5. Швидкість передачі і пропускна спроможність каналу

У літературі фігурують три різні одиниці виміру швидкості: біти за секунду (Bits Per Second - bps), боди (baud) і символи за секунду (Characters Per Second - cps). Ми будемо надалі дотримуватися наступних термінів.

Біти за секунду

Швидкість, з якою відбувається цей обмін, вимірюється в бітах за секунду (біт/с), або bps.

Наприклад, ви можете зустріти такі позначення швидкості передачі інформації – 1200 bps, 2400 bps, 9600 bps, 14400 bps.

Символи за секунду

При передачі послідовних потоків даних передається не лише корисна інформація. Зазвичай на кожен байт корисної інформації передається два службових біта.

Так, щоб узнати, скільки фактично байтів в секунду зможе передати один комп’ютер іншому через модем при обміні такими символами (тобто, байтами), слід розділити величину швидкості в бітах за секунду не на 8, а на 10.

Отже, фактична швидкість передачі інформації для модему 2400 bps складе всього 240 символів за секунду, замість 300 (2400/8 = 300).

Боди

Швидкість в бодах визначається числом сигналів, переданих по каналу, числом подій за одну секунду. Різні способи модуляції можуть кодувати в одному значенні сигналу декілька біт (ми уже знаємо про дібіти, трибіти, квадрібіти та т. інш.). Тому значення швидкості передачі даних модемом в бодах може відрізнятися від значення швидкості в бітах за секунду.

Нам уже відомо застосування комплексних методів модуляції, коли інформація кодується одночасною зміною, наприклад, фази і амплітуди. Так, при квадратурно–амплітудній модуляції КАМ-16 можна закодувати в кожному значенні сигналу 4 біта корисної інформації (квадрібіт). Це дозволяє закодувати в кожному значенні сигналу 4 біта корисної інформації. Таким чином, модем, що працює із швидкістю 9600 bps, передає дані із швидкістю всього 2400 бод.

Звернемо увагу на те, що окрім основних одиниць вимірювання швидкості передачі інформації використовуються і похідні такі, наприклад, як кілобіт/с, кілобайт/с, мегабіт/с, мегабайт/с та інші. Причому як і при вимірі інформації в теорії інформації та кодування “кіло” означає 10³, “мега” – 10⁶ та т. ін.

Для ергодичних послідовностей:

при (5)

де – кількість інформації, що міститься в послідовності повідомлень , загальна тривалість яких дорівнює при середній тривалості кожного повідомлення, яка може бути обчислена як математичне очікування .

Кількість інформації, що створюється джерелом повідомлень в середньому за одиницю часу, називається продуктивністю джерела

.

Найбільшу продуктивність має джерело з максимальною ентро­пією, яка дорівнює . У реальному каналі число використовуваних сигналів є завжди скінченим, тому ентропія джерела . Крім того, зменшення тривалості сигналів τ приводить до розширення їх спектру, обмежуваного смугою пропускання каналу. Отже, кінцеве число сигналів не дозволяє безмежно підвищувати швидкість передачі інформації по каналу зв’язку. В цьому випадку говорять, що максимально можлива швидкість передачі інформації по каналу зв’язку обмежується його пропускною спроможністю:

(6)

При числі використовуваних сигналів і їх тривалості пропускна спроможність каналу вимірюється в біт/с. Це так звана бітова швидкість, яка при збігається з сигнальною . При збільшенні ж числа сигналів (наприклад, шляхом збільшення їх рівнів), що є рівносильним збільшенню основи коди) пропускна спроможність каналу зростає при одній і тій же смузі частот, яка дорівнює приблизно . Наприклад, при бітова швидкість збільшиться в рази, тоді як сигнальна залишиться колишньою. Природно, чим більше число рівнів сигналу m, тим більше інформації можна передати за інтервал . Вочевидь, що відношення бітової швидкості до сигнальної дорівнює числу біт m на один сигнал тривалістю .

Для уявлення про пропускну спроможність приведемо її значення для деяких технічних і біологічних каналів: телевізійні канали – мільйони і десятки мільйонів біт/с; телефонні, фототелеграфні, радіотрансляційні канали – тисячі і десятки тисяч; органи зору – мільйони; органи слуху – тисячі; органи дотику – десятки тисяч; органи нюху, смаку, центральна нервова система – одиниці і десятки біт/с.