Pasmo przenoszenia a szybkość transmisji danych

Dowiedz się jaka jest zależność pomiędzy MHz a Mb/s

Osoby na co dzień zajmujące się okablowaniem strukturalnym, bardzo często spotykają się z zamiennym używaniem pojęć: pasmo przenoszenia i szybkość transmisji danych. W rzeczywistości pojęcia te znaczą zupełnie coś innego.

Codziennością jest, że dostawcy internetu reklamują się, podając przepustowość (pasmo przenoszenia) swoich łączy jako np 500 megabitów na sekundę (500 Mbps). W tym przypadku mają oni na myśli zdolność ich łączy do zapewnienia przesyłania danych z konkretną prędkością. W świecie okablowania, pasmo przenoszenia to zdolność łącza do zapewnienia transmisji sygnału, tak aby był on zrozumiały dla odbiorcy na dalszym końcu łącza.

Każdy sygnał przesyłany w łączu miedzianym lub światłowodowym w miarę przesuwania się w kierunku odbiornika ulega degradacji. Jest to wynikiem prostego zjawiska jakim jest tłumienie, ale także bardziej złożonych czynników, takich jak strata sygnału odbitego (odbicia), a w przypadku miedzi dodatkowo jeszcze przesłuchu. Producenci projektują swoje okablowanie miedziane i światłowodowe, w taki sposób aby miały one zdolność do przesyłania jak największej ilości danych na jak największe odległości.

I tak jeżeli chodzi o okablowanie miedziane, prawdopodobnie wszyscy słyszeli o komponentach kategorii 6 i utworzonym z nich okablowaniu klasy E dla której podaje się pasmo przenoszenia o wartości 250MHz, jak i o kategorii 6A i klasie Ea z pasmem przenoszenia o wartości 500MHz (wartość pasma przenoszenia często wydrukowana jest na płaszczu kabla). Taka sytuacja stwarza nam sporo zamieszania, ponieważ w większości przypadków myślimy o przepustowości jako o zdolności do przesyłania danych wyrażonej w Mb/s lub Gb/s. Trzeba tutaj zauważyć że w tym sposobie myślenia nie ma wielkiej pomyłki ponieważ kabel kategorii 6A może mieć operacyjne pasmo przenoszenia 500MHz, podczas gdy twoja sieć może mieć zdolność transmisyjną 10 Gb/s.

Dlaczego MHz?

Dlaczego więc pasmo przenoszenia dla okablowania jest zdefiniowane jako MHz ? Dobre pytanie. Megaherc to częstotliwość lub szybkość, z jaką fala będzie cyrkulować przez sekundę, i tak dla 1 herca mamy 1 cykl na sekundę a dla 1 MHz mamy 1 milion cykli na sekundę. Zależność prędkości transmisji danych od częstotliwości jest nieco złożona, ale w prostych słowach, można opisać ją tak że, wyższe częstotliwości są potrzebne do przenoszenia większej ilości bitów danych. Każdy bit danych jest kodowany na tzw. częstotliwości nośnej, a ilość danych, które mogą być przesyłane na sekundę, zależy od schematu kodowania zaimplementowanego w sprzęcie aktywnym.

Cofając się do czasów kategorii 5, klasy D można zauważyć że jej pasmo przenoszenia 100 MHz i prędkość transmisji 100 Mb/s były takie same. Projektanci interfejsów sieciowych opracowali schematy kodowania transmisji danych, PAM czy DSQ128 tak aby wyjść poza stosunek pasma przenoszenia do prędkości przesyłania danych 1:1. I tak zanim pojawiła się Kat.6A, klasa EA, byli oni w stanie już przesyłać dane z prędkością 10 Gb/s na okablowaniu o paśmie przenoszenia 250 MHz. Takie podejście wykorzystała również grupa NBASE-T uzyskując prędkość transmisji 2,5Gb/s a nawet 5 Gb/s na okablowaniu klasy D, kat,5 o pasmie przenoszenia 100MHz. W ten sam sposób dostawcy Internetu oferują coraz większe prędkości transmisji nie zmieniając infrastruktury kablowej.

