Transmisi Terminologi Transmisi data terjadi antara pemancar dan penerima atas beberapa transmisi menengah. Media transmisi dapat diklasifikasikan sebagai dituntun atau dikendalikan. Dalam kedua kasus, komunikasi adalah dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Dengan dipandu media, gelombang dipandu sepanjang jalur fisik; contoh media dipandu twisted pair, kabel koaksial, dan serat optik. Dikendalikan media menyediakan sarana untuk transmisi gelombang elektromagnetik namun tidak membimbing mereka; contoh adalah propagasi melalui udara, hampa udara, dan air laut. Istilah link langsung digunakan untuk merujuk pada jalur transmisi antara dua perangkat di mana menyiarkan sinyal secara langsung dari pemancar ke penerima tanpa antara perangkat, selain amplifier atau repeater yang digunakan untuk meningkatkan sinyal kekuatan. Kedua bagian dari Gambar 2.1 menggambarkan link langsung. Perhatikan bahwa istilah ini dapat diterapkan kedua dipandu dan dikendalikan media. Sebuah dipandu medium transmisi point-to-point jika, pertama, memberikan langsung hubungan antara dua perangkat dan, kedua, mereka adalah dua perangkat berbagi menengah (Gambar 2.la). Dalam dipandu multipoint konfigurasi, lebih dari dua perangkat media yang sama.

Sebuah transmisi dapat simplex, half-duplex, atau full-duplex. Pada transmisi simplex, sinyal yang ditransmisikan dalam satu arah, satu stasiun pemancar dan yang lainnya adalah penerima. Pada operasi half-duplex, kedua stasiun dapat mengirim, tetapi hanya satu pada satu waktu. Dalam operasi full-duplex, kedua stasiun dapat mentransmisikan secara bersamaan. Dalam kasus terakhir, media membawa sinyal dalam dua arah pada waktu yang sama. Bagaimana hal ini dapat dijelaskan pada waktunya. Kita harus mencatat bahwa definisi yang baru diberikan adalah orang-orang umum digunakan di Amerika Serikat (ANSI definisi). Di Eropa (ITU-T definisi), istilah "simplex" digunakan untuk berhubungan dengan setengah-dupleks, sebagaimana didefinisikan di atas, dan "dupleks" adalah digunakan untuk berhubungan dengan full-duplex, seperti juga yang didefinisikan di atas. Frekuensi, Spectrum, dan Bandwidth. Dalam buku ini, kita prihatin dengan sinyal elektromagnetik, yang digunakan sebagai alat untuk mengirimkan data. Pada titik 3 pada Gambar 1.2, sinyal yang dihasilkan oleh pemancar dan disalurkan ke sebuah media. Sinyal adalah fungsi dari waktu, tetapi juga dapat dinyatakan sebagai fungsi frekuensi, yaitu sinyal terdiri dari komponen-komponen frekuensi yang berbeda. Ternyata bahwa frekuensi-domain sinyal pandangan jauh lebih penting untuk memahami transmisi data dari waktu-domain tampilan. Kedua pandangan yang diperkenalkan di sini.

Sisa-Domain Concepts Dipandang sebagai fungsi waktu, sinyal elektromagnetik dapat bersifat kontinu atau diskrit. Sebuah sinyal kontinu merupakan salah satu di mana intensitas sinyal bervariasi dalam yang halus mode dari waktu ke waktu. Dengan kata lain, tidak ada istirahat atau diskontinuitas dalam sinyal. " Sebuah sinyal diskrit adalah satu di mana intensitas sinyal yang konstan mempertahankan tingkat untuk jangka waktu tertentu dan kemudian perubahan pada tingkat konstan lain. Gambar 2.2 menunjukkan contoh dari kedua jenis sinyal. Sinyal yang terus menerus mungkin mewakili pidato, dan sinyal diskrit biner Apakah mungkin mewakili dan 0s. Paling sederhana adalah semacam sinyal aperiodic sinyal, di mana pola sinyal yang sama mengulangi dari waktu ke waktu. Gambar 2.3 menunjukkan contoh sinyal analog secara periodik (gelombang sinus) dan sinyal digital secara periodik (gelombang persegi). Secara matematis, suatu sinyal s (t) adalah didefinisikan sebagai periodik jika dan hanya jika di mana konstanta T adalah periode sinyal. (T adalah nilai terkecil yang memenuhi persamaan.) Jika tidak, sinyal aperiodic.Gelombang sinus adalah sinyal kontinu yang mendasar. Suatu gelombang sinus umum dapat diwakili oleh tiga parameter: amplitudo (A), frekuensi (f), dan fase (4). Amplitudo adalah nilai puncak atau kekuatan sinyal dari waktu ke waktu; biasanya, ini nilai yang diukur dalam volt atau watt. Frekuensi adalah tingkat (dalam siklus per detik, atau Hertz (Hz)) di mana sinyal berulang. Parameter yang setara periode (T) dari suatu sinyal, yang merupakan jumlah waktu yang diperlukan untuk satu pengulangan, karena itu, T = llf. Fase adalah ukuran dari posisi relatif pada waktunya dalam satu periode sinyal, seperti yang digambarkan di bawah ini. Gelombang sinus umum dapat ditulis

Gambar 2.4 menunjukkan efek bervariasi masing-masing dari tiga parameter. Pada bagian (a) dari gambar, frekuensinya adalah 1 Hz; demikian, periode adalah T = 1 detik. Bagian (b) memiliki frekuensi yang sama dan fase tetapi amplitudo 112. Pada bagian (c), kita memiliki f = 2, yang setara dengan T = 112. Akhirnya, bagian (d) menunjukkan efek dari pergeseran fase d 4 radian, yang adalah 45 derajat (257 - radian = 360 "= 1 periode). Dalam Gambar 2.4, sumbu horizontal adalah waktu; tampilan grafik nilai sinyal pada suatu titik tertentu dalam ruang sebagai fungsi dari waktu. Grafik yang sama ini, dengan perubahan skala, dapat mendaftar dengan sumbu horisontal di ruang angkasa. Dalam kasus ini, menampilkan grafik nilai dari sebuah sinyal pada suatu titik waktu tertentu sebagai fungsi jarak. Sebagai contoh, untuk sinusoidal transmisi (katakanlah elektromagnetik gelombang radio jarak tertentu dari antena radio, atau suara yang agak jauh dari loudspeaker), pada suatu instan tertentu waktu, intensitas sinyal sinusoidal bervariasi dalam cara sebagai fungsi jarak dari sumber.

Ada dua hubungan yang sederhana antara dua gelombang sinus, satu di waktu dan satu di ruang angkasa. Tentukan panjang gelombang, A, dari sinyal sebagai jarak diduduki oleh satu siklus, atau, dengan kata lain, sebagai jarak antara dua titik yang sesuai tahap dua siklus berturut-turut. Asumsikan bahwa sinyal bepergian dengan seorang kecepatan v. Kemudian panjang gelombang berkaitan dengan periode sebagai berikut: A = vT. Ekuivalennya, Af = v. Dari relevansi khusus untuk diskusi ini adalah kasus di mana v = c, maka kecepatan cahaya dalam ruang bebas, yang adalah 3 X lo8 1x11s.

Konsep Domain Frekuensi Dalam prakteknya, sinyal elektromagnetik akan terdiri dari banyak frekuensi. Untuk Misalnya, quency sinyal, frekuensi yang terakhir disebut sebagai frekuensi dasar. Periode total sinyal sama dengan periode dari frekuensi dasar. Periode komponen dosa (2njflt) adalah T = l / fl, dan masas (t) juga T, seperti dapat dilihat dari Gambar 2.5 ~.

