Как найти полосу пропускания
Перейти к содержимому

Как найти полосу пропускания

  • автор:

Основы радиолокации

Полосой пропускания радиолокационного приемника называют полосу частот, в пределах которой его амплитудно-частотная характеристика достаточно равномерна и не приводит к искажению принимаемого сигнала. Полоса пропускания характеризуется верхней и нижней частотой, а также шириной, которая определяется как разница между ними. Для обозначения ширины полосы пропускания используют символы B , BW , Δf или П . В случае видеосигнала ширина полосы пропускания равна верхней частоте полосы пропускания. В радиолокационном приемнике ширина полосы пропускания определяется, главным образом, фильтрами промежуточной частоты. Основополагающим здесь является требование, чтобы приемник мог обрабатывать весь спектр частот отраженных от целей сигналов.

Ширина полосы пропускания оказывает существенное влияние на отношение «сигнал-шум» и, значит, на чувствительность приемника. Поскольку шум присутствует на всех частотах, то чем шире полоса пропускания приемника, тем выше будет уровень шума, прошедшего через нее.

При проектировании ширина полосы пропускания приемника приближенно определяется шириной информативной части спектра принимаемого сигнала. Под информативной частью спектра сигнала подразумевают ту его часть, при сохранении которой искажения сигнала не превышают допустимого уровня. Так, для обнаружения прямоугольного импульса при помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ) ширина полосы пропускания приемника должна быть равна наивысшей гармонике его спектра. Чем шире полоса пропускания приемника, тем круче будут фронты импульсов на его выходе.

В общем случае, необходимая ширина полосы пропускания B приемника для сигнала в виде полупериода синусоиды длительностью τ определяется по формуле:

Под влиянием эффекта Допплера длительность отраженного сигнала и ширина его спектра могут изменяться. Следовательно, для получения информации о допплеровской частоте, ширина полосы пропускания радиолокационного приемника должна быть несколько шире, чем спектр излучаемого зондирующего сигнала.

В радиолокаторе, использующем зондирующие сигналы с внутриимпульсной модуляцией, необходимая ширина полосы пропускания приемника будет намного выше величины, определяемой при помощи формулы (1). В этом случае ширина полосы пропускания зависит от вида и параметров модуляции зондирующего сигнала, длительности сжатого импульса и параметров весовой функции, применяемой для достижения заданного уровня боковых лепестков импульса после сжатия.

Максимальная практически достижимая ширина полосы частот при использовании современных технологий составляет 200 МГц. Высококачественные приемники могут иметь настраиваемую полосу пропускания.

Соотношение длительности сигнала и ширины полосы пропускания

Одним из распространенных показателей, используемых для оценивания устройств сжатия импульсов, является произведение длительности импульса и ширины полосы пропускания: τ·B (измеряется в [мкс·МГц]). В некоторых радиолокационных системах это произведение может достигать значений от 5 до 1000. При невысоких значениях произведения (например, от 5 до 15) применяют дополнительные меры по ослаблению боковых лепестков сжатия, достигая уровня около 35 дБ. При более высоких значениях произведенияя (от 15 до 500) обеспечивается ослабление боковых лепестков сжатия на уровне 45 дБ.

Значение произведения длительности импульса и ширины полосы пропускания около 1000 говорит о высоком разрешении по дальности, обеспечивающем, например, реализацию метода измерения высоты цели по разнице между временем запаздывания прямого эхо-сигнала и переотраженного от подстилающей поверхности (Многолучевой метод определения высоты).

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрій Музиченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Что такое полоса пропускания сети?

Термин «полоса пропускания» (bandwidth) определяет скорость передачи данных, внутри сети. Это объём данных, которые могут быть переданы между двумя точками за заданный период времени. Данные, поступающие в сеть, называются входящим трафиком (ingress), а данные, покидающие сеть, называются исходящим трафиком (egress). Полоса пропускания обычно выражается в битах в секунду или, иногда, в байтах в секунду.

