Взаимосвязь пропускной способности канала и его полосы пропускания
Максимальную скорость, с которой канал способен передавать сигнал, называют пропускной способностью канала.
Теорема Найквиста
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.
|
|
|
Цифровые данные – цифровой сигнал. Оборудование для преобразования данных в цифровой форме в цифровой сигнал дешевле и проще, чем оборудование для преобразования данных в аналоговой форме в цифровой сигнал.
Цифровые данные – Цифровые сигналы
Цифровой сигнал – это дискретная последовательность импульсов по напряжению, каждый из которых имеет ступенчатую форму. Каждый импульс – это единичный сигнал. В общем случае данные в двоичной форме при передаче кодируются так, что один бит данных может быть отображен в несколько единичных сигналов. В простейшем случае это соответствие имеет однозначный характер: один бит – один единичный сигнал. В примерах, приведенных в предыдущих разделах, мы как раз встречали именно этот простейший случай, когда двоичная 1 была представлена высоким потенциалом, а двоичный 0 – низким. В этом разделе мы рассмотрим разные схемы кодирования данных на физическом уровне. Скорость передачи данных – это количество бит в секунду, которые передают с помощью сигналов. Эту скорость также называют битовой скоростью. Продолжительность (длина) бита – это интервал времени, которое нужно передатчику, чтобы испустить последовательность надлежащих единичных сигналов. При скорости передачи данных R бит/сек, длина бита равна 1/R. Напомним, что скорость модуляции или сигнальная скорость измеряется в бот – это скорость изменения уровня сигнала. Очень многое зависит от способа кодировки данных. Теперь рассмотрим, какие задачи должен решать приемник при передаче. Прежде всего, приемник должен быть точно настроен на длину бита. Он должен уметь распознавать начало и конец передачи каждого бита, а также уровень сигнала: низкий или высокий.
|
|
|
Основными критериями сравнения различных способов кодирования данных на физическом уровне являются:
· Ширина спектра сигнала. Чем шире спектр, тем сильнее искажения.
· Синхронизация между приемником и передатчиком. Мы уже отмечали необходимость для приемника точно определять начало и конец битового интервала.
· Обнаружение ошибок. Хотя методы обнаружения и исправления ошибок располагаются на канальном уровне, который находится над физическим уровнем, тем не менее, и на физическом уровне весьма полезно иметь такие возможности.
|
|
|
· Чувствительность к шуму.
· Стоимость и скорость.
Все схемы кодирования делятся на потенциальные и импульсные. У потенциальных кодов значение бита передается удержанием потенциала сигнала на определенном уровне в течение битового интервала. У импульсных кодов это значение передается перепадом (фронтом) уровня сигнала. Направление перепада с низкого на высокий или с высокого на низкий уровень определяет значение бита.
Потенциальный NRZ-код
в потенциальной схеме кодирования NRZ (NRZ – Non return to zero – без возврата к нулю на битовом интервале) логическому 0 и логической 1 сопоставлены два устойчиво различаемых потенциала. К достоинствам этого кода следует отнести простоту реализации, устойчивость к ошибкам, достаточно узкий частотный спектр сигнала. Основным недостатком этого кода является отсутствие синхронизации. На длинных последовательностях нулей или единиц, т.е. когда потенциал на линии не меняется, может произойти рассинхронизация между приемником и передатчиком, что приведет к ошибкам. Однако если исключить возможность появления длинных последовательностей 0 или 1, то этот метод может быть весьма эффективен. Обеспечить отсутствие таких последовательностей могут специальные устройства, называемые скремблеры. Модификацией NRZ-кода и хорошим примером дифференциального кодирования является код NRZ-I. Идея дифференциальных кодов состоит в том, чтобы кодировать не абсолютное значение текущего бита, а разницу значений между предыдущим битом и текущим. В случае кода NRZ-I если текущий бит – 0, то он кодируется тем же потенциалом, что и предыдущий бит, если текущий бит – 1, то он кодируется другим потенциалом, чем предыдущий. Основным достоинством этого кода по отношению NRZ-коду является большая устойчивость к шуму.
|
|
|
Биполярный код AMI
Другим примером потенциального кода является метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion – AMI). В этом методе используются не два уровня сигналов, как в NRZ-методах, а три: положительный, ноль и отрицательный. Значению 0 соответствует нулевой потенциал на линии; значению 1 - либо положительный, либо отрицательный потенциал. При этом потенциал каждой последующей единицы противоположен потенциалу предыдущей. У этого метода есть несколько существенных преимуществ по сравнению с NRZ-кодами. Во-первых, в случае длительной последовательности единиц рассинхронизации не происходит. Каждая единица сопровождается изменением потенциала, устойчиво распознаваемым приемником. Поскольку каждая единица сопровождается изменением потенциала, то не возникнет постоянной составляющей. Однако длинная последовательность 0 остается проблемой, и требуются дополнительные усилия, которые позволили бы избежать ее появления. Во-вторых, спектр сигнала здесь уже, чем у NRZ-кодов. И, наконец, свойство чередования уровней позволяет обнаруживать единичные ошибки.
Биполярные импульсные коды
Существует другая группа методов кодирования, известная как биполярное импульсное кодирование. Манчестерский и дифференциальный Манчестерский коды. В Манчестерском коде данные кодируются фронтами в середине битового интервала. Этим достигаются две цели: синхронизация приемника и передатчика, и передача данных: фронт перехода от низкого потенциала к высокому соответствует 1, а фронт перехода от высокого потенциала к низкому – 0. Этот код показан на рисунке 2-6.
В дифференциальном Манчестерском коде сигнал может менять свой уровень дважды в течение битового интервала. В середине интервала обязательно происходит изменение уровня. Этот перепад используется для синхронизации. При передаче 0 в начале битового интервала происходит перепад уровней, при 1 – такой перепад отсутствует. Все биполярные импульсные методы требуют от одного до двух перепадов уровня сигнала за один битовый интервал. Поэтому их сигнальная скорость в два раза выше, чем у потенциальных кодов. Это означает, что они требуют более широкой полосы пропускания, чем потенциальные коды. Однако у них есть несколько существенных преимуществ:
· самосинхронизация
· отсутствие постоянной составляющей
· обнаружение единичных ошибок
Потенциальный код 2B1Q
В этом методе каждые два последовательных бита (2В) передаются за один битовый интервал сигнала, который может иметь четыре состояния (1Q). Паре 00 соответствует потенциал -2.5 В, 01 соответствует -0.833 В, 11 – +0.833 В, 10 – +2.5 В. У этого метода сигнальная скорость в два раза ниже, чем у кодов NRZ и AMI, а спектр сигнала в два раза уже. Поэтому с помощью 2B1Q-кода можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее. Однако реализация этого метода требует более мощного передатчика и более сложного приемника, который должен различать не два уровня, а четыре.
Сигнальная скорость
Здесь мы рассмотрим, как тот или иной метод кодирования влияет на скорость передачи данных (битовую скорость) и сигнальную скорость.
В общем случае D = R/b,
где D – сигнальная скорость R – битовая скорость в бит/сек. b – количество бит на единичный сигнал
Теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания). Передача цифровых данных аналоговыми сигналами
Все виды информации могут быть представлены при передаче в виде электромагнитных импульсов. В зависимости от среды передачи и организации СПД могут применяться либо аналоговые, либо цифровые сигналы. Любой сигнал можно рассматривать либо как функцию времени, т.е. то, как различные параметры сигнала изменяются со временем, либо как функцию частоты.
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 338; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!