پهنای باند f. پهنای باند چیست؟

پهنای باند معمولاً به عنوان تفاوت بین فرکانس های مرزی بالا و پایین بخش پاسخ فرکانسی تعریف می شود. پهنای باند بر حسب واحد فرکانس (مثلا هرتز) بیان می شود. افزایش پهنای باند امکان انتقال اطلاعات بیشتر را فراهم می کند.

پاسخ فرکانسی ناهموار

ناهمواری پاسخ فرکانسی درجه انحراف از یک خط مستقیم موازی با محور فرکانس را مشخص می کند. ناهمواری پاسخ فرکانسی بر حسب دسی بل بیان می شود.

کاهش ناهمواری پاسخ فرکانسی در باند، بازتولید شکل سیگنال ارسالی را بهبود می بخشد.

مدل های ایده آل و واقعی کانال انتقال اطلاعات.

کانال ایده آل

مدل کانال ایده آل

سیگنال قطعی

کانال واقعی

که در کانال های واقعی

سیگنال خروجی کانال

x(t) = μ(t)∙s(t-T)+w(t)،

تداخل افزودنی

نویز ضربی

مفهوم نمونه برداری و کوانتیزه کردن سیگنال ها.

تبدیل یک مجموعه اطلاعات پیوسته از سیگنال های آنالوگ به یک مجموعه گسسته نامیده می شود نمونه برداری .

سیگنال آنالوگ سیگنالی است که در آن هر یک از پارامترهای نمایش دهنده با تابعی از زمان و مجموعه ای پیوسته از مقادیر ممکن توصیف می شود.

سیگنال گسسته سیگنالی است که فقط تعداد محدودی از مقادیر را می گیرد.

کوانتیزاسیون - تقسیم محدوده ای از مقادیر یک کمیت پیوسته یا گسسته به تعداد محدودی از بازه ها.

نباید اشتباه گرفته شود کوانتیزاسیون با نمونه برداری (و بر این اساس، مرحله کوانتیزاسیون با فرکانس نمونه برداری). در نمونه برداری یک کمیت متغیر با زمان (سیگنال) در یک فرکانس معین (فرکانس نمونه برداری) اندازه گیری می شود، بنابراین نمونه برداری سیگنال را به یک جزء زمانی (به صورت افقی در نمودار) تقسیم می کند. کوانتیزاسیون همچنین سیگنال را به مقادیر مشخص شده می رساند، یعنی آن را بر اساس سطح سیگنال (در نمودار - به صورت عمودی) تقسیم می کند. سیگنالی که نمونه برداری و کوانتیزاسیون برای آن اعمال شده است دیجیتال نامیده می شود.

شکل 1 - سیگنال کوانتیزه شده.

شکل 2 - سیگنال کوانتیزه نشده با زمان گسسته.

سیگنال دیجیتال - یک سیگنال داده ای که در آن هر یک از پارامترهای نشان دهنده با یک تابع زمان گسسته و مجموعه ای محدود از مقادیر ممکن توصیف می شود.

شکل 3. - سیگنال دیجیتال

طبقه بندی روش های نمونه گیری سیگنال.

استفاده شده نمونه برداری زمانی و بر اساس سطح .

نمونه برداری زمانی

نمونه گیری یکنواخت

قضیه کوتلنیکوف

نمونه گیری تطبیقی

با توجه به این واقعیت که تغییر در عملکرد در زمان های مختلف متفاوت است، مرحله نمونه برداری می تواند متفاوت باشد و از یک خطای یکنواخت در هر مرحله اطمینان حاصل شود.

اختیار بر حسب سطح

گسسته سازی مقادیر تابع (سطح) نامیده می شود کوانتیزاسیون . عملیات کوانتیزاسیون به این واقعیت ختم می شود که به جای یک مقدار پیام آنی داده شده، نزدیکترین مقادیر در یک مقیاس مشخص از سطوح گسسته منتقل می شوند.

مقادیر گسسته در مقیاس سطح اغلب به طور یکنواخت انتخاب می شوند. هنگام کمی کردن آن معرفی می شود خطا (اعوجاج) زیرا مقادیر واقعی تابع با مقادیر گرد جایگزین می شوند. بزرگی این خطا از نصف مرحله کوانتیزاسیون تجاوز نمی کند و می تواند تا مقدار قابل قبول کاهش یابد. خطا یک تابع تصادفی است و در خروجی به صورت ظاهر می شود نویز اضافی ("نویز کوانتیزاسیون") ، روی پیام ارسال شده قرار می گیرد.

گسسته سازی زمان و سطح

به شما امکان می دهد یک پیام پیوسته را به یک پیام مجزا تبدیل کنید (سیگنال آنالوگ در دیجیتال فرم ) که سپس می تواند با استفاده از فناوری گسسته (دیجیتال) کدگذاری و ارسال شود.

تبدیل فوریه گسسته

سیگنال نمونه برداری شده را می توان نتیجه ضرب سیگنال پیوسته اصلی در یک سری پالس واحد در نظر گرفت.

معیارهای ارزیابی دقت نمونه برداری سیگنال.

تفاوت بین مقادیر واقعی سیگنال ایکس ( تی ) و نزدیک شدن پ ( تی ) ، یا در حال تولید مثل V ( تی ) - تابع، به ترتیب خطای نمونه گیری یا بازسازی فعلی را نشان می دهد:

انتخاب معیار برای ارزیابی خطای نمونه برداری (و بازسازی) سیگنال توسط گیرنده اطلاعات انجام می شود و به استفاده مورد نظر از سیگنال نمونه برداری شده و قابلیت های اجرای سخت افزار (نرم افزار) بستگی دارد. ارزیابی خطا را می توان برای هر دو پیاده سازی سیگنال فردی و چندگانه انجام داد.

اغلب، انحراف یک تابع قابل تکرار V ( تی ) از سیگنال ایکس ( تی ) در فاصله نمونه برداری Δt من = تی من – تی من –1 با معیارهای زیر ارزیابی می شود.