Важно понимать разницу между теоретической пропускной способностью (throughput) сети и реальными результатами при вычислении полосы пропускания сети. Например, сеть 1000BASE-T с неэкранированной витой парой — сеть Gigabit Ethernet (GbE) теоретически может поддерживать 1000 Мбит/с, но этот уровень никогда не может быть достигнут на практике из-за накладных расходов на аппаратное и системное программное обеспечение.

Полоса пропускания и пропускная способность

Полосу пропускания (bandwidth) не следует путать с пропускной способностью (throughput), которая относится к скорости. Хотя сети с высокой пропускной способностью часто бывают быстрыми, это не всегда так.

Полосу пропускания можно уподобить автостраде. Сеть с широкой полосой пропускания похожа на многорядное шоссе, которое в любой момент может вместить сотни автомобилей.

Сеть с низкой полосой пропускания похожа на однополосную дорогу, по которой машины едут одна за другой.

Хотя по широкому шоссе, скорее всего, автомобили будут двигаться быстрее, движение в час пик может легко привести к остановке легковых и грузовых автомобилей. Или, возможно, автомобили не могут быстро выехать на шоссе, потому что оно забито большими грузовиками для доставки, которые занимают много места на дороге. Точно так же даже сеть с высокой пропускной способностью может работать медленно перед лицом таких проблем, как перегрузка и приложения, требующие широкой полосы пропускания.

Что произойдёт, если неправильно рассчитать требования к полосе пропускания? При этом, будет почти гарантировано сеть будет работать медленно. Тем не менее, значительное слишком широкая полоса пропускания может оказаться непозволительно дорогостоящим для большинства предприятий.

Как рассчитать полосу пропускания

Итак, как определить правильную формулу, которая будет соответствовать вашим требованиям к полосе пропускания? Сначала нужно получить ответ на вопросы: какие приложения запускают пользователи и каково соглашение об уровне обслуживания (SLA) и производительности для этих приложений? Некоторых сетевых администраторов интересует только количество пользователей в виртуальной локальной сети. Но чтобы определить фактическое использование полосы пропускания, вам нужно знать, что пользователи будут делать в сети.

Возможно, что 200 пользователей вызовут меньше проблем, чем группа из трех пользователей, которые перегружают сеть необычным «жручим» клиент-серверным приложением, например, видеоконференцсвязью с высоким разрешением изображения.

Вывод формулы

Выводим формулу для расчёта полосы пропускания

Расчёт требований полосы пропускания состоит из двух основных этапов:

  • Определение доступной полосы пропускания сети.
  • Определите средний коэффициент использования (utilization), необходимый для каждого приложения.

Обе эти цифры должны быть выражены в байтах в секунду. Рассмотрим следующую формулу: Сеть 1 GbE имеет доступную пропускную способность 125 миллионов Байт/с. Это вычисляется, если количество битов в секунду — в сети 1 GbE это будет 1 миллиард — разделить на восемь, чтобы определить байты:

1000000000 бит/с / 8 = 125000000 Байт/с

После определения полосы пропускания сети нужно оценить, какую часть полосы пропускания использует каждое приложение. Можно использовать сетевой анализатор, чтобы определить количество байтов, которые приложение по отправляет по сети в секунду.

  • В анализаторе сети включите опцию накопленных байтов.
  • Используйте захват трафика между тестовой рабочей станцией, на которой запущено приложение.
  • В итоговом окне декодирования будет показано количество пакетов в начале передачи файла.
  • Следите за отметкой времени до одной секунды позже, а затем посмотрите на поле накопленных байтов.

Как интерпретировать результаты расчётов

Если вы определили, что ваше приложение передаёт данные со скоростью 200 000 байт/с, тогда нужно вычислить: 125 000 000 байт/с / 200 000 байт/с = 625 пользователей, которые могут одновременно использовать это приложение. В этом случае сеть будет в порядке даже с несколькими сотнями одновременных пользователей.

