Биты и боды

Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, пода­ваемых на линию связи, называется физическим, или линейным, кодированием.

От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соответственно, пропускная способность линии.

Таким образом, для одного способа кодирования линия может обладать одной пропускной способностью, а для другого — другой. Например, витая пара катего­рии 3 может передавать данные с пропускной способностью 10 Мбит/с при спо­собе кодирования стандарта физического уровня 10Base-T и 33 Мбит/с при спо­собе кодирования стандарта 100Base-T4.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

В соответствии с основным постулатом теории информации любое различимое непредска­зуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию. Отсюда следует, что синусоида, у которой амплитуда, фаза и частота остаются неизменными, информации не несет, так как изменение сигнала хотя и происходит, но является абсолютно предсказуе­мым. Аналогично, не несут в себе информации импульсы на тактовой шине компьютера, так как их изменения тоже постоянны во времени. А вот импульсы на шине данных пред­сказать заранее нельзя, это и делает их информационными, они переносят информацию между отдельными блоками или устройствами компьютера.

В большинстве способов кодирования используется изменение какого-либо па­раметра периодического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знака потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, па­раметры которого подвергаются изменениям, называют несущим сигналом, а его частоту, если сигнал синусоидальный, — несущей частотой. Процесс изменения параметров несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией на­зывается модуляцией.

Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации — биту. Если же сигнал может иметь более двух различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько битов информации.

Передача дискретной информации в телекоммуникационных сетях осуществля­ется тактировано, то есть изменение сигнала происходит через фиксированный интервал времени, называемый тактом. Приемник информации считает, что вна­чале каждого такта на его вход поступает новая информация. При этом незави­симо от того, повторяет ли сигнал состояние предыдущего такта или же он имеет состояние, отличное от предыдущего, приемник получает новую информацию от передатчика. Например, если такт равен 0,3 с, а сигнал имеет два состояния и 1 кодируется потенциалом 5 вольт, то присутствие на входе приемника сиг­нала 5 вольт в течение 3 секунд означает получение информации, представлен­ной двоичным числом 1111111111.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах. Один бод равен одному изменению ин­формационного параметра в секунду. Например, если такт передачи информа­ции равен 0,1 секунды, то сигнал изменяется со скоростью 10 бод. Таким обра­зом, скорость в бодах целиком определяется величиной такта.

Информационная скорость измеряется в битах в секунду и в общем случае не совпадает со скоростью в бодах. Она может быть как выше, так и ниже скорости изменения информационного параметра, измеряемого в бодах. Это соотношение зависит от числа состояний сигнала. Например, если сигнал имеет более двух различимых состояний, то при равных тактах и соответствующем методе коди­рования информационная скорость в битах в секунду может быть выше, чем ско­рость изменения информационного сигнала в бодах.

Пусть информационными параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются 4 состояния фазы в 0, 90, 180 и 270° и два значения ампли­туды сигнала, тогда информационный сигнал может иметь 8 различимых состоя­ний. Это означает, что любое состояние этого сигнала несет информацию в 3 бит. В этом случае модем, работающий со скоростью 2400 бод (меняющий инфор­мационный сигнал 2400 раз в секунду), передает информацию со скоростью 7200 бит/с, так как при одном изменении сигнала передается 3 бит информации.

Если сигнал имеет два состояния (то есть несет информацию в 1 бит), то инфор­мационная скорость обычно совпадает с количеством бодов. Однако может на­блюдаться и обратная картина, когда информационная скорость оказывается ни­же скорости изменения информационного сигнала в бодах. Это происходит в тех случаях, когда для надежного распознавания приемником пользовательской информации каждый бит в последовательности кодируется несколькими изме­нениями информационного параметра несущего сигнала. Например, при кодиро­вании единичного значения бита импульсом положительной полярности, а нуле­вого значения бита импульсом отрицательной полярности физический сигнал дважды изменяет свое состояние при передаче каждого бита. При таком кодиро­вании скорость линии в битах в секунду в два раза ниже, чем в бодах.

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем выше может быть час­тота модуляции и тем выше может быть пропускная способность линии связи.

Однако, с другой стороны, 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 информационных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании ин­формации принимающей стороной, а значит, возможная скорость передачи ин­формации оказывается меньше.