Joslas platums f. Kas ir joslas platums

Joslas platums parasti tiek definēts kā starpība starp frekvences reakcijas sekcijas augšējo un apakšējo robežfrekvenci. Joslas platumu izsaka frekvences vienībās (piemēram, Hz). Joslas platuma palielināšana ļauj pārsūtīt vairāk informācijas.

Nevienmērīga frekvences reakcija

Frekvences reakcijas nevienmērīgums raksturo novirzes pakāpi no taisnes, kas ir paralēla frekvences asij. Frekvences reakcijas nevienmērīgumu izsaka decibelos.

Frekvences reakcijas nevienmērīguma samazināšana joslā uzlabo pārraidītā signāla formas reproducēšanu.

Ideāli un reāli informācijas pārraides kanāla modeļi.

IDEĀLS KANĀLS

Modelis ideāls kanāls

Deterministisks signāls

REĀLS KANĀLS

IN reāli kanāli

Kanāla izejas signāls

x(t) = μ(t)∙s(t-T)+w(t),

Papildu traucējumi

Multiplikatīvs troksnis

Signālu iztveršanas un kvantēšanas jēdziens.

Tiek saukta analogo signālu nepārtrauktas informācijas kopas pārveidošana diskrētā kopā paraugu ņemšana .

Analogais signāls ir signāls, kurā katrs no attēlojošajiem parametriem ir aprakstīts ar laika funkciju un nepārtrauktu iespējamo vērtību kopu.

Diskrēts signāls ir signāls, kas aizņem tikai ierobežotu skaitu vērtību.

Kvantēšana - nepārtraukta vai diskrēta lieluma vērtību diapazona sadalīšana ierobežotā skaitā intervālu.

Lai neapjuktu kvantēšana Ar paraugu ņemšana (un attiecīgi kvantēšanas solis ar paraugu ņemšanas frekvenci). Plkst paraugu ņemšana noteiktā frekvencē (iztveršanas frekvencē) tiek mērīts laikā mainīgs lielums (signāls), tādējādi iztveršana sadala signālu laika komponentē (grafikā horizontāli). Kvantēšana Tas arī nogādā signālu līdz norādītajām vērtībām, tas ir, sadala to pēc signāla līmeņa (grafikā - vertikāli). Signālu, kuram ir piemērota paraugu ņemšana un kvantēšana, sauc par digitālo.

1. att. – kvantēts signāls.

2. att. – nekvantēts signāls ar diskrētu laiku.

Digitālais signāls - datu signāls, kurā katrs no attēlojošajiem parametriem ir aprakstīts ar diskrēta laika funkciju un ierobežotu iespējamo vērtību kopu.

3. att. - digitālais signāls.

Signālu paraugu ņemšanas metožu klasifikācija.

Lietots laika paraugu ņemšana Un pēc līmeņa .

LAIKA PARAUGU ŅEMŠANA

Laika paraugu ņemšana

Vienota paraugu ņemšana

Koteļņikova teorēma

Adaptīvā paraugu ņemšana

Sakarā ar to, ka funkcijas izmaiņas dažādos laikos ir atšķirīgas, izlases solis var būt atšķirīgs, nodrošinot vienādu kļūdu katrā solī.

PĒC LĪMEŅA APSKATĪBAS

Funkciju vērtību diskretizācija (līmenis) sauc kvantēšana . Kvantēšanas darbība ir saistīta ar faktu, ka noteiktās momentānās ziņojuma vērtības vietā tuvākās vērtības tiek pārraidītas pa noteiktu diskrētu līmeņu skalu.

Diskrētās vērtības līmeņa skalā visbiežāk tiek izvēlētas vienādi. Kvantējot tas tiek ieviests kļūda (kropļojumi), jo funkcijas patiesās vērtības tiek aizstātas ar noapaļotām vērtībām. Šīs kļūdas lielums nepārsniedz pusi no kvantēšanas soļa, un to var samazināt līdz pieņemamai vērtībai. Kļūda ir nejauša funkcija, un tā tiek parādīta izejā kā papildu troksnis ("kvantēšanas troksnis") , kas uzlikts pārsūtītajam ziņojumam.

LAIKA UN LĪMEŅA DISKRETIZĀCIJA

Ļauj pārveidot nepārtrauktu ziņojumu par atsevišķu ziņojumu (analogais signāls digitāls formā ), ko pēc tam var kodēt un pārsūtīt, izmantojot diskrētu (digitālo) tehnoloģiju.

DISKRĒTS FUJĒ TRANSFORMS

Parauga signālu var uzskatīt par rezultātu, kas iegūts, reizinot sākotnējo nepārtraukto signālu ar vienības impulsu sēriju.

Signāla paraugu ņemšanas precizitātes novērtēšanas kritēriji.

Atšķirība starp patiesajām signāla vērtībām x ( t ) un tuvojas P ( t ) , vai reproducēšana V ( t ) - funkcija, attiecīgi attēlo pašreizējo izlases kļūdu vai rekonstrukciju:

Signāla iztveršanas (un rekonstrukcijas) kļūdas novērtēšanas kritērija izvēli veic informācijas saņēmējs, un tā ir atkarīga no izlases signāla paredzētā lietojuma un aparatūras (programmatūras) ieviešanas iespējām. Kļūdu novērtēšanu var veikt gan atsevišķiem, gan vairākiem signāliem.

Visbiežāk reproducējamās funkcijas novirze V ( t ) no signāla x ( t ) paraugu ņemšanas intervālā Δt i = t i – t i –1 novērtē pēc šādiem kritērijiem.

a) Lielākās novirzes kritērijs:

Kur ε ( t ) – pašreizējā kļūda, ko nosaka izteiksme (1).

b) vidējā kvadrāta kritērijs, ko nosaka ar šādu izteiksmi:

Kur ε ( t ) – pašreizējā kļūda (1).

