Pe măsură ce un semnal călătorește de-a lungul unui canal de comunicație, amplitudinea acestuia scade deoarece mediul fizic rezistă fluxului de energie electrică sau electromagnetică. Acest efect este cunoscut sub numele de atenuare a semnalului. Atunci când transmit semnale electrice, unele materiale, cum ar fi cuprul, sunt conductori mai eficienți decât altele. Cu toate acestea, toți conductorii conțin impurități care rezistă mișcării constituenților lor curent electric electroni. Rezistența conductorilor face ca o parte din energia electrică a semnalului să fie convertită în energie termică pe măsură ce semnalul se deplasează de-a lungul cablului, determinând scăderea continuă a nivelului semnalului electric. Atenuarea semnalului este exprimată ca pierderea puterii semnalului pe unitatea de lungime a cablului, de obicei în decibeli pe kilometru (dB/km).

Orez. 2.5. Atenuarea semnalului

Pentru atenuare, se stabilește o limită pentru lungimea maximă a canalului de comunicație. Acest lucru se face pentru a se asigura că semnalul care ajunge la receptor are o amplitudine suficientă pentru o recunoaștere fiabilă și o interpretare corectă. Dacă un canal depășește această lungime maximă, amplificatoare sau repetoare trebuie utilizate pe lungimea lui pentru a restabili un nivel de semnal acceptabil.

Orez. 2.6. Repetoare de semnal

Atenuarea semnalului crește odată cu creșterea frecvenței. Acest lucru cauzează distorsiunea semnalului real care conține o gamă de frecvențe. De exemplu, un semnal digital are o margine a pulsului foarte ascuțită, care crește rapid, creând o componentă de înaltă frecvență. Cu cât creșterea este mai accentuată (mai rapidă), cu atât componenta de frecvență va fi mai mare. Acest lucru este prezentat în Fig. 2.5, unde perioada de creștere a semnalelor atenuate crește progresiv pe măsură ce semnalul trece prin cablu datorită atenuării mai mari a componentelor de înaltă frecvență. Această problemă poate fi depășită prin utilizarea amplificatoarelor speciale (egalizatoare) care sporesc frecvențele înalte care sunt supuse unei atenuări mai mari.

Lumina se atenuează și atunci când trece prin sticlă din aceleași motive. Energia electromagnetică (lumina) este absorbită datorită rezistenței naturale a sticlei.

2.3.3. Lățimea de bandă a canalului

Cantitatea de informații pe care un canal o poate transmite într-o anumită perioadă de timp este determinată de capacitatea sa de a gestiona rata de schimbare a semnalului > adică frecvența acestuia. Semnal analogic schimbă frecvența de la minim la maxim, iar diferența lor este lățimea spectrului de frecvență a semnalului. Lățimea de bandă a unui canal analogic este diferența dintre frecvențele maxime și minime care pot fi transmise în mod fiabil de către canal. De obicei, acestea sunt frecvențele la care semnalul își pierde jumătate din putere în comparație cu nivelurile de frecvență medii sau c* la intrarea canalului; aceste frecvențe sunt desemnate ca puncte de 3 dB. În acest din urmă caz, lățimea de bandă este cunoscută ca lățime de bandă de 3 dB.

Semnalele digitale sunt alcătuite dintr-un set mare de componente de frecvență, dar numai acele frecvențe care se află în lățimea de bandă a canalului pot fi recepționate. Cu cât lățimea de bandă a canalului este mai mare, cu atât rata de date poate fi mai mare și componentele cu frecvență mai mare ale semnalului pot fi transmise, astfel încât se poate obține și decodifica o reprezentare mai precisă a semnalului transmis.

Orez. 2.7. Lățimea de bandă

Orez. 2.8. Efectul lățimii de bandă asupra semnalelor digitale

Rata maximă de date (C) a unui canal poate fi determinată din capacitatea sa de transmisie folosind următoarea formulă derivată de matematicianul Nyquist.

C = 2 B log 2 M bps,

unde B este lățimea de bandă în herți; M niveluri sunt utilizate pentru fiecare element de semnal

În cazul special de utilizare a doar două niveluri, „ON” și „OFF” (binar):

M = 2 și C = 2 B.

De exemplu, rata maximă de date Nyquist pentru o legătură PSTN cu o lățime de bandă de 3100 hertzi pentru un semnal binar ar fi: 2 x 3100 = 6200 bps. În realitate, rata de date realizabilă este redusă din cauza zgomotului din canal.

2.3.4. Zgomot

Pe măsură ce semnalele trec printr-un canal de comunicare, atomii și moleculele din mediul de transmisie vibrează și emit unde electromagnetice aleatorii sub formă de zgomot. De obicei, puterea semnalului transmis este mare în comparație cu semnalul noise1. Cu toate acestea, pe măsură ce semnalul progresează și se estompează, nivelul acestuia poate deveni egal cu nivelul de zgomot. Când semnalul dorit este doar marginal mai mare decât zgomotul de fundal, receptorul nu poate separa datele de zgomot și apar erori de comunicare.

