سرعة البيانات القصوى للقناة

سرعة النقل البياني هي سرعة نقل البيانات عبر القناة. عادةً ما يُحسب كعدد البتات في الثانية (bps). سرعة النقل العالية تُعبر عنها بـ Kbps (كل ثانية “الآلاف” من البتات، أي 1000 bps)،Mbps (كل ثانية “الميجا” من البتات، أي 1000 Kbps)،Gbps (كل ثانية “الجيجا” من البتات، أي 1000 Mbps) وTbps (“تيرا” كل ثانية من البتات، أي 1000 Gbps).

من أهداف الاتصالات البيانية الرئيسية رفع سرعة نقل البيانات. هناك ثلاث عوامل تحدد سرعة القناة:

• عرض النطاق الترددي للقناة

• عدد المستويات المستخدمة للإشارة

• وجود ضوضاء في القناة

يمكن استخدام صيغتين نظرية لحساب سرعة نقل البيانات:

• نويكويست بت – القناة بدون ضوضاء

• القدرة الشانية - القناة الضوضائية

نويكويست بت

تم تطوير نويكويست (Nyquist) بتسارع بت بواسطة هنري نويكويست، وبرهن على أن قدرة القناة المثالية بدون ضوضاء لها حدود قصوى

النموذج النظري للسرعة القصوى للبكسل هو:

السرعة القصوى للبكسل = 2×عرض النطاق الترددي×log ₂ V

في هذا السياق،السرعة القصوى للبكسلبوصة bps

العرض هو عرض القناة

V هو عدد المستويات الموجودة في الإشارة

على سبيل المثال، إذا كان لدينا قناة بدون ضوضاء عرضها 4 KHz ويُنقل عبرها إشارة مستقلة بأربعة مستويات، فإن السرعة القصوى للبكسل ستُحسب كالتالي:السرعة القصوى للبكسل = 2×4000×log ₂ 4 = 16,000 bps = 16 kbps

قدرة شانن

قام كلود شانن (Claude Shannon) بتوسيع عمل نويكويست (Nyquist) إلى القنوات الفعلية المتأثرة بالضوضاء. يمكن أن تكون الضوضاء من أنواع متعددة، مثل الضوضاء الحرارية، الضوضاء المتقطعة، التداخل، وما إلى ذلك. في جميع أنواع الضوضاء، الضوضاء الحرارية غير قابل للتجنب. يمكن أن يسبب الحركة العشوائية للإلكترونات في القناة إشارة غريبة لا وجود لها في الإشارة الأصلية، ويُسمى ذلك الضوضاء الحرارية. يمكن حساب كمية الضوضاء الحرارية كنسبة بين قوة الإشارة وقوة الضوضاءSNR。

مقياس معادلة SNR = قوة الإشارة المتوسطة / قوة الضوضاء المتوسطة

بسببSNRيُعرف كنسبة بين اثنين من القوى المتغيرة بشكل كبير، لذا عادةً ما يُعبر عنها بالديبيبيل، ويُسمى SNR _db،وعددSNR _db = 10log ₁₀ SNR.

قدرة شانون توفر السرعة القصوى أو السعة النظرية للقناة الملوثة. ويتم تمثيلها كالتالي:

السعة = عرض × log ₂(1 + SNR)

في هذا السياق،السعةهي السرعة القصوى للبيانات للقناة، مقاسة بالbps

العرض هو عرض القناة

SNR هو نسبة الشبكة إلى الضوضاء

على سبيل المثال، إذا كان قناة ملوثة واسعة 4 KHz، وثلاثة علاقات بين مستوى الشبكة والضوضاء (SNR) 100، فإن يمكن حساب السرعة القصوى للبيانات كالتالي:

السعة = 4000 × log ₂(1 + 100) = 26,633 bps = 26.63 kbps