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淺析MHz與Mbps之間的關系

2015年10月28日 13:57$artinfo.Reprint點擊量:1269

  Mbps是數據流量單位,而MHz是頻率單位。
  
  Hz(赫茲)指的是線纜的頻率帶寬(BandWidth)。代表的是單位時間內線路中電信號的震蕩次數,如5類雙絞線的頻率帶寬為100MHz。這個值是固定的,就是說是有介質定的。mHzj就是兆赫(MegaHertz,MHz)是波動頻率單位之一。而bps一般指的是數據速率(又稱端口速率,DataRate),它衡量的是單位時間內線路傳輸的二進制位的數量。Mbps是Millionbitspersecond的縮寫,1Mbps代表每秒傳輸1,048,576位(1Mb=1024Kb=1024*1024bit),即每秒傳輸1,048,576/8=131,072字節=128KB=0.125MB。Mbps是速率的單位,兆位/秒
  

  概念分析
  
  隨著網絡的普及、綜合布線的應用日趨廣泛,傳輸等級也愈來愈高,從3類到4類再到5類,到目前已有6類布線產品投放市場。描述語定義這些等級的主要參數就是傳輸帶寬(MHZ)。
  
  與此同時,網絡應用也層出不窮。傳輸介質從10Base5(粗纜)、10Base2(細纜)、10BaseT(雙絞線)、10BaseFL(光纖)到100BaseTX(STP/UTP)、100BaseT4(4/5類UTP)、100BaseFX(光纖),到目前千兆快速網業已出現。用來描述這些應用得主要參數則是速率(Mbps)。
  
  事實上,申農公式早已概括出帶寬B和速率C之間的關系:
  
  C=B*Log(1+SNR)
  
  式中B為信道帶寬,所謂帶寬是指能夠以適當保真度傳輸信號的頻率范圍,其單位似Hz,它是信道本身國有的,與所載信號無關。SNR為信噪比,它由系統的發收設備以及傳輸系統所處的電磁環境共同決定。而速率C是一個計算結果,它由B和SNR共同決定,其單位為bps,在概念上表征為每秒傳輸的二進制位數。
  
  可見,給定信道,則帶寬B也隨之給定,改變信噪比SNR可得到不同的傳輸速率C。MHz與Mbps有著一對多的關系,即同樣帶寬可以傳輸不同的位流速率。同時,Mbps是依賴于應用的;而MHz則與應用無關。
  

  技術探討
  
  如果要給與打一個形象的比喻,那么汽車時速與引擎轉速恰到好處。當給定旋轉速度,在齒輪已知的情況下可以計算出汽車的速度。在這個類比當中,齒輪起了一個橋梁的作用。事實上,齒輪之于汽車和引擎就如編碼系統之于速率和帶寬。
  
  編碼是為計算機進行信息傳輸而被采用的。通過對信息進行編碼,許多技術上的問題,比如同步、帶寬受限等都可以得到解決。編碼對于信息的可靠傳輸是至關重要的。
  
  目前有兩種基本的編碼系列。*種是每N位添加一個同步位,以使同步成為可能(如當N=1時,為Manchester編碼;當N=4時,為4B5B編碼),但這需要一個比原來更大的帶寬。而且同步位越多,帶寬需要越大。為了減小帶寬,采用每7位添加一個同步位(即7B8B編碼)的編碼系統是可能的,但隨之而來的是,當傳輸較長一串相同類型的位流時,同步就變得非常困難了。
  

  另一種編碼系列是通過增加電平個數以減小帶寬,電平數越多,帶寬需要越少。然而,當傳輸一長串由0編碼后得到的連續信號時,同步就變得幾乎不可能了。如,當我們采用5個電平數的時候就需要4個比較器,而且每個比較器都應該有其合適的公差范圍。這就是說,當我們選擇電平總數的時候,我們還應該把信噪比(SNR)考慮進去,以便能識別這幾種不同的電平。
  
  Manchester、NRZ1以及MLT-3編碼是目前主要采用的三種編碼系統,。它們的傳輸因子分別為1、0.5和0.25。這些轉變因子可以被定義為MHz對的比率。表1列出了幾種編碼系統在同步與帶寬方面的概要特征。
  
  由此看來,任何一種編碼系統都有其技術上的限制。此外,還有一些參數比如直流元件也對編碼提出某些限制,在實際應用中,當前主要幾種編碼系統都是兼而使用以便對帶寬與同步作出折衷,或者有所偏重,比如,一個對同步要求比較高的應用可以選擇Manchester編碼系統或者其他能夠產生時序的編碼方式。又如,采用MLT-3編碼的100Mbps應用,需要25MHz的帶寬;當聯合使用4B5B編碼方式時,系統就需增加額外的25Mbps開銷,整個系統需要31.25MHz的帶寬,其好處是系統在同步方面變得更容易了。另外,值得一提的是,100快速以太網使用的是5B6B編碼系統(IEEE802.13),這可以說是對帶寬與同步折衷的典型范例。表2列出了當前部分應用及其所采用的編碼系統。
  
  結論
  
  作為用戶,zui感興趣的是通信速率。速率是從應用層次對通信作出描述的。為提高通信速率,有兩個途徑可以考慮:一個是提高線纜系統的傳輸性能,由此決定了帶寬;另一個是選擇合適的編碼系統,從而決定了轉換因子。
  
  布線制造廠家早已開發出能夠支持100MHz以上的5類電纜系統。而且他們還在繼續投資研究開發更高性能的電纜系統。組織如EIAAA/TIA,ISO/IEC已經制定出通過帶寬來定義局域網組件級別的標準。
  
  盡管帶寬在物理上受到限制,但是通過合適得編碼系統可以獲得更高的通信速率。尤其需要指出的是,編碼系統是依賴于應用的,這意味著一個具有相同位流速率但采用不同編碼方式的新應用,并不一定能得到原系統的支持,所以在設計的時候,如果僅僅考慮那些支持目前已有應用系統的布線組件,并且選擇位流速率MHz來描述的話,那么這將導致嚴重錯誤的決策。從這個角度來說,任何一個開放系統都應該獨立于應用。而且只有使用MHz來描述通信速率,我們才能從當前以及未來廣闊應用領域之中作出充分的選擇。對于綜合布線系統的性能定級問題,我們只能用帶寬而不能用速率進行衡量。
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