Augšējā josla nozīmē vidējo, salīdzinot ar iestatīto varbūtību,

c) Integrālais kritērijs kā novirzes mērs x ( t ) no V ( t ) ir šāda forma:

d) Varbūtības kritēriju nosaka sakarība:

Kur ε 0 – pieļaujamā kļūdas vērtība;

R 0 – pieņemama varbūtība, ka kļūda nepārsniedz vērtību ε 0 .

Vienota paraugu ņemšana. Koteļņikova teorēma.

Laika paraugu ņemšana tiek veikta, ņemot funkcijas paraugus noteiktos diskrētos laikos. Rezultātā nepārtraukta funkcija tiek aizstāta ar momentāno vērtību kopumu.

Vienota paraugu ņemšana

Atskaites momenti tiek izvēlēti vienmērīgi uz laika ass. Koteļņikova teorēma – ja analogajam signālam ir ierobežots spektrs platumā, tad to var viennozīmīgi un bez zudumiem atjaunot no diskrētiem paraugiem, kas ņemti ar frekvenci, kas ir stingri lielāka par divreiz augstāko frekvenci.

Informācijas kodēšanas jēdziens.

Kods ir konvenciju (vai signālu) kopa dažu iepriekš definētu jēdzienu ierakstīšanai (vai pārraidīšanai).

Kodēšanas informācija ir noteikta informācijas reprezentācijas veidošanas process. Šaurākā nozīmē termins " kodēšana“bieži vien tiek saprasts kā pāreja no viena informācijas attēlojuma veida uz citu, ērtāku uzglabāšanai, pārraidīšanai vai apstrādei.

Parasti katrs attēls kodēšanas laikā (dažkārt saukts par šifrēšanu) tiek attēlots ar atsevišķu zīmi.

Pierakstīties ir ierobežotas elementu kopas elements, kas atšķiras viens no otra.

Tiek saukta zīme kopā ar tās nozīmi simbols .

Tiek izsaukta rakstzīmju kopa, kurā tiek noteikta to secība alfabēts . Ir daudz alfabētu:

kirilicas burtu alfabēts (A, B, V, G, D, E, ...)

latīņu burtu alfabēts (A, B, C, D, E, F,...)

decimālo ciparu alfabēts (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

zodiaka zīmju alfabēts (zodiaka zīmju attēli) u.c.

It īpaši Liela nozīme ir komplektiem, kas sastāv tikai no divām rakstzīmēm: rakstzīmju pāris (+, -), skaitļu pāris (0, 1), atbilžu pāris (jā, nē)

Informācijas pārraides kanāla blokshēma.

Rīsi. 1.3. Diskrētās pārraides sistēmas funkcionālā diagramma

ziņas

Reāla un ideāla informācijas pārraides kanāla jēdziens.

IDEĀLS KANĀLS

Modelis ideāls kanāls izmanto, ja traucējumu klātbūtni var ignorēt. Lietojot šo modeli, izejas signāls ir deterministisks, signālu jauda un joslas platums ir ierobežots.

Deterministisks signāls precīzi noteikts jebkurā laikā.

Joslas platums ir atšķirība starp signāla maksimālo un minimālo frekvenci.

REĀLS KANĀLS

IN reāli kanāli Pārsūtot ziņojumus, vienmēr ir kļūdas. Kļūdas izraisa kanāla jaudas samazināšanos un informācijas zudumu. Kļūdu iespējamību lielā mērā nosaka signāla kropļojumi un traucējumu ietekme.

Kanāla izejas signāls var rakstīt šādā formā:

x(t) = μ(t)∙s(t-T)+w(t),

kur s(t) ir signāls kanāla ieejā, w(t) ir aditīvs troksnis, μ(t) ir multiplikatīvais troksnis, T ir signāla aizkave.

Papildu traucējumi – signālam pievienoti traucējumi, pārraidot to pa informācijas kanālu.

Piedevu troksni rada svārstību parādības (nejaušas strāvas un sprieguma svārstības), kas saistītas ar termiskiem procesiem vados, rezistoros, tranzistoros un citos ķēdes elementos, atmosfēras parādību (zibensizlādes u.c.) un rūpniecisko procesu (rūpniecisko iekārtu darbība) radītie traucējumi. , citas sakaru līnijas utt.).

Multiplikatīvs troksnis – traucējumi, kas reizināti ar signālu.

Multiplikatīvus traucējumus izraisa nejaušas izmaiņas kanāla pārraides koeficientā, ko izraisa izmaiņas vides raksturlielumos, kurā signāli izplatās, un ķēžu pastiprinājums, mainoties barošanas spriegumam, signāla izbalēšanas dēļ traucējumu un dažādu signālu vājināšanās radioviļņu daudzceļu izplatīšanās laikā. Multiplikatīvie traucējumi ietver arī lāzeru "kvantu troksni", ko izmanto optiskajās sistēmās informācijas pārraidei un apstrādei. Lāzera “kvantu troksni” izraisa gaismas starojuma diskrētais raksturs, un tas ir atkarīgs no starojuma intensitātes, t.i., no paša lietderīgā signāla.

Gausa kanāls un tā šķirnes.