Un parametru important al canalului este raportul dintre puterea semnalului primit (S) și puterea semnal de zgomot(N). Raportul S/N se numește raport semnal-zgomot și este de obicei exprimat în decibeli, prescurtat dB.

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

unde S este puterea semnalului în wați; N este puterea de zgomot în wați.

Un raport semnal-zgomot ridicat înseamnă că puterea semnalului dorită este ridicată în raport cu nivelul de zgomot, rezultând o bună calitate a semnalului perceput. Rata maximă de date teoretică pentru un canal real poate fi calculată folosind legea Shannon-Hartley(Shannon - Hartley).

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

unde C este rata de transfer de date în bps; B este lățimea de bandă a canalului în herți; S - puterea semnalului în wați; N - puterea de zgomot în wați.

Din această formulă, puteți vedea că creșterea lățimii de bandă sau creșterea raportului semnal-zgomot vă permite să creșteți rata de date și că o creștere relativ mică a lățimii de bandă este echivalentă cu o creștere mult mai mare a raportului semnal-zgomot. .

Canalele de transmisie digitală folosesc lățimi de bandă mari și repetoare digitale sau regeneratoare pentru a recrea semnalele la intervale regulate, menținând raporturi semnal/zgomot acceptabile. Semnalele atenuate primite de regenerator sunt recunoscute, reacordate și transmise ca copii aproape exacte ale semnalelor digitale originale, așa cum se arată în Fig. 2.9. Nu există zgomot acumulat în semnal, chiar și atunci când este transmis pe mii de kilometri, atâta timp cât sunt menținute rapoarte acceptabile semnal-zgomot.

Lățime de bandă (transparență)- interval de frecvență, în cadrul căruia răspunsul amplitudine-frecvență (AFC) al unui dispozitiv acustic, radio, optic sau mecanic este suficient de uniform pentru a asigura transmisia semnalului fără distorsiuni semnificative a formei acestuia. Uneori, în loc de termenul „lățime de bandă”, este folosit termenul „bandă de frecvență transmisă efectiv (ETF)”. Energia semnalului principal (cel puțin 90%) este concentrată în EPFC. Acest interval de frecvență este setat experimental pentru fiecare semnal în conformitate cu cerințele de calitate.

Parametrii de bază a lățimii de bandă

Principalii parametri care caracterizează lățimea de bandă de frecvență sunt lățimea de bandă și neuniformitatea răspunsului în frecvență în cadrul benzii.

Lățimea de bandă

Lățimea benzii de trecere este o bandă de frecvență în care neuniformitatea răspunsului în frecvență nu depășește valoarea specificată.

Lățimea de bandă este de obicei definită ca diferența dintre frecvențele de frontieră superioară și inferioară a secțiunii de răspuns în frecvență f 2 - f 1 (\displaystyle f_(2)-f_(1)), la care amplitudinea oscilațiilor este egală 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(sau echivalent 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2))) pentru putere) de la maxim. Acest nivel corespunde aproximativ la -3 dB.

Lățimea de bandă este exprimată în unități de frecvență (de exemplu, herți).

În dispozitivele de comunicații radio și de transmisie a informațiilor, creșterea lățimii de bandă permite transmiterea mai multor informații.

Neuniformitatea răspunsului în frecvență

Neuniformitatea răspunsului în frecvență caracterizează gradul abaterii acestuia de la o linie dreaptă paralelă cu axa frecvenței.

Reducerea neuniformității răspunsului în frecvență în bandă îmbunătățește reproducerea formei semnalului transmis.

Sunt:

• Lățimea de bandă absolută: 2Δω = Sa
• Lățimea de bandă relativă: 2Δω/ωo = Deci

Gradul de distorsiune a semnalelor sinusoidale de către liniile de comunicație este evaluat folosind caracteristici precum răspunsul amplitudine-frecvență, lățimea de bandă și atenuarea la o anumită frecvență.

Răspuns amplitudine-frecvență(Fig. 2.7) arată cum se atenuează amplitudinea sinusoidei la ieșirea liniei de comunicație în comparație cu amplitudinea la intrarea sa pentru toate frecvențele posibile ale semnalului transmis. În loc de amplitudine, această caracteristică folosește adesea un parametru de semnal, cum ar fi puterea sa.

Cunoașterea răspunsului amplitudine-frecvență al unei linii reale vă permite să determinați forma semnalului de ieșire pentru aproape orice semnal de intrare. Pentru a face acest lucru, este necesar să găsiți spectrul semnalului de intrare, să convertiți amplitudinea armonicilor sale constitutive în conformitate cu caracteristica amplitudine-frecvență și apoi să găsiți forma semnalului de ieșire prin adăugarea armonicilor convertite.

