Als je een onderwerp goed wilt leren, moet het concept allereerst heel duidelijk zijn. Als je het niet goed begrijpt, kun je het beste heen en weer gaan om die concepten te begrijpen terwijl je leert. Ik denk dat de reden waarom het begrijpen van de theorie soms verwarrend is, is dat het concept zelf niet duidelijk is. Kijk eens naar enkele vragen over Zhihu. Als het concept duidelijk is, zul je niet zulke onprofessionele vragen stellen.
Laten we eerst kijken naar de twee basisconcepten van gegevensoverdrachtsnelheid, symbool (symbool) en symboolsnelheid.
1. Gegevensoverdrachtsnelheid
Ook bekend als codesnelheid, bitsnelheid of databandbreedte, beschrijft het het aantal bits datacode dat per seconde wordt verzonden tijdens communicatie, in bps. Dit is gemakkelijk te begrijpen, het is "gewoon nodig", hoeveel bits gegevens er per seconde worden verzonden.
2. Symbool (symbool)
Ook wel een symbool genoemd. Via verschillende modulatiemethoden (zoals FSK, QAM, etc.) kunnen meerdere bits aan informatie op één symboolsymbool worden geladen. De onderstaande afbeelding toont bijvoorbeeld alle vier symboolsymbolen gemoduleerd door 4QAM (dwz QPSK), en één symbool kan twee bits aan informatie bevatten.
3. Symboolsnelheid
De symboolsnelheid is de symboolsnelheid, in Baud/s of sym/s, en vertegenwoordigt het aantal symbolen dat per seconde wordt verzonden. De symboolsnelheid wordt ook wel baudrate of symboolsnelheid genoemd. De symboolsnelheid bepaalt de communicatie-efficiëntie. Het is duidelijk dat hoe meer symbooltoestanden van een modulatiemethode (4QAM in het bovenstaande voorbeeld), hoe groter de symboolsnelheidswaarde is, en hoe meer bitinformatie per seconde kan worden verzonden. uiteraard hebben
Gegevensoverdrachtsnelheid=symboolsnelheid x aantal bits in een symbool
De seriële poort die we gewoonlijk gebruiken, heeft helemaal geen modulatie. De verzonden hoge en lage niveaus vertegenwoordigen rechtstreeks 1 en 0, dat wil zeggen dat een bit een symbool is, dus de baudsnelheid is de transmissiesnelheid. De baudsnelheid van de seriële poort waar we het over hebben is 115200, dat wil zeggen dat onder deze instelling de transmissiesnelheid 115200bit/s kan bereiken.
Nadat we over de bovenstaande drie concepten hebben gesproken, kunnen we het hebben over bandbreedte.
Bandbreedte is eigenlijk een fysiek concept, het verwijst naar de breedte van het bezette spectrum. Bij het ontwerpen van een communicatiesysteem is bandbreedte feitelijk een hoeveelheid die door het ontwerp wordt bepaald. Het is heel belangrijk om te begrijpen dat een systeem, welke datasnelheid ga je ondersteunen? Welke modulatiemethode wordt gebruikt? Welke codering wordt gebruikt? Nadat we alles in overweging hebben genomen, bepalen deze indicatoren hoeveel bandbreedte uw kanaal nodig heeft. Verschillende coderingsmethoden (verschillende doeleinden, controle, foutcorrectie, enz., met slechts één doel, het verbeteren van de betrouwbaarheid van de verzending) bepalen de totale hoeveelheid informatie die u uiteindelijk verzendt (de te verzenden gegevens + andere noodzakelijke informatie), modulatie. De methode bepaalt de symboolsnelheid waarmee deze gegevens uiteindelijk worden verzonden.
De vraag is dus: wat is de relatie tussen bandbreedte en bandbreedte? De relatie tussen kanaalbandbreedte en datatransmissiesnelheid kan worden beschreven door de stelling van Shannon en het criterium van Nyquist.