الف) معیار بزرگترین انحراف:

جایی که ε ( تی ) - خطای فعلی با عبارت (1) تعیین می شود.

ب) معیار مربع میانگین که با عبارت زیر تعیین می شود:

جایی که ε ( تی ) – خطای فعلی (1).

نوار بالا به معنای میانگین گیری بیش از مجموعه احتمال است،

ج) معیار انتگرال به عنوان معیار انحراف ایکس ( تی ) از جانب V ( تی ) دارای فرم:

د) معیار احتمالی با این رابطه تعیین می شود:

جایی که ε 0 - مقدار خطای مجاز؛

آر 0 - احتمال قابل قبولی که خطا از مقدار تجاوز نکند ε 0 .

نمونه گیری یکنواخت قضیه کوتلنیکوف.

نمونه برداری زمانی با نمونه برداری از تابع در زمان های گسسته خاصی انجام می شود. در نتیجه، یک تابع پیوسته با مجموعه ای از مقادیر آنی جایگزین می شود.

نمونه گیری یکنواخت

ممان های مرجع به طور یکنواخت در محور زمان انتخاب می شوند. قضیه کوتلنیکوف - اگر یک سیگنال آنالوگ دارای یک طیف محدود در عرض باشد، می توان آن را بدون ابهام و بدون تلفات از نمونه های گسسته آن با فرکانس بسیار بیشتر از دو برابر فرکانس بالایی بازیابی کرد.

مفهوم کدگذاری اطلاعات

کد مجموعه ای از قراردادها (یا سیگنال ها) برای ضبط (یا انتقال) برخی مفاهیم از پیش تعریف شده است.

رمزگذاری اطلاعات فرآیند تشکیل یک نمایش معین از اطلاعات است. در معنای محدودتر، اصطلاح " کد نویسی"اغلب به عنوان انتقال از یک شکل از نمایش اطلاعات به شکل دیگر درک می شود که برای ذخیره، انتقال یا پردازش راحت تر است.

معمولاً هر تصویر هنگام رمزگذاری (گاهی اوقات رمزگذاری نامیده می شود) با یک علامت جداگانه نشان داده می شود.

امضا کردن عنصری از مجموعه محدودی از عناصر متمایز از یکدیگر است.

علامت همراه با معنی آن نامیده می شود سمبل .

مجموعه ای از کاراکترها که ترتیب آنها مشخص می شود نامیده می شود الفبا . الفبای زیادی وجود دارد:

الفبای حروف سیریلیک (A، B، V، G، D، E، ...)

الفبای حروف لاتین (A, B, C, D, E, F,...)

الفبای ارقام اعشاری (0، 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9)

الفبای علائم زودیاک (تصاویر علائم زودیاک) و غیره

بخصوصمجموعه‌هایی که فقط از دو کاراکتر تشکیل شده‌اند اهمیت زیادی دارند: یک جفت کاراکتر (+، -)، یک جفت اعداد (0، 1)، یک جفت پاسخ (بله، خیر)

بلوک دیاگرام کانال انتقال اطلاعات.

برنج. 1.3.نمودار عملکردی سیستم انتقال گسسته

پیام ها

مفهوم کانال انتقال اطلاعات واقعی و ایده آل

کانال ایده آل

مدل کانال ایده آل زمانی استفاده می شود که بتوان وجود تداخل را نادیده گرفت. هنگام استفاده از این مدل، سیگنال خروجی قطعی است، قدرت و پهنای باند سیگنال ها محدود است.

سیگنال قطعی به طور دقیق در هر زمان مشخص شده است.

پهنای باند تفاوت بین حداکثر و حداقل فرکانس سیگنال است.

کانال واقعی

که در کانال های واقعی همیشه هنگام ارسال پیام ها خطاهایی وجود دارد. خطاها منجر به کاهش ظرفیت کانال و از دست دادن اطلاعات می شود. احتمال خطاها تا حد زیادی توسط اعوجاج سیگنال و تأثیر تداخل تعیین می شود.

سیگنال خروجی کانال را می توان به شکل زیر نوشت:

x(t) = μ(t)∙s(t-T)+w(t)،

که در آن s(t) سیگنال ورودی کانال است، w(t) نویز افزایشی، μ(t) نویز ضربی، T تاخیر سیگنال است.

تداخل افزودنی - تداخل اضافه شده به سیگنال هنگام انتقال آن از طریق یک کانال اطلاعاتی.

نویز افزایشی ناشی از پدیده نوسان (نوسانات تصادفی در جریان و ولتاژ) مرتبط با فرآیندهای حرارتی در سیم‌ها، مقاومت‌ها، ترانزیستورها و سایر عناصر مدار، تداخل ناشی از پدیده‌های جوی (تخلیه رعد و برق و غیره) و فرآیندهای صنعتی (عملکرد تاسیسات صنعتی) است. ، سایر خطوط ارتباطی و غیره).

نویز ضربی - تداخل با سیگنال چند برابر می شود.

تداخل ضربی ناشی از تغییرات تصادفی در ضریب انتقال کانال به دلیل تغییر در ویژگی‌های محیطی است که سیگنال‌ها در آن منتشر می‌شوند و بهره مدارها هنگام تغییر ولتاژ منبع تغذیه، به دلیل محو شدن سیگنال در نتیجه تداخل و انواع مختلف است. تضعیف سیگنال ها در طول انتشار چند مسیری امواج رادیویی. تداخل ضربی همچنین شامل "نویز کوانتومی" لیزرهای مورد استفاده در سیستم های نوری برای انتقال و پردازش اطلاعات است. "نویز کوانتومی" لیزر به دلیل ماهیت گسسته تابش نور ایجاد می شود و به شدت تابش، یعنی به خود سیگنال مفید بستگی دارد.

کانال گاوسی و انواع آن

کانال گاوسی

مفروضات اصلی هنگام ساخت چنین مدلی به شرح زیر است:

- ضریب انتقال و زمان تأخیر سیگنال ها در کانال به زمان بستگی ندارد و کمیت های قطعی هستند که در محل دریافت سیگنال ها شناخته شده اند.