Dapat ditunjukkan, menggunakan disiplin yang dikenal sebagai analisis Fourier, bahwa setiap sinyal terdiri dari komponen pada berbagai frekuensi, di mana setiap komponen adalah sinusoid. Hasil ini adalah sangat penting, karena efek dari berbagai media transmisi sinyal dapat dinyatakan dalam bentuk frekuensi, seperti yang dibahas nanti dalam bab ini. Untuk pembaca yang tertarik, subjek analisis Fourier diperkenalkan di Lampiran 2A pada akhir bab ini.Jadi, kita dapat mengatakan bahwa untuk setiap sinyal, ada waktu-domain fungsi s (t) yang menentukan amplitudo sinyal pada setiap saat pada waktunya. Demikian pula, ada frekuensi domain fungsi S (f) yang menetapkan frekuensi konstituen sinyal. Gambar 2.6a menunjukkan frekuensi-domain fungsi untuk sinyal pada Gambar 2.5 ~ N. ote itu, dalam kasus ini, S (f) adalah diskrit. Gambar 2.6b menunjukkan fungsi domain frekuensi untuk satu pulsa persegi yang memiliki nilai 1 antara-XI2 dan Xl2, dan adalah 0 di tempat lain. Catatan bahwa dalam kasus ini S (f) adalah terus-menerus, dan bahwa hal itu memiliki nilai nol tanpa batas,meskipun besarnya komponen-komponen frekuensi yang lebih besar menjadi lebih kecil untuk f. Karakteristik ini biasanya untuk signals.The nyata spektrum dari sinyal adalah rentang frekuensi yang dikandungnya. Untuk sinyal pada Gambar 2.5c, spektrum memanjang dari fi ke 3fi. Bandwidth absolut dari sinyal adalah lebar spektrum. Dalam kasus Gambar 2.5c, bandwidth 2fi. Banyak sinyal, seperti pada Gambar 2.6b, memiliki bandwidth tak terbatas. Akan tetapi, sebagian besar energi sinyal terkandung dalam waktu yang relatif sempit frekuensi. Band ini disebut sebagai bandwidth efektif, atau hanya bandwidth. Satu istilah terakhir untuk menentukan adalah komponen dc. Jika sinyal berisi komponen nol frekuensi, komponen tersebut adalah arus searah (dc) atau komponen konstan. Untuk Sebagai contoh, Gambar 2.7 menunjukkan hasil penambahan komponen dc sinyal Gambar2.6. Dengan tidak adanya komponen dc, sinyal amplitudo memiliki rata-rata nol, seperti yang terlihat dalam waktu domain. Dengan komponen dc, ia memiliki frekuensi istilah pada t = 0 dan amplitudo rata-rata nol.

Hubungan Antara Data Rate dan Bandwidth Konsep bandwidth efektif yang agak kabur satu. Kami telah mengatakan bahwa ia adalah band di mana sebagian besar energi sinyal terbatas. Istilah "paling" dalam konteks ini agak sewenang-wenang. Isu penting di sini adalah bahwa, meskipun bentuk gelombang tertentu mungkin berisi frekuensi di rentang yang sangat luas, sebagai persoalan praktis apapun media transmisi yang digunakan akan mampu mengakomodasi terbatas band frekuensi. Hal ini, pada gilirannya, membatasi kecepatan data yang dapat dilakukan pada medium transmisi.Untuk mencoba untuk menjelaskan hubungan ini, pertimbangkan gelombang persegi Gambar 2.3b.Misalkan kita biarkan pulsa positif merepresentasikan biner 1 dan mewakili pulsa negatif biner 0. Kemudian, gelombang mewakili aliran biner 1010. . . . Durasi setiap pulsa 1/2fl; demikian, laju data 2fl bit per detik (bps). Apa komponen frekuensi sinyal ini? Untuk menjawab pertanyaan ini, pertimbangkan lagi Gambar 2.5. Dengan menambahkan bersama-sama dengan frekuensi gelombang sinus Lt dan 3f1, kita mendapatkan bentuk gelombang yang menyerupai gelombang persegi. Mari kita lanjutkan proses ini dengan menambahkan sinus gelombang frekuensi 5f1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8a, dan kemudian menambahkan frekuensi gelombang sinus 7f1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8b. Sebagai tambahan kami menambahkan kelipatan aneh fl, sesuai skala, pendekatan bentuk gelombang yang dihasilkan lebih dekat bahwa suatu gelombang persegi. Memang, dapat ditunjukkan bahwa komponen-komponen frekuensi gelombang persegi dapat dinyatakan sebagai berikut:

Jadi, bentuk gelombang ini memiliki frekuensi tak terhingga banyaknya komponen dan, karenanya, bandwidth tak terbatas. Namun, amplitudo dari frekuensi kth komponen, kii, hanya llk, sehingga sebagian besar energi dalam bentuk gelombang ini adalah dalam beberapa frekuensi komponen. Apa yang terjadi jika kita membatasi bandwidth untuk hanya tiga frekuensi komponen? Kita telah melihat jawabannya, pada Gambar 2.8a. Seperti yang kita dapat lihat, bentuk gelombang yang dihasilkan cukup dekat dengan yang asli gelombang persegi. Kita dapat menggunakan Gambar 2,5 dan 2,8 untuk menggambarkan hubungan antara data rate dan bandwidth. Misalkan kita menggunakan sistem transmisi digital yang mampu dari sinyal transmisi dengan bandwidth 4 MHz. Mari kita mencoba totransmit sebuah bolak urutan 1s dan 0s sebagai gelombang persegi Gambar 2.8 ~ W. topi data rate dapat dicapai? Mari kita perkiraan kami gelombang persegi dengan bentuk gelombang Gambar 2.8a. Meskipun gelombang ini adalah "terdistorsi" gelombang persegi, itu cukup dekat dengan gelombang persegi bahwa penerima harus dapat membedakan antara bit 0 dan sebuah bit 1. Sekarang, jika kita membiarkan Lt = lo6 siklus / detik = 1 MHz, maka bandwidth sinyal adalah (5 x lo6) - lo6 = 4 MHz. Perhatikan bahwa untuk fi = 1 MHz, periode fundamental frekuensi adalah T = 1110 ~ = = 1 Fsec. Jadi, jika kita memperlakukan gelombang ini sebagai rangkaian sedikit 1s dan Os, satu bit terjadi setiap 0,5 psec, untuk tingkat data 2 X lo6 = 2 Mbps. Jadi, untuk bandwidth dari 4 Mhz, kecepatan data 2 Mbps tercapai. Sekarang anggaplah bahwa kita memiliki bandwidth 8 MHz. Mari kita lihat lagi pada Gambar 2.8a, tapi sekarang dengan fi = 2 MHz. Menggunakan alur penalaran yang sama seperti sebelumnya, maka bandwidth dari sinyal adalah (5 x 2 x lo6) - (2 x lo6) = 8 MHz. Tetapi dalam kasus ini T = llfi = 0,5 Fsec. Akibatnya, sedikit pun terjadi setiap 0,25 Fsec untuk data tingkat 4 Mbps. Dengan demikian, hal-hal lain dianggap sama, dengan menggandakan bandwidth, kita melipatgandakan potensi data rate. Tapi sekarang anggaplah bahwa bentuk gelombang dalam Gambar 2.5 ~ dianggap memadai untuk aproksimasi gelombang persegi. Yaitu, perbedaan antara positif dan negatif nadi pada Gambar 2. ~ S 5i cukup berbeda bahwa bentuk gelombang dapat berhasil digunakan untuk mewakili urutan 1s dan 0s. Sekarang, mari Lt = 2 MHz. Menggunakan jalur yang sama penalaran seperti sebelumnya, bandwidth dari sinyal pada Gambar 2. 5i ~ s (3 X 2 X lo6) (2 X lo6) = 4 MHz. Namun, dalam kasus ini, T = llfl = 0,5 psec. Akibatnya, sedikit pun terjadi setiap 0,25 psec, untuk data rate dari 4 Mbps. Dengan demikian, bandwidth yang diberikan dapat mendukung berbagai kecepatan data tergantung pada kebutuhan dari penerima.

Kita dapat menarik kesimpulan umum berikut dari pengamatan di atas. Secara umum, apapun bentuk gelombang digital akan memiliki bandwidth tak terbatas. Jika kita berusaha mengirimkan gelombang ini sebagai sinyal melalui media apapun, sifat medium akan membatasi bandwidth yang dapat ditularkan. Selanjutnya, untuk setiap media, semakin besar bandwidth yang ditransmisikan, semakin besar biaya. Dengan demikian, di satu sisi, ekonomi dan alasan praktis mendikte bahwa informasi digital diperkirakan oleh sinyal bandwidth terbatas. Di sisi lain, membatasi bandwidth menciptakan distorsi, yang membuat tugas menafsirkan sinyal yang diterima lebih sulit. Yang lebih terbatas bandwidth, semakin besar distorsi, dan semakin besar potensi untuk kesalahan oleh penerima. Satu lagi ilustrasi harus melayani untuk memperkuat konsep-konsep ini. Gambar 2.9 menunjukkan aliran bit digital dengan data rate 2000 bit per detik. Dengan bandwidth dari 1700-2500 Hz, representasi cukup baik. Lebih jauh lagi, kita dapat generalisasi hasil ini. Jika data rate dari sinyal digital adalah W bps, maka representasi yang sangat bagus dapat dicapai dengan bandwidth Hz 2W, namun, kecuali kebisingan sangat parah, pola bit dapat dipulihkan dengan bandwidth kurang daripada ini. Dengan demikian, ada hubungan langsung antara data rate dan bandwidth: semakin tinggi data rate sebuah sinyal, semakin besar bandwidth yang efektif. Memandang cara lain, semakin besar bandwidth sistem transmisi, semakin tinggi adalah data tingkat yang dapat ditularkan melalui sistem itu. Pengamatan lain senilai membuat adalah ini: Jika kita berpikir dari bandwidth dari suatu sinyal yang terpusat tentang beberapa frekuensi, yang disebut sebagai pusat frekuensi, maka semakin tinggi frekuensi pusat, semakin tinggi potensi bandwidth dan oleh karena itu semakin tinggi laju data potensial. Perhatikan bahwa jika sinyal ini berpusat pada 2 MHz, bandwidth maksimum adalah 4 MHz.We kembali ke pembahasan mengenai hubungan antara bandwith dan data ratelater dalam bab ini, setelah mempertimbangkan gangguan transmisi.

ANALOG DAN TRANSMISI DATA DIGITALDalam transmisi data dari sumber ke tempat tujuan, orang harus prihatin dengan sifat data, sarana fisik yang sebenarnya digunakan untuk menyebarkan data, dan apapengolahan atau penyesuaian mungkin diperlukan sepanjang jalan untuk memastikan bahwa yang diterima data yang dapat dimengerti. Untuk semua pertimbangan ini, pertanyaan penting adalah apakah kita berhadapan dengan entitas analog atau digital. Istilah analog dan digital sesuai, kasar, untuk kontinyu dan diskrit, masing-masing. Kedua istilah ini sering digunakan dalam komunikasi data di tiga konteks: Data - Signaling - Transmisi Kita dapat mendefinisikan data sebagai entitas yang menyampaikan makna. Sinyal listrik atau elektromagnetik penyandian data. Sinyal adalah tindakan menyebarkan sinyal sepanjang media yang sesuai. Akhirnya, transmisi adalah komunikasi data dengan propagasi dan pemrosesan sinyal. Berikut ini, kami mencoba untuk membuat konsep-konsep abstrak ini jelas dengan membahas istilah analog dan digital dalam tiga konteks.

Data Konsep analog dan data digital adalah cukup sederhana. Mengambil data analog nilai kontinu pada suatu interval. Sebagai contoh, suara dan video secara terus menerus pola-pola intensitas yang berbeda-beda. Kebanyakan data yang dikumpulkan oleh sensor, seperti temperatur dan tekanan, adalah kontinu-dihargai. Data digital mengambil nilai-nilai diskrit; contoh teks dan bilangan bulat. Contoh yang paling dikenal dari analog data adalah audio atau data akustik, yang, bentuk gelombang suara, dapat dirasakan langsung oleh manusia. Gambar 2.10 menunjukkan spektrum akustik untuk ucapan manusia. Komponen frekuensi pidato dapat ditemukan antara 20 Hz dan 20 kHz. Meskipun banyak energi dalam pidato terkonsentrasi pada frekuensi yang lebih rendah, tes telah menunjukkan bahwa frekuensi sampai 600-700 Hz menambahkan sangat sedikit ke dimengerti berbicara ke telinga manusia. Itu garis putus-putus lebih akurat mencerminkan kejelasan atau isi emosional pidato. Contoh lainnya terhadap data analog video. Sini lebih mudah untuk menggolongkan data dalam hal penampil (tujuan) dari layar TV dan bukan adegan asli (sumber) yang direkam oleh kamera TV. Untuk menghasilkan gambar dilayar, berkas elektron scan di permukaan layar dari kiri ke kanan dan atas ke bawah. Untuk hitam-putih televisi, jumlah penerangan yang dihasilkan (pada skala dari hitam ke putih) pada setiap titik adalah sebanding dengan intensitas batang ketika melewati titik tersebut. Dengan demikian, pada setiap saat dalam waktu, mengambil berkas nilai analog intensitas untuk menghasilkan kecerahan yang dikehendaki pada titik pada layar. Lebih lanjut, sebagai balok scan, perubahan nilai analog. Gambar video,kemudian, dapat dipandang sebagai suatu waktu-sinyal analog yang berbeda-beda. Gambar 2.11a menggambarkan proses scanning. Pada akhir setiap scan line, berkas dengan cepat menyapu kembali ke kiri (horizontal mengusut kembali). Ketika sinar mencapai bawah, itu menyapu cepat kembali ke atas (vertikal mengusut kembali). Berkas diaktifkan off (blanked out) selama interval mengusut kembali. Untuk mencapai resolusi yang memadai, cahaya menghasilkan total 483 garis horizontal dengan laju 30 lengkap layar scan per detik. Pengujian telah menunjukkan bahwa tingkat ini akan menghasilkan sensasi berkedip daripada gerakan halus. Akan tetapi, kerlip dihilangkan dengan proses interlace, seperti digambarkan pada Gambar 2.11b. Scan berkas elektron di layar mulai dari paling kiri, sangat dekat atas. Balok mencapai dasar di tengah-tengah setelah 241% baris. Pada titik ini, berkas dengan cepat reposisi di bagian atas layar dan, mulai di tengah, menghasilkan tambahan baris 241% dihubungkan dengan menetapkan asli. Dengan demikian, layar refresh 60 kali per detik lebih dari 30, dan berkedip dihindari. Perhatikan bahwa hitungan total garis adalah 525. Dari jumlah tersebut, 42 adalah blanked keluar selama vertikal mengusut kembali Interval, meninggalkan 483 sebenarnya terlihat pada layar. Sebuah Contoh data digital adalah teks atau string karakter. Sementara tekstual data yang paling nyaman bagi manusia, mereka tidak bisa, dalam bentuk karakter, mudah disimpan atau dikirimkan oleh pengolahan data dan sistem komunikasi. Sistem seperti dirancang untuk data biner. Dengan demikian, sejumlah kode telah dirancang oleh karakter yang diwakili oleh suatu urutan bit. Mungkin paling awal Common contoh dari hal ini adalah kode Morse. Hari ini, yang paling umum digunakan kode dalam Amerika Serikat adalah ASCII (American Standard Kode untuk Informasi Interchange) (Tabel 2.1) diresmikan oleh ANSI. ASCII juga digunakan secara luas di luar Amerika Serikat. Setiap karakter dalam kode ini diwakili oleh unik pola 7-bit; demikian, 128 karakter yang berbeda dapat diwakili. Ini adalah jumlah yang lebih besar daripada yang diperlukan, dan beberapa pola mewakili "kontrol" karakter (Tabel 2.2). Beberapa kontrol karakter harus dilakukan dengan mengendalikan pencetakan karakter pada sebuah halaman. Lain berkaitan dengan prosedur komunikasi dan akan dibahas nanti. ASCII-karakter dikodekan hampir selalu disimpan dan dikirim menggunakan 8 bit per karakter (satu blok dari 8 bit ini disebut sebagai oktet atau byte). Bit kedelapan adalah bit paritas digunakan untuk deteksi error. Bit ini diatur sedemikian rupa sehingga jumlah biner 1s dalam setiap oktet selalu ganjil (paritas ganjil) atau selalu bahkan (paritas genap). Dengan demikian, sebuah kesalahan transmisi yang berubah bit tunggal dapat dideteksi.

