Habang ang isang signal ay naglalakbay sa isang channel ng komunikasyon, ang amplitude nito ay bumababa dahil ang pisikal na kapaligiran ay lumalaban sa daloy ng elektrikal o electromagnetic na enerhiya. Ang epektong ito ay kilala bilang signal attenuation. Kapag nagpapadala ng mga de-koryenteng signal, ang ilang mga materyales, tulad ng tanso, ay mas mahusay na mga konduktor kaysa sa iba. Gayunpaman, ang lahat ng mga konduktor ay naglalaman ng mga impurities na lumalaban sa paggalaw ng kanilang mga nasasakupan kuryente mga electron. Ang paglaban ng mga konduktor ay nagiging sanhi ng ilan sa mga de-koryenteng enerhiya ng signal na ma-convert sa thermal energy habang ang signal ay naglalakbay sa kahabaan ng cable, na nagiging sanhi ng patuloy na pagbaba ng antas ng electrical signal. Ang pagpapahina ng signal ay ipinahayag bilang pagkawala ng lakas ng signal sa bawat yunit ng haba ng cable, kadalasan sa decibel bawat kilometro (dB/km).

kanin. 2.5. Paghina ng signal

Para sa attenuation, isang limitasyon ang itinakda para sa maximum na haba ng channel ng komunikasyon. Ginagawa ito upang matiyak na ang signal na dumarating sa receiver ay may sapat na amplitude para sa maaasahang pagkilala at tamang interpretasyon. Kung ang isang channel ay lumampas sa maximum na haba na ito, ang mga amplifier o repeater ay dapat gamitin sa haba nito upang maibalik ang isang katanggap-tanggap na antas ng signal.

kanin. 2.6. Mga repeater ng signal

Ang pagpapahina ng signal ay tumataas sa pagtaas ng dalas. Nagdudulot ito ng pagbaluktot ng aktwal na signal na naglalaman ng hanay ng mga frequency. Halimbawa, ang isang digital na signal ay may napakatalim, mabilis na tumataas na gilid ng pulso, na lumilikha ng isang bahagi na may mataas na dalas. Ang mas matalas (mas mabilis) ang pagtaas, mas malaki ang magiging bahagi ng dalas. Ito ay ipinapakita sa Fig. 2.5, kung saan unti-unting tumataas ang panahon ng harap ng mga naka-attenuated na signal habang dumadaan ang signal sa cable dahil sa mas malaking attenuation ng mga high-frequency na bahagi. Ang problemang ito ay maaaring pagtagumpayan sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na amplifier (mga equalizer), na nagpapahusay ng mga mataas na frequency na napapailalim sa higit na pagpapahina.

Ang liwanag ay humihina din kapag dumadaan sa salamin para sa halos parehong mga dahilan. Ang electromagnetic energy (liwanag) ay nasisipsip dahil sa natural na pagtutol ng salamin.

2.3.3. Channel Bandwidth

Ang dami ng impormasyong maipapadala ng isang channel sa isang takdang panahon ay tinutukoy ng kakayahan nitong pangasiwaan ang rate ng pagbabago ng signal > iyon ay, ang dalas nito. Analog signal binabago ang dalas mula sa pinakamababa hanggang sa pinakamataas, at ang kanilang pagkakaiba ay ang lapad ng spectrum ng dalas ng signal. Ang bandwidth ng isang analog channel ay ang pagkakaiba sa pagitan ng maximum at minimum na frequency na mapagkakatiwalaan na maipapadala ng channel. Kadalasan ito ay ang mga frequency kung saan ang signal ay nawawalan ng kalahati ng kapangyarihan nito kumpara sa mga mid-band frequency level o sa channel input frequency level; ang mga frequency na ito ay itinalaga bilang 3 dB point. Sa huling kaso, ang bandwidth ay kilala bilang 3 dB bandwidth.

Ang mga digital na signal ay binubuo ng malaking bilang ng mga bahagi ng dalas, ngunit ang mga frequency lamang na nasa loob ng bandwidth ng channel ang maaaring matanggap. Kung mas malaki ang bandwidth ng channel, mas mataas ang rate ng data at ang mas mataas na frequency na bahagi ng signal ay maaaring maipadala, kaya ang isang mas tumpak na representasyon ng ipinadalang signal ay maaaring makuha at ma-decode

kanin. 2.7. Bandwidth

kanin. 2.8. Epekto ng Bandwidth sa Digital Signals

Ang pinakamataas na rate ng data (C) ng isang channel ay maaaring matukoy mula sa kapasidad ng paghahatid nito gamit ang sumusunod na formula na hinango ng mathematician na si Nyquist.

C = 2 B log 2 M bps,

kung saan ang B ay ang bandwidth sa hertz; Ang mga antas ng M ay ginagamit para sa bawat elemento ng signal

Sa espesyal na kaso ng paggamit lamang ng dalawang antas, "ON" at "OFF" (binary):

M = 2 at C = 2 B.

Bilang halimbawa, ang maximum na rate ng data ng Nyquist para sa isang PSTN link na may 3100 hertz bandwidth para sa isang binary signal ay magiging: 2 x 3100 = 6200 bps. Sa katotohanan, ang maaabot na rate ng data ay nababawasan dahil sa ingay sa channel.

2.3.4. ingay

Habang dumadaan ang mga signal sa isang channel ng komunikasyon, ang mga atom at molekula sa transmission medium ay nag-vibrate at naglalabas ng mga random na electromagnetic wave sa anyo ng ingay. Kadalasan ang lakas ng ipinadalang signal ay malaki kumpara sa noise1 signal. Gayunpaman, habang umuusad at kumukupas ang signal, ang antas nito ay maaaring maging katumbas ng antas ng ingay. Kapag ang nais na signal ay bahagyang mas malaki kaysa sa ingay sa background, hindi maaaring paghiwalayin ng receiver ang data mula sa ingay at nangyayari ang mga error sa komunikasyon.

