Wenn Sie ein Fach gut lernen möchten, muss zunächst das Konzept sehr klar sein. Wenn Sie es nicht gut verstehen, ist es am besten, beim Lernen hin und her zu gehen, um diese Konzepte zu verstehen. Ich denke, der Grund, warum das Verständnis der Theorie manchmal verwirrend ist, liegt darin, dass das Konzept selbst nicht klar ist. Schauen Sie sich einige Fragen zu Zhihu an. Wenn das Konzept klar ist, werden Sie solche unprofessionellen Fragen nicht stellen.
Schauen wir uns zunächst die beiden Grundkonzepte Datenübertragungsrate, Symbol (Symbol) und Symbolrate an.
1. Datenübertragungsrate
Sie wird auch als Coderate, Bitrate oder Datenbandbreite bezeichnet und beschreibt die Anzahl der Bits des Datencodes, die pro Sekunde bei der Kommunikation übertragen werden, in Bit/s. Das ist leicht zu verstehen, es wird „nur benötigt“, wie viele Datenbits pro Sekunde übertragen werden.
2. Symbol (Symbol)
Wird auch als Symbol bezeichnet. Durch verschiedene Modulationsverfahren (wie FSK, QAM usw.) können mehrere Informationsbits auf ein Symbolsymbol geladen werden. Die folgende Abbildung zeigt beispielsweise alle vier Symbolsymbole, die durch 4QAM (dh QPSK) moduliert sind, und ein Symbol kann zwei Informationsbits übertragen.
3. Symbolrate
Die Symbolrate ist die Symbolrate in Baud/s oder Sym/s und stellt die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Symbole dar. Die Symbolrate wird auch Baudrate oder Symbolrate genannt. Die Symbolrate bestimmt die Kommunikationseffizienz. Offensichtlich gilt: Je mehr Symbolzustände ein Modulationsverfahren (4QAM im obigen Beispiel) aufweist, desto größer ist der Wert der Symbolrate und desto mehr Bitinformationen können pro Sekunde übertragen werden. offensichtlich haben
Datenübertragungsrate=Symbolrate x Anzahl der Bits in einem Symbol
Der von uns normalerweise verwendete serielle Port verfügt über keinerlei Modulation. Die gesendeten hohen und niedrigen Pegel stellen direkt 1 und 0 dar, das heißt, ein Bit ist ein Symbol, daher ist seine Baudrate die Übertragungsrate. Die Baudrate der seriellen Schnittstelle, über die wir sprechen, beträgt 115200, d. h. unter dieser Einstellung kann die Übertragungsrate 115200 Bit/s erreichen.
Nachdem wir über die oben genannten drei Konzepte gesprochen haben, können wir über die Bandbreite sprechen.
Bandbreite ist eigentlich ein physikalischer Begriff, sie bezieht sich auf die Breite des belegten Spektrums. Beim Entwurf eines Kommunikationssystems ist die Bandbreite eigentlich eine durch den Entwurf festgelegte Größe. Es ist sehr wichtig zu verstehen, welche Datenrate ein System unterstützen soll. Welche Modulationsmethode wird verwendet? Welche Kodierung wird verwendet? Unter Berücksichtigung aller Faktoren bestimmen diese Indikatoren, wie viel Bandbreite Ihr Kanal benötigt. Verschiedene Kodierungsmethoden (verschiedene Zwecke, Überprüfung, Fehlerkorrektur usw., mit nur einem Zweck, um die Zuverlässigkeit der Übertragung zu verbessern) bestimmen die Gesamtmenge der Informationen, die Sie letztendlich übertragen (die zu übertragenden Daten + andere notwendige Informationen), Modulation Die Methode bestimmt die Symbolrate, mit der diese Daten letztendlich übertragen werden.
Die Frage ist also: Welche Beziehung besteht zwischen Bandbreite und Bandbreite? Der Zusammenhang zwischen Kanalbandbreite und Datenübertragungsrate kann durch den Satz von Shannon und das Kriterium von Nyquist beschrieben werden.
Shannons Theorem:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S ist die durchschnittliche Leistung des im Kanal übertragenen Signals, N ist die Gaußsche Rauschleistung innerhalb des Kanals
Das heißt, wenn der Kanal kein Rauschen aufweist, ist die vom Kanal unterstützte Bandbreite unendlich. Natürlich ist es unmöglich, tatsächlich keinen Lärm zu haben.
Der Satz von Shannon gibt die theoretische Obergrenze der Kanalkapazität an, sieht aber etwas illusorisch aus, da er scheinbar nichts mit Baudrate, Coderate usw. zu tun hat und die Beziehung zwischen ihnen durch das Nyquist-Kriterium gegeben ist.
Nyquist-Kriterium: Für einen rauschfreien Tiefpasskanal mit einer Bandbreite von W (Hz) beträgt die höchste Symbolübertragungsrate Bmax:
Bmax=2W (Baud), d. h. die maximale Symbolübertragungsrate eines idealen Tiefpasskanals pro Hertz-Bandbreite beträgt 2 Symbole pro Sekunde.
Gemäß der vorherigen Definition der Baud-Einheit wird die Grenzinformationsübertragungsrate (Kanalkapazität) Cmax erhalten, wenn die Anzahl der Symbolzustände der Codierungsmethode M beträgt:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (Kommentare weisen darauf hin, dass es sich um einen Tiefpassfall handelt, dies hat jedoch keinen Einfluss auf das Verständnis)
Was Nyquist uns sagen möchte, ist, dass ich, wenn jedes Symbol ein bestimmtes Bit überträgt und mein Kanal nur eine Bandbreite von W (Hz) unterstützt, mir höchstens Cmax (Bit)-Informationen pro Sekunde geben kann, ich keine essen kann mehr. Wenn umgekehrt die Bandbreite bekannt ist und die Kanalkapazität Cmax durch das Shannon-Theorem bestimmt wurde, gibt das Nyquist-Kriterium tatsächlich die maximale Anzahl von Bits (z. B. die Anzahl von QAMs) an, die pro Symbol im System übertragen werden.
Um auf den obigen Satz zurückzukommen: Bandbreite ist eine Größe, die durch das Design bestimmt wird. Ich möchte so viele Daten übertragen, dass das maximale Signal-Rausch-Verhältnis des Kanals grundsätzlich einen vorhersehbaren Wert haben kann. Du musst für mich zumindest einen Kanal erstellen, der Shannons Theorem erfüllt. Es versteht sich von selbst, dass die Bandbreite geringer ist und mehr Verschwendung entsteht. Sie müssen das Spektrum kennen. Ressourcen sind oft sehr kostbar. Außerdem müssen Ihre HF-Schaltung, Ihr Hardware-Design und Ihr Filter diese Bandbreite für mich erfüllen. Wenn es weniger ist, wird es nicht funktionieren. Wenn die Bandbreite zu groß ist, kann das Interferenzsignal von außen eindringen und die Anti-Interferenz funktioniert nicht.
Lassen Sie uns abschließend über den Träger sprechen. Wie der Name schon sagt, ist der Träger der Träger der Signalmodulation und -übertragung. Es hat nur eine Mