Сторінка 1

p align="justify"> Інформаційна швидкість вимірюється кількістю бітів інформації, переданих в одиницю часу. Саме бодова швидкість визначається смугою пропускання лінії. Якщо одна зміна значення дискретного сигналувідповідає кільком бітам, то інформаційна швидкість перевищує бодову. Наприклад, при числі градацій 16 та швидкості 1200 бод одному боду відповідає 4 біт/с та інформаційна швидкість становить 4800 біт/с. Зі зростанням довжини лінії зв'язку збільшується згасання сигналу і, отже, зменшуються смуга пропускання та інформаційна швидкість.

При інформаційній швидкості R біт/с число біт, які треба зрадити за час Т, дорівнює RT. Кодування збільшує число до RT I Rc біт, де Rc - швидкість коду.

У загальному випадку інформаційна швидкість не збігається з технічною і може бути як більшою, так і меншою за її.

Тепер припустимо, що інформаційна швидкість на вході кодера дорівнює R біт / с і кодуємо блоки з k біт на певному часовому інтервалі Т за допомогою одного з М сигналів. Отже, k - RT і потрібно М 2: 2 сигналів.

Система TATS була спроектована для інформаційної швидкості передачі 75 та 2400 біт/с.

Вибір каналів зв'язку залежить від швидкості передачі. Якщо швидкість передачі у напрямку зв'язку менше 50 бод/с, слід застосовувати телеграфний канал зв'язку; якщо швидкість 50 – 600 бод/с – телефонний або кілька паралельних телеграфних каналів; якщо швидкість 600 – 1200 – бод/с – телефонний канал зв'язку, а якщо швидкість понад 1200 бод/с – кілька паралельних телефонних каналів.

Цікаво порівняти FDMA, ТОМА і CDMA за інформаційною швидкістю, яку кожен із методів множинного доступу досягає в ідеальному каналі зі смугою частот W та АБГШ. Порівняємо пропускну здатність До користувачів, де кожен користувач має середню потужність Р – Р для всіх 1/К.

Згідно з рекомендаціями Міжнародного консультативного комітету з телеграфії та телефонії, максимальна інформаційна швидкість передачі становить: для робочих каналів – 1200 – 2400 біт/сек.

Чому спосіб кодування 4b/5b або 8b/l 0b дозволяє збільшити інформаційну швидкість передачі даних.

У зв'язку з появою та швидким розвиткомтеорії інформації та її численних додатків виникла потреба у широкому застосуванні поняття інформаційної швидкості передачі. Під цією швидкістю розуміють кількість інформації, що надійшла лінії зв'язку від джерела інформації до одержувача за одну секунду. Інформаційна швидкість вимірюється числом двійкових одиниць (біт) за секунду. Вона залежить від ряду факторів: технічної швидкості передачі, статистичних властивостей джерела, типу каналу зв'язку, сигналів і перешкод, що застосовуються в цьому каналі.

Широкосмугові сигнали (сигнали з розсіяним спектром), що використовуються для передачі цифрової інформації, відрізняються тим, що їх смуга частот W набагато більша, ніж інформаційна швидкість R біт/с. Це означає, що показник розширення спектра W / R l для широкосмугових сигналів набагато більше одиниці.

Але механізованому способу збору та реєстрації інформації притаманний ряд недоліків: малий обсяг інформації, який можна записати на дуаль-карті, необхідність дбайливого поводження з нею (плями, згини не допускаються); мала інформаційна швидкість зчитування з дуаль-карти, що значно знижує ефективність використання при обробці великих масивів техніко-економічної інформації.

Що ж таке швидкість інтернетуі в яких одиницях виміру вимірюється швидкість інтернет з'єднання: біти чи може бути байти?

Швидкість інтернету є максимальною кількістю даних, прийнятих персональним комп'ютером(ПК) або переданих до мережі за певну одиницю часу. Якщо подивитися на зміну швидкості передачі даних, то найчастіше можна зустріти: у кілобітах/секунду (Кб/сек; Кбіт/сек), або мегабітах (Мб/сек; Мбіт/сек). Розмір файлів завжди вказується в байтах, Кбайтах, Мбайтах і Гбайтах.

