Скорость интернета – это объем информации, принятой и переданной компьютером за промежуток времени. Сейчас этот параметр чаще всего измеряется в Мегабитах в секунду, но это не единственная величина, также могут использоваться килобиты в секунду. Гигабиты пока еще в повседневной жизни не используются.
В то же время, размер переданных файлов измеряется обычно в байтах, но не берется в расчет время. Например: Байты, Мбайты или Гбайты.
Очень просто посчитать время, за которое получится скачать файл из сети, используя простую формулу. Известно, что наименьшее количество информации – это бит. Затем идет байт, в котором содержится 8 бит информации. Таки образом скорость в 10 Мегабит в секунду (10/8 = 1,25) позволяет передать 1,25 Мбайта в секунду. Ну а 100 Мбит/сек – 12,5 Мегабайт (100/8) соответственно.
Также можно рассчитать, за сколько загрузиться файл определенного размера из интернета. Например, фильм в 2 Гб загружаемый со скорость 100 Мегабит в секунду, можно скачать за 3 минуты. 2 Гб – это 2048 Мегабайт, которые следует поделить на 12,5. Получим 163 секунды, что равно примерно 3 минутам.
К сожалению, не все знакомы с единицами в которых принято измерять информацию, поэтому упомянем основные единицы:
1 байт – это 8 бит
1 Килобайт (Кб) соответствует 1024 байта
1 Мегабайт (Мб) будет равен 1024 Кб
1 Гигабайт (Гб) соответственно равняется 1024 Мб
1 Терабайт – 1024 Гб
Что влияет на скорость
То, с какой скоростью будет работать интернет на устройстве, зависит прежде всего:
От тарифного плана, предоставляемого провайдером
От пропускной возможности канала. Часто провайдер предоставляет общую скорость абонентам. То есть канал делится на всех, и если все пользователи активно используют сеть, то и скорость может снижаться.
От расположения и настроек сайта, к которому обращается пользователь. Некоторые ресурсы имеют ограничения и не позволяют превышать определенный порог при загрузке. Также сайт может находится на другом континенте, что также повлияет на загрузку.
На скорость передачи данных в некоторых случаях, влияют как внешние, так и внутренние факторы, среди которых:
Расположение сервера, к которому идет обращение
Настройка и ширина канал Wi-Fi роутера, если подключение происходит «по воздуху»
Приложения, запущенные на устройстве
Антивирусы и фаерволы
Настройка ОС и ПК
С течением технического прогресса расширились и возможности интернета. Однако для того, чтобы пользователь мог ими воспользоваться в полной мере, необходимо стабильное и высокоскоростное соединение. В первую очередь оно зависит от пропускной способности каналов связи. Поэтому необходимо выяснить, как измерить скорость передачи данных и какие факторы на нее влияют.
Что такое пропускная способность каналов связи?
Для того чтобы ознакомиться и понять новый термин, нужно знать, что представляет собой канал связи. Если говорить простым языком, каналы связи - это устройства и средства, благодаря которым осуществляется передача на расстоянии. К примеру, связь между компьютерами осуществляется благодаря оптоволоконным и кабельным сетям. Кроме того, распространен способ связи по радиоканалу (компьютер, подключенный к модему или же сети Wi-Fi).
Пропускной же способностью называют максимальную скорость передачи информации за одну определенную единицу времени.
Обычно для обозначения пропускной способности используют следующие единицы:
Измерение пропускной способности
Измерение пропускной способности - достаточно важная операция. Она осуществляется для того, чтобы узнать точную скорость интернет-соединения. Измерение можно осуществить с помощью следующих действий:
- Наиболее простое - загрузка объемного файла и отправление его на другой конец. Недостатком является то, что невозможно определить точность измерения.
