Links e taxas de transmissão

Question

Digamos que eu tenha um fio de cobre curto com o qual desejo transferir bits. Eu posso empurrar um pouco em uma extremidade do fio, e em pouco tempo (quase a velocidade da luz) o bit chegará ao outro extremo, e então eu esperarei um segundo até que eu empurre o próximo bit.

Pelo que entendi, a taxa de transmissão neste exemplo é de 1bit / seg e a velocidade de propagação é quase a velocidade da luz.

Como o bit atingiu a outra ponta tão rapidamente, por que eu deveria esperar um segundo inteiro antes de transmitir o próximo? Então, vamos acelerar a taxa de transmissão para 1.000 bit / seg. Mais uma vez, cada bit alcançará a outra extremidade quase em pouco tempo e esperará cerca de um milésimo de segundo. Existe algum limite para a taxa de transmissão? Por que os cabos Ethernet têm uma taxa de transmissão limitada?

Como eu li, o comprimento do fio não deve alterar a taxa de transmissão, mas se eu fosse para alongar o fio de cobre a uma grande distância, levaria mais tempo para que os bits chegassem à outra extremidade, portanto menos bits para o destino em uma segunda taxa de transmissão mais baixa. onde estou errado? :(

    

Answer 1

O problema com o comprimento e a taxa de bits está intimamente relacionado com a forma como os bits são representados.

A descrição a seguir é válida para a modulação de amplitude básica que se aplica à sua proposta de "enviar bits através de um cabo". Como o @sawdust aponta no comentário abaixo, as redes modernas fazem as coisas de maneira diferente [1].

Ones e zeros são expressos por diferentes níveis de voltagem. No domínio digital, você pode pensar nisso como os quadrados perfeitos da primeira plotagem na figura abaixo.

Agora, se você transferir este sinal por um cabo, ele ficará distorcido (veja o segundo gráfico). Há muitos fatores, como capacidade e resistência do cabo, interferência eletromagnética, ... Alguns engenheiros elétricos podem fornecer mais detalhes. O ponto é que a distorção se torna pior em cabos mais longos. Isso significa que a amplitude do sinal diminuirá e a forma poderá mudar bastante.

No final do cabo, o receptor usará o sinal distorcido para recriar o quadrado perfeito (veja o terceiro gráfico abaixo). Se o cabo for muito longo e a distorção for muito strong (especialmente a menor amplitude), o receptor pode não ser capaz de saber como era o sinal original. Então esse é o fator do comprimento do cabo.

O outro problema é o aumento da taxa de bits, já que reduzirá a distância entre os quadrados. A distorção pode tornar impossível dizer se havia 1 ou 2 quadrados escondidos no sinal agora distorcido. É por isso que você não pode colocar os bits infinitamente juntos.

No final, você pode escolher: alta distância entre os bits (baixa taxa de bits) e um cabo longo. Ou um bitrate alto e um cabo curto de alta qualidade (que introduzirá menos distorção e amortecimento).

A figura abaixo deve ajudar a ilustrar como um sinal quadrado irá se deteriorar durante uma transmissão. Não é o melhor exemplo, por isso, se alguém encontrar um melhor, fique à vontade para editá-lo.

[1]: As modernas tecnologias de transmissão usam uma onda de alta frequência (um sinal de onda senoidal) e que não contém nenhuma informação em si e a modula. Essa modulação (as mudanças na onda senoidal original) é o que contém a informação real. Em teoria, todos os parâmetros da onda senoidal podem ser usados para transferir informações (frequência, amplitude, fase) e também combinações são possíveis.

No entanto, algumas compensações ainda são válidas:

Por exemplo, na modulação de amplitude múltipla, onde você tem mais de dois níveis de amplitude diferentes. Você pode usar 2^n de amplitudes para codificar até n bits dentro de cada símbolo transmitido. Um valor mais alto de n melhora a taxa de bits, mas torna mais difícil distinguir os níveis de amplitude diferentes de 2^n .

    

Answer 2

Há certamente uma taxa máxima de transferência de informações para qualquer fio fornecido. Parece que lembro que costumava haver uma fórmula bem respeitada para calculá-la, mas suspeito que ela tenha sido ultrapassada por novas teorias da informação, porque não consigo encontrá-la.

Os fatores são muitos, então não é nada fácil - provavelmente não é possível - certamente não para mim !! Para trabalhar fora (bem, não facilmente de qualquer maneira).

Além disso, existem muitos limites práticos para as taxas de transmissão.

A Ethernet estabeleceu limites que são padrões internacionalmente aceitos. Isso é para que eles possam ser incorporados em edifícios (caro) com um desempenho conhecido. O valor nominal do cabo NÃO é a taxa máxima de transmissão, mas sim a taxa máxima garantida - SE estiver instalado corretamente !!

Limites como ruído externo, desgaste mecânico do plugue e do soquete, ruído de transmissão de qualquer extremidade, curvas do cabo, pressão no cabo, resistência elétrica no cabo e outros componentes. Todas essas coisas e provavelmente mais, afetam a capacidade do cabo de receber uma transmissão que pode ser colocada de volta na outra extremidade. Eles também limitam o comprimento do cabo. Exceder os parâmetros ou instalar mal resultará em transmissões não confiáveis. É claro que as redes modernas são projetadas para lidar com o ruído da transmissão, mas quanto mais elas têm que lidar, mais lento e menos confiável as coisas ficam.