Ang isang mahalagang parameter ng channel ay ang ratio ng natanggap na signal power (S) sa power signal ng ingay(N). Ang ratio ng S/N ay tinatawag na signal-to-noise ratio at kadalasang ipinapahayag sa mga decibel, pinaikling dB.

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

kung saan ang S ay ang lakas ng signal sa watts; Ang N ay ang lakas ng ingay sa watts.

Ang isang mataas na ratio ng signal-to-noise ay nangangahulugan na ang nais na lakas ng signal ay mataas na may kaugnayan sa antas ng ingay, na nagreresulta sa isang magandang perceived na kalidad ng signal. Ang teoretikal na maximum na rate ng data para sa isang tunay na channel ay maaaring kalkulahin gamit Batas Shannon-Hartley(Shannon - Hartley).

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

kung saan ang C ay ang rate ng paglilipat ng data sa bps; B ay ang channel bandwidth sa hertz; S - kapangyarihan ng signal sa watts; N - lakas ng ingay sa watts.

Mula sa formula na ito, makikita mo na ang pagtaas ng bandwidth o pagtaas ng signal-to-noise ratio ay nagbibigay-daan sa iyong pataasin ang rate ng data at ang medyo maliit na pagtaas sa bandwidth ay katumbas ng mas malaking pagtaas sa signal-to-noise ratio. .

Gumagamit ang mga digital transmission channel ng matataas na bandwidth at digital repeater o regenerators upang muling likhain ang mga signal sa mga regular na pagitan, na nagpapanatili ng mga katanggap-tanggap na ratio ng signal-to-noise. Ang mga attenuated na signal na natanggap ng regenerator ay kinikilala, na-retuned, at ipinapasa bilang malapit sa eksaktong mga kopya ng orihinal na mga digital na signal, tulad ng ipinapakita sa Fig. 2.9. Walang naiipon na ingay sa signal, kahit na ipinadala sa libu-libong kilometro, hangga't pinapanatili ang mga katanggap-tanggap na ratio ng signal-to-noise.

Bandwidth (transparency)- frequency range, kung saan ang amplitude-frequency response (AFC) ng isang acoustic, radio, optical o mechanical device ay sapat na pare-pareho upang matiyak ang paghahatid ng signal nang walang makabuluhang pagbaluktot ng hugis nito. Minsan, sa halip na ang terminong "bandwidth", ang terminong "effectively transmitted frequency band (ETF)" ang ginagamit. Ang pangunahing enerhiya ng signal (hindi bababa sa 90%) ay puro sa EPFC. Ang hanay ng dalas na ito ay itinakda nang eksperimento para sa bawat signal alinsunod sa mga kinakailangan sa kalidad.

Pangunahing Mga Parameter ng Bandwidth

Ang pangunahing mga parameter na nagpapakilala sa frequency bandwidth ay ang bandwidth at ang hindi pagkakapantay-pantay ng frequency response sa loob ng banda.

Bandwidth

Ang lapad ng passband ay isang frequency band kung saan ang hindi pantay ng frequency response ay hindi lalampas sa tinukoy na halaga.

Karaniwang tinutukoy ang bandwidth bilang pagkakaiba sa pagitan ng upper at lower boundary frequency ng frequency response section f 2 − f 1 (\displaystyle f_(2)-f_(1)), kung saan ang amplitude ng mga oscillation ay katumbas 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(o katumbas nito 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2))) para sa kapangyarihan) mula sa maximum. Ang antas na ito ay katumbas ng humigit-kumulang sa −3 dB.

Ang bandwidth ay ipinahayag sa mga yunit ng dalas (halimbawa, hertz).

Sa mga komunikasyon sa radyo at mga kagamitan sa paghahatid ng impormasyon, ang pagtaas ng bandwidth ay nagbibigay-daan sa mas maraming impormasyon na maipadala.

Hindi pantay ang pagtugon sa dalas

Ang hindi pagkakapantay-pantay ng frequency response ay nagpapakilala sa antas ng paglihis nito mula sa isang tuwid na linya na kahanay sa frequency axis.

Ang pagbabawas ng frequency response na hindi pantay sa banda ay nagpapabuti sa pagpaparami ng ipinadalang hugis ng signal.

may mga:

• Ganap na bandwidth: 2Δω = Sa
• Kamag-anak na bandwidth: 2Δω/ωo = Kaya

Ang antas ng pagbaluktot ng mga sinusoidal na signal ng mga linya ng komunikasyon ay tinasa gamit ang mga katangian tulad ng pagtugon sa amplitude-frequency, bandwidth at attenuation sa isang tiyak na dalas.

Amplitude-frequency na tugon(Fig. 2.7) ay nagpapakita kung paano ang amplitude ng sinusoid sa output ng linya ng komunikasyon ay nagpapahina kumpara sa amplitude sa input nito para sa lahat ng posibleng frequency ng ipinadalang signal. Sa halip na amplitude, ang katangiang ito ay madalas na gumagamit ng isang parameter ng signal tulad ng kapangyarihan nito.

Ang pag-alam sa amplitude-frequency na tugon ng isang tunay na linya ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang hugis ng output signal para sa halos anumang input signal. Upang gawin ito, kinakailangan upang mahanap ang spectrum ng input signal, i-convert ang amplitude ng mga constituent harmonic nito alinsunod sa katangian ng amplitude-frequency, at pagkatapos ay hanapin ang hugis ng output signal sa pamamagitan ng pagdaragdag ng na-convert na harmonics.

