Скорость электричества и передачи данных

Электричество в проводах - это, по сути, движение носителей заряда, таких как электроны. Они двигаются очень медленно.

Однако изменение напряжения на одном конце провода вызывает соответствующее изменение на другом конце провода практически мгновенно.

Подумайте об очень длинной шланговой трубе: если при включении крана труба пуста, труба может заполниться водой в течение нескольких секунд, прежде чем она начнет выходить на другом конце. Если труба уже заполнена водой, поворот крана мгновенно вытеснит воду из дальнего конца.

Напряжение примерно аналогично напряжению. Изменение давления воды может передаваться по трубе, наполненной водой, быстрее, чем вода движется.

Я на самом деле написал пост в блоге по этому вопросу несколько лет назад.

По сути, хотя отдельные электроны движутся со скоростью всего несколько миллиметров в секунду, «сигнал» их столкновения друг с другом движется гораздо быстрее, чем это (большая доля скорости света) .

Обратите внимание, как шарики входят в трубу очень медленно, но «сигнал» о том, что шарик вошел (сила, распространяющаяся по трубе), движется намного быстрее, чем это. Электроны, движущиеся по проволоке, работают очень похоже.

Само электричество движется по проводам со скоростью света х коэффициентом скорости . Таким образом, дешевый кусок коаксиального кабеля RG-58 с коэффициентом скорости 75% может передавать радиоволны со скоростью света 75%.

Путаница возникает из-за того, что для передачи информации мы используем не только постоянный ток, а переменный ток или переменный ток, воздействующий на постоянное напряжение (модуляцию). Каждая используемая среда передачи имеет максимальную частоту, на которой она будет работать. Телеграфирование с использованием коммутируемого постоянного тока 5-50 Вт / мин (провод, подвешенный на полюсах с заземлением). Стандартная линия POTS может проходить 4 кГц (2-парный кабель в сельской местности с экраном), линия DSL, близкая к DSLAM, может проходить 2 МГц (витая пара от DSLAM на дом), кабель CAT5 Ethernet для витой пары 100 МГц и так далее. Как правило, чем выше частота, которую может поддерживать среда передачи, тем выше объем данных, которые могут быть переданы через нее.

Электричество проходит по кабелю с той же скоростью, но все более высокая скорость переключения несет все больше и больше информации.

Поверх этой концепции использования электричества для передачи информации используется тип используемой модуляции.

Близко, простой прямоугольный сериал может работать просто отлично. Это входит во многие ароматы. TTL использует сдвиг 0-5 В, RS-232 использует перепад напряжения между положительным и отрицательным 3-15 Вольт. и т. д.

Для телефонных линий POTS передача прямоугольной волны не будет работать, характеристики линии превращают ее в синусоидальную, поэтому используются различные схемы модуляции, такие как сдвиг амплитуды, сдвиг частоты, сдвиг фазы или их сочетание в QAM, которое может использоваться для увеличения скорости передачи данных со 150 бит / с до 56 кбит / с.

DSL работает на гораздо более высокой частоте, чем POTS, и использует технику модуляции, называемую дискретным мульти-тоном, работает на нескольких несущих частотах (например, радиодиапазон AM и прием всех станций одновременно, каждая из которых передает сигнал данных и объединяет их на другом конец) с использованием фазовой и амплитудной модуляции, достигая скорости передачи данных 1-7 Мбит / с.

Это охватывает локальную петлю, когда мы попадаем в магистраль Интернета, мы начинаем использовать такие вещи, как цифровые сигналы (DS) и оптические носители (OC), для перемещения трафика с использованием методов PCM (импульсная кодовая модуляция) по нескольким каналам. Это настоящая цифровая часть сети. Еще раз трафик движется со скоростью, близкой к скорости света, но данные зависят от частоты и используемого метода модуляции.

Приложение: Электроны перемещаются от одного атома к другому на минутное расстояние. Поток тока, который мы воспринимаем как электричество, представляет собой почти мгновенный каскад электронов, движущихся от одного атома к другому по всей длине проводника.

Скорость, с которой электроны движутся в проводнике, относительно мала, но информация передается по парам проводников или в воздухе с помощью электрических волн, и эти волны распространяются очень быстро: со скоростью света в вакууме или примерно при 2/3 этого в коаксиальном кабеле.

Если вы возьмете веревку, прикрепите один конец к чему-либо или попросите друга удерживать ее, а затем быстро перевернете конец веревки вверх и вниз, вы вызовете волну в веревке, которая быстро перемещается от вашего конца к другому концу. Частицы веревки, тем не менее, движутся не очень быстро.

Другой пример - океанская волна. Цунами движется со скоростью сотни миль в час, но вода, несущая волну, движется не так быстро.