Εάν θέλετε να μάθετε καλά ένα θέμα, πρώτα απ 'όλα, η έννοια πρέπει να είναι πολύ σαφής. Εάν δεν το καταλαβαίνετε καλά, είναι καλύτερο να πηγαίνετε πέρα δώθε για να κατανοήσετε αυτές τις έννοιες καθώς μαθαίνετε. Νομίζω ότι ο λόγος για τον οποίο η κατανόηση της θεωρίας μερικές φορές προκαλεί σύγχυση είναι ότι η ίδια η έννοια δεν είναι ξεκάθαρη. Δείτε μερικές ερωτήσεις για το Zhihu. Εάν η έννοια είναι σαφής, δεν θα κάνετε τέτοιες αντιεπαγγελματικές ερωτήσεις.
Ας δούμε πρώτα τις δύο βασικές έννοιες του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων, το σύμβολο (σύμβολο) και το ποσοστό συμβόλων.
1. Ρυθμός μεταφοράς δεδομένων
Επίσης γνωστό ως ρυθμός κώδικα, ρυθμός bit ή εύρος ζώνης δεδομένων, περιγράφει τον αριθμό των bit κώδικα δεδομένων που μεταδίδονται ανά δευτερόλεπτο στην επικοινωνία, σε bps. Αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, "απλώς χρειάζεται", πόσα bit δεδομένων μεταδίδονται ανά δευτερόλεπτο.
2. Σύμβολο (σύμβολο)
Ονομάζεται επίσης σύμβολο. Μέσω διαφορετικών μεθόδων διαμόρφωσης (όπως FSK, QAM, κ.λπ.), μπορούν να φορτωθούν πολλαπλά bits πληροφοριών σε ένα σύμβολο συμβόλου. Για παράδειγμα, το παρακάτω σχήμα δείχνει και τα τέσσερα σύμβολα συμβόλων που διαμορφώνονται από το 4QAM (δηλαδή QPSK) και ένα σύμβολο μπορεί να φέρει δύο bit πληροφοριών.
3. Ρυθμός συμβόλων
Ο ρυθμός συμβόλων είναι ο ρυθμός συμβόλων, σε Baud/s ή sym/s, και αντιπροσωπεύει τον αριθμό των συμβόλων που μεταδίδονται ανά δευτερόλεπτο. Ο ρυθμός συμβόλων ονομάζεται επίσης ρυθμός baud ή ρυθμός συμβόλων. Ο ρυθμός συμβόλων καθορίζει την αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας. Προφανώς, όσο περισσότερες καταστάσεις συμβόλων μιας μεθόδου διαμόρφωσης (4QAM στο παραπάνω παράδειγμα), τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του ρυθμού συμβόλου και τόσο περισσότερες πληροφορίες bit μπορούν να μεταδοθούν ανά δευτερόλεπτο. προφανώς έχουν
Ρυθμός μετάδοσης δεδομένων=ρυθμός συμβόλων x αριθμός bit σε ένα σύμβολο
Η σειριακή θύρα που χρησιμοποιούμε συνήθως δεν έχει καθόλου διαμόρφωση. Τα υψηλά και χαμηλά επίπεδα που αποστέλλονται αντιπροσωπεύουν απευθείας το 1 και το 0, δηλαδή ένα bit είναι σύμβολο, επομένως ο ρυθμός baud του είναι ο ρυθμός μετάδοσης. Ο ρυθμός baud σειριακής θύρας για τον οποίο μιλάμε είναι 115200, δηλαδή κάτω από αυτή τη ρύθμιση, ο ρυθμός μετάδοσης μπορεί να φτάσει τα 115200 bit/s.
Αφού μιλήσουμε για τις παραπάνω τρεις έννοιες, μπορούμε να μιλήσουμε για το εύρος ζώνης.
Το εύρος ζώνης είναι στην πραγματικότητα μια φυσική έννοια, αναφέρεται στο πλάτος του κατειλημμένου φάσματος. Κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος επικοινωνίας, το εύρος ζώνης είναι στην πραγματικότητα μια ποσότητα που καθορίζεται από το σχεδιασμό. Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσετε ότι ένα σύστημα, ποιο ρυθμό δεδομένων πρόκειται να υποστηρίξετε; Ποια μέθοδος διαμόρφωσης χρησιμοποιείται; Τι κωδικοποίηση χρησιμοποιείται; Αφού ληφθούν όλα υπόψη, αυτοί οι δείκτες καθορίζουν πόσο εύρος ζώνης χρειάζεται το κανάλι σας. Διάφορες μέθοδοι κωδικοποίησης (διάφοροι σκοποί, έλεγχος, διόρθωση σφαλμάτων κ.λπ., με έναν μόνο σκοπό, τη βελτίωση της αξιοπιστίας της μετάδοσης) καθορίζουν τη συνολική ποσότητα των πληροφοριών που τελικά μεταδίδετε (τα δεδομένα που θα μεταδοθούν + άλλες απαραίτητες πληροφορίες), διαμόρφωση Η μέθοδος καθορίζει τον ρυθμό συμβόλων με τον οποίο μεταδίδονται τελικά αυτά τα δεδομένα.
Το ερώτημα λοιπόν είναι, ποια είναι η σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης και του εύρους ζώνης; Η σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης καναλιού και του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων μπορεί να περιγραφεί από το θεώρημα του Shannon και το κριτήριο του Nyquist.