Sa kabila ng pagkakumpleto ng impormasyon na ibinigay ng katangian ng amplitude-frequency tungkol sa linya ng komunikasyon, ang paggamit nito ay kumplikado sa katotohanan na napakahirap makuha. Pagkatapos ng lahat, upang gawin ito, kailangan mong subukan ang linya na may reference sinusoids sa buong saklaw ng dalas mula sa zero hanggang sa ilang pinakamataas na halaga na makikita sa mga signal ng input. Bukod dito, kinakailangang baguhin ang dalas ng input sinusoids sa maliliit na hakbang, na nangangahulugan na ang bilang ng mga eksperimento ay dapat na napakalaki. Samakatuwid, sa pagsasagawa, sa halip na ang amplitude-frequency na katangian, iba pa, pinasimple na mga katangian ang ginagamit - bandwidth at pagpapalambing.

Bandwidth (bandwidth) ay isang tuluy-tuloy na hanay ng mga frequency kung saan ang ratio ng amplitude ng output signal sa input signal ay lumampas sa ilang paunang natukoy na limitasyon, karaniwang 0.5. Iyon ay, tinutukoy ng bandwidth ang hanay ng mga frequency ng isang sinusoidal signal kung saan ipinapadala ang signal na ito sa isang linya ng komunikasyon nang walang makabuluhang pagbaluktot. Ang pag-alam sa bandwidth ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha, sa ilang antas ng pagtatantya, ang parehong resulta tulad ng pag-alam sa katangian ng amplitude-frequency. Tulad ng makikita natin sa ibaba, lapad Ang bandwidth ay may pinakamalaking epekto sa pinakamataas na posibleng bilis ng paghahatid ng impormasyon sa isang linya ng komunikasyon. Ito ang katotohanang ito na makikita sa katumbas ng Ingles ng terminong pinag-uusapan (lapad - lapad).

Attenuation (pagpapalambing) tinukoy bilang ang kamag-anak na pagbaba sa amplitude o kapangyarihan ng isang signal kapag ang isang signal ng isang tiyak na frequency ay ipinadala sa isang linya. Kaya, ang pagpapalambing ay kumakatawan sa isang punto mula sa katangian ng amplitude-frequency ng linya. Kadalasan, kapag nagpapatakbo ng isang linya, ang pangunahing dalas ng ipinadalang signal ay kilala nang maaga, iyon ay, ang dalas na ang harmonic ay may pinakamalaking amplitude at kapangyarihan. Samakatuwid, sapat na upang malaman ang pagpapalambing sa dalas na ito upang tinatayang tantiyahin ang pagbaluktot ng mga signal na ipinadala sa linya. Posible ang mas tumpak na mga pagtatantya kung alam natin ang pagpapalambing sa ilang mga frequency na tumutugma sa ilang pangunahing harmonika ng ipinadalang signal.

Ang Attenuation A ay karaniwang sinusukat sa decibels (dB) at kinakalkula ng sumusunod na formula:

kung saan ang P out ay ang signal power sa line output, ang P in ay ang signal power sa line input.

Dahil ang output signal power ng isang cable na walang intermediate amplifier ay palaging mas mababa kaysa sa input signal power, ang cable attenuation ay palaging isang negatibong halaga.

Halimbawa, ang isang Category 5 twisted pair cable ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang attenuation na hindi bababa sa -23.6 dB para sa frequency na 100 MHz na may haba ng cable na 100 m Ang dalas ng 100 MHz ay ​​pinili dahil ang cable ng kategoryang ito ay inilaan para sa mataas na bilis ng paghahatid ng data, ang mga senyales na mayroong makabuluhang harmonika na may dalas na humigit-kumulang 100 MHz. Ang Category 3 cable ay inilaan para sa mababang bilis ng paghahatid ng data, kaya ang pagpapalambing sa dalas ng 10 MHz (hindi mas mababa sa -11.5 dB) ay tinukoy para dito. Kadalasan ay nagpapatakbo sila na may ganap na mga halaga ng pagpapalambing, nang hindi nagpapahiwatig ng tanda.

Ganap lebel ng lakas, halimbawa, ang antas ng kapangyarihan ng transmitter ay sinusukat din sa decibel. Sa kasong ito, ang halaga ng 1 mW ay kinuha bilang ang batayang halaga ng kapangyarihan ng signal, na nauugnay sa kung saan sinusukat ang kasalukuyang kapangyarihan. Kaya, ang antas ng kapangyarihan p ay kinakalkula gamit ang sumusunod na formula:

kung saan ang P ay ang signal power sa milliwatts, at ang dBm ay ang unit ng power level (decibel per mW).

Kaya, ang tugon ng amplitude-frequency, bandwidth at attenuation ay mga unibersal na katangian, at ang kanilang kaalaman ay nagpapahintulot sa amin na gumawa ng konklusyon tungkol sa kung paano ipapadala ang mga signal ng anumang hugis sa pamamagitan ng isang linya ng komunikasyon.

Ang bandwidth ay depende sa uri ng linya at haba nito. Sa Fig. Ipinapakita ng 2.8 ang mga bandwidth ng mga linya ng komunikasyon ng iba't ibang uri, pati na rin ang mga saklaw ng dalas na pinakakaraniwang ginagamit sa teknolohiya ng komunikasyon;

Kapasidad ng linya

Bandwidth (throughput) Ang linya ay nagpapakilala sa pinakamataas na posibleng bilis ng paglilipat ng data sa linya ng komunikasyon. Ang bandwidth ay sinusukat sa bits per second - bps, gayundin sa mga derived units gaya ng kilobits per second (Kbps), megabits per second (Mbps), gigabits per second (Gbps), atbp.