- تداخل نوسانات افزودنی در کانال وجود دارد - گاوسی "صدای سفید" (فرآیند گاوسی که با چگالی طیفی یکنواخت، مقدار دامنه توزیع شده معمولی و روش افزایشی تأثیرگذاری بر سیگنال مشخص می شود).

کانال گاوسی به عنوان مدلی از کانال های ارتباطی سیمی واقعی و کانال های تک پرتو بدون محو شدن یا با محو شدن آهسته استفاده می شود. در این مورد، محو شدن یک تغییر تصادفی کنترل نشده در دامنه سیگنال است. این مدل به شخص اجازه می دهد تا دامنه و اعوجاج فاز سیگنال ها و تأثیر تداخل نوسانات را تجزیه و تحلیل کند.

کانال گاوسی با فاز سیگنال نامشخص

در این مدل زمان تاخیر سیگنال در کانال به عنوان یک متغیر تصادفی در نظر گرفته می شود، بنابراین فاز سیگنال خروجی نیز تصادفی است. برای تجزیه و تحلیل سیگنال های خروجی یک کانال، دانستن قانون توزیع زمان تاخیر یا فاز سیگنال ضروری است.

کانال تک پرتو گاوسی با محو شدن

کانال چند راهه گاوسی با محو شدن

این مدل کانال های رادیویی را توصیف می کند که در آنها انتشار سیگنال از فرستنده به گیرنده در امتداد مختلف انجام می شود. "کانال ها" - راه ها. مدت زمان انتقال سیگنال و ضرایب انتقال "کانال" های مختلف نابرابر و تصادفی است. سیگنال دریافتی در نتیجه تداخل سیگنال هایی که در مسیرهای مختلف می رسند تشکیل می شود. به طور کلی، فرکانس و ویژگی های فاز یک کانال به زمان و فرکانس بستگی دارد.

کانال چندراهی گاوسی با تداخل محلی محو و افزودنی

در این مدل در کنار تداخل نوسانی، انواع تداخل متمرکز نیز در نظر گرفته شده است. این کلی ترین است و کاملاً ویژگی های بسیاری از کانال های واقعی را منعکس می کند. با این حال، استفاده از آن باعث ایجاد پیچیدگی و وظایف تحلیلی کار فشرده و همچنین نیاز به جمع آوری و پردازش حجم زیادی از داده های آماری اولیه می شود.

در حال حاضر، برای حل مشکلات تجزیه و تحلیل کانال های پیوسته و گسسته، به عنوان یک قاعده، از یک مدل کانال گاوسی و یک مدل کانال تک پرتو گاوسی با محو شدن استفاده می شود.

روش شناسی تولید کد شانون-فنو، مزایا و معایب آن.

الگوریتم شانون-فنو

این شامل این واقعیت است که حروف الفبا، که به ترتیب نزولی مرتب شده اند، به دو گروه با احتمال کل مساوی ممکن (در هر گروه) تقسیم می شوند. برای گروه اول از نمادها در وهله اول ترکیب، 0 را به عنوان اولین سمت چپ ترین موقعیت کلمات رمز قرار دهید و عناصر گروه دوم را - 1. سپس، هر گروه دوباره طبق همان قانون به زیر گروه ها تقسیم می شود. با احتمالات تقریباً مساوی، و در هر زیرگروه دومین موقعیت سمت چپ کلمه رمز پر می شود (0،1). این فرآیند تا زمانی که تمام عناصر الفبا رمزگذاری شوند تکرار می شود.

مزایای

- سهولت اجرا و در نتیجه سرعت بالای رمزگذاری/رمزگشایی/

- اگر این مقادیر را به عنوان دو حالت پایدار احتمالی یک عنصر الکترونیکی تصور کنید، رمزگذاری اطلاعات به شکل دنباله ای از صفر و یک راحت است: 0 - عدم وجود سیگنال الکتریکی. 1- وجود سیگنال الکتریکی علاوه بر این، در فناوری، مقابله با تعداد زیادی از عناصر ساده آسان تر از تعداد کمی از عناصر پیچیده است.

- طبق روش Sh-F، معلوم می شود که هر چه احتمال یک پیام بیشتر باشد، سریعتر یک گروه مستقل را تشکیل می دهد و کد کوتاهتر نمایش داده می شود. این شرایط کارایی بالای کد Sh-F را تضمین می کند.

عیوب

– برای رمزگشایی پیام دریافتی باید جدول کد به همراه پیام ارسال شود که باعث افزایش حجم داده پیام نهایی می شود.

– در مورد یک کد معمولی (که در آن از تمام نمادها برای انتقال اطلاعات استفاده می شود)، اگر خطایی در کد رخ دهد، رمزگشایی آن غیرممکن خواهد بود. زیرا ترکیب کدها دارای طول های متفاوتی هستند و در صورت بروز خطا (جایگزینی کاراکتر 1 با 0 و بالعکس)، ممکن است یک یا چند ترکیب کد در پیام با کاراکترهای جدول کد مطابقت نداشته باشد.

کدنویسی – شانون – فانو یک روش فشرده سازی نسبتاً قدیمی است و امروزه مورد توجه عملی خاصی نیست.

آنتروپی منبع پیام های مستقل

مجموع آنتروپی منابع گسسته پیام های X و Y برابر است با مجموع آنتروپی های منابع.

H nz (X,Y) = H(X) + H(Y)، که در آن H nz (X,Y) کل آنتروپی سیستم های مستقل است، H(X) آنتروپی سیستم X، H(Y) است. آنتروپی سیستم Y.

آنتروپی منبع پیام های وابسته

مقدار اطلاعات در مورد منبع X به عنوان کاهش آنتروپی منبع X در نتیجه به دست آوردن اطلاعات در مورد منبع Y تعریف می شود.

H z (X,Y) = H(X) + H(Y|X)، که در آن H z (X,Y) کل آنتروپی سیستم های وابسته است، H(X) آنتروپی سیستم X، H(Y است. |X) - آنتروپی شرطی سیستم Y نسبت به X.

