データ通信におけるビットレートと周波数

Lisa Bechtold

Berk-Tek Inc.

高速ネットワークの速度を定義するものについては、無限の混乱がありました。 ここでは、メガヘルツとメガビットの違いを説明するだけでなく、両者の関係を定義します。

ビットレートは必ずしも周波数が等しいとは限りません。 彼らはいくつかのシステムのために密接に一致し、他の人のために、格差は素晴らしいです。 では、周波数、ヘルツ、サイクル、ビットの関係は何ですか?

ビット、またはバイナリ桁は、コンピュータによって処理できる最小の情報です。 情報交換のためのAmerican Standard Codeのような多くのシステムでは、文字、数字、記号などの1つの文字を作成するには8ビットまたは1バイトを取ることができ ビットは、1または0、「はい」または「いいえ」、または「オン」または「オフ」のいずれかです。”

信号電圧の周波数は、毎秒サイクルで測定されます。 一つのヘルツは、毎秒一つの完全なサイクルです。 より高い周波数はより速いシステムを意味することができますが、通信速度の真の測定はビットレートです。

ほとんどのデータ通信システムは、毎秒数百万サイクル、すなわちメガヘルツで動作します。 MHzの範囲の値などの高周波数では、サイクルに必要な時間は秒の分単位で測定されます。

1サイクルの信号が1ビットの情報を運ぶ場合、システムの周波数(ヘルツ単位)はその速度(ビット/秒単位)に等しくなります。 しかし、単一のサイクルが1ビット以上の情報を運ぶことができない理由はありません。 したがって、周波数を変更せずにシステムの速度を上げることが可能です。 データ通信の世界で速度に置かれて報酬がそれをちょうど達成する複数の符号化の機構が開発されたことは驚くべきことではない。

符号化方式は、速度を向上させます

例えば、ファイバ分散データインタフェースは、ゼロに戻ることなく、反転されたデジタル符号化方式を使用します。 この方式は、低電圧と高電圧を交互に使用するデジタル伝送における1と0を表します。 電圧の変化はデジタル1を表し、変化はデジタル0を表しません。

各変更はビットとして受信機によって認識されるので、ゼロへのnonreturn、逆にされて周期ごとの2ビットを発生できます。 この場合、ビットレートは公称信号周波数の2倍です。

上記の例で信号のビットレートまたは”速度”を上げるには、周波数を上げる必要があります。 システムはまだ周期ごとの2ビットを送出しますが、より短い周期のそれをします。

これは通信速度の向上を求めるのに適した解決策と思われるかもしれませんが、問題があります。 送信周波数を増加させると、システムからの放射または電磁干渉の放射が大幅に上昇し、連邦通信委員会の規制に違反する可能性があります。 ケーブルは効果的に信号を空気中に送る送信機になります。

実際のアプリケーションにおける周波数の増加の例を示すために、FDDI標準では非常に反復的なビットパターンが許可されています。 我々はすでに見てきたように、ゼロへの非リターンは、反転は、電圧レベルの変化として論理1を表します。 1の長い文字列は、その後、電圧レベルの一定の変化を必要とするであろう。 この変化は、正の電圧から負の電圧に戻る正弦波の形をとるため、電圧レベルの交替の速度が増加するにつれて、信号の周波数も同様になります。

別の言い方をすれば、信号周波数は、任意の時点で送信される情報の内容に依存して、任意の伝送システムで変化する可能性があります。 ピークとlullsは、電圧の周波数が増加および減少する場所に発生します。 符号化方式と伝送システムを設計する人は、ピーク周波数に関係する必要があります。 彼らはまた、前述の放射線問題のために、スキームで使用されるエネルギーのどれくらいがより高い周波数で落ちるかに関係しなければならない。

マルチレベル符号化より効率的

帯域幅効率の高い符号化方式は、より低い周波数を使用してより多くのビットの情報を送信するように設計さ 例えば、MLT-3は、銅上の100メガビット/秒のFDDIのための方式です。 それは多重レベル境界のアプローチを使用する;電圧変更の3つのレベルはゼロへの非リターンのために使用される2つのレベルよりもむしろ逆にされて使用される。

ファイバベースのノンリターン-トゥ-ゼロ、反転方式が非シールド-ツイスト-ペア銅を介して実行されるMLT-3に変換される場合、ゼロに戻るたびに、反転は、そのロジ ただし、2つのレベルの代わりに3つのレベルを使用すると、MLT-3の最大基本周波数は、ゼロに戻ることなく反転されたものの半分になります。 使用される周波数範囲の大部分は、UTPデータ伝送のためにFCCによって課される制限の範囲内で、30MHz未満です。 100Mbit/秒のFDDI信号は、UTP経由で31.25MHzで動作します。 非同期転送モード用に提案されているような155Mbit/秒の信号は、50MHz未満で実行できます。

MLT-3よりも帯域幅効率の高い符号化方式が可能であり、サイクルあたり9ビットまたは10ビットを送信することができます。 この技術は最新式の変復調装置で適用されています。

マルチレベル符号化方式は、最も一般的に使用される符号化方式が許すよりも低い周波数で効率的なパターンで、より大きな情報パケット、すなわちより多くのビットを送信することができる。 ここでは、FDDI伝送で使用されるため、また、デジタル情報を伝送用の信号に変換する方法の簡単な例を提供するため、ゼロに戻ることのない反転コードに

今日使用されているよく知られたコードのほとんどは、特定のタイミング耐性のアプリケーションでのみ使用できるゼロへの非復帰、反転ほど効率的ではありません。 L0base-Tとトークンリングに使用される差動マンチェスター符号化は、ゼロに戻ることなく反転するのと同じくらい効率的です。 1つのサイクルは1ビットの情報のみを表すことができ、ビットレートは周波数と一致するように見えます。 たとえば、10Mbit/秒のL0BASE-Tは10MHzで動作します。

送信されるビット数を増やすために周波数を増やしても、必ずしもより高速な必要性に答えるとは限りません。 周波数が増加すると排出量が増加し、現実の世界ではその使用は実用的ではありません。 帯域幅効率の高い符号化方式は、物理メディアに依存する100Mbit/secツイストペアや155Mbit/sec ATMなど、より高いデータレートが必要ですが、システムは使用可能な周波数レベルで実行する必要がある現実のアプリケーション向けに設計されています。

帯域幅効率の高い符号化方式では、ロジックレベルの数が拡大すると、ノイズの影響を受けやすくなり、周波数効率が向上します。 より多くの可能な信号レベルがシステムによってより迅速に駆動されるため、誤った信号ノイズの余地は少なくなります。

UTPケーブルを介した帯域幅効率の高い符号化方式の適切な伝送のための重要なパラメータは、減衰対クロストーク比です。 この比は、所望の信号と望ましくない干渉および損失との間の差の尺度である。 これは、ケーブルの使用可能な帯域幅を定義します。 UTP伝送システムの主なノイズ源であるこの内部干渉を防ぐために、非常に低いクロストークを提供するケーブルを選択する必要があります。 クロストークが大きいケーブルは、帯域幅を圧迫し、情報伝達能力を低下させます。

クロストーク値を向上させた高性能UTPケーブルは、現在市場または開発中の高速ネットワーク信号を伝送することができます。 効率的な符号化方式は、周波数と放射を許容レベル内に保ちます。

Lisa Bechtoldは、Berk-Tek Inc.のアプリケーションエンジニアリングマネージャーです。、ニューホランド、ペンシルバニア州。

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