Сколько битов информации может передаваться за 1 такт

#передача_данных #теория

Частота работы устройства - это количество операций в секунду, и если каналов (шин)
много, то за один такт можно обрабатывать много бит. А вот например при передаче данных,
там один кабель, и я говорю, что за такт можно передать 1 бит информации, а ребята
говорят что можно и 2,3,..32 битов.

Скажите пожалуйста сколько битов информации может передаваться за 1 такт, и если
их больше одного, как это возможно???
    

Ответы

Ответ 1

Передать можно ровно столько, сколько позволяет алгоритм кодирования. Понятное дело,
что когда мы опускаемся до физического уровня, то по проводу никто не передает 1 и
0. Там сигнал кодируют. Самое простое кодирование, которое применяют, это следующее.
0 кодируется 0-1, а 1 кодируется как 1-0 (1 - есть напряжение, ноль - нет). Почему
не просто  1 и 0? а это для того, что бы избежать ситуции, когда передается много нулей
или единиц. Понятно, что в этом случае на один "виртуальный такт" будет передано один
 бит (или даже пол бита, смотря как сделана схема).

А можно передать 2 бита за "такт"? (я беру слово "такт" в кавычки, потому что низком
уровне оно требует уточнения. И наверно правильнее говорить "передать бит за один раз")
Оказывается можно.  Для этого будет использовать не просто "есть сигнал-нет сигнала",
а будем использовать амплитудную модуляцию. Грубо говоря, 00 - ноль вольт, 01 - 1 вольт,
10 - в вольта и 11 - 3 вольта. Да, эта система будет неустойчива к длинным сериям нулей
или единиц, но суть передает. Понятное дело, что можно таким образом передавать и 3
бита. Главное, на приемной стороне иметь настроенный ацп, что бы он мог точно декодировать.
Самое интересное, эту методику используют в современных ssd. В нем каждая ячейка -
это маленький конденсатор. И различным напряжением в нем кодируются биты. MLC использует
2 бита на ячейку, TLC - 3 бита.

Можно ли передать ещё больше? да, конечно. Есть различные методики кодирования. Например,
QAM. Модификация QAM-16 позволяет передавать 4 бита за раз, а QAM-256 - 8 бит. И эти
методы кодирования реально используются в приемо-передающей технике. Но вот объяснить,
как они работают - это уже за пределами данного поста и тянет на один-два курса технического
вуза по специальности "системы передачи в радио технике".


Ответ 2

Объем сигнала определяется тремя параметрами: V = FTD. Здесь F - ширина спектра сигнала,
T - длительность сигнала и D - динамический диапазон (логарифм отношения сигнал/шум,
упрощенно его можно считать числом различимых уровней сигнала).

Сколько информации закодировано в сигнале - зависит от модуляции, но объем сигнала
ограничивает количество информации сверху.

Если поделить эту формулу на время - получится формула максимальной пропускной канала
связи, ширина спектра умноженная на динамический диапазон. С практической стороны,
эта формула обозначает следующее:

За то же самое время можно передать в два раза больше бит если использовать в два
раза большую полосу или в два раза больше уровней сигнала.

Если подходить "в лоб", то первый способ не поможет передать два бита за такт - потому
что при увеличении частоты длительность такта уменьшается. Но можно наложить друг на
друга два разных сигнала, разнеся их по частотам - в таком случае длительность такта
окажется прежней, а пропускная способность возрастет.