آنتروپی سیستم های وابسته کمتر از آنتروپی سیستم های مستقل است. اگر آنتروپی ها برابر باشند، یک مورد خاص از سیستم های وابسته وجود دارد - سیستم ها مستقل هستند.

H z (X,Y)<= H нз (X,Y) (<= – меньше или равно).

خواص آنتروپی اندازه گیری هارتلی

آنتروپی کمیتی است که همیشه مثبت و متناهی است، زیرا مقدار احتمال در محدوده 0 تا 1 است. چندین پیام مستقل برابر است با مجموع مقدار اطلاعات موجود در هر یک از آنها. 3. اگر احتمال یکی از حالات منبع اطلاعاتی برابر با 1 باشد، آنتروپی برابر با 0 است و به این ترتیب وضعیت منبع کاملاً مشخص می شود (احتمالات حالت های باقیمانده منبع برابر با صفر است، زیرا مجموع احتمالات باید برابر با 1 باشد). فرمول هارتلی تعریف شده است: جایی که I مقدار اطلاعات، بیت ها است.

مفهوم عملکرد منبع و سرعت انتقال اطلاعات.

عملکرد منبع اطلاعات

هنگامی که یک منبع پیام در حال کار است، سیگنال های فردی در فواصل زمانی ظاهر می شوند که به طور کلی ممکن است ثابت نباشند. با این حال، اگر میانگین مدت زمان مشخصی برای منبع برای ایجاد یک سیگنال وجود داشته باشد، آنتروپی منبع در واحد زمان بهره‌وری منبع اطلاعات نامیده می‌شود.

نرخ انتقال اطلاعات

این نرخ انتقال داده است که در تعداد بیت ها، کاراکترها یا بلوک های منتقل شده در واحد زمان بیان می شود.

حد بالای نظری سرعت انتقال اطلاعات توسط قضیه شانون-هارتلی تعیین می شود.

قضیه شانون-هارتلی

ظرفیت کانال C، به معنای کران بالای تئوری در نرخ داده که می‌تواند با یک توان سیگنال متوسط معین S از طریق یک کانال ارتباطی آنالوگ در معرض نویز سفید گاوسی افزایشی توان N منتقل شود، عبارت است از:

C=B∙log 2 (1+S/N)،

جایی که C – ظرفیت کانال، بیت/ثانیه؛ B – پهنای باند کانال، هرتز؛ S - قدرت سیگنال کل، W; N - قدرت نویز، W.

· پهنای باند؛

· تضعیفی؛

· ایمنی سر و صدا؛

· توان عملیاتی

· بهای واحد.

پهنای باندمحدوده پیوسته ای از فرکانس ها است که نسبت دامنه سیگنال خروجی به سیگنال ورودی از برخی از حدهای از پیش تعیین شده، معمولاً 0.5 تجاوز می کند. پهنای باند بیشترین تأثیر را بر روی حداکثر سرعت ممکن انتقال اطلاعات از طریق یک خط ارتباطی دارد.

پهنای باند به نوع خط و طول آن بستگی دارد. این اسلاید پهنای باند انواع مختلف خطوط ارتباطی و همچنین محدوده فرکانسی که بیشتر در فناوری ارتباطات استفاده می شود را نشان می دهد.

ویژگی های کانال های ارتباطی تضعیفی

خط ارتباطی داده های ارسالی را مخدوش می کند زیرا پارامترهای فیزیکی او با ایده آل متفاوت است. خط ارتباطی ترکیبی توزیع شده از مقاومت فعال، بار القایی و خازنی است.

انواع ویژگی ها و روش های تعیین آنها.

ویژگی های اصلی خطوط ارتباطی عبارتند از:

· پاسخ دامنه فرکانس.

· پهنای باند؛

· تضعیفی؛

· ایمنی سر و صدا؛

· تداخل در انتهای خط.

· توان عملیاتی

· قابلیت اطمینان انتقال داده ها.

· بهای واحد.

اول از همه، یک توسعه دهنده شبکه کامپیوتری به توان عملیاتی و قابلیت اطمینان انتقال داده ها علاقه مند است، زیرا این ویژگی ها به طور مستقیم بر عملکرد و قابلیت اطمینان شبکه ایجاد شده تأثیر می گذارد. توان عملیاتی و قابلیت اطمینان از ویژگی های خط ارتباطی و روش انتقال داده است. بنابراین، اگر روش انتقال (پروتکل) قبلاً تعریف شده باشد، این ویژگی ها نیز شناخته شده است. به عنوان مثال، پهنای باند یک خط دیجیتال همیشه مشخص است، زیرا یک پروتکل لایه فیزیکی بر روی آن تعریف شده است، که نرخ بیت انتقال داده را مشخص می کند - 64 کیلوبیت بر ثانیه، 2 مگابیت در ثانیه و غیره.

با این حال، تا زمانی که یک پروتکل لایه فیزیکی برای آن تعریف نشده باشد، نمی توانید در مورد توان عملیاتی یک خط ارتباطی صحبت کنید.

پاسخ فرکانس، پهنای باند و تضعیف

مشخصه دامنه فرکانس نشان می دهد که چگونه دامنه یک سینوسی در خروجی یک خط ارتباطی در مقایسه با دامنه ورودی آن برای تمام فرکانس های ممکن سیگنال ارسالی کاهش می یابد. به جای دامنه، این مشخصه اغلب از یک پارامتر سیگنال مانند قدرت آن استفاده می کند.

در عمل، به جای پاسخ فرکانسی، از سایر ویژگی های ساده شده استفاده می شود - پهنای باند و تضعیف.

تضعیفیبه عنوان کاهش نسبی در دامنه یا قدرت یک سیگنال زمانی که سیگنالی با فرکانس مشخص در طول یک خط ارسال می شود، تعریف می شود. بنابراین، تضعیف یک نقطه از مشخصه دامنه فرکانس خط را نشان می دهد. اغلب، هنگام کار با یک خط، فرکانس اصلی سیگنال ارسالی از قبل مشخص است، یعنی فرکانسی که هارمونیک آن بیشترین دامنه و قدرت را دارد. بنابراین، دانستن تضعیف در این فرکانس برای تخمین تقریبی اعوجاج سیگنال های ارسال شده در طول خط کافی است.

