Зв’язок між пропускною спроможністю лз та її смугою пропущення

Чим вище частота несучого періодичного сигналу, тим більше інформації в одиницю часу передається по ЛЗ і тим вища пропускна спроможність ЛЗ при фіксованому способі фізичного кодування. Однак, з іншого боку, зі збільшенням частоти періодичного несучого сигналу збільшується і ширина спектру цього сигналу, тобто різниця між максимальною і мінімальною частотами того набору синусоїд, що у сумі дадуть обрану для фізичного кодування послідовність сигналів. ЛЗ передає цей спектр синусоїд з тими спотвореннями, що визначаються її смугою пропущення. Чим більше невідповідність між смугою пропущення лінії і шириною спектра інформаційних сигналів, які передаються, тим більше сигнали спотворюються і тим ймовірніші помилки в розпізнаванні інформації приймаючою стороною, а значить, швидкість передачі інформації насправді виявляється меншою, ніж можна було припустити.

Зв’язок між смугою пропущення лінії і її максимально можливою пропускною спроможністю, не залежить від прийнятого способу фізичного кодування, встановив Клод Шеннон [1]:

С = Flog₂(1+Р_с/Р_ш),

де С  максимальна пропускна спроможність здатність лінії у біт/с; F  ширина смуги пропущення лінії в герцах; Р_с,Р_ш  потужності сигналу та  шуму відповідно.

З цього співвідношення видно, що хоча теоретичної межі пропускної здатності лінії з фіксованою смугою пропущення не існує, на практиці така межа існує. Дійсно, підвищити пропускну спроможність ЛЗ можна за рахунок збільшення потужності передавача або зменшення потужності шуму (завад) на ЛЗ. Обидві ці складові піддаються зміні з важкими зусиллями.

Близьким по суті до формули Шеннона є співвідношення, отримане Найквистом, яке визначає максимально можливу пропускну здатність ЛЗ, але без врахування шуму на лінії [1]:

С = 2Flog₂М,

де М  кількість станів інформаційного параметра, які можна розрізнити.

Якщо сигнал має два стани, то пропускна спроможність дорівнює подвійному значенню ширини смуги пропущення ЛЗ. Якщо ж передавач використовує більш ніж два стійкі стани сигналу для кодування даних, то пропускна спроможність ЛЗ підвищується, оскільки за один такт роботи передавач передає декілька біт вихідних даних, наприклад два біти при наявності чотирьох станів сигналу, що можна відрізнити  (рис. 4.1б).

 

Рисунок 4.1  Підвищення швидкості передачі за рахунок додаткових станів сигналу

 

Хоча формула Найквиста явно не враховує наявність шуму, побічно його вплив відбивається у виборі кількості станів інформаційного сигналу. Для підвищення пропускної здатності каналу слід було б збільшити цю кількість до значних величин, але практично це неможливо через шум на ЛЗ. Оскільки, якщо амплітуда шуму буде перевищувати різницю між сусідніми рівнями, то приймач не зможе стійко розпізнавати дані, що передаються.

Приведені співвідношення дають граничне значення пропускної здатності лінії, а ступінь наближення до цієї межі залежить від конкретних методів фізичного кодування.

 

Завадостійкість і вірогідність

Завадостійкість ЛЗ визначає її здатність зменшувати рівень завад, які створюються у зовнішньому середовищі та на внутрішніх провідниках. Завадостійкість залежить від типу фізичного середовища, яке використовується, а також від екрануючих і засобів самої лінії. Найменш завадостійкими є радіолінії, високою завадостійкістю  волоконно-оптичні  кабелі  вони малочутливі до зовнішнього електромагнітного випромінювання. Зазвичай для зменшення перешкод, що з’являються через зовнішні електромагнітні поля, провідники екранують і скручують [1, 4].

Перехресні наведення на ближньому кінці (Near End Cross Talk, NEXT) визначають завадостійкість кабелю до внутрішніх джерел перешкод, коли електромагнітне поле сигналу, переданого виходом передавача по одній парі провідників, наводить на іншу пару провідників сигнал завади. Якщо до другої пари буде підключений приймач, то він може прийняти наведену внутрішню заваду за корисний сигнал. Показник NEXT, виражений у децибелах, дорівнює

10log (Р_вих/Р_нав),

де Р_вих, Р_нав  потужності вихідного та наведеного сигналу відповідно.

Чим менше значення NEXT, тим кращий кабель. Так, для скрученої пари п’ятої категорії показник NEXT повинен бути менше -27дБ на частоті 100Мгц.

Показник NEXT звичайно використовується до кабелю, що складається з кількох кручених пар, оскільки в цьому випадку взаємонаведення однієї пари на іншу можуть досягати значних величин. Для одинарного коаксіального кабелю цей показник не має сенсу, а для подвійного коаксіального кабелю він також не застосовується внаслідок високого ступеня захищеності кожної жили. Оптичні волокна також не створюють будь-яких помітних перешкод одне одному.

У зв'язку з тим, що в деяких нових технологіях використовується передача даних одночасно по декількох кручених парах, останнім часом став застосовуватися показник PovserSUM, що є модифікацією показника NEXT. Цей показник відбиває сумарну потужність перехресних наведень від усіх передавальних пар у кабелі.

Вірогідність передачі даних характеризує ймовірність спотворення для кожного переданого біта даних. Іноді цей же показник називають інтенсивністю бітових помилок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для каналів зв'язку без додаткових засобів захисту від помилок (наприклад, для кодів що самокоректуються або протоколів з повторною передачею перекручених кадрів) складає, як правило, 10^-10 10^-10, в оптоволоконних ЛЗ: 10^-9. Значення вірогідності передачі даних, наприклад, у 10⁴ говорить про те, що в середньому з 10⁴ біт спотворюється значення одного біту. Спотворення біт відбуваються як за рахунок завад на ЛЗ, так і через спотворення форми сигналу обмеженою смугою пропущення лінії. Тому для підвищення вірогідності переданих даних потрібно підвищувати ступінь завадостійкості ЛЗ, знижувати рівень перехресних наведень у кабелі, а також використовувати більш широкополосні ЛЗ [1  4].