Dyspersja i jej skutki

Jeżeli chodzi o światłowody wielomodowe, to można zauważyć, że ich zdolność do transmisji danych określa się jako minimalne efektywne pasmo przenoszenia i wyraża w MHz*km. Minimalne efektywne pasmo przenoszenia określa możliwości przesyłania przez konkretne włókno światłowodowe, zadanej ilości danych na konkretną odległość przy znanej długości fali świetlnej z którą pracuje nadajnik. Minimalne efektywne pasmo przenoszenia zależy od różnych charakterystycznych cech włókna światłowodowego. Zmienia się ono również wraz ze zmianą odległości, i tak dla włókna z minimalnym efektywnym pasmem przenoszenia o wartości 200 MHz*km, możemy przesłać 200 MHz danych na odległość 1km. Wyższe pasmo przenoszenia oznacza, że możemy przesyłać więcej danych na odległość 1km lub, że tą samą ilość danych możemy przesłać na większą odległość.

W przypadku światłowodów wielomodowych na minimalne efektywne pasmo przenoszenia wpływa zjawisko tzw. dyspersji modalnej, czyli opóźnienia promieni świetlnych tworzących ten sam przesyłany impuls. Podczas przesuwania się wielu promieni świetlnych tworzących ten sam impuls w stronę odbiornika, można zauważyć że część z tych promieni porusza się szybciej i zlokalizowana jest bliżej środka rdzenia a część z nich wolniej bo zlokalizowana jest na krańcu rdzenia bliżej płaszcza włókna. Dyspersja modalna to nic innego jak różnica w czasie dotarcia do odbiornika pomiędzy promieniami wchodzącymi w skład tego samego pulsu. Producenci włókien światłowodowych dokładają wszelkich starań, ażeby zjawisko dyspersji modalnej było jak najmniejsze a tym samy pasmo przenoszenia jak największe. Warto w tym miejscu wspomnieć, że dla aplikacji powyżej 10Gb/s pracujących na światłowodach wielomodowych, znaczenie ma również dyspersja chromatyczna. I tak Firma Panduit badająca to zjawisko jako pierwsza na świecie wprowadziła do swojej oferty światłowody opatrzone nazwą SignatureCore. Światłowody Panduita OM4 SignatureCore charakteryzują się minimalnym efektywnym pasmem przenoszenia na poziomie 5500 MHz*km dla fali 850nm. Skutkuje to możliwością przesyłania konkretnych ilości danych na większe odległości.

W przypadku światłowodów jednomodowych minimalne efektywne pasmo przenoszenia jest zasadniczo nieograniczone. I ze względu na to że, transmitowany impuls utworzony jest z jednego promienia, nie podaje się dla nich minimalnej efektywnej wartości opisującej ich zdolność do przesyłania danych na konkretną odległość. Negatywny wpływ na zdolność transmisji w tym przypadku ma tzw. dyspersja chromatyczna, która jest wynikiem pewnych ograniczeń pracy sprzętu elektronicznego, który zawsze nadaje w pewnym spektrum, co powoduje że puls dochodząc do odbiornika ulega delikatnemu rozmyciu.

No i najważniejsze

Podczas gdy wybór odpowiedniego okablowania zapewniającego odpowiednie pasmo przenoszenia może nastarczać sporo trudności, nie wolno pozwolić aby odwróciło to naszą uwagę od tego co w tym wszystkim jest naprawdę istotne.

Podczas testowania okablowania pod kątem działania konkretnej aplikacji, powiedzmy 10GBASE-T, testuje się zdolność tego konkretnego łącza stałego do transmisji danych z prędkością 10 Gb/s. Należy przy tym pamiętać, że plik, który chcemy transmitować z prędkością 10 Gig/s najpewniej nie zostanie przesyłany przez sieć w ciągu około sekundy, no chyba że nasze dane będą jedynymi danymi przesyłanymi bezpośrednio z jednego punktu do drugiego.