În ciuda caracterului complet al informațiilor oferite de caracteristica amplitudine-frecvență despre linia de comunicație, utilizarea acesteia este complicată de faptul că este foarte dificil de obținut. La urma urmei, pentru a face acest lucru, trebuie să testați linia cu sinusoide de referință pe întregul interval de frecvență de la zero la o valoare maximă care poate fi găsită în semnalele de intrare. Mai mult, este necesar să se schimbe frecvența sinusoidelor de intrare în pași mici, ceea ce înseamnă că numărul de experimente ar trebui să fie foarte mare. Prin urmare, în practică, în locul caracteristicii amplitudine-frecvență, se folosesc alte caracteristici simplificate - lățime de bandă și atenuare.

Lățimea de bandă (lățime de bandă) este o gamă continuă de frecvențe pentru care raportul dintre amplitudinea semnalului de ieșire și semnalul de intrare depășește o limită predeterminată, de obicei 0,5. Adică, lățimea de bandă determină gama de frecvențe ale unui semnal sinusoidal la care acest semnal este transmis pe o linie de comunicație fără distorsiuni semnificative. Cunoașterea lățimii de bandă vă permite să obțineți, într-un anumit grad de aproximare, același rezultat ca și cunoașterea caracteristicii amplitudine-frecvență. După cum vom vedea mai jos, lăţime lățimea de bandă are cea mai mare influență asupra vitezei maxime posibile de transmitere a informațiilor pe o linie de comunicație. Acest fapt este reflectat în echivalentul englezesc al termenului în cauză (width - width).

Atenuare (atenuare) definită ca scăderea relativă a amplitudinii sau puterii unui semnal atunci când un semnal cu o anumită frecvență este transmis de-a lungul unei linii. Astfel, atenuarea reprezintă un punct din caracteristica amplitudine-frecvență a liniei. Adesea, la operarea unei linii, se cunoaște dinainte frecvența fundamentală a semnalului transmis, adică frecvența a cărei armonică are cea mai mare amplitudine și putere. Prin urmare, este suficient să cunoaștem atenuarea la această frecvență pentru a estima aproximativ distorsiunea semnalelor transmise de-a lungul liniei. Estimări mai precise sunt posibile cu cunoașterea atenuării la mai multe frecvențe corespunzătoare mai multor armonici fundamentale ale semnalului transmis.

Atenuarea A este de obicei măsurată în decibeli (dB, decibeli - dB) și se calculează prin următoarea formulă:

unde P out este puterea semnalului la ieșirea de linie, P in este puterea semnalului la intrarea de linie.

Deoarece puterea semnalului de ieșire a unui cablu fără amplificatoare intermediare este întotdeauna mai mică decât puterea semnalului de intrare, atenuarea cablului este întotdeauna o valoare negativă.

De exemplu, un cablu torsadat de categoria 5 se caracterizează printr-o atenuare de cel puțin -23,6 dB pentru o frecvență de 100 MHz cu o lungime a cablului de 100 m S-a ales frecvența de 100 MHz deoarece cablul din această categorie este destinat transmisie de date de mare viteză, ale căror semnale au armonici semnificative cu frecvența de aproximativ 100 MHz. Cablul de categoria 3 este proiectat pentru transmisia de date la viteză redusă, deci este definit ca atenuare la o frecvență de 10 MHz (nu mai mică de -11,5 dB). Adesea funcționează cu valori absolute de atenuare, fără a indica semnul.

Absolut nivelul de putere, de exemplu, nivelul puterii emițătorului este măsurat și în decibeli. În acest caz, valoarea de 1 mW este luată ca valoare de bază a puterii semnalului, în raport cu care se măsoară puterea curentă. Astfel, nivelul de putere p este calculat folosind următoarea formulă:

unde P este puterea semnalului în miliwați și dBm este unitatea de măsură a nivelului de putere (decibeli pe mW).

Astfel, răspunsul amplitudine-frecvență, lățimea de bandă și atenuarea sunt caracteristici universale, iar cunoașterea lor ne permite să tragem o concluzie despre modul în care semnalele de orice formă vor fi transmise printr-o linie de comunicație.

Lățimea de bandă depinde de tipul de linie și lungimea acesteia. În fig. 2.8 prezintă lățimile de bandă ale liniilor de comunicații de diferite tipuri, precum și intervalele de frecvență cel mai frecvent utilizate în tehnologia comunicațiilor;

Capacitatea liniei

Lățimea de bandă (debitului) linia caracterizează viteza maximă posibilă de transfer de date pe linia de comunicație. Lățimea de bandă este măsurată în biți pe secundă - bps, precum și în unități derivate, cum ar fi kilobiți pe secundă (Kbps), megabiți pe secundă (Mbps), gigabiți pe secundă (Gbps) etc.