میرایی A معمولاً بر حسب دسی بل اندازه گیری می شود و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

A = 10 log (Pout/Pin)

از آنجایی که توان سیگنال خروجی یک کابل بدون تقویت کننده های میانی همیشه کمتر از توان سیگنال ورودی است، تضعیف کابل همیشه یک مقدار منفی است.

به عنوان مثال، یک کابل جفت پیچ خورده رده 5 با تضعیف حداقل -23.6 دسی بل برای فرکانس 100 مگاهرتز با طول کابل 100 متر مشخص می شود، زیرا کابل این دسته برای آن در نظر گرفته شده است انتقال داده با سرعت بالا که سیگنال های آن هارمونیک های قابل توجهی با فرکانس تقریباً 100 مگاهرتز دارند.

کابل رده 3 برای انتقال داده با سرعت پایین در نظر گرفته شده است، بنابراین تضعیف در فرکانس 10 مگاهرتز (نه کمتر از -11.5 دسی بل) برای آن مشخص شده است. اغلب آنها با مقادیر مطلق تضعیف، بدون نشان دادن علامت عمل می کنند.

سطح توان مطلق مانند سطح توان فرستنده نیز بر حسب دسی بل اندازه گیری می شود. در این حالت، مقدار 1 مگاوات به عنوان مقدار پایه قدرت سیگنال در نظر گرفته می شود که نسبت به آن قدرت فعلی اندازه گیری می شود. بنابراین، سطح توان p با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

p = 10 log (P/1mW) [dBm]،

که در آن P توان سیگنال بر حسب میلی وات است و dBm واحد سطح توان (دسی بل بر میلی وات) است.

بنابراین، پاسخ فرکانس دامنه، پهنای باند و تضعیف ویژگی‌های جهانی هستند و دانش آنها به ما اجازه می‌دهد تا در مورد اینکه چگونه سیگنال‌های هر شکلی از طریق یک خط ارتباطی منتقل می‌شوند، نتیجه‌گیری کنیم.

ویژگی های کانال های ارتباطی صداها

انواع ویژگی ها و روش های تعیین آنها.

ویژگی های اصلی خطوط ارتباطی عبارتند از:

· پاسخ دامنه فرکانس.

· پهنای باند؛

· تضعیفی؛

· ایمنی سر و صدا؛

· تداخل در انتهای خط.

· توان عملیاتی

· قابلیت اطمینان انتقال داده ها.

· بهای واحد.

صداها

هرچه فرکانس سیگنال حامل دوره ای بیشتر باشد، اطلاعات بیشتری در واحد زمان در طول خط منتقل می شود و ظرفیت خط با یک روش رمزگذاری فیزیکی ثابت بیشتر می شود. اما از طرف دیگر با افزایش فرکانس سیگنال حامل دوره ای، عرض طیف این سیگنال نیز افزایش می یابد. خط این طیف از سینوسی ها را با آن اعوجاج هایی که توسط باند عبور آن تعیین می شود، منتقل می کند. این بدان معنا نیست که سیگنال ها قابل انتقال نیستند.هرچه اختلاف بین پهنای باند خط و پهنای طیف سیگنال های اطلاعات ارسالی بیشتر باشد، سیگنال ها بیشتر تحریف می شوند و احتمال خطا در تشخیص اطلاعات توسط طرف گیرنده بیشتر می شود، به این معنی که در واقع سرعت انتقال اطلاعات بیشتر می شود. معلوم می شود کمتر از چیزی است که انتظار می رود.

رابطه بین پهنای باند یک خط و حداکثر توان عملیاتی ممکن آن، صرف نظر از روش رمزگذاری فیزیکی اتخاذ شده، برقرار شد. کلود شانون:

فرمول شانون:

С = F Iog2 (1 + Рс/Рш)،

که در آن C حداکثر ظرفیت خط بر حسب بیت در ثانیه است،

F پهنای باند خط بر حسب هرتز است،

Рс - قدرت سیگنال،

Рш - قدرت نویز.

این رابطه نشان می دهد که اگرچه محدودیت نظری برای ظرفیت یک خط با پهنای باند ثابت وجود ندارد، اما در عمل چنین محدودیتی وجود دارد. در واقع، می توان با افزایش توان فرستنده یا کاهش توان نویز (تداخل) در خط ارتباط، توان عملیاتی یک خط را افزایش داد. تغییر هر دوی این مؤلفه ها بسیار دشوار است. افزایش قدرت فرستنده منجر به افزایش قابل توجهی در اندازه و هزینه آن می شود. کاهش سطح نویز مستلزم استفاده از کابل های مخصوص با صفحه های محافظ خوب است که بسیار گران است و همچنین کاهش نویز در فرستنده و تجهیزات میانی که به راحتی به دست نمی آید.

علاوه بر این، تأثیر قدرت های سیگنال مفید و نویز بر روی توان عملیاتی توسط یک وابستگی لگاریتمی محدود می شود که به سرعت نسبت مستقیم رشد نمی کند. بنابراین، با نسبت اولیه نسبتاً معمولی قدرت سیگنال به توان نویز 100 برابری، افزایش توان فرستنده به میزان 2 برابر تنها افزایش 15 درصدی در ظرفیت خط ایجاد می کند.

مصونیت نویز یک خط توانایی آن را در کاهش سطح نویز تولید شده در محیط خارجی بر روی هادی های داخلی تعیین می کند. مقاومت در برابر نویز یک خط به نوع محیط فیزیکی مورد استفاده و همچنین به ابزارهای محافظ و سرکوب کننده خود خط بستگی دارد. خطوط رادیویی کمترین مقاومت را در برابر تداخل دارند. به طور معمول، برای کاهش تداخل ناشی از میدان های الکترومغناطیسی خارجی، هادی ها محافظ و/یا پیچ خورده می شوند.

