De nombreux facteurs peuvent déformer ou endommager un signal. Le plus courant d’entre eux est l’interférence ou le bruit, c’est-à-dire tout signal indésirable qui se mélange et déforme le signal destiné à être transmis ou reçu. Pour les données numériques, la question se pose : dans quelle mesure ces distorsions limitent-elles le débit de transfert possible des données ? La vitesse maximale possible dans certaines conditions à laquelle les informations peuvent être transmises le long d'un chemin ou canal de communication spécifique est appelée passer capacité canal.

Il y a quatre concepts que nous essaierons de relier ensemble.

Taux de transfert de données - la vitesse en bits par seconde (bit/s) à laquelle vous pouvez

transmettre des données ;

Bande passante - la bande passante du signal transmis, limitée par la transmission aux ohms et la nature du support de transmission. Elle s'exprime en périodes en secondes, ou hertz (Hz).

Bruit. Niveau de bruit moyen dans le canal de communication.

Niveau d'erreur – fréquence d'apparition des erreurs et des effets secondaires. Une erreur est considérée comme la réception du 1 et l’émission du 0 et vice versa.

Le problème est le suivant : les communications ne sont pas bon marché et, en général, plus leur bande passante est large, plus elles sont chères. De plus, tous les canaux de transmission présentant un intérêt pratique ont une bande passante limitée. Les limitations sont causées par les propriétés physiques du support de transmission ou par des limitations délibérées de la bande passante de l'émetteur lui-même, conçues pour éviter les interférences avec d'autres sources.

Bien entendu, nous souhaitons utiliser la bande passante disponible de la manière la plus efficace possible. Pour les données numériques, cela signifie que pour une certaine bande, il est souhaitable d'obtenir le débit de données maximum possible compte tenu du niveau d'erreur existant. La principale limite pour atteindre une telle efficacité est l’interférence.

1. Méthodes d'accès au support dans les réseaux sans fil

L'un des principaux problèmes liés à la construction de systèmes sans fil est de résoudre le problème de l'accès de nombreux utilisateurs à une ressource limitée du support de transmission. Il existe plusieurs méthodes d'accès de base (également appelées méthodes de multiplexage ou de multiplexage), basées sur la répartition de paramètres tels que l'espace, le temps, la fréquence et le code entre les stations. Le but du multiplexage est d'attribuer de l'espace, du temps, de la fréquence et/ou du code à chaque canal de communication avec un minimum d'interférences mutuelles et une utilisation maximale des caractéristiques du support de transmission.

Jointavec spatialdivision

Basé sur la séparation des signaux dans l'espace lorsque l'émetteur envoie un signal à l'aide d'un code Avec, temps t et fréquence F dans la zone s je. Autrement dit, chaque appareil sans fil ne peut transmettre des données que dans les limites d'un territoire spécifique, dans lequel il est interdit à tout autre appareil de transmettre ses messages.

Par exemple, si une station de radio diffuse sur une fréquence strictement définie sur son territoire et qu'une autre station dans la même zone commence également à émettre sur la même fréquence, alors les auditeurs de radio ne pourront pas recevoir de signal « propre » d'aucune source. de ces gares. C’est une autre affaire si les stations de radio fonctionnent sur la même fréquence dans différentes villes. Il n'y aura pas de distorsion des signaux de chaque station radio en raison de la portée limitée de propagation des signaux de ces stations, ce qui élimine leur chevauchement les uns avec les autres. Un exemple typique est celui des systèmes de téléphonie cellulaire.

Jointavec section de fréquencejetion(Multiplexage par répartition en fréquence, FDM)

Chaque appareil fonctionne à une fréquence strictement définie, grâce à laquelle plusieurs appareils peuvent transmettre des données sur un même territoire (Figure 3.2.6). C'est l'une des méthodes les plus connues, utilisée d'une manière ou d'une autre dans les systèmes de communication sans fil les plus modernes.

Figure 3.2.6 – Principe de répartition fréquentielle des canaux

Une illustration claire d'un système de multiplexage de fréquences est l'exploitation de plusieurs stations de radio fonctionnant à des fréquences différentes dans une même ville. Pour se désaccorder de manière fiable, leurs fréquences de fonctionnement doivent être séparées par un intervalle de fréquence de protection pour éviter les interférences mutuelles.

Ce système, bien qu'il permette l'utilisation de plusieurs appareils dans une zone donnée, entraîne lui-même un gaspillage inutile de ressources de fréquence généralement rares, car il nécessite l'attribution d'une fréquence distincte pour chaque appareil sans fil.

Jointavec section temporaireeparesse(Multiplexage temporel, TDM)

Dans ce schéma, la distribution des chaînes s'effectue dans le temps, c'est-à-dire chaque émetteur diffuse un signal à la même fréquence F dans la zone s, mais à des périodes différentes t i (généralement à répétition cyclique) avec des exigences strictes en matière de synchronisation du processus de transmission (Figure 3.2.7).

Figure 3.2.7 – Principe de répartition temporelle des chaînes

Ce schéma est très pratique car les intervalles de temps peuvent être redistribués dynamiquement entre les périphériques réseau. Les appareils avec plus de trafic se voient attribuer des intervalles plus longs que les appareils avec moins de trafic.

Le principal inconvénient des systèmes de multiplexage temporel est la perte instantanée d'informations lorsque la synchronisation dans le canal est perdue, par exemple en raison de fortes interférences, accidentelles ou intentionnelles. Cependant, une expérience réussie dans l'exploitation de systèmes TDM aussi célèbres que le cellulaire réseaux téléphoniques La norme GSM indique une fiabilité suffisante du mécanisme de compactage temporaire.

Jointcode séparé(Multiplexage par répartition en code, CDM)

Dans ce schéma, tous les émetteurs transmettent des signaux à la même fréquence F , dans la zone s et pendant t, mais avec des codes différents c je.

Le nom du mécanisme de séparation des canaux basé sur CDM (CDMA, CDM Access)

la norme de téléphonie cellulaire IS-95a a même été nommée, ainsi qu'un certain nombre de normes pour la troisième génération de systèmes de communication cellulaire (cdma2000, WCDMA, etc.).

Dans le schéma CDM, chaque émetteur remplace chaque bit du flux de données d'origine par un symbole CDM - une séquence de codes de longueur 11, 16, 32, 64, etc. bits (on les appelle des chips). La séquence de codes est unique pour chaque émetteur. En règle générale, si un certain code CDM est utilisé pour remplacer « 1 » dans le flux de données d'origine, alors pour remplacer « 0 », le même code est utilisé, mais inversé.

Le récepteur connaît le code CDM de l'émetteur dont il doit recevoir les signaux. Il reçoit en permanence tous les signaux et les numérise. Puis, dans un dispositif spécial (corrélateur), il effectue l'opération de convolution (multiplication avec accumulation) du signal numérisé d'entrée avec le code CDM qu'il connaît et son inversion. Sous une forme quelque peu simplifiée, cela ressemble au fonctionnement du produit scalaire du vecteur de signal d'entrée et du vecteur avec le code CDM.

Si le signal à la sortie du corrélateur dépasse un certain seuil défini, le récepteur considère qu'il a reçu un 1 ou un 0. Pour augmenter la probabilité de réception, l'émetteur peut répéter l'envoi de chaque bit plusieurs fois. Dans ce cas, le récepteur perçoit les signaux provenant d'autres émetteurs avec d'autres codes CDM comme du bruit additif.

De plus, en raison de la redondance élevée (chaque bit est remplacé par des dizaines de puces), la puissance du signal reçu peut être comparable à la puissance du bruit intégré. La similarité des signaux CDM avec le bruit aléatoire (gaussien) est obtenue à l'aide de codes CDM générés par un générateur de séquence pseudo-aléatoire. Par conséquent, cette méthode est également appelée méthode d'étalement du spectre du signal à l'aide d'une séquence directe (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum), l'étalement du spectre sera discuté ci-dessous.

L'aspect le plus fort de ce sceau réside dans la sécurité et le secret accrus de la transmission des données : sans connaître le code, il est impossible de recevoir un signal et, dans certains cas, d'en détecter la présence. De plus, l'espace de code est incomparablement plus grand par rapport au schéma de multiplexage de fréquence, ce qui permet d'attribuer sans problème à chaque émetteur son propre code individuel.

Jusqu'à récemment, le principal problème du multiplexage de codes était la complexité de la mise en œuvre technique des récepteurs et la nécessité d'assurer une synchronisation précise de l'émetteur et du récepteur pour garantir la réception du paquet.

Mécanisme de multiplexage via des fréquences porteuses orthogonales (OrthogonalFréquenceDivisionjesionMultiplexage, OFDM)

L'ensemble de la gamme de fréquences disponible est divisée en plusieurs sous-porteuses (de plusieurs centaines à des milliers). Un canal de communication (récepteur et émetteur) est affecté à la transmission de plusieurs porteuses de ce type, sélectionnées parmi l'ensemble selon une certaine loi. La transmission s'effectue simultanément sur toutes les sous-porteuses, c'est-à-dire dans chaque émetteur le flux de données sortant est divisé en N sous-flux, où N– le nombre de sous-porteuses attribuées à cet émetteur.

