Ak sa chcete dobre naučiť predmet, v prvom rade musí byť koncept veľmi jasný. Ak tomu dobre nerozumiete, je najlepšie ísť tam a späť, aby ste týmto pojmom porozumeli, keď sa budete učiť. Myslím si, že dôvod, prečo je chápanie teórie niekedy mätúce, je ten, že samotný koncept nie je jasný. Pozrite sa na niekoľko otázok o Zhihu. Ak je koncept jasný, nebudete sa pýtať takéto neodborné otázky.
Najprv sa pozrime na dva základné pojmy rýchlosť prenosu dát, symbol (symbol) a symbolová rýchlosť.
1. Rýchlosť prenosu dát
Tiež známy ako kódová rýchlosť, bitová rýchlosť alebo dátová šírka pásma popisuje počet bitov dátového kódu prenesených za sekundu pri komunikácii v bps. To je ľahko pochopiteľné, je to „len treba“, koľko bitov dát sa prenesie za sekundu.
2. Symbol (symbol)
Tiež sa nazýva symbol. Prostredníctvom rôznych modulačných metód (ako je FSK, QAM atď.) možno na jeden symbol symbolu načítať viacero bitov informácií. Napríklad obrázok nižšie zobrazuje všetky štyri symboly symbolov modulované pomocou 4QAM (tj QPSK) a jeden symbol môže niesť dva bity informácie.
3. Symbolová rýchlosť
Symbolová rýchlosť je symbolová rýchlosť v Baud/s alebo sym/s a predstavuje počet symbolov prenesených za sekundu. Symbolová rýchlosť sa tiež nazýva prenosová rýchlosť alebo symbolová rýchlosť. Symbolová rýchlosť určuje efektivitu komunikácie. Je zrejmé, že čím viac stavov symbolov v spôsobe modulácie (4QAM vo vyššie uvedenom príklade), tým väčšia je hodnota symbolovej rýchlosti a tým viac bitových informácií sa môže prenášať za sekundu. očividne majú
Rýchlosť prenosu dát=symbolová rýchlosť x počet bitov v symbole
Sériový port, ktorý zvyčajne používame, nemá vôbec žiadnu moduláciu. Odoslané vysoké a nízke úrovne priamo predstavujú 1 a 0, to znamená, že bit je symbol, takže jeho prenosová rýchlosť je prenosová rýchlosť. Prenosová rýchlosť sériového portu, o ktorej hovoríme, je 115200, to znamená, že pri tomto nastavení môže prenosová rýchlosť dosiahnuť 115200 bit/s.
Po rozhovore o troch vyššie uvedených konceptoch môžeme hovoriť o šírke pásma.
Šírka pásma je vlastne fyzikálny pojem, vzťahuje sa na šírku obsadeného spektra. Pri navrhovaní komunikačného systému je šírka pásma vlastne veličina určená dizajnom. Je veľmi dôležité pochopiť, že systém, akú rýchlosť prenosu dát budete podporovať? Aká modulačná metóda sa používa? Aké kódovanie sa používa? Po zvážení všetkého tieto ukazovatele určujú, akú šírku pásma potrebuje váš kanál. Rôzne metódy kódovania (rôzne účely, kontrola, oprava chýb atď., s jediným cieľom, zlepšiť spoľahlivosť prenosu) určujú celkové množstvo informácií, ktoré v konečnom dôsledku prenesiete (údaje, ktoré sa majú preniesť + ďalšie potrebné informácie), modulácia určuje symbolovú rýchlosť, ktorou sa tieto dáta nakoniec prenášajú.
Otázka teda znie, aký je vzťah medzi šírkou pásma a šírkou pásma? Vzťah medzi šírkou pásma kanála a rýchlosťou prenosu dát možno opísať Shannonovou vetou a Nyquistovým kritériom.
Shannonova veta:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S je priemerný výkon signálu prenášaného kanálom, N je výkon Gaussovho šumu vo vnútri kanála
To znamená, že ak kanál nemá žiadny šum, šírka pásma podporovaná kanálom je nekonečná. Samozrejme, je nemožné skutočne nemať žiadny hluk.
Shannonova veta udáva teoretickú hornú hranicu kapacity kanála, ale vyzerá to trochu iluzórne, pretože sa zdá, že nemá nič spoločné s prenosovou rýchlosťou, kódovou rýchlosťou atď., a vzťah medzi nimi je daný Nyquistovým kritériom.
Nyquistovo kritérium: Pre nízkopriepustný kanál bez šumu so šírkou pásma W (Hz), najvyššia prenosová rýchlosť symbolov Bmax:
Bmax=2W (Baud), čo znamená, že maximálna prenosová rýchlosť symbolov ideálneho dolnopriepustného kanála na šírku pásma Hertz je 2 symboly za sekundu.
Podľa predchádzajúcej definície jednotky Baud, ak je počet stavov symbolov metódy kódovania M, získa sa limitná rýchlosť prenosu informácií (kapacita kanála) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (komentáre poukazujú na to, že ide o nízkopriechodný prípad, ale neovplyvňuje to pochopenie)
Nyquist nám chce povedať, že ak každý symbol prenáša určitý bit, ak môj kanál podporuje iba šírku pásma W (Hz), môžete mi poskytnúť maximálne Cmax (bit) informácie za sekundu, nemôžem jesť žiadne viac. Naopak, keď je známa šírka pásma a kapacita kanála Cmax bola určená Shannonovou vetou, Nyquistovo kritérium v skutočnosti udáva maximálny počet bitov (ako je počet QAM) prenesených na symbol v systéme.
Vráťme sa k vete vyššie, šírka pásma je množstvo, ktoré je určené dizajnom. Chcem preniesť toľko údajov a maximálny pomer signálu k šumu kanála môže mať v podstate predpovedanú hodnotu. Musíte mi aspoň vytvoriť kanál, ktorý spĺňa Shannonovu vetu. Netreba dodávať, že šírka pásma je menšia a je tu viac odpadu. Treba poznať spektrum. Zdroje sú často veľmi vzácne. Tiež váš RF obvod, hardvérový dizajn a filter musia spĺňať túto šírku pásma. Ak je menej, nebude to fungovať. Ak je šírka pásma príliš veľká, rušivý signál zvonku môže presakovať dovnútra a ochrana proti rušeniu nebude fungovať.
Na záver si povedzme niečo o nosiči. Ako už názov napovedá, nosič je nositeľom modulácie a prenosu signálu. Má iba jednu strednú frekvenciu a nemá nič spoločné so samotnou šírkou pásma. Napríklad protokol 11n stanovuje, že môže pracovať vo frekvenčnom pásme 2G alebo vo frekvenčnom pásme 5G a ostatné faktory sú rovnaké. Za predpokladu šírky pásma 20 miliónov je nosná frekvencia 2,4 GHz pri práci vo frekvenčnom pásme 2G, potom zdroje spektra, ktoré skutočne zaberá, sú 2,390 GHz-2,410 GHz. Pri práci vo frekvenčnom pásme 5G je nosná frekvencia 5 GHz a zdroje spektra, ktoré v skutočnosti zaberá, sú 4,990 GHz-5,010 GHz.
Ako mám na konci tohto článku chápať vzťah medzi šírkou pásma dát, nosnou frekvenciou a šírkou pásma nosnej v bezdrôtových komunikačných systémoch s mojou odpoveďou v tomto odkaze? ako koniec. Prečo signál zaberá šírku pásma je naozaj základné, pretože spektrum obsadené digitálnym signálom (nie je to len aperiodické ako štvorcová vlna) je po Fourierovej transformácii vlastne nekonečne široké.