Sinyal Dalam sistem komunikasi, data disebarkan dari satu titik ke titik lain dengan berarti sinyal-sinyal listrik. Sinyal analog merupakan gelombang elektromagnetik yang berbeda-beda terus menerus yang dapat disebarluaskan melalui berbagai media, tergantung pada spektrum; contoh media kawat, seperti twisted pair dan coaxial cable, kabel fiber optic, dan atmosfer atau ruang perambatan. Sebuah sinyal digital adalah suatu rangkaian pulsa tegangan yang dapat ditularkan melalui media kawat, misalnya, konstan positif level tegangan dapat mewakili bit 1, dan yang konstan tingkat tegangan negatif dapat mewakili bit 0. Dalam apa yang berikut, pertama-tama kita melihat pada beberapa contoh spesifik tipe sinyal dan kemudian mendiskusikan hubungan antara data dan sinyal. Contoh: Mari kita kembali ke tiga contoh kita sebelumnya subbagian. Untuk setiap contoh, kami akan menjelaskan memperkirakan sinyal dan bandwidth. Dalam kasus data akustik (suara), data dapat diwakili langsung oleh sinyal elektromagnetik yang menempati spektrum yang sama. Namun, ada kebutuhan untuk kompromi antara kesetiaan dari suara, seperti listrik ditransmisikan, dan biaya transmisi, yang meningkat seiring dengan meningkatnya bandwidth. Meskipun, sebagaimana disebutkan, spektrum pidato adalah sekitar 20 Hz sampai 20 kHz, yang jauh lebih sempit bandwidth akan menghasilkan reproduksi suara yang dapat diterima. Spektrum standar untuk sinyal suara 300-3.400 Hz. Ini cukup untuk reproduksi suara, itu meminimalkan kapasitas transmisi yang diperlukan, dan memungkinkan untuk penggunaan yang agak murah telepon set. Dengan demikian, pemancar telepon mengkonversi akustik yang masuksinyal suara menjadi sinyal elektromagnetik pada kisaran 300-3.400 Hz. Sinyal inikemudian ditularkan melalui sistem telepon ke penerima, yang mereproduksi sinyal akustik dari sinyal elektromagnetik yang masuk. Sekarang, mari kita lihat sinyal video, yang, menarik, terdiri dari analog dan komponen digital. Untuk menghasilkan sinyal video, kamera TV, yang melakukan fungsi yang sama ke TV penerima, digunakan. Salah satu komponen dari kamera adalah fotosensitif piring, atas mana sebuah adegan adalah optik terfokus. Berkas elektron menyapu piring dari kiri ke kanan dan atas ke bawah, dengan cara yang sama seperti digambarkan dalam Gambar 2.11 untuk penerima. Ketika sinar menyapu, sinyal listrik analog dikembangkan sebanding dengan kecerahan adegan di tempat tertentu. Sekarang kita berada dalam posisi untuk menggambarkan sinyal video. Gambar 2.12a menunjukkan tiga garis-garis sinyal video; dalam diagram ini, putih diwakili oleh tegangan positif kecil, dan hitam oleh yang jauh lebih besar tegangan positif. Jadi, misalnya, baris 3 adalah pada menengah tingkat kelabu sebagian besar jalan melintasi dengan porsi yang lebih hitam di tengah. Setelah berkas telah menyelesaikan scan dari kiri ke kanan, harus menelusuri kembali ke tepi kiri untuk memindai baris berikutnya. Selama periode ini, gambar harus blanked out (di kedua kamera dan penerima). Hal ini dilakukan dengan digital "horizontal blanking denyut nadi." Juga, untuk menjaga sinkronisasi pemancar-penerima, sinkronisasi (sync) nadi dikirim antara setiap baris sinyal video. Sinkron horizontal ini denyut nadi naik pada atas pulsa blanking, menciptakan tangga berbentuk sinyal digital antara batas sinyal video analog. Akhirnya, ketika sinar mencapai bagian bawah layar, itu harus kembali ke atas, dengan agak lama blanking interval yang diperlukan. Ini ditunjukkan pada Gambar 2.12b. Blanking vertikal pulsa sebenarnya merupakan rangkaian sinkronisasi dan pengosongan denyut, yang rinciannya tidak perlu perhatian kita di sini. Selanjutnya, pertimbangkan waktu sistem. Kami menyebutkan bahwa jumlah total 483 baris di-scan pada tingkat 30 selesai scan per detik. Ini adalah perkiraan jumlah memperhitungkan waktu yang hilang selama mengusut kembali vertikal interval. Sebenarnya US. standar adalah 525 baris. tapi ini sekitar 42 yang hilang selama mengusut kembali vertikal. + Bottom of gambar -n '-Reference tingkat L7lack 525 baris Dengan demikian, frekuensi scanning horizontal adalah = 15.750 baris per detik, atau slscan 63,5 pdline. Id 63,5 ini, sekitar 11 id yang diperbolehkan untuk mengusut kembali horisontal, meninggalkan total 52,5 id per video line.

