Jaki jest związek między pasmem na przewodzie a częstotliwością?

Próbuję nauczyć się pracy w sieci (obecnie Link - warstwa fizyczna); to jest samokształcenie.

Jestem bardzo zdezorientowany co do jednej konkretnej rzeczy:

Załóżmy, że chcę wysłać dane przewodem coś takiego:

01010101, gdzie będzie to wyglądać jak sygnał:

__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾

Dane do wysłania muszą być reprezentowane przez sygnał, a sygnałem w tej sytuacji jest „zmiana napięcia” na łączu / przewodzie (załóżmy, że używamy kabli, a nie łącza bezprzewodowego).

Fourier udowodnił więc, że przy wystarczającej częstotliwości częstotliwości sygnał może być dość dobrze reprezentowany.

Lubić:

Nadal nie rozumiem związku między sygnałem na przewodzie a częstotliwościami.

Definicja częstotliwości to: liczba wystąpień powtarzającego się zdarzenia na jednostkę czasu. Co więc powtarza się w drucie na jednostkę czasu?

Również na przykład na linii DSL w przypadku zwielokrotnienia z podziałem częstotliwości, ponieważ wielu użytkownikom zostanie przydzielonych mniej częstotliwości, przepustowość na użytkownika na danym łączu / przewodzie będzie mniejsza. Co to znaczy przydzielać mniej częstotliwości na przewód? Mniej powtarzania czego?

Czy w sieci jest dostępnych wiele częstotliwości? Jeśli istnieją (powiedzmy od 0 do 1 Mega herc), czy mogę przedstawić powyższe, używając zakresu od 0 do 100 LUB 100 do 200 LUB 500 do 1000? Dlaczego mam większą przepustowość, jeśli używam więcej częstotliwości?

Modulacja i symbol s

liczba wystąpień powtarzającego się zdarzenia na jednostkę czasu. Co więc powtarza się w drucie na jednostkę czasu?

Wzorce napięcia na przewodzie powtarzają się.

W bardzo prostych systemów komunikacyjnych, może cykl Linia jest napięcie DC powyżej lub poniżej wartości progowej, jak pokazano w ASCII-art ty ... __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Załóżmy, że twoje progi wynoszą + 5 V i -5 V DC; modulowanie danych binarnych za pomocą dwóch napięć prądu stałego dawałoby tylko jeden bit na poziom napięcia (każde przejście napięcia nazywa się w branży symbolem ).

Przejścia napięcia prądu stałego nie są jedynym sposobem reprezentacji danych na przewodzie, jak wspomniałeś, możesz modulować napięcie sygnału na danej częstotliwości lub przesuwać się między dwiema częstotliwościami, aby modulować dane. To zdjęcie pokazuje, w jaki sposób te same __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾przejścia są reprezentowane przez modulację amplitudy (AM) i modulację częstotliwości (FM).

Bardziej złożone systemy przesyłane na większe odległości wykorzystują bardziej złożone schematy modulacji , takie jak FDM lub QPSK , w celu upakowania większej ilości danych w danym paśmie na przewodzie.

Ogólnie rzecz biorąc, możesz modulować za pomocą kombinacji:

• Amplituda
• Częstotliwość
• Przesunięcie fazowe (w odniesieniu do nośnika odniesienia lub zegara).

Szybkość transmisji i wydajność widmowa

Czy w sieci jest dostępnych wiele częstotliwości? Jeśli istnieją (powiedzmy od 0 do 1 Mega herc), czy mogę przedstawić powyższe, używając zakresu od 0 do 100 LUB 100 do 200 LUB 500 do 1000? Dlaczego mam większą przepustowość, jeśli używam więcej częstotliwości?

Rozważmy system modulacji częstotliwości, który ma dwa stany na przewodzie ...

• Symbol 0 jest reprezentowany przez 1 kHz
• Symbol 1 jest reprezentowany przez 2,5 kHz

Ten schemat modulacji wymaga 1,5 kHz przepustowości na przewodzie. Nie mówi to jednak nic o przesyłanej przepływności (co myląco nazywane jest również „przepustowością”, ale nie używajmy przeciążonego terminu).