Однако посмотрим, что произошло бы в случае с сетью со скоростью 100 Мбит/с: 13 102 000 байт/с / 200 000 байт/с = 65,51 одновременных пользователей. Это будет сеть, которая не сможет поддерживать более 65 пользователей, одновременно запускающих приложение. Знание формулы для расчёта пропускной способности чрезвычайно важно для сетевых администраторов.

Полоса пропускания

Полоса пропускания осциллографа — диапазон частот ( на рис. «Fн — Fв»), в пределах которого ослабление сигнала осциллографом не превышает -3 дБ относительно величины сигнала на опорной частоте (на рис. «Fоп»). Опорная частота, в соответствие с ГОСТ-22737-77, не должна превышать 5% верхней граничной частоты полосы пропускания. Для осциллографов общего назначения за опорную частоту обычно принимается частота 1 кГц. При этом такие осциллографы имеют возможность переключения режима входов «AC-DC». В режиме «DC» нижняя частота полосы пропускания равно нулю (Fн=0), что позволяет работать с низкочастотными сигналами вплоть до постоянного тока, а также с сигналами, имеющую постоянную составляющую. Режим «AC» обеспечивает отсечение постоянной составляющей сигнала при необходимости наблюдения только его переменной составляющей. Практически во всех осциллографах предусмотрена функция ограничения полосы частот для улучшения соотношения сигнал/шум при регистрации регулярных сигналов.

Существует однозначная взаимосвязь между верхней частотой полосы пропускания и временем нарастания осциллографа:

Fв(МГц) = 0,35 / tн (мксек)

Это соотношение справедливо при условии, что время нарастания измеряется между уровнями 10% и 90% от амплитуды прямоугольного испытательного сигнала на экране осциллографа. При этом весь аналоговый тракт прибора считается эквивалентным апериодическому звену первого порядка. Для осциллографов общего назначения эти условия обычно выполняются.

Материалы по теме:

  • Режим X-Y
  • Курсорные измерения
  • Среднеквадратичное напряжение сигнала (Vrms)
  • Среднеквадратичное напряжение сигнала (Crms)
  • Среднее напряжение сигнала (Vavg)
  • Измерения в схемах с плавающим потенциалом с помощью дифференциальных пробников
  • Исследование изменений тока и напряжения при сварке
  • Наблюдение и регистрация импульсных помех (глитчей) влияющих на работу цифровых схем
  • Регистрация коротких импульсов с последующим покадровым просмотром их формы
  • Наблюдение и измерение видеосигналов
  • Компенсация пробников (щупов) осциллографа
  • Поменьше осциллографа, побольше мультиметра
  • Один в поле не воин… Эволюция
  • Неэкономная экономика или эффективные решения АКТАКОМ по доступной цене!
  • Портативный осциллограф для полевых измерений. Качество лабораторного прибора в корпусе повышенной прочности

Какие параметры влияют на производительность приложений? Часть 2. Полоса пропускания и использование канала связи

Очень часто, общаясь с ИТ-специалистами, в медленной работе корпоративных приложений обвиняют сетевой департамент или узкие каналы связи. Самое простое решение всех проблем — больше пропускной способности (шире канал) и меньше левых приложений в канале (меньше конкурентов за полосу) и тогда все будет летать. Конечно, надо обращать внимание и на чистоту каналов связи и их использование, но это не единственные параметры. Самым простым решением для оценки состояния каналов являются Flow технологии и корреляция данных между производительностью ключевого приложения и данных с NetFlow (jFlow, Sflow и т. д.).

Полоса пропускания канала связи

В сетях передачи данных, задержки — это жизненный факт. Понимая их природу, можно уменьшить отрицательный эффект, повысив тем самым качество связи. Сетевые задержки определены стандартами ITU и должны укладываться в определенные пределы:

Диапазон в миллисекундах

Приемлемо для большинства пользовательских приложений.

