Se vuoi imparare bene una materia, innanzitutto il concetto deve essere molto chiaro. Se non lo capisci bene, è meglio andare avanti e indietro per comprendere quei concetti mentre impari. Penso che il motivo per cui la comprensione della teoria a volte crea confusione è che il concetto stesso non è chiaro. Guarda alcune domande su Zhihu. Se il concetto è chiaro, non farai domande così poco professionali.
Diamo prima un'occhiata ai due concetti base di velocità di trasmissione dati, simbolo (simbolo) e velocità di simbolo.
1. Velocità di trasferimento dati
Conosciuto anche come code rate, bit rate o larghezza di banda dati, descrive il numero di bit di codice dati trasmessi al secondo nella comunicazione, in bps. Questo è facile da capire, è "solo necessario", quanti bit di dati vengono trasmessi al secondo.
2. Simbolo (simbolo)
Chiamato anche simbolo. Attraverso diversi metodi di modulazione (come FSK, QAM, ecc.), è possibile caricare più bit di informazioni su un simbolo. Ad esempio, la figura seguente mostra tutti e quattro i simboli modulati da 4QAM (ovvero QPSK) e un simbolo può trasportare due bit di informazione.
3. Tasso di simbolo
Il Symbol Rate è il Symbol Rate, in Baud/s o sym/s, e rappresenta il numero di simboli trasmessi al secondo. La velocità dei simboli è anche chiamata velocità di trasmissione o velocità dei simboli. Il tasso di simbolo determina l'efficienza della comunicazione. Ovviamente, maggiore è il numero degli stati dei simboli di un metodo di modulazione (4QAM nell'esempio sopra), maggiore è il valore della velocità dei simboli e maggiore è la quantità di informazioni sui bit che possono essere trasmesse al secondo. ovviamente hanno
Velocità di trasmissione dati=velocità di simbolo x numero di bit in un simbolo
La porta seriale che utilizziamo abitualmente non ha alcuna modulazione. I livelli alto e basso inviati rappresentano direttamente 1 e 0, ovvero un bit è un simbolo, quindi la sua velocità di trasmissione è la velocità di trasmissione. Il baud rate della porta seriale di cui stiamo parlando è 115200, ovvero con questa impostazione la velocità di trasmissione può raggiungere 115200 bit/s.
Dopo aver parlato dei tre concetti precedenti, possiamo parlare di larghezza di banda.
La larghezza di banda è in realtà un concetto fisico, si riferisce alla larghezza dello spettro occupato. Quando si progetta un sistema di comunicazione, la larghezza di banda è in realtà una quantità determinata dalla progettazione. È molto importante capire che un sistema, quale velocità dati supporterà? Quale metodo di modulazione viene utilizzato? Quale codifica viene utilizzata? Dopo aver preso tutto in considerazione, questi indicatori determinano la quantità di larghezza di banda necessaria al tuo canale. Vari metodi di codifica (diversi scopi, controllo, correzione di errori, ecc., con un solo scopo, migliorare l'affidabilità della trasmissione) determinano la quantità totale di informazioni trasmesse alla fine (i dati da trasmettere + altre informazioni necessarie), la modulazione Il metodo determina la velocità di simbolo alla quale questi dati vengono infine trasmessi.
Quindi la domanda è: qual è la relazione tra larghezza di banda e larghezza di banda? La relazione tra la larghezza di banda del canale e la velocità di trasmissione dei dati può essere descritta dal teorema di Shannon e dal criterio di Nyquist.
Teorema di Shannon:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S è la potenza media del segnale trasmesso nel canale, N è la potenza del rumore gaussiano all'interno del canale
Vale a dire, se il canale non presenta rumore, la larghezza di banda supportata dal canale è infinita. Naturalmente, è impossibile non avere effettivamente alcun rumore.
Il teorema di Shannon fornisce il limite superiore teorico della capacità del canale, ma sembra un po' illusorio, perché sembra non avere nulla a che fare con baud rate, code rate, ecc., e la relazione tra loro è data dal criterio di Nyquist.
Criterio di Nyquist: per un canale passa-basso privo di rumore con una larghezza di banda di W (Hz), la velocità di trasmissione del simbolo più alta Bmax:
Bmax=2W (Baud), ovvero la velocità massima di trasmissione dei simboli di un canale passa-basso ideale per larghezza di banda Hertz è di 2 simboli al secondo.
Secondo la precedente definizione dell'unità Baud, se il numero di stati simbolo del metodo di codifica è M, si ottiene la velocità limite di trasmissione delle informazioni (capacità del canale) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (i commenti sottolineano che si tratta di un caso passa-basso, ma non influisce sulla comprensione)
Ciò che Nyquist vuole dirci è che se ogni simbolo trasmette un certo bit, se il mio canale supporta solo una larghezza di banda di W (Hz), puoi darmi solo informazioni Cmax (bit) al secondo, non posso mangiarne nessuna Di più. Al contrario, quando la larghezza di banda è nota e la capacità del canale Cmax è stata determinata dal teorema di Shannon, il criterio di Nyquist fornisce effettivamente il numero massimo di bit (come il numero di QAM) trasmessi per simbolo nel sistema.
Tornando alla frase precedente, la larghezza di banda è una quantità determinata dalla progettazione. Voglio trasmettere così tanti dati e il rapporto segnale-rumore massimo del canale può sostanzialmente avere un valore previsto. Devi almeno crearmi un canale che soddisfi il teorema di Shannon. Inutile dire che la larghezza di banda è inferiore e gli sprechi sono maggiori. Devi conoscere lo spettro. Le risorse sono spesso molto preziose. Inoltre, il tuo circuito RF, la progettazione hardware e il filtro devono soddisfare questa larghezza di banda per me. Se è inferiore, non funzionerà. Se la larghezza di banda è eccessiva, il segnale di interferenza all'esterno potrebbe penetrare e l'anti-interferenza non funzionerà.
Infine, parliamo del corriere. Come suggerisce il nome, la portante è la portante della modulazione e trasmissione del segnale. Ha solo una frequenza centrale e non ha nulla a che fare con la larghezza di banda stessa. Ad esempio, il protocollo 11n prevede che possa funzionare nella banda di frequenza 2G o nella banda di frequenza 5G e altri fattori sono gli stessi. Supponendo una larghezza di banda di 20 M, la frequenza portante è 2,4 GHz quando si lavora nella banda di frequenza 2G, quindi le risorse dello spettro che occupa effettivamente sono 2,390 GHz-2,410 GHz. Quando si lavora nella banda di frequenza 5G, la frequenza portante è 5 GHz e le risorse dello spettro che occupa effettivamente sono 4,990 GHz-5,010 GHz.
Alla fine di questo articolo, come posso comprendere la relazione tra larghezza di banda dei dati, frequenza portante e larghezza di banda della portante nei sistemi di comunicazione wireless con la mia risposta in questo collegamento? come fine. Il motivo per cui il segnale occupa la larghezza di banda è davvero basilare, perché lo spettro occupato dal segnale digitale (non è semplicemente aperiodico come un'onda quadra) è in realtà infinitamente ampio dopo la trasformata di Fourier.
