Основные количественные характеристики каналов связи

Основным параметром, характеризующий канал связи является его пропускная способность – количество информации, которое он может передавать за единицу времени. Чем выше пропускная способность, тем дороже канал. Пропускная способность канала тесно связана с полосой пропускания физической среды, мощности сигнала, уровнем шума. Полоса пропускания канала определяется как диапазон частот, который канал способен передавать с затуханием мощности менее 3дБ. Полоса пропускания измеряется в герцах (Гц). Телевизионный канал имеет частоту пропускания 5 –6МГц, телефонный канал 3100Гц. Соотношение между шириной полосы пропускания W(Гц) и максимальной скоростью передачи данных R_max (бит/с):

(1)

где V – число уровней квантования сигнала.

Пропускная способность – понятие общее, применяется к любому виду канала и типу связи и не ограничивается конкретными типами физического носителя. Полоса пропускания канала относится только к частотному диапазону, в котором сигналы передаются с определенным затуханием. Важным фактором отрицательно влияющим на связь являются помехи. Их влияние пропорционально полосе пропускания. Помехи могут возникать в электрическом проводнике из-за случайного теплового движения электронов или под воздействием окружающей среды (любой проводник ведет себя как приемная антенна). Если уровень мощности помех велик, относительно мощности сигнала последний используется так, что сообщение теряет первоначальный смысл. Поэтому защита от помех и восстановление исходных данных – важнейшие проблемы связи (изучал Шеннон). Он ввел новую характеристику канала связи – соотношение сигнал/шум:

– формула Шеннона

Она является отношением средних уровней мощности исходного сигнала и шума. Согласно этой формуле максимальная пропускная способность канала с полосой пропускания и отношения сигнал–шум:

(2)

R_max – выражает фундаментальный физический предел, который на практике достичь нельзя, но формула дает представление о качестве реального процесса связи. Она показывает что максимальная скорость передачи при фиксированном уровне шума можно повысить за счет повышения уровня мощности сигнала или увеличением полосы пропускания. Реально скорость передачи достигается на уровне 1/3 от R_max. При этом расширение полосы пропускания более эффективно, чем увеличение уровня мощности. Соотношение Найквеста (1) не является частным случаем формулы Шеннона (2), соотношение Найквеста – является функцией количества кодирующих символов и приводит к теоретически бесконечной пропусканной способности для любого канала. Уравнение Шеннона – функция отношения сигнал–шум.

Пример: в случае телефонного канала с полосой пропускания 3100Гц и типичным отношением сигнал/шум 30дБ предел Шеннона приблизительно равен 30кбит/с. Основными ограничениями при создании любого канала связи является полоса пропускания и соотношение сигнал/шум.

То есть допустимая полоса пропускания должна соответствовать необходимой пропускной способности, если это не выполняется, никакие средства связи не решат проблему.