Θεώρημα Shannon:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S είναι η μέση ισχύς του σήματος που μεταδίδεται στο κανάλι, N είναι η ισχύς Gaussian θορύβου μέσα στο κανάλι
Δηλαδή, εάν το κανάλι δεν έχει θόρυβο, το εύρος ζώνης που υποστηρίζεται από το κανάλι είναι άπειρο. Φυσικά, είναι αδύνατο να μην υπάρχει θόρυβος.
Το θεώρημα του Shannon δίνει το θεωρητικό ανώτερο όριο της χωρητικότητας του καναλιού, αλλά φαίνεται λίγο απατηλό, γιατί φαίνεται να μην έχει καμία σχέση με ρυθμό baud, ρυθμό κωδικού κ.λπ., και η σχέση μεταξύ τους δίνεται με το κριτήριο Nyquist.
Κριτήριο Nyquist: Για ένα κανάλι χαμηλής διέλευσης χωρίς θόρυβο με εύρος ζώνης W (Hz), ο υψηλότερος ρυθμός μετάδοσης συμβόλων Bmax:
Bmax=2W (Baud), δηλαδή, ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης συμβόλων ενός ιδανικού καναλιού χαμηλής διέλευσης ανά εύρος ζώνης Hertz είναι 2 σύμβολα ανά δευτερόλεπτο.
Σύμφωνα με τον προηγούμενο ορισμό της μονάδας Baud, εάν ο αριθμός των καταστάσεων συμβόλων της μεθόδου κωδικοποίησης είναι M, λαμβάνεται ο οριακός ρυθμός μετάδοσης πληροφοριών (χωρητικότητα καναλιού) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (τα σχόλια επισημαίνουν ότι πρόκειται για περίπτωση χαμηλής διέλευσης, αλλά δεν επηρεάζει την κατανόηση)
Αυτό που θέλει να μας πει ο Nyquist είναι ότι εάν κάθε σύμβολο εκπέμπει ένα συγκεκριμένο bit, εάν το κανάλι μου υποστηρίζει μόνο ένα εύρος ζώνης W (Hz), μπορείτε να μου δώσετε μόνο πληροφορίες Cmax (bit) ανά δευτερόλεπτο το πολύ, δεν μπορώ να φάω περισσότερο. Αντίθετα, όταν το εύρος ζώνης είναι γνωστό και η χωρητικότητα του καναλιού Cmax έχει προσδιοριστεί από το θεώρημα του Shannon, το κριτήριο Nyquist δίνει στην πραγματικότητα τον μέγιστο αριθμό bit (όπως ο αριθμός των QAM) που μεταδίδονται ανά σύμβολο στο σύστημα.
Επιστρέφοντας στην παραπάνω πρόταση, το εύρος ζώνης είναι μια ποσότητα που καθορίζεται από το σχεδιασμό. Θέλω να μεταδώσω τόσα πολλά δεδομένα και η μέγιστη αναλογία σήματος προς θόρυβο του καναλιού μπορεί βασικά να έχει μια προβλεπόμενη τιμή. Πρέπει τουλάχιστον να δημιουργήσετε ένα κανάλι για μένα που να ικανοποιεί το θεώρημα του Shannon. Περιττό να πούμε ότι το εύρος ζώνης είναι μικρότερο και υπάρχει περισσότερη σπατάλη. Πρέπει να γνωρίζετε το φάσμα. Οι πόροι είναι συχνά πολύ πολύτιμοι. Επίσης, το κύκλωμα RF, η σχεδίαση υλικού και το φίλτρο σας πρέπει να πληρούν αυτό το εύρος ζώνης για μένα. Αν είναι λιγότερο, δεν θα λειτουργήσει. Εάν το εύρος ζώνης είναι πολύ μεγάλο, το σήμα παρεμβολής εξωτερικά μπορεί να διαρρεύσει και το σύστημα προστασίας από παρεμβολές δεν θα λειτουργήσει.
Τέλος, ας μιλήσουμε για τον μεταφορέα. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο φορέας είναι ο φορέας διαμόρφωσης και μετάδοσης σήματος. Έχει μόνο μία κεντρική συχνότητα και δεν έχει καμία σχέση με το ίδιο το εύρος ζώνης. Για παράδειγμα, το πρωτόκολλο 11n ορίζει ότι μπορεί να λειτουργήσει στη ζώνη συχνοτήτων 2G ή στη ζώνη συχνοτήτων 5G και άλλοι παράγοντες είναι οι ίδιοι. Υποθέτοντας εύρος ζώνης 20M, η φέρουσα συχνότητα είναι 2,4 GHz όταν εργάζεται στη ζώνη συχνοτήτων 2G, τότε οι πόροι φάσματος που καταλαμβάνει στην πραγματικότητα είναι 2,390 GHz-2,410 GHz. Όταν εργάζεστε στη ζώνη συχνοτήτων 5G, η φέρουσα συχνότητα είναι 5 GHz και οι πόροι φάσματος που καταλαμβάνει στην πραγματικότητα είναι 4,990 GHz-5,010 GHz.
Στο τέλος αυτού του άρθρου, πώς μπορώ να κατανοήσω τη σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης δεδομένων, της συχνότητας φορέα και του εύρους ζώνης φορέα σε συστήματα ασύρματων επικοινωνιών με την απάντησή μου σε αυτόν τον σύνδεσμο; ως τέλος. Το γιατί το σήμα καταλαμβάνει το εύρος ζώνης είναι πραγματικά βασικό, επειδή το φάσμα που καταλαμβάνεται από το ψηφιακό σήμα (δεν είναι απλώς απεριοδικό όπως ένα τετραγωνικό κύμα) είναι στην πραγματικότητα απείρως ευρύ μετά τον μετασχηματισμό Fourier.
