Apa hubungan antara bandwidth pada kabel dan frekuensi?

Saya mencoba mempelajari jaringan (saat ini Tautan - Lapisan Fisik); ini adalah belajar mandiri.

Saya sangat bingung tentang satu hal:

Misalkan saya ingin mengirim data tentang sesuatu seperti ini:

01010101, di mana ia akan terlihat seperti ini sebagai Sinyal:

__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾

Nah data yang akan dikirim harus diwakili oleh sinyal, dan sinyal dalam situasi ini adalah "perubahan tegangan" pada tautan / kawat (anggap kita menggunakan kabel, bukan tautan nirkabel).

Jadi Fourier membuktikan bahwa dengan frekuensi yang cukup, sinyal dapat direpresentasikan dengan cukup baik.

Suka:

Saya masih tidak mengerti hubungan antara sinyal pada kabel, dan Frekuensi.

Definisi frekuensi adalah: jumlah kemunculan kejadian berulang per satuan waktu. Jadi apa yang berulang dalam kawat per satuan waktu?

Juga misalnya pada saluran DSL, untuk Frequency Division Multiplexing, karena beberapa pengguna akan dialokasikan frekuensi lebih sedikit, akan ada lebih sedikit bandwidth per pengguna pada tautan / kabel yang diberikan. Apa artinya mengalokasikan lebih sedikit frekuensi pada kabel? Kurang mengulangi apa?

Apakah ada banyak frekuensi yang tersedia pada kabel? Jika ada (katakanlah dari 0 hingga 1 Mega Hertz) dapatkah saya mewakili yang di atas menggunakan kisaran antara 0 hingga 100 ATAU 100 hingga 200 ATAU 500 hingga 1000? Mengapa saya memiliki lebih banyak bandwidth jika saya menggunakan lebih banyak frekuensi?

Modulasi dan simbol s

jumlah kejadian acara berulang per unit waktu. Jadi apa yang berulang dalam kawat per satuan waktu?

Pola tegangan pada kawat berulang.

Dalam sistem komunikasi yang sangat sederhana, Anda dapat siklus tegangan DC saluran di atas atau di bawah ambang batas, seperti yang ditunjukkan dalam ASCII-art ... Anda __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Misalkan ambang Anda adalah + 5v dan -5vdc; memodulasi data biner melalui dua tegangan DC hanya akan menghasilkan satu bit per level tegangan (setiap transisi tegangan disebut simbol dalam industri).

Transisi tegangan DC bukan satu-satunya cara untuk merepresentasikan data pada kabel, seperti yang Anda sebutkan, Anda dapat memodulasi tegangan sinyal pada frekuensi tertentu, atau beralih di antara dua frekuensi untuk memodulasi data. Gambar ini menggambarkan bagaimana __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾transisi yang sama diwakili melalui Amplitude Modulation (AM) dan Frequency Modulation (FM).

Sistem yang lebih kompleks yang ditransmisikan dari jarak yang lebih jauh menggunakan skema modulasi yang lebih kompleks , seperti FDM atau QPSK , untuk mengemas lebih banyak data ke dalam bandwidth yang diberikan pada kabel.

Secara umum, Anda dapat memodulasi menggunakan kombinasi:

• Amplitudo
• Frekuensi
• Fase offset (sehubungan dengan operator referensi, atau jam).

Kecepatan bit dan efisiensi spektral

Apakah ada banyak frekuensi yang tersedia pada kabel? Jika ada (katakanlah dari 0 hingga 1 Mega Hertz) dapatkah saya mewakili yang di atas menggunakan kisaran antara 0 hingga 100 ATAU 100 hingga 200 ATAU 500 hingga 1000? Mengapa saya memiliki lebih banyak bandwidth jika saya menggunakan lebih banyak frekuensi?

Mari kita pertimbangkan sistem Modulasi Frekuensi, yang memiliki dua status ...

• Simbol 0 diwakili oleh 1KHz
• Simbol 1 diwakili oleh 2.5KHz

Skema modulasi ini membutuhkan 1.5KHz bandwidth pada kabel. Namun, itu tidak memberi tahu Anda tentang bit rate yang ditransmisikan (yang membingungkan, juga dikenal sebagai 'bandwidth', tetapi jangan gunakan istilah kelebihan beban).

