Предельно достижимая скорость одноканальной передачи данных
Оценка предельно достижимой скорости одноканальной передачи данных на основе соотношения Найквиста. Анализ определения максимальной скорости передачи данных для канала с шумом теоремой Шеннона-Хартли. Проведение исследования скорости света в вакууме.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.02.2019 |
| Размер файла | 14,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ПРЕДЕЛЬНО ДОСТИЖИМАЯ СКОРОСТЬ ОДНОКАНАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Сучилин Владимир Александрович
На протяжении последних лет скорость передачи данных непрерывно возрастает [1], что приводит к вопросу о предельно достижимой скорости передачи данных. Максимальная скорость передачи данных для канала с шумом в общем случае определяется теоремой Шеннона-Хартли [2, стр. 50]:
С = B log2(1+S/N)
где
B - ширина полосы пропускания
S/N - отношение сигнал/шум.
Из этого следует, что при той ширине полосы пропускания скорость передачи данных возрастает по мере увеличения отношения сигнала/шума и, в том числе, за счет уменьшения мощности шума. Поэтому в идеальном случае в качестве основы для определения предельной скорости передачи данных, можно взять канал без шума. При этом максимальная скорость передачи данных задается соотношением Найквиста [2, стр. 189]:
V = 2 F log2 M
где
F - частота Найквиста
M - количество различимых состояний элемента данных.
Для увеличения скорости V в (2), очевидно, существуют две возможности: повышение частоты Найквиста (что эквивалентно расширению полосы пропускания в (1)), с одной стороны, и увеличение количества различимых состояний элемента данных, с другой. Обе эти возможности рассматриваются ниже. одноканальный данный шум свет
Поскольку физическим носителем данных, как правило, является электромагнитный сигнал, передаваемый в существующей окружающей среде, его частотный диапазон, должен быть ограничен, по крайней мере, экологическими требованиями. Дело в том, что электромагнитное излучение за пределами частотного диапазон видимого света (ультрафиолетовое, рентгеновское и т.д.), приводит к нежелательному воздействию на биосферу [3, стр. 35] и поэтому не используется для передачи информации. Таким образом, при реализации предельно достижимой скорости передачи данных следует ограничиться диапазоном частот видимого света, где наибольшее значение частоты Найквиста соответствует наименьшей длине волны видимого света и равно лмин =400 нм [4, стр. 6].
В то же время, в оптическом диапазоне частот квантование сигнала осуществляется на основе совокупности интерференционных линий, где расстояние между соседними линиями соразмерно с длиной волны. При этом количество различимых состояний элемента данных М обратно пропорционально квадрату длины волны л с коэффициентом пропорциональности, практически равным единице [5, стр. 83]. Отсюда следует, что максимальное количество M различимых состояний элемента данных в (2) должно определяться как наибольшее целое, меньшее л-2.
Как известно [6, стр. 16], частота электромагнитного колебания связана с его длиной волны соотношением
F = c / л
где c - скорость света.
С учетом (3) и принятых выше допущений равенство (2) принимает вид:
V = 2 с л-1 log2 [л-2]
Поскольку скорость света в вакууме является фундаментальной физической константой [7 , стр. 381--383], то максимальная скорость передачи в (4) теперь зависит лишь от длины волны. Подстановка в (4) значений скорости света в вакууме c = 2,99792458·108 м/сек и длины волны лмин = 0,4·10-6 м, соответствующей частоте Найквиста в оптическом диапазоне, позволяет получить оценку для предельно достижимой одноканальной скорости передачи данных в виде:
Vп = 63,72332711·1015 ? 64 Петабит/сек
Заметим, что полученная оценка соответствует случаю одноканальной передачи электромагнитного сигнала в вакууме. По аналогии, подобную оценку можно получить и для других сред. Однако, поскольку скорость света в любой другой среде меньше, чем в вакууме, то это влечет за собой уменьшение скорости передачи. Таким образом, (5) определяет предельно достижимую скорость одноканальной передачи данных. Дальнейшее увеличение скорости передачи данных может быть достигнуто уже только на пути мультиплексирования и спектрального уплотнения [8].
Библиографический список
1. Abbot, Bickham et al. “Fibers for Short-Distance Applications”, in Optical Fiber Telecommunications VIA (Chapter 7). N.Y.: Elsevier, 2013.
2. Бриллоуин, Леон. Наука и теория информации (пер. с англ.). М.: Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1960.
3. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек (3-е изд., испр. и доп.) М.: Фаир-Пресс, 2005.
4. Алешкевич В. А. Курс общей физики. Оптика. М.: Физматлит, 2011.
5. Ambs Pierre, Beyette Fred R. Wave Optics and Photonic Devices for Optical Information Processing (Proceedings of SPIE) SPIE Press; November, 2003.
6. Томаси Уэйн. Электронные системы связи (пер. с англ.). М.: Литрес, 2017.
7. Фундаментальные физические константы // Физическая энциклопедия, т. 5. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
8. Фриман, Роджер Л. Фриман. Волоконно-оптические системы связи (пер. с англ. 4-е изд. доп.) - М.: Техносфера, 2007.
Аннотация
Предложена оценка предельно достижимой скорости одноканальной передачи данных на основе соотношения Найквиста.
Ключевые слова: одноканальная передача, оптический диапазон, петабит, предельно достижимая скорость, скорость передачи данных
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структурная схема одноканальной системы передачи дискретных сообщений. Выбор оптимального типа кодирования. Код Хаффмана. Минимальная длина кодовой комбинации равномерного кода. Энтропия источника сообщений. Расчет информационной скорости на выходе.