GAUSA KANĀLS

Galvenie pieņēmumi, veidojot šādu modeli, ir šādi:

– signālu pārraides koeficients un aiztures laiks kanālā nav atkarīgi no laika un ir signālu uztveršanas vietā zināmi deterministiski lielumi;

– kanālā ir papildu svārstību traucējumi – Gausa "baltais troksnis" (Gausa process, ko raksturo vienmērīgs spektrālais blīvums, normāli sadalīta amplitūdas vērtība un aditīva signāla ietekmēšanas metode).

Gausa kanālu izmanto kā reālu vadu sakaru kanālu un viena stara kanālu modeli bez izbalēšanas vai ar lēnu izbalēšanu. Šajā gadījumā izbalēšana ir nekontrolētas nejaušas signāla amplitūdas izmaiņas. Šis modelis ļauj analizēt signālu amplitūdas un fāzes kropļojumus un svārstību traucējumu ietekmi.

GAUSA KANĀLS AR NENOteiktu SIGNĀLA FĀZI

Šajā modelī signāla aizkaves laiks kanālā tiek uzskatīts par nejaušu lielumu, tāpēc arī izejas signāla fāze ir nejauša. Lai analizētu kanāla izejas signālus, ir jāzina aizkaves laika jeb signāla fāzes sadales likums.

GAUSA VIENA STARU KANĀLS AR IZBALĪŠANU

GAUSA DAUDZCEĻU KANĀLS AR IZBAULĒŠANU

Šis modelis apraksta radio kanālus, kuros signālu izplatīšanās no raidītāja uz uztvērēju notiek pa dažādiem "kanāli" - veidi. Signāla pārraides ilgums un dažādu “kanālu” pārraides koeficienti ir nevienlīdzīgi un nejauši. Saņemtais signāls veidojas dažādu ceļu ienākošo signālu traucējumu rezultātā. Kopumā kanāla frekvences un fāzes raksturlielumi ir atkarīgi no laika un frekvences.

GAUSA DAUDZCEĻU KANĀLS AR IZBALU UN PIEVIENOŠIEM LOKĀLIEM TRAUCĒJUMIEM

Šajā modelī kopā ar svārstību traucējumiem tiek ņemti vērā arī dažādi koncentrētu traucējumu veidi. Tas ir visvispārīgākais un diezgan pilnībā atspoguļo daudzu reālu kanālu īpašības. Tomēr tā izmantošana rada sarežģītību un darbietilpīgus analīzes uzdevumus, kā arī nepieciešamību savākt un apstrādāt lielu sākotnējo statistikas datu apjomu.

Pašlaik nepārtrauktu un diskrētu kanālu analīzes problēmu risināšanai parasti tiek izmantots Gausa kanāla modelis un Gausa viena stara kanāla modelis ar izbalēšanu.

Šenona-Fenno koda ģenerēšanas metodika, tā priekšrocības un trūkumi.

ŠANONA-FENNO ALGORITMS

Tas sastāv no tā, ka alfabēta burti, kas sakārtoti dilstošā secībā, tiek sadalīti divās grupās ar iespējamo vienādu kopējo (katrā grupā) varbūtību. Pirmajai simbolu grupai kombinācijas pirmajā vietā ievietojiet 0 kā koda vārdu pirmo vistālāk kreiso pozīciju, bet otrās grupas elementus - 1. Pēc tam katra grupa atkal tiek sadalīta apakšgrupās saskaņā ar to pašu noteikumu. aptuveni vienādas varbūtības, un katrā apakšgrupā tiek aizpildīta koda vārda otrā kreisā pozīcija (0,1). Process tiek atkārtots, līdz tiek kodēti visi alfabēta elementi.

PRIEKŠROCĪBAS

– ieviešanas vienkāršība un līdz ar to liels kodēšanas/dekodēšanas/

– ir ērti kodēt informāciju nulles un vieninieku secības formā, ja šīs vērtības iedomājaties kā divus iespējamos elektroniskā elementa stabilos stāvokļus: 0 – elektriskā signāla neesamība; 1 – elektriskā signāla klātbūtne. Turklāt tehnoloģijā ir vieglāk tikt galā ar lielu skaitu vienkāršu elementu nekā ar nelielu skaitu sarežģītu.

– Pēc Sh-F metodes iznāk, ka, jo lielāka iespējamība ir ziņojumam, jo ātrāk tas veido neatkarīgu grupu un īsāks kods tiks attēlots. Šis apstāklis nodrošina Sh-F koda augstu efektivitāti.

TRŪKUMI

–Lai atšifrētu saņemto ziņojumu, kopā ar ziņojumu jānosūta kodu tabula, kas palielinās gala ziņojuma datu apjomu.

– Parasta koda gadījumā (kurā informācijas pārsūtīšanai tiek izmantoti visi simboli), ja kodā rodas kļūda, to nebūs iespējams atšifrēt. Tas ir tāpēc, ka kodu kombinācijām ir atšķirīgs garums, un kļūdas gadījumā (rakstzīmes 1 aizstāšana ar 0 un otrādi) viena vai vairākas kodu kombinācijas ziņojumā var nesakrist ar kodu tabulā norādītajām rakstzīmēm.

–Shannon–Fano kodēšana ir diezgan veca saspiešanas metode, un šodien tā nav īpaši praktiska.

Neatkarīgu ziņojumu avota entropija.

ziņojumu X un Y diskrēto avotu kopējā entropija ir vienāda ar avotu entropiju summu.

H nz (X,Y) = H(X) + H(Y), kur H nz (X,Y) ir neatkarīgu sistēmu kopējā entropija, H(X) ir sistēmas X entropija, H(Y) ir sistēmas Y entropija.

Atkarīgo ziņojumu avota entropija.

informācijas apjoms par avotu X tiek definēts kā avota X entropijas samazināšanās informācijas iegūšanas rezultātā par avotu Y.