Salah satu alasan bahwa sistem FM mungkin berjarak 0 dan 1 simbol dengan jarak 1.5 KHz adalah karena ada batasan seberapa baik, seberapa cepat, dan seberapa ekonomis modem dapat mengukur perubahan frekuensi pada kabel.

• Seberapa baik modem dapat mengukur perubahan frekuensi adalah salah satu faktor yang mendorong berapa banyak bandwidth yang dibutuhkan pada kabel
• Seberapa cepat modem dapat mengukur frekuensi (atau lainnya simbol ) mengubah drive seberapa tinggi modem 's bit rate akan
• Ekonomi memainkan peran besar, karena Anda mungkin dapat membangun sistem yang memiliki efisiensi spektral yang sangat tinggi , tetapi jika tidak ada yang mampu membelinya maka itu bukan solusi yang layak.

Sebagai aturan umum, Anda dapat membangun modem yang lebih cepat dan lebih murah jika Anda memiliki lebih banyak bandwidth yang tersedia untuk Anda.

Edit: respons komentar

Saya telah mempelajari respons Anda, tetapi saya masih bingung tentang beberapa hal. Saya hanya bisa mengirim 1 dan 0 melalui kabel sejauh yang saya mengerti. Jadi jika 1,5 KHz sudah cukup untuk ini, mengapa saya menggunakan lebih banyak bandwidth?

Saya menjawab pertanyaan di bagian terakhir, tetapi mari kita lanjutkan dengan contoh modulasi FM. Sistem nyata harus memperhitungkan sensitivitas penerima, dan faktor-faktor seperti seberapa baik filter band-pass dapat diimplementasikan.

Misalkan bandwidth 1.5KHz yang tersedia untuk modem hanya menghasilkan 9600 baud, dan itu tidak cukup cepat; namun, Anda mungkin membangun modem 20KHz yang cukup cepat (mungkin Anda perlu 56K baud).

Mengapa 20KHz lebih baik? Karena kenyataan dan kemiringan yang tidak sempurna pada filter band-pass dan komponen lainnya, Anda mungkin memerlukan banyak bandwidth untuk mengimplementasikan modulasi dan kode baris yang benar . Mungkin dengan 20KHz, Anda dapat mengimplementasikan skema QAM , yang memberi Anda 3 bit per simbol , menghasilkan laju bit maksimum "9600 * 8", atau 76,8 Kbaud (catatan: 2 ** 3 = 8)

Anda mengajukan pertanyaan yang bagus, tetapi sangat sulit untuk menjelaskan ini tanpa masuk ke nyali desain yang sebenarnya. Jika Anda membaca beberapa buku elektronik tentang desain penerima, atau mengikuti kursus teknik elektro, materi ini dibahas.

Mike menawarkan jawaban yang sangat baik tetapi tidak persis dengan apa yang Anda minta.

Bandwidth , menurut definisi, adalah rentang frekuensi yang diukur dalam Hz.

Seperti yang telah Anda katakan, sinyal __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾dapat dipecah (menggunakan Fourier) menjadi banyak frekuensi. Katakanlah kita telah memecahnya, dan melihat bahwa sinyal kita (kebanyakan) terdiri dari frekuensi 1Mhz, 1.1Mhz, 1.2Mhz, 1.3Mhz ... hingga 2Mhz. Itu berarti bahwa sinyal kami memiliki bandwidth 1Mhz .

Sekarang, kami ingin mengirimkannya melalui saluran, seperti kawat tembaga, atau serat optik. Jadi pertama-tama, mari kita bicara sedikit tentang saluran.

Ketika berbicara tentang bandwidth dalam saluran, kita sebenarnya berbicara tentang bandwidth passband yang menggambarkan kisaran frekuensi yang bisa dilakukan suatu saluran dengan sedikit distorsi. Katakanlah saya memiliki saluran yang hanya dapat melewati sinyal yang frekuensinya antara f1 dan f2. Fungsi respons frekuensinya (reaksi saluran terhadap sinyal dengan frekuensi berbeda) mungkin kira-kira seperti ini:

Bandwidth saluran tergantung pada sifat fisik saluran, sehingga kabel tembaga akan memiliki bandwidth yang berbeda dari saluran nirkabel dan dari serat optik. Di sini , misalnya, adalah tabel dari wikipedia, yang menentukan bandwidth berbagai kabel twisted pair.