TANDAAN Ang throughput ng mga linya ng komunikasyon at kagamitan sa network ng komunikasyon ay tradisyunal na sinusukat sa bits per second kaysa bytes per second. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang data sa mga network ay ipinadala nang sunud-sunod, iyon ay, unti-unti, at hindi parallel, ayon sa mga byte, tulad ng nangyayari sa pagitan ng mga device sa loob ng isang computer. Ang mga yunit ng pagsukat tulad ng kilobit, megabit o gigabit sa mga teknolohiya ng network ay mahigpit na tumutugma sa mga yunit ng 10 (iyon ay, ang isang kilobit ay 1000 bits, at ang isang megabit ay 1,000,000 bits), gaya ng nakaugalian sa lahat ng sangay ng agham at teknolohiya, at hindi malapit sa mga numerong ito na may kapangyarihan ng 2, gaya ng nakaugalian sa programming, kung saan ang unlaping “kilo” ay katumbas ng 2 10 =1024, at “mega” -2 20 = 1 048 576.

Ang throughput ng isang linya ng komunikasyon ay nakasalalay hindi lamang sa mga katangian nito, tulad ng amplitude-frequency na tugon, kundi pati na rin sa spectrum ng mga ipinadalang signal. Kung ang mga makabuluhang harmonika ng signal (iyon ay, ang mga harmonika na ang mga amplitude ay gumagawa ng pangunahing kontribusyon sa nagresultang signal) ay nasa loob ng passband ng linya, kung gayon ang gayong senyas ay mahusay na maipapadala ng linya ng komunikasyon na ito at ang tatanggap ay magagawang kinikilala nang tama ang impormasyong ipinadala sa linya ng transmitter (Larawan 2.9, A). Kung ang makabuluhang harmonics ay lumampas sa bandwidth ng linya ng komunikasyon, kung gayon ang signal ay magiging makabuluhang baluktot, ang receiver ay gagawa ng mga error kapag kinikilala ang impormasyon, na nangangahulugan na ang impormasyon ay hindi maipapadala sa ibinigay na bandwidth (Larawan 2.9, 6).

Ang pagpili ng paraan para sa kumakatawan sa discrete na impormasyon sa anyo ng mga signal na ibinibigay sa linya ng komunikasyon ay tinatawag pisikal o linear coding. Ang spectrum ng mga signal at, nang naaayon, ang kapasidad ng linya ay nakasalalay sa napiling paraan ng pag-encode. Kaya, para sa isang paraan ng coding, ang isang linya ay maaaring magkaroon ng isang kapasidad, at para sa isa pa, isa pa. Halimbawa, ang isang Category 3 twisted pair cable ay maaaring magdala ng data throughput na 10 Mbps na may 10Base-T physical layer encoding at 33 Mbps na may 100Base-T4 encoding. Sa halimbawang ipinapakita sa Fig. 2.9, ang sumusunod na paraan ng coding ay pinagtibay - ang lohikal na 1 ay kinakatawan sa linya ng isang positibong potensyal, at ang lohikal na 0 ng isang negatibo.

Sinasabi ng teorya ng impormasyon na ang anumang nakikita at hindi nahuhulaang pagbabago sa isang natanggap na signal ay nagdadala ng impormasyon. Alinsunod dito, ang pagtanggap ng isang sinusoid, kung saan ang amplitude, phase at frequency ay nananatiling hindi nagbabago, ay hindi nagdadala ng impormasyon, dahil ang isang pagbabago sa signal, kahit na ito ay nangyayari, ay mahusay na mahuhulaan. Sa katulad na paraan, ang mga pulso sa computer clock bus ay hindi nagdadala ng impormasyon, dahil ang kanilang mga pagbabago ay pare-pareho din sa paglipas ng panahon. Ngunit ang mga pulso sa data bus ay hindi mahuhulaan nang maaga, kaya naglilipat sila ng impormasyon sa pagitan ng mga indibidwal na bloke o device.

Karamihan sa mga pamamaraan ng coding ay gumagamit ng pagbabago sa anumang parameter ng isang periodic signal - frequency, amplitude at phase ng isang sinusoid, o ang sign ng potensyal ng isang pulse sequence. Isang panaka-nakang signal na ang mga parameter ay nagbabago ay tinatawag signal ng carrier o dalas ng carrier, kung ang isang sinusoid ay ginagamit bilang isang senyas.

Kung ang signal ay nagbabago sa isang paraan na dalawa lamang sa mga estado nito ang maaaring makilala, kung gayon ang anumang pagbabago dito ay tumutugma sa pinakamaliit na yunit ng impormasyon - medyo. Kung ang isang signal ay maaaring magkaroon ng higit sa dalawang nakikilalang estado, kung gayon ang anumang pagbabago dito ay magdadala ng ilang piraso ng impormasyon.

Ang bilang ng mga pagbabago sa parameter ng impormasyon ng isang pana-panahong signal ng carrier bawat segundo ay sinusukat sa bodah (baud). Ang tagal ng panahon sa pagitan ng mga katabing pagbabago sa signal ng impormasyon ay tinatawag na transmitter operating cycle.

Ang kapasidad ng linya sa mga bit bawat segundo ay karaniwang hindi pareho sa baud rate. Maaari itong maging mas mataas o mas mababa kaysa sa baud number, at ang ratio na ito ay depende sa paraan ng pag-encode.

Kung ang isang signal ay may higit sa dalawang nakikilalang estado, ang throughput sa mga bit bawat segundo ay mas mataas kaysa sa baud rate. Halimbawa, kung ang mga parameter ng impormasyon ay ang phase at amplitude ng isang sinusoid, at mayroong 4 na phase state na 0, 90,180 at 270 degrees at dalawang signal amplitude value, kung gayon ang signal ng impormasyon ay maaaring magkaroon ng 8 na nakikilalang estado. Sa kasong ito, ang isang modem na tumatakbo sa 2400 baud (na may dalas ng orasan na 2400 Hz) ay nagpapadala ng impormasyon sa bilis na 7200 bps, dahil sa isang pagbabago ng signal 3 bits ng impormasyon ang ipinadala.

