Hvis du vil lære et fag godt, skal konceptet først og fremmest være meget klart. Hvis du ikke forstår det godt, er det bedst at gå frem og tilbage for at forstå disse begreber, mens du lærer. Jeg tror, at grunden til, at forståelse af teori nogle gange er forvirrende, er, at selve konceptet ikke er klart. Se nogle spørgsmål om Zhihu. Hvis konceptet er klart, vil du ikke stille sådanne uprofessionelle spørgsmål.
Lad os først se på de to grundlæggende begreber dataoverførselshastighed, symbol (symbol) og symbolhastighed.
1. Dataoverførselshastighed
Også kendt som kodehastighed, bithastighed eller databåndbredde beskriver det antallet af bits datakode, der transmitteres pr. sekund i kommunikation, i bps. Dette er let at forstå, det er "bare nødvendigt", hvor mange bits data der transmitteres i sekundet.
2. Symbol (symbol)
Også kaldet et symbol. Gennem forskellige moduleringsmetoder (såsom FSK, QAM osv.) kan flere informationsbits indlæses på et symbolsymbol. For eksempel viser figuren nedenfor alle fire symbolsymboler moduleret af 4QAM (dvs. QPSK), og et symbol kan bære to bits information.
3. Symbolrate
Symbolhastigheden er symbolhastigheden, i Baud/s eller sym/s, og repræsenterer antallet af symboler, der transmitteres pr. sekund. Symbolhastighed kaldes også baudrate eller symbolhastighed. Symbolhastigheden bestemmer kommunikationseffektiviteten. Det er klart, at jo flere symboltilstande af en modulationsmetode (4QAM i ovenstående eksempel), jo større er symbolhastighedsværdien, og jo mere bitinformation kan der transmitteres pr. sekund. åbenbart har
Datatransmissionshastighed=symbolhastighed x antal bits i et symbol
Den serielle port, vi normalt bruger, har overhovedet ingen modulation. De høje og lave niveauer, der sendes direkte, repræsenterer 1 og 0, dvs. en bit er et symbol, så dens baudrate er transmissionshastigheden. Den serielle port-baudrate, vi taler om, er 115200, det vil sige, under denne indstilling kan transmissionshastigheden nå 115200bit/s.
Efter at have talt om ovenstående tre begreber, kan vi tale om båndbredde.
Båndbredde er faktisk et fysisk koncept, det refererer til bredden af det besatte spektrum. Når man designer et kommunikationssystem, er båndbredde faktisk en størrelse bestemt af designet. Det er meget vigtigt at forstå, at et system, hvilken datahastighed vil du understøtte? Hvilken moduleringsmetode bruges? Hvilken kodning bruges? Efter at have taget det hele i betragtning, bestemmer disse indikatorer, hvor meget båndbredde din kanal har brug for. Forskellige indkodningsmetoder (forskellige formål, kontrol, fejlretning osv., med kun ét formål, for at forbedre transmissionens pålidelighed) bestemmer den samlede mængde information, du i sidste ende sender (de data, der skal transmitteres + andre nødvendige oplysninger), modulering. metoden bestemmer symbolhastigheden, hvormed disse data i sidste ende transmitteres.
Så spørgsmålet er, hvad er forholdet mellem båndbredde og båndbredde? Forholdet mellem kanalbåndbredde og datatransmissionshastighed kan beskrives ved Shannons sætning og Nyquists kriterium.
Shannons sætning:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S er den gennemsnitlige effekt af signalet transmitteret i kanalen, N er den gaussiske støjeffekt inde i kanalen
Det vil sige, hvis kanalen ikke har nogen støj, er båndbredden, der understøttes af kanalen, uendelig. Selvfølgelig er det umuligt faktisk ikke at have nogen støj.
Shannons sætning giver den teoretiske øvre grænse for kanalkapaciteten, men det ser lidt illusorisk ud, fordi det ser ud til ikke at have noget at gøre med baudrate, kodehastighed osv., og forholdet mellem dem er givet af Nyquist-kriteriet.
Nyquist-kriterium: For en støjfri lavpaskanal med en båndbredde på W (Hz), den højeste symboltransmissionshastighed Bmax:
Bmax=2W (Baud), dvs. den maksimale symboltransmissionshastighed for en ideel lavpaskanal pr. Hertz-båndbredde er 2 symboler pr. sekund.
Ifølge den tidligere definition af Baud-enheden, hvis antallet af symboltilstande for kodningsmetoden er M, opnås grænseinformationstransmissionshastigheden (kanalkapacitet) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (kommentarer påpeger, at dette er et lavpasset tilfælde, men det påvirker ikke forståelsen)
Hvad Nyquist vil fortælle os er, at hvis hvert symbol sender en bestemt bit, hvis min kanal kun understøtter en båndbredde på W (Hz), kan du højst give mig Cmax (bit) information pr. sekund, jeg kan ikke spise nogen mere. Omvendt, når båndbredden er kendt, og kanalkapaciteten Cmax er blevet bestemt af Shannons sætning, giver Nyquist-kriteriet faktisk det maksimale antal bits (såsom antallet af QAM'er) transmitteret pr. symbol i systemet.
Går vi tilbage til sætningen ovenfor, er båndbredde en mængde, der bestemmes af design. Jeg vil transmittere så meget data, og det maksimale signal-til-støj-forhold for kanalen kan grundlæggende have en forudsagt værdi. Du skal i det mindste lave en kanal til mig, der opfylder Shannons sætning. Det er overflødigt at sige, at båndbredden er mindre, og der er mere spild. Du skal kende spektret. Ressourcer er ofte meget værdifulde. Også dit RF-kredsløb, hardwaredesign og filter skal opfylde denne båndbredde for mig. Hvis det er mindre, vil det ikke virke. Hvis båndbredden er for stor, kan interferenssignalet udenfor lække ind, og anti-interferensen virker ikke.
Lad os endelig tale om transportøren. Som navnet antyder, er bæreren bæreren for signalmodulation og transmission. Den har kun én centerfrekvens og har intet med selve båndbredden at gøre. For eksempel foreskriver 11n-protokollen, at den kan fungere i 2G-frekvensbåndet eller i 5G-frekvensbåndet, og andre faktorer er de samme. Hvis man antager 20M båndbredde, er bærefrekvensen 2,4GHz, når man arbejder i 2G-frekvensbåndet, så er de spektrumressourcer, den faktisk optager, 2,390GHz-2.410GHz. Når du arbejder i 5G-frekvensbåndet, er bærefrekvensen 5GHz, og de spektrumressourcer, den faktisk optager, er 4.990GHz-5.010GHz.
I slutningen af denne artikel, hvordan forstår jeg forholdet mellem databåndbredde, bærefrekvens og bærebåndbredde i trådløse kommunikationssystemer med mit svar i dette link? som afslutning. Hvorfor signalet optager båndbredden er egentlig grundlæggende, fordi spektret optaget af det digitale signal (er det ikke bare aperiodisk som en firkantbølge) er faktisk uendeligt bredt efter Fourier-transformationen.