La répartition des sous-porteuses peut changer dynamiquement pendant le fonctionnement, ce qui rend ce mécanisme non moins flexible que la méthode de multiplexage temporel.

Le schéma OFDM présente plusieurs avantages. Premièrement, seuls certains sous-canaux seront soumis à un évanouissement sélectif, et non l’ensemble du signal. Si le flux de données est protégé par un code de correction d’erreurs directe, cet évanouissement est alors facile à combattre. Mais plus important encore, l’OFDM permet de supprimer les interférences intersymboles. L'interférence entre symboles a un impact significatif à des débits de données élevés car la distance entre les bits (ou symboles) est petite.

Dans le schéma OFDM, le débit de transmission des données est réduit de N fois, ce qui permet d'augmenter le temps de transmission des symboles de N une fois. Ainsi, si le temps de transmission des symboles pour le flux original est T s , alors la période du signal OFDM sera égale à NT s. Cela vous permet de réduire considérablement l'impact des interférences intersymboles. Lors de la conception d'un système N est choisi pour que la valeur NT s ont largement dépassé la propagation quadratique moyenne des retards de canal.

Bande passante

Bande passante- une caractéristique métrique montrant le rapport du nombre maximum d'unités passant (informations, objets, volume) par unité de temps à travers un canal, un système, un nœud.

Utilisé dans divers domaines :

• en communication et en informatique, P.S. est la quantité maximale réalisable de transmission d'informations ;
• dans les transports PS - le nombre d'unités de transport ;
• en génie mécanique - le volume d'air qui passe (huile, graisse).

Il peut être mesuré dans diverses unités, parfois très spécialisées : pièces, bits/sec, tonnes, mètres cubes, etc.

En informatique, la définition de la bande passante est généralement appliquée à un canal de communication et est définie comme la quantité maximale d'informations transmises ou reçues par unité de temps.
La bande passante est l’un des facteurs les plus importants du point de vue de l’utilisateur. Il est estimé par la quantité de données que le réseau peut, dans la limite, transférer par unité de temps d'un appareil qui y est connecté à un autre.

Capacité des canaux

La vitesse de transmission d'informations la plus élevée possible dans un canal donné est appelée son débit. La capacité du canal est la vitesse de transmission des informations lors de l'utilisation de la « meilleure » source, du meilleur encodeur et du décodeur pour un canal donné, elle caractérise donc uniquement le canal.

Débit d'un canal discret (numérique) sans interférence

C = log(m) bits/symbole

où m est la base du code de signal utilisé dans le canal. Vitesse de transfert des informations canal discret sans bruit (canal idéal) est égal à sa capacité lorsque les symboles du canal sont indépendants et que tous les m symboles de l'alphabet sont également probables (utilisés également souvent).

Bande passante du réseau neuronal

Le débit d'un réseau de neurones est la moyenne arithmétique entre les volumes d'informations traitées et créées réseau neuronal par unité de temps.

voir également

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Fondation Wikimédia. 2010.

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La bande passante est une caractéristique universelle qui décrit quantité maximale unités d'objets passant par un canal, un nœud, une section. Cette caractéristique est largement utilisée par les signaleurs, les travailleurs des transports, l'hydraulique, l'optique, l'acoustique et l'ingénierie mécanique. Chacun donne sa propre définition. Habituellement, la ligne est tracée en utilisant des unités de temps, reliant explicitement signification physique sur la rapidité du processus. Le canal de communication transmet des informations. Par conséquent, la caractéristique du débit est le débit binaire (bit/s, bauds).

Unité

Le bit/s standard est souvent complété par des préfixes :

1. Kilo : kbps = 1000 bps.
2. Méga : Mbps = 1 000 000 bps.
3. Giga : Gbit/s = 1 milliard de bit/s.
4. Téra : Tbit/s = 1 000 milliards. bps
5. Peta : Pbit/s = 1 quadrillion bit/s.

Les dimensions en octets sont utilisées moins fréquemment (1B = 8 bits). La valeur fait généralement référence à la couche physique de la hiérarchie OSI. Une partie de la capacité du canal est supprimée par les conventions protocolaires : en-têtes, bits de démarrage... Les Bauds sont utilisés pour mesurer la vitesse modulée, qui indique le nombre de symboles par unité de temps. Pour système binaire(0, 1) les deux concepts sont équivalents. Le codage des niveaux, par exemple avec des séquences de pseudo-bruit, modifie le rapport de force. Le débit en bauds diminue au même débit binaire ; la différence est déterminée par la base du signal superposé. La limite supérieure théoriquement réalisable du débit modulé est liée à la largeur du spectre du canal par la loi de Nyquist :

bauds ≤ 2 x largeur (Hz).