Kapag gumagamit ng mga signal na may dalawang nakikilalang estado, maaaring mangyari ang kabaligtaran. Madalas itong nangyayari dahil para mapagkakatiwalaan ng receiver ang impormasyon ng user, ang bawat bit sa sequence ay naka-encode gamit ang ilang pagbabago sa parameter ng impormasyon ng signal ng carrier. Halimbawa, kapag nag-encode ng isang solong bit value na may pulso ng positibong polarity, at isang zero bit na halaga na may pulso ng negatibong polarity, binago ng pisikal na signal ang estado nito nang dalawang beses sa panahon ng paghahatid ng bawat bit. Sa pag-encode na ito, ang kapasidad ng linya ay dalawang beses na mas mababa kaysa sa bilang ng mga baud na ipinadala sa linya.

Ang throughput ng linya ay apektado hindi lamang ng pisikal kundi pati na rin ng lohikal na coding. Logic coding ay isinagawa bago ang pisikal na pag-encode at nagsasangkot ng pagpapalit ng mga piraso ng orihinal na impormasyon ng isang bagong pagkakasunud-sunod ng mga bit na nagdadala ng parehong impormasyon, ngunit mayroon ding mga karagdagang katangian, halimbawa, ang kakayahan para sa tumatanggap na bahagi na makakita ng mga error sa natanggap na data. Ang pagsasama ng bawat byte ng source information na may isang parity bit ay isang halimbawa ng isang napakakaraniwang ginagamit na logical encoding na paraan kapag nagpapadala ng data gamit ang mga modem. Ang isa pang halimbawa ng lohikal na coding ay ang pag-encrypt ng data, na nagsisiguro ng pagiging kumpidensyal nito kapag ipinadala sa pamamagitan ng mga pampublikong channel ng komunikasyon. Sa lohikal na coding, kadalasan ang orihinal na pagkakasunud-sunod ng mga bit ay pinapalitan ng mas mahabang pagkakasunud-sunod, kaya bumababa ang kapasidad ng channel na may kaugnayan sa kapaki-pakinabang na impormasyon.

Relasyon sa pagitan ng kapasidad ng linya at bandwidth

Kung mas mataas ang dalas ng panaka-nakang signal ng carrier, mas maraming impormasyon sa bawat yunit ng oras ang ipinapadala sa linya at mas mataas ang kapasidad ng linya na may nakapirming pisikal na paraan ng pag-encode. Gayunpaman, sa kabilang banda, habang ang dalas ng pana-panahong signal ng carrier ay tumataas, ang lapad ng spectrum ng signal na ito ay tumataas din, iyon ay, ang pagkakaiba sa pagitan ng maximum at minimum na mga frequency ng hanay ng mga sinusoid na sa kabuuan ay magbibigay ng pagkakasunud-sunod ng mga signal na pinili para sa pisikal na pag-encode. Ang linya ay nagpapadala ng spectrum ng mga sinusoid na may mga distortion na tinutukoy ng passband nito. Kung mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng bandwidth ng linya at ang lapad ng spectrum ng mga ipinadalang signal ng impormasyon, mas mababait ang mga signal at mas malamang na magkaroon ng mga error sa pagkilala ng impormasyon sa gilid ng pagtanggap, na nangangahulugan na ang bilis ng paglilipat ng impormasyon ay talagang lumalabas na mas mababa kaysa sa inaasahan ng isa.

Ang ugnayan sa pagitan ng bandwidth ng isang linya at nito maximum na posibleng passkakayahan ni noah, anuman ang pinagtibay na paraan ng pisikal na pag-encode, itinatag ni Claude Shannon:

kung saan ang C ay ang maximum na kapasidad ng linya sa mga bits bawat segundo, F ay ang line bandwidth sa hertz, P c ay ang kapangyarihan ng signal, P sh ay ang lakas ng ingay.

Mula sa ugnayang ito ay malinaw na kahit na walang teoretikal na limitasyon sa kapasidad ng isang fixed-bandwidth na link, sa pagsasagawa ay mayroong ganoong limitasyon. Sa katunayan, posibleng dagdagan ang throughput ng isang linya sa pamamagitan ng pagtaas ng kapangyarihan ng transmitter o pagbabawas ng lakas ng ingay (interference) sa linya ng komunikasyon. Ang dalawang bahaging ito ay napakahirap baguhin. Ang pagtaas ng kapangyarihan ng transmitter ay humahantong sa isang makabuluhang pagtaas sa laki at gastos nito. Ang pagbabawas ng antas ng ingay ay nangangailangan ng paggamit ng mga espesyal na cable na may mahusay na proteksiyon na mga screen, na napakamahal, pati na rin ang pagbabawas ng ingay sa transmiter at intermediate na kagamitan, na hindi madaling makamit. Bilang karagdagan, ang impluwensya ng mga kapaki-pakinabang na kapangyarihan ng signal at ingay sa throughput ay limitado sa pamamagitan ng logarithmic dependence, na hindi lumalaki nang kasing bilis ng isang direktang proporsyonal. Kaya, na may medyo karaniwang paunang ratio ng lakas ng signal sa lakas ng ingay na 100 beses, ang pagtaas ng kapangyarihan ng transmitter ng 2 beses ay magbibigay lamang ng 15% na pagtaas sa kapasidad ng linya.

Malapit sa pormula ni Shannon ang sumusunod na kaugnayan na nakuha ng Nyquist, na tumutukoy din sa maximum na posibleng throughput ng isang linya ng komunikasyon, ngunit nang hindi isinasaalang-alang ang ingay sa linya:

kung saan ang M ay ang bilang ng mga nakikilalang estado ng parameter ng impormasyon.