H z (X,Y) = H(X) + H(Y|X), kur H z (X,Y) ir atkarīgo sistēmu kopējā entropija, H(X) ir sistēmas X entropija, H(Y) |X) – sistēmas Y nosacītā entropija attiecībā pret X.

Atkarīgo sistēmu entropija ir mazāka par neatkarīgu sistēmu entropiju. Ja entropijas ir vienādas, tad ir īpašs atkarīgo sistēmu gadījums – sistēmas ir neatkarīgas.

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

Entropijas īpašības. Hārtlija mērs.

Entropija ir lielums, kas vienmēr ir pozitīvs un galīgs, jo varbūtības vērtība ir diapazonā no 0 līdz 1. H(a) = -Logk P(a) 2. Aditivitāte ir īpašība, saskaņā ar kuru informācijas apjoms, kas ietverts vairāki neatkarīgi ziņojumi ir vienādi ar katrā no tiem ietvertās informācijas apjomu. 3. Entropija ir vienāda ar 0, ja viena no informācijas avota stāvokļiem varbūtība ir vienāda ar 1, un tādējādi avota stāvoklis ir pilnībā noteikts (avota atlikušo stāvokļu varbūtības ir vienādas ar nulli, jo varbūtību summai jābūt vienādai ar 1). Hārtlija formula ir definēta: kur I ir informācijas apjoms, biti.

Avota veiktspējas jēdziens un informācijas pārraides ātrums.

INFORMĀCIJAS AVOTU IZPILDE

Kad darbojas ziņojuma avots, laika intervālos parādās atsevišķi signāli, kas parasti var nebūt nemainīgi. Taču, ja avotam ir noteikts vidējais ilgums viena signāla radīšanai, tad avota entropiju laika vienībā sauc par informācijas avota produktivitāti.

INFORMĀCIJAS PĀRRAIDE

Tas ir datu pārraides ātrums, kas izteikts bitu, rakstzīmju vai bloku skaitā, kas pārsūtīti laika vienībā.

Informācijas pārraides ātruma teorētisko augšējo robežu nosaka Šenona-Hārtlija teorēma.

ŠANONA-HARTLIJA TEORĒMA

Kanāla kapacitāte C, kas nozīmē teorētisko augšējo robežu datu pārraides ātrumam, ko var pārraidīt ar noteiktu vidējo signāla jaudu S caur analogo sakaru kanālu, kas pakļauts papildu baltajam Gausa troksnim ar jaudu N, ir:

C=B∙log 2 (1+S/N),

kur C – kanāla kapacitāte, bit/s; B – kanāla joslas platums, Hz; S – kopējā signāla jauda, W; N – trokšņa jauda, W.

· joslas platums;

· vājināšanās;

· trokšņa imunitāte;

· caurlaidspēja;

· vienības cena.

Joslas platums ir nepārtraukts frekvenču diapazons, kuram izejas signāla amplitūdas attiecība pret ieejas signālu pārsniedz kādu iepriekš noteiktu robežu, parasti 0,5. Joslas platumam ir vislielākā ietekme uz maksimālo iespējamo informācijas pārraides ātrumu pa sakaru līniju.

Joslas platums ir atkarīgs no līnijas veida un tās garuma. Slaidā ir redzami dažāda veida sakaru līniju joslas platumi, kā arī sakaru tehnoloģijās visbiežāk izmantotie frekvenču diapazoni.

Komunikācijas kanālu raksturojums. Vājināšanās

Sakaru līnija izkropļo pārraidītos datus, jo viņas fiziskie parametri atšķiras no ideālajiem. Sakaru līnija ir sadalīta aktīvās pretestības, induktīvās un kapacitatīvās slodzes kombinācija.

Raksturlielumu veidi un to noteikšanas metodes.

Galvenās sakaru līniju īpašības ir:

· amplitūdas-frekvences reakcija;

· joslas platums;

· vājināšanās;

· trokšņa imunitāte;

· šķērsruna līnijas tuvākajā galā;

· caurlaidspēja;

· datu pārraides uzticamība;

· vienības cena.

Pirmkārt, datortīkla izstrādātāju interesē datu pārraides caurlaidspēja un uzticamība, jo šīs īpašības tieši ietekmē izveidotā tīkla veiktspēju un uzticamību. Caurlaidība un uzticamība ir gan sakaru līnijas, gan datu pārraides metodes īpašības. Tāpēc, ja pārraides metode (protokols) jau ir definēta, tad arī šie raksturlielumi ir zināmi. Piemēram, digitālās līnijas joslas platums vienmēr ir zināms, jo tajā ir definēts fiziskā slāņa protokols, kas nosaka datu pārraides bitu pārraides ātrumu - 64 Kbps, 2 Mbps utt.

Tomēr jūs nevarat runāt par sakaru līnijas caurlaidspēju, kamēr tai nav definēts fiziskā slāņa protokols.

Frekvences reakcija, joslas platums un vājināšanās

Amplitūdas-frekvences raksturlielums parāda, kā sinusoīda amplitūda sakaru līnijas izejā samazinās, salīdzinot ar amplitūdu tās ieejā visās iespējamajās pārraidītā signāla frekvencēs. Amplitūdas vietā šis raksturlielums bieži izmanto signāla parametru, piemēram, tā jaudu.

Praksē frekvences reakcijas vietā tiek izmantoti citi, vienkāršoti raksturlielumi - joslas platums un vājināšanās.