En pratique, le seuil est atteint par la réalisation simultanée de deux conditions :

• Modulation à bande latérale unique.
• Codage linéaire (physique).

Les chaînes commerciales affichent un débit moitié moins élevé. Un vrai réseau transmet également des bits de trame, des informations de correction d'erreurs redondantes. Cette dernière s’applique doublement aux protocoles sans fil et aux lignes de cuivre à ultra haut débit. Titres de chaque suivant Niveau OSI réduire systématiquement la capacité réelle du canal.

Séparément, les experts stipulent des valeurs maximales - des nombres obtenus dans des conditions idéales. Vitesse réelle les connexions sont établies avec des équipements spécialisés, moins souvent logiciel. Les compteurs en ligne affichent souvent des valeurs irréalistes décrivant l'état d'une seule branche du World Wide Web. Le manque de standardisation ajoute à la confusion. Parfois, le débit binaire implique une vitesse physique, moins souvent – ​​la vitesse du réseau (en soustrayant la quantité d'informations de service). Les valeurs sont liées comme suit :

vitesse du réseau= vitesse physique x vitesse du code.

Cette dernière valeur prend en compte la capacité à corriger les erreurs, toujours inférieure à une. La vitesse du réseau est nettement inférieure à la vitesse physique. Exemple:

1. La vitesse du réseau du protocole IEEE 802.11a est de 6 à 54 Mbit/s. Débit binaire pur – 12..72 Mbit/s.
2. La vitesse de transmission réelle de l'Ethernet 100Base-TX est de 125 Mbps, grâce à système accepté codant 4B5B. Cependant, la technique de modulation linéaire NRZI appliquée permet de spécifier un débit de symboles de 125 Mbauds.
3. Ethernet 10Base-T est dépourvu de code correcteur d'erreur, la vitesse du réseau est égale à la vitesse physique (10 Mbit/s). Cependant, le code Manchester utilisé détermine l'attribution de la valeur symbolique finale à 20 Mbauds.
4. L'asymétrie du débit des canaux montant (48 kbit/s) et descendant (56 kbit/s) d'un modem vocal V.92 est bien connue. Les réseaux de plusieurs générations de communications cellulaires fonctionnent de la même manière.

La capacité du canal a été nommée Shannon - la limite supérieure théorique du débit du réseau en l'absence d'erreurs.

Théorie du renforcement des capacités

La théorie de l'information a été développée par Claude Shannon, observant les horreurs de la Seconde Guerre mondiale, a introduit le concept de capacité de canal, a développé modèles mathématiques. La simulation d'une ligne connectée comprend trois blocs :

1. Émetteur.
2. Canal bruyant (présence d'une source parasite).
3. Destinataire.

Les informations transmises et reçues sont représentées par des fonctions de distribution conditionnelle. Le modèle capacitif de Shannon est décrit par des graphiques. L'exemple de Wikipédia donne un aperçu d'un environnement caractérisé par cinq niveaux discrets signal utile. Le bruit est sélectionné dans l'intervalle (-1..+1). La capacité du canal est alors égale à la somme du signal utile et de l'interférence modulo 5. La valeur obtenue est souvent fractionnaire. Il est donc difficile de déterminer la taille des informations initialement transmises (arrondie à l’augmentation ou à l’inférieur).

Les valeurs les plus éloignées (par exemple 1 ; 3) ne peuvent pas être confondues. Chaque ensemble formé de trois messages distinctifs ou plus est complété par un message flou. Bien que la capacité nominale du canal permette de transmettre 5 valeurs simultanément, une paire qui permet d'encoder les messages sans erreurs est efficace. Pour augmenter le volume, utilisez les combinaisons suivantes : 11, 23, 54, 42. La distance de code des séquences est toujours supérieure à deux. Les interférences sont donc impuissantes à empêcher la reconnaissance correcte de la combinaison. Le multiplexage devient possible, augmentant considérablement le débit du canal de communication.

Cinq valeurs discrètes sont également combinées par un graphe équilatéral. Les extrémités des bords indiquent des paires de valeurs que le récepteur peut confondre en raison de la présence de bruit. Ensuite, le nombre de combinaisons est représenté par un ensemble indépendant du graphe composé. Graphiquement, l'ensemble est assemblé par des combinaisons qui excluent la présence des deux points d'une même arête. Le modèle de Shannon pour un signal à cinq niveaux est composé exclusivement de paires de valeurs (voir ci-dessus). Attention, question !

