Якщо ви хочете добре вивчити предмет, перш за все, концепція повинна бути дуже чіткою. Якщо ви не розумієте це добре, найкраще повертатися вперед і назад, щоб зрозуміти ці концепції під час вивчення. Я вважаю, що розуміння теорії інколи викликає плутанину в тому, що сама концепція незрозуміла. Подивіться кілька запитань на Zhihu. Якщо концепція зрозуміла, ви не будете задавати такі непрофесійні питання.
Давайте спочатку розглянемо дві основні концепції швидкості передачі даних, символ (символ) і швидкість передачі даних.
1. Швидкість передачі даних
Також відомий як кодова швидкість, бітрейт або пропускна здатність даних, він описує кількість бітів коду даних, що передаються за секунду під час зв’язку, у біт/с. Це легко зрозуміти, це «просто потрібно», скільки біт даних передається в секунду.
2. Символ (символ)
Також називається символом. За допомогою різних методів модуляції (таких як FSK, QAM тощо) в один символ символу можна завантажити кілька бітів інформації. Наприклад, на малюнку нижче показано всі чотири символи символу, модульовані 4QAM (тобто QPSK), і один символ може нести два біти інформації.
3. Символьна швидкість
Швидкість символів – це швидкість символів у бодах/с або символах/с, яка відображає кількість символів, що передаються за секунду. Швидкість передачі символів також називається швидкістю передачі даних або швидкістю передачі символів. Швидкість символів визначає ефективність зв'язку. Очевидно, що чим більше станів символів у методі модуляції (4QAM у наведеному вище прикладі), тим більше значення швидкості символів, і тим більше бітової інформації можна передати за секунду. очевидно є
Швидкість передачі даних=символьна швидкість x кількість бітів у символі
Послідовний порт, який ми зазвичай використовуємо, взагалі не має модуляції. Високий і низький рівні, надіслані безпосередньо, представляють 1 і 0, тобто біт є символом, тому його швидкість передачі даних є швидкістю передачі. Швидкість передачі через послідовний порт, про яку ми говоримо, становить 115200, тобто за цього параметра швидкість передачі може досягати 115200 біт/с.
Після розмови про наведені вище три концепції ми можемо говорити про пропускну здатність.
Смуга пропускання – це фактично фізичне поняття, воно стосується ширини зайнятого спектру. При проектуванні системи зв'язку пропускна здатність фактично є величиною, яка визначається проектом. Дуже важливо розуміти, що система, яку швидкість передачі даних ви збираєтеся підтримувати? Який метод модуляції використовується? Яке кодування використовується? Взявши все це до уваги, ці показники визначають, яка пропускна здатність потрібна вашому каналу. Різні методи кодування (різні цілі, перевірка, виправлення помилок тощо, лише з однією метою – покращити надійність передачі) визначають загальний обсяг інформації, яку ви в кінцевому підсумку передаєте (дані для передачі + інша необхідна інформація), модуляцію Метод визначає швидкість символів, з якою ці дані остаточно передаються.
Тож постає запитання: який зв’язок між пропускною здатністю та пропускною здатністю? Зв'язок між пропускною здатністю каналу і швидкістю передачі даних можна описати теоремою Шеннона і критерієм Найквіста.
Теорема Шеннона:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(б/с) S – середня потужність сигналу, що передається в каналі, N – потужність гаусового шуму всередині каналу
Тобто, якщо канал не має шуму, пропускна здатність, яку підтримує канал, є нескінченною. Звичайно, неможливо фактично не мати шуму.
Теорема Шеннона дає теоретичну верхню межу пропускної здатності каналу, але вона виглядає дещо ілюзорною, оскільки, здається, вона не має нічого спільного зі швидкістю передачі даних, кодовою швидкістю тощо, а зв’язок між ними визначається критерієм Найквіста.
Критерій Найквіста: для безшумного каналу низьких частот із смугою пропускання Вт (Гц) найвища швидкість передачі символу Bmax:
Bmax=2W (бод), тобто максимальна швидкість передачі символів ідеального каналу низьких частот на пропускну здатність Герца становить 2 символи на секунду.
Згідно з попереднім визначенням одиниці передачі даних, якщо кількість станів символу методу кодування дорівнює M, отримується гранична швидкість передачі інформації (пропускна здатність каналу) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (у коментарях зазначено, що це випадок низьких частот, але це не впливає на розуміння)
Найквіст хоче сказати нам, що якщо кожен символ передає певний біт, якщо мій канал підтримує лише смугу пропускання Вт (Гц), ви можете надавати мені лише інформацію Cmax (біт) за секунду, я не можу їсти нічого більше. І навпаки, коли відома пропускна здатність і пропускна здатність каналу Cmax визначена теоремою Шеннона, критерій Найквіста фактично дає максимальну кількість бітів (наприклад, кількість QAM), що передаються на символ у системі.
Повертаючись до наведеного вище речення, пропускна здатність – це величина, яка визначається проектом. Я хочу передати стільки даних, і максимальне відношення сигнал/шум каналу в основному може мати прогнозоване значення. Ви принаймні повинні створити для мене канал, який задовольнятиме теорему Шеннона. Зайве говорити, що пропускна здатність менша, а відходів більше. Потрібно знати спектр. Ресурси часто дуже цінні. Крім того, ваша радіочастотна схема, апаратне забезпечення та фільтр мають відповідати цій пропускній здатності для мене. Якщо менше, то не вийде. Якщо пропускна здатність занадто велика, сигнал перешкод назовні може просочуватися, і захист від перешкод не працюватиме.
Нарешті, поговоримо про перевізника. Як випливає з назви, носій — це носій модуляції та передачі сигналу. Він має лише одну центральну частоту і не має нічого спільного з самою смугою пропускання. Наприклад, протокол 11n передбачає, що він може працювати в діапазоні частот 2G або в діапазоні частот 5G, а інші фактори однакові. Якщо припустити, що смуга пропускання становить 20 МБ, несуча частота становить 2,4 ГГц під час роботи в діапазоні частот 2G, тоді ресурси спектру, які він фактично займає, становлять 2,390 ГГц-2.410 ГГц. Під час роботи в діапазоні частот 5G несуча частота становить 5 ГГц, а ресурси спектру, які він фактично займає, становлять 4,990 ГГц-5,010 ГГц.
Наприкінці цієї статті, як я можу зрозуміти зв’язок між пропускною здатністю даних, несучою частотою та пропускною здатністю несучої в системах бездротового зв’язку з моєю відповіддю за цим посиланням? як кінець. Причина, чому сигнал займає смугу пропускання, є справді основною, тому що спектр, який займає цифровий сигнал (чи не є він просто аперіодичним, як прямокутна хвиля), насправді є нескінченно широким після перетворення Фур’є.