Akhirnya, kita berada dalam posisi untuk memperkirakan bandwidth yang diperlukan untuk video sinyal. Untuk melakukan ini, kita harus memperkirakan bagian atas (maksimum) dan rendah (minimum) frekuensi band. Kami menggunakan penalaran berikut untuk mencapai maksimum frekuensi: frekuensi maksimum yang akan terjadi selama pemindaian horizontal jika adegan yang berganti-ganti antara hitam dan putih secepat mungkin. Kita dapat memperkirakan nilai maksimum ini dengan mempertimbangkan resolusi gambar video. Dalam dimensi vertikal, ada 483 baris, sehingga resolusi vertikal maksimum akan 483. Percobaan telah menunjukkan bahwa resolusi subjektif sebenarnya sekitar 70 persen dari jumlah tersebut, atau sekitar 338 baris. Dalam kepentingan yang seimbang gambar, resolusi horisontal dan vertikal harus sama. Karena rasio lebar terhadap tinggi dari layar TV adalah 4:3, resolusi horizontal harus sekitar 413 X 338 = 450 baris. Sebagai kasus terburuk, sebuah garis pemindaian akan terdiri dari 450 bolak-unsur hitam dan putih. Scan akan menghasilkan gelombang, dengan masing-masing siklus gelombang terdiri dari satu lebih tinggi (hitam) dan satu rendah (putih) tegangan tingkat. Dengan demikian, akan ada 45.012 = 225 siklus dari gelombang di 52,5 id, untuk maksimum frekuensi sekitar 4 MHz. Penalaran kasar ini, pada kenyataannya, adalah cukup akurat. Frekuensi maksimum, kemudian, adalah 4 MHz. Batas bawah akan menjadi dc atau nol frekuensi, mana komponen dc sesuai dengan penerangan rata-rata adegan (nilai rata-rata yang digunakan sinyal referensi melebihi tingkat putih). Dengan demikian, bandwidth dari sinyal video sekitar 4 MHz - 0 = 4 MHz. Diskusi tersebut di atas tidak menganggap warna atau komponen audio sinyal. Ternyata, dengan ini disertakan, maka bandwidth tetap sekitar 4 MHz. Akhirnya, contoh ketiga yang dijelaskan di atas adalah kasus umum biner digital data. Sebuah sinyal yang biasa digunakan untuk data tersebut menggunakan dua konstan (dc) level tegangan, satu tingkat untuk biner 1 dan satu tingkat untuk biner 0. (Dalam Bab 3, kita akan melihat bahwa ini hanyalah salah satu alternatif, yang disebut sebagai NRZ.) Sekali lagi, kita tertarik pada bandwidth sinyal tersebut. Ini akan tergantung, dalam kasus tertentu, pada bentuk yang tepat dari bentuk gelombang dan pada urutan Apakah dan 0s. Kita bisa mendapatkan beberapa pemahaman dengan mempertimbangkan Gambar 2.9 (bandingkan Gambar 2.8). Seperti dapat dilihat, semakin besar bandwidth dari sinyal, semakin setia itu mendekati pulsa digital arus.

Data dan Sinyal Dalam pembahasan sebelumnya, kita telah melihat sinyal-sinyal analog digunakan untuk mewakili analog data dan sinyal-sinyal digital yang digunakan untuk mewakili data digital. Secara umum, data analog fungsi waktu dan menempati spektrum frekuensi terbatas; data tersebut dapat diwakili oleh sinyal elektromagnetik yang menempati spektrum yang sama. Data digital dapat direpresentasikan oleh sinyal digital, dengan level tegangan yang berbeda untuk masing-masing dua digit biner. Seperti Gambar 2.13 mengilustrasikan, ini bukan satu-satunya kemungkinan. Data digital dapatjuga akan diwakili oleh sinyal-sinyal analog dengan menggunakan modem (modulator / demodulator). Modem mengkonversi serangkaian biner (dua-dinilai) tegangan pulsa ke analog sinyal oleh pengkodean data digital ke frekuensi pembawa. Sinyal yang dihasilkan menempati spektrum frekuensi tertentu yang berpusat tentang operator dan mungkindisebarkan di media yang cocok untuk carrier. Modem yang paling umum mewakili data digital dalam spektrum suara, dan karena itu, memungkinkan data tersebut akan disebarkan melalui suara-kelas biasa saluran telepon. Di ujung baris, makademodulates modem sinyal untuk memulihkan data asli. Dalam sebuah operasi yang sangat mirip dengan yang dilakukan oleh modem, data analog dapat diwakili oleh sinyal digital. Perangkat yang melakukan fungsi ini untuk suara data adalah codec (coder-decoder). Pada dasarnya, codec mengambil sebuah sinyal analog yang langsung mewakili data dan suara yang mendekati sinyal oleh sedikit sungai. Di yang menerima, aliran bit digunakan untuk merekonstruksi data analog. Demikian, Gambar 2.13 menunjukkan bahwa data tersebut dapat dikodekan menjadi sinyal-sinyal dalam berbagai cara. Kita akan kembali ke topik ini dalam Bab 4.

Transmisi Perbedaan terakhir yang masih harus dibuat. Kedua sinyal analog dan digital mungkin akan ditransmisikan pada media transmisi yang sesuai. Cara sinyal-sinyal ini diperlakukan adalah fungsi dari sistem transmisi. Tabel 2.3 meringkas metode data transmisi. Transmisi analog merupakan sarana transmisi sinyal analog tanpa Mengenai konten mereka; sinyal dapat mewakili data analog (misalnya, suara) atau digital data (misalnya, data biner yang melewati modem). Dalam kedua kasus, sinyal analog akan menjadi lebih lemah (dilemahkan) setelah jarak tertentu. Untuk mencapai jarak yang lebih jauh, sistem transmisi analog mencakup amplifier yang meningkatkan energi sinyal. Sayangnya, penguat juga meningkatkan komponen suara. Dengan penguat mengalir untuk mencapai jarak jauh, sinyal menjadi lebih dan lebih terdistorsi. Untuk data analog, seperti suara, cukup sedikit distorsi dapat ditolerir dan data tetap dipahami. Namun, untuk data digital, mengalir amplifier akan memperkenalkan kesalahan. Transmisi digital, sebaliknya, adalah berkaitan dengan isi dari sinyal. Sebuah sinyal digital dapat ditransmisikan jarak hanya terbatas sebelum pelemahan membahayakan integritas data. Untuk mencapai jarak yang lebih besar, repeater digunakan. Sebuah repeater menerima sinyal digital, sembuh pola 1s dan Os, dan mentransmisikan kembali sinyal baru, dengan demikian mengatasi atenuasi.Teknik yang sama dapat digunakan dengan sinyal analog jika diasumsikan bahwa sinyal yang membawa data digital. Pada titik ditempatkan secara tepat, sistem transmisi telah repeater daripada amplifier. The repeater. Recovers data digital dari sinyal analog dan menghasilkan yang baru, bersih sinyal analog. Jadi, kebisingan tidak kumulatif. Pertanyaan yang muncul adalah secara alamiah yang merupakan metode penularan; jawaban yang diberikan oleh industri telekomunikasi dan pelanggannya adalah digital, meskipun ini investasi yang sangat besar dalam komunikasi analog fasilitas. Kedua telekomunikasi jarak jauh fasilitas dan layanan intrabuilding secara bertahap dikonversi untuk transmisi digital dan, jika memungkinkan, digital teknik signaling. Alasan yang paling penting adalah Teknologi digital. Munculnya skala besar Integration (LSI) dan sangat largescale Integration (VLSI) teknologi telah menyebabkan penurunan terus biaya dan ukuran sirkuit digital. Peralatan analog belum menunjukkan penurunan yang serupa. Integritas data. Dengan menggunakan repeater daripada amplifier, efek dari kebisingan dan kerusakan sinyal lain tidak kumulatif. Hal ini mungkin, maka, untuk mengirim data jarak yang lebih jauh dan lebih dari garis kualitas lebih rendah berarti digital tetap menjaga integritas data. Hal ini dibahas dalam Bagian 2.3. Kapasitas pemanfaatan. Hal ini telah menjadi ekonomis untuk membangun link transmisi bandwidth yang sangat tinggi, termasuk saluran satelit dan koneksi yang melibatkan serat optik. Tingkat tinggi multiplexing diperlukan untuk secara efektif menggunakan kapasitas tersebut, dan ini lebih mudah dan murah dicapai dengan digital (timedivision) daripada analog (frekuensi-divisi) teknik. Ini dieksplorasi dalam Bab 7. Keamanan dan privasi. Teknik enkripsi dengan mudah dapat diterapkan ke digital data dan data analog yang telah didigitasi. Integrasi. Dengan memperlakukan analog maupun data digital digital, semua sinyal memiliki bentuk yang sama dan dapat diperlakukan sama. Dengan demikian, skala ekonomis dan kenyamanan dapat dicapai dengan mengintegrasikan suara, video, dan data digital.