• Qu’est-ce que les calculs théoriques complexes ont à voir avec le sujet abordé de la capacité des canaux ?

La chose la plus directe. D'abord système numérique pour transmettre des informations codées, Green Bumblebee (Seconde Guerre mondiale) utilisait un signal à 6 niveaux. Les calculs théoriques des scientifiques ont fourni aux alliés des communications cryptées fiables, leur permettant de tenir plus de 3 000 conférences. Complexité informatique Le comte de Shannon reste inconnu. Ils essayèrent d'obtenir un sens par des moyens détournés, continuant la série à mesure que l'affaire devenait plus complexe. Nous considérons le nombre de Lovas comme un exemple coloré de ce qui a été dit.

Débit

Bande passante vraie chaîne calculé selon la théorie. Un modèle de bruit est construit, par exemple gaussien additif, et l'expression du théorème de Shannon-Hartley est obtenue :

C = B log2 (1 + S/N),

B – bande passante (Hz); S/N – rapport signal/bruit. Le logarithme base 2 permet de calculer le débit (bit/s). L'amplitude du signal et du bruit est écrite en volts carrés ou en watts. La substitution des décibels donne un mauvais résultat. Formule peer-to-peer réseaux sans fil légèrement différent. Prenez la densité spectrale du bruit multipliée par la bande passante. Des expressions distinctes pour les canaux à fondu rapide et lent sont dérivées.

Fichiers multimédia

En ce qui concerne les applications de divertissement, le débit indique la quantité d'informations stockées et lues chaque seconde :

1. Les taux d'échantillonnage des données varient.
2. Échantillons des tailles différentes(peu).
3. Parfois, un cryptage est effectué.
4. Des algorithmes spécialisés compressent les informations.

Un juste milieu est sélectionné pour minimiser le débit binaire et garantir une qualité acceptable. Parfois, la compression déforme de manière irréversible le matériau source avec du bruit de compression. Souvent, la vitesse indique le nombre de bits par unité de temps de lecture audio ou vidéo (affiché par le lecteur). Parfois, la valeur est calculée en divisant la taille du fichier par la durée totale. Étant donné que la dimension est spécifiée en octets, un multiplicateur de 8 est saisi. Le débit binaire multimédia fluctue souvent. Le taux d'entropie est appelé taux minimum qui assure la préservation complète du matériau d'origine.

CD

La norme CD audio exige que le flux soit transmis à une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz (profondeur de 16 bits). La musique stéréo typique est composée de deux canaux (haut-parleurs gauche et droit). Le débit binaire double en mono. Le débit du canal de modulation d'impulsions codées est déterminé par l'expression :

• débit = taux d'échantillonnage x profondeur x nombre de canaux.

La norme CD audio donne un chiffre final de 1,4112 Mbit/s. Un calcul simple montre : 80 minutes d'enregistrement occupent 847 Mo, hors en-têtes. La grande taille du fichier détermine la nécessité de compresser le contenu. Voici les numéros du format MP3 :

• 32 kbit/s – acceptable pour la parole articulée.
• 96 kbps – enregistrement de faible qualité.
• 0,160 kbit/s est un niveau faible.
• 192 kbps est quelque chose entre les deux.
• 256 kbps est typique pour la plupart des pistes.
• 320 kbps – qualité supérieure.

L'effet est évident. Réduire la vitesse tout en augmentant la qualité de lecture. Les codecs téléphoniques les plus simples prennent 8 kbit/s, Opus - 6 kbit/s. La vidéo est plus exigeante. Un flux Full HD 10 bits non compressé (24 images) consomme 1,4 Gbit/s. La nécessité pour les prestataires de dépasser continuellement les records précédemment établis devient évidente. Écoute du dimanche en famille à l'élémentaire mesurée impressions générales spectateurs. Il est difficile d'expliquer aux proches ce qu'est une erreur de numérisation d'image.

De véritables filières se construisent, assurant une offre solide. Des raisons similaires déterminent les progrès des normes médias numériques. Dolby Digital (1994) prévoyait clairement la perte d'informations. La première projection de Batman Returns (1992) a été diffusée à partir d'un film 35 mm contenant un son compressé (320 kbps). Les images vidéo ont été transférées par le scanner CCD et l'équipement a été déballé en cours de route accompagnement sonore. Equipée d'un système Digital Surround 5.1, la salle nécessitait davantage traitement numérique couler.

Les systèmes réels sont souvent constitués d’un ensemble de canaux. Aujourd'hui, l'ancien chic est remplacé par Dolby Surround 7.1 et Atmos gagne en popularité. Des technologies identiques peuvent être mises en œuvre de manière presque originale. Voici des exemples d’audio à huit canaux (7.1) :

• Dolby Numérique Plus(3/1,7 Mbit/s).
• Dolby TrueHD (18 Mbit/s).

La bande passante spécifiée varie.

Exemples de capacité de canal

Considérez l’évolution de la technologie transmission numérique information.

Modems

1. Paire acoustique (1972) – 300 bauds.
2. Modem Vadik&Bell 212A (1977) – 1200 bauds.
3. Canal RNIS (1986) – 2 canaux 64 kbit/s (vitesse totale – 144 kbit/s).
4. 32bis (1990) – jusqu'à 19,2 kbit/s.
5. 34 (1994) – 28,8 kbit/s.
6. 90 (1995) – 56 kbit/s en aval, 33,6 kbit/s en amont.
7. 92 (1999) – 56/48 kbps en aval/en amont.
8. ADSL (1998) – jusqu'à 10 Mbit/s.
9. ADSL2 (2003) – jusqu'à 12 Mbit/s.
10. ADSL2+ (2005) – jusqu'à 26 Mbit/s.
11. VDSL2 (2005) – 200 Mbit/s.
12. rapide (2014) – 1 Gbit/s.

Réseau local Ethernet

1. Version expérimentale (1975) – 2,94 Mbit/s.
2. 10BASES (1981, câble coaxial) – 10 Mbit/s.
3. 10BASE-T (1990, paire torsadée) – 10 Mbit/s.
4. Fast Ethernet (1995) – 100 Mbit/s.
5. Gigabit Ethernet (1999) – 1 Gbit/s.
6. 10 Gigabit Ethernet (2003) – 10 Gbit/s.
7. 100 Gigabit Ethernet (2010) – 100 Gbit/s.

Wifi

1. IEEE 802.11 (1997) – 2 Mbit/s.
2. IEEE 802.11b (1999) – 11 Mbit/s.
3. IEEE 802.11a (1999) – 54 Mbit/s.
4. IEEE 802.11g (2003) – 54 Mbit/s.
5. IEEE 802.11n (2007) – 600 Mbit/s.
6. IEEE 802.11ac (2012) – 1 000 Mbit/s.

cellulaire

1. Première génération:
   1. NMT (1981) – 1,2 kbit/s.
2. 2G :
   1. GSM CSD, D-AMPS (1991) – 14,4 kbit/s.
   2. BORD (2003) – 296/118,4 kbps.
3. 3G :
   1. UMTS-FDD (2001) – 384 kbit/s.
   2. UMTS HSDPA (2007) – 14,4 Mbit/s.
   3. UMTS HSPA (2008) – 14,4/5,76 Mbit/s.
   4. HSPA+ (2009) – 28/22 Mbit/s.
   5. CDMA2000 EV-DO Rév. B (2010) – 14,7 Mbit/s.
   6. HSPA+ MIMO (2011) – 42 Mbit/s.
4. 3G+ :
   1. IEEE 802.16e (2007) – 144/35 Mbit/s.
   2. LTE (2009) – 100/50 Mbit/s.
5. 4G :
   1. LTE-A (2012) – 115 Mbit/s.
   2. WiMAX 2 (2011-2013, IEEE 802.16m) – 1 Gbit/s (maximum fourni par les objets fixes).

Le Japon présente aujourd'hui la cinquième génération communications mobiles, augmentant les capacités de transmission de paquets numériques.

Débit des systèmes de transmission d’informations

L'une des principales caractéristiques de tout système de transmission d'informations, outre celles énumérées ci-dessus, est son débit.

Bande passante – la quantité maximale possible d'informations utiles transmises par unité de temps :

c = max(Imax) / TC,

c = [bit/s].

Parfois, le débit de transmission de l'information est défini comme la quantité maximale d'informations utiles dans un signal élémentaire :

s = max(Imax) / n,

s = [bit/élément].

Les caractéristiques considérées dépendent uniquement du canal de communication et de ses caractéristiques et ne dépendent pas de la source.

Débit d'un canal de communication discret sans interférence. Dans un canal de communication sans interférence, les informations peuvent être transmises à l'aide d'un signal non redondant. Dans ce cas, le nombre n = m, et l'entropie du signal élémentaire HCmax = logK.

max(IC) = nHCmax= mHCmax .

Durée d'un signal élémentaire, où est la durée d'un signal élémentaire.

où FC est le spectre du signal.

