Экзамен Курс делится на две части: Теоретическая (стр. 6 из 10)
Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком (рис. 3.6, а). Если же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания линии связи, то сигнал будет значительно искажаться, приемник будет ошибаться при распознавании информации, а значит, информация не сможет передаваться с заданной пропускной способностью (рис. 3.6, б).
Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала
Рис. 3.6
Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодированием. От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соответственно, пропускная способность линии. Таким образом, для одного способа кодирования линия может обладать одной пропускной способностью, а для другого - другой. Например, витая пара категории 3 может передавать данные с пропускной способностью 10 Мбит/с при способе кодирования стандарта физического уровня l0Base-T и 33 Мбит/с при способе кодирования стандарта 100Base-T4. В примере, приведенном на рис. 2.9, принят следующий способ кодирования - логическая 1 представлена на линии положительным потенциалом, а логический 0 - отрицательным.
Теория информации говорит, что любое различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию.
Большинство способов кодирования используют изменение какого-либо параметра периодического сигнала - частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой, если в качестве такого сигнала используется синусоида.
Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации - биту. Если же сигнал может иметь более двух различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько бит информации.
Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика.
Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирования.
На пропускную способность линии оказывает влияние не только физическое, но и логическое кодирование. Логическое кодирование выполняется до физического кодирования и подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей, кроме этого, дополнительными свойствами, например возможностью для приемной стороны обнаруживать ошибки в принятых данных. При логическом кодировании исходная последовательность бит заменяется более длинной последовательностью, поэтому пропускная способность канала по отношению к полезной информации при этом уменьшается.
3.2.4. Связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания
Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше информации в единицу времени передается по линии и тем выше пропускная способность линии при фиксированном способе физического кодирования.
Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:
С = F log2 (1 + Рс/Рш),
где С - максимальная пропускная способность линии в битах в секунду;
F - ширина полосы пропускания линии в герцах;
Рс - мощность сигнала;
Рш - мощность шума.
Из этого соотношения видно, что хотя теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует, на практике такой предел имеется. Повысить пропускную способность линии можно за счет увеличения мощности передатчика или же уменьшения мощности шума (помех) на линии связи. Так, при типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в 2 раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.
Близким по сути к формуле Шеннона является следующее соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума на линии:
С = 2F log2 М,
где М - количество различимых состояний информационного параметра.
Если сигнал имеет 2 различимых состояния, то пропускная способность равна удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи (рис. 3.7, а). Если же передатчик использует более чем 2 устойчивых состояния сигнала для кодирования данных, то пропускная способность линии повышается, так как за один такт работы передатчик передает несколько бит исходных данных, например 2 бита при наличии четырех различимых состояний сигнала (рис. 3.7, б).
Повышение скорости передачи за счет дополнительных состояний сигнала
Рис. 3.7
Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Поэтому количество возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала и шума, а формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в том случае, когда количество состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознавания приемником.
Приведенные соотношения дают предельное значение пропускной способности линии, а степень приближения к этому пределу зависит от конкретных методов физического кодирования, рассматриваемых ниже.
3.3. Линии и каналы для передачи дискретных сигналов. Скорость передачи
В зависимости от применяемого вида дискретной модуляции для передачи элементов сигнала можно использовать различные направляющие системы.
Если переносчиком является постоянный ток, то можно применять только физические цепи воздушных, кабельных линий, многожильные, витые пары категории 3, 4, 5 и пр. Дальность передачи зависит от параметров линии и составляет от нескольких сотен метров (100, 200) до нескольких сотен километров (300..400). При использовании в качестве переносчика переменного тока можно передавать сигналы по физическим цепям и каналу ТЧ (в тональном диапазоне). Дальность связи при этом не ограничена.
С организационной точки зрения каналы ПДИ могут быть коммутируемые и выделенные. В первом случае (рис. 3.8,а) канал создается из отдельных звеньев сети с помощью коммутационных КС станций на время передачи информации. Во втором случае (рис. 3.8,б) канал работает постоянно между двумя оконечными пунктами, поэтому его называют «точка-точка».
Рис. 3.8
Если в один и тот же канал включается параллельно несколько оконечных пунктов (рис. 3.8, в), то такой канал называется многопунктовым, или, если один источник и несколько получателей информации, - "точка-многоточка".
С технической точки зрения для повышения пропускной способности линий на одной физической паре организуют несколько каналов, создавая многоканальные системы. Для этого используют методы частотного разделения каналов (ЧРК) или временного разделения каналов (ВРК), называемые еще мультиплексированием. При частотном мультиплексировании каждому подканалу предоставляется своя полоса частот Df в соответствии со скоростью передачи в границах допустимого частотного диапазона (рис. 3.9, а).
Рис. 3.9
Очень важным вопросом является оценка темпа передачи и скорости передачи полезной информации по линиям и каналам.
Для оценки темпа передачи элементов сигнала вводят понятие скорость дискретной модуляции. Под этим понимают количество элементарных импульсов, передаваемых за секунду. Чем меньше длительность элементарного импульса t0, тем большее их число можно передать за единицу времени, т.е.
Единицу скорости дискретной модуляции в честь изобретателя синхронного аппарата Ж.Э.Бодо именуют бодом. Скорость дискретной модуляции можно определить и следующим образом
Скорость передачи полезной информации определяется количеством информации, переданной за единицу времени, обозначается буквой n и имеет размерность бит/с. Для расчета величины используют формулу
где k – количество информационных импульсов в кодовой комбинации.
При двоичном кодировании и однократной модуляции каждый элементарный импульс несет один бит информации. В этом случае B = n.