Jeśli chcesz dobrze nauczyć się jakiegoś przedmiotu, to przede wszystkim koncepcja musi być bardzo jasna. Jeśli nie rozumiesz tego dobrze, najlepiej będzie wracać i wracać, aby zrozumieć te pojęcia w miarę uczenia się. Myślę, że powodem, dla którego zrozumienie teorii jest czasami mylące, jest to, że samo pojęcie nie jest jasne. Spójrz na kilka pytań na temat Zhihu. Jeśli koncepcja jest jasna, nie będziesz zadawał tak nieprofesjonalnych pytań.
Przyjrzyjmy się najpierw dwóm podstawowym pojęciom: szybkości transmisji danych, symbolowi (symbolowi) i szybkości symbolu.
1. Szybkość przesyłania danych
Znana również jako szybkość kodowania, szybkość transmisji lub przepustowość danych, opisuje liczbę bitów kodu danych przesyłanych na sekundę podczas komunikacji, w bps. Łatwo to zrozumieć, jest „tylko potrzebne”, ile bitów danych jest przesyłanych na sekundę.
2. Symbol (symbol)
Nazywany także symbolem. Dzięki różnym metodom modulacji (takim jak FSK, QAM itp.) do jednego symbolu można załadować wiele bitów informacji. Na przykład poniższy rysunek przedstawia wszystkie cztery symbole symboli modulowane przez 4QAM (tj. QPSK), a jeden symbol może przenosić dwa bity informacji.
3. Szybkość symbolu
Szybkość symboli to szybkość symboli wyrażona w bodach/s lub sym/s i reprezentuje liczbę symboli przesyłanych na sekundę. Szybkość symboli jest również nazywana szybkością transmisji lub szybkością symboli. Szybkość symbolu określa wydajność komunikacji. Oczywiście, im więcej stanów symboli w metodzie modulacji (4QAM w powyższym przykładzie), tym większa wartość szybkości symbolu i tym więcej informacji bitowych można przesłać na sekundę. oczywiście, że mam
Szybkość transmisji danych=szybkość symbolu x liczba bitów w symbolu
Port szeregowy, którego zwykle używamy, nie ma w ogóle żadnej modulacji. Wysłane wysokie i niskie poziomy bezpośrednio reprezentują 1 i 0, co oznacza, że bit jest symbolem, więc jego szybkość transmisji jest szybkością transmisji. Szybkość transmisji portu szeregowego, o której mówimy, wynosi 115200, co oznacza, że przy tym ustawieniu prędkość transmisji może osiągnąć 115200 bitów/s.
Po omówieniu powyższych trzech koncepcji możemy porozmawiać o przepustowości.
Przepustowość jest w rzeczywistości pojęciem fizycznym i odnosi się do szerokości zajmowanego widma. Podczas projektowania systemu komunikacyjnego przepustowość jest w rzeczywistości wielkością określoną w projekcie. Bardzo ważne jest, aby zrozumieć, jaki system będzie obsługiwał szybkość transmisji danych? Jaka metoda modulacji jest stosowana? Jakie kodowanie jest używane? Po wzięciu tego wszystkiego pod uwagę wskaźniki te określają, jakiej przepustowości potrzebuje Twój kanał. Różne metody kodowania (różne cele, sprawdzanie, korekcja błędów itp., mające tylko jeden cel: poprawa niezawodności transmisji) określają całkowitą ilość informacji, które ostatecznie przesyłasz (dane do przesłania + inne niezbędne informacje), modulacja Metoda określa szybkość symbolu, z jaką te dane są ostatecznie przesyłane.
Pytanie brzmi: jaki jest związek między przepustowością a przepustowością? Zależność pomiędzy przepustowością kanału a szybkością transmisji danych można opisać za pomocą twierdzenia Shannona i kryterium Nyquista.