Capacité du canal de communication sans interférence

Introduisons la notion de taux de génération d'un signal élémentaire par une source d'information :

Ensuite, en utilisant le nouveau concept, nous pouvons transformer la formule de la vitesse de transmission de l'information :

La formule résultante détermine la vitesse maximale possible de transmission des informations dans un canal de communication discret sans interférence. Cela découle de l'hypothèse que l'entropie du signal est maximale.

Si H.C.< HCmax, то c = BHC и не является максимально возможной для данного канала связи.

Capacité d'un canal de communication discret avec interférence. Dans un canal de communication discret avec du bruit, la situation illustrée à la Fig. 6.

En tenant compte de la propriété d'additivité, ainsi que des formules de Shannon pour déterminer la quantité d'informations discutées ci-dessus, nous pouvons écrire

IC = journal TC FC (AK PC),

IPOM = journal TP FP (APP).

Pour le destinataire, la source d'informations utiles et la source d'interférence sont équivalentes, donc du côté réception, il est impossible d'isoler la composante d'interférence dans le signal avec les informations résultantes

IRES = TC FC log(AK (PP + PC)), si TC = TP, FC = FP.

Le récepteur peut être à bande étroite et les interférences peuvent se situer dans d'autres gammes de fréquences. Dans ce cas, cela n’affectera pas le signal.

Nous déterminerons le signal résultant pour le cas le plus « désagréable », lorsque les paramètres du signal et du bruit sont proches les uns des autres ou coïncident. Information utile est déterminé par l'expression

Cette formule a été obtenue par Shannon. Il détermine la vitesse de transmission des informations sur un canal de communication si le signal a une puissance PC et l'interférence a une puissance PP. Tous les messages à cette vitesse seront transmis avec une fiabilité absolue. La formule ne répond pas à la question de savoir comment atteindre une telle vitesse, mais elle donne la valeur maximale possible de c dans un canal de communication avec interférence, c'est-à-dire la valeur de la vitesse de transmission à laquelle les informations reçues seront absolument fiables. En pratique, il est plus économique d’autoriser un certain nombre d’erreurs dans le message, même si la vitesse de transmission augmentera.

Considérons le cas PC >> PP. Si l'on introduit la notion de rapport signal sur bruit

PC >> PP signifie que . Alors

La formule résultante reflète la vitesse maximale d'un signal puissant dans le canal de communication. Si PC<< PП, то с стремится к нулю. То есть сигнал принимается на фоне помех. В таком канале в единицу времени сигнал получить не удается. В реальных ситуациях полностью помеху отфильтровать нельзя. Поэтому приемник получает полезную информацию с некоторым набором ошибочных символов. Канал связи для такой ситуации можно представить в виде, изображенном на рис. 7, приняв источник информации за множество передаваемых символов {X}, а приемник – за множество получаемых символов {Y}.

Fig.7 Graphique des probabilités de transition d'un canal de communication K-ary

Il existe une certaine correspondance biunivoque entre les deux. S’il n’y a pas d’interférence, alors la probabilité d’une correspondance biunivoque est égale à un, sinon elle est inférieure à un.

Si qi est la probabilité de confondre yi avec xi, et pij = p(yi / xi) est la probabilité d'erreur, alors

.

Le graphique de probabilité de transition reflète le résultat final de l'influence des interférences sur le signal. En règle générale, il est obtenu expérimentalement.

Les informations utiles peuvent être estimées par IPOL = nH(X · Y), où n est le nombre de symboles élémentaires dans le signal ; H(X Y) – entropie mutuelle de la source X et de la source Y.

Dans ce cas, la source X est la source des informations utiles et la source Y est le récepteur. La relation qui détermine les informations utiles peut être obtenue sur la base de la signification de l'entropie mutuelle : la partie grisée du diagramme détermine les messages transmis par la source X et reçus par le récepteur Y ; Les zones non ombrées représentent les signaux de la source X qui n'ont pas atteint le récepteur et les signaux parasites reçus par le récepteur qui n'ont pas été transmis par la source.

B est le taux de génération des symboles élémentaires en sortie source.

Pour obtenir le maximum, vous devez augmenter H(Y) et diminuer H(Y/X) si possible. Graphiquement, cette situation peut être représentée en combinant des cercles sur le diagramme (Fig. 2d).

Si les cercles ne se coupent pas du tout, X et Y existent indépendamment l’un de l’autre. Dans ce qui suit, nous montrerons comment l'expression générale du débit de transmission maximal peut être utilisée lors de l'analyse de canaux de communication spécifiques.

Lors de la caractérisation d'un canal discret, deux notions de vitesse sont utilisées : technique et informationnelle.

Le débit de transmission technique RT, également appelé taux de clé, fait référence au nombre de symboles (signaux élémentaires) transmis sur un canal par unité de temps. Cela dépend des propriétés de la ligne de communication et de la vitesse de l'équipement du canal.