Допустимо при условии, что администраторы осведомлены о времени передачи и его влиянии на качество передачи в пользовательских приложениях.

Неприемлемо для общих целей планирования сетей. Однако признается, что в некоторых исключительных случаях этот предел может превышаться.

Последовательный принцип передачи пакетов по каналу связи вносит задержки. Задержка при передаче информации от одного пользователя другому состоят из нескольких составляющих и их можно разделить на два больших класса — фиксированные и переменные.

Полоса пропускания и использование канала связи

К переменным задержкам относятся в основном задержка в очередях на каждом из узлов сети: маршрутизатор, коммутатор, сетевой адаптер. К фиксированным – задержка пакетирования, последовательная задержка, задержка кодека (для видео или аудио). Средой передачи может служить медная пара, волоконно-оптический кабель или эфир. При этом величина задержки зависит от тактовой частоты и, в гораздо меньшей степени, от скорости света в среде передачи.

В документации Cisco есть вот такая таблица, которая позволяет оценить последовательную задержку в зависимости от длины пакетов и ширины канала связи:

Размер кадра (байты)

Скорость передачи по каналу (Кбит/с)

Для передачи кадра длиной 1518 байт (максимальная длина для Ethernet) по каналу 64-кбит/сек последовательная задержка достигает 185 мс. Если по тому же каналу передавать пакеты длиной 64 байт, задержка составит всего 8 мс, т. е. чем короче пакет, тем быстрее он достигнет приемной стороны. Поэтому для передачи голоса используются короткие UDP пакеты, которые позволяют минимизировать величину задержки, а разработчики оборудования для передачи данных, напротив, стремятся к увеличению длины кадров для снижения объема служебного трафика. Для расчёта последовательной задержки можно воспользоваться формулой:

Последовательная задержка = ((кол-во байт для отправки или получения) x (8 бит))/ (самую медленную скорость в канале)

Например, последовательная задержка для отправки 100 Кбайт и получения 1 Мбайт по каналу 2 Мбит/сек составит:

Передача: (100,000 * 8) / 2,048,000 = 390 мсек

Прием: (1,024,000 *8) / 2,048,000 = 4000 мсек

Конечно, последовательная задержка это один из компонентов и на каждый из потоков будет дополнительно оказывать влияние задержка в каналах связи, джиттер и т.д. Данная формула покажет идеальную картину, когда за канал связи не борются другие пользователи или приложения. Это можно увидеть на диаграмме, которая показывает реальную скорость канала связи при передаче 200 Кбайтного файла по протоколу FTP и каналу 10 Мбит/сек.

Полоса пропускания канала связи

Мы видим, что скорость в процессе передачи не постоянна. Так как сеть – среда разделяемая, то пакеты по мере передачи по сети попадают в очереди, теряются, активируется алгоритм контроля доступа к среде, который мешает одному пользователю захватить весь канал связи. Все это оказывает влияние на скорость передачи и как следствие на скорость работы приложения.

Как увеличить скорость работы приложений, не изменяя ширину полосы пропускания канала связи?

Естественно, самый простой выход – увеличить ширину канала связи, но иногда это не возможно или стоит очень дорого для корпоративных клиентов. В таком случае логично уменьшить объем данных, передаваемых в канале связи. Уменьшить объем можно несколькими способами. Сжатие данных, использование тонких клиентов, кеширование, использование решений для оптимизации трафика – это позволяет иногда добиться сокращения трафика от 2 до 5 раз (разные приложения ужимаются по-разному).

Также можно, понять структуру трафика и как реально используется канал связи с помощью Flow технологий и далее путем приоритезации трафика сократить возможные потери пакетов и рост очередей в активном оборудовании.

См. также:

  • Какие параметры влияют на производительность приложений? Часть 1. TCP Window Size
  • Перехват паролей с помощью Wireshark
  • SaaS сервисы: плюсы и минусы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *