bithastighed og frekvens i datakommunikation

Lisa Bechtold

Berk-Tek Inc.

der har været uendelig forvirring om, hvad der definerer hastigheden i højhastighedsnetværk. Her vil vi forklare forskellen mellem Megaherts og megabits samt definere forholdet mellem de to.

bithastighed svarer ikke nødvendigvis til frekvens. De matcher tæt for nogle systemer; for andre, forskellen er stor. Hvad er så forholdet mellem frekvens, Herts, cykler og bits?

bit, eller binært ciffer, er det mindste stykke information, der kan behandles af en computer. I mange systemer, såsom den amerikanske standardkode til informationsudveksling, kan det tage 8 bits eller 1 byte at lave et tegn-et bogstav, tal eller symbol. En bit er enten en 1 eller 0, et “ja” eller “nej” eller en “til” eller “fra.”

frekvensen af en Signalspænding måles i cyklusser pr. En Herts er en komplet cyklus pr. Mens højere frekvens kan betyde et hurtigere system, er en sandere måling af kommunikationshastighed bithastighed.

de fleste datakommunikationssystemer opererer med millioner af cyklusser pr. I høje frekvenser, såsom værdier i MHS-området, måles den tid, cyklussen kræver, i minutfraktioner på et sekund.

hvis en signalcyklus bærer 1 bit information, svarer systemets frekvens (i Herts) til dens hastighed (i bits per sekund). Der er dog ingen grund til, at en enkelt cyklus ikke kan bære mere end 1 bit information. Derfor er det muligt at øge hastigheden på et system uden at ændre frekvensen. Med præmien placeret på hastighed i verden af datakommunikation, det er ikke overraskende, at der er udviklet flere kodningsordninger, der opnår netop det.

Kodningsordninger øger hastigheden

for eksempel bruger fiberdistribueret datagrænseflade ikke-tilbagevenden til nul, omvendt Digital kodningsskema. Denne ordning repræsenterer 1s og 0s i digital transmission ved hjælp af skiftende lave og høje spændinger. Enhver ændring i spænding repræsenterer en digital 1, og ingen ændring repræsenterer en digital 0.

fordi hver ændring genkendes af modtageren som en smule, ikke vende tilbage til nul, omvendt kan generere 2 bit pr.cyklus. I dette tilfælde er bithastigheden to gange den nominelle Signalfrekvens.

for at øge bithastigheden eller “hastigheden” af signalet i eksemplet ovenfor, bliver vi nødt til at øge frekvensen. Systemet sender stadig 2 bits pr. cyklus, men gør det i kortere cyklusser.

selvom dette kan synes at være en passende løsning i søgen efter højere kommunikationshastigheder, er der et problem. Forøgelse af transmissionsfrekvensen kan i høj grad hæve stråling eller elektromagnetiske interferensemissioner fra systemet, hvilket er i strid med Federal Communications Commission-reglerne. Kablet bliver effektivt en sender, der sender signaler i luften.

for at illustrere et eksempel på øget frekvens i en virkelig applikation tillader FDDI-standarden meget gentagne bitmønstre. Som vi allerede har set, repræsenterer ikke-tilbagevenden til nul, omvendt en logisk 1 som en ændring i spændingsniveauet. En lang streng på 1s ville derfor kræve en konstant ændring af spændingsniveauet. Fordi denne ændring har form af en sinusbølge, der bevæger sig fra positiv til negativ spænding og tilbage, følger det, at når hastigheden på spændingsniveauets veksling stiger, øges signalets frekvens også.

angivet på en anden måde kan signalfrekvensen variere i ethvert transmissionssystem afhængigt af indholdet af de oplysninger, der sendes til enhver tid. Toppe og lulls vil forekomme, hvor frekvensen af spændingen stiger og falder. Mennesker, der designer kodningsordninger og transmissionssystemer, skal være bekymrede over spidsfrekvenser. De skal også være bekymrede over, hvor meget af den energi, der bruges i ordningen, falder ved højere frekvenser på grund af de tidligere nævnte strålingsproblemer.

