taxa de bits e frequência em comunicações de dados

Lisa Bechtold

Berk-Tek Inc.

tem havido uma confusão infinita sobre o que define a velocidade em redes de alta velocidade. Aqui vamos explicar a diferença entre megahertz e megabits, bem como definir a relação entre os dois.

a taxa de bits não é necessariamente igual à frequência. Eles combinam de perto para alguns sistemas; para outros, a disparidade é grande. Qual é, então, a relação entre frequência, hertz, ciclos e bits?

o bit, ou dígito binário, é a menor informação que pode ser processada por um computador. Em muitos sistemas, como o American Standard Code for Information Interchange, pode levar 8 bits, ou 1 byte, para fazer um caractere-uma letra, numeral ou símbolo. Um pouco é um 1 ou 0, um” SIM “ou” não”, ou um” ligado “ou” desligado.”

a frequência de uma tensão de sinal é medida em ciclos por segundo. Um hertz é um ciclo completo por segundo. Embora a frequência mais alta possa significar um sistema mais rápido, uma medição mais verdadeira da velocidade de comunicação é a taxa de bits.

a maioria dos sistemas de comunicação de dados opera a milhões de ciclos por segundo, ou megahertz. Em altas frequências, como valores na faixa de MHz, o tempo que o ciclo requer é medido em frações mínimas de segundo.

se um ciclo de sinal carrega 1 bit de informação, então a frequência do sistema (em hertz) é igual à sua velocidade (em bits por segundo). No entanto, não há razão para que um único ciclo não possa transportar mais de 1 bit de informação. Portanto, é possível aumentar a velocidade de um sistema sem alterar sua frequência. Com o prêmio colocado na velocidade no mundo das comunicações de dados, não é de surpreender que vários esquemas de codificação tenham sido desenvolvidos para realizar exatamente isso.

esquemas de codificação aumentam a velocidade

por exemplo, a interface de dados distribuídos por fibra usa o esquema de codificação digital invertido sem retorno a zero. Este esquema representa os 1s e 0s na transmissão digital usando tensões alternadas baixas e altas. Qualquer mudança na tensão representa um digital 1, e nenhuma mudança representa um digital 0.

porque cada mudança é reconhecida pelo receptor como um pouco, não retorno a zero, invertido Pode Gerar 2 bits por ciclo. Nesse caso, a taxa de bits é o dobro da Frequência nominal do sinal.

para aumentar a taxa de bits ou “velocidade” do sinal no exemplo acima, teríamos que aumentar a frequência. O sistema ainda envia 2 bits por ciclo, mas o faz em ciclos mais curtos.

embora isso possa parecer uma solução adequada na busca por velocidades de comunicação mais altas, há um problema. Aumentar a frequência de transmissão pode elevar muito as emissões de radiação ou interferência eletromagnética do sistema, o que viola os regulamentos da Comissão Federal de comunicações. O cabo efetivamente se torna um transmissor que envia sinais para o ar.

para ilustrar um exemplo de aumento da frequência em uma aplicação da vida real, o padrão FDDI permite padrões de bits altamente repetitivos. Como já vimos, o não retorno a zero, invertido representa um 1 lógico como uma mudança no nível de tensão. Uma longa sequência de 1s, então, exigiria uma mudança constante do nível de tensão. Como essa mudança assume a forma de uma onda senoidal que se move de tensão positiva para negativa e vice-versa, segue-se que, à medida que a velocidade da alternância do nível de tensão aumenta, a frequência do sinal também aumenta.

indicado de outra forma, a frequência do sinal pode variar em qualquer sistema de transmissão dependente do conteúdo das informações enviadas a qualquer momento. Picos e calmarias ocorrerão onde a frequência da tensão aumenta e diminui. As pessoas que projetam esquemas de codificação e sistemas de transmissão devem se preocupar com frequências de pico. Eles também devem se preocupar com a quantidade de energia usada no esquema cai em frequências mais altas devido aos problemas de radiação mencionados anteriormente.