در حین انتقال سیگنال های خاص، جریان فرکانس بالا در آنتن فرستنده رادیویی از چندین جریان با فرکانس های مختلف تشکیل شده است. امواج الکترومغناطیسی منتشر شده از آنتن فرستنده و جریان های ناشی از امواج رادیویی در آنتن گیرنده ماهیت پیچیده یکسانی دارند.

برای هر نوع انتقال (رادیو تلفن، رادیو تلگراف، مخابره تلویزیونی و غیره) فرکانس های این جریان ها باند مشخصی را اشغال می کنند. برای پخش موج متوسط تقریباً 9 کیلوهرتز است، یعنی فرستنده پخش جریان پیچیده ای متشکل از چندین جریان ایجاد می کند که بالاترین فرکانس آن 9 کیلوهرتز بالاتر از پایین ترین فرکانس است. به عنوان مثال، برای یک فرستنده پخش که در فرکانس 173 کیلوهرتز (? = 1734 متر) کار می کند، این فرکانس ها از 168.5 تا 177.5 کیلوهرتز خواهند بود. در مورد ارتباطات رادیویی تلفن رسمی، باند فرکانس بیش از 2 - 2.5 کیلوهرتز نیست و برای انتقال رادیو تلگراف حتی کمتر است. اما در طول انتقال تلویزیون، باند فرکانس به چندین مگاهرتز گسترش می یابد.

هنگامی که یک مدار در معرض نیروهای الکتروموتور فرکانس های مختلف قرار می گیرد، قوی ترین نوسانات زمانی حاصل می شود که emf دارای فرکانس تشدید یا فرکانس نزدیک به آن باشد. و با انحراف قابل توجهی از فرکانس emf خارجی از مقدار تشدید، یعنی زمانی که مدار نسبت به فرکانس emf خارجی جدا می شود، دامنه نوسانات نسبتاً کوچک به نظر می رسد.

می توان گفت که هر مدار ارتعاشات را به خوبی در یک باند فرکانسی مشخص که در دو طرف فرکانس تشدید قرار دارد منتقل می کند. این باند عبور مدار Ppr نامیده می شود و به طور معمول از منحنی رزونانس در سطح 0.7 از حداکثر مقدار جریان یا ولتاژ مربوط به فرکانس تشدید تعیین می شود (شکل 1).

شکل 1 - پهنای باند مدار

به عبارت دیگر، اعتقاد بر این است که مدار وقتی ارتعاشات را به خوبی منتقل می کند که دامنه آنها بیش از 30٪ در مقایسه با دامنه در رزونانس کاهش نمی یابد. پهنای باند مدار را گاهی عرض منحنی تشدید نیز می نامند. کیفیت مدار بر شکل منحنی رزونانس تأثیر می گذارد. از این شکل می توان دریافت که هر چه کیفیت مدار کمتر باشد، پهنای باند آن بیشتر می شود. علاوه بر این، پهنای باند در فرکانس رزونانس بالاتر مدار بیشتر است.

وابستگی پهنای باند مدار به تضعیف یا ضریب کیفیت Q با فرمول ساده زیر به دست می آید.

به عنوان مثال، مداری که با فرکانس fo = 2000 کیلوهرتز تنظیم شده و دارای تضعیف است؟ = 0.01، دارای پهنای باند Ppr = 0.01 * 2000 = 20 کیلوهرتز است.

همانطور که می بینید برای به دست آوردن پهنای باند باریک باید از مداری با ضریب کیفیت بالا و برای بدست آوردن پهنای باند وسیع، مداری با ضریب کیفیت و یا کار در فرکانس تشدید بسیار بالا استفاده کرد.

از فرمول بالا به دست می آید که fo = Q * Ppp. از آنجایی که یک مدار با کیفیت متوسط دارای Q حداقل 20 است، فرکانس کاری باید حداقل 20 برابر بیشتر از پهنای باند باشد. به عنوان مثال، یک انتقال تلویزیونی که PPR آن چندین مگاهرتز است باید در فرکانس‌هایی که کمتر از چند ده مگاهرتز نباشد، انجام شود. روی امواج فوق کوتاه

مطلوب است که مدار دارای پهنای باند متناسب با باند فرکانسی باشد که برای این نوع انتقال معمول است. اگر پهنای باند کمتر باشد، به دلیل انتقال ضعیف برخی ارتعاشات، اعوجاج ایجاد می شود. باند وسیع‌تر نامطلوب است، زیرا ممکن است تداخل سیگنال‌های ایستگاه‌های رادیویی در فرکانس‌های مجاور وجود داشته باشد.

اگر پهنای باند وسیعی مورد نیاز است، در این صورت اغلب باید از مدارهای Q پایین استفاده شود. ضریب کیفیت مدار کاهش می یابد و اگر یک مقاومت فعال R که مقاومت شنت نامیده می شود، به موازات مدار متصل شود، پهنای باند افزایش می یابد (شکل 2). در واقع، ولتاژ متناوب U موجود در مدار به مقاومت R اعمال می شود و جریانی را در آن ایجاد می کند. بنابراین قدرت در این مقاومت هدر خواهد رفت. هرچه مقاومت R کمتر باشد تلفات توان بیشتر و تضعیف مدار بیشتر می شود. اگر مقاومت R بسیار کوچک باشد، یکی از عناصر مدار (خازن موجود در (شکل 2 الف) یا کل مدار (شکل 2 ب) را اتصال کوتاه می‌کند. سپس مدار نمی‌تواند در آن کار کند. همه به عنوان یک سیستم نوسانی هستند و ویژگی های تشدید خود را نشان می دهند.

شکل 1 - دور زدن مدار با مقاومت فعال

شنت مدار با مقاومت فعال گاهی اوقات به طور خاص برای گسترش پهنای باند انجام می شود. علاوه بر این، به دلیل اتصال مدار به قطعات و مدارهای دیگر، چنین شنتینگ وجود دارد. در نتیجه، بدتر شدن نامطلوب در کیفیت مدار رخ می دهد.