multilevel-kodning mere effektiv

Båndbreddeeffektive kodningsordninger er derefter designet til at transmittere flere informationsbits ved hjælp af lavere frekvenser. MLT-3 er for eksempel en ordning for 100 megabit per sekund FDDI over kobber. Det bruger en tærskelmetode på flere niveauer; tre niveauer af spændingsændring bruges snarere end de to niveauer, der bruges til ikke-tilbagevenden til nul, omvendt.

hvis den fiberbaserede ikke-tilbagevenden til nul, inverteret skema oversættes til MLT-3, der løber over uskærmet snoet par kobber, ændrer inverteret hver gang ikke-tilbagevenden til nul sit logiske niveau, MLT-3 skal gøre det samme. Brug af tre niveauer i stedet for to placerer imidlertid den maksimale grundfrekvens for MLT-3 ved halvdelen af ikke-tilbagevenden til nul, omvendt. Meget af det anvendte frekvensområde er mindre end 30 mm inden for den grænse, som FCC pålægger UTP-datatransmission. 100 Mbit/sek FDDI-signalet kører ved 31,25 MH over UTP. Et 155 Mbit/sek signal, som det, der foreslås til asynkron overførselstilstand, kan køre på mindre end 50 MHG.

flere båndbreddeeffektive kodningsordninger end MLT-3 er mulige og kan transmittere 9 eller 10 bit pr. Denne teknologi anvendes i avancerede modemer.

multilevel-kodningsordninger er i stand til at transmittere større informationspakker-det vil sige flere bits-i effektive mønstre ved lavere frekvenser end de mest almindeligt anvendte kodningsordninger tillader. Ikke-tilbagevenden til nul, omvendt kode blev beskrevet her, fordi den bruges i FDDI-transmission, og også fordi den giver et simpelt eksempel på, hvordan digital information kan oversættes til et signal til transmission.

de fleste af de kendte koder, der anvendes i dag, er ikke så effektive som ikke-tilbagevenden til nul, inverteret, som kun kan bruges til visse timing-tolerante applikationer. Differential Manchester-kodning, der bruges til l0Base-T og token ring, er kun halvt så effektiv som ikke-tilbagevenden til nul, omvendt. En cyklus kan kun repræsentere 1 bit information, og bithastighed ser ud til at matche frekvensen. For eksempel kører 10 Mbit/sek l0Base-T ved 10 MH.

forøgelse af frekvensen for at øge antallet af transmitterede bits svarer ikke altid til behovet for mere hastighed. Øgede frekvenser producerer øgede emissioner, hvilket gør deres anvendelse upraktisk i den virkelige verden. Båndbreddeeffektive kodningsordninger er designet til virkelige applikationer, såsom 100 Mbit/sek snoet par-fysisk medieafhængig og 155 Mbit/sek ATM, hvor der kræves højere datahastigheder, men systemerne skal fungere ved brugbare frekvensniveauer.

det udvidede antal logiske niveauer i båndbreddeeffektive kodningsordninger gør dem mere modtagelige for støj såvel som mere frekvenseffektive. Med flere mulige signalniveauer, der drives hurtigere af systemet, er der mindre plads til vildfarende Signalstøj.

den kritiske parameter for korrekt transmission af båndbredde-effektive kodningsordninger over UTP-kabel er dæmpning-til-krydstale-forholdet. Dette forhold er et mål for forskellen mellem det ønskede signal og uønsket interferens og tab. Det definerer den anvendelige båndbredde af kablet. Kabler, der tilbyder meget lav krydstale for at forhindre denne interne interferens, den primære støjkilde i UTP-transmissionssystemer, skal vælges. Kabler med høj krydstale presser båndbredden og reducerer deres informationsbærende kapacitet.

højtydende UTP-kabler, der tilbyder forbedrede krydstalk-værdier, vil være i stand til at bære de højhastighedsnetværkssignaler, der i øjeblikket er på markedet eller under udvikling. Effektive kodningsordninger vil holde frekvenser og emissioner inden for tolerable niveauer.

Lisa Bechtold er en applications engineering manager hos Berk-Tek Inc., Ny Holland, PA.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.