Gangguan transmisi Dengan sistem komunikasi, harus diakui bahwa sinyal yang diterima akan berbeda dari sinyal transmisi karena berbagai gangguan transmisi. Untuk analog sinyal, gangguan ini memperkenalkan berbagai acak modifikasi yang menurunkan kualitas sinyal. Untuk sinyal-sinyal digital, sedikit kesalahan yang diperkenalkan: A bit 1 adalah trans-- dibentuk menjadi bit 0 dan sebaliknya. Pada bagian ini, kita akan mengkaji berbagai kerusakan dan mengomentari efeknya pada kapasitas informasi dari sebuah hubungan komunikasi; bab berikutnya membahas langkah-langkah untuk mengimbangi ini kerusakan. Gangguan yang paling signifikan adalah :Attenuation dan attenuation distorsi Delay distorsi Bising

Attenuation Kekuatan sinyal jatuh dengan jarak lebih dari medium transmisi apapun. Untuk dipandu media, pengurangan ini kekuatan, atau atenuasi, pada umumnya logaritmik dan demikian biasanya dinyatakan sebagai jumlah desibel konstan per unit jarak. Untuk dikendalikan media, pelemahan yang lebih kompleks dan fungsi jarak dari susunan atmosfer. Pelemahan memperkenalkan tiga pertimbangan untuk transmisi insinyur. Pertama, sinyal yang diterima harus memiliki kekuatan yang cukup sehingga sirkuit elektronik di penerima dapat mendeteksi dan menafsirkan sinyal. Kedua, sinyal harus mempertahankan tingkat kebisingan cukup tinggi daripada yang akan diterima tanpa kesalahan. Ketiga, atenuasi merupakan fungsi peningkatan frekuensi. Pertama dan kedua masalah yang ditangani dengan perhatian pada kekuatan sinyal dan dengan menggunakan amplifier atau repeater. Untuk point-to-point link, sinyal kekuatan pemancar harus cukup kuat untuk diterima dipahami, tetapi tidak begitu kuat untuk membebani sirkuit dari pemancar, yang akan menyebabkan menyimpang sinyal yang akan dihasilkan. Luar jarak tertentu, atenuasi ini tidak dapat diterima besar, dan repeater atau amplifier digunakan untuk meningkatkan sinyal dari waktu ke waktu. Masalah-masalah ini lebih kompleks untuk multi baris di mana jarak dari pemancar ke penerima adalah variabel. Masalah ketiga ini terutama terlihat untuk sinyal analog. Karena pelemahan bervariasi sebagai fungsi frekuensi, sinyal yang diterima terdistorsi, mengurangi dimengerti. Untuk mengatasi masalah ini, teknik yang tersedia untuk menyamakan pelemahan di band frekuensi. Ini biasanya dilakukan untuk suara-kelas saluran telepon dengan menggunakan kumparan pembebanan yang mengubah sifat listrik line; hasilnya adalah untuk kelancaran keluar efek atenuasi. Pendekatan lain adalah dengan menggunakan penguat yang memperkuat frekuensi tinggi lebih dari frekuensi yang lebih rendah. Sebuah contoh diperlihatkan pada Gambar 2.14a, yang menunjukkan pelemahan sebagai fungsi frekuensi untuk leased line yang khas. Pada gambar, pelemahan diukur relatif ke pelemahan pada 1000 Hz. Nilai-nilai positif pada sumbu y mewakili pelemahan lebih besar dari itu pada 1000 Hz. A 1000-Hz nada tingkat kekuatan tertentu diterapkan pada input, dan kekuatan, Plooo, diukur pada output. Untuk frekuensi lainnya f, prosedur diulang dan pelemahan relatif dalam desibel adalah

Jalur padat pada Gambar 2.14a menunjukkan pelemahan tanpa pemerataan. Seperti dilihat, komponen-komponen frekuensi pada ujung atas pita suara yang dilemahkan jauh lebih rendah daripada frekuensi. Harus jelas bahwa hal ini akan mengakibatkan distorsi dari ujaran yang diterima. Garis putus-putus menunjukkan efek pemerataan. Kurva respons yang diratakan meningkatkan kualitas sinyal suara. Ini juga memungkinkan kecepatan data yang lebih tinggi yang akan digunakan untuk data digital yang melewati modem. Pelemahan distorsi jauh lebih sedikit dari masalah dengan sinyal-sinyal digital. Ketika kami telah melihat, kekuatan sinyal digital dengan cepat jatuh dengan frekuensi (Gambar 2.6b); sebagian besar konten terkonsentrasi dekat frekuensi dasar, atau sedikit menilai, dari sinyal.

Delay Distortion Delay distorsi adalah fenomena khas dibimbing medium transmisi. Distorsi disebabkan oleh kenyataan bahwa kecepatan penyebaran sebuah sinyal melalui menengah dipandu bervariasi dengan frekuensi. Untuk bandlimited sinyal, kecepatan cenderung menjadi tertinggi di dekat pusat frekuensi dan lebih rendah ke arah dua sisi band. Dengan demikian, berbagai komponen frekuensi dari suatu sinyal akan tiba di penerima pada berbagai kali. Efek ini disebut sebagai distorsi tunda, sebagai sinyal yang diterima terdistorsi variabel karena keterlambatan dalam komponen-komponennya. Delay distorsi ini terutama penting bagi data digital. Mempertimbangkan bahwa rangkaian bit sedang dikirim, baik menggunakan analog atau sinyal-sinyal digital. Karena keterlambatan distorsi, beberapa komponen sinyal posisi sedikit pun akan menular ke posisi bit yang lain, menyebabkan intersymbol gangguan, yang merupakan batasan utama laju bit maksimum atas kontrol transmisi. Menyamakan teknik juga dapat digunakan untuk menunda distorsi. Lagi menggunakan telepon leased line sebagai contoh, Gambar 2.14b menunjukkan efek perimbangan pada penundaan sebagai fungsi frekuensi.