Compte tenu des différences de durée des symboles, la vitesse technique est déterminée comme

où est la durée moyenne du symbole.

L'unité de mesure est le "baud" - c'est la vitesse à laquelle un caractère est transmis par seconde.

La vitesse des informations ou le taux de transmission des informations est déterminé par la quantité moyenne d'informations transmises sur un canal par unité de temps. Cela dépend à la fois des caractéristiques d'un canal particulier (telles que le volume de l'alphabet des symboles utilisé, la vitesse technique de leur transmission, la propriété statistique d'interférence dans la ligne), et des probabilités d'arrivée des symboles à l'entrée et leur relation statistique.

A vitesse de manipulation connue, la vitesse de transmission des informations sur le canal est donnée par la relation :

,

où est la quantité moyenne d’informations portées par un symbole.

Pour la pratique, il est important de savoir dans quelle mesure et de quelle manière la vitesse de transmission des informations sur un canal spécifique peut être augmentée. Les capacités maximales d'un canal de transmission d'informations sont caractérisées par son débit.

La capacité du canal avec des probabilités de transition données est égale à l'information maximale transmise sur toutes les distributions de symboles d'entrée de la source X :

D'un point de vue mathématique, rechercher la capacité d'un canal discret sans mémoire revient à rechercher la distribution de probabilité des symboles d'entrée de la source X, qui garantit un maximum d'informations transmises. Dans le même temps, une restriction est imposée sur les probabilités des symboles d'entrée : , .

En général, il est possible de déterminer le maximum sous des restrictions données en utilisant la méthode multiplicative de Lagrange. Cependant, une telle solution est d’un coût prohibitif.

Dans le cas particulier des canaux symétriques discrets sans mémoire, le débit (maximum) est atteint avec une répartition uniforme des symboles d'entrée de la source X.

Alors pour un DSC sans mémoire, en considérant la probabilité d'erreur ε comme donnée et pour des symboles d'entrée également probables = = = =1/2, on peut obtenir la capacité d'un tel canal en utilisant l'expression bien connue pour :

où = est l'entropie d'un canal symétrique binaire pour une probabilité d'erreur donnée ε.

Les cas limites sont intéressants :

1. Transmission d'informations sur un canal silencieux (sans interférence) :

, [bit/caractère].

Avec des caractéristiques techniques de base fixes du canal (par exemple, bande de fréquence, puissance moyenne et crête de l'émetteur), qui déterminent la valeur de la vitesse technique, le débit du canal sans interférence sera égal à [bit/sec].

Bande passante

Bande passante- une caractéristique métrique montrant le rapport du nombre maximum d'unités passant (informations, objets, volume) par unité de temps à travers un canal, un système, un nœud.

Utilisé dans divers domaines :

• en communication et en informatique, P.S. est la quantité maximale réalisable de transmission d'informations ;
• dans les transports PS - le nombre d'unités de transport ;
• en génie mécanique - le volume d'air qui passe (huile, graisse).

Il peut être mesuré dans diverses unités, parfois très spécialisées : pièces, bits/sec, tonnes, mètres cubes, etc.

En informatique, la définition de la bande passante est généralement appliquée à un canal de communication et est définie comme la quantité maximale d'informations transmises ou reçues par unité de temps.
La bande passante est l’un des facteurs les plus importants du point de vue de l’utilisateur. Il est estimé par la quantité de données que le réseau peut, dans la limite, transférer par unité de temps d'un appareil qui y est connecté à un autre.

Capacité des canaux

La vitesse de transmission d'informations la plus élevée possible dans un canal donné est appelée son débit. La capacité du canal est la vitesse de transmission des informations lors de l'utilisation de la « meilleure » source, du meilleur encodeur et du décodeur pour un canal donné, elle caractérise donc uniquement le canal.

Débit d'un canal discret (numérique) sans interférence

C = log(m) bits/symbole

où m est la base du code de signal utilisé dans le canal. La vitesse de transmission de l'information dans un canal discret sans bruit (canal idéal) est égale à sa capacité lorsque les symboles du canal sont indépendants et que tous les m symboles de l'alphabet sont également probables (utilisés aussi souvent).

Bande passante du réseau neuronal

Le débit d'un réseau de neurones est la moyenne arithmétique entre les volumes d'informations traitées et créées par le réseau de neurones par unité de temps.

voir également

• Liste des capacités d'interface de données

Fondation Wikimédia. 2010.

• Gareev, Musa Gaisinovitch
• Icône Borkolabovskaya de la Mère de Dieu

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