Twierdzenie Shannona:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S to średnia moc sygnału transmitowanego w kanale, N to moc szumu Gaussa wewnątrz kanału
Oznacza to, że jeśli kanał nie zawiera szumów, szerokość pasma obsługiwana przez kanał jest nieskończona. Oczywiście nie jest możliwe, aby w rzeczywistości nie było żadnego hałasu.
Twierdzenie Shannona podaje teoretyczną górną granicę przepustowości kanału, ale wygląda trochę iluzorycznie, ponieważ wydaje się nie mieć nic wspólnego z szybkością transmisji, szybkością kodowania itp., a zależność między nimi podaje kryterium Nyquista.
Kryterium Nyquista: Dla wolnego od szumów kanału dolnoprzepustowego o szerokości pasma W (Hz) najwyższa szybkość transmisji symbolu Bmax:
Bmax=2W (bodów), czyli maksymalna szybkość transmisji symboli w idealnym kanale dolnoprzepustowym na szerokość pasma w hercach wynosi 2 symbole na sekundę.
Zgodnie z poprzednią definicją jednostki Bauda, jeśli liczba stanów symboli metody kodowania wynosi M, uzyskuje się graniczną szybkość transmisji informacji (pojemność kanału) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (komentarze wskazują, że jest to przypadek dolnoprzepustowy, ale nie wpływa to na zrozumienie)
Nyquist chce nam powiedzieć, że jeśli każdy symbol transmituje określony bit, jeśli mój kanał obsługuje tylko szerokość pasma W (Hz), możesz mi podawać maksymalnie informacje o Cmax (bitach) na sekundę, nie mogę nic zjeść więcej. I odwrotnie, gdy znana jest przepustowość i pojemność kanału Cmax została określona za pomocą twierdzenia Shannona, kryterium Nyquista w rzeczywistości podaje maksymalną liczbę bitów (takich jak liczba QAM) przesyłanych na symbol w systemie.
Wracając do powyższego zdania, przepustowość to wielkość określona przez projekt. Chcę przesłać tak dużo danych, a maksymalny stosunek sygnału do szumu kanału może w zasadzie mieć przewidywaną wartość. Musisz przynajmniej stworzyć dla mnie kanał spełniający twierdzenie Shannona. Nie trzeba dodawać, że przepustowość jest mniejsza i jest więcej odpadów. Musisz znać widmo. Zasoby są często bardzo cenne. Ponadto obwód RF, projekt sprzętu i filtr muszą spełniać dla mnie tę przepustowość. Jeśli będzie mniej to nie zadziała. Jeśli szerokość pasma jest zbyt duża, sygnał zakłócający na zewnątrz może przedostać się do środka, a układ przeciwzakłóceniowy nie będzie działał.
Na koniec porozmawiajmy o przewoźniku. Jak sama nazwa wskazuje, nośnik jest nośnikiem modulacji i transmisji sygnału. Ma tylko jedną częstotliwość środkową i nie ma nic wspólnego z samą szerokością pasma. Przykładowo protokół 11n przewiduje, że może pracować w paśmie częstotliwości 2G lub w paśmie częstotliwości 5G, a inne czynniki są takie same. Zakładając szerokość pasma 20M, częstotliwość nośna wynosi 2,4 GHz podczas pracy w paśmie częstotliwości 2G, wówczas faktycznie zajmowane zasoby widma wynoszą 2,390 GHz-2,410 GHz. Podczas pracy w paśmie częstotliwości 5G częstotliwość nośna wynosi 5 GHz, a faktycznie zajmowane przez nią zasoby widma to 4,990 GHz-5,010 GHz.
Na końcu tego artykułu, jak mam rozumieć związek między przepustowością danych, częstotliwością nośną i przepustowością nośną w systemach komunikacji bezprzewodowej z moją odpowiedzią pod tym linkiem? jako koniec. To, dlaczego sygnał zajmuje szerokość pasma, jest naprawdę proste, ponieważ widmo zajmowane przez sygnał cyfrowy (czy nie jest to po prostu aperiodyczne jak fala prostokątna) jest w rzeczywistości nieskończenie szerokie po transformacji Fouriera.
