Wie hängt die maximale Übertragungsrate von der Trägerfrequenz ab?

Diese Frage bezieht sich auf den folgenden Auszug aus Computer Networks von Andrew Tanenbaum:

Die Informationsmenge, die eine elektromagnetische Welle transportieren kann, hängt von ihrer Bandbreite ab. Mit der aktuellen Technologie ist es möglich, bei niedrigen Frequenzen einige wenige Bits pro Hertz zu codieren, bei hohen Frequenzen jedoch oft bis zu 8 Bits pro Hertz, sodass ein Koaxialkabel mit einer Bandbreite von 750 MHz mehrere Gigabit/s übertragen kann. Aus Abb. 2-11 sollte nun ersichtlich sein, warum Vernetzungsmenschen so auf Glasfaser stehen.

Abb. 2-11 zeigt im Grunde nur das elektromagnetische Spektrum mit aufgespannter „Faseroptik“. 10 14 Zu 10 15 Hz, also bei wesentlich höheren Frequenzen als andere Medien (wie Twisted Pair, Koax oder UKW-Radio).

Ich verstehe, dass die Bandbreite eines Signals der "Geschwindigkeit" entspricht, mit der es moduliert werden kann, wodurch die Menge an Informationen beeinflusst wird, die es übertragen kann. Aber warum spielt in diesem Fall der Absolutwert der Trägerfrequenz eine Rolle? Warum ist beispielsweise ein Frequenzband von 1 kHz „wertvoller“, wenn es um 100 MHz statt um 500 Hz (also das Basisband) liegt? Bedeutet dies nicht auch, dass beispielsweise die Verwendung eines blauen statt eines roten Lasers als optischer Sender zu einer erhöhten Übertragungsrate führt?

Die Trägerfrequenz spielt keine Rolle. Aber (10^15) - (10^14) ist die Bandbreite. Das ist eine große Zahl, die eine enorme Bandbreite darstellt. Die Datenübertragungsrate wird durch das Signal-Rausch-Verhältnis und die Bandbreite bestimmt. Mit einem sehr hohen SNR können Sie viele Daten über eine schmale Bandbreite übertragen. Natürlich gibt es einige praktische Einschränkungen. Google Shannon-Grenze.
Ich glaube, ich habe die Frage falsch verstanden. Aber als Tanenbaum sagte, dass es offensichtlich sein sollte, warum die Netzwerker Glasfaser so sehr mögen, hat er vielleicht gemeint, dass es an der Bandbreite liegt. Die verfügbare Bandbreite zwischen 10^15 und 10^14 beträgt 9^14 Hz.

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Tannenbaum spielt auf Sekundäreffekte wie Intersymbol-Interferenz an, die das effektive Signal-Rausch-Verhältnis reduzieren.

Intersymbol-Interferenz wird durch Nichtlinearitäten im Phasen-/Frequenzgang des Kanals erzeugt. Diese Unregelmäßigkeiten sind im Allgemeinen proportional zur Trägerfrequenz – wenn beispielsweise ein bei 1 MHz zentrierter Kanal einen Qualitätsfaktor (Q) von 50 hat, hat er eine 3-dB-Bandbreite von 20 kHz. Aber ein ähnlicher Kanal, der bei 100 MHz zentriert ist, wird eine Bandbreite von 2 MHz haben.

Wenn Sie für Ihr Signal eine Bandbreite von 20 kHz benötigen, hat der 100-MHz-Kanal über jedes 20-kHz-Segment einen flacheren Frequenzgang als der 1-MHz-Kanal, wodurch die Phasenverzerrung reduziert wird.

Dies ist nur eine Möglichkeit, darüber nachzudenken. In Wirklichkeit gibt es viele Faktoren, die die Flachheit eines bestimmten Kommunikationskanals beeinflussen – und die analogen Schaltungen, die als Schnittstelle verwendet werden. Es ist nur so, dass es im Allgemeinen einfacher ist, solche Verzerrungen gering zu halten, wenn die Bandbreite einen kleineren Bruchteil der Trägerfrequenz ausmacht.

Danke schön! Lassen Sie mich also sehen, ob ich das richtig verstanden habe: Bei der Betrachtung des Shannon-Hartley-Theorems C = B Protokoll 2 ( 1 + S N R ) , dann sind in bestimmten Situationen Sekundäreffekte für ein verringertes SNR verantwortlich, die die Übertragungsrate beeinträchtigen? Und das ist nur ein zusätzlicher Vorteil der Glasfaserkommunikation (zusätzlich zur Immunität gegenüber EM-Störungen, billigeren Kabeln, reduzierter Dämpfung, ...)?
Ja, das ist die allgemeine Idee.

Der Begriff Bandbreite bezeichnete ursprünglich die Betriebsgrenzen der Funkübertragung bei unterschiedlicher Betriebsweise. Broadcast FM verwendet zum Beispiel 200 kHz um die Trägerfrequenz herum. Innerhalb dieser Grenzen wurden drei Modi verwendet, Frequenzmodulation, Phasenmodulation und Breitband-Doppelseitenband-Amplitudenmodulation.

Die heutige Verwendung des Begriffs Bandbreite bezieht sich auf die Datenrate und die Menge an Informationen, die auf einem HF- oder optischen Signal codiert sind. Wenn Sie bei Koaxialkabeln die Betriebsfrequenz erhöhen, erhöhen Sie auch den Signalverlust und bei langen Strecken den Paketverlust. Bei Glasfaser ist das weniger ein Problem. Die Farbe eines Lasers ähnelt Radiofrequenzen. Rot ist die niedrigere Frequenz und Blau ist die höhere. Das höherfrequente Blau hätte mehr Bandbreitenkapazität. Was alle Nuancen der technischen Details der digitalen Daten betrifft, verlasse ich mich auf die Expertise von Herrn Tweeds. Ich interessiere mich mehr für den Telekommunikationsaspekt.

Wenn Sie also sagen, dass "Blau mehr Bandbreitenkapazität hätte", beziehen Sie sich auf die Bandbreite als Maß für die Datenrate und der Grund dafür sind die bereits erwähnten Nebenwirkungen? Oder meinen Sie die analoge Bandbreite, dh können wir blaues Licht mit einer höheren Frequenz modulieren als rotes Licht?
Ich würde denken, dass das blaue Licht mit einer kleineren Wellenlänge mehr Informationspakete pro gegebener Größe des Glasfaserkabels übertragen würde. So ähnlich wie die Idee mit Blu Ray und DVD. Gleiche Disc-Größe und weil die blaue Wellenlänge kürzer ist, gibt es mehr Tracks auf einer Blu-ray Disc. 4,6 GB DVD 25 GB Blu-ray. Verwenden einer Funkanalogie Rot ist 1 MHz und Blau ist wie 1 GHZ, höhere Frequenzen haben mehr Platz zum Spielen ...
Der Unterschied zwischen der Frequenz/Wellenlänge für rotes und blaues Licht beträgt weniger als 2:1 – 700 nm bzw. 400 nm. Der von Tannenbaum erwähnte 10:1-Bereich umfasst eine große Menge an IR-Bandbreite und vielleicht auch etwas UV – 3000 nm bis 300 nm. Aber die Bandbreitenbegrenzung für jeden optischen Träger ergibt sich aus den elektrischen Schnittstellen auf der Sende- und Empfangsseite, nicht aus irgendeiner Eigenschaft des Lichtwegs. Der Hauptvorteil von Glasfaser besteht darin, dass Sie viele Träger (Wellenlängenmultiplex) verwenden können, von denen jeder die maximale Bandbreite hat, die die Elektronik unterstützen kann.
Ich habe dies um 4 Uhr morgens geschrieben. Vielleicht habe ich auch andere Dinge ausgelassen. Übertragungswege und Ausrüstung spielen ebenfalls eine Rolle.

Eigentlich denke ich, dass Sie den Punkt verfehlen. Soweit ich sehen kann, sagt Tannenbaum nicht, dass 1 kHz Bandbreite bei höheren Frequenzen wertvoller ist. Ich denke, er sagt, dass die verfügbare Bandbreite in einem Glasfaserkabel viel größer ist als die verfügbare Bandbreite in einem Kupferkabel.

Die Progression ist MHz, GHz, Terahertz, Petahertz. Wenn der Bereich für Glasfaserkabel 100 Terahertz bis 1 Petahertz beträgt (wie Sie in Ihrer Frage erwähnen), bedeutet dies, dass die Bandbreite 1 PHz - 100 THz = 900 THz beträgt. Das ist eine Menge Bandbreite.