مقاومت داخلی ژنراتور تغذیه کننده مدار موازی نیز بر ضریب کیفیت مدار و پهنای باند آن تأثیر می گذارد. این را می توان به راحتی به شرح زیر توضیح داد.

اجازه دهید ژنراتور در یک نقطه از کار متوقف شود. سپس نوسانات در مدار شروع به ضعیف شدن می کنند و مقاومت داخلی ژنراتور متصل به مدار نقش یک مقاومت شنت را بازی می کند و میرایی را افزایش می دهد.

هرچه Ri ژنراتور بیشتر باشد، تأثیر آن ضعیف تر است، به این معنی که منحنی تشدید مدار تیزتر و پهنای باند آن کوچکتر است، یعنی. خواص تشدید مدار بارزتر است. با یک Ri کوچک ژنراتور، ضریب کیفیت مدار به قدری کاهش می یابد و باند عبور آنقدر گسترده می شود که خاصیت تشدید مدار عملاً وجود ندارد.

ما قبلاً هنگام در نظر گرفتن عملکرد یک مدار موازی به نتیجه مشابهی در مورد تأثیر ژنراتور Ri رسیدیم.

اغلب، هنگام برقراری ارتباط با متخصصان فناوری اطلاعات، عملکرد آهسته برنامه‌های کاربردی شرکت به بخش شبکه یا کانال‌های ارتباطی باریک سرزنش می‌شود. ساده ترین راه حل برای همه مشکلات، پهنای باند بیشتر (کانال گسترده تر) و برنامه های چپ دست کمتر در کانال (رقبای کمتر برای پهنای باند) است و سپس همه چیز به پرواز در خواهد آمد. البته باید به تمیزی کانال های ارتباطی و استفاده از آنها توجه کرد، اما اینها تنها پارامتر نیستند. ساده ترین راه حل برای ارزیابی وضعیت کانال ها، فناوری های جریان و همبستگی داده بین عملکرد برنامه کلیدی و داده های NetFlow (jFlow، Sflow و غیره) است.

در شبکه های داده، تأخیر یک واقعیت واقعی است. با درک ماهیت آنها، می توانید تأثیر منفی را کاهش دهید و در نتیجه کیفیت ارتباطات را افزایش دهید. تاخیرهای شبکه توسط استانداردهای ITU تعریف شده است و باید در محدوده خاصی باشد:

اصل متوالی ارسال بسته ها از طریق یک کانال ارتباطی باعث ایجاد تاخیر می شود. تأخیر در انتقال اطلاعات از یک کاربر به کاربر دیگر از چندین مؤلفه تشکیل شده است و آنها را می توان به دو کلاس بزرگ - ثابت و متغیر تقسیم کرد.

تأخیرهای متغیر عمدتاً شامل تأخیر در صف‌ها در هر گره شبکه است: روتر، سوئیچ، آداپتور شبکه. ثابت - تاخیر بسته بندی، تاخیر متوالی، تاخیر کدک (برای ویدئو یا صدا). رسانه انتقال می تواند جفت مس، کابل فیبر نوری یا اتر باشد. در این حالت، میزان تأخیر به فرکانس ساعت و تا حد بسیار کمتری به سرعت نور در محیط انتقال بستگی دارد.

اسناد سیسکو دارای این جدول است که به شما امکان می دهد تا تاخیر متوالی را بسته به طول بسته ها و عرض کانال ارتباطی تخمین بزنید:

اندازه فریم (بایت)	نرخ انتقال کانال (Kbit/s)
اندازه فریم (بایت)

برای انتقال یک فریم 1518 بایتی (حداکثر طول برای اترنت) روی یک لینک 64 کیلوبیت بر ثانیه، تأخیر سریال به 185 میلی ثانیه می رسد. اگر بسته های 64 بایتی از طریق یک کانال ارسال شوند، تاخیر تنها 8 میلی ثانیه خواهد بود، یعنی هر چه بسته کوتاه تر باشد، سریعتر به سمت گیرنده می رسد. بنابراین از بسته های کوتاه UDP برای انتقال صدا استفاده می شود که میزان تاخیر را به حداقل می رساند و توسعه دهندگان تجهیزات انتقال داده برعکس سعی در افزایش طول فریم ها برای کاهش میزان ترافیک سرویس دارند. برای محاسبه تاخیر سریال می توانید از فرمول استفاده کنید:

تأخیر سریال = ((تعداد بایت برای ارسال یا دریافت) x (8 بیت))/ (کمترین سرعت پیوند)

به عنوان مثال، تأخیر متوالی برای ارسال 100 کیلوبایت و دریافت 1 مگابایت از طریق پیوند 2 مگابیت بر ثانیه خواهد بود:

انتقال: (100,000 * 8) / 2,048,000 = 390 ms

دریافت: (1,024,000 *8) / 2,048,000 = 4000 ms

البته تأخیر سریال یکی از مولفه‌های آن است و هر یک از جریان‌ها علاوه بر این تحت تأثیر تأخیر کانال‌های ارتباطی، جیتر و غیره قرار خواهند گرفت. این فرمول زمانی که سایر کاربران یا برنامه ها برای کانال ارتباطی رقابت نمی کنند، تصویر ایده آلی را نشان می دهد. این را می توان در نمودار مشاهده کرد که سرعت واقعی کانال ارتباطی را هنگام انتقال یک فایل 200 کیلوبایتی از طریق FTP و یک کانال 10 مگابیت بر ثانیه نشان می دهد.

می بینیم که سرعت در طول فرآیند انتقال ثابت نیست. از آنجایی که شبکه یک رسانه مشترک است، بسته ها در حین انتقال از طریق شبکه به صف می رسند، گم می شوند و یک الگوریتم کنترل دسترسی متوسط فعال می شود که مانع از گرفتن کل کانال ارتباطی توسط یک کاربر می شود. همه اینها بر سرعت انتقال و در نتیجه سرعت برنامه تأثیر می گذارد.

