Om du vill lära dig ett ämne bra måste för det första konceptet vara väldigt tydligt. Om du inte förstår det bra, är det bäst att gå fram och tillbaka för att förstå dessa begrepp när du lär dig. Jag tror att anledningen till att förståelse av teori ibland är förvirrande är att själva konceptet inte är klart. Titta på några frågor om Zhihu. Om konceptet är tydligt kommer du inte att ställa sådana oprofessionella frågor.
Låt oss först titta på de två grundläggande begreppen dataöverföringshastighet, symbol (symbol) och symbolhastighet.
1. Dataöverföringshastighet
Även känd som kodhastighet, bithastighet eller databandbredd, beskriver det antalet bitar av datakod som överförs per sekund i kommunikation, i bps. Detta är lätt att förstå, det behövs "bara", hur många databitar som överförs per sekund.
2. Symbol (symbol)
Kallas även symbol. Genom olika moduleringsmetoder (som FSK, QAM, etc.) kan flera informationsbitar laddas på en symbolsymbol. Till exempel visar figuren nedan alla fyra symbolsymboler modulerade av 4QAM (dvs QPSK), och en symbol kan bära två bitar av information.
3. Symbolhastighet
Symbolhastigheten är symbolhastigheten, i Baud/s eller sym/s, och representerar antalet symboler som sänds per sekund. Symbolhastighet kallas också för överföringshastighet eller symbolhastighet. Symbolhastigheten bestämmer kommunikationseffektiviteten. Uppenbarligen, ju fler symboltillstånd för en moduleringsmetod (4QAM i exemplet ovan), desto större symbolhastighetsvärde, och desto mer bitinformation kan sändas per sekund. uppenbarligen har
Dataöverföringshastighet=symbolhastighet x antal bitar i en symbol
Den seriella porten vi vanligtvis använder har ingen modulering alls. De höga och låga nivåerna som skickas direkt representerar 1 och 0, det vill säga en bit är en symbol, så dess baudhastighet är överföringshastigheten. Den seriella portens baudhastighet vi talar om är 115200, det vill säga under denna inställning kan överföringshastigheten nå 115200bit/s.
Efter att ha pratat om ovanstående tre begrepp kan vi prata om bandbredd.
Bandbredd är faktiskt ett fysiskt koncept, det hänvisar till bredden på det ockuperade spektrumet. När man designar ett kommunikationssystem är bandbredd faktiskt en kvantitet som bestäms av design. Det är mycket viktigt att förstå att ett system, vilken datahastighet kommer du att stödja? Vilken moduleringsmetod används? Vilken kodning används? Efter att ha tagit allt i beaktande avgör dessa indikatorer hur mycket bandbredd din kanal behöver. Olika kodningsmetoder (olika syften, kontroll, felkorrigering, etc., med endast ett syfte, för att förbättra överföringens tillförlitlighet) bestämmer den totala mängd information du i slutändan överför (data som ska överföras + annan nödvändig information), modulering. metoden bestämmer symbolhastigheten med vilken dessa data slutligen sänds.
Så frågan är, vad är förhållandet mellan bandbredd och bandbredd? Sambandet mellan kanalbandbredd och dataöverföringshastighet kan beskrivas med Shannons teorem och Nyquists kriterium.
Shannons teorem:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S är medeleffekten för signalen som sänds i kanalen, N är den gaussiska bruseffekten inuti kanalen
Det vill säga, om kanalen inte har något brus, är bandbredden som stöds av kanalen oändlig. Naturligtvis är det omöjligt att faktiskt inte ha något brus.
Shannons sats ger den teoretiska övre gränsen för kanalkapaciteten, men det ser lite illusoriskt ut, eftersom det inte verkar ha något att göra med baudhastighet, kodhastighet, etc., och förhållandet mellan dem ges av Nyquist-kriteriet.
Nyquist-kriterium: För en brusfri lågpasskanal med en bandbredd på W (Hz), den högsta symbolöverföringshastigheten Bmax:
Bmax=2W (Baud), det vill säga den maximala symbolöverföringshastigheten för en idealisk lågpasskanal per Hertz-bandbredd är 2 symboler per sekund.
Enligt den tidigare definitionen av Baud-enheten, om antalet symboltillstånd för kodningsmetoden är M, erhålls gränsinformationsöverföringshastigheten (kanalkapacitet) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (kommentarer påpekar att detta är ett lågpassfall, men det påverkar inte förståelsen)
Vad Nyquist vill berätta är att om varje symbol sänder en viss bit, om min kanal bara stöder en bandbredd på W (Hz), kan du bara ge mig Cmax (bit) information per sekund som mest, jag kan inte äta någon mer. Omvänt, när bandbredden är känd och kanalkapaciteten Cmax har bestämts av Shannons teorem, ger Nyquist-kriteriet faktiskt det maximala antalet bitar (såsom antalet QAM) som sänds per symbol i systemet.
Om vi går tillbaka till meningen ovan, är bandbredd en kvantitet som bestäms av design. Jag vill överföra så mycket data, och det maximala signal-brusförhållandet för kanalen kan i princip ha ett förutsagt värde. Du måste åtminstone skapa en kanal för mig som uppfyller Shannons teorem. Det behöver inte sägas att bandbredden är mindre och det finns mer avfall. Du måste känna till spektrumet. Resurser är ofta mycket värdefulla. Dessutom måste din RF-krets, hårdvarudesign och filter uppfylla denna bandbredd för mig. Om det är mindre kommer det inte att fungera. Om bandbredden är för stor kan störningssignalen utanför läcka in och antistörningen kommer inte att fungera.
Till sist, låt oss prata om transportören. Som namnet antyder är bärvågen bäraren för signalmodulering och överföring. Den har bara en mittfrekvens och har inget med själva bandbredden att göra. Till exempel föreskriver 11n-protokollet att det kan fungera i 2G-frekvensbandet eller i 5G-frekvensbandet, och andra faktorer är desamma. Om man antar 20M bandbredd är bärfrekvensen 2,4 GHz när man arbetar i 2G-frekvensbandet, då är spektrumresurserna som den faktiskt upptar 2,390 GHz-2,410 GHz. När du arbetar i 5G-frekvensbandet är bärvågsfrekvensen 5 GHz och spektrumresurserna som den faktiskt upptar är 4,990 GHz-5.010 GHz.
I slutet av den här artikeln, hur förstår jag förhållandet mellan databandbredd, bärvågsfrekvens och bärarbandbredd i trådlösa kommunikationssystem med mitt svar i den här länken? som ett slut. Varför signalen upptar bandbredden är egentligen grundläggande, eftersom spektrumet som upptas av den digitala signalen (är det inte bara aperiodiskt som en fyrkantsvåg) är faktiskt oändligt brett efter Fouriertransformen.