NOTĂ Debitul liniilor de comunicație și al echipamentelor de rețea de comunicații este măsurat în mod tradițional în biți pe secundă, mai degrabă decât în ​​octeți pe secundă. Acest lucru se datorează faptului că datele în rețele sunt transmise secvențial, adică bit cu bit, și nu paralel, pe octeți, așa cum se întâmplă între dispozitivele din interiorul unui computer. Unitățile de măsură precum kilobit, megabit sau gigabit în tehnologiile de rețea corespund strict unităților de 10 (adică un kilobit este 1000 de biți, iar un megabit este 1.000.000 de biți), așa cum este obișnuit în toate ramurile științei și tehnologiei, și nu aproape de aceste numere puteri de 2, așa cum este obișnuit în programare, unde prefixul „kilo” este egal cu 2 10 =1024 și „mega” -2 20 = 1 048 576.

Debitul unei linii de comunicație depinde nu numai de caracteristicile sale, cum ar fi răspunsul amplitudine-frecvență, ci și de spectrul semnalelor transmise. Dacă armonici semnificative ale semnalului (adică acele armonici ale căror amplitudini aduc contribuția principală la semnalul rezultat) se încadrează în banda de trecere a liniei, atunci un astfel de semnal va fi bine transmis de această linie de comunicație și receptorul va putea recunoașteți corect informațiile transmise de-a lungul liniei de transmițător (Fig. 2.9, O). Dacă armonicile semnificative depășesc lățimea de bandă a liniei de comunicație, atunci semnalul va fi distorsionat semnificativ, receptorul va face erori la recunoașterea informațiilor, ceea ce înseamnă că informațiile nu vor putea fi transmise cu lățimea de bandă dată (Fig. 2.9, 6).

Se numește alegerea metodei de reprezentare a informațiilor discrete sub formă de semnale furnizate liniei de comunicație fizic sau codificare liniară. Spectrul de semnale și, în consecință, capacitatea liniei depind de metoda de codificare aleasă. Astfel, pentru o metodă de codare, o linie poate avea o capacitate, iar pentru alta, alta. De exemplu, un cablu cu pereche răsucită de Categoria 3 poate transporta un debit de date de 10 Mbps cu codificarea stratului fizic 10Base-T și 33 Mbps cu codificare 100Base-T4. În exemplul prezentat în Fig. 2.9, se adoptă următoarea metodă de codificare - 1 logic este reprezentat pe linie printr-un potențial pozitiv, iar 0 logic printr-un negativ.

Teoria informației spune că orice schimbare vizibilă și imprevizibilă a unui semnal recepționat poartă informații. În conformitate cu aceasta, recepția unei sinusoide, în care amplitudinea, faza și frecvența rămân neschimbate, nu transportă informații, deoarece o schimbare a semnalului, deși are loc, este bine previzibilă. În mod similar, impulsurile de pe magistrala ceasului computerului nu transportă informații, deoarece modificările lor sunt, de asemenea, constante în timp. Dar impulsurile de pe magistrala de date nu pot fi prezise în avans, astfel încât acestea transferă informații între blocuri sau dispozitive individuale.

Majoritatea metodelor de codare folosesc o modificare a unui parametru al unui semnal periodic - frecvența, amplitudinea și faza unei sinusoide sau semnul potențialului unei secvențe de impulsuri. Se numește un semnal periodic ai cărui parametri se modifică semnal purtător sau frecvență purtătoare, dacă un sinusoid este folosit ca atare semnal.

Dacă semnalul se schimbă în așa fel încât doar două dintre stările sale pot fi distinse, atunci orice modificare a acestuia va corespunde celei mai mici unități de informație - un pic. Dacă un semnal poate avea mai mult de două stări distinse, atunci orice modificare a acestuia va transporta mai mulți biți de informații.

Numărul de modificări ale parametrului informațional al unui semnal purtător periodic pe secundă este măsurat în bodah (baud). Perioada de timp dintre modificările adiacente ale semnalului informațional se numește ciclu de funcționare a transmițătorului.

Capacitatea liniei în biți pe secundă nu este în general aceeași cu rata de transmisie. Acesta poate fi fie mai mare, fie mai mic decât numărul de baud, iar acest raport depinde de metoda de codificare.

Dacă un semnal are mai mult de două stări distincte, atunci debitul în biți pe secundă va fi mai mare decât rata de transmisie. De exemplu, dacă parametrii de informație sunt faza și amplitudinea unei sinusoide și există 4 stări de fază de 0, 90,180 și 270 de grade și două valori ale amplitudinii semnalului, atunci semnalul de informație poate avea 8 stări distinse. În acest caz, un modem care funcționează la 2400 baud (cu o frecvență de ceas de 2400 Hz) transmite informații cu o viteză de 7200 bps, deoarece 3 biți de informații sunt transmise cu o singură schimbare de semnal.