Bising Untuk setiap peristiwa transmisi data, sinyal yang diterima akan terdiri dari ditransmisikan sinyal, dimodifikasi oleh berbagai distorsi yang dipaksakan oleh sistem transmisi, plus sinyal yang tidak diinginkan tambahan yang disisipkan di suatu tempat antara transmisi dan penerimaan; yang terakhir, sinyal yang tidak diinginkan disebut sebagai kebisingan-membatasi besar faktor kinerja sistem komunikasi.Kebisingan dapat dibagi menjadi empat kategori: -Thermal noise -Intermodulation kebisingan -Crosstalk -Impulse noise

Thermal kebisingan akibat agitasi termal elektron dalam suatu konduktor. Ini adalah hadir dalam semua perangkat elektronik dan media transmisi dan merupakan fungsi temperatur. Thermal noise terdistribusi secara seragam di seluruh spektrum frekuensi dan maka sering disebut sebagai white noise; itu tidak dapat dihilangkan dan karena itu tempat terikat pada bagian atas kinerja sistem komunikasi. Jumlah thermal noise bisa ditemukan dalam bandwidth 1 Hz dalam perangkat atau konduktor adalah

Kebisingan diasumsikan independen frekuensi. Dengan demikian, termal kebisingan, dalam watt, yang hadir dalam bandwidth W hertz dapat dinyatakan sebagai

Ketika sinyal pada frekuensi yang berbeda berbagi medium transmisi yang sama, hasilnya dapat intermodulation kebisingan. Efek kebisingan adalah intermodulation menghasilkan sinyal pada frekuensi yang merupakan jumlah atau selisih dari dua frekuensi asli, atau kelipatan dari frekuensi tersebut. Sebagai contoh, pencampuran sinyal di frekuensi fi fi dan bisa menghasilkan energi pada frekuensi fi + f2. Ini berasal sinyal dapat mengganggu sinyal yang ditujukan pada frekuensi fi + f2. Intermodulation kebisingan yang dihasilkan ketika ada beberapa non-linear dalam pemancar, penerima, atau campur tangan sistem transmisi. Biasanya, komponen-komponen ini berperilaku sebagai sistem linier, yaitu output sama dengan input, kali konstan. Dalam sistem nonlinier, output merupakan fungsi yang lebih kompleks dari input. Non-linear seperti itu dapat disebabkan oleh kerusakan komponen atau penggunaan berlebihan kekuatan sinyal. Hal ini di bawah keadaan ini bahwa jumlah dan perbedaan istilah-istilah terjadi.Telah Crosstalk dialami oleh siapa saja yang, ketika menggunakan telepon, telah mampu mendengar percakapan lain, melainkan kopel yang tidak diinginkan antara sinyal jalan. Hal ini dapat terjadi dengan listrik di dekatnya coupling antara twisted pair atau, jarang, jalur kabel coax membawa beberapa sinyal. Crosstalk dapat juga terjadi ketika tidak diinginkan sinyal yang ditangkap oleh antena microwave; meskipun sangat terarah, energi gelombang mikro tidak menyebar selama propagasi. Biasanya, crosstalk adalah dari urutan besarnya sama (atau kurang) sebagai kebisingan termal. Semua tipe kebisingan dibahas sejauh ini cukup dapat diprediksi dan cukup besaran konstan melainkan dengan demikian memungkinkan untuk merancang sebuah sistem transmisi mengatasi dengan mereka. Dorongan kebisingan, bagaimanapun, adalah noncontinuous, terdiri dari beraturan kacang-kacangan atau kebisingan lonjakan durasi pendek dan amplitudo yang relatif tinggi. Yang dihasilkan dari berbagai penyebab, termasuk gangguan elektromagnetik eksternal, seperti kilat, dan kesalahan dan kekurangan-kekurangan dalam sistem komunikasi. Kebisingan impuls umumnya hanya gangguan kecil bagi data analog. Misalnya transmisi suara dapat rusak oleh klik dan crackles pendek tanpa kehilangan dimengerti. Namun, impuls kebisingan adalah sumber utama dari kesalahan dalam data digital komunikasi. Sebagai contoh, sebuah energi lonjakan tajam 0,01 detik durasi tidak akan menghancurkan data suara apapun, tapi akan membersihkan sekitar 50 bit data yang ditransmisikan pada 4.800 bps. Gambar 2,15 adalah contoh dari efek pada sinyal digital. Di sini suara terdiri dari tingkat yang relatif sederhana ditambah kebisingan termal sesekali lonjakan dari impuls kebisingan. Data digital pulih dari sampling sinyal oleh gelombang yang diterima sekali per sedikit waktu. Seperti dapat dilihat, suara kadang-kadang cukup untuk mengubah 1 to a 0 atau 0 ke 1.

Kapasitas saluran Kita telah melihat bahwa ada berbagai gangguan yang mendistorsi atau rusak sinyal. Untuk data digital, pertanyaan yang kemudian muncul adalah sejauh mana kerusakan tersebut membatasi data rate yang dapat dicapai. Tingkat di mana data dapat dikirim selama suatu jalur komunikasi, atau saluran, di bawah kondisi yang diberikan, adalah disebut sebagai kapasitas saluran. Ada empat konsep di sini bahwa kita sedang mencoba untuk berhubungan satu sama lain: Data rate. Ini adalah tingkat, dalam bit per detik (bps), di mana data dapat dikomunikasikan. Bandwidth. Ini adalah bandwidth sinyal yang ditransmisikan dibatasi oleh pemancar dan oleh sifat medium transmisi, dinyatakan dalam siklus per detik, atau hertz.Bising. Rata-rata tingkat kebisingan di atas jalur komunikasi. Tingkat kesalahan. Tingkat di mana kesalahan terjadi, di mana kesalahan adalah penerimaan 1 saat 0 ditransmisikan, atau penerimaan seorang 0 ketika angka 1 itu menular. Masalahnya kita mengatasi ini: Komunikasi fasilitas yang mahal, dan, secara umum, semakin besar bandwidth fasilitas, semakin besar biaya. Selain itu, semua saluran transmisi kepentingan praktis bandwidth terbatas. Keterbatasan timbul dari sifat fisik transmisi menengah atau dari keterbatasan yang disengaja di pemancar di bandwidth untuk mencegah gangguan dari sumber lain. Oleh karena itu, kami ingin membuat seperti efisien digunakan sebagai mungkin dari bandwidth tertentu. Untuk data digital, ini berarti bahwa kita ingin mendapatkan sebagai data rate tinggi mungkin pada batas tertentu tingkat kesalahan bandwidth tertentu. Kendala utama dalam mencapai efisiensi ini adalah kebisingan. Untuk memulai, mari kita pertimbangkan kasus saluran yang bebas noise. Dalam lingkungan ini, pembatasan kecepatan data hanyalah bandwidth dari sinyal. Sebuah formulasi keterbatasan ini, karena Nyquist, menyatakan bahwa jika tingkat sinyal transmisi adalah 2W, maka sinyal dengan frekuensi tidak lebih besar dari W adalah cukup untuk membawa data rate. Yang sebaliknya juga benar: Diketahui sebuah bandwidth W, tingkat sinyal tertinggi yang dapat dilakukan adalah 2W. Keterbatasan ini disebabkan oleh efek intersymbol gangguan, seperti yang dihasilkan oleh penundaan distorsi. Hasilnya adalah berguna dalam pengembangan digital-ke-analog skema encoding dan diturunkan dalam Lampiran 4A. Perhatikan bahwa dalam paragraf terakhir, kami menyebut tingkat sinyal. Jika sinyal yang akan ditransmisikan adalah biner (dua tingkat tegangan), maka kecepatan data yang dapat didukung oleh W Hz 2W bps. Sebagai contoh, perhatikan saluran suara yang digunakan, melalui modem, untuk mengirimkan data digital. Asumsikan bandwidth 3.100 Hz. Kemudian kapasitas C, dari saluran tersebut 2W = 6.200 bps. Namun, seperti yang akan kita lihat di Bab 4, sinyal dengan lebih dari dua tingkat dapat digunakan, yaitu masing-masing elemen sinyal dapat mewakili lebih dari satu bit. Sebagai contoh, jika level tegangan empat kemungkinan digunakan sebagai sinyal, maka setiap elemen sinyal dapat mewakili dua bit. Dengan sinyal bertingkat, perumusan yang Nyquist menjadi di mana M adalah jumlah sinyal diskrit atau level tegangan. Jadi, untuk M = 8, sebuah nilai digunakan dengan beberapa modem, C menjadi 18.600 bps. Jadi, untuk suatu bandwith, data rate dapat ditingkatkan dengan meningkatkan jumlah sinyal yang berbeda. Namun, tempat ini peningkatan beban penerima: Alih-alih membedakan satu dari dua kemungkinan sinyal selama setiap sinyal waktu, itu harus membedakan salah satu dari M mungkin sinyal. Kebisingan dan kerusakan lain pada saluran transmisi akan membatasi nilai praktis M. Jadi, semua hal-hal lain dianggap setara, menggandakan bandwidth data dua kali lipat tingkat. Sekarang perhatikan hubungan antara data rate, kebisingan, dan tingkat kesalahan. Ini dapat dijelaskan secara intuitif oleh lagi mempertimbangkan Gambar 2.15. Kehadiran kebisingan dapat merusak satu atau lebih bit. Jika rate data meningkat, maka bit menjadi "lebih pendek" sehingga lebih bit dipengaruhi oleh pola tertentu kebisingan. Dengan demikian, pada suatu tingkat kebisingan, semakin tinggi kecepatan data, semakin tinggi tingkat kesalahan.

