Что такое полоса пропускания
Часто при описании электронных сетей связи используется термин «полоса пропускания». Это одна из ключевых характеристик подобных систем. На первый взгляд может показаться, что человеку, работа которого никак не связана с линиями связи, нет необходимости разбираться, что такое полоса пропускания канала. На самом же деле все немного не так. У многих есть домашний персональный компьютер, подключенный к глобальной сети Интернет. И каждый знает, что иногда работа со «всемирной паутиной» без видимых причин замедляется. Одна из причин этого заключается в том, что в тот самый момент полоса пропускания канала провайдера оказывается перегруженной. Результат – явное замедление и возможные сбои в работе. Прежде чем дать определение понятию «полоса пропускания», воспользуемся примером, позволяющим любому человеку понять, о чем идет речь.
Представим себе автомобильную дорогу в небольшом провинциальном городке и в густонаселенном мегаполисе. В первом случае чаще всего она рассчитана на один или два потока машин, соответственно, ширина небольшая. А вот в крупных городах даже четырехполосным движением никого не удивишь. За одно и то же время количество машин, проехавших одинаковое расстояние по этим двум дорогам, существенно отличается. Оно зависит от двух характеристик – скорости движения и количества полос. В данном примере дорога – это канал связи, а машины представляют собой биты информации. В свою очередь каждая полоса – это линия связи.
Другими словами, полоса пропускания косвенно указывает, какое количество данных может быть передано по каналу связи за единицу времени. Чем этот параметр выше, тем комфортнее работа через такое соединение.
Если со скоростью передачи все очевидно (она возрастает с уменьшением задержек передачи сигнала), то термин «ширина полосы пропускания» немного более сложен. Как известно, чтобы сигнал мог передать информацию, он определенным образом преобразуется. Применительно к электронике это может быть частотная, амплитудная или смешанная модуляция. Однако одна из особенностей передачи заключается в том, что по одному и тому же проводнику одновременно могут быть переданы сразу несколько импульсов с разной частотой (в пределах общей полосы, пока искажения находятся в допустимых рамках). Эта возможность позволяет увеличить общую производительность работы линии связи без изменения задержек. Яркий пример сосуществования частот – это одновременный разговор нескольких человек с различным тембром. Хотя говорят все, но слова каждого вполне различимы.
Почему же при работе с сетью иногда наблюдается замедление? Все объясняется довольно просто:
- чем выше задержки, тем меньше скорость. Любые помехи прохождению сигнала (программные или физические) снижают быстродействие;
- часто поток данных включает в себя дополнительные биты, выполняющие дублирующие функции – так называемая «избыточность». Это необходимо для обеспечения работоспособности в условиях наличия помех на линии;
- достигнут физический предел проводящей среды, когда все допустимые диапазоны частот уже используются и при новых порциях данных они помещаются в очередь на отправку.
Для решения подобных проблем провайдеры применяют несколько различных подходов. Это может быть виртуализация, увеличивающая «ширину», но вносящая дополнительные задержки; увеличение канала за счет «лишних» проводящих сред и пр.
В цифровой технике иногда используется термин «бод». Фактически он означает количество бит данных, переданных за единицу времени. Во времена медленных линий связи (dial-up) 1 бод соответствовал 1 биту за 1 секунду. В дальнейшем, с ростом скоростей, «бод» перестал быть универсальным. Он мог означать 1, 2, 3 и более бит в секунду, что требовало отдельного указания, поэтому в настоящее время используется другая система, понятная каждому.