Când se utilizează semnale cu două stări distinse, poate apărea opusul. Acest lucru se întâmplă adesea deoarece, pentru ca receptorul să recunoască în mod fiabil informațiile utilizatorului, fiecare bit din secvență este codificat folosind mai multe modificări ale parametrului de informații al semnalului purtător. De exemplu, când se codifică o valoare de un singur bit cu un impuls de polaritate pozitivă și o valoare de bit zero cu un impuls de polaritate negativă, semnalul fizic își schimbă starea de două ori în timpul transmiterii fiecărui bit. Cu această codificare, capacitatea liniei este jumătate din numărul de baud transmis de-a lungul liniei.

Debitul de linie este afectat nu numai de codarea fizică, ci și de codarea logică. Codare logica se realizează înainte de codificarea fizică și presupune înlocuirea biților informațiilor originale cu o nouă secvență de biți care poartă aceeași informație, dar are și proprietăți suplimentare, de exemplu, capacitatea părții receptoare de a detecta erori în datele primite. Însoțirea fiecărui octet de informații sursă cu un bit de paritate este un exemplu de metodă de codificare logică foarte frecvent utilizată atunci când se transmit date folosind modemuri. Un alt exemplu de codare logică este criptarea datelor, care asigură confidențialitatea acestora atunci când sunt transmise prin canalele publice de comunicare. Cu codarea logică, cel mai adesea secvența originală de biți este înlocuită cu o secvență mai lungă, astfel încât capacitatea canalului în raport cu informațiile utile scade.

Relația dintre capacitatea liniei și lățimea de bandă

Cu cât frecvența semnalului purtător periodic este mai mare, cu atât mai multe informații pe unitatea de timp sunt transmise de-a lungul liniei și cu atât capacitatea liniei este mai mare cu o metodă de codificare fizică fixă. Totuși, pe de altă parte, pe măsură ce crește frecvența semnalului purtător periodic, crește și lățimea spectrului acestui semnal, adică diferența dintre frecvențele maxime și minime ale setului de sinusoide care în total vor da secvența de semnale selectate pentru codificare fizică. Linia transmite acest spectru de sinusoide cu acele distorsiuni care sunt determinate de banda sa de trecere. Cu cât discrepanța dintre lățimea de bandă a liniei și lățimea spectrului de semnale de informații transmise este mai mare, cu atât semnalele sunt mai distorsionate și cu atât sunt mai probabile erori în recunoașterea informațiilor de către partea receptoare, ceea ce înseamnă că viteza de transfer a informațiilor de fapt. se dovedește a fi mai mică decât s-ar putea aștepta.

Relația dintre lățimea de bandă a unei linii și a acesteia trecere maximă posibilăabilitatea lui noah, indiferent de metoda de codificare fizică adoptată, Claude Shannon a stabilit:

unde C este capacitatea maximă a liniei în biți pe secundă, F este lățimea de bandă a liniei în herți, P c este puterea semnalului, P sh este puterea zgomotului.

Această relație arată că, deși nu există o limită teoretică a capacității unei linii cu lățime de bandă fixă, în practică există o astfel de limită. Într-adevăr, este posibilă creșterea debitului unei linii prin creșterea puterii transmițătorului sau prin reducerea puterii de zgomot (interferență) pe linia de comunicație. Ambele componente sunt foarte greu de schimbat. Creșterea puterii emițătorului duce la o creștere semnificativă a dimensiunii și a costului acestuia. Reducerea nivelului de zgomot necesită utilizarea unor cabluri speciale cu ecrane de protecție bune, ceea ce este foarte scump, precum și reducerea zgomotului în emițător și echipamentele intermediare, ceea ce nu este ușor de realizat. În plus, influența puterilor de semnal utile și a zgomotului asupra debitului este limitată de o dependență logaritmică, care nu crește la fel de repede ca una direct proporțională. Astfel, cu un raport inițial destul de tipic dintre puterea semnalului și puterea zgomotului de 100 de ori, creșterea puterii transmițătorului de 2 ori va oferi doar o creștere cu 15% a capacității liniei.

Aproape în esență de formula lui Shannon este următoarea relație obținută de Nyquist, care determină și debitul maxim posibil al unei linii de comunicație, dar fără a lua în considerare zgomotul pe linie:

unde M este numărul de stări distinse ale parametrului de informație.