چگونه می توان سرعت برنامه ها را بدون تغییر پهنای باند کانال ارتباطی افزایش داد؟

طبیعتاً ساده ترین راه، افزایش عرض کانال ارتباطی است، اما گاهی اوقات این امکان پذیر نیست یا برای مشتریان شرکتی بسیار گران تمام می شود. در این حالت منطقی است که میزان داده های ارسالی در کانال ارتباطی کاهش یابد. راه های مختلفی برای کاهش صدا وجود دارد. فشرده سازی داده ها، استفاده از تین کلاینت ها، کش کردن، استفاده از راه حل های بهینه سازی ترافیک - گاهی اوقات می تواند ترافیک را 2 تا 5 برابر کاهش دهد (برنامه های مختلف به طور متفاوتی فشرده می شوند).

همچنین می توان ساختار ترافیک و نحوه استفاده واقعی از کانال ارتباطی را با استفاده از فناوری های Flow درک کرد و سپس با اولویت بندی ترافیک، تلفات احتمالی بسته ها و رشد صف ها در تجهیزات فعال را کاهش داد.

اصطلاح "پهنای باند" اغلب هنگام توصیف شبکه های ارتباطات الکترونیکی استفاده می شود. این یکی از ویژگی های کلیدی چنین سیستم هایی است. در نگاه اول ممکن است به نظر برسد که شخصی که کارش ربطی به خطوط ارتباطی ندارد نیازی به درک پهنای باند کانال ندارد. در واقعیت، همه چیز کمی متفاوت است. بسیاری از مردم یک کامپیوتر شخصی خانگی به آن متصل هستند و همه می دانند که گاهی اوقات کار با شبکه جهانی وب بدون هیچ دلیل مشخصی کند می شود. یکی از دلایل این امر این است که در همان لحظه پهنای باند کانال ارائه دهنده بیش از حد بارگذاری می شود. نتیجه یک کاهش واضح و نقص های احتمالی است. قبل از اینکه مفهوم "پهنای باند" را تعریف کنیم، اجازه دهید از مثالی استفاده کنیم که به هر کسی اجازه می دهد بفهمد در مورد چه چیزی صحبت می کنیم.

بیایید بزرگراهی را در یک شهر کوچک استانی و در یک کلانشهر پرجمعیت تصور کنیم. در حالت اول، اغلب برای یک یا دو جریان ترافیک طراحی شده است، عرض آن کم است. اما در شهرهای بزرگ، حتی ترافیک چهار خطه هم کسی را شگفت زده نمی کند. در همین مدت، تعداد خودروهایی که مسافت یکسانی را در این دو جاده طی می کنند، تفاوت قابل توجهی دارد. این به دو ویژگی بستگی دارد - سرعت حرکت و تعداد خطوط. در این مثال، جاده است و خودروها اطلاعات کمی هستند. به نوبه خود، هر باند یک خط ارتباطی است.

به عبارت دیگر، پهنای باند به طور غیرمستقیم نشان می دهد که چه مقدار داده در واحد زمان قابل انتقال است. هرچه این پارامتر بالاتر باشد، کار از طریق چنین اتصالی راحت تر است.

اگر همه چیز با سرعت انتقال واضح باشد (با کاهش تاخیرهای انتقال سیگنال افزایش می یابد)، اصطلاح "پهنای باند" کمی پیچیده تر است. همانطور که مشخص است، برای اینکه یک سیگنال اطلاعات را منتقل کند، به روش خاصی تبدیل می شود. در رابطه با الکترونیک، این می تواند مدولاسیون مختلط باشد. با این حال، یکی از ویژگی های انتقال این است که چندین پالس با فرکانس های مختلف می توانند به طور همزمان در امتداد یک هادی یکسان (در پهنای باند عمومی، تا زمانی که اعوجاج ها در محدوده قابل قبول باشند) منتقل شوند. این ویژگی به شما اجازه می دهد تا عملکرد کلی خط ارتباطی را بدون تغییر تاخیر افزایش دهید. نمونه بارز همزیستی فرکانس ها، مکالمه همزمان چند نفر با صداهای مختلف است. اگرچه همه صحبت می کنند، اما کلمات همه کاملاً قابل تشخیص است.

چرا گاهی اوقات هنگام کار با شبکه کاهش سرعت وجود دارد؟ همه چیز به سادگی توضیح داده شده است:

هر چه تأخیر بیشتر باشد سرعت کمتر می شود. هر گونه تداخل با سیگنال (نرم افزاری یا فیزیکی) عملکرد را کاهش می دهد.

اغلب شامل بیت های اضافی است که عملکردهای اضافی را انجام می دهند - به اصطلاح "اضافه". این برای اطمینان از عملکرد در شرایط تداخل در خط ضروری است.

محدودیت فیزیکی رسانه رسانا رسیده است، زمانی که همه موارد معتبر قبلاً استفاده شده باشند و با داده های جدید در یک صف برای ارسال قرار گیرند.

برای حل چنین مشکلاتی، ارائه دهندگان چندین رویکرد مختلف را اتخاذ می کنند. این می تواند مجازی سازی باشد که "عرض" را افزایش می دهد اما تاخیرهای اضافی را ایجاد می کند. بزرگ شدن کانال به دلیل رسانه های هدایت کننده "اضافی" و غیره.

در فناوری دیجیتال گاهی اوقات از اصطلاح "باد" استفاده می شود. در واقع به معنای تعداد بیت های داده منتقل شده در واحد زمان است. در روزهای خطوط ارتباطی کند (dial-up)، 1 باود با 1 بیت در 1 ثانیه مطابقت داشت. بعداً، با افزایش سرعت، "باد" جهانی نبود. این می تواند به معنای 1، 2، 3 یا بیشتر بیت در ثانیه باشد که نیاز به یک نشانه جداگانه دارد، بنابراین اکنون از یک سیستم متفاوت استفاده می شود که همه آن را درک می کنند.

شاید خواندن آن مفید باشد: