Пропускна спроможність лінії

Пропускна спроможність (throughput) лінії характеризує максимально можливу швидкість передачі даних по лінії зв’язку. Пропускна спроможність виміряється в бітах у секунду − біт/с, а також у похідних одиницях, таких як кілобіт у секунду (Кбіт/с), мегабіт у секунду (Мбіт/с), гігабіт у секунду (Гбіт/с) і т.д.

Примітка.Пропускна спроможність ліній зв’язку і комунікаційного мережного обладнання традиційно виміряється в бітах у секунду, а не в байтах у секунду. Це зв’язано з тим, що дані в мережах передаються послідовно, тобто побітно, а не паралельно, байтами, як це відбувається між пристроями усередині комп’ютера. Такі одиниці виміру, як кілобіт, мегабіт або гігабіт, у мережних технологіях строго відповідають ступеням 10 (тобто кілобіт − це 10³ = 1000 біт, а мегабіт − це 10⁶ = 1 000 000 біт), як це прийнято у всіх галузях науки і техніки, а не близьким до цих чисел ступеням 2, як це прийнято в програмуванні, де приставка “кіло” дорівнює 2¹⁰ = 1024, а “мега” − 2²⁰ = 1 048 576.

Пропускна спроможність лінії зв’язку залежить не тільки від її характеристик, наприклад, таких як амплітудно-частотна характеристика, але і від спектра переданих сигналів. Якщо значимі гармоніки сигналу (тобто ті гармоніки, амплітуди яких вносять основний вклад у результуючий сигнал) попадають у смугу пропускання лінії, те такий сигнал буде добре передаватися даною лінією зв’язку і приймач зможе правильно розпізнати інформацію, відправлену по лінії передавачем (рис. 9, а). Якщо ж значимі гармоніки виходять за границі смуги пропускання лінії зв’язку, то сигнал буде значно спотворюватися, приймач буде помилятися при розпізнаванні інформації, а виходить, інформація не зможе передаватися з заданою пропускною спроможністю (рис. 9, б).

9. Відповідність між смугою пропускання лінії зв’язку, спектром і формою сигналу

Вибір способу представлення дискретної інформації у виді сигналів, подаваних на лінію зв’язку, називається фізичним або лінійним кодуванням. Від обраного способу кодування залежить спектр сигналів і, відповідно, пропускна спроможність лінії. Таким чином, для одного способу кодування лінія може мати одну пропускну спроможність, а для іншого - іншу. Наприклад, кручена пари категорії 3 може передавати дані з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с при способі кодування за стандартом фізичного рівня l0Base-T і 33 Мбіт/с при способі кодування за стандартом 100Base-T4. У прикладі, приведеному на рис. 9, прийнятий наступний спосіб кодування − логічна 1 представлена на лінії позитивним потенціалом, а логічний 0 − негативним.

Теорія інформації говорить, що будь-яка помітна і непередбачена зміна прийнятого сигналу несе в собі інформацію. Відповідно до цього прийом синусоїди, у якої амплітуда, фаза і частота залишаються незмінними, інформації не несе, тому що зміна сигналу хоча і відбувається, але є добре передбачуваною. Аналогічно, не несуть у собі інформації імпульси на тактовій шині комп’ютера, тому що їхні зміни також постійні в часі. А от імпульси на шині даних передбачити заздалегідь не можна, тому вони переносять інформацію між окремими блоками або пристроями.

Більшість способів кодування використовують зміну якого-небудь параметра періодичного сигналу − частоти, амплітуди і фази синусоїди або ж знаку потенціалу послідовності імпульсів.

Якщо сигнал змінюється так, що можна розрізнити тільки два його стани, то будь-яка його зміна буде відповідати найменшій одиниці інформації − бітові. Якщо ж сигнал може мати більш двох помітних станів, то будь-яка його зміна буде нести більше ніж один біт інформації.

Кількість змін інформаційного параметра несучого періодичного сигналу в секунду виміряється в бодах (baud). Період часу між сусідніми змінами інформаційного сигналу називається тактом роботи передавача.