Stelling van Shannon:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S is het gemiddelde vermogen van het signaal dat in het kanaal wordt verzonden, N is het Gaussische ruisvermogen binnen het kanaal
Dat wil zeggen: als het kanaal geen ruis heeft, is de door het kanaal ondersteunde bandbreedte oneindig. Het is natuurlijk onmogelijk om daadwerkelijk geen geluid te hebben.
De stelling van Shannon geeft de theoretische bovengrens van de kanaalcapaciteit aan, maar het ziet er een beetje illusoir uit, omdat het niets te maken lijkt te hebben met baudrate, codesnelheid, enz., en de relatie daartussen wordt gegeven door het Nyquist-criterium.
Nyquist-criterium: Voor een ruisvrij laagdoorlaatkanaal met een bandbreedte van W (Hz), de hoogste symbooltransmissiesnelheid Bmax:
Bmax=2W (Baud), dat wil zeggen dat de maximale symbooltransmissiesnelheid van een ideaal laagdoorlaatkanaal per Hertz-bandbreedte 2 symbolen per seconde is.
Volgens de vorige definitie van de Baud-eenheid wordt, als het aantal symboolstatussen van de coderingsmethode M is, de limiet voor de overdrachtssnelheid van informatie (kanaalcapaciteit) Cmax verkregen:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (opmerkingen wijzen erop dat dit een laagdoorlaatgeval is, maar dit heeft geen invloed op het begrip)
Wat Nyquist ons wil vertellen is dat als elk symbool een bepaald bit uitzendt, als mijn kanaal slechts een bandbreedte van W (Hz) ondersteunt, je mij hoogstens Cmax (bit) informatie per seconde kunt geven, ik kan er niets van eten. meer. Omgekeerd, wanneer de bandbreedte bekend is en de kanaalcapaciteit Cmax is bepaald door de stelling van Shannon, geeft het Nyquist-criterium feitelijk het maximale aantal bits (zoals het aantal QAM's) dat per symbool in het systeem wordt verzonden.
Terugkomend op de bovenstaande zin: bandbreedte is een hoeveelheid die wordt bepaald door het ontwerp. Ik wil zoveel data verzenden, en de maximale signaal-ruisverhouding van het kanaal kan in principe een voorspelde waarde hebben. Je moet op zijn minst een kanaal voor mij creëren dat voldoet aan de stelling van Shannon. Het is onnodig om te zeggen dat de bandbreedte minder is en dat er meer verspilling is. Je moet het spectrum kennen. Hulpbronnen zijn vaak erg kostbaar. Ook moeten uw RF-circuit, hardwareontwerp en filter voor mij aan deze bandbreedte voldoen. Als het minder is, zal het niet werken. Als de bandbreedte te groot is, kan het interferentiesignaal van buitenaf naar binnen lekken en zal de anti-interferentie niet werken.
Laten we het tenslotte hebben over de vervoerder. Zoals de naam al aangeeft, is de drager de drager van signaalmodulatie en -transmissie. Het heeft slechts één middenfrequentie en heeft niets te maken met de bandbreedte zelf. Het 11n-protocol bepaalt bijvoorbeeld dat het kan werken in de 2G-frequentieband of in de 5G-frequentieband, en andere factoren zijn hetzelfde. Uitgaande van een bandbreedte van 20M, is de draaggolffrequentie 2,4GHz wanneer er in de 2G-frequentieband wordt gewerkt, en zijn de spectrumbronnen die deze daadwerkelijk in beslag neemt 2,390GHz-2.410GHz. Wanneer er in de 5G-frequentieband wordt gewerkt, is de draaggolffrequentie 5 GHz en zijn de spectrumbronnen die deze daadwerkelijk in beslag neemt 4,990 GHz-5,010 GHz.
Hoe begrijp ik aan het einde van dit artikel de relatie tussen databandbreedte, draaggolffrequentie en draaggolfbandbreedte in draadloze communicatiesystemen met mijn antwoord in deze link? als einde. Waarom het signaal de bandbreedte in beslag neemt, is heel eenvoudig, omdat het spectrum dat door het digitale signaal wordt ingenomen (is het niet gewoon aperiodisch zoals een blokgolf) feitelijk oneindig breed is na de Fourier-transformatie.
