Bir konuyu iyi öğrenmek istiyorsanız öncelikle kavramının çok net olması gerekir. Eğer konuyu iyi anlamadıysanız, öğrenirken bu kavramları anlamak için ileri geri gitmek en iyisidir. Teoriyi anlamanın bazen kafa karıştırıcı olmasının sebebinin kavramın kendisinin net olmaması olduğunu düşünüyorum. Zhihu ile ilgili bazı sorulara bakın. Konsept açıksa, bu tür profesyonel olmayan sorular sormayacaksınız.
Öncelikle veri aktarım hızının iki temel kavramına, sembol (sembol) ve sembol hızına bakalım.
1. Veri aktarım hızı
Kod hızı, bit hızı veya veri bant genişliği olarak da bilinir, iletişimde saniyede iletilen veri kodunun bit sayısını bps cinsinden tanımlar. Bunu anlamak kolaydır, saniyede kaç bit verinin iletildiği "sadece gerekli" dir.
2. Sembol (sembol)
Sembol olarak da adlandırılır. Farklı modülasyon yöntemleri (FSK, QAM vb. gibi) aracılığıyla, bir sembol sembolüne birden fazla bilgi biti yüklenebilir. Örneğin, aşağıdaki şekil 4QAM (yani QPSK) tarafından modüle edilen dört sembol sembolünün tamamını göstermektedir ve bir sembol iki bitlik bilgi taşıyabilir.
3. Sembol oranı
Sembol hızı Baud/s veya sym/s cinsinden sembol hızıdır ve saniyede iletilen sembol sayısını temsil eder. Sembol hızına baud hızı veya sembol hızı da denir. Sembol hızı iletişim verimliliğini belirler. Açıkçası, bir modülasyon yönteminin sembol durumları ne kadar fazlaysa (yukarıdaki örnekte 4QAM), sembol hızı değeri o kadar büyük olur ve saniyede o kadar fazla bit bilgisi iletilebilir. Açıkçası var
Veri iletim hızı=sembol hızı x semboldeki bit sayısı
Genellikle kullandığımız seri portta herhangi bir modülasyon yoktur. Gönderilen yüksek ve düşük seviyeler doğrudan 1 ve 0'yi temsil eder, yani bit bir semboldür, dolayısıyla baud hızı iletim hızıdır. Bahsettiğimiz seri port baud hızı 115200 yani bu ayarda iletim hızı 115200bit/s'ye ulaşabiliyor.
Yukarıdaki üç kavramdan bahsettikten sonra bant genişliğinden bahsedebiliriz.
Bant genişliği aslında fiziksel bir kavramdır, işgal edilen spektrumun genişliğini ifade eder. Bir iletişim sistemi tasarlanırken bant genişliği aslında tasarımla belirlenen bir miktardır. Bir sistemin hangi veri hızını destekleyeceğini anlamak çok önemlidir. Hangi modülasyon yöntemi kullanılıyor? Hangi kodlama kullanılıyor? Tüm bunlar dikkate alındıktan sonra bu göstergeler kanalınızın ne kadar bant genişliğine ihtiyaç duyduğunu belirler. Çeşitli kodlama yöntemleri (çeşitli amaçlar, kontrol, hata düzeltme vb., yalnızca tek bir amaç için, iletimin güvenilirliğini artırmak için), nihai olarak ilettiğiniz toplam bilgi miktarını (iletilecek veriler + diğer gerekli bilgiler), modülasyonu belirler. yöntem, bu verilerin nihai olarak iletildiği sembol hızını belirler.
Yani soru şu: bant genişliği ile bant genişliği arasındaki ilişki nedir? Kanal bant genişliği ile veri iletim hızı arasındaki ilişki Shannon teoremi ve Nyquist kriteri ile açıklanabilir.
Shannon'ın teoremi:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S, kanalda iletilen sinyalin ortalama gücüdür, N, kanal içindeki Gauss gürültü gücüdür
Yani eğer kanalda gürültü yoksa kanalın desteklediği bant genişliği sonsuzdur. Aslında gürültünün olmaması elbette imkansızdır.