Всі ми знаємо, що 1 байт - це 8 біт, Якщо швидкість Вашого інтернет з'єднання дорівнює 100 Мбіт/сек, то виходячи з розрахунків (100/8=12.5), можна зробити висновок, що комп'ютер за одну секунду може передати або прийняти не більше 12.5 Мбайт інформації. Якщо розмір файлу, який Ви хочете завантажити, дорівнює 1.5 Гбайт, то на процес завантаження Ви витратите не більше двох хвилин.

Від чого все-таки залежить швидкість інтернет з'єднання?

Насамперед швидкість інтернет-з'єднання залежить від Вашого тарифного плану, який Вам встановив інтернет-провайдер. Також на швидкість впливає технологія каналу передачі інформації та завантаженість Мережі іншими користувачами. Якщо обмежити загальну пропускну можливість каналу, тоді чим більше користувачів перебуває у Мережі і що більше вони завантажують файлів та інформації, то більше падає швидкість з'єднання, оскільки залишається менше " вільного місця " в Мережі.

По-друге, є залежність від швидкості завантаження сайтів на яких Ви знаходитесь. Наприклад, якщо на момент завантаження сервер може віддавати користувачеві дані зі швидкістю не менше 10 Мбіт/сек, то навіть якщо Ви підключені до максимального тарифному плану, Більше Ви можете не чекати.

Чинники, які впливають на швидкість інтернету:

1. Під час перевірки, швидкість сервера, до якого ви звертаєтесь.

2. Швидкість та налаштування Вашого Wi-Fi роутера.

3. Усі програми та програми, що працюють на комп'ютері, в момент перевірки.

4. Також брандмауери та антивіруси, що працюють у фоновому режимі.

5. Налаштування Вашої операційної системи(ОС) та самого комп'ютера.

Як можна збільшити швидкість Вашого інтернет-з'єднання?

1. Шкідливе чи небажане програмне забезпечення, воно може вплинути насамперед на зниження швидкості інтернет з'єднання.

2. Віруси, черв'яки та троянські програми, які випадково потрапили до Вашого комп'ютера, можуть забирати частину пропускної можливості каналу. Для вирішення цієї проблеми необхідно використати антивірусні програми, які боротимуться із зараженням Вашого ПК.

3. Коли Ви використовуєте Wi-Fi який не захищений паролем, Ви теж наражаєте себе на ризик, оскільки до нього зазвичай підключаються інші користувачі. Тому на Wi-Fi необхідно встановлювати пароль.

4. Також знижують швидкість інтернет з'єднання паралельно працюючі програми, тому що вони призводять до збільшення навантаження процесора, тому швидкість різко знижується.

Деякі дії здатні збільшити швидкість інтернетз'єднання, наприклад:

1. Збільшення пропускної швидкості порту. Це в тому випадку, якщо у Вас підключено високе інтернет з'єднання, а швидкість різко впала. Зайдіть в меню "Пуск", далі "Панель управління" потім в "Система" і в розділ "Обладнання", після цього клацніть по "Диспетчеру пристроїв". Знаходьте "Порти (COM або LPT)", потім розгортаєте їх вміст і шукаєте "Послідовний порт (СОМ 1)". Після цього потрібно клікнути правою кнопкоюмиші та відкрити "Властивості". Після цього відкриється вікно, у якому потрібно перейти до графи "Параметри порту". Після того як відкрилося вікно, натискаємо параметр "Швидкість" (біт за секунду) і натискаємо на цифру 115200 - далі ОК! Після всіх цих дій пропускну швидкість порту збільшено. Оскільки за мовчанням встановлена ​​швидкість – 9600 біт/сек.

2. Також для збільшення швидкості можна спробувати вимкнути планувальник QoS. Для цього необхідно запустити утиліту gpedit.msc. У "Пусці" здійснити пошук - gpedit.msc. Далі потрібно натиснути "Конфігурація комп'ютера" після "Адміністративні шаблони". Потім зайти до "Мережі", далі "Планувальник пакетів QoS". Далі потрібно "Обмежити резервовану пропускну спроможність" потім "Включити" і виставити 0%. Натискаємо "Застосувати" та перезавантажуємо комп'ютер.

3.Перезавантажте маршрутизатор. Перезапуск модему або маршрутизатора допоможе вирішити багато проблем зі з'єднанням. Вимкніть, зачекайте 30 секунд і знову увімкніть його.

Ось ці дії, в деяких випадках, допоможуть збільшити швидкість.

Об `єм текстового файлу

Кодування інформації у ПК полягає в тому, що кожному символу ставиться у відповідність унікальний двійковий код. Таким чином, людина розрізняє символи за їх накресленнями, а комп'ютер - за кодами.

КОІ-8: 1 символ - 1 байт = 8 біт

UNICODE: 1 символ - 2 байти = 16 біт

ЗАВДАННЯ 1. Вважаючи, що кожен символ кодується одним байтом, оцініть інформаційний обсягповідомлення:

РІШЕННЯ: Вважаємо кількість символів у повідомленні з урахуванням пробілів та розділових знаків. Отримуємо N =35. Т.к. один символ кодується 1 байтом, все повідомлення буде займати в пам'яті комп'ютера 35 байт.

ЗАВДАННЯ 2. Оцінити інформаційний обсягповідомлення в Unicode : Без праці не витягнеш рибку зі ставка!

РІШЕННЯ:Кількість символів у повідомленні 35. Т.к.в Unicodeодин символ кодується 2 байтами, все повідомлення буде займати в пам'яті комп'ютера 70 байт.

ЗАВДАННЯ 3. Визначити інформаційний обсягкниги (у Мбайтах) підготовленої на комп'ютері, що складається з 150 сторінок (кожна сторінка містить 40 рядків, 60 символів у кожному рядку).

РІШЕННЯ:

1) Підрахуємо кількість символів у книзі 40 * 60 * 150 = 360 000

2) Інформаційний обсяг книги складе 360 000*1байт = 360 байт

3) Переведемо в задані одиниці 360 000 байт/1024 = 351,5625 Кбайт/ 1024 = 0,34332275 Мбайт

Довжина фрази становить приблизно 40 символів. СлідчийПроте, її обсяг можна приблизно оцінити в 40 х 2 = 80 байт. Такого варіанта відповіді немає, спробуємо перевести результат у біти: 80 байт х 8 = 640 біт. Найбільш близьке значення з передкладених - 592 біти. Зауважимо, що різниця між 640 та 592 складає всього 48/16 = 3 символи в заданому кодуванні та йогоможна вважати несуттєвим у порівнянні з довжиною рядка.

З примітка: Підрахунком символів у рядку можна переконатися, що їх рівно 37 (включаючи точку та пробіли), тому оцінка 592 біта = 74 байти, що відповідає рівно 37 символів у двобайтовому кодуванні, є точною.

Алфавіт– це набір літер, розділових знаків, цифр, пробіл тощо.

Повна кількість символів в алфавіті називають потужністю алфавіту

ЗАВДАННЯ 4. Два тексти містять однакову кількість символів. Перший текст складено в алфавіті потужністю 16 символів. Другий текст алфавіту потужністю 256 символів. У скільки разів кількість інформації у другому тексті більша, ніж у першому?

РІШЕННЯ: Якщо перший текст складено в алфавіті потужністю (К) 16 символів, то кількість інформації, що несе 1 символ (1) у цьому тексті, можна визначити із співвідношення: N = 2", таким чином, з 16 = 2" отримаємо 1 = 4 біта. Потужність другого алфавіту - 256 символів, з 256 = 2" отримаємо 1 = 8 біт. Оскільки обидва тексти містять однакову кількість символів, кількість інформації у другому тексті більша, ніж у першому, в 2 рази.

Швидкість передачі

Швидкість передачі даних каналами зв'язку обмежена пропускною здатністю каналу. Пропускна здатність каналу зв'язку змінюється як і швидкість передачі в біт/сек (або кратністю цієї величини Кбіт/с, Мбіт/с, байт/с, Кбайт/с, Мбайт/с).
Для обчислення обсягу інформації V переданої каналом зв'язку з пропускною здатністю а за час t використовують формулу:

V = а * t

ЗАВДАННЯ 1.Через ADSL - з'єднання файлу розміром 1000 Кбайт передавався 32 с. Скільки секунд потрібно для передачі файлу розміром 625 Кбайт.

РІШЕННЯ:Знайдемо швидкість ADSL з'єднання: 1000 Кбайт/32 с. = 8000 Кбіт/32 с. = 250 Кбіт/с.
Знайдемо час передачі файлу об'ємом 625 Кбайт: 625 Кбайт / 250 Кбіт/с = 5000 Кбіт / 250 Кбіт/с. = 20 секунд.

При вирішенні завдань на визначенні швидкості та часу передачі даних виникає труднощі з великими числами(Приклад 3 Мб/с = 25 165 824 біт/с), тому простіше працювати зі ступенями двійки (приклад 3 Мб/с = 3 * 2 10 * 2 10 * 2 3 = 3 * 2 23 біти/с).

n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2 n	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024

ЗАВДАННЯ 2 . Швидкість передачі даних через ADSL - з'єднання дорівнює 512 000 біт/c. Передача файлу через з'єднання зайняла 1 хвилину. Визначити розмір файлу у кілобайтах.

РІШЕННЯ:Час передачі файлу: 1 хв = 60 с = 4 * 15 с = 2 2 * 15 с
Швидкість передачі файлу: 512000 біт/c = 512*1000 біт/с = 2 9*125*8 біт/с (1 байт =8 біт)

2 9 * 125 байт/с = 2 9 * 125 біт/с / 2 10 = 125 / 2 Кб/с

Щоб знайти час обсяг файлу, потрібно помножити час передачі швидкість передачі:

(2 2 * 15 с) * 125 / 2 Кб / с = 2 * 15 * 125 Кб = 3750 Кб

З часом технічного прогресу розширилися і можливості інтернету. Однак для того, щоб користувач міг ними скористатися повною мірою, необхідне стабільне та високошвидкісне з'єднання. Насамперед воно залежить від пропускної спроможності каналів зв'язку. Тому необхідно з'ясувати, як виміряти швидкість передачі даних та які фактори на неї впливають.

Що таке пропускна спроможність каналів зв'язку?

Для того щоб ознайомитися і зрозуміти новий термін, потрібно знати, що є каналом зв'язку. Якщо казати простою мовою, канали зв'язку - це пристрої та засоби, завдяки яким здійснюється передача на відстані. Наприклад, зв'язок між комп'ютерами здійснюється завдяки оптоволоконним та кабельним мережам. Крім того, поширений спосіб зв'язку по радіоканалу (комп'ютер, підключений до модему або мережі Wi-Fi).

А пропускною здатністю називають максимальну швидкість передачі інформації за одну певну одиницю часу.

Зазвичай для позначення пропускної спроможності використовують такі одиниці:

Вимірювання пропускної спроможності

Вимірювання пропускної спроможності - досить важлива операція. Вона здійснюється для того, щоб дізнатись точну швидкість інтернет-з'єднання. Вимір можна здійснити за допомогою наступних дій:

• Найбільш просте - завантаження об'ємного файлу та відправлення його на інший кінець. Недоліком є ​​те, що неможливо визначити точність виміру.
• Окрім того, можна скористатися ресурсом speedtest.net. Сервіс дозволяє виміряти ширину інтернет-каналу, що «веде» до сервера. Однак для цілісного виміру цей спосіб також не підходить, сервіс дає дані про всю лінію до сервера, а не про конкретний канал зв'язку. Крім того, об'єкт, що піддається вимірюванню, не має виходу в глобальну мережу Інтернет.
• Оптимальним рішенням для виміру стане клієнт-серверна утиліта Iperf. Вона дозволяє виміряти час, кількість переданих даних. Після завершення операції програма надає користувачеві звіт.

Завдяки перерахованим вище способам, можна без особливих проблем виміряти реальну швидкість інтернет-з'єднання. Якщо показання не задовольняють поточні потреби, можливо, потрібно задуматися про зміну провайдера.

Розрахунок пропускної спроможності

Для того щоб знайти та розрахувати пропускну здатність лінії зв'язку, необхідно скористатися теоремою Шеннона-Хартлі. Вона говорить: знайти пропускну здатність каналу (лінії) зв'язку можна, розрахувавши взаємний зв'язок між потенційною пропускною здатністю, а також смугою пропускання лінії зв'язку. Формула для розрахунку пропускної спроможності виглядає так:

I=Glog 2 (1+A s /A n).

У цій формулі кожен елемент має своє значення:

• I- Позначає параметр максимальної пропускної спроможності.
• G- Параметр ширини смуги, призначеної для пропускання сигналу.
• A s/ A n- Співвідношення шуму та сигналу.

Теорема Шеннона-Хартлі дозволяє сказати, що для зменшення зовнішніх шумів або збільшення сили сигналу найкраще використовувати широкий кабель для передачі даних.

Способи передачі сигналу

На сьогоднішній день існує три основні способи передачі сигналу між комп'ютерами:

• Передача радіомережами.
• Передача даних кабелем.
• Передача даних через оптоволоконні з'єднання.

Кожен із цих способів має індивідуальні характеристики каналів зв'язку, про які піде нижче.

До переваг передачі інформації через радіоканали можна віднести: універсальність використання, простоту монтажу та налаштування такого обладнання. Як правило, для отримання та способом використовується радіопередавач. Він може бути модемом для комп'ютера або Wi-Fi адаптер.

Недоліками такого способу передачі можна назвати нестабільну та порівняно низьку швидкість, більшу залежність від наявності радіовеж, а також дорожнечу використання ( мобільний інтернетмайже вдвічі дорожче «стаціонарного»).

Плюсами передачі даних по кабелю є: надійність, простота експлуатації та обслуговування. Інформація передається за допомогою електричного струму. Умовно кажучи, струм під певною напругою переміщається з пункту А пункт Б. А потім перетворюється на інформацію. Проводи відмінно витримують перепади температур, згинання та механічну дію. До мінусів можна віднести нестабільну швидкість, а також погіршення з'єднання через дощ чи грозу.

Мабуть, найдосконалішою на даний момент технологією передачі даних є використання оптоволоконного кабелю. У конструкції каналів зв'язку мережі каналів зв'язку застосовуються мільйони найдрібніших скляних трубок. А сигнал, що передається по них, є світловим імпульсом. Так як швидкість світла в кілька разів вища за швидкість струму, дана технологіядозволила кілька сотень разів прискорити інтернет-з'єднання.

До недоліків можна віднести крихкість оптоволоконних кабелів. По-перше, вони не витримують механічні пошкодження: трубки, що розбилися, не можуть пропускати через себе світловий сигнал, також різкі перепади температур призводять до їх розтріскування. Ну а підвищене радіаційне тло робить трубки каламутними - через це сигнал може погіршуватися. Крім того, оптоволоконний кабель важко відновити у разі розриву, тому доводиться його повністю змінювати.

Вищесказане наводить на думку про те, що з часом канали зв'язку та мережі каналів зв'язку вдосконалюються, що призводить до збільшення швидкості передачі даних.

Середня пропускна спроможність ліній зв'язку

Зі сказаного вище можна зробити висновок про те, що канали зв'язку різні за своїми властивостями, які впливають на швидкість передачі інформації. Як говорилося раніше, канали зв'язку можуть бути провідними, бездротовими та заснованими на використанні оптоволоконних кабелів. Останній тип створення мереж передачі найбільш ефективний. І його середня пропускна спроможність каналу зв'язку – 100 мбіт/c.

Що таке біт? Як вимірюється швидкість у бітах?

Бітова швидкість – показник вимірювання швидкості з'єднання. Розраховується у бітах, найдрібніших одиницях зберігання інформації, на 1 секунду. Вона була властива каналам зв'язку в епоху раннього розвитку інтернету: на той момент у глобальному павутинні в основному передавалися текстові файли.

Наразі базовою одиницею виміру визнається 1 байт. Він, своєю чергою, дорівнює 8 бітам. Користувачі-початківці дуже часто роблять грубу помилку: плутають кілобіти і кілобайти. Звідси виникає і здивування, коли канал із пропускною здатністю 512 кбіт/с не виправдовує очікувань і видає швидкість лише 64 КБ/с. Щоб не плутати, потрібно запам'ятати, що якщо для позначення швидкості використовуються біти, запис буде зроблено без скорочень: біт/с, кбіт/с, kbit/s або kbps.

Чинники, що впливають на швидкість інтернету

Як відомо, від пропускної спроможності каналу зв'язку залежить кінцева швидкість інтернету. Також на швидкість передачі інформації впливають:

• Способи з'єднання.

Радіохвилі, кабелі та оптоволоконні кабелі. Про властивості, переваги та недоліки цих способів з'єднання говорилося вище.

• Завантаженість серверів.

Чим більше завантажений сервер, тим повільніше він приймає чи передає файли та сигнали.

• Зовнішні перешкоди.

Найбільш сильно перешкоди впливають на з'єднання, створене за допомогою радіохвиль. Це викликано стільниковими телефонами, радіоприймачами та іншими приймачами та передавачами радіосигналу.

• Стан мережевого обладнання.

Безумовно, способи з'єднання, стан серверів та наявність перешкод відіграють важливу роль у забезпеченні швидкісного Інтернету. Однак навіть якщо перераховані вище показники в нормі, а інтернет має низьку швидкість, то справа ховається в мережевому обладнанні комп'ютера. Сучасні мережеві картиздатні підтримувати інтернет-з'єднання зі швидкістю до 100 Мбіт на секунду. Раніше картимогли максимально забезпечувати пропускну здатність 30 і 50 Мбіт на секунду відповідно.

Як збільшити швидкість Інтернету?

Як було сказано раніше, пропускна здатність каналу зв'язку залежить від багатьох факторів: способу з'єднання, працездатності сервера, шумів і перешкод, а також стану мережного обладнання. Для збільшення швидкості з'єднання в побутових умовах можна замінити мережне обладнання більш досконале, а також перейти на інший спосіб з'єднання (з радіохвиль на кабель або оптоволокно).

На закінчення

Як підбиття підсумків варто сказати про те, що пропускна спроможність каналу зв'язку і швидкість інтернету - це не те саме. Для розрахунку першої величини потрібно скористатися законом Шеннона-Хартлі. Згідно з ним, шуми можна зменшити, а також збільшити силу сигналу за допомогою заміни каналу передачі на ширший.

Збільшення швидкості інтернет-з'єднання також можливе. Але воно здійснюється шляхом зміни провайдера, заміни способу підключення, удосконалення мережного обладнання, а також огородження пристроїв для передачі та прийому інформації від джерел, що викликають перешкоди.

Загальна інформація

Найчастіше у мережах інформація передається послідовно. Біти даних по черзі передаються каналом зв'язку, кабельному або бездротовому. На малюнку 1 зображено послідовність біт, що передається комп'ютером або будь-який інший цифровою схемою. Такий сигнал даних часто називають вихідним. Дані представлені двома рівнями напруги, наприклад, логічній одиниці відповідає напруга +3, а логічному нулю - +0.2 В. Можуть використовуватися і інші рівні. У форматі коду без повернення до нуля (NRZ) (Малюнок 1) сигнал не повертається до нейтрального положення після кожного біта, на відміну від формату з поверненням до нуля (RZ).

Бітрейт

Швидкість передачі R виражається в бітах в секунду (біт/с або bps). Швидкість є функцією тривалості існування біта або часу біта (T B) (Малюнок 1):

Цю швидкість називають також шириною каналу і позначають буквою C. Якщо час біта дорівнює 10 нс, швидкість передачі даних визначиться як

R = 1/10 × 10 - 9 = 100 млн. біт/с

Зазвичай записується як 100 Мб/с.

Службові біти

Бітрейт зазвичай характеризує фактичну швидкість передачі даних. Однак у більшості послідовних протоколів дані є лише частиною більш складного кадру або пакета, що включає біти адреси джерела, адреси одержувача, виявлення помилок і корекції коду, а також іншу інформацію або біти управління. У кадрі протоколу дані називаються корисною інформацією (payload). Біти, які є даними, називаються службовими (overhead). Іноді кількість службових біт може бути суттєвою - від 20% до 50%, залежно від загальної кількості корисних біт, що передаються каналом.

Наприклад, кадр протоколу Ethernet, залежно кількості корисних даних, може мати до 1542 байт чи октетів. Корисні дані можуть бути від 42 до 1500 октетів. При максимальній кількості корисних службових октетів буде тільки 42/1542, або 2.7%. Їх було б більше, якби корисних байт було б менше. Це співвідношення, відоме також під назвою ефективність протоколу, зазвичай виражають у відсотках кількості корисних даних від максимального розміру кадру:

Ефективність протоколу = кількість корисних даних/розмір кадру = 1500/1542 = 0.9727 чи 97.3%

Як правило, щоб показати справжню швидкість передачі даних по мережі, фактична швидкість лінії збільшується на коефіцієнт, що залежить від кількості службової інформації. У One Gigabit Ethernet фактична швидкість лінії дорівнює 1.25 Гб/с, тоді як швидкість передачі корисних даних становить 1 Гб/с. Для 10-Gbit/s Ethernet ці величини рівні, відповідно, 10.3125 Гб/с та 10 Гб/с. При оцінці швидкості передачі даних через мережу також можуть використовуватися такі поняття, як пропускна здатність, швидкість передачі корисних даних або ефективна швидкість передачі даних.