Kung ang signal ay may 2 nakikilalang estado, kung gayon ang throughput ay katumbas ng dalawang beses ang bandwidth ng linya ng komunikasyon (Larawan 2.10, A). Kung ang transmitter ay gumagamit ng higit sa 2 stable signal states para mag-encode ng data, ang kapasidad ng linya ay tumataas, dahil sa isang clock cycle ang transmitter ay nagpapadala ng ilang bits ng orihinal na data, halimbawa 2 bits kung mayroong apat na nakikilalang signal states (Fig. 2.10 , b).

Bagaman ang formula ng Nyquist ay hindi tahasang isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng ingay, ang impluwensya nito ay hindi direktang makikita sa pagpili ng bilang ng mga estado ng signal ng impormasyon. Upang mapataas ang kapasidad ng channel, gusto naming pataasin ang numerong ito sa makabuluhang halaga, ngunit sa pagsasagawa, hindi namin ito magagawa dahil sa ingay sa linya. Halimbawa, para sa halimbawang ipinapakita sa Fig. 2.10, maaari mong doblehin ang kapasidad ng linya sa pamamagitan ng paggamit ng 16 sa halip na 4 na antas para sa pag-encode ng data. Gayunpaman, kung ang amplitude ng ingay ay madalas na lumampas sa pagkakaiba sa pagitan ng katabing 16 na antas, kung gayon ang receiver ay hindi magagawang patuloy na makilala ang ipinadalang data. Samakatuwid, ang bilang ng mga posibleng estado ng signal ay aktwal na nililimitahan ng ratio ng kapangyarihan ng signal sa ingay, at tinutukoy ng formula ng Nyquist ang maximum na rate ng paglilipat ng data sa kaso kung kailan napili na ang bilang ng mga estado na isinasaalang-alang ang mga kakayahan ng matatag na pagkilala ng receiver.

Ang mga relasyon sa itaas ay nagbibigay ng limitasyon sa halaga ng kapasidad ng linya, at ang antas ng pagtatantya sa limitasyong ito ay nakasalalay sa mga partikular na pamamaraan ng pisikal na coding na tinalakay sa ibaba.

Ang kaligtasan sa ingay at pagiging maaasahan

Line noise immunity tinutukoy ang kakayahan nitong bawasan ang antas ng interference na nilikha sa panlabas na kapaligiran sa mga panloob na konduktor. Ang kaligtasan sa ingay ng isang linya ay nakasalalay sa uri ng pisikal na daluyan na ginamit, gayundin sa shielding at noise-suppressing na paraan ng linya mismo. Ang mga linya ng radyo ay ang pinakamababang lumalaban sa pagkagambala; mga linya ng kable at mahusay - fiber-optic na mga linya, hindi sensitibo sa panlabas na electromagnetic radiation. Karaniwan, upang mabawasan ang interference na dulot ng mga panlabas na electromagnetic field, ang mga konduktor ay pinangangalagaan at/o pinipilipit.

Malapit nang matapos ang crosstalk (Malapit Tapusin Krus Mag-usap - SUSUNOD) matukoy ang kaligtasan sa ingay ng cable sa mga panloob na pinagmumulan ng interference, kapag ang electromagnetic field ng signal na ipinadala ng output ng transmitter kasama ang isang pares ng conductor ay nag-uudyok ng interference signal sa isa pang pares ng conductor. Kung ang isang receiver ay konektado sa pangalawang pares, maaari itong magkamali sa sapilitan na panloob na ingay bilang isang kapaki-pakinabang na signal. Ang NEXT indicator, na ipinahayag sa decibels, ay katumbas ng 10 log P OUT / P NAV, kung saan ang P OUT ay ang kapangyarihan ng output signal, ang P NAV ay ang kapangyarihan ng sapilitan na signal.

Kung mas mababa ang NEXT value, mas maganda ang cable. Kaya, para sa Category 5 twisted pair cable, ang NEXT ay dapat mas mababa sa -27 dB sa 100 MHz.

Ang NEXT indicator ay karaniwang ginagamit na may kaugnayan sa isang cable na binubuo ng ilang mga twisted pairs, dahil sa kasong ito ang mutual interference ng isang pares sa isa pa ay maaaring umabot sa mga makabuluhang halaga. Para sa isang solong coaxial cable (iyon ay, na binubuo ng isang shielded core), ang indicator na ito ay hindi makatwiran, at para sa isang double coaxial cable hindi rin ito ginagamit dahil sa mataas na antas ng proteksyon ng bawat core. Ang mga optical fiber ay hindi rin lumilikha ng anumang kapansin-pansing pagkagambala sa bawat isa.

Dahil sa ang katunayan na ang ilang mga bagong teknolohiya ay gumagamit ng paghahatid ng data nang sabay-sabay sa ilang mga twisted pairs, Kamakailan lamang nagsimulang gamitin ang indicator PowerSUM, na isang pagbabago ng NEXT indicator. Sinasalamin ng indicator na ito ang kabuuang crosstalk power mula sa lahat ng mga pares ng pagpapadala sa cable.

Pagiging maaasahan ng paghahatid ng data nailalarawan ang posibilidad ng pagbaluktot para sa bawat ipinadalang bit ng data. Minsan ang parehong tagapagpahiwatig na ito ay tinatawag masinsinankaunting pagkakamali (bit Error Rate, BER). Ang halaga ng BER para sa mga channel ng komunikasyon na walang karagdagang paraan ng proteksyon ng error (halimbawa, mga self-correcting code o protocol na may muling pagpapadala ng mga distorted na frame) ay, bilang panuntunan, 10" 4 -10~ 6, sa fiber optic na mga linya ng komunikasyon - 10~ 9. Halaga ng pagiging maaasahan ng paghahatid ng data , halimbawa, sa Yu -4 sinasabi nito na sa average sa 10,000 bits ang halaga ng isang bit ay nabaluktot.