курсовая работа [110,9 K], добавлен 08.11.2012Виды факторов, влияющих на качество связи. Затухание и искажения сигнала. Атмосферные шумы. Гауссовский "белый" шум. Вероятность битовой ошибки. Полоса пропускания канала и емкость канала. Теорема Шеннона-Хартли. Скорость передачи и величина задержки.
презентация [123,8 K], добавлен 29.01.2015Определение затухания (ослабления), дисперсии, полосы пропускания, максимальной скорости передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе. Построение зависимости выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока.
контрольная работа [352,3 K], добавлен 21.06.2010Тенденции развития радиоканальных систем безопасности. Использование беспроводных каналов в системах охраны. Описание существующей системы защиты предприятия. Исследование скорости передачи данных, способности канала GSM. Анализ помехоустойчивости канала.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 05.11.2016Типы линий связи и способы физического кодирования. Модель системы передачи информации. Помехи и искажения в каналах связи. Связь между скоростью передачи данных и шириной полосы. Расчет пропускной способности канала с помощью формул Шеннона и Найквиста.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.11.2013Структурная схема устройства передачи данных и команд. Принцип действия датчика температуры. Преобразование сигналов, поступающих с четырех каналов. Модель устройства передачи данных. Построение кода с удвоением. Формирование кодовых комбинаций.
курсовая работа [322,1 K], добавлен 28.01.2015Составление обобщенной структурной схемы передачи дискретных сообщений. Исследование тракта кодер-декодер источника и канала. Определение скорости модуляции, тактового интервала передачи одного бита и минимально необходимой полосы пропускания канала.
курсовая работа [685,0 K], добавлен 26.02.2012Модель частичного описания дискретного канала (модель Л. Пуртова). Определение параметров циклического кода и порождающего полинома. Построение кодирующего и декодирующего устройства. Расчет характеристик для основного и обходного канала передачи данных.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.03.2015Понятие цифрового интерактивного телевидения. Классификация интерактивного телевидения по архитектуре построения сети, по способу организации обратного канала, по скорости передачи данных, по степени интерактивности. Мировой рынок платного телевидения.
курсовая работа [276,4 K], добавлен 06.02.2015Патентно-аналитический обзор по датчикам измерения скорости, основания их классификации. Принцип действия и технические характеристики электромагнитных датчиков скорости. Использование эффекта Холла для конструирования датчика скорости автомобиля.
курсовая работа [607,5 K], добавлен 13.01.2015Разработка проекта объединения двух локальных сетей в корпоративную на основе цифровых технологий передачи данных. Характеристика производства и оборудования ADSL, HDSL и VDSL, их применение. Настройка сетевого соединения и безопасности ресурсов.
курсовая работа [930,3 K], добавлен 01.04.2011Исследование сущности и функций системы передачи дискретных сообщений. Расчет необходимой скорости и оценка достоверности их передачи. Выбор помехоустойчивого кода. Определение порождающего полинома. Оптимизация структуры резерва дискретных сообщений.
курсовая работа [213,8 K], добавлен 14.01.2013Технические особенности оптического волокна как совершенной физической среды для передачи информации. Структурная схема передачи данных по оптическим кабелям. Планарный световод как основа модуляторов, переключателей, дефлекторов света и микролазеров.
реферат [409,9 K], добавлен 10.06.2011Информационно-коммуникационные сети как техническая основа информационных технологий. Использование высокоскоростной микропроцессорной техники. Структурная схема системы передачи. Дискретизатор и модулятор. Определение скорости передачи кодовых символов.
курсовая работа [321,3 K], добавлен 19.08.2014Классификация линий передачи по назначению. Отличия цифровых каналов от прямопроводных соединений. Основные методы передачи данных в ЦПС. Ethernet для связи УВК с рабочими станциями ДСП и ШНЦ. Передача данных в системах МПЦ через общедоступные сети.
реферат [65,1 K], добавлен 30.12.2010Организация телефонной сети. Услуги цифрового доступа. Система передачи данных, обеспечивающая полнодуплексный цифровой синхронный обмен данными. Служба передачи цифровых данных. Основные стандарты цифровых систем. Уровни мультиплексирования Т-системы.
презентация [674,7 K], добавлен 28.01.2015Функции основных блоков структурной схемы системы передачи дискретных сообщений. Определение скорости передачи информации по разным каналам. Принципы действия устройств синхронизации, особенности кодирования. Классификация систем с обратной связью.
курсовая работа [478,7 K], добавлен 13.02.2012Архитектура вычислительных сетей, их классификация, топология и принципы построения. Передача данных в сети, коллизии и способы их разрешения. Протоколы TCP-IP. OSI, DNS, NetBios. Аппаратное обеспечение для передачи данных. Система доменных имён DNS.
реферат [1,1 M], добавлен 03.11.2010Выбор метода модуляции, разработка схемы модулятора и демодулятора для передачи данных по каналу ТЧ. Расчет параметров устройства синхронизации. Методика коррекции фазо-частотной характеристики канала ТЧ. Кодирование и декодирование циклического кода.
курсовая работа [910,4 K], добавлен 22.10.2011Низкая скорость передачи данных - один из основных недостатков систем мобильной связи второго поколения. Пейджинг - технология поиска абонентов в сети при поступлении входящего соединения. Основные технические характеристики сетевого маршрутизатора.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 17.06.2017