Dacă semnalul are 2 stări distincte, atunci debitul este egal cu de două ori lățimea de bandă a liniei de comunicație (Fig. 2.10, O). Dacă transmițătorul folosește mai mult de 2 stări stabile de semnal pentru a codifica datele, atunci capacitatea liniei crește, deoarece într-un ciclu de ceas transmițătorul transmite mai mulți biți ai datelor originale, de exemplu 2 biți dacă există patru stări de semnal distinse (Fig. 2.10). , b).

Deși formula Nyquist nu ține cont în mod explicit de prezența zgomotului, influența acestuia se reflectă indirect în alegerea numărului de stări ale semnalului informațional. Pentru a crește capacitatea canalului, am dori să creștem acest număr la valori semnificative, dar în practică nu putem face acest lucru din cauza zgomotului pe linie. De exemplu, pentru exemplul prezentat în fig. 2.10, puteți dubla capacitatea liniei utilizând 16 niveluri în loc de 4 pentru codificarea datelor. Cu toate acestea, dacă amplitudinea zgomotului depășește adesea diferența dintre cele 16 nivele adiacente, atunci receptorul nu va putea recunoaște în mod constant datele transmise. Prin urmare, numărul de stări posibile de semnal este de fapt limitat de raportul dintre puterea semnalului și zgomot, iar formula Nyquist determină rata maximă de transfer de date în cazul în care numărul de stări a fost deja selectat ținând cont de capacitățile de recunoaștere stabilă. de către receptor.

Relațiile de mai sus dau valoarea limită a capacității liniei, iar gradul de aproximare la această limită depinde de metodele de codare fizică specifice discutate mai jos.

Imunitate la zgomot și fiabilitate

Imunitate la zgomot de linie determină capacitatea acestuia de a reduce nivelul de interferență creat în mediul extern asupra conductoarelor interne. Imunitatea la zgomot a unei linii depinde de tipul de mediu fizic utilizat, precum și de mijloacele de ecranare și de suprimare a zgomotului ale liniei în sine. Liniile radio sunt cele mai puțin rezistente la interferențe, au o stabilitate bună linii de cabluși excelent - linii de fibră optică, insensibile la radiațiile electromagnetice externe. De obicei, pentru a reduce interferența cauzată de câmpurile electromagnetice externe, conductorii sunt ecranați și/sau răsuciți.

Diafonie aproape de capăt (Aproape Sfârşit Cruce Vorbi - URMĂTORUL) determinați imunitatea la zgomot a cablului la sursele interne de interferență atunci când câmpul electromagnetic al semnalului transmis de ieșirea transmițătorului de-a lungul unei perechi de conductori induce un semnal de interferență pe cealaltă pereche de conductori. Dacă un receptor este conectat la a doua pereche, zgomotul intern indus poate fi confundat cu un semnal util. Indicatorul NEXT, exprimat în decibeli, este egal cu 10 log P OUT / P NAV, unde P OUT este puterea semnalului de ieșire, P NAV este puterea semnalului indus.

Cu cât valoarea NEXT este mai mică, cu atât este mai bun cablul. Deci, pentru un cablu cu pereche răsucită de Categoria 5, NEXT ar trebui să fie mai mic de -27 dB la 100 MHz.

Indicatorul NEXT este utilizat de obicei în legătură cu un cablu format din mai multe perechi răsucite, deoarece în acest caz interferența reciprocă a unei perechi la alta poate atinge valori semnificative. Pentru un singur cablu coaxial (adică format dintr-un miez ecranat), acest indicator nu are sens, iar pentru un cablu coaxial dublu nu este utilizat din cauza gradului ridicat de protecție al fiecărui miez. De asemenea, fibrele optice nu creează nicio interferență vizibilă între ele.

Datorită faptului că unele tehnologii noi utilizează transmisia de date simultan pe mai multe perechi răsucite, în ultima vreme indicatorul a început să fie utilizat PowerSUM, care este o modificare a indicatorului NEXT. Acest indicator reflectă puterea totală de diafonie de la toate perechile de transmisie din cablu.

Fiabilitatea transmiterii datelor caracterizează probabilitatea de distorsiune pentru fiecare bit de date transmis. Uneori se numește același indicator intenserori de biți (Pic Eroare Rata, BER). Valoarea BER pentru canalele de comunicație fără mijloace suplimentare de protecție împotriva erorilor (de exemplu, coduri de auto-corecție sau protocoale cu retransmiterea cadrelor distorsionate) este, de regulă, 10" 4 -10~ 6, în liniile de comunicație cu fibră optică - 10~ 9. Valoarea fiabilității transmisiei de date, de exemplu, în Yu -4 spune că, în medie, din 10.000 de biți, valoarea unui bit este distorsionată.