Ang bit distortion ay nangyayari kapwa dahil sa pagkakaroon ng interference sa linya, at dahil sa distortion ng signal waveform na limitado ng bandwidth ng linya. Samakatuwid, upang madagdagan ang pagiging maaasahan ng ipinadalang data, kinakailangan upang taasan ang antas ng kaligtasan sa ingay ng linya, bawasan ang antas ng crosstalk sa cable, at gumamit din ng mas maraming broadband na linya ng komunikasyon.

Ang boltahe ng baterya sa karamihan ng mga awtomatikong pagpapalitan ng telepono sa CIS ay karaniwang 60 V, ngunit maaari itong nasa hanay na 24...100 V.

Kalkulahin natin ang kasalukuyang halaga ng linya (para sa pinakamasamang kaso):

Coil resistance (2x400 Ohm) 800 Ohm

10km linya ng telepono 18000m

Paglaban sa telepono... 300 Ohm

Kabuuan: 29000m

Boltahe ng baterya 60 V

Minimum na kasalukuyang linya: 60 V/2900 Ohm - 20.7 mA.

Sa mesa Ipinapakita ng talahanayan 2.1 ang pinakamababang agos ng linya para sa mga network ng telepono sa ilang bansa sa Europa.

Noong nakaraan, tinukoy ng karamihan sa mga kumpanya ng telepono ang pinakamataas na resistensya ng DC para sa mga SLT upang matiyak ang pinakamababang kasalukuyang coil. Gayunpaman, para sa mga elektronikong TA ay mahirap matukoy ang pinakamataas na resistensya ng DC, dahil mayroon silang isang nonlinear na katangian ng IV (volt-ampere na katangian). Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ay tinutukoy ng polarity ng proteksiyon na tulay at ang napakataas na pagtutol ng tulay sa maliliit na alon. Sa Fig. Ipinapakita ng 2.19 ang mga lugar ng pinahihintulutan at hindi katanggap-tanggap na mga katangian ng kasalukuyang boltahe para sa mga network ng telepono. Pinapayagan ng ilang kumpanya ang mas mataas na boltahe ng linya sa dalas ng pag-dial dahil... gumagana ang mga sistemang ito nang hindi inihihiwalay ang mga digital pulse. Sa USA, ang karaniwang boltahe ng linya ay 6 V sa 20 mA, ngunit sa dalas ng pag-dial maaari itong maging 8 V sa 20 mA. Samakatuwid, mas madaling paganahin ang mga generator ng frequency code sa mga bansang may ganitong uri ng detalye.

Pinapayagan ng ilang kumpanya ng telepono ang mas mababang boltahe ng linya sa panahon ng pag-dial ng pulso upang gawing mas madali para sa mga relay sa palitan na ihiwalay ang mga pagkaantala sa kasalukuyang linya.

Ang terminong "bandwidth" ay kadalasang ginagamit kapag naglalarawan ng mga electronic na network ng komunikasyon. Ito ay isa sa mga pangunahing katangian ng naturang mga sistema. Sa unang sulyap, maaaring mukhang ang isang tao na ang trabaho ay walang kinalaman sa mga linya ng komunikasyon ay hindi kailangang maunawaan kung ano ang bandwidth ng channel. Sa katotohanan, ang lahat ay medyo naiiba. Maraming tao ang may bahay Personal na computer, konektado sa At alam ng lahat na minsan nagtatrabaho sa World Wide Web nang walang nakikitang dahilan bumabagal. Ang isa sa mga dahilan para dito ay na sa mismong sandaling iyon ang channel bandwidth ng provider ay nagiging overloaded. Ang resulta ay isang malinaw na paghina at posibleng mga malfunctions. Bago natin tukuyin ang konsepto ng "bandwidth," gumamit tayo ng isang halimbawa na nagbibigay-daan sa sinuman na maunawaan kung ano ang pinag-uusapan natin.

Isipin natin ang isang highway sa isang maliit na bayan ng probinsya at sa isang metropolis na makapal ang populasyon. Sa unang kaso, kadalasan ito ay idinisenyo para sa isa o dalawang daloy ng trapiko, ayon sa pagkakabanggit, ang lapad ay maliit. Ngunit sa malalaking lungsod, kahit na ang trapiko sa apat na linya ay hindi nakakagulat sa sinuman. Sa parehong oras, ang bilang ng mga kotse na naglalakbay sa parehong distansya sa dalawang kalsada ay makabuluhang naiiba. Depende ito sa dalawang katangian - ang bilis ng paggalaw at ang bilang ng mga lane. Sa halimbawang ito, ang kalsada at ang mga sasakyan ay mga piraso ng impormasyon. Sa turn, ang bawat banda ay isang linya ng komunikasyon.

Sa madaling salita, hindi direktang ipinapahiwatig ng bandwidth kung gaano karaming data ang maipapadala sa bawat yunit ng oras. Ang mas mataas na parameter na ito, mas komportable na magtrabaho sa pamamagitan ng naturang koneksyon.

Kung ang lahat ay halata sa bilis ng paghahatid (ito ay tumataas sa pagbaba ng mga pagkaantala sa paghahatid ng signal), kung gayon ang terminong "bandwidth" ay medyo mas kumplikado. Tulad ng alam mo, upang ang isang senyas ay magpadala ng impormasyon, ito ay binago sa isang tiyak na paraan. Kaugnay ng electronics, ito ay maaaring alinman sa mixed modulation. Gayunpaman, ang isa sa mga tampok ng paghahatid ay ang ilang mga pulso na may iba't ibang frequency(sa loob ng pangkalahatang banda, hangga't ang pagbaluktot ay nasa loob ng mga katanggap-tanggap na limitasyon). Ang tampok na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang mapataas ang pangkalahatang pagganap ng linya ng komunikasyon nang hindi binabago ang mga pagkaantala. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ng magkakasamang buhay ng mga frequency ay ang sabay-sabay na pag-uusap ng ilang tao na may iba't ibang timbre. Bagama't lahat ay nagsasalita, ang mga salita ng lahat ay lubos na nakikilala.