codificação multinível mais eficiente

esquemas de codificação com eficiência de largura de banda, então, são projetados para transmitir mais bits de informação usando frequências mais baixas. MLT-3, por exemplo, é um esquema para FDDI de 100 megabits por segundo sobre cobre. Ele usa uma abordagem de limiar multinível; três níveis de mudança de tensão são usados em vez dos dois níveis usados para não retorno a zero, invertido.

se o esquema invertido baseado em fibra não retornar a zero for traduzido para MLT-3, que passa por cobre de par trançado não blindado, então toda vez que não retornar a zero, invertido muda seu nível lógico, MLT-3 deve fazer o mesmo. Usando três níveis em vez de dois, no entanto, coloca a frequência fundamental máxima de MLT-3 na metade da de não retorno a zero, invertida. Grande parte da faixa de frequência usada é inferior a 30 MHz, dentro do limite imposto pela FCC para transmissão de dados UTP. O sinal FDDI de 100 Mbit / seg funciona a 31,25 MHz em UTP. Um sinal de 155 Mbit / seg, como o proposto para o modo de transferência assíncrona, pode funcionar a menos de 50 MHz.

esquemas de codificação mais eficientes em termos de largura de banda do que o MLT-3 são possíveis e podem transmitir 9 ou 10 bits por ciclo. Esta tecnologia está sendo aplicada em modems de última geração.Os esquemas de codificação multinível são capazes de transmitir pacotes maiores de informações-ou seja, mais bits-em padrões eficientes em frequências mais baixas do que os esquemas de codificação mais comumente usados permitem. O código invertido sem retorno a zero foi descrito aqui porque é usado na transmissão FDDI e também porque fornece um exemplo simples de como a informação digital pode ser traduzida em um sinal para transmissão.

a maioria dos códigos familiares usados hoje não são tão eficientes quanto o não retorno a zero, invertido, que só pode ser usado para certas aplicações tolerantes ao tempo. A codificação diferencial de Manchester, usada para l0base-T e token ring, é apenas metade tão eficiente quanto o não retorno a zero, invertido. Um ciclo pode representar apenas 1 bit de informação, e a taxa de bits parece corresponder à frequência. Por exemplo, 10 Mbit/seg l0Base-T funciona a 10 MHz.

aumentar a frequência para aumentar o número de bits transmitidos nem sempre responde à necessidade de mais velocidade. As frequências aumentadas produzem emissões aumentadas, tornando seu uso impraticável no mundo real. Esquemas de codificação eficientes em largura de banda são projetados para aplicações da vida real, como 100 Mbit/seg twisted pair-dependente de mídia física e 155 Mbit/seg ATM, onde taxas de dados mais altas são necessárias, mas os sistemas devem executar em níveis de frequência utilizáveis.

o número expandido de níveis lógicos em esquemas de codificação com eficiência de largura de banda os torna mais suscetíveis ao ruído, bem como mais eficientes em termos de frequência. Com os níveis de sinal mais possíveis sendo conduzidos mais rapidamente pelo sistema, há menos espaço para o ruído de sinal errante.

o parâmetro crítico para a transmissão adequada de esquemas de codificação com eficiência de largura de banda sobre o cabo UTP é a relação atenuação-crosstalk. Essa proporção é uma medida da diferença entre o sinal desejado e a interferência e perda indesejadas. Ele define a largura de banda utilizável do cabo. Os cabos que oferecem uma interferência muito baixa para evitar essa interferência interna, a principal fonte de ruído nos sistemas de transmissão UTP, devem ser escolhidos. Cabos com alta crosstalk apertam a largura de banda e reduzem sua capacidade de carga de informações.

cabos UTP de alto desempenho que oferecem valores de interferência aprimorados poderão transportar os sinais de rede de alta velocidade atualmente no mercado ou em desenvolvimento. Esquemas de codificação eficientes manterão frequências e emissões dentro de níveis toleráveis.Lisa Bechtold é gerente de engenharia de aplicações da Berk-Tek Inc., New Holland, PA.

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