Distorsiunea biților apare atât din cauza prezenței interferenței pe linie, cât și din cauza distorsiunii formei semnalului limitată de lățimea de bandă a liniei. Prin urmare, pentru a crește fiabilitatea datelor transmise, este necesar să creșteți gradul de imunitate la zgomot al liniei, să reduceți nivelul de diafonie în cablu și, de asemenea, să utilizați mai multe linii de comunicație în bandă largă.

Tensiunea bateriei la majoritatea centralelor telefonice automate din CSI este de obicei de 60 V, dar poate fi în intervalul 24...100 V.

Să calculăm valoarea curentului de linie (în cel mai rău caz):

Rezistența bobinei (2x400 Ohm) 800 ohmi

linie telefonica de 10 km 18000m

Rezistența telefonului... 300 Ohm

Total: 29000m

Tensiunea bateriei 60 V

Curent de linie minim: 60 V/2900 Ohm - 20,7 mA.

În tabel 2.1 prezintă curenții minimi de linie pentru rețelele de telefonie din unele țări europene.

În trecut, majoritatea companiilor de telefonie specificau rezistența maximă DC pentru SLT pentru a asigura un curent minim al bobinei. Cu toate acestea, pentru TA electronice este dificil să se determine rezistența maximă DC, deoarece au o caracteristică I-V neliniară (caracteristică volt-amperi). Caracteristica curent-tensiune este determinată de polaritatea punții de protecție și de rezistența foarte mare a punții la curenți mici. În fig. 2.19 arată zonele de caracteristici curent-tensiune permise și inacceptabile pentru rețelele de telefonie. Unele companii permit o tensiune de linie mai mare în timpul apelării în frecvență deoarece... aceste sisteme funcționează fără izolarea impulsurilor digitale. În SUA, tensiunea standard de linie este de 6 V la 20 mA, dar cu apelarea în frecvență poate fi de 8 V la 20 mA. Prin urmare, este mai ușor să alimentați generatoarele de coduri de frecvență în țările cu acest tip de specificații.

Unele companii de telefonie permit o tensiune de linie mai scăzută în timpul apelării cu impulsuri pentru a facilita releele de pe centrală să izoleze întreruperile curentului de linie.

Termenul „lățime de bandă” este adesea folosit atunci când descrie rețelele de comunicații electronice. Aceasta este una dintre caracteristicile cheie ale unor astfel de sisteme. La prima vedere, poate părea că o persoană a cărei muncă nu are nimic de-a face cu liniile de comunicație nu trebuie să înțeleagă ce este lățimea de bandă a canalului. În realitate, totul este puțin diferit. Mulți oameni au o casă computer personal, conectat la Și toată lumea știe că uneori se lucrează cu World Wide Web fără motive vizibileîncetinește. Unul dintre motivele pentru aceasta este că chiar în acel moment lățimea de bandă a canalului furnizorului devine supraîncărcată. Rezultatul este o încetinire clară și posibile defecțiuni. Înainte de a defini conceptul de „lățime de bandă”, să folosim un exemplu care permite oricui să înțeleagă despre ce vorbim.

Să ne imaginăm o autostradă într-un mic oraș de provincie și într-o metropolă dens populată. În primul caz, cel mai adesea este proiectat pentru unul sau două fluxuri de trafic, respectiv, lățimea este mică. Dar în orașele mari, chiar și traficul pe patru benzi nu va surprinde pe nimeni. În același timp, numărul de mașini care parcurg aceeași distanță pe aceste două drumuri este semnificativ diferit. Depinde de două caracteristici - viteza de mișcare și numărul de benzi. În acest exemplu, drumul este și mașinile sunt bucăți de informații. La rândul său, fiecare bandă este o linie de comunicație.

Cu alte cuvinte, lățimea de bandă indică indirect câte date pot fi transmise pe unitatea de timp. Cu cât este mai mare acest parametru, cu atât este mai confortabil să lucrezi printr-o astfel de conexiune.

Dacă totul este evident cu viteza de transmisie (crește odată cu scăderea întârzierilor de transmisie a semnalului), atunci termenul „lățime de bandă” este puțin mai complicat. După cum știți, pentru ca un semnal să transmită informații, acesta este transformat într-un anumit fel. În ceea ce privește electronica, aceasta poate fi fie modulație mixtă. Cu toate acestea, una dintre caracteristicile transmisiei este că mai multe impulsuri cu frecvente diferite(în cadrul benzii generale, atâta timp cât distorsiunea este în limite acceptabile). Această caracteristică vă permite să creșteți performanța generală a liniei de comunicație fără a modifica întârzierile. Un exemplu izbitor de coexistență a frecvențelor este conversația simultană a mai multor persoane cu timbre diferite. Deși toată lumea vorbește, cuvintele fiecăruia sunt destul de distinse.