Vājināšanās definēts kā signāla amplitūdas vai jaudas relatīvais samazinājums, kad pa līniju tiek pārraidīts noteiktas frekvences signāls. Tādējādi vājināšanās ir viens punkts no līnijas amplitūdas-frekvences raksturlieluma. Bieži vien, strādājot ar līniju, pārraidītā signāla pamatfrekvence ir zināma iepriekš, tas ir, frekvence, kuras harmonikai ir vislielākā amplitūda un jauda. Tāpēc pietiek zināt vājinājumu šajā frekvencē, lai aptuveni novērtētu pa līniju pārraidīto signālu kropļojumus.

Vājināšanos A parasti mēra decibelos un aprēķina, izmantojot šādu formulu:

A = 10 baļķi (pout/Pin),

Tā kā kabeļa izejas signāla jauda bez starppastiprinātājiem vienmēr ir mazāka par ieejas signāla jaudu, kabeļa vājināšanās vienmēr ir negatīva vērtība.

Piemēram, 5. kategorijas vītā pāra kabelis ir raksturīgs ar vājinājumu vismaz -23,6 dB frekvencei 100 MHz ar kabeļa garumu 100 m Frekvence tika izvēlēta, jo šīs kategorijas kabelis ir paredzēts ātrgaitas datu pārraide, kuras signāliem ir nozīmīgas harmonikas ar frekvenci aptuveni 100 MHz.

3. kategorijas kabelis paredzēts zema ātruma datu pārraidei, tāpēc tam ir noteikts vājinājums frekvencē 10 MHz (ne zemāks par -11,5 dB). Bieži vien tie darbojas ar absolūtām vājinājuma vērtībām, nenorādot zīmi.

Absolūto jaudas līmeni, piemēram, raidītāja jaudas līmeni, mēra arī decibelos. Šajā gadījumā par signāla jaudas bāzes vērtību tiek ņemta vērtība 1 mW, attiecībā pret kuru tiek mērīta pašreizējā jauda. Tādējādi jaudas līmeni p aprēķina, izmantojot šādu formulu:

p = 10 log (P/1mW) [dBm],

kur P ir signāla jauda milivatos un dBm ir jaudas līmeņa mērvienība (decibeli uz mW).

Tādējādi amplitūdas-frekvences reakcija, joslas platums un vājināšanās ir universālas īpašības, un to zināšanas ļauj izdarīt secinājumu par to, kā jebkuras formas signāli tiks pārraidīti pa sakaru līniju.

Komunikācijas kanālu raksturojums. Trokšņi

Raksturlielumu veidi un to noteikšanas metodes.

Galvenās sakaru līniju īpašības ir:

· amplitūdas-frekvences reakcija;

· joslas platums;

· vājināšanās;

· trokšņa imunitāte;

· šķērsruna līnijas tuvākajā galā;

· caurlaidspēja;

· datu pārraides uzticamība;

· vienības cena.

Tomēr jūs nevarat runāt par sakaru līnijas caurlaidspēju, kamēr tai nav definēts fiziskā slāņa protokols.

Trokšņi

Jo augstāka ir periodiskā nesēja signāla frekvence, jo vairāk informācijas laika vienībā tiek pārraidīts pa līniju un lielāka līnijas kapacitāte ar fiksētu fizisko kodēšanas metodi. Taču, no otras puses, pieaugot periodiskā nesēja signāla frekvencei, palielinās arī šī signāla spektra platums. Līnija pārraida šo sinusoīdu spektru ar tiem traucējumiem, ko nosaka tās caurlaides josla. Tas nenozīmē, ka signālus nevar pārraidīt. Jo lielāka ir neatbilstība starp līnijas joslas platumu un pārraidīto informācijas signālu spektra platumu, jo vairāk signāli tiek izkropļoti un jo lielākas ir kļūdas informācijas atpazīšanā no saņēmējas puses, kas nozīmē, ka informācijas pārraides ātrums faktiski izrādās zemāks, nekā varētu gaidīt.

Tika noteikta saistība starp līnijas joslas platumu un tās maksimālo iespējamo caurlaidspēju neatkarīgi no pieņemtās fiziskās kodēšanas metodes Klods Šenons:

Šenona formula:

С = F Iog2 (1 + Рс/Рш),

kur C ir maksimālā līnijas jauda bitos sekundē,

F ir līnijas joslas platums hercos,

Рс - signāla jauda,

Рш - trokšņa jauda.

Šī sakarība parāda, ka, lai gan fiksēta joslas platuma līnijas kapacitātei nav teorētisku ierobežojumu, praksē šāds ierobežojums pastāv. Patiešām, ir iespējams palielināt līnijas caurlaidspēju, palielinot raidītāja jaudu vai samazinot trokšņa jaudu (traucējumus) sakaru līnijā. Abas šīs sastāvdaļas ir ļoti grūti mainīt. Raidītāja jaudas palielināšana ievērojami palielina tā izmēru un izmaksas. Trokšņa līmeņa samazināšanai nepieciešams izmantot īpašus kabeļus ar labiem aizsargekrāniem, kas ir ļoti dārgi, kā arī trokšņa samazināšana raidītājā un starpiekārtās, ko nav viegli panākt.

Turklāt noderīgo signāla jaudu un trokšņu ietekmi uz caurlaidspēju ierobežo logaritmiskā atkarība, kas nepalielinās tik ātri kā tieši proporcionāla. Tādējādi ar diezgan tipisku sākotnējo signāla jaudas attiecību pret trokšņu jaudu 100 reizes, raidītāja jaudas palielināšana 2 reizes nodrošinās tikai 15% līnijas jaudas pieaugumu.