Bakit minsan may pagbagal kapag nagtatrabaho sa network? Ang lahat ay ipinaliwanag nang simple:

Kung mas mataas ang pagkaantala, mas mababa ang bilis. Ang anumang panghihimasok sa signal (software o pisikal) ay nagpapababa ng pagganap;

Kadalasan ay may kasamang mga karagdagang bit na gumaganap ng mga kalabisan na pag-andar - tinatawag na "kalabisan". Ito ay kinakailangan upang matiyak ang operability sa mga kondisyon ng pagkagambala sa linya;

Naabot na ang pisikal na limitasyon ng conductive medium, kapag ang lahat ng valid ay nagamit na at may mga bagong piraso ng data ang mga ito ay inilagay sa isang pila para sa pagpapadala.

Upang malutas ang mga naturang problema, ang mga provider ay gumagamit ng maraming iba't ibang mga diskarte. Ito ay maaaring virtualization, na nagpapataas ng "lapad" ngunit nagpapakilala ng mga karagdagang pagkaantala; pagpapalaki ng channel dahil sa "dagdag" na conducting media, atbp.

Sa digital na teknolohiya ang terminong "baud" ay minsan ginagamit. Sa katunayan, nangangahulugan ito ng bilang ng mga bits ng data na inilipat sa bawat yunit ng oras. Sa mga araw ng mabagal na linya ng komunikasyon (dial-up), ang 1 baud ay katumbas ng 1 bit bawat 1 segundo. Nang maglaon, habang tumataas ang mga bilis, ang "baud" ay tumigil na maging pangkalahatan. Ito ay maaaring mangahulugan ng 1, 2, 3 o higit pang mga bit bawat segundo, na nangangailangan ng hiwalay na indikasyon, kaya sa kasalukuyan ay ibang sistema ang ginagamit na naiintindihan ng lahat.

Termino frequency band patungkol sa signal nauugnay sa konsepto ng epektibong lapad ng signal spectrum, kung saan ang 90% ng enerhiya ng signal ay puro (ayon sa kasunduan), pati na rin ang mas mababa at itaas na mga limitasyon ng frequency band ng signal. Ang mga ito ang pinakamahalagang katangian Ang mga mapagkukunan ng signal ay direktang nauugnay sa pisika source na ito hudyat. Halimbawa, para sa isang inductive vibration sensor, ang frequency band ng output signal ay talagang limitado mula sa itaas ng mga unit ng kilohertz dahil sa inertia ng mass ng metal magnetized core sa loob ng inductance coil ng sensor, at mula sa ibaba - ayon sa halaga. nauugnay sa inductance ng coil. Ang itaas na limitasyon ng frequency band ng signal ay karaniwang nauugnay sa mga pisikal na limitasyon sa slew rate ng signal, habang ang mas mababang limitasyon ng signal bandwidth ay nauugnay sa pagkakaroon ng low-frequency na bahagi ng signal, kabilang ang isang DC component.

Termino frequency band paghawa ginagamit na may kaugnayan sa mga converter at signal transmission path (mga interface). Pinag-uusapan natin ang tugon ng amplitude-frequency (AFC) ng mga device na ito at tungkol sa mga katangian ng bandwidth ng frequency response na ito, na tradisyonal na sinusukat sa antas na -3 dB, tulad ng ipinapakita sa figure sa itaas. Ang zero decibel ay itinuturing na maximum (o average, ayon sa convention) na halaga ng signal amplitude sa passband. Sa figure, ang mga frequency F 1 at F 2 ay ang mas mababa at mataas na dalas mga bandwidth nang naaayon. Ang mas mababang limitasyon F 1 = 0, kung ang converter o path na ito ay pumasa sa DC component ng signal. Ang higit pa lapad mga frequency band paghawa∆F= F 2 - F 1 ng converter o data transmission path, ang mas mataas resolution (detalye) ng signal sa oras , mas mataas ang bilis ng paglilipat ng impormasyon sa kaukulang interface, Ngunit sa parehong oras mas maraming interference at ingay nahuhulog sa loob ng passband.

Kung ang signal frequency band ay bahagyang o ganap na hindi nahuhulog sa loob ng passband ng converter o path, ito ay humahantong sa pagbaluktot o kumpletong pagsugpo ng signal sa landas.

Sa kabilang banda, kung ang epektibong frequency band ng signal ay maraming beses na mas makitid kaysa sa passband ng converter o landas, kung gayon ang ganitong kaso ay hindi maituturing na pinakamainam, dahil sa pisikal na ipinatupad na sistemang ito ay palaging may ingay at panghihimasok ng iba't ibang kalikasan. , na sa pangkalahatang kaso ay nakakalat sa buong passband. Ang mga rehiyon ng mga pass frequency na hindi naglalaman ng mga kapaki-pakinabang na bahagi ng signal ay magdaragdag ng ingay, na magpapababa sa signal-to-noise ratio ng isang ibinigay na conversion ng signal o transmission channel. Batay sa mga lugar na ito, malapit na kami sa termino: pinakamainam na bandwidth ng signal ay isang passband na ang mga hangganan ay pare-pareho sa epektibong bandwidth ng signal.

Sa kaso ng isang ADC, ang itaas na limitasyon ng passband ay maaaring ibigay ng isang anti-aliasing na filter, at ang mas mababang limitasyon ay maaaring ibigay ng isang high-pass na filter.

Tulad ng nakikita mo, ang heneral termino frequency band, na ginagamit sa anumang konteksto, ay mahigpit na nauugnay sa isyu ng pagpili ng kagamitan ayon sa mga katangian ng dalas nito, at nauugnay din sa isyu ng pinakamainam na pagtutugma ng mga converter at mga daanan ng paghahatid na may mga pinagmumulan ng signal.