Полоса пропускания и пропускная способность линий связи

Полоса пропускания – это непрерывный диапазон частот, для которых затухания не превышает заданного предела. То есть полоса пропускания определяет диапазон частот, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.Обычно граничными частотами полосы пропускания считаются частоты, на которых мощность принимаемого сигнала уменьшается в два раза по отношению к передаваемому. Полоса пропускания измеряется в герцах и зависит от электромагнитных характеристик линии связи и ее протяженности.

Например, полоса пропускания стандартного абонентского телефонного канала, или канала тональной частоты составляет 3100 Гц (300 Гц – 3400 Гц).

Для того чтобы линия связи обеспечивала передачу заданного сигнала, необходимо чтобы спектр сигнала соответствовал полосе пропускания линии. Это означает, что основные гармоники сигнала, то есть те гармоники, которые имеют наибольшую амплитуду и вносят основной вклад в результирующий сигнал (обычно это гармоники низкочастотной части спектра), должны укладываться в полосу пропускания линии. Чем сильнее значимые гармоники выходят за пределы полосы пропускания, темь больше будет искажаться сигнал.

Пропускная способность линии связи характеризует максимально возможную скорость передачи данных, которая может быть достигнута на этой линии. Зная полосу пропускания линии связи, оценить максимальную пропускную способность линии можно с использованием формулы Шеннона:

где С – пропускная способность линии в битах в секунду, F – ширина полосы пропускания линии в герцах, P_С – мощность сигнала, P_Ш – мощность шума. Из этого соотношения следует, что для повышения пропускной способности линии требуется либо увеличивать мощность передатчика, либо снижать мощность шума, повышая качество оборудования и помехозащищенность линии. И то и другое возможно лишь до известной степени, кроме того, логарифмическая зависимость приводит к тому, что с увеличением мощности передатчика рост пропускной способности происходит не линейно, а с замедлением.

Также для оценки максимальной пропускной способности линии связи можно воспользоваться формулой Найквиста:

где М – количество различимых состояний информационного параметра. Хотя в данной формуле наличие шума в линии явно не учитывается, косвенно его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Например, чтобы увеличить пропускную способность в два раза, можно было бы использовать не два, а четыре состояния сигнала. Однако, если амплитуда шума превысит разницу между соседними уровнями, то приемник не сможет корректно распознать передаваемые данные.

При использовании двух состояний сигнала максимальная пропускная способность канала тональной частоты составит 6200 бит/с. Передача данных по телефонной линии с более высокой скоростью возможна только при использовании модуляции сигнала.

Приравняв два вышеприведенных соотношения можно сделать вывод, что при двух устойчивых состояниях сигнала допустимое соотношение мощности сигнала к мощности шума может составлять три.

Пропускная способность, как и скорость передачи данных измеряется в битах, килобитах, мегабитах и т.д. в секунду, при этом приставка «кило» по отношению к битам соответствует множителю 1000, а не 1024, как, например, по отношению к байту.