Jednym z powodów, dla których system FM może rozstawiać symbole 0 i 1 w odległości 1,5 KHz, jest to, że istnieją ograniczenia dotyczące tego, jak dobrze, jak szybko i jak ekonomicznie modem może mierzyć zmiany częstotliwości w przewodzie.

• To, jak dobrze modem może mierzyć zmiany częstotliwości, jest jednym z czynników określających, ile pasma jest wymagane na przewodzie
• Jak szybko modem może mierzyć częstotliwość (lub inny symbol ) zmienia napędy jak wysoko modemu „s przepływność będą
• Ekonomia odgrywa dużą rolę, ponieważ możesz być w stanie zbudować system, który ma wyjątkowo wysoką wydajność widmową , ale jeśli nikt nie może sobie na to pozwolić, to nie jest to realne rozwiązanie.

Zasadniczo możesz budować szybsze i tańsze modemy, jeśli masz do dyspozycji większą przepustowość.

Edycja: odpowiedź na komentarz

Przestudiowałem twoją odpowiedź, ale wciąż nie rozumiem niektórych rzeczy. O ile rozumiem, mogę wysłać 1 i 0 za pomocą drutu. Jeśli więc wystarczy 1,5 KHz, dlaczego miałbym używać większej przepustowości?

Odpowiedziałem na to pytanie w ostatniej części, ale przejdźmy do przykładu modulacji FM. Rzeczywiste systemy muszą uwzględniać czułość odbiornika i czynniki, takie jak skuteczność filtru pasmowo-przepustowego .

Załóżmy, że przepustowość 1,5 kHz dostępna dla modemu zapewnia jedynie 9600 bodów, a to nie jest wystarczająco szybkie; możesz jednak zbudować modem 20 kHz, który jest wystarczająco szybki (być może potrzebujesz 56 Kb / s).

Dlaczego 20 KHz jest lepszy? Ze względu na realia i niedoskonałe nachylenia filtrów pasmowoprzepustowych i innych komponentów, może być potrzebne tak duże pasmo, aby wprowadzić poprawną modulację i kod linii . Być może przy 20 kHz można zaimplementować schemat QAM , który daje 3 bity na symbol , co daje maksymalną przepływność „9600 * 8” lub 76,8 Kbaud (uwaga: 2 ** 3 = 8)

Zadajesz dobre pytania, ale bardzo trudno to wyjaśnić, nie wchodząc w sedno prawdziwego projektu. Jeśli czytasz książki o elektronice na temat projektowania odbiorników lub bierzesz udział w kursach elektrotechniki, ten materiał jest objęty.

Mike zaoferował doskonałą odpowiedź, ale nie dokładnie na to, o co prosiłeś.

Z definicji szerokość pasma to zakres częstotliwości mierzony w Hz.

Jak już powiedziałeś, sygnał __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾można rozbić (za pomocą Fouriera) na kilka częstotliwości. Powiedzmy, że zepsuliśmy to i zobaczyliśmy, że nasz sygnał składa się (głównie) z częstotliwości 1 MHz, 1,1 MHz, 1,2 MHz, 1,3 MHz ... do 2 MHz. Oznacza to, że nasz sygnał ma szerokość pasma 1 MHz .

Teraz chcemy wysłać go kanałem, takim jak drut miedziany lub światłowód. Najpierw porozmawiajmy trochę o kanałach.

Mówiąc o przepustowości w kanałach, tak naprawdę mówimy o przepustowości pasma, która opisuje zakres częstotliwości, które kanał może przenosić przy niewielkich zniekształceniach. Powiedzmy, że mam kanał, który może przekazywać tylko sygnały o częstotliwości między f1 a f2. Jego funkcja odpowiedzi częstotliwościowej (reakcja kanału na sygnały o różnych częstotliwościach) może wyglądać mniej więcej tak:

Szerokość pasma kanału zależy od fizycznych właściwości kanału, więc drut miedziany będzie miał inną szerokość pasma niż kanał bezprzewodowy i światłowód. Oto , na przykład, tabela z wikipedii, określająca przepustowość różnych skrętek.

Jeśli nasz przykładowy kanał ma szerokość pasma 1 MHz, możemy dość łatwo użyć go do wysłania sygnału, którego szerokość pasma wynosi 1 MHz lub mniej. Sygnały o większej szerokości pasma zostaną zniekształcone podczas przechodzenia, co może być niezrozumiałe.

Wróćmy teraz do naszego przykładowego sygnału __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Gdybyśmy przeprowadzili na nim analizę Fouriera, odkrylibyśmy, że zwiększenie szybkości transmisji danych (poprzez skrócenie bitów i zbliżenie ich do siebie) zwiększa przepustowość sygnału . Wzrost byłby liniowy, więc dwukrotny wzrost szybkości bitów będzie oznaczał dwukrotny wzrost przepustowości.

Dokładna zależność między przepływnością a przepustowością zależy od wysyłanych danych, a także od zastosowanej modulacji (takiej jak NRZ , QAM , Manchseter i inne). Klasyczny sposób, w jaki ludzie rysują bity: __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾tak wygląda NRZ , ale inne techniki modulacji będą kodować zera i jedynki w różnych kształtach, wpływając na ich przepustowość.

Ponieważ dokładna szerokość pasma sygnału binarnego zależy od kilku czynników, warto przyjrzeć się teoretycznej górnej granicy dowolnego sygnału danych w danym kanale. Ta górna granica wynika z twierdzenia Shannona – Hartleya :

C to pojemność kanału w bitach na sekundę;

B to przepustowość kanału w hercach (przepustowość pasma w przypadku modulowanego sygnału)

S to średnia moc odbieranego sygnału w paśmie (w przypadku sygnału modulowanego, często oznaczanego jako C, tj. Modulowana nośna), mierzona w watach (lub woltach do kwadratu)

N jest średnią mocą szumu lub zakłóceń w paśmie, mierzoną w watach (lub woltach do kwadratu)

S / N to stosunek sygnału do szumu (SNR) lub stosunek nośnej do szumu (CNR) sygnału komunikacyjnego do zakłóceń gaussowskich wyrażony jako liniowy stosunek mocy (nie jako logarytmiczne decybele).

Należy jednak zauważyć, że twierdzenie Shannona-Hartleya zakłada określony rodzaj szumu - addytywny biały szum Gaussa . Górna granica będzie niższa dla innych, bardziej złożonych rodzajów hałasu.

Pozwól, że udzielę praktycznej odpowiedzi inżynierii sieci w praktyce. Oto zależność przepustowości i częstotliwości: wyższa przepustowość, wyższa częstotliwość. Gotowy.

Nie, poważnie, koniec pytania i odpowiedzi. Gotowe, przejdź do warstwy 2.

Nie chcę być niegrzeczny ani mądry. Twoje pytanie zagłębiło się zbytnio w aspekt inżynierii elektrycznej warstwy fizycznej, aby dotyczyć tak zwanej inżynierii sieci. To, o co pytasz, jest o wiele bardziej odpowiednie dla telekomunikacji, elektrotechniki, a nawet informatyki niż inżynieria sieci we wszystkim oprócz ścisłego, najbardziej dosłownego sensu. Nie dotyczy to również nikogo, ale wyjątkowo wyspecjalizowanego personelu opracowującego sprzęt lub protokoły implementowane przez sprzęt. Byłbym bardzo zaskoczony, gdyby większość CCIE mogła odpowiedzieć na to pytanie w stopniu, w jakim zrobił to Mike Pennington ... i wcale nie byłbym zaskoczony, gdyby nie wiedzieli wystarczająco dużo, aby zadać oryginalne pytanie z taką samą głębią jak ty!

Powiem inaczej: jeśli studiujesz inżynierię sieci w tradycyjnym sensie, opanowałeś Warstwę 1 daleko poza (och daleko dalej), co jest wymagane, a nawet przydatne w normalnej karierze inżyniera sieci. Jesteś dobry, idź dalej, jest o wiele więcej do nauczenia.