Līnijas trokšņu noturība nosaka tās spēju samazināt ārējā vidē radītā trokšņa līmeni uz iekšējiem vadītājiem. Līnijas trokšņu noturība ir atkarīga no izmantotās fiziskās vides veida, kā arī no pašas līnijas ekranēšanas un trokšņa slāpēšanas līdzekļiem. Radiolīnijas ir vismazāk izturīgas pret traucējumiem, kabeļu līnijām ir laba pretestība, un optiskās šķiedras līnijām, kas ir nejutīgas pret ārējo elektromagnētisko starojumu, ir lieliska pretestība. Parasti, lai samazinātu ārējo elektromagnētisko lauku radītos traucējumus, vadītāji ir ekranēti un/vai savīti.

Atsevišķu signālu pārraidīšanas laikā augstfrekvences strāva radio raidītāja antenā sastāv no vairākām dažādu frekvenču strāvām. Elektromagnētiskajiem viļņiem, kas izplatās no raidītāja antenas, un strāvām, kas rodas radioviļņu ietekmē uztvērēja antenā, ir tāds pats sarežģīts raksturs.

Katram pārraides veidam (radiotelefonija, radiotelegrāfija, televīzijas pārraide utt.) šo strāvu frekvences aizņem noteiktu joslu. Vidējo viļņu apraidei tas ir aptuveni 9 kHz, t.i., apraides raidītājs rada sarežģītu strāvu, kas sastāv no vairākām strāvām, kuru augstākā frekvence ir par 9 kHz augstāka nekā zemākā frekvence. Piemēram, apraides raidītājam, kas darbojas ar frekvenci 173 kHz (? = 1734 m), tās būs frekvences no 168,5 līdz 177,5 kHz. Oficiālo radiotelefona sakaru gadījumā frekvenču josla ir ne vairāk kā 2 - 2,5 kHz, un radiotelegrāfa pārraidei tas ir vēl mazāks. Bet televīzijas pārraides laikā frekvenču josla paplašinās līdz vairākiem megaherciem.

Kad ķēde tiek pakļauta dažādu frekvenču elektromotora spēkiem, visspēcīgākās svārstības tiek iegūtas, ja emf ir rezonanses frekvence vai tai tuva frekvence. Un ar ievērojamu ārējās emf frekvences novirzi no rezonanses vērtības, t.i., kad ķēde ir noregulēta attiecībā pret ārējās EMF frekvenci, svārstību amplitūda izrādās salīdzinoši maza.

Mēs varam teikt, ka katra ķēde labi pārraida vibrācijas noteiktā frekvenču joslā, kas atrodas abās rezonanses frekvences pusēs. To sauc par Ppr ķēdes caurlaides joslu un nosacīti nosaka no rezonanses līknes 0,7 līmenī no maksimālās strāvas vai sprieguma vērtības, kas atbilst rezonanses frekvencei (1. att.).

1. att. — ķēdes joslas platums

Citiem vārdiem sakot, tiek uzskatīts, ka ķēde labi pārraida vibrācijas, ja to amplitūda samazinās ne vairāk kā par 30%, salīdzinot ar amplitūdu rezonansē. Ķēdes joslas platumu dažreiz sauc arī par rezonanses līknes platumu. Ķēdes kvalitāte ietekmē rezonanses līknes formu. No šī attēla var redzēt, ka jo zemāka ir ķēdes kvalitāte, jo lielāks ir tās joslas platums. Turklāt joslas platums ir lielāks pie lielākas ķēdes rezonanses frekvences.

Ķēdes joslas platuma atkarība no tās vājināšanās vai kvalitātes faktora Q tiek noteikta ar šādu vienkāršu formulu

Piemēram, ķēde, kas noregulēta uz frekvenci fo = 2000 kHz un kurai ir vājināšanās? = 0,01, joslas platums Ppr = 0,01 * 2000 = 20 kHz.

Kā redzat, lai iegūtu šauru joslas platumu, ir nepieciešams izmantot ķēdi ar augstu kvalitātes koeficientu un iegūt plašu joslas platumu, ķēdi ar kvalitātes koeficientu vai darboties ar ļoti augstu rezonanses frekvenci.

No iepriekš minētās formulas izriet, ka fo = Q * Ppp. Tā kā vidējas kvalitātes ķēdes Q ir vismaz 20, darba frekvencei jābūt vismaz 20 reizes lielākai par joslas platumu. Piemēram, televīzijas pārraide, kurai PPR ir vairāki megaherci, ir jāveic frekvencēs, kas nav zemākas par vairākiem desmitiem megahercu, t.i. uz ultraīsajiem viļņiem.

Vēlams, lai ķēdei būtu frekvenču joslas platums, kas ir raksturīgs šāda veida pārraidei. Ja joslas platums ir mazāks, dažu vibrāciju sliktas pārraides dēļ radīsies kropļojumi. Plašāka josla nav vēlama, jo var radīt traucējumus signāli no radiostacijām, kas darbojas blakus frekvencēs.

Ja nepieciešams plašs joslas platums, bieži ir jāizmanto zemas Q ķēdes. Ķēdes kvalitātes koeficients samazinās, un joslas platums palielinās, ja paralēli ķēdei tiek pieslēgta aktīva pretestība R, ko sauc par šunta pretestību (2. att.). Patiešām, ķēdē esošais maiņspriegums U tiek pielietots pretestībai R un rada tajā strāvu. Tāpēc šajā pretestībā tiks izniekota jauda. Jo mazāka ir pretestība R, jo lielāks ir jaudas zudums un lielāka ķēdes vājināšanās. Ja pretestība R ir ļoti maza, tad tas radīs īssavienojumu vienā no ķēdes elementiem (ieslēgts kondensators (2. att. a) vai visa ķēde (2. att. b)) Tad ķēde nevarēs strādāt pie plkst. visas kā svārstību sistēma un uzrāda savas rezonanses īpašības.