Jika saluran contoh kami memiliki bandwidth 1Mhz, maka kami dapat dengan mudah menggunakannya untuk mengirim sinyal yang bandwidthnya 1Mhz atau kurang. Sinyal dengan bandwidth yang lebih luas akan terdistorsi saat melewati, mungkin membuatnya tidak dapat dipahami.

Sekarang mari kita kembali ke contoh sinyal kita __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Jika kita melakukan analisis Fourier di atasnya, kita akan menemukan bahwa meningkatkan laju data (dengan membuat bit lebih pendek dan lebih dekat satu sama lain), meningkatkan bandwidth sinyal . Peningkatannya akan linear, sehingga peningkatan dua kali lipat dalam laju bit, akan berarti peningkatan bandwidth dua kali lipat.

Hubungan yang tepat antara bit rate dan bandwidth tergantung pada data yang dikirim serta modulasi yang digunakan (seperti NRZ , QAM , Manchseter , dan lainnya). Cara klasik di mana orang menggambar bit: __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾adalah seperti apa NRZ terlihat, tetapi teknik modulasi lainnya akan menyandikan nol dan yang menjadi bentuk yang berbeda, mempengaruhi bandwidth mereka.

Karena bandwith yang tepat dari sinyal biner tergantung pada beberapa faktor, ini berguna untuk melihat batas atas teoritis untuk setiap sinyal data melalui saluran yang diberikan. Batas atas ini diberikan oleh teorema Shannon-Hartley :

C adalah kapasitas saluran dalam bit per detik;

B adalah bandwidth saluran dalam hertz (bandwidth passband jika sinyal termodulasi)

S adalah daya sinyal rata-rata yang diterima atas bandwidth (dalam hal sinyal termodulasi, sering dinotasikan C, yaitu pembawa termodulasi), diukur dalam watt (atau volt kuadrat)

N adalah kebisingan rata-rata atau kekuatan interferensi atas bandwidth, diukur dalam watt (atau volt kuadrat)

S / N adalah rasio signal-to-noise (SNR) atau rasio carrier-to-noise (CNR) dari sinyal komunikasi ke gangguan noise Gaussian yang dinyatakan sebagai rasio daya linier (bukan sebagai desibel logaritmik).

Namun satu hal penting yang perlu diperhatikan adalah bahwa teorema Shannon-Hartley mengasumsikan tipe spesifik noise - white noise Gaussian aditif . Batas atas akan lebih rendah untuk jenis kebisingan lain yang lebih kompleks.

Biarkan saya memberi atau praktis, jawaban rekayasa jaringan kehidupan nyata. Inilah hubungan bandwidth dan frekuensi: Bandwidth lebih tinggi, frekuensi lebih tinggi. Selesai

Tidak, serius, akhir dari tanya jawab. Anda sudah selesai, lanjutkan ke Layer 2.

Saya tidak bermaksud kasar atau sok pintar. Pertanyaan Anda telah menggali terlalu jauh ke aspek teknik listrik dari lapisan Fisik untuk menjadi tentang apa yang dikenal sebagai teknik jaringan. Apa yang Anda tanyakan jauh lebih relevan dengan telekomunikasi, teknik elektro, atau bahkan ilmu komputer daripada teknik jaringan dalam semua hal kecuali yang paling ketat, paling masuk akal. Ini juga tidak relevan bagi siapa pun tetapi personel yang sangat khusus mengembangkan perangkat keras atau protokol yang diterapkan oleh perangkat keras. Saya akan sangat terkejut jika sebagian besar CCIE dapat menjawab pertanyaan ini sampai tingkat yang Mike Pennington lakukan ... dan tidak akan terkejut sama sekali jika mereka tidak cukup tahu untuk mengajukan pertanyaan asli dengan kedalaman sebanyak yang Anda lakukan!

Biarkan saya katakan dengan cara lain: Jika Anda mempelajari teknik jaringan dalam pengertian tradisional, Anda telah menguasai Layer 1 jauh melampaui (oh begitu jauh melampaui) apa yang diperlukan, atau bahkan berguna dalam karir rekayasa jaringan normal. Anda baik, lanjutkan, masih banyak yang harus dipelajari.