Пропускна спроможність лінії в бітах у секунду в загальному випадку не збігається з числом бод. Вона може бути як вище, так і нижче числа бод, і це співвідношення, як уже визначалося, залежить від способу кодування. Якщо сигнал має більш двох помітних станів, то пропускна спроможність у бітах у секунду буде вище, ніж число бод. Наприклад, якщо інформаційними параметрами є фаза й амплітуда синусоїди, причому розрізняються 4 стани фази в 0, 90, 180 і 270 градусів і два значення амплітуди сигналу, то інформаційний сигнал може мати 8 помітних станів. У цьому випадку модем, що працює зі швидкістю посимвольної передачі В = 2400 бод (з тактовою частотою 2400 Гц) передає інформацію зі швидкістю 7200 біт/с, тому що при одній зміні сигналу передається 3 біти інформації.

Чим вище частота несучого періодичного сигналу, тим більше інформації в одиницю часу передається по лінії і тем вище пропускна спроможність лінії при фіксованому способі фізичного кодування. Однак, з іншого боку, зі збільшенням частоти періодичного несучого сигналу збільшується і ширина спектра цього сигналу, тобто різниця між максимальною і мінімальною частотами того набору синусоїд, що у сумі дадуть обрану для фізичного кодування послідовність сигналів. Лінія передає цей спектр синусоїд з тими спотворленнями, що визначаються її смугою пропускання. Чим більше невідповідність між смугою пропускання лінії і шириною спектра переданих інформаційних сигналів, тим більше сигнали спотворлюються і тем імовірніше спотворлення в розпізнаванні інформації приймаючою стороною, а виходить, швидкість передачі інформації насправді виявляється менше, ніж можна було припустити.

Зв’язок між смугою пропускання каналу і його максимально можливою пропускною спроможністю, поза залежністю від прийнятого способу фізичного кодування, яку установив Клод Шеннон і яка уже розглядалася раніше:

С = F log₂ (1 + Р_с/Р_ш),

де С − максимальна пропускна спроможність лінії в бітах у секунду, F − ширина смуги пропускання лінії в герцах, Р_с − потужність сигналу, Р_ш − потужність шуму.

Близьким по суті до формули Шеннона є наступне співвідношення, отримане Найквістом, що також визначає максимально можливу пропускну спроможність лінії зв’язку, але без обліку шуму на лінії:

С = 2F log₂М,

де М - кількість помітних станів інформаційного параметра.

Нагадаємо (див. лекцію 5 попереднього семестру), що якщо сигнал має 2 помітні стани, то пропускна спроможність дорівнює подвоєному значенню ширини смуги пропускання лінії зв’язку (рис. 10, а). Якщо ж передавач використовує більш ніж 2 стійкі стани сигналу для кодування даних, то пропускна спроможність лінії підвищується, тому що за один такт роботи передавач передає більше біт вихідних даних, наприклад 2 біти при наявності чотирьох помітних станів сигналу (рис. 10, б).

10. Підвищення швидкості передачі за рахунок додаткових станів сигналу

Хоча формула Найквіста явно не враховує наявність шуму, побічно його вплив відбивається у виборі кількості станів інформаційного сигналу, що ми розглядали у попередньому семестрі. Для підвищення пропускної спроможності каналу хотілося б збільшити цю кількість до значних величин, але на практиці ми не можемо цього зробити через шум на лінії. Наприклад, для приклада, приведеного на рис. 10, можна збільшити пропускну спроможність лінії ще в два рази, використавши для кодування даних не 4, а 16 рівнів. Однак якщо амплітуда шуму часто перевищує різницю між сусідніми 16-ю рівнями, то приймач не зможе стійко розпізнавати передані дані. Тому кількість можливих станів сигналу фактично обмежується співвідношенням потужності сигналу і шуму, а формула Найквіста визначає граничну швидкість передачі даних у тому випадку, коли кількість станів вже обрано з урахуванням можливостей стійкого розпізнавання приймачем.

Приведені співвідношення дають граничне значення пропускної спроможності лінії, а ступінь наближення до цієї межі залежить від конкретних методів фізичного кодування, уже розглянутих в попередньому семестрі.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Завадостійкість і ймовірність передачі даних	\|	Фізичні, хімічні, біологічні фактори.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.