綜合布線中的兩個(gè)概念問題

三、實(shí)際應(yīng)用

通信系統(tǒng)的帶寬表示了其傳輸這些不同頻率組件的能力。在結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)中帶寬的單位通常以MHz 表示。超五類布線的帶寬名義上有1 0 0MHz。假設(shè)應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的二進(jìn)制傳輸“碼”，那么在理論上，可以由Nyquist(奈奎斯特)等式來計(jì)算最大的信息傳輸率：C= 2 W Log 2 M
其中，W 為帶寬（單位：H z ），M 為信令單元的數(shù)量,當(dāng)M=2時(shí), C= 2 W。

這就得出理論信息容量為每秒2x108 比特,即200Mbps。實(shí)際上，由于串?dāng)_和衰減的影響這個(gè)值會(huì)有所減少。

那么，超五類信息道支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸達(dá)到千兆位以太網(wǎng)（1 0 0 0Mbps），如何讓帶寬適合于它呢？那就得增加數(shù)據(jù)傳輸率，增加數(shù)據(jù)吞吐量的關(guān)鍵，是對(duì)每個(gè)信令單元引入多于1 比特。商業(yè)運(yùn)用中大部分公共協(xié)議都在某種程度上用到了這種技術(shù)，我們稱之為數(shù)據(jù)編碼。

大部分?jǐn)?shù)據(jù)編碼類型都利用mBnL編碼來實(shí)現(xiàn)，也就是由L個(gè)電平每個(gè)電平n個(gè)脈沖來表示m比特的序列。使用實(shí)例如ISDN 和快速以太網(wǎng)。以100Base-T4 為例。100 Mbps信號(hào)分成三線對(duì)進(jìn)行傳輸。每線對(duì)的比特率為33.33 Mbps。為了減少該比特流的頻率容量以及布線系統(tǒng)的帶寬需求，就要運(yùn)用三重代碼。在傳輸各組8 比特?cái)?shù)據(jù)之前，轉(zhuǎn)換為6 個(gè)三重符號(hào)（見圖3 ）。

這就把發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)的有效時(shí)鐘速率減少至2 5 M H z，這樣（在我們所述的第一個(gè)例子中）基頻減少至12.5 MHz。這允許三類布線系統(tǒng)中提供的帶寬內(nèi)傳輸率為100 Mbps。

千兆位以太網(wǎng)采用了一種不同的方案，它把各組8 比特（8 B）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為穿過四根雙絞線的四個(gè)五重符號(hào)（1 Q 4）的傳輸, 每個(gè)符號(hào)代表兩個(gè)二進(jìn)制比特或零。即使用PAM-5編碼,它使用-2,-1,0,1,2五種電平,其中四個(gè)電平用戶信號(hào)編碼,一個(gè)電平用于向前糾錯(cuò)編碼。五級(jí)PAM編碼相對(duì)于二進(jìn)制編碼將信道利用率提高了一倍,這樣每線對(duì)的信號(hào)波特率下降為125MB/s,則基帶將為62.5MHz,再一次降低了信號(hào)所占用的帶寬.這樣確保超五類系統(tǒng)滿足帶寬需求。