De ce există uneori o încetinire când lucrați cu rețeaua? Totul este explicat simplu:

Cu cât întârzierea este mai mare, cu atât viteza este mai mică. Orice interferență cu semnalul (software sau fizic) reduce performanța;

Adesea include biți suplimentari care efectuează funcții redundante - așa-numita „redundanță”. Acest lucru este necesar pentru a asigura operabilitatea în condiții de interferență pe linie;

Limita fizică a mediului conductiv a fost atinsă, când toate cele valabile au fost deja folosite și cu date noi sunt puse într-o coadă pentru trimitere.

Pentru a rezolva astfel de probleme, furnizorii adoptă mai multe abordări diferite. Aceasta ar putea fi virtualizarea, care mărește „lățimea” dar introduce întârzieri suplimentare; lărgirea canalului datorită mediilor conductoare „extra” etc.

În tehnologia digitală termenul „baud” este uneori folosit. De fapt, înseamnă numărul de biți de date transferați pe unitatea de timp. Pe vremea liniilor de comunicare lente (dial-up), 1 baud corespundea la 1 bit pe 1 secundă. Mai târziu, odată cu creșterea vitezei, „baud” a încetat să mai fie universal. Ar putea însemna 1, 2, 3 sau mai mulți biți pe secundă, ceea ce necesita o indicație separată, așa că în prezent este folosit un sistem diferit pe care toată lumea îl înțelege.

Termen banda de frecventa referitor la semnal asociat cu conceptul de lățimea efectivă a spectrului de semnal, în care se concentrează 90% din energia semnalului (prin acord), precum și limitele inferioare și superioare ale benzii de frecvență a semnalului. Aceste cele mai importante caracteristici sursele de semnal sunt direct legate de fizică această sursă semnal. De exemplu, pentru un senzor de vibrație inductiv, banda de frecvență a semnalului de ieșire este de fapt limitată de sus de unități de kiloherți datorită inerției masei miezului metalic magnetizat din interiorul bobinei de inductanță a senzorului, iar de jos - de valoarea asociat cu inductanța bobinei. Limita superioară a benzii de frecvență a unui semnal este în general asociată cu limitări fizice ale ratei de variare a semnalului, în timp ce limita inferioară a lățimii de bandă a semnalului este asociată cu prezența unei componente de frecvență joasă a semnalului, inclusiv o componentă DC.

Termen banda de frecventa transmitere utilizat în legătură cu convertoare și căi de transmisie a semnalului (interfețe). Vorbim despre răspuns amplitudine-frecvență (AFC) ale acestor dispozitive și despre caracteristicile lățimii de bandă ale acestui răspuns în frecvență, care sunt măsurate în mod tradițional la un nivel de -3 dB, așa cum se arată în figura de mai sus. Zero decibel este considerat valoarea maximă (sau medie, prin convenție) a amplitudinii semnalului în banda de trecere. În figură, frecvențele F 1 și F 2 sunt cele mai mici și frecventa inalta lățimi de bandă în consecință. Limita inferioară F 1 = 0, dacă acest convertor sau cale trece componenta DC a semnalului. Cu atât mai mult lăţime benzi de frecventa transmitere∆F= F 2 - F 1 al convertizorului sau căii de transmisie a datelor, cu atât mai mare rezoluția (detaliul) semnalului în timp , cu atât viteza de transfer a informațiilor în interfața corespunzătoare este mai mare, dar în același timp cu atât mai multe interferențe și zgomot se încadrează în banda de acces.

Dacă banda de frecvență a semnalului nu se încadrează parțial sau complet în banda de trecere a convertorului sau a căii, aceasta duce la distorsiunea sau la suprimarea completă a semnalului în cale.

Pe de altă parte, dacă banda de frecvență efectivă a semnalului este de multe ori mai îngustă decât banda de trecere a convertorului sau a căii, atunci un astfel de caz nu poate fi considerat optim, deoarece în acest sistem implementat fizic există întotdeauna zgomot și interferențe de diferite naturi. , care în cazul general sunt dispersate pe întreaga bandă de acces. Regiunile cu frecvențe de trecere care nu conțin componente utile ale semnalului vor adăuga zgomot, degradând raportul semnal-zgomot al unui anumit canal de conversie a semnalului sau de transmisie. Pe baza acestor premise, ne-am apropiat termen: lățime de bandă optimă a semnalului este o bandă de acces ale cărei limite sunt în concordanță cu lățimea de bandă efectivă a semnalului.

În cazul unui ADC, limita superioară a benzii de trecere poate fi furnizată de un filtru anti-aliasing, iar limita inferioară poate fi asigurată de un filtru de trecere înaltă.

După cum puteți vedea, generalul termen banda de frecventa, folosit în orice context, este strâns legat de problema selecției echipamentelorîn funcție de caracteristicile sale de frecvență și este, de asemenea, asociat cu problema potrivirii optime a convertoarelor și a căilor de transmisie cu sursele de semnal.