Semua konsep ini dapat terikat bersama-sama dengan rapi dalam sebuah formula yang dikembangkan oleh Claude Shannon ahli matematika. Sebagaimana telah kita diilustrasikan, semakin tinggi data menilai, semakin banyak kerusakan yang tidak diinginkan kebisingan dapat dilakukan. Untuk tingkat tertentu kebisingan, kita akan berharap bahwa kekuatan sinyal yang lebih besar akan meningkatkan kemampuan untuk dengan benar menerima data dalam kehadiran kebisingan. Parameter kunci yang terlibat dalam penalaran ini adalah sinyal-to-noise ratio (SIN), yang merupakan rasio dari kekuasaan dalam sebuah sinyal ke kekuatan yang terkandung dalam suara yang terdapat pada titik tertentu dalam transmisi. Biasanya, rasio ini diukur pada penerima, karena pada titik ini bahwa sebuah usaha adalah dibuat untuk memproses sinyal dan menghilangkan bunyi yang tidak diinginkan. Untuk kenyamanan, ini rasio sering dilaporkan dalam desibel:

Mengekspresikan jumlah ini, dalam desibel, bahwa yang dimaksud melebihi sinyal suara tingkat. Tinggi S / N akan berarti sinyal berkualitas tinggi dan jumlah yang rendah diperlukan intermediate repeater. Sinyal-to-noise ratio adalah penting dalam transmisi data digital karena menentukan atas terikat pada data rate yang dapat dicapai. Shannon Hasilnya adalah bahwa maksimum kapasitas saluran, dalam bit per detik, mematuhi persamaan :

di mana C adalah kapasitas kanal dalam bit per detik dan W adalah bandwidth saluran dalam satuan hertz. Sebagai contoh, perhatikan saluran suara yang digunakan, melalui modem, untuk mengirimkan data digital. Asumsikan bandwidth 3.100 Hz. Nilai tipikal S / N untuk garis tingkat suara adalah 30 dB, atau rasio 1000: l. Jadi,

Ini mewakili teoritis maksimum yang dapat dicapai. Di prakteknya, hanya jauh lebih rendah dapat dicapai. Salah satu alasan untuk ini adalah bahwa mengasumsikan formula white noise (noise thermal). Dorongan suara tidak diperhitungkan untuk, tidak pula pelemahan atau menunda distorsi. Kapasitas ditunjukkan dalam persamaan sebelumnya disebut sebagai errorfree kapasitas. Shannon membuktikan bahwa jika informasi aktual bunga saluran kurang daripada kapasitas bebas dari kesalahan, maka secara teori anda dapat menggunakan sinyal yang cocok kode untuk mencapai bebas dari kesalahan transmisi melalui saluran. Teorema Shannon sayangnya tidak menyarankan suatu cara untuk menemukan aturan-aturan tersebut, tetapi tidak memberikan sebuah tolok ukur di mana kinerja skema komunikasi praktis dapat diukur. Ukuran efisiensi transmisi digital adalah rasio CIW, yang adalah bps per hertz yang dicapai. Gambar 2.16 mengilustrasikan teoritis efisiensi transmisi. Ia juga menunjukkan hasil aktual yang diperoleh pada kelas suara khas baris. Beberapa pengamatan mengenai persamaan di atas dapat menjadi pelajaran. Untuk tingkat tertentu kebisingan, akan tampak bahwa data rate dapat ditingkatkan oleh meningkatkan kekuatan sinyal baik atau bandwidth. Namun, sebagai kekuatan sinyal meningkat, begitu juga nonlinearities dalam sistem, yang menyebabkan peningkatan intermodulation bising. Perhatikan juga bahwa, karena kebisingan diasumsikan putih, yang lebih luas bandwidth, semakin kebisingan mengakui ke sistem. Jadi, sebagai W meningkat, SIN berkurang. Akhirnya, kami menyebutkan parameter yang terkait dengan SIN yang lebih nyaman untuk menentukan tingkat data digital dan tingkat kesalahan. Parameter adalah rasio sinyal energi per bit terhadap kerapatan daya noise per hertz, Eb / No. Pertimbangkan sebuah sinyal, digital atau analog, yang berisi data digital biner ditransmisikan pada kecepatan bit tertentu R. Mengingat bahwa 1 watt = 1 joulels, energi per bit pada sinyal yang diberikan oleh Eb = STB, di mana S adalah kekuatan sinyal dan Tb adalah waktu yang diperlukan untuk mengirimkan satu bit. Data rate R adalah hanya R = l / Tb. Jadi,

EbINo rasio penting karena tingkat kesalahan bit data digital adalah suatu (penurunan) fungsi rasio ini. Diberi nilai EbINo yang diperlukan untuk mencapai kesalahan yang diinginkan menilai, parameter dalam rumus sebelumnya dapat dipilih. Perhatikan bahwa sebagai bit R tingkat meningkat, kekuatan sinyal, relatif terhadap kebisingan, harus meningkat menjadi mempertahankan EbINo yang diperlukan. Mari kita mencoba untuk memahami hasil ini secara intuitif dengan mempertimbangkan kembali Gambar 2.15. Itu sinyal di sini adalah digital, tetapi alasan akan sama untuk sebuah sinyal analog.Di beberapa contoh, kebisingan cukup untuk mengubah nilai sedikit. Sekarang, jika data menilai itu dua kali lipat, bit akan lebih erat dikemas bersama-sama, dan sama bagian kebisingan mungkin menghancurkan dua bit. Jadi, untuk terus-menerus kekuatan sinyal dan kebisingan, peningkatan data rate akan meningkatkan tingkat kesalahan. Contoh: Untuk biner fase-shift keying (didefinisikan dalam Bab 4), EbINo = 8,4 dB yang diperlukan untuk sedikit tingkat kesalahan (probabilitas kesalahan = Jika suhu kebisingan efektif adalah 290 K (temperatur kamar) dan data rate 2400 bps, apa sinyal yang diterima tingkat yang diperlukan?