bithastighet och frekvens i datakommunikation

Lisa Bechtold

Berk-Tek Inc.

det har varit oändlig förvirring om vad som definierar hastigheten i höghastighetsnätverk. Här kommer vi att förklara skillnaden mellan megahertz och megabits, samt definiera förhållandet mellan de två.

bithastighet är inte nödvändigtvis lika med frekvensen. De matchar nära för vissa system; för andra är skillnaden stor. Vad är då förhållandet mellan frekvens, hertz, cykler och bitar?

biten, eller binär siffra, är den minsta informationen som kan behandlas av en dator. I många system, som den amerikanska standardkoden för informationsutbyte, kan det ta 8 bitar eller 1 byte för att göra ett tecken-en bokstav, en siffra eller en symbol. En bit är antingen en 1 eller 0, ett ”ja” eller ”nej” eller en ”på” eller ”av.”

frekvensen för en Signalspänning mäts i cykler per sekund. En hertz är en komplett cykel per sekund. Medan högre frekvens kan innebära ett snabbare system, är en sannare mätning av kommunikationshastigheten bithastighet.

de flesta datakommunikationssystem arbetar med miljontals cykler per sekund, eller megahertz. I höga frekvenser, såsom värden i MHz-området, mäts den tid som cykeln kräver i minutfraktioner av en sekund.

om en signalcykel bär 1 bit information, är systemets frekvens (i hertz) lika med dess hastighet (i bitar per sekund). Det finns dock ingen anledning till att en enda cykel inte kan bära mer än 1 bit information. Därför är det möjligt att öka hastigheten på ett system utan att ändra dess frekvens. Med premien placeras på hastighet i världen av datakommunikation, det är inte förvånande att flera kodningssystem har utvecklats som åstadkomma just detta.

Kodningsscheman ökar hastigheten

till exempel använder fiberfördelat datagränssnitt det inverterade digitala kodningsschemat för icke-återgång till noll. Detta schema representerar 1s och 0s i digital överföring med alternerande låga och höga spänningar. Varje förändring i spänning representerar en digital 1, och ingen förändring representerar en digital 0.

eftersom varje förändring känns igen av mottagaren som en bit, återgår inte till noll, inverterad kan generera 2 bitar per cykel. I detta fall är bithastigheten två gånger den nominella signalfrekvensen.

för att öka bithastigheten eller ”hastigheten” för signalen i exemplet ovan måste vi öka frekvensen. Systemet skickar fortfarande ut 2 bitar per cykel, men gör det i kortare cykler.

även om detta kan tyckas vara en lämplig lösning i sökandet efter högre kommunikationshastigheter, finns det ett problem. Att öka överföringsfrekvensen kan kraftigt höja strålning eller elektromagnetiska störningsutsläpp från systemet, vilket bryter mot Federal Communications Commission-förordningarna. Kabeln blir effektivt en sändare som skickar signaler i luften.

för att illustrera ett exempel på ökad frekvens i en verklig applikation tillåter FDDI-standarden mycket repetitiva bitmönster. Som vi redan har sett, non-return to zero, inverterad representerar en logisk 1 som en förändring i spänningsnivå. En lång sträng av 1s skulle då kräva en konstant förändring av spänningsnivån. Eftersom denna förändring har formen av en sinusvåg som rör sig från positiv till negativ spänning och tillbaka, följer det att när hastigheten på spänningsnivåväxlingen ökar, så ökar signalens frekvens.

anges på ett annat sätt kan signalfrekvensen variera i vilket överföringssystem som helst beroende på innehållet i den information som skickas vid varje given tidpunkt. Toppar och lulls kommer att inträffa där frekvensen av spänningen ökar och minskar. Människor som utformar kodningssystem och överföringssystem måste vara oroade över toppfrekvenser. De måste också vara oroade över hur mycket av den energi som används i systemet faller vid högre frekvenser på grund av de tidigare nämnda strålningsproblemen.

flernivåkodning effektivare

Bandbreddseffektiva kodningsscheman är då utformade för att överföra fler bitar av information med lägre frekvenser. MLT-3 är till exempel ett schema för 100 megabit per sekund FDDI över koppar. Den använder ett tröskelvärde på flera nivåer; tre nivåer av spänningsförändring används snarare än de två nivåerna som används för att återgå till noll, inverterad.

om den fiberbaserade non-return to zero, inverted scheme översätts till MLT-3, som går över oskärmad twisted-pair koppar, då varje gång non-return to zero, inverted ändrar sin logiska nivå, MLT-3 måste göra detsamma. Att använda tre nivåer istället för två placerar emellertid den maximala grundfrekvensen för MLT-3 vid hälften av icke-återgång till noll, inverterad. Mycket av det använda frekvensområdet är mindre än 30 MHz, inom den gräns som FCC ställer för UTP-dataöverföring. 100-Mbit/sek FDDI-signalen körs vid 31.25 MHz över UTP. En 155-Mbit/sek-signal, som den som föreslås för asynkron överföringsläge, kan köras på mindre än 50 MHz.

mer bandbreddseffektiva kodningsscheman än MLT-3 är möjliga och kan överföra 9 eller 10 bitar per cykel. Denna teknik tillämpas i toppmoderna modem.

flernivåkodningsscheman kan överföra större informationspaket-det vill säga fler bitar-i effektiva mönster vid lägre frekvenser än de vanligaste kodningsscheman tillåter. Den inverterade koden som inte återgår till noll beskrivs här eftersom den används i FDDI-överföring, och också för att den ger ett enkelt exempel på hur digital information kan översättas till en signal för överföring.

de flesta av de kända koder som används idag är inte lika effektiva som icke-återgång till noll, inverterad, som endast kan användas för vissa tidstoleranta applikationer. Differential Manchester kodning, används för l0Base-T och token ring, är bara hälften så effektiv som icke-återgång till noll, inverterad. En cykel kan representera endast 1 bit information, och bithastigheten verkar matcha frekvensen. Till exempel körs 10-Mbit/sek l0Base-T vid 10 MHz.

att öka frekvensen för att öka antalet överförda bitar svarar inte alltid på behovet av mer hastighet. Ökade frekvenser ger ökade utsläpp, vilket gör deras användning opraktisk i den verkliga världen. Bandbreddseffektiva kodningsscheman är utformade för verkliga applikationer, till exempel 100 Mbit/sek twisted pair-physical media dependent och 155 Mbit/sek ATM, där högre datahastigheter krävs men systemen måste fungera på användbara frekvensnivåer.

det utökade antalet logiska nivåer i bandbreddseffektiva kodningsscheman gör dem mer mottagliga för brus, liksom mer frekvenseffektiva. Med fler möjliga signalnivåer som drivs snabbare av systemet finns det mindre utrymme för felaktigt Signalbrus.

den kritiska parametern för korrekt överföring av bandbreddseffektiva kodningsscheman över UTP-kabeln är dämpnings-till-överhörningsförhållandet. Detta förhållande är ett mått på skillnaden mellan önskad signal och oönskad störning och förlust. Den definierar kabelns användbara bandbredd. Kablar som erbjuder mycket låg överhörning för att förhindra denna interna störning, den primära ljudkällan i UTP-överföringssystem, måste väljas. Kablar med hög överhörning pressar bandbredden och minskar deras informationsbärande kapacitet.

högpresterande UTP-kablar som erbjuder förbättrade överhörningsvärden kommer att kunna bära de höghastighetsnätsignaler som för närvarande finns på marknaden eller under utveckling. Effektiva kodningssystem kommer att hålla frekvenser och utsläpp inom acceptabla nivåer.

Lisa Bechtold är chef för applikationsteknik på Berk-Tek Inc.- New Holland, pappa.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.