电力速度和数据传输

Question

我在一些地方读到电力很慢。那么铜线上网流量怎么会这么快呢？我想我对低级数据传输结构有很大的了解。反正我找了也没找到，怎么办？

Answer 1

电线中的电本质上是电荷载流子（例如电子）的运动。这些移动非常缓慢。

然而，导线一端的电压变化几乎会立即引起导线另一端的相应变化。

想想一根很长的软管，如果打开水龙头时管子是空的，管子可能需要几秒钟才能充满水，然后才开始从另一端出来。如果管道已经装满了水，打开水龙头会立即将水从远端排出。

电压大致类似于压力。水压的变化可以比水的移动速度更快地通过装满水的管道传输。

Answer 2

几年前，我实际上写了一篇关于这个确切问题的博客文章。

基本上，尽管单个电子每秒仅移动几毫米，但它们相互碰撞的“信号”的移动速度远比这快得多（光速的很大一部分）。

注意球是如何非常缓慢地进入管子的，但是球进入的“信号”（沿着管子传播的力）移动得比这快得多。在导线中移动的电子以非常相似的方式工作。

Answer 3

电本身以光速 x 速度系数通过电线传输。因此，一根速度因数为 75% 的廉价 RG-58 同轴电缆可以以 75% 的光速传输无线电波。

混淆是因为我们不只使用直流电来传输信息，而是使用交流电或施加在直流电压（调制）上的交流电来传输信息。使用的每种传输介质都有一个最大频率，它将在该频率下工作。电报使用开关 DC 5-50wpm（一根电线悬挂在具有接地回路的电线杆上），标准 POTS 线可能通过 4kHz（带屏蔽的农村平行 2 对电缆），靠近 DSLAM 的 DSL 线可能通过 2MHz（来自双绞线） DSLAM 到房子），CAT5 以太网双绞线电缆 100MHz 等等。通常，传输介质可以支持的频率越高，可以通过它的数据速率就越高。

电力以相同的速度通过电缆，但越来越高的开关率携带着越来越多的信息。

除了使用电力传输信息的概念之外，还有所使用的调制类型。

关闭，简单的方波串行可能工作得很好。它有多种口味。TTL 使用 0-5 伏转换，RS-232 使用正负 3-15 伏之间的电压摆幅。等等等等

对于 POTS 电话线，传输方波是行不通的，线路的特性将其变成了正弦波，因此使用了各种调制方案，如幅移、频移、相移或这些在 QAM 中使用的组合。用于将数据速率从 150bps 增加到 56kbps。

DSL 以比 POTS 高得多的频率运行，并使用一种称为离散多音调的调制技术，在多个载波频率上运行（想想无线电 AM 频段并同时接收所有电台，每个电台都携带数据信号并将它们组合在一起end) 使用相移和幅移调制，达到 1-7Mbps 的数据速率。

这涵盖了本地环路，当我们进入互联网骨干网时，我们开始使用数字信号 (DS) 和光载波 (OC) 媒体之类的东西，使用 PCM（脉冲编码调制）技术在多个通道上移动流量。这些是网络真正的数字部分。流量再次以接近光速移动，但数据速率取决于所使用的频率和调制技术。

附录：电子从一个原子移动到另一个原子一分钟的距离。我们认为的电流是在导体的长度上从一个原子移动到另一个原子的近乎瞬时的电子级联。

Answer 4

电子在导体中移动的速度相对较慢，但信息是通过电波在成对导体或空气中携带的，这些电波传播得非常快：在真空中以光速或大约同轴电缆中的 2/3。

如果你拿一根绳子，把一端系在某物上或让朋友拿着它，然后快速上下翻转绳子的一端，你会在绳子中产生一个波浪，从你的一端快速传播到另一端。不过，绳子的颗粒移动得不是很快。

另一个例子是海浪。海啸以每小时数百英里的速度传播，但携带海浪的水并没有那么快移动。