Единицы измерения передачи информации. Пропускная способность каналов связи. Скорость интернет-соединения

Под термином “информация ” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В литературе встречается наиболее часто следующее определение информации: информация – это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Это могут быть сведения о результатах измерения, наблюдения за каким-либо объектом и т.п. В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи.

Сообщение является формой представления информации. Одно и то же сведение может быть представлено в различной форме. Например, сведение о часе приезда вашего приятеля может быть передано по телефону или же в виде телеграммы. В первом случае мы имеем дело с информацией, представленной в непрерывном виде (непрерывное сообщение). Во втором случае – с информацией, представленной в дискретном виде (дискретное сообщение). При передаче сведений по телеграфу информация заложена в буквах, из которых составлены слова, и цифрах. Очевидно, что на конечном отрезке времени число букв или цифр конечное. Это и является отличительной особенностью дискретного или счетного сообщения. В то же время число различных возможных значений звукового давления, измеренное при разговоре, даже на конечном отрезке времени будет бесконечным. В современных цифровых системах телефонной связи в канал связи передаются кодовые комбинации, несущие информацию об отсчетах квантованного аналогового сигнала. Следовательно, такой телефонный квантованный сигнал относится к классу дискретных, и поэтому будем в дальнейшем рассматривать только вопросы передачи дискретных сообщений. В случае телефонной связи под сообщением будем понимать некоторую последовательность отсчетов квантованного аналогового сигнала, передаваемую в канале связи в виде последовательности кодовых комбинаций.

К числу основных информационных характеристик сообщений относятся количество информации в отдельных сообщениях, энтропия и производительность источника сообщений.

Количество информации в сообщении (символе) определяется в битах – единицах измерения количества информации. Чем меньше вероятность появления того или иного сообщения, тем большее количество информации мы извлекаем при его получении. Если в памяти источника имеется два независимых сообщения (а 1 и а 2) и первое из них выдается с вероятностью =1, то сообщение а 1 не несет информации, ибо оно заранее известно получателю.

Было предложено определять количество информации, которое приходится на одно сообщение a i , выражением

.

С реднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, поступающее от источника без памяти, получим, применив операцию усреднения по всему объему алфавита:

. (2.1)

Выражение (2.1) известно как формула Шеннона для энтропии источника дискретных сообщений. Энтропия – мера неопределенности в поведении источника дискретных сообщений. Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источником выдается всегда одно и то же сообщение (в этом случае неопределенность в поведении источника сообщений отсутствует). Энтропия максимальна, если символы источника появляются независимо и с одинаковой вероятностью.

Определим энтропию источника сообщений, если К = 2 и . Тогда

Отсюда 1 бит – это количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника состоит из двух равновероятных символов.

Если в предыдущем примере взять , то Н(А) < 1 бит/сообщ. Таким образом, один бит – максимальное среднее количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника включает два независимых символа.

Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника

(бит/с). (2.2)

где Т – среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).

Для определения количества единичных элементов, передаваемых в одну секунду ввели понятие скорость модуляции (телеграфирования):

В=1/t (Бод)

Для каналов передачи дискретных сообщений вводят аналогичную характеристику – скорость передачи информации по каналу R (бит/с). Она определяется количеством бит, передаваемых в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу называется пропускной способностью канала:

где 2D F – полоса пропускания канала,

Р с – мощность сигнала,

Р п – мощность помехи.

Сообщение, поступающее от источника, преобразуется в сигнал, который является его переносчиком в системах электросвязи.

Рис. 2.2. Принцип передачи сообщений

Система электросвязи обеспечивает доставку сигнала из одной точки пространства в другую с заданными качественными показателями. Схема передачи сообщений, в состав которой входят преобразователи сообщение–сигнал–сообщение, приведена на рис. 2.2.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям “информация”, “сообщение”.
2. Как измеряется количество информации?
3. Определить энтропию источника вырабатывающего независимые символы а 1 и а 2 , если р(а 1) = 0,3. Сравнить полученное значение с вариантом, когда р(а 1) = р(а 2) = 0,5.

Список литературы

1. Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М.: Радио и связь, 2001. – 280 с.
2. Концепция развития рынка телекоммуникационных услуг Российской Федерации. “СвязьИнформ”, 2001, № 10. с. 9-32.

Что же такое скорость интернета и в каких единицах измерения измеряется скорость интернет соединения: биты или может быть байты?

Скорость интернета представляет собой максимальное число данных, принятых персональным компьютером (ПК) либо переданных в Сеть за определённую единицу времени. Если посмотреть на изменение скорости передачи данных, то чаще всего можно встретить: в килобитах/секунду (Кб/сек; Кбит/сек), либо в мегабитах (Мб/сек; Мбит/сек). Размер каких-либо файлов всегда указывается в байтах, Кбайтах, Мбайтах и Гбайтах.

Все мы знаем, что 1 байт - это 8 бит, Если скорость Вашего интернет соединения равна 100 Мбит/сек, то следуя из расчетов (100/8=12.5), можно сделать вывод что компьютер за одну секунду может передать или принять не более 12.5 Мбайт информации. Если размер файла который Вы хотите скачать равен 1.5 Гбайт, то на процесс скачивания Вы затратите не более двух минут.

От чего же всё-таки зависит скорость интернет соединения?

В первую очередь скорость интернет соединения зависит от Вашего тарифного плана, который Вам установил интернет провайдер . Так же на скорость влияет технология канала передачи информации и загруженность Сети другими пользователями. Если ограничить общую пропускную возможность канала, то тогда чем больше пользователей находится в Сети и чем больше они скачивают файлов и информации, тем больше падает скорость соединения, так как остается меньше "свободного места" в Сети.

Во-вторых есть зависимость от скорости загрузки сайтов на которых Вы находитесь. Например, если на момент загрузки сервер может отдавать пользователю данные со скоростью не менее 10 Мбит/сек, то даже если Вы подключены к максимальному тарифному плану, большего Вы можете не ждать.

Факторы, которые влияют на скорость интернета :

1. При проверке, скорость сервера, к которому вы обращаетесь.

2. Скорость и настройки Вашего Wi-Fi роутера.

3. Все работающие на компьютере программы и приложения в момент проверки.

4. Также брандмауэры и антивирусы работающие в фоновом режиме.

5. Настройки Вашей операционной системы (ОС) и самого компьютера.

Как можно увеличить скорость Вашего интернет соединения?

1. Вредоносное или нежелательное программное обеспечение, оно может повлиять в первую очередь на снижение скорости интернет соединения.

2. Вирусы, черви и троянские программы, которые случайным образом попали в Ваш компьютер, могут забирать часть пропускной возможности канала. Для решения этой проблемы необходимо использовать антивирусные программы, которые будут бороться с заражением Вашего ПК.

3. Когда Вы используете Wi-Fi который не защищен паролем, Вы тоже подвергаете себя риску, так как к нему обычно подключаются другие пользователи. Поэтому на Wi-Fi необходимо устанавливать пароль.

4. Также снижают скорость интернет соединения параллельно работающие программы, потому что они приводят к увеличению нагрузки процессора, поэтому скорость резко снижается.

Некоторые действия способны увеличить скорость интернет соединения, например:

1. Увеличение пропускной скорости порта. Это в том случае если у Вас подключено высокое интернет соединение, а скорость резко упала. Зайдите в меню "Пуск", далее "Панель управления" потом в «Система» и в раздел "Оборудование", после этого кликните по "Диспетчеру устройств". Находите «Порты (COM либо LPT)», затем разворачиваете их содержимое и отыскиваете "Последовательный порт (СОМ 1)". После этого нужно кликнуть правой кнопкой мышки и открыть "Свойства". После этого откроется окно, в котором нужно перейти в графу "Параметры порта". После того как открылось окно, нажимаем параметр "Скорость" (бит в секунду) и кликаем на цифру 115200 - далее ОК! После всех этих действий пропускная скорость порта увеличена. Поскольку по молчанию установлена скорость - 9600 бит/сек.

2. Также для увеличения скорости можно попробовать отключить планировщик пакетов QoS. Для этого нужно запустить утилиту gpedit.msc. В "Пуске" выполнить поиск - gpedit.msc. Далее нужно нажать "Конфигурация компьютера" после "Административные шаблоны". Потом зайти в "Сеть", далее "Планировщик пакетов QoS". Далее нужно "Ограничить резервируемую пропускную способность" потом "Включить" и выставить 0%. Нажимаем "Применить" и перезагружаем компьютер.

3.Перезагрузите маршрутизатор. Перезапуск модема или маршрутизатора поможет решить многие проблемы с соединением. Отключите, подождите 30 секунд и снова включите его.

Вот эти действия, в некоторых случаях, помогут Вам увеличить скорость.

Общая информация

В большинстве случаев в сетях информация передается последовательно. Биты данных поочередно передаются по каналу связи, кабельному или беспроводному. На Рисунке 1 изображена последовательность бит, передаваемая компьютером или какой-либо другой цифровой схемой. Такой сигнал данных часто называют исходным. Данные представлены двумя уровнями напряжения, например, логической единице соответствует напряжение +3 В, а логическому нулю - +0.2 В. Могут использоваться и другие уровни. В формате кода без возврата к нулю (NRZ) (Рисунок 1) сигнал не возвращается к нейтральному положению после каждого бита, в отличие от формата с возвращением к нулю (RZ).

Битрейт

Скорость передачи данных R выражается в битах в секунду (бит/с или bps). Скорость является функцией продолжительности существования бита или времени бита (T B) (Рисунок 1):

Эту скорость называют также шириной канала и обозначают буквой C. Если время бита равно 10 нс, то скорость передачи данных определится как

R = 1/10 × 10 - 9 = 100 млн. бит/с

Обычно это записывается как 100 Мб/с.

Служебные биты

Битрейт, как правило, характеризует фактическую скорость передачи данных. Однако в большинстве последовательных протоколов данные являются только частью более сложного кадра или пакета, включающего в себя биты адреса источника, адреса получателя, обнаружения ошибок и коррекции кода, а также прочую информацию или биты управления. В кадре протокола данные называются полезной информацией (payload). Биты, не являющиеся данными, называются служебными (overhead). Иногда количество служебных бит может быть существенным - от 20% до 50%, в зависимости от общего числа полезных бит, передаваемых по каналу.

К примеру, кадр протокола Ethernet, в зависимости от количества полезных данных, может иметь до 1542 байт или октетов. Полезных данных может быть от 42 до 1500 октетов. При максимальном числе полезных октетов служебных будет только 42/1542, или 2.7%. Их было бы больше, если полезных байт было бы меньше. Это соотношение, известное также под названием эффективность протокола, обычно выражают в процентах количества полезных данных от максимального размера кадра:

Эффективность протокола = количество полезных данных/размер кадра = 1500/1542 = 0.9727 или 97.3%

Как правило, чтобы показать истинную скорость передачи данных по сети, фактическая скорость линии увеличивается на коэффициент, зависящий от количества служебной информации. В One Gigabit Ethernet фактическая скорость линии равна 1.25 Гб/с, тогда как скорость передачи полезных данных составляет 1 Гб/с. Для 10-Gbit/s Ethernet эти величины равны, соответственно, 10.3125 Гб/с и 10 Гб/с. При оценке скорости передачи данных по сети также могут использоваться такие понятия, как пропускная способность, скорость передачи полезных данных или эффективная скорость передачи данных.

Скорость передачи в бодах

Термин «бод» происходит от фамилии французского инженера Эмиля Бодо (Emile Baudot), который изобрел 5-битовый телетайпный код. Скорость передачи в бодах выражает количество изменений сигнала или символа за одну секунду. Символ - это одно из нескольких изменений напряжения, частоты или фазы.

Двоичный формат NRZ имеет два представляемых уровнями напряжения символа, по одному на каждый 0 или 1. В этом случае скорость передачи в бодах или скорость передачи символов - то же самое, что и битрейт. Однако на интервале передачи можно иметь более двух символов, в соответствии с чем на каждый символ отводится несколько бит. При этом данные по любому каналу связи могут передаваться только с помощью модуляции.

Когда средство передачи не может обработать исходный сигнал, на первый план выходит модуляция. Конечно, речь идет о беспроводных сетях. Исходные двоичные сигналы не могут передаваться непосредственно, они должны переноситься на несущую радиочастоту. В некоторых протоколах кабельной передачи данных также применяется модуляция, позволяющая повысить скорость передачи. Это называется «широкополосной передачей».
Выше: модулирующий сигнал, исходный сигнал

Используя составные символы, в каждом можно передавать по несколько бит. Например, если скорость передачи символов равна 4800 бод, и каждый символ состоит из двух бит, полная скорость передачи данных будет 9600 бит/с. Обычно количество символов представляется какой-либо степенью числа 2. Если N - количество бит в символе, то число требуемых символов будет S = 2N. Таким образом, полная скорость передачи данных:

R = скорость в бодах × log 2 S = скорость в бодах × 3.32 log 1 0 S

Если скорость в бодах равна 4800, и на символ отводится два бита, количество символов 22 = 4.

Тогда битрейт равен:

R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600 бит/с

При одном символе на бит, как в случае с двоичным форматом NRZ, скорости передачи в битах и бодах совпадают.

Многоуровневая модуляция

Высокий битрейт можно обеспечить многими способами модуляции. Например, при частотной манипуляции (FSK) в каждом символьном интервале для представления логических 0 и 1 обычно используются две различные частоты. Здесь скорость передачи в битах равна скорости передачи в бодах. Но если каждый символ представляет два бита, то требуются четыре частоты (4FSK). В 4FSK скорость передачи в битах в два раза превышает скорость в бодах.

Еще одним распространенным примером является фазовая манипуляция (PSK). В двоичной PSK каждый символ представляет 0 или 1. Двоичному 0 соответствует 0°, а двоичной 1 - 180°. При одном бите на символ скорость в битах равна скорости в бодах. Однако соотношение числа бит и символов несложно увеличить (см. Таблицу 1).

Таблица 1.	Двоичная фазовая манипуляция.
Биты Фазовый сдвиг (градусов)

Например, в квадратурной PSK на один символ приходится два бита. При использовании такой структуры и двух бит на бод скорость передачи в битах превышает скорость в бодах в два раза. При трех битах на один бод модуляция получит обозначение 8PSK, и восемь различных фазовых сдвигов будут представлять три бита. А при 16PSK 16 фазовых сдвигов представляют 4 бита.

Одной из уникальных форм многоуровневой модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (QAM). Для создания символов, представляющих множество битов, QAM использует комбинацию различных уровней амплитуд и смещений фаз. Например, 16QAM кодирует четыре бита на символ. Символы представляют собой сочетание различных уровней амплитуды и фазовых сдвигов.

Для наглядного отображения амплитуды и фазы несущей для каждого значения 4-битного кода используется квадратурная диаграмма, имеющая также романтическое название «сигнальное созвездие» (Рисунок 2). Каждая точке соответствует определенная амплитуда несущей и фазовый сдвиг. В общей сложности 16 символов кодируются четырьмя битами на символ, в результате чего битрейт превышает скорость передачи в бодах в 4 раза.

Почему несколько бит на бод?

Передавая больше одного бита на бод можно отправлять данные с высокой скоростью по более узкому каналу. Следует напомнить, что максимально возможная скорость передачи данных определяется пропускной способностью канала передачи.
Если рассмотреть наихудший вариант чередования нулей и единиц в потоке данных, то максимальная теоретическая скорость передачи C в битах для данной полосы пропускания B будет равна:

Или полоса пропускания при максимальной скорости:

Для передачи сигнала со скоростью 1 Мб/с требуется:

B = 1/2 = 0.5 МГц или 500 кГц

При использовании многоуровневой модуляции с несколькими битами на символ максимальная теоретическая скорость передачи данных будет равна:

Здесь N - количество символов в символьном интервале:

log 2 N = 3.32 log10N

Полоса пропускания, требуемая для обеспечения желаемой скорости при заданном количестве уровней, вычисляется следующим образом:

Например, полоса пропускания, необходимая для достижения скорости передачи 1 Мб/с при двух битах на один символ и четырех уровнях, может быть определена как:

log 2 N = 3.32 log 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 МГц

Количество символов, необходимых для получения желаемой скорости передачи данных в фиксированной полосе пропускания, может быть вычислено как:

3.32 log 10 N = C/2B

Log 10 N = C/2B = C/6.64B

N = log-1 (C/6.64B)

Используя предыдущий пример, количество символов, необходимых для передачи со скоростью 1 Мб/с по каналу 250 кГц, определится следующим образом:

log 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60

N = log-1 (0.602) = 4 символа

Эти расчеты предполагают, что в канале отсутствуют шумы. Для учета шума нужно применить теорему Шеннона-Хартли:

C = B log 2 (S/N + 1)

C -пропускная способность канала в битах в секунду,
В - полоса пропускания канала в герцах,
S/N -отношение сигнал/шум.

В форме десятичного логарифма:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1)

Какова максимальная скорость в канале 0.25 МГц с отношением S/N равным 30 дБ? 30 дБ переводится в 1000. Следовательно, максимальная скорость:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10 (1001) = 2.5 Мб/с

Теорема Шеннона-Хартли конкретно не утверждает, что для достижения этого теоретического результата должна применяться многоуровневая модуляция. Используя предыдущую процедуру, можно узнать, сколько бит требуется на один символ:

log 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5

N = log-1 (1.5) = 32 символа

Использование 32 символов подразумевает пять бит на символ (25 = 32).

Примеры измерения скорости передачи в бодах

Практически все высокоскоростные соединения используют какие-либо формы широкополосной передачи. В Wi-Fi в схемах модуляции с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) применяются QPSK, 16QAM и 64QAM.

То же самое верно для WiMAX и технологии сотовой связи Long-Term Evolution (LTE) 4G. Передаче сигналов аналогового и цифрового телевидения в системах кабельноого ТВ и высокоскоростного доступ в Интернет основана на 16QAM и 64QAM, в то время как в спутниковой связи используют QPSK и различные версии QAM.

Для систем наземной мобильной радиосвязи, обеспечивающих общественную безопасность, недавно были приняты стандарты модуляции речевой информации и данных с помощью 4FSK. Этот сужающий полосу пропускания способ разработан для сокращения полосы с 25 кГц на канал до 12.5 кГц, и, в конечном счете, до 6.25 кГц. В результате в том же спектральном диапазоне можно разместить больше каналов для других радиостанций.

Телевидение высокой четкости в США использует метод модуляции, называемый eight-level vestigial sideband (8-уровневая передача сигналов с частично подавленной боковой полосой), или 8VSB. В этом методе отводится три бита на символ при 8 уровнях амплитуды, что позволяет передавать 10,800 тыс. символов в секунду. При 3 битах на символ полная скорость будет равна 3 × 10,800,000 = 32.4 Мб/с. В сочетании с методом VSB, который передает только одну полную боковую полосу частот и часть другой, видео- и аудиоданные высокой четкости могут передаваться по телевизионному каналу шириной 6 МГц.

Мы живем в эпоху стремительно развивающихся цифровых технологий. Современную реальность уже трудно представить без персональных компьютеров, ноутбуков, планшетов, смартфонов и прочих электронных гаджетов, которые функционируют не изолированно друг от друга, а объединены в локальную сеть и подключены к глобальной сети

Важной характеристикой всех этих устройств является пропускная способность сетевого адаптера, определяющая скорость передачи данных в локальной или глобальной сети. Кроме этого, имеют значение скоростные характеристики канала передачи информации. В электронных устройствах нового поколения возможно не только чтение текстовой информации без сбоев и зависаний, но и комфортное воспроизведение мультимедийных файлов (картинки и фотографии в высоком разрешении, музыка, видео, онлайн-игры).

В чем измеряется скорость передачи данных?