1. att. – ķēdes apiešana ar aktīvo pretestību

Ķēdes manevrēšana ar aktīvo pretestību dažreiz tiek veikta īpaši, lai paplašinātu joslas platumu. Turklāt šāda manevrēšana pastāv tāpēc, ka ķēde ir savienota ar citām daļām un ķēdēm. Tā rezultātā notiek nevēlama ķēdes kvalitātes pasliktināšanās.

Ģeneratora iekšējā pretestība, kas baro paralēlo ķēdi, ietekmē arī ķēdes kvalitātes faktoru un tās joslas platumu. To var viegli izskaidrot šādi.

Ļaujiet ģeneratoram kādā brīdī pārstāt darboties. Tad svārstības ķēdē sāks vājināties, un ķēdei pievienotā ģeneratora iekšējā pretestība spēlēs šunta pretestības lomu, palielinot vājināšanos.

Jo lielāks ir ģeneratora Ri, jo vājāka ir tā ietekme, kas nozīmē, ka ķēdes rezonanses līkne ir asāka un joslas platums ir mazāks, t.i. ķēdes rezonanses īpašības ir izteiktākas. Ar nelielu ģeneratora Ri ķēdes kvalitātes koeficients tik ļoti samazinās un caurlaides josla kļūst tik plaša, ka ķēdes rezonanses īpašības praktiski nav.

Pie līdzīga secinājuma par Ri ģeneratora ietekmi nonācām agrāk, apsverot paralēlās ķēdes darbību.

Ļoti bieži, sazinoties ar IT speciālistiem, korporatīvo aplikāciju lēnajā darbībā tiek vainota tīkla nodaļa vai šauri komunikācijas kanāli. Vienkāršākais visu problēmu risinājums ir lielāks joslas platums (plašāks kanāls) un mazāk kreiso aplikāciju kanālā (mazāk konkurentu par joslas platumu), un tad viss lidos. Protams, ir jāpievērš uzmanība sakaru kanālu tīrībai un to izmantošanai, taču tie nav vienīgie parametri. Vienkāršākais risinājums kanālu stāvokļa novērtēšanai ir Flow tehnoloģijas un datu korelācija starp galvenās lietojumprogrammas veiktspēju un datiem no NetFlow (jFlow, Sflow utt.).

Datu tīklos latentums ir dzīves fakts. Izprotot to būtību, jūs varat samazināt negatīvo ietekmi, tādējādi palielinot komunikācijas kvalitāti. Tīkla aizkaves nosaka ITU standarti, un tām ir jābūt noteiktās robežās:

Secīgs pakešu pārsūtīšanas princips pa sakaru kanālu rada aizkavi. Aizkave informācijas pārsūtīšanā no viena lietotāja citam sastāv no vairākām sastāvdaļām un tās var iedalīt divās lielās klasēs – fiksētajā un mainīgajā.

Mainīgās aizkaves galvenokārt ietver aizkavēšanos rindās katrā tīkla mezglā: maršrutētājā, slēdžā, tīkla adapterī. Fiksēta - pakešu aizkavēšana, secīgā aizkave, kodeku aizkave (video vai audio). Pārraides vide var būt vara pāris, optiskās šķiedras kabelis vai ēteris. Šajā gadījumā aizkaves lielums ir atkarīgs no pulksteņa frekvences un daudz mazākā mērā no gaismas ātruma pārraides vidē.

Cisco dokumentācijā ir šī tabula, kas ļauj novērtēt secīgo aizkavi atkarībā no pakešu garuma un sakaru kanāla platuma:

Rāmja izmērs (baitos)	Kanāla pārraides ātrums (Kbit/s)
Rāmja izmērs (baitos)

Lai pārsūtītu 1518 baitu kadru (maksimālais Ethernet garums), izmantojot 64 kb/s saiti, sērijas latentums sasniedz 185 ms. Ja pa vienu kanālu tiek pārraidītas 64 baitus garas paketes, aizkave būs tikai 8 ms, t.i., jo īsāka pakete, jo ātrāk tā sasniegs saņēmēju. Tāpēc balss pārraidei tiek izmantotas īsas UDP paketes, kas samazina aizkaves apjomu, savukārt datu pārraides iekārtu izstrādātāji, gluži pretēji, cenšas palielināt kadru garumu, lai samazinātu pakalpojuma trafika apjomu. Lai aprēķinātu sērijas aizkavi, varat izmantot formulu:

Sērijas aizkave = ((sūtāmo vai saņemamo baitu skaits) x (8 biti))/ (lēnākais saites ātrums)

Piemēram, secīgais latentums, lai nosūtītu 100 KB un saņemtu 1 MB, izmantojot 2 Mbit/s saiti, būtu:

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

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

Protams, sērijas latentums ir viens no komponentiem, un katru no straumēm papildus ietekmēs latentums sakaru kanālos, nervozitāte utt. Šī formula parādīs ideālu attēlu, kad citi lietotāji vai lietojumprogrammas nekonkurē par sakaru kanālu. To var redzēt diagrammā, kas parāda faktisko sakaru kanāla ātrumu, pārsūtot 200 KB failu, izmantojot FTP un 10 Mbit/s kanālu.

Mēs redzam, ka ātrums pārraides procesā nav nemainīgs. Tā kā tīkls ir kopīgs datu nesējs, paketes, kas tiek pārraidītas tīklā, nonāk rindās, tiek zaudētas, un tiek aktivizēts datu nesēja piekļuves kontroles algoritms, kas neļauj vienam lietotājam uztvert visu sakaru kanālu. Tas viss ietekmē pārsūtīšanas ātrumu un līdz ar to arī lietojumprogrammas ātrumu.