- Кроме того, можно воспользоваться ресурсом speedtest.net. Сервис позволяет измерить ширину интернет-канала, «ведущего» к серверу. Однако для целостного измерения этот способ также не подходит, сервис дает данные обо всей линии до сервера, а не о конкретном канале связи. Кроме того, подвергаемый измерению объект не имеет выхода в глобальную сеть Интернет.
- Оптимальным решением для измерения станет клиент-серверная утилита Iperf. Она позволяет измерить время, количество переданных данных. После завершения операции программа предоставляет пользователю отчет.
Благодаря вышеперечисленным способам, можно без особых проблем измерить реальную скорость интернет-соединения. Если показания не удовлетворяют текущие потребности, то, возможно, нужно задуматься о смене провайдера.
Расчет пропускной способности
Для того чтобы найти и рассчитать пропускную способность линии связи, необходимо воспользоваться теоремой Шеннона-Хартли. Она гласит: найти пропускную способность канала (линии) связи можно, рассчитав взаимную связь между потенциальной пропускной способностью, а также полосой пропускания линии связи. Формула для расчета пропускной способности выглядит следующим образом:
I=Glog 2 (1+A s /A n).
В данной формуле каждый элемент имеет свое значение:
- I - обозначает параметр максимальной пропускной способности.
- G - параметр ширины полосы, предназначенной для пропускания сигнала.
- A s / A n - соотношение шума и сигнала.
Теорема Шеннона-Хартли позволяет сказать, что для уменьшения внешних шумов или же увеличения силы сигнала лучше всего использовать широкий кабель для передачи данных.
Способы передачи сигнала
На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:
- Передача по радиосетям.
- Передача данных по кабелю.
- Передача данных через оптоволоконные соединения.
Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.
К преимуществам передачи информации через радиоканалы можно отнести: универсальность использования, простоту монтажа и настройки такого оборудования. Как правило, для получения и способом используется радиопередатчик. Он может представлять собой модем для компьютера или же Wi-Fi адаптер.
Недостатками такого способа передачи можно назвать нестабильную и сравнительно низкую скорость, большую зависимость от наличия радиовышек, а также дороговизну использования (мобильный интернет практически в два раза дороже «стационарного»).
Плюсами передачи данных по кабелю являются: надежность, простота эксплуатации и обслуживания. Информация передается посредством электрического тока. Условно говоря, ток под определенным напряжением перемещается из пункта А в пункт Б. А позже преобразуется в информацию. Провода отлично выдерживают перепады температур, сгибания и механическое воздействие. К минусам можно отнести нестабильную скорость, а также ухудшение соединения из-за дождя или грозы.
Пожалуй, самой совершенной на данный момент технологией по передаче данных является использование оптоволоконного кабеля. В конструкции каналов связи сети каналов связи применяются миллионы мельчайших стеклянных трубок. А сигнал, передаваемый по ним, представляет собой световой импульс. Так как скорость света в несколько раз выше скорости тока, данная технология позволила в несколько сотен раз ускорить интернет-соединение.
К недостаткам же можно отнести хрупкость оптоволоконных кабелей. Во-первых, они не выдерживают механические повреждения: разбившиеся трубки не могут пропускать через себя световой сигнал, также резкие перепады температур приводят к их растрескиванию. Ну а повышенный радиационный фон делает трубки мутными - из-за этого сигнал может ухудшаться. Кроме того, оптоволоконный кабель тяжело восстановить в случае разрыва, поэтому приходится полностью его менять.
Вышесказанное наводит на мысль о том, что с течением времени каналы связи и сети каналов связи совершенствуются, что приводит к увеличению скорости передачи данных.
Средняя пропускная способность линий связи
Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что каналы связи различны по своим свойствам, которые влияют на скорость передачи информации. Как говорилось ранее, каналы связи могут быть проводными, беспроводными и основанными на использовании оптоволоконных кабелей. Последний тип создания сетей передачи данных наиболее эффективен. И его средняя пропускная способность канала связи - 100 мбит/c.
Что такое бит? Как измеряется скорость в битах?
Битовая скорость - показатель измерения скорости соединения. Рассчитывается в битах, мельчайших единицах хранения информации, на 1 секунду. Она была присуща каналам связи в эпоху «раннего развития» интернета: на тот момент в глобальной паутине в основном передавались текстовые файлы.
Сейчас базовой единицей измерения признается 1 байт. Он, в свою очередь, равен 8 битам. Начинающие пользователи очень часто совершают грубую ошибку: путают килобиты и килобайты. Отсюда возникает и недоумение, когда канал с пропускной способностью 512 кбит/с не оправдывает ожиданий и выдает скорость всего лишь 64 КБ/с. Чтобы не путать, нужно запомнить, что если для обозначения скорости используются биты, то запись будет сделана без сокращений: бит/с, кбит/с, kbit/s или kbps.
Факторы, влияющие на скорость интернета
Как известно, от пропускной способности канала связи зависит и конечная скорость интернета. Также на скорость передачи информации влияют:
- Способы соединения.
Радиоволны, кабели и оптоволоконные кабели. О свойствах, преимуществах и недостатках этих способов соединения говорилось выше.
- Загруженность серверов.
Чем больше загружен сервер, тем медленнее он принимает или передает файлы и сигналы.
- Внешние помехи.
Наиболее сильно помехи оказывают влияние на соединение, созданное с помощью радиоволн. Это вызвано сотовыми телефонами, радиоприемниками и прочими приемниками и передатчиками радиосигнала.
- Состояние сетевого оборудования.
Безусловно, способы соединения, состояние серверов и наличие помех играют важную роль в обеспечении скоростного интернета. Однако даже если вышеперечисленные показатели в норме, а интернет имеет низкую скорость, то дело скрывается в сетевом оборудовании компьютера. Современные сетевые карты способны поддерживать интернет-соединение со скоростью до 100 Мбит в секунду. Раньше карты могли максимально обеспечивать пропускную способность в 30 и 50 Мбит в секунду соответственно.
Как увеличить скорость интернета?
Как было сказано ранее, пропускная способность канала связи зависит от многих факторов: способа соединения, работоспособности сервера, наличия шумов и помех, а также состояния сетевого оборудования. Для увеличения скорости соединения в бытовых условиях можно заменить сетевое оборудование на более совершенное, а также перейти на другой способ соединения (с радиоволн на кабель или оптоволокно).
В заключение
В качестве подведения итогов стоит сказать о том, что пропускная способность канала связи и скорость интернета - это не одно и то же. Для расчета первой величины необходимо воспользоваться законом Шеннона-Хартли. Согласно ему, шумы можно уменьшить, а также увеличить силу сигнала посредством замены канала передачи на более широкий.
Увеличение скорости интернет-соединения тоже возможно. Но оно осуществляется путем смены провайдера, замены способа подключения, усовершенствования сетевого оборудования, а также ограждения устройств для передачи и приема информации от источников, вызывающих помехи.
Пропускная способность интернет-канала или, проще говоря, , представляет собой максимальное число данных, принятых персональным компьютером либо переданных в Сеть за определенную единицу времени.
Чаще всего можно встретить измерение скорости передачи данных в килобитах/секунду (Кб/сек; Кбит/сек) либо в мегабитах (Мб/сек; Мбит/сек). Размер файлов, как правило, всегда указывается в байтах, Кбайтах, Мбайтах и Гбайтах.
Поскольку 1 байт – это 8 бит, на практике это будет означать, что если скорость вашего интернет-соединения равна 100 Мбит/сек, то компьютер за секунду может принять либо передать не более 12.5 Mb информации (100/8=12.5).Проще это можно объяснить, таким образом, если вы хотите скачать видео, объем которого 1.5 Gb, то у вас на это уйдет всего 2 минуты.
Естественно вышеперечисленные расчеты сделаны в идеальных лабораторных условиях. К примеру, реальность может быть совсем иная:
Здесь мы видим три числа:
- Ping – это число означает время за которое передаются Сетевые пакеты. Чем меньше значение этого числа, тем лучше качество интернет-соединения (желательно, чтобы значение было меньше 100ms).
- Далее идет скорость получения информации (входящая). Вот эту именно цифру и предлагают при подключении интернет-провайдеры (вот именно за это число "Мегабиты" вам и приходится платить свои кровно заработанные доллары/гривны/рубли и т.д.).
- Остается третье число, означающее скорость передачи информации (исходящая). Оно естественно будет меньше скорости получения данных, вот об этом провайдеры обычно умалчивают (хотя, по сути, большая исходящая скорость требуется редко).
От чего зависит скорость интернет соединения
- Скорость интернет соединения зависит от тарифного плана, который устанавливает провайдер.
- На скорость также влияет технология канала передачи информации и загруженность Сети другими пользователями. Если общая пропускная возможность канала будет ограничена, то чем больше пользователей находится в Сети и чем больше они скачивают информации, тем больше падает скорость, поскольку остается меньше "свободного места".
- Также имеется зависимость от , к которым вы обращаетесь. К примеру, если на момент загрузки сервер может отдавать пользователю данные, со скоростью менее 10 Мбит/сек, то даже если у вас подключен максимальный тарифный план, большего вы не добьетесь.
Факторы, которые также влияют на скорость интернета:
- При проверке, скорость сервера, к которому вы обращаетесь.
- Настройка и скорость Wi-Fi роутера, если вы подключены через него к локальной Сети.
- В момент проверки все работающие на компьютере программы и приложения.
- Брандмауэры и антивирусы, которые работают в фоновом режиме.
- Настройки вашей операционной системы и самого компьютера.
Как увеличить скорость интернета
Если на вашем компьютере присутствует вредоносное или нежелательным ПО, то это может повлиять на снижение скорости интернет-соединения. Троянские программы, вирусы, черви и т.д. которые попали в компьютер, могут забирать для своих нужд часть пропускной возможности канала. Для их обезвреживания необходимо использовать антивирусные приложения.
Если вы используете Wi-Fi, который не защищен паролем, то к нему обычно подсоединяются другие пользователи, которые не прочь использовать халявный трафик. Обязательно установите пароль для подключения к Wi-Fi.
Снижают скорость и параллельно работающие программы. К примеру, одновременная менеджеров закачки, интернет-мессенджеров, автоматического обновления операционки приводит к увеличению нагрузки процессора и поэтому скорость интернет-соединения снижается.
Вот эти действия, в некоторых случаях, помогают увеличить скорость интернета:
Если у вас подключено высокое интернет-соединение, а скорость оставляет желать лучшего – увеличьте пропускную скорость порта. Сделать это достаточно просто. Зайдите в "Панель управления" далее в «Система» и в раздел "Оборудование", после этого кликните по "Диспетчеру устройств". Находите «Порты (COM либо LPT)», затем разворачиваете их содержимое и отыскиваете "Последовательный порт (СОМ 1)".
После этого кликаете правой кнопкой мышки и открываете "Свойства". После этого откроется окошко, в котором нужно перейти в графу "Параметры порта". Отыскиваете параметр "Скорость" (бит в секунду) и кликаете на цифру 115200 – далее О.К! Поздравляем! Теперь у вас пропускная скорость порта увеличена. Поскольку по молчанию установлена скорость – 9600 бит/сек.
Для увеличения скорости также можно попробовать отключить планировщик пакетов QoS: Запускаем утилиту gpedit.msc (Пуск - Выполнить или Поиск - gpedit.msc). Далее: Конфигурация компьютера - Административные шаблоны - Сеть - Планировщик пакетов QoS - Ограничить резервируемую пропускную способность - Включить - выставить 0%. Нажимаем "Применить" и перезагружаем компьютер.
Мы живем в эпоху стремительно развивающихся цифровых технологий. Современную реальность уже трудно представить без персональных компьютеров, ноутбуков, планшетов, смартфонов и прочих электронных гаджетов, которые функционируют не изолированно друг от друга, а объединены в локальную сеть и подключены к глобальной сети
Важной характеристикой всех этих устройств является пропускная способность сетевого адаптера, определяющая скорость передачи данных в локальной или глобальной сети. Кроме этого, имеют значение скоростные характеристики канала передачи информации. В электронных устройствах нового поколения возможно не только чтение текстовой информации без сбоев и зависаний, но и комфортное воспроизведение мультимедийных файлов (картинки и фотографии в высоком разрешении, музыка, видео, онлайн-игры).
В чем измеряется скорость передачи данных?
Чтобы определить этот параметр, надо знать время, за которые были переданы данные, и количество переданной информации. Со временем все понятно, а что такое количество информации и как его можно измерить?
Во всех электронных устройствах, являющихся по сути компьютерами, хранимая, обрабатываемая и передаваемая информация кодируется в двоичной системе нулями (нет сигнала) и единицами (есть сигнал). Один нуль или одна единица – это один бит, 8 бит составляют один байт, 1024 байт (два в десятой степени) – один килобайт, 1024 килобайта – один мегабайт. Далее идут гигабайты, терабайты и более крупные единицы измерения. Данные единицы обычно используются для определения объема информации, хранящейся и обрабатываемой на каком-либо конкретном устройстве.
Количество же передаваемой от одного устройства к другому информации измеряют в килобитах, мегабитах, гигабитах. Один килобит – это тысяча бит (1000/8 байт), один мегабит – тысяча килобит (1000/8 мегабайт) и так далее. Скорость, с которой передаются данные, принято указывать в количестве информации, проходящей за одну секунду (число килобит в секунду, мегабит в секунду, гигабит в секунду).
Скорость передачи данных по телефонной линии
В настоящее время для подключения к глобальной сети по телефонной линии, которая изначально была единственным каналом подключения к Интернету, используется преимущественно модемная технология ADSL. Она способна превратить аналоговые телефонные линии в средства высокоскоростной передачи данных. Интернет-соединение достигает скорости 6 мегабит в секунду, а максимальная скорость передачи данных по телефонной линии по древним технологиям не превышала 30 килобит в секунду.
Скорость передачи данных в мобильных сетях
Стандарты 2g, 3g и 4g используются в мобильных сетях.
2g пришел на замену 1g в связи с необходимостью перехода аналогового сигнала на цифровой в начале 90-х годов. На мобильных телефонах, поддерживавших 2g, стало возможно пересылать графическую информацию. Максимальная скорость передачи данных 2g превысила показатель 14 килобит в секунду. В связи с появлением мобильного интернета была также создана сеть 2,5g.
В 2002 году в Японии была разработана сеть третьего поколения, но массовое производство мобильных телефонов с поддержкой 3g началось значительно позже. Максимальная скорость передачи данных по 3g выросла на порядки и достигла 2 мегабит в секунду.
Обладатели новейших смартфонов имеют возможность воспользоваться всеми преимуществами сети 4g. Ее усовершенствование продолжается до сих пор. Она позволит людям, проживающим в малых населенных пунктах, свободно получать доступ в Интернет и сделает его значительно выгоднее подключения со стационарных устройств. Максимальная скорость передачи данных 4g просто огромная – 1 гигабит в секунду.
К тому же поколению, что и 4g, принадлежат сети lte. Стандарт lte является первой, самой ранней версией 4g. Следовательно, максимальная скорость передачи данных в lte существенно ниже и составляет 150 мегабит в секунду.
Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю
Передача информации по оптоволоконному кабелю на сегодняшний день является самой быстрой в компьютерных сетях. В 2014 году в Дании учеными была достигнута максимальная скорость передачи данных по оптоволокну 43 терабита в секунду.
