Пропускная способностью линии и полоса пропускания

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем выше пропускная способность линии. Но, с увеличением частоты периодического несущего сигнала, увеличивается и ширина спектра этого сигнала. Линия передает этот спектр синусоид с теми искажениями, которые определяются ее полосой пропускания.

Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых Промышленных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации и, следовательно, снижается скорость передачи информации.

Связь между полосой пропускания линии и пропускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, установил Клод Шеннон:

C = F log2 (l + P_с /P_ш),

где С − пропускная способность линии (бит в секунду), F− ширина полосы пропускания линии в герцах, Р_с − мощность сигнала, Р_ш− мощность шума. Видно, что повысить пропускную способность линии можно увеличивая мощность передатчика или же уменьшая мощность шума (помех) на линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямо пропорциональная.

Так, при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в 2 раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Найквист определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума на линии по следующей формуле:

С = 2F log₂ M,

где М — количество различимых состояний информационного параметра.

Если сигнал имеет 2 различимых состояния, то пропускная способность равна удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи (рисунок 2.3, а). Если же передатчик использует более чем 2 устойчивых состояния сигнала для кодирования данных, то пропускная способность линии повышается, так как за один такт работы передатчик передает несколько бит исходных данных, например 2 бита при наличии четырех различимых состояний сигнала (рисунок 2.3,6).

Приведенные соотношения дают предельное значение пропускной способности линии, а степень приближения к этому пределу зависит от конкретных методов физического кодирования, рассматриваемых ниже.