seiring dengan berkurangnya penundaan transmisi sinyal), maka istilah "bandwidth" menjadi sedikit lebih rumit. Seperti yang Anda ketahui, agar sinyal dapat mengirimkan informasi, sinyal tersebut diubah dengan cara tertentu. Sehubungan dengan elektronik, ini dapat berupa modulasi campuran. Namun, salah satu fitur transmisi adalah adanya beberapa pulsa frekuensi yang berbeda(dalam pita keseluruhan, selama distorsi masih dalam batas yang dapat diterima). Fitur ini memungkinkan Anda meningkatkan kinerja jalur komunikasi secara keseluruhan tanpa mengubah penundaan. Contoh mencolok dari koeksistensi frekuensi adalah percakapan simultan beberapa orang dengan nada suara berbeda. Meskipun setiap orang berbicara, perkataan setiap orang dapat dibedakan.

Mengapa terkadang terjadi perlambatan saat bekerja dengan jaringan? Semuanya dijelaskan dengan cukup sederhana:

Semakin tinggi penundaannya, semakin rendah kecepatannya. Gangguan apa pun pada sinyal (perangkat lunak atau fisik) mengurangi kinerja;

Seringkali menyertakan bit tambahan yang menjalankan fungsi berlebihan - yang disebut "redundansi". Hal ini diperlukan untuk memastikan pengoperasian dalam kondisi gangguan pada saluran;

Batas fisik media konduktif telah tercapai, ketika semua media yang valid telah digunakan dan dengan data baru ditempatkan dalam antrian untuk dikirim.

Untuk mengatasi masalah tersebut, penyedia layanan mengambil beberapa pendekatan berbeda. Ini bisa berupa virtualisasi, yang meningkatkan “lebar” tetapi menimbulkan penundaan tambahan; perluasan saluran karena media penghantar “ekstra”, dll.

Dalam teknologi digital istilah "baud" terkadang digunakan. Faktanya, ini berarti jumlah bit data yang ditransfer per satuan waktu. Pada zaman jalur komunikasi lambat (dial-up), 1 baud sama dengan 1 bit per 1 detik. Belakangan, seiring dengan meningkatnya kecepatan, “baud” tidak lagi bersifat universal. Ini bisa berarti 1, 2, 3 atau lebih bit per detik, yang memerlukan indikasi terpisah, jadi saat ini sistem yang berbeda digunakan agar semua orang dapat memahaminya.

Ketentuan pita frekuensi mengenai sinyal terkait dengan konsep lebar spektrum sinyal efektif, di mana 90% energi sinyal terkonsentrasi (sesuai kesepakatan), serta batas bawah dan atas pita frekuensi sinyal. Ini karakteristik yang paling penting sumber sinyal berhubungan langsung dengan fisika sumber ini sinyal. Misalnya, untuk sensor getaran induktif, pita frekuensi sinyal keluaran sebenarnya dibatasi dari atas sebesar satuan kilohertz karena inersia massa inti magnet logam di dalam kumparan induktansi sensor, dan dari bawah - sebesar nilai berhubungan dengan induktansi kumparan. Batas atas pita frekuensi suatu sinyal umumnya dikaitkan dengan batasan fisik pada laju perubahan tegangan sinyal, sedangkan batas bawah pita frekuensi sinyal dikaitkan dengan adanya komponen frekuensi rendah dari sinyal, termasuk komponen DC.

Ketentuan pita frekuensi penularan digunakan dalam kaitannya dengan konverter dan jalur transmisi sinyal (antarmuka). Yang sedang kita bicarakan respons frekuensi amplitudo (AFC) perangkat ini dan tentang karakteristik bandwidth dari respons frekuensi ini, yang biasanya diukur pada tingkat -3 dB, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Nol desibel dianggap sebagai nilai maksimum (atau rata-rata, berdasarkan konvensi) dari amplitudo sinyal dalam pita sandi. Pada gambar, frekuensi F 1 dan F 2 adalah yang lebih rendah dan frekuensi tinggi bandwidth yang sesuai. Batas bawah F 1 = 0, jika konverter atau jalur ini melewati komponen sinyal DC. Semakin banyak lebar pita frekuensi penularan∆F= F 2 - F 1 dari konverter atau jalur transmisi data, semakin tinggi resolusi (detail) sinyal dalam waktu , semakin tinggi kecepatan transfer informasi di antarmuka yang sesuai, tetapi pada saat yang sama semakin banyak gangguan dan kebisingan termasuk dalam pita sandi.

Jika pita frekuensi sinyal sebagian atau seluruhnya tidak termasuk dalam pita sandi konverter atau jalur, hal ini menyebabkan distorsi atau penekanan total pada sinyal di jalur tersebut.

Di sisi lain, jika pita frekuensi efektif sinyal berkali-kali lebih sempit daripada pita sandi konverter atau jalur, maka kasus seperti itu tidak dapat dianggap optimal, karena dalam sistem yang diterapkan secara fisik ini selalu terdapat kebisingan dan gangguan dalam berbagai sifat. , yang pada umumnya tersebar di seluruh pita sandi. Wilayah frekuensi lintasan yang tidak mengandung komponen sinyal yang berguna akan menambah noise, menurunkan rasio signal-to-noise dari konversi sinyal atau saluran transmisi tertentu. Berdasarkan premis-premis ini, kami hampir mencapainya ketentuan: bandwidth sinyal optimal adalah pita sandi yang batasannya konsisten bandwidth sinyal yang efektif.

Dalam kasus ADC, batas atas pita sandi dapat disediakan oleh filter anti-aliasing, dan batas bawah dapat disediakan oleh filter lolos tinggi.

Seperti yang Anda lihat, jenderal ketentuan pita frekuensi, digunakan dalam konteks apa pun, sangat terkait dengan masalah pemilihan peralatan menurut karakteristik frekuensinya, dan juga dikaitkan dengan masalah pencocokan optimal konverter dan jalur transmisi dengan sumber sinyal.