Kā palielināt lietojumprogrammu ātrumu, nemainot sakaru kanāla joslas platumu?

Protams, vienkāršākā izeja ir palielināt sakaru kanāla platumu, taču dažreiz tas nav iespējams vai korporatīvajiem klientiem ir ļoti dārgi. Šajā gadījumā ir loģiski samazināt sakaru kanālā pārsūtīto datu apjomu. Ir vairāki veidi, kā samazināt skaļumu. Datu saspiešana, plāno klientu izmantošana, kešatmiņa, trafika optimizācijas risinājumu izmantošana – tas dažkārt var samazināt trafiku 2 līdz 5 reizes (dažādas aplikācijas tiek saspiestas atšķirīgi).

Tāpat ir iespējams izprast trafika struktūru un to, kā reāli tiek izmantots sakaru kanāls, izmantojot Flow tehnoloģijas un pēc tam, nosakot trafika prioritāti, samazināt iespējamos pakešu zudumus un rindu pieaugumu aktīvajā aprīkojumā.

Termins "joslas platums" bieži tiek lietots, aprakstot elektronisko sakaru tīklus. Šī ir viena no galvenajām šādu sistēmu īpašībām. No pirmā acu uzmetiena var šķist, ka cilvēkam, kura darbam nav nekāda sakara ar sakaru līnijām, nav jāsaprot, kas ir kanāla joslas platums. Patiesībā viss ir nedaudz savādāk. Daudziem cilvēkiem ir pieslēgts mājas personālais dators Un visi zina, ka dažkārt darbs ar globālo tīmekli palēninās bez redzama iemesla. Viens no iemesliem ir tas, ka tieši tajā brīdī pakalpojumu sniedzēja kanāla joslas platums kļūst pārslogots. Rezultāts ir skaidrs palēninājums un iespējamie darbības traucējumi. Pirms definējam jēdzienu “joslas platums”, izmantosim piemēru, kas ļauj ikvienam saprast, par ko mēs runājam.

Iedomāsimies šoseju nelielā provinces pilsētiņā un blīvi apdzīvotā metropolē. Pirmajā gadījumā visbiežāk tas ir paredzēts vienai vai divām satiksmes plūsmām, attiecīgi, platums ir mazs. Taču lielajās pilsētās pat četru joslu satiksme nevienu nepārsteigs. Tajā pašā laikā automašīnu skaits, kas nobrauc vienu un to pašu attālumu pa šiem diviem ceļiem, ievērojami atšķiras. Tas ir atkarīgs no diviem raksturlielumiem - kustības ātruma un joslu skaita. Šajā piemērā ceļš ir un automašīnas ir informācijas biti. Savukārt katra josla ir sakaru līnija.

Citiem vārdiem sakot, joslas platums netieši norāda, cik daudz datu var pārsūtīt laika vienībā. Jo augstāks šis parametrs, jo ērtāk ir strādāt ar šādu savienojumu.

Ja ar pārraides ātrumu viss ir skaidrs (tas palielinās, samazinoties signāla pārraides kavējumiem), tad termins “joslas platums” ir nedaudz sarežģītāks. Kā zināms, lai signāls pārraidītu informāciju, tas tiek pārveidots noteiktā veidā. Attiecībā uz elektroniku tā var būt vai nu jaukta modulācija. Taču viena no pārraides iezīmēm ir tāda, ka pa vienu un to pašu vadītāju var vienlaicīgi pārraidīt vairākus impulsus ar dažādām frekvencēm (vispārējā joslas platumā, ja vien kropļojumi ir pieļaujamās robežās). Šī funkcija ļauj palielināt sakaru līnijas kopējo veiktspēju, nemainot aizkavi. Spilgts frekvenču līdzāspastāvēšanas piemērs ir vairāku cilvēku vienlaicīga saruna ar dažādu tembru. Lai gan visi runā, ikviena vārdi ir diezgan atšķirīgi.

Kāpēc dažkārt, strādājot ar tīklu, notiek palēninājums? Viss ir izskaidrots pavisam vienkārši:

Jo lielāka kavēšanās, jo mazāks ātrums. Jebkuri signāla traucējumi (programmatūra vai fiziski) samazina veiktspēju;

Bieži vien ietver papildu bitus, kas veic liekās funkcijas - tā saukto "redundance". Tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu darbību traucējumu apstākļos līnijā;

Ir sasniegts vadošā datu nesēja fiziskais ierobežojums, kad visi derīgie jau ir izmantoti un ar jauniem datiem tiek ievietoti nosūtīšanas rindā.

Lai atrisinātu šādas problēmas, pakalpojumu sniedzēji izmanto vairākas dažādas pieejas. Tā varētu būt virtualizācija, kas palielina “platumu”, bet rada papildu aizkaves; kanāla paplašināšana "papildu" vadošo mediju dēļ utt.

Digitālajā tehnoloģijā dažreiz tiek lietots termins "baud". Faktiski tas nozīmē pārsūtīto datu bitu skaitu laika vienībā. Lēnu sakaru līniju (iezvanes) laikos 1 bods atbilda 1 bitam 1 sekundē. Vēlāk, palielinoties ātrumam, “bauds” pārstāja būt universāls. Tas varētu nozīmēt 1, 2, 3 vai vairāk bitus sekundē, kam bija nepieciešama atsevišķa norāde, tāpēc tagad tiek izmantota cita sistēma, ko visi saprot.

Varētu būt noderīgi izlasīt: