Соотношение мощности и единиц дБм
| 10 мВт = +10 дБм
| 10 мкВт = -20 дБм
| | 5 мВт = +7 дБм
| 1 мкВт = -30 дБм
| | 1 мВт = 0 дБм
| 100 нВт = -40 дБм
| | 500 мкВт = -3 дБм
| 10 нВт = -50 дБм
| | 100 мкВт =-10 дБм
| 1 нВт = -60 дБм
| | 50 мкВт = -13 дБм
| 100 пВт = -70 дБм
| Объем и скорость передачи информации. Объем информации измеряется в битах.
Бит - это минимальное количество информации, составляющее выбор одного из двух возможных вариантов. Когда создается возможность дать ответ на любой вопрос «да» или «нет», то это и есть один бит информации, т.е. в этом случае меньше бита информации не бывает.
Бит - это абстрактное понятие, которое обеспечивает количественное измерение информации, доступное компьютерным системам.
Математически нам проще всего «битовую информацию» описывать числовыми методами, а именно двоичными числами, которые составляются из цифр «0» и «1».
Сколько передается «ноликов» или «единичек» столько передается битов информации.
Для кодирования разнообразных вариаций в какой-либо области знаний (например, даже обычного текста, не говоря уже о звуковой или цветовой информации) одного бита информации мало. Для кодирования разнообразных вариаций требуется увеличение разрядности двоичного числа (его удлинении). Двоичные числа формируются с фиксированной разрядностью, такая совокупность разрядов получила название «байт».
Байт - последовательность из восьми бит, рассматриваемая как одно целое.
Современные объемы характеризуются объемами в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах
Рассмотрим книгу объемом 100 000 слов, содержащую, например, 250 страниц, причем допустим, что каждое слово состоит в среднем из пяти букв. При использовании для преобразования текста в цифровую форму каждая буква кодируется восемью двоичными цифрами. Таким образом, один байт может принимать 28 = 256 различных значений, причем, учитываются все строчные и прописные буквы, цифры, промежутки между словами и знаки препинания. Тогда общий объем содержащейся в книге информации составит 4 Мбит.
Производимые в настоящее время оптические носители информации позволяют хранить 210, 650, 700, 4700 Мбайт.
Производимые современной промышленностью устройства хранения данных (жесткий диск) могут достигать объема нескольких Тбайт и их объемы с каждым годом возрастают.
Пропускная способность канала. Под пропускной способностью канала понимают максимально достижимую скорость передачи полезной информации в бит/с. В качестве ограничений обычно выступают протяженность канала, тип среды, мощность передатчика, чувствительность приемника, занимаемая полоса частот, характеристики помех и шумов, допустимая доля ошибок.
Если раньше сети работали обычно со скоростью 10 Мбит/с, то сейчас сети поддерживают 100 и 1000 Мбит/с. Причем Internet трафик, в настоящие время, в телекоммуникационных сетях общего пользования превышает голосовой трафик.
Понятие скорости передачи. Скорость передачи - это количество бит в единицу времени (В) [бит/с].
Различные услуги электросвязи требуют различных скоростей передачи. Например, факсимильная передача одной страницы текста формата А4 (210х297 мм), в зависимости от степени обработки сигналов, требует от 200 кбит/с до 2 Мбит/с. Аналоговая передача видеосигнала требует в реальном масштабе времени до 6 МГц, а цифровая передача 130-600 Мбит/с. Современные скорости локальных вычислительных сетей составляют от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Требования к скоростям речевого и видеосигнала могут существенно различаться в зависимости от вида обработки.
Звуковой канал. Для обеспечения разборчивости речи требуется полоса частот около 3 кГц, лежащая в диапазоне от 300 Гц до 3,4 кГц для обычной стандартной телефонной сети. На практике по цифровому телефонному каналу эта полоса частот передается со скоростью 64 кбит/с. При этом аналоговый сигнал дискретизируется с интервалом 125 мкс (частота дискретизации fs =8 кГц), а каждый отсчет кодируется 8-битовым словом.
Связь между скоростью передачи и расчетной частотой зависит от используемого метода кодирования сигналов. Например, для кодирования без возврата к нулю - аналогично обычным цифровым данным (высокий уровень означает 1, а низкий 0), расчетная частота для линии связи в 100 МГц равна скорости передачи данных 100 Мбит/с.
Шум. Шумом называется любое возмущение электрического или оптического характера, отличное от полезного сигнала. Сигнал несет полезную информацию, а шум является чем-то дополнительным и бесполезным. Любой канал связи подвержен воздействию шумов. Слишком слабый сигнал невозможно различить на фоне шума, для этого необходимо либо уменьшить уровень шума, либо усилить сигнал. В процессе усиления в приемном устройстве усиливается не только сигнал, но и шум. Некоторые виды шума можно отфильтровать с помощью электронных фильтров. Удобно иметь уровень сигнала более высокий по сравнению с уровнем шума, а еще лучше иметь сильный сигнал и слабый шум.