Чтобы определить этот параметр, надо знать время, за которые были переданы данные, и количество переданной информации. Со временем все понятно, а что такое количество информации и как его можно измерить?

Во всех электронных устройствах, являющихся по сути компьютерами, хранимая, обрабатываемая и передаваемая информация кодируется в двоичной системе нулями (нет сигнала) и единицами (есть сигнал). Один нуль или одна единица – это один бит, 8 бит составляют один байт, 1024 байт (два в десятой степени) – один килобайт, 1024 килобайта – один мегабайт. Далее идут гигабайты, терабайты и более крупные единицы измерения. Данные единицы обычно используются для определения объема информации, хранящейся и обрабатываемой на каком-либо конкретном устройстве.

Количество же передаваемой от одного устройства к другому информации измеряют в килобитах, мегабитах, гигабитах. Один килобит – это тысяча бит (1000/8 байт), один мегабит – тысяча килобит (1000/8 мегабайт) и так далее. Скорость, с которой передаются данные, принято указывать в количестве информации, проходящей за одну секунду (число килобит в секунду, мегабит в секунду, гигабит в секунду).

Скорость передачи данных по телефонной линии

В настоящее время для подключения к глобальной сети по телефонной линии, которая изначально была единственным каналом подключения к Интернету, используется преимущественно модемная технология ADSL. Она способна превратить аналоговые телефонные линии в средства высокоскоростной передачи данных. Интернет-соединение достигает скорости 6 мегабит в секунду, а максимальная скорость передачи данных по телефонной линии по древним технологиям не превышала 30 килобит в секунду.

Скорость передачи данных в мобильных сетях

Стандарты 2g, 3g и 4g используются в мобильных сетях.

2g пришел на замену 1g в связи с необходимостью перехода аналогового сигнала на цифровой в начале 90-х годов. На мобильных телефонах, поддерживавших 2g, стало возможно пересылать графическую информацию. Максимальная скорость передачи данных 2g превысила показатель 14 килобит в секунду. В связи с появлением мобильного интернета была также создана сеть 2,5g.

В 2002 году в Японии была разработана сеть третьего поколения, но массовое производство мобильных телефонов с поддержкой 3g началось значительно позже. Максимальная скорость передачи данных по 3g выросла на порядки и достигла 2 мегабит в секунду.

Обладатели новейших смартфонов имеют возможность воспользоваться всеми преимуществами сети 4g. Ее усовершенствование продолжается до сих пор. Она позволит людям, проживающим в малых населенных пунктах, свободно получать доступ в Интернет и сделает его значительно выгоднее подключения со стационарных устройств. Максимальная скорость передачи данных 4g просто огромная – 1 гигабит в секунду.

К тому же поколению, что и 4g, принадлежат сети lte. Стандарт lte является первой, самой ранней версией 4g. Следовательно, максимальная скорость передачи данных в lte существенно ниже и составляет 150 мегабит в секунду.

Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю

Передача информации по оптоволоконному кабелю на сегодняшний день является самой быстрой в компьютерных сетях. В 2014 году в Дании учеными была достигнута максимальная скорость передачи данных по оптоволокну 43 терабита в секунду.

Через несколько месяцев ученые из США и Нидерландов продемонстрировали скорость 255 терабит в секунду. Величина колоссальная, но это далеко не предел. В 2020 году планируется достижение показателя 1000 терабит в секунду. Скорость передачи данных по оптоволокну практически не ограничена.

Скорость загрузки информации по Wi-Fi

Wi-Fi – торговая марка, обозначающая беспроводные компьютерные сети, объединенные стандартом IEEE 802.11, в которых информация передается по радиоканалам. Теоретически максимальная скорость передачи данных wifi составляет 300 мегабит в секунду, а в реальности у лучших моделей роутеров она не превышает 100 мегабит в секунду.

Преимуществами Wi-Fi являются возможность беспроводного подключения к Интернету с помощью одного роутера сразу нескольких устройств и низкий уровень радиоизлучения, который на порядок меньше, чем у сотовых телефонов в момент их использования.