Пропускная способность линии связи

Линии связи являются одним из самых дорогостоящих компонентов системы связи. Поэтому проблеме их эффективного использования всегда уделялось достаточное внимание. Рассмотрим несколько теоретических положений, относящихся к обсуждаемой проблеме.

Теорема Найквиста. Модуляционная скорость передачи по каналу ограниченной ширины (Гц) не может превышать этой ширины.

Модуляционная скорость передачи измеряется в бодах. Бодовый интервал – это интервал времени, в течение которого информационный параметр сигнала не меняется. Бодовая скорость определяет, сколько раз в секунду изменяется информационный параметр. Например, скорость 3 Бод означает, что за одну секунду информационный параметр изменялся 3 раза (см. рис. 71).

Рис 71. Бодовый интервал при фазовой модуляции

Теорема Котельникова. Теорема имеет несколько формулировок. Приведем две из них.

1) Число знаков модуляционного сигнала шириной спектра ΔF, которые надо передать за время Т, определяется соотношением:

2) Сигнал S(t) с ограниченным спектром не выше (в – наибольшая частота в спектре) однозначно определяется своими отсчетами равными

Практически это означает, что по значениям гармонической функции в двух точках на периоде можно восстановить всю функцию (см. рис. 72).

Рис.72.Теорема отсчетов

Теорема Шенона-Хартли. Предельная битовая скорость в канале шириной ΔF определяется:

В этой теореме учитывается влияние помехи. Частотный диапазон DF определяет бодовую скорость. Но один бод может нести на себе несколько бит. Другими словами, информационный параметр может принимать одно из нескольких возможных значений. Теорема утверждает, что максимальное количество возможных состояний определяется возможностью различения мощности, соответствующим этим состояниям на фоне мощности помех. Логарифм по основанию 2 введен в формулу на основании того, что за меру количества информации принят 1 бит. Так для системы имеющей N возможных состояний информационная емкость будет составлять, бит I=log₂(N).

Максимальное количество состояний: 1 2 4 16 256 1024

Информационная емкость, бит: 0 1 2 4 8 10

Задание. Определить мощность помехи в телефонных линиях связи для современных скоростей 56 кБит для одного ТЧ.

За последние двадцать лет (http://book.itep.ru/3/radio_33.htm) пропускная способность каналов выросла с 56 кбит/c до 100 Гбит/с. Разработаны технологии, способные работать в случае оптических кабелей со скоростью 50 Тбит/с. Вероятность ошибки при этом сократилась с 10-5 на бит до пренебрежимо низкого уровня. Современный же лимит в несколько Гбит/с связан главным образом с тем, что люди не научились делать быстродействующие преобразователи электрических сигналов в оптические. Сопоставление возможностей различных технологий передачи данных представлено на рис

.

Рис. 3.1. Сравнение возможностей скрученной пары, коаксиального кабеля,
много- и одномодовых волокон

Диапазоны часто, используемые различными каналами связи показаны на рис. 3.3.1.

Рис. 3.3.1. Диапазоны частот различных телекоммуникационных каналов.

Беспроводные линии связи.

Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, то радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно и сигнал падает пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником (удвоение расстояния приводит к потерям 6дБ). Радио каналы для целей передачи информации используют частотные диапазоны 902-928 МГц (расстояния до 10 км, пропускная способность до 64кбит/с), 2,4 ГГц и 12 ГГц (до 50 км, до 8 Мбит/с). Они используются там, где не существует кабельных или оптоволоконных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого. Более низкие частоты (например, 300 МГц) мало привлекательны из-за ограничений пропускной способности, а большие частоты (>30 ГГц) работоспособны для расстояний не более или порядка 5км из-за поглощения радиоволн в атмосфере.

Заметную роль в поглощении радиоволн играет вода. По этой причине сильный дождь, град или снег могут привести к прерыванию связи. Поглощение в атмосфере ограничивает использование частот более 30 ГГц. Атмосферные шумы, связанные в основном с грозовыми разрядами, доминируют при низких частотах вплоть до 2 МГц. Галактический шум, приходящий из-за пределов солнечной системы дает существенный вклад вплоть до 200 ГГц.

Мощность передатчика обычно лежит в диапазоне 50 мВт - 2 Вт. Модемы, как правило, используют шумоподобный метод передачи SST (spread spectrum transmission). Для устройств на частоты 2.4 ГГц и выше, как правило, используются направленные антенны и необходима прямая видимость между приемником и передатчиком. Такие каналы чаще работают по схеме точка-точка, но возможна реализация и многоточечного соединения.

На аппаратном уровне здесь могут использоваться радиорелейное оборудование радиомодемы или радио-бриджи. Схема этих устройств имеет много общего. Отличаются они лишь сетевым интерфейсом (см. рис. 3.3.3). Антенна служит как для приема, так и для передачи. Трансивер (приемопередатчик) может соединяться с антенной через специальные усилители. Между трансивером и модемом может включаться преобразователь частот. Модемы подключаются к локальной сети через последовательные интерфейсы типа RS-232 или v.35 (RS-249), для многих из них такие интерфейсы являются встроенными. Отечественное радиорелейное оборудование имеет в качестве выходного интерфейс типа G.703 и по этой причине нуждается в адаптере. Радио-бриджи имеют встроенный Ethernet-интерфейс. Длина кабеля от модема до трансивера лежит в пределах 30-70м, а соединительный кабель между модемом и ЭВМ может иметь длину 100-150м. Трансивер располагается обычно рядом с антенной.

Рис. 3.3.3. Схема оборудования радиоканала передачи данных

Дата добавления: 2014-01-11