Примером шумов может служить так называемая перекрестная помеха. Когда во время телефонного звонка происходит коммутация двух различных телефонных линий, в результате чего вы можете у себя в трубке слышать то, что говорят другие люди. Это искусственный шум. В отличие от искусственных, многие типы естественных шумов устранить нельзя, поскольку они появляются в результате природных явлений. Вам, наверное, знакомо характерное потрескивание в радиоприемнике, которое вызвано разрядами молнии в атмосфере Земли. Это пример атмосферных шумов (atmospheric noise). Кроме эффектов, связанных с природными процессами, протекающими в атмосфере и на поверхности Земли, существуют внешние шумы, которые называются космическими. Эти шумы заметны лишь на частотах до 1 ГГц.
Электрический шум можно определить как нежелательную энергию, которая сопровождает сигнал в электронной системе внутренние шумы. В любой точке системы, кроме сигнала, всегда присутствуют шумы. Это явление неотъемлемое свойство электронной цепи.
Тепловой шум. Вследствие теплового возбуждения атомов проводника или резистора в веществе возникают свободные электроны. Возникающий при этом шум носит название теплового шума, так как его энергия возрастает с увеличением температуры.
N = kТΔF,
где k - постоянная Больцмана, равная 1,38*10-23 Дж/К; Т - абсолютная температура, выраженная в градусах по шкале Кельвина, К; ΔF - рассматриваемая ширина полосы частот, например полоса пропускания измерительного прибора или системы.
Можно предположить, что присутствие шумов в системе приводит к нарушению её работоспособности. Однако на самом деле большинство систем функционирует вполне нормально, если уровень шумов не превышает заданного уровня.
Отношение сигнал/шум
В большинстве случаев абсолютный уровень мощности шума редко является тем параметром, по которому пользователь может оценить качество системы. Как правило, для этой цели удобней пользоваться отношением мощностей сигнала и шума. Отношение сигнал/шум (S/N) - общепринятый способ выражения качества сигнала в системе. Это отношение выражается обычно в дБ средней энергии сигнала к средней энергии шумов различной природы.
S/N=10log(S/N) [dB]
где S - мощность сигнала в Вт, N мощность шума в Вт.
Часто реальные системы работают в очень большом динамическом диапазоне, который простирается на два или три порядка величин; при этом приходится иметь дело как с очень малыми, так и с очень большими значениями отношения сигнал/шум.
Итак, очевидно, что именно отношение мощностей сигнала и шума, а не их абсолютные значения, является определяющим параметром качества системы.
Типичные значения приемлемого отношения сигнал/шум составляют около 16 дБ - для передачи речи с низким качеством и до 30 дБ - для коммерческих телефонных систем, наконец, 50-60 дБ для высококачественного радиовещания музыкальных программ.
Пример. Пусть входное сопротивление усилителя ТВ приемника равно 500 Ом, сигнал на выходе равен 1 мВ. Полоса частот сигнала 10 МГц, температура сопротивления нагрузки - 27°С. Тогда мощность сигнала на нагрузке
S=U²/R1=12/500=0.002 мВт ;
эквивалентная мощность шума:
N = kTsΔF = 1.38*10-23*300*106 = 4.14*10-14 Вт,
а отношение сигнал/шум на нагрузке:
S/N (дБ)=10log10(0.002 мВт/4.14*10-14 Вт)=48 дБ
Еще одним преимуществом выражения отношения С/Ш в децибелах является то, что общее отношение сигнал/шум при соединении нескольких отдельных электрических цепей определяется как сумма отдельных отношений С/Ш всех цепей, а не их произведение.
Скорость передачи реального канала связи зависит не только от полосы пропускания, но и от отношения сигнал/шум.
Теоретическую максимальную скорость передачи для реального канала связи можно вычислить, используя теорему Шеннона:
C= ΔF log2 (1+S/N) [бит/с],
где C - скорость передачи данных в бит/с; ΔF - полоса пропускания канала в герцах; S - мощность сигнала в ваттах; Т - мощность шума в ваттах.
Из этой формулы можно видеть, что увеличение полосы пропускания или увеличение отношения сигнала к шуму позволяет увеличить скорость передачи данных и что сравнительно небольшое увеличение полосы пропускания эквивалентно гораздо большему увеличению отношения сигнала к шуму.
Для цифровых систем существует аналог отношения сигнал - шум, который называется отношение бит/ошибка (ВЕR).
BER = (Число ошибочных битов) / (Всего битов).
Данный параметр является отношением объема неправильно принятой информации к общему объему переданной информации, выраженной в битах. Отношение 10-9 означает, что при передаче одного миллиарда бит информации была допущена одна ошибка. Подобно S/N требования к величине отношения бит/ошибка зависят от области применения и многих других факторов. Лучшее S/N подразумевает лучшее отношение ВЕR.
| 