Shannon teoremi kanal kapasitesinin teorik üst sınırını verir, ancak biraz yanıltıcı görünüyor çünkü baud hızı, kod hızı vb. ile hiçbir ilgisi yok gibi görünüyor ve aralarındaki ilişki Nyquist kriteri ile veriliyor.
Nyquist kriteri: W (Hz) bant genişliğine sahip gürültüsüz alçak geçişli bir kanal için en yüksek sembol iletim hızı Bmax:
Bmax=2W (Baud), yani ideal bir alçak geçişli kanalın Hertz bant genişliği başına maksimum sembol aktarım hızı saniyede 2 semboldür.
Baud biriminin önceki tanımına göre, kodlama yönteminin sembol durumlarının sayısı M ise, sınır bilgi aktarım hızı (kanal kapasitesi) Cmax elde edilir:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (yorumlar bunun düşük geçişli bir durum olduğunu belirtir, ancak anlayışı etkilemez)
Nyquist'in bize söylemek istediği şu; eğer her sembol belirli bir bit iletiyorsa, eğer kanalım sadece W (Hz) bant genişliğini destekliyorsa, bana en fazla saniyede sadece Cmax (bit) bilgisi verebilirsiniz, hiçbirini yiyemem. Daha. Tersine, bant genişliği bilindiğinde ve kanal kapasitesi Cmax Shannon teoremine göre belirlendiğinde, Nyquist kriteri aslında sistemdeki sembol başına iletilen maksimum bit sayısını (QAM sayısı gibi) verir.
Yukarıdaki cümleye dönersek bant genişliği tasarımla belirlenen bir miktardır. Bu kadar çok veri iletmek istiyorum ve kanalın maksimum sinyal-gürültü oranı temelde tahmin edilen bir değere sahip olabilir. En azından benim için Shannon'ın teoremini karşılayan bir kanal yaratmalısın. Bant genişliğinin daha az olduğunu ve daha fazla atık olduğunu söylemeye gerek yok. Spektrumu bilmeniz gerekir. Kaynaklar çoğu zaman çok değerlidir. Ayrıca benim için RF devrenizin, donanım tasarımınızın ve filtrenizin bu bant genişliğini karşılaması gerekiyor. Daha azsa işe yaramaz. Bant genişliği çok fazlaysa, dışarıdaki parazit sinyali içeri sızabilir ve parazit önleme çalışmaz.
Son olarak taşıyıcıdan bahsedelim. Adından da anlaşılacağı gibi taşıyıcı, sinyal modülasyonunun ve iletiminin taşıyıcısıdır. Yalnızca bir merkez frekansı vardır ve bant genişliğinin kendisiyle hiçbir ilgisi yoktur. Örneğin 11n protokolü 2G frekans bandında veya 5G frekans bandında çalışabileceğini şart koşuyor, diğer faktörler de aynı. 20M bant genişliği varsayarsak, 2G frekans bandında çalışırken taşıyıcı frekansı 2,4 GHz olur, bu durumda gerçekte kapladığı spektrum kaynakları 2,390 GHz-2,410 GHz olur. 5G frekans bandında çalışırken taşıyıcı frekansı 5GHz'dir ve gerçekte kapladığı spektrum kaynakları 4,990GHz-5,010GHz'dir.
Bu yazının sonunda kablosuz iletişim sistemlerinde veri bant genişliği, taşıyıcı frekansı ve taşıyıcı bant genişliği arasındaki ilişkiyi bu bağlantıdaki cevabımla nasıl anlarım? bir son olarak. Sinyalin neden bant genişliğini işgal ettiği gerçekten basit, çünkü dijital sinyalin kapladığı spektrum (kare dalga gibi periyodik olmayan bir şey değil mi) Fourier dönüşümünden sonra aslında sonsuz genişlikte.