Через несколько месяцев ученые из США и Нидерландов продемонстрировали скорость 255 терабит в секунду. Величина колоссальная, но это далеко не предел. В 2020 году планируется достижение показателя 1000 терабит в секунду. Скорость передачи данных по оптоволокну практически не ограничена.
Скорость загрузки информации по Wi-Fi
Wi-Fi – торговая марка, обозначающая беспроводные компьютерные сети, объединенные стандартом IEEE 802.11, в которых информация передается по радиоканалам. Теоретически максимальная скорость передачи данных wifi составляет 300 мегабит в секунду, а в реальности у лучших моделей роутеров она не превышает 100 мегабит в секунду.
Преимуществами Wi-Fi являются возможность беспроводного подключения к Интернету с помощью одного роутера сразу нескольких устройств и низкий уровень радиоизлучения, который на порядок меньше, чем у сотовых телефонов в момент их использования.
Общая информация
В большинстве случаев в сетях информация передается последовательно. Биты данных поочередно передаются по каналу связи, кабельному или беспроводному. На Рисунке 1 изображена последовательность бит, передаваемая компьютером или какой-либо другой цифровой схемой. Такой сигнал данных часто называют исходным. Данные представлены двумя уровнями напряжения, например, логической единице соответствует напряжение +3 В, а логическому нулю - +0.2 В. Могут использоваться и другие уровни. В формате кода без возврата к нулю (NRZ) (Рисунок 1) сигнал не возвращается к нейтральному положению после каждого бита, в отличие от формата с возвращением к нулю (RZ).
Битрейт
Скорость передачи данных R выражается в битах в секунду (бит/с или bps). Скорость является функцией продолжительности существования бита или времени бита (T B) (Рисунок 1):
Эту скорость называют также шириной канала и обозначают буквой C. Если время бита равно 10 нс, то скорость передачи данных определится как
R = 1/10 × 10 - 9 = 100 млн. бит/с
Обычно это записывается как 100 Мб/с.
Служебные биты
Битрейт, как правило, характеризует фактическую скорость передачи данных. Однако в большинстве последовательных протоколов данные являются только частью более сложного кадра или пакета, включающего в себя биты адреса источника, адреса получателя, обнаружения ошибок и коррекции кода, а также прочую информацию или биты управления. В кадре протокола данные называются полезной информацией (payload). Биты, не являющиеся данными, называются служебными (overhead). Иногда количество служебных бит может быть существенным - от 20% до 50%, в зависимости от общего числа полезных бит, передаваемых по каналу.
К примеру, кадр протокола Ethernet, в зависимости от количества полезных данных, может иметь до 1542 байт или октетов. Полезных данных может быть от 42 до 1500 октетов. При максимальном числе полезных октетов служебных будет только 42/1542, или 2.7%. Их было бы больше, если полезных байт было бы меньше. Это соотношение, известное также под названием эффективность протокола, обычно выражают в процентах количества полезных данных от максимального размера кадра:
Эффективность протокола = количество полезных данных/размер кадра = 1500/1542 = 0.9727 или 97.3%
Как правило, чтобы показать истинную скорость передачи данных по сети, фактическая скорость линии увеличивается на коэффициент, зависящий от количества служебной информации. В One Gigabit Ethernet фактическая скорость линии равна 1.25 Гб/с, тогда как скорость передачи полезных данных составляет 1 Гб/с. Для 10-Gbit/s Ethernet эти величины равны, соответственно, 10.3125 Гб/с и 10 Гб/с. При оценке скорости передачи данных по сети также могут использоваться такие понятия, как пропускная способность, скорость передачи полезных данных или эффективная скорость передачи данных.
Скорость передачи в бодах
Термин «бод» происходит от фамилии французского инженера Эмиля Бодо (Emile Baudot), который изобрел 5-битовый телетайпный код. Скорость передачи в бодах выражает количество изменений сигнала или символа за одну секунду. Символ - это одно из нескольких изменений напряжения, частоты или фазы.
Двоичный формат NRZ имеет два представляемых уровнями напряжения символа, по одному на каждый 0 или 1. В этом случае скорость передачи в бодах или скорость передачи символов - то же самое, что и битрейт. Однако на интервале передачи можно иметь более двух символов, в соответствии с чем на каждый символ отводится несколько бит. При этом данные по любому каналу связи могут передаваться только с помощью модуляции.
Когда средство передачи не может обработать исходный сигнал, на первый план выходит модуляция. Конечно, речь идет о беспроводных сетях. Исходные двоичные сигналы не могут передаваться непосредственно, они должны переноситься на несущую радиочастоту. В некоторых протоколах кабельной передачи данных также применяется модуляция, позволяющая повысить скорость передачи. Это называется «широкополосной передачей».
Выше: модулирующий сигнал, исходный сигнал
Используя составные символы, в каждом можно передавать по несколько бит. Например, если скорость передачи символов равна 4800 бод, и каждый символ состоит из двух бит, полная скорость передачи данных будет 9600 бит/с. Обычно количество символов представляется какой-либо степенью числа 2. Если N - количество бит в символе, то число требуемых символов будет S = 2N. Таким образом, полная скорость передачи данных:
R = скорость в бодах × log 2 S = скорость в бодах × 3.32 log 1 0 S
Если скорость в бодах равна 4800, и на символ отводится два бита, количество символов 22 = 4.
Тогда битрейт равен:
R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600 бит/с
При одном символе на бит, как в случае с двоичным форматом NRZ, скорости передачи в битах и бодах совпадают.
Многоуровневая модуляция
Высокий битрейт можно обеспечить многими способами модуляции. Например, при частотной манипуляции (FSK) в каждом символьном интервале для представления логических 0 и 1 обычно используются две различные частоты. Здесь скорость передачи в битах равна скорости передачи в бодах. Но если каждый символ представляет два бита, то требуются четыре частоты (4FSK). В 4FSK скорость передачи в битах в два раза превышает скорость в бодах.
Еще одним распространенным примером является фазовая манипуляция (PSK). В двоичной PSK каждый символ представляет 0 или 1. Двоичному 0 соответствует 0°, а двоичной 1 - 180°. При одном бите на символ скорость в битах равна скорости в бодах. Однако соотношение числа бит и символов несложно увеличить (см. Таблицу 1).
| Таблица 1. | Двоичная фазовая манипуляция. | ||||||||||
|
|||||||||||
Например, в квадратурной PSK на один символ приходится два бита. При использовании такой структуры и двух бит на бод скорость передачи в битах превышает скорость в бодах в два раза. При трех битах на один бод модуляция получит обозначение 8PSK, и восемь различных фазовых сдвигов будут представлять три бита. А при 16PSK 16 фазовых сдвигов представляют 4 бита.
Одной из уникальных форм многоуровневой модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (QAM). Для создания символов, представляющих множество битов, QAM использует комбинацию различных уровней амплитуд и смещений фаз. Например, 16QAM кодирует четыре бита на символ. Символы представляют собой сочетание различных уровней амплитуды и фазовых сдвигов.
Для наглядного отображения амплитуды и фазы несущей для каждого значения 4-битного кода используется квадратурная диаграмма, имеющая также романтическое название «сигнальное созвездие» (Рисунок 2). Каждая точке соответствует определенная амплитуда несущей и фазовый сдвиг. В общей сложности 16 символов кодируются четырьмя битами на символ, в результате чего битрейт превышает скорость передачи в бодах в 4 раза.
Почему несколько бит на бод?
Передавая больше одного бита на бод можно отправлять данные с высокой скоростью по более узкому каналу. Следует напомнить, что максимально возможная скорость передачи данных определяется пропускной способностью канала передачи.
Если рассмотреть наихудший вариант чередования нулей и единиц в потоке данных, то максимальная теоретическая скорость передачи C в битах для данной полосы пропускания B будет равна:
Или полоса пропускания при максимальной скорости:
Для передачи сигнала со скоростью 1 Мб/с требуется:
B = 1/2 = 0.5 МГц или 500 кГц
При использовании многоуровневой модуляции с несколькими битами на символ максимальная теоретическая скорость передачи данных будет равна:
Здесь N - количество символов в символьном интервале:
log 2 N = 3.32 log10N
Полоса пропускания, требуемая для обеспечения желаемой скорости при заданном количестве уровней, вычисляется следующим образом:
Например, полоса пропускания, необходимая для достижения скорости передачи 1 Мб/с при двух битах на один символ и четырех уровнях, может быть определена как:
log 2 N = 3.32 log 10 (4) = 2
B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 МГц
Количество символов, необходимых для получения желаемой скорости передачи данных в фиксированной полосе пропускания, может быть вычислено как:
3.32 log 10 N = C/2B
Log 10 N = C/2B = C/6.64B
N = log-1 (C/6.64B)
Используя предыдущий пример, количество символов, необходимых для передачи со скоростью 1 Мб/с по каналу 250 кГц, определится следующим образом:
log 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60
N = log-1 (0.602) = 4 символа
Эти расчеты предполагают, что в канале отсутствуют шумы. Для учета шума нужно применить теорему Шеннона-Хартли:
C = B log 2 (S/N + 1)
C -пропускная способность канала в битах в секунду,
В - полоса пропускания канала в герцах,
S/N -отношение сигнал/шум.
В форме десятичного логарифма:
C = 3.32B log 10 (S/N + 1)
Какова максимальная скорость в канале 0.25 МГц с отношением S/N равным 30 дБ? 30 дБ переводится в 1000. Следовательно, максимальная скорость:
C = 3.32B log 10 (S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10 (1001) = 2.5 Мб/с
Теорема Шеннона-Хартли конкретно не утверждает, что для достижения этого теоретического результата должна применяться многоуровневая модуляция. Используя предыдущую процедуру, можно узнать, сколько бит требуется на один символ:
log 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5
N = log-1 (1.5) = 32 символа
Использование 32 символов подразумевает пять бит на символ (25 = 32).
Примеры измерения скорости передачи в бодах
Практически все высокоскоростные соединения используют какие-либо формы широкополосной передачи. В Wi-Fi в схемах модуляции с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) применяются QPSK, 16QAM и 64QAM.
То же самое верно для WiMAX и технологии сотовой связи Long-Term Evolution (LTE) 4G. Передаче сигналов аналогового и цифрового телевидения в системах кабельноого ТВ и высокоскоростного доступ в Интернет основана на 16QAM и 64QAM, в то время как в спутниковой связи используют QPSK и различные версии QAM.
Для систем наземной мобильной радиосвязи, обеспечивающих общественную безопасность, недавно были приняты стандарты модуляции речевой информации и данных с помощью 4FSK. Этот сужающий полосу пропускания способ разработан для сокращения полосы с 25 кГц на канал до 12.5 кГц, и, в конечном счете, до 6.25 кГц. В результате в том же спектральном диапазоне можно разместить больше каналов для других радиостанций.
Телевидение высокой четкости в США использует метод модуляции, называемый eight-level vestigial sideband (8-уровневая передача сигналов с частично подавленной боковой полосой), или 8VSB. В этом методе отводится три бита на символ при 8 уровнях амплитуды, что позволяет передавать 10,800 тыс. символов в секунду. При 3 битах на символ полная скорость будет равна 3 × 10,800,000 = 32.4 Мб/с. В сочетании с методом VSB, который передает только одну полную боковую полосу частот и часть другой, видео- и аудиоданные высокой четкости могут передаваться по телевизионному каналу шириной 6 МГц.