四、結(jié)論

各個(gè)應(yīng)用的比特率與其基頻有關(guān)。最高的頻率容量是基頻的諧波。不應(yīng)把它與時(shí)鐘頻率相混淆（比特流以時(shí)鐘頻率取樣）。例如，10Base-T 的比特率為10Mbps，采樣時(shí)鐘為10MHz，但是基頻僅為5 MHz。通過以MHz 表示系統(tǒng)性能需求，標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)藍(lán)圖，有源網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計(jì)人員都可以根據(jù)它來設(shè)計(jì)他們的設(shè)備。提供的布線系統(tǒng)和有源設(shè)備都滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的性能需求，那么所有的一切都正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來！作為用戶，最感興趣的是通信速率。速率是從應(yīng)用層次對(duì)通信作出描述的。為提高通信速率，有兩個(gè)途徑可以考慮：一個(gè)是提 高線纜系統(tǒng)的傳輸性能，由此決定了帶寬；另一個(gè)是選擇合適的編碼系統(tǒng)，從而決定了轉(zhuǎn)換因子。 盡管帶寬在物理上受到限制，但是通過合適的編碼系統(tǒng)可以獲得更高的通信速率。尤其需要指出的是，編碼系統(tǒng)是依賴于應(yīng)用的，這意味著一個(gè)具有相同位流速率但采用不同編碼方式的新應(yīng)用，并不一定能得到原系統(tǒng)的支持，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果僅僅考慮那些支持目前已有應(yīng)用系統(tǒng)的布線組件，并且選擇位流速率MHz來描述的話，那么這將導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤的決策。從這個(gè)角度來說，任何一個(gè)開放系統(tǒng)都應(yīng)該獨(dú)立于應(yīng)用。而且只有使用MHz來描述通信速率，我們才能從當(dāng)前以及未來廣闊應(yīng)用領(lǐng)域之中作出充分的選擇。對(duì)于綜合布線系統(tǒng)的性能定級(jí)問題，我們只能用帶寬而不能用速率進(jìn)行衡量

附：

奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)公式

奈氏準(zhǔn)則

1924年，奈奎斯特（Nyquist）就推導(dǎo)出在理想低通信道下的最高碼元傳輸速率的公式：

理想低通信道下的最高碼元傳輸速率＝2W Baud

其中W是理想低通信道的帶寬，單位為赫茲；Baud是波特，即碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個(gè)碼元。奈氏準(zhǔn)則的另一種表達(dá)方法是：每赫茲帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。若碼元的傳輸速率超過了奈氏準(zhǔn)則所給出的數(shù)值，則將出現(xiàn)碼元之間的互相干擾，以致在接收端就無法正確判定碼元是1還是0。

對(duì)于具有理想帶通矩形特性的信道（帶寬為W），奈氏準(zhǔn)則就變?yōu)椋豪硐霂ㄐ诺赖淖罡叽a元傳輸速率＝1W Baud，即每赫寬帶的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒1個(gè)碼元。

奈氏準(zhǔn)則是在理想條件下推導(dǎo)出的。在實(shí)際條件下，最高碼元傳輸速率要比理想條件下得出的數(shù)值還要小些。電信技術(shù)人員的任務(wù)就是要在實(shí)際條件下，尋找出較好的傳輸碼元波形，將比特轉(zhuǎn)換為較為合適的傳輸信號(hào)。需要注意的是，奈氏準(zhǔn)則并沒有對(duì)信息傳輸速率（b/s）給出限制。要提高信息傳輸速率就必須使每一個(gè)傳輸?shù)拇a元能夠代表許多個(gè)比特的信息。這就需要有很好的編碼技術(shù)。

香農(nóng)公式

1948年，香農(nóng)（Shannon）用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率。當(dāng)用次速率進(jìn)行傳輸時(shí)，可以做到不出差錯(cuò)。用公式表示，則信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為C＝B log2（1+S/N） 信噪比SNR = S(信號(hào)功率) / N (噪聲功率)

其中B為信道的寬度，S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率，N為信道內(nèi)部的噪聲功率。

香農(nóng)公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。它給出了信息傳輸速率的極限，即對(duì)于一定的傳輸帶寬（以赫茲為單位）和一定的信噪比，信息傳輸速率的上限就確定了。這個(gè)極限是不能夠突破的。要想提高信息的傳輸速率，或者必須設(shè)法提高傳輸線路的帶寬，或者必須設(shè)法提高所傳信號(hào)的信噪比，此外沒有其他任何辦法。至少到現(xiàn)在為止，還沒有聽說有誰能夠突破香農(nóng)公式給出的信息傳輸速率的極限。香農(nóng)公式告訴我們，若要得到無限大的信息傳輸速率，只有兩個(gè)辦法：要么使用無限大的傳輸帶寬（這顯然不可能），要么使信號(hào)的信噪比為無限大，即采用沒有噪聲的傳輸信道或使用無限大的發(fā)送功率。