Теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания)

1. 
   Теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания). Среды передачи (магнитные ностители, витая пара, среднеполосный и широкополосный кабели, оптоволокно, сравнение кабелей и оптоволокна).
   

Разные формы представления сигнала

Частотное представление функции основано на том факте, что любая функция от вещественной переменной может быть представлена в виде ряда Фурье:

где f =1/T - частота, a_n, b_n - амплитуды n-ой гармоники.

Ясно, что на практике нельзя учесть бесконечно много гармоник. Все их учитывать и не надо потому, что энергия сигнала распределяется не равномерно между гармониками разной частоты. В общем случае соотношение здесь таково, что низкочастотные составляющие несут большую часть энергии. Ни в какой среде сигнал не может передаваться без потери энергии. С ростом частоты искажения растут. Любая среда передачи ограничивает максимальную частоту передаваемого сигнала, а следовательно, и частоту гармоник, которые можно использовать для аппроксимации функции g(t). Тем самым аппроксимация (точность воспроизведения формы) сигнала ухудшается и скорость передачи понижается. Характеристику канала, определяющую спектр частот, которые физическая среда канала пропускает без существенного понижения мощности сигнала, называют полосой пропускания канала.

Сигналы, данные, передача

• 
  Данные
  
• 
  Сигнал
  
• 
  Передача
  

Сигнал в цифровой форме нельзя напрямую передавать с помощью аналоговой передачи или, как ее еще называют, аналоговой модуляции, в то время как цифровое кодирование или цифровая передача позволяет передавать оба вида сигнала.

Взаимосвязь пропускной способности канала и его полосы пропускания

max data rate = 2H ит/сек,

где H – ширина полосы пропускания канала, выраженная в Гц, V - количество уровней в сигнале. Эта теорема также показывает, что, например, бессмысленно сканировать линию чаще, чем удвоенная ширина полосы пропускания. Действительно, все частоты выше этой отсутствуют в сигнале. Однако теорема Найквиста не учитывает шум в канале, который измеряется как отношение мощности полезного сигнала к мощности шума: S/N. Эта величина измеряется в децибелах: 10 log₁₀(S/N) dB. Например, если отношение S/N равно 10, то говорят о шуме в 10 dB, если отношение равно 100, то - 20 dB. На случай канала с шумом есть теорема Шеннона, по которой максимальная скорость передачи по каналу с шумом равна

H log₂ (1+S/N) бит/сек.,

где S/N - соотношение сигнал-шум в канале.

Как мы уже отмечали в разделе 2.1.2, скорость передачи данных зависит от способа представления данных на физическом уровне и сигнальной скорости, или скорости модуляции - скорости изменения значения сигнала. Скорость изменений сигнала в секунду измеряется в единицах, называемых бот. Если скорость изменения значения сигнала b бот, то это не означает, что данные передается со скоростью b бит/сек. Многое зависит способа кодирования сигнала: одно изменение значения может кодировать сразу несколько бит. Если используется 8 значений (уровней) сигнала, то каждое изменение его значения кодирует сразу 3 бита. Если используется только два значения сигнала, то скорость в битах равна скорости в ботах.

Среды передачи

• 
  полоса пропускания
  
• 
  пропускная способность
  
• 
  задержка
  
• 
  стоимость
  
• 
  простота прокладки
  
• 
  сложность в обслуживании
  

Магнитные носители - Магнитная лента или магнитный диск

Витая пара