Estou tentando aprender redes (atualmente Link - Camada Física); isso é auto-estudo.
Estou muito confuso sobre uma coisa em particular:
Suponha que eu queira enviar dados no fio algo como isto:
01010101, onde será algo como um sinal:
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾
Bem, os dados a serem enviados devem ser representados por um sinal, e o sinal nessa situação é a "mudança de tensão" no link / fio (suponha que estamos usando cabos, não o link sem fio).
Então Fourier provou que, com frequências suficientes, um sinal pode ser representado muito bem.
Gostar: 
Ainda não entendo a relação entre um sinal no fio e as frequências.
A definição de frequência é: o número de ocorrências de um evento repetido por unidade de tempo. Então, o que está repetindo no fio por unidade de tempo?
Também por exemplo, em uma linha DSL, para Multiplexação por Divisão de Frequência, porque vários usuários receberão menos frequência, haverá menos largura de banda por usuário em um determinado link / fio. O que significa alocar menos frequência em um fio? Menos repetição de quê?
Existem muitas frequências disponíveis no fio? Se houver (digamos de 0 a 1 Mega Hertz), posso representar o acima usando o intervalo entre 0 a 100 OU 100 a 200 ou 500 ou 1000? Por que tenho mais largura de banda se uso mais frequências?
Respostas:
Modulação e símbolo s
Os padrões de tensão no fio se repetem.
Em sistemas de comunicação extremamente simples, você pode ciclo de tensão DC da linha acima ou abaixo de um limite, como mostrado na sua ASCII-art ...
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Suponha que seus limites sejam + 5v e -5vdc; a modulação de dados binários por meio de duas tensões CC renderia apenas um bit por nível de tensão (cada transição de tensão é chamada de símbolo no setor).As transições de tensão CC não são a única maneira de representar dados no fio, como você mencionou, você pode modular a tensão de um sinal em uma determinada frequência ou alternar entre duas frequências para modular os dados. Esta figura ilustra como as mesmas
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾transições são representadas via Modulação de amplitude (AM) e Modulação de frequência (FM).Sistemas mais complexos que são transmitidos por longas distâncias usam esquemas de modulação mais complexos , como FDM ou QPSK , para compactar mais dados em uma determinada largura de banda no fio.
De um modo geral, você pode modular usando combinações de:
Taxa de bits e eficiência espectral
Vamos apenas considerar um sistema de modulação de frequência, que tem dois estados no fio ...
Esse esquema de modulação requer 1,5 KHz de largura de banda no fio. No entanto, isso não diz nada sobre a taxa de bits transmitida (que, confusa, também é conhecida como 'largura de banda', mas não vamos usar um termo sobrecarregado).
Uma razão pela qual um sistema FM pode separar os símbolos 0 e 1 a 1,5 KHz é porque há limites de quão bem, com que rapidez e com que economia o modem pode medir as mudanças de frequência no fio.
Como regra geral, você pode criar modem s mais rápidos e mais baratos se tiver mais largura de banda disponível.
Editar: resposta do comentário
Abordei a questão na última seção, mas vamos continuar com o exemplo da modulação FM. Os sistemas reais precisam levar em consideração a sensibilidade do receptor e fatores como quão bem um filtro passa-banda pode ser implementado.
Suponha que a largura de banda de 1,5 KHz disponível para o modem produz apenas 9600 bauds, e isso não é rápido o suficiente; no entanto, você pode construir um modem de 20KHz rápido o suficiente (talvez precise de 56K baud).
Por que 20KHz é melhor? Devido às realidades e inclinações imperfeitas nos filtros passa-banda e outros componentes, pode ser necessária muita largura de banda para implementar a modulação e o código de linha corretos . Talvez com 20Khz, você possa implementar o esquema QAM , que fornece 3 bits por símbolo , resultando em uma taxa de bits máxima de "9600 * 8" ou 76,8 Kbaud (nota: 2 ** 3 = 8)
Você está fazendo boas perguntas, mas é muito difícil explicar isso sem entrar em um design real. Se você ler alguns livros de eletrônica sobre o design de receptores ou fizer alguns cursos de engenharia elétrica, este material é coberto.
fonte
Mike ofereceu uma excelente resposta, mas não exatamente o que você estava perguntando.
A largura de banda , por definição, é uma faixa de frequências, medida em Hz.
Como você disse, o sinal
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾pode ser dividido (usando Fourier) em várias frequências. Digamos que nós o dividimos, e vimos que nosso sinal é composto principalmente de frequências de 1Mhz, 1.1Mhz, 1.2Mhz, 1.3Mhz ... até 2Mhz. Isso significa que nosso sinal tem uma largura de banda de 1Mhz .Agora, queremos enviá-lo por um canal, como um fio de cobre ou uma fibra óptica. Então, primeiro, vamos falar um pouco sobre os canais.
Quando falamos em largura de banda em canais, na verdade falamos em largura de banda de banda passante, que descreve a faixa de frequências que um canal pode transportar com pouca distorção. Digamos que eu tenha um canal que só possa transmitir sinais cuja frequência esteja entre f1 e f2. Sua função de resposta em frequência (a reação do canal a sinais de diferentes frequências) pode ser algo como isto:
A largura de banda de um canal depende das propriedades físicas do canal, portanto, um fio de cobre terá uma largura de banda diferente de um canal sem fio e de uma fibra óptica. Aqui , por exemplo, está uma tabela da wikipedia, especificando as larguras de banda de diferentes cabos de par trançado.
Se o nosso exemplo de canal tiver uma largura de banda de 1 MHz, podemos usá-lo com bastante facilidade para enviar um sinal cuja largura de banda seja de 1 MHz ou menos. Sinais com uma largura de banda maior serão distorcidos ao passar, possivelmente tornando-os ininteligíveis.
Agora vamos voltar ao nosso exemplo de sinal
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. Se realizássemos uma análise de Fourier, descobriríamos que aumentar a taxa de dados (tornando os bits mais curtos e mais próximos um do outro) aumenta a largura de banda do sinal . O aumento seria linear, portanto, um aumento de duas vezes na taxa de bits significa um aumento de duas vezes na largura de banda.A relação exata entre taxa de bits e largura de banda depende dos dados enviados e da modulação usada (como NRZ , QAM , Manchseter e outros). A maneira clássica pela qual as pessoas desenham bits:
__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾é a aparência do NRZ , mas outras técnicas de modulação codificam zeros e zeros em formas diferentes, afetando sua largura de banda.Como a largura de banda exata de um sinal binário depende de vários fatores, é útil examinar o limite superior teórico para qualquer sinal de dados em um determinado canal. Esse limite superior é dado pelo teorema de Shannon – Hartley :
Uma coisa importante a ser observada, porém, é que o teorema de Shannon-Hartley assume um tipo específico de ruído - ruído gaussiano branco aditivo . O limite superior será mais baixo para outros tipos de ruído mais complexos.
fonte
Deixe-me dar a resposta prática ou prática da engenharia de rede. Aqui estão as relações largura de banda e frequência: Maior largura de banda, maior frequência. Feito.
Não, sério, final de pergunta e resposta. Concluído, vá para a Camada 2.
Não quero ser rude ou espertinho. Sua pergunta se aprofundou muito no aspecto de engenharia elétrica da camada Física para se referir ao que é conhecido como engenharia de rede. O que você está pedindo é muito mais relevante para telecomunicações, engenharia elétrica ou mesmo ciência da computação do que a engenharia de redes, exceto no sentido mais estrito e literal. Também não é relevante para ninguém, exceto pessoal extremamente especializado, que desenvolve o hardware ou os protocolos implementados pelo hardware. Eu ficaria surpreso se a maioria dos CCIEs pudesse responder a essa pergunta na medida em que Mike Pennington o fez ... e não ficaria surpreso se eles não soubessem o suficiente para fazer a pergunta original com tanta profundidade quanto você!
Deixe-me colocar de outra maneira: se você está estudando engenharia de rede no sentido tradicional, você dominou a Camada 1 muito além (oh, muito além) do que é necessário, ou mesmo útil em uma carreira normal de engenharia de rede. Você é bom, siga em frente, há muito mais para aprender.
fonte