Швидкість передачі в бодах

Термін «бод» походить від прізвища французького інженера Еміля Бодо (Emile Baudot), який винайшов 5-бітовий телетайпний код. Швидкість передачі в бодах виражає кількість змін сигналу чи символу за секунду. Символ - це одне з кількох змін напруги, частоти чи фази.

Двійковий формат NRZ має два представлені рівнями напруги символу, по одному на кожен 0 або 1. У цьому випадку швидкість передачі в бодах або швидкість передачі символів - те саме, що і бітрейт. Однак на інтервалі передачі можна мати більше двох символів, відповідно до кожного символу відводиться кілька біт. При цьому дані будь-якого каналу зв'язку можуть передаватися тільки за допомогою модуляції.

Коли засіб передачі неспроможна обробити вихідний сигнал, першому плані виходить модуляція. Звичайно, мова йдепро бездротових мережах. Вихідні двійкові сигнали не можуть передаватися безпосередньо, вони повинні переноситися на радіочастоту, що несе. У деяких протоколах кабельної передачі також застосовується модуляція, що дозволяє підвищити швидкість передачі. Це називається «широкополосною передачею».
Вище: модулюючий сигнал, вихідний сигнал

Використовуючи складові символи, у кожному можна передавати кілька біт. Наприклад, якщо швидкість передачі символів дорівнює 4800 бод і кожен символ складається з двох біт, повна швидкість передачі даних буде 9600 біт/с. Зазвичай кількість символів представляється будь-якою мірою числа 2. Якщо N - кількість біт у символі, кількість необхідних символів буде S = 2N. Таким чином, повна швидкість передачі даних:

R = швидкість у бодах × log 2 S = швидкість у бодах × 3.32 log 1 0 S

Якщо швидкість у бодах дорівнює 4800, і символ відводиться два біта, кількість символів 22 = 4.

Тоді бітрейт дорівнює:

R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600 біт/с

При одному символі на біт, як у випадку з бінарним форматом NRZ, швидкості передачі в бітах і бодах збігаються.

Багаторівнева модуляція

Високий бітрейт можна забезпечити багатьма способами модуляції. Наприклад, при частотній маніпуляції (FSK) у кожному символьному інтервалі для представлення логічних 0 та 1 зазвичай використовуються дві різні частоти. Тут швидкість передачі у бітах дорівнює швидкості передачі у бодах. Але якщо кожен символ становить два біти, то потрібні чотири частоти (4FSK). У 4FSK швидкість передачі у бітах вдвічі перевищує швидкість у бодах.

Ще одним поширеним прикладом є фазова маніпуляція (PSK). У двійковій PSK кожен символ є 0 або 1. Двійковому 0 відповідає 0°, а двійковій 1 - 180°. При одному биті на символ швидкість у бітах дорівнює швидкості бодах. Однак співвідношення числа біт та символів нескладно збільшити (див. таблицю 1).

Таблиця 1.	Двійкова фазова маніпуляція.
Біти Фазовий зсув (градусів)

Наприклад, у квадратурній PSK на один символ припадає два біти. При використанні такої структури і двох біт на бод швидкість передачі в бітах перевищує швидкість у бодах у два рази. При трьох бітах на один бод модуляція отримає позначення 8PSK, і вісім різних фазових зрушень будуть представляти три біти. А при 16PSK 16 фазових зрушень становлять 4 біти.

Однією з унікальних форм багаторівневої модуляції є квадратурна амплітудна модуляція(QAM). Для створення символів, що представляють безліч бітів, QAM використовує комбінацію різних рівнів амплітуд та зміщень фаз. Наприклад, 16QAM кодує чотири біти на символ. Символи є поєднанням різних рівнів амплітуди і фазових зрушень.

Для наочного відображення амплітуди і фази несучої кожного значення 4-битного коду використовується квадратурна діаграма, має також романтичну назву «сигнальне сузір'я» (Малюнок 2). Кожна точці відповідає певна амплітуда несучої та фазовий зсув. Загалом 16 символів кодуються чотирма бітами на символ, у результаті бітрейт перевищує швидкість передачі в бодах в 4 рази.

Чому кілька бітів на бод?

Передаючи більше одного біта на бод, можна відправляти дані з високою швидкістю по вужчому каналу. Слід нагадати, що максимально можлива швидкість передачі даних визначається пропускною здатністю каналу передачі.
Якщо розглянути найгірший варіант чергування нулів та одиниць у потоці даних, то максимальна теоретична швидкість передачі C у бітах для даної смуги пропускання B дорівнюватиме:

Або смуга пропускання при максимальній швидкості:

Для передачі сигналу зі швидкістю 1 Мб/с потрібно:

B = 1/2 = 0.5 МГц чи 500 кГц

При використанні багаторівневої модуляції з кількома бітами на символ максимальна теоретична швидкість передачі буде дорівнювати:

Тут N – кількість символів у символьному інтервалі:

log 2 N = 3.32 log10N

Смуга пропускання, потрібна для забезпечення бажаної швидкості при заданій кількості рівнів, обчислюється таким чином:

Наприклад, смуга пропускання, необхідна для досягнення швидкості передачі 1 Мб/с при двох бітах на один символ та чотирьох рівнях, може бути визначена як:

log 2 N = 3.32 log 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 МГц

Кількість символів, необхідних для отримання бажаної швидкості передачі даних у фіксованій смузі пропускання, може бути розрахована як:

3.32 log 10 N = C/2B

Log 10 N = C/2B = C/6.64B

N = log-1 (C/6.64B)

Використовуючи попередній приклад, кількість символів, необхідних передачі зі швидкістю 1 Мб/с каналом 250 кГц, визначиться так:

log 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60

N = log-1 (0.602) = 4 символи

Ці розрахунки припускають, що у каналі відсутні шуми. Для врахування шуму потрібно застосувати теорему Шеннона-Хартлі:

C = B log 2 (S/N + 1)

C -пропускна здатністьканалу в бітах за секунду,
В - смуга пропускання каналу в герцях,
S/N -відношення сигнал/шум.

У формі десяткового логарифму:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1)

Яка максимальна швидкість каналу 0.25 МГц із ставленням S/N рівним 30 дБ? 30 дБ переводиться в 1000. Отже, максимальна швидкість:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10 (1001) = 2.5 Мб/с

Теорема Шеннона-Хартлі не стверджує, що з досягнення цього теоретичного результату має застосовуватися багаторівнева модуляція. Використовуючи попередню процедуру, можна дізнатися, скільки біт потрібно на один символ:

log 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5

N = log-1 (1.5) = 32 символи

Використання 32 символів має на увазі п'ять біт на символ (25 = 32).

Приклади вимірювання швидкості передачі в бодах

Практично всі високошвидкісні з'єднання використовують будь-які форми широкосмугової передачі. У Wi-Fi у схемах модуляції з мультиплексуванням з ортогональним частотним поділом каналів (OFDM) застосовуються QPSK, 16QAM та 64QAM.

Те саме вірно для WiMAX і технології стільникового зв'язку Long-Term Evolution (LTE) 4G. Передачі сигналів аналогового та цифрового телебаченняу системах кабельного ТБ і високошвидкісного доступу до Інтернету заснована на 16QAM та 64QAM, у той час як у супутникового зв'язкувикористовують QPSK та різні версії QAM.

Для систем наземного мобільного радіозв'язку, що забезпечують громадську безпеку, нещодавно були прийняті стандарти модуляції мовної інформації та даних за допомогою 4FSK. Цей спосіб звуження смуги пропускання розроблений для скорочення смуги з 25 кГц на канал до 12.5 кГц, і, в кінцевому рахунку, до 6.25 кГц. В результаті в тому ж спектральному діапазоні можна розмістити більше каналівдля інших радіостанцій.

Телебачення високої чіткості США використовує метод модуляції, званий eight-level vestigial sideband (8-рівнева передача сигналів з частково придушеною бічною смугою), або 8VSB. У цьому методі приділяється три біти на символ при 8 рівнях амплітуди, що дозволяє передавати 10,800 тис. символів за секунду. При 3 бітах на символ повна швидкість дорівнюватиме 3 × 10,800,000 = 32.4 Мб/с. У поєднанні з методом VSB, який передає лише одну повну бічну смугу частот і частину іншої, відео- та аудіодані високої чіткості можуть передаватися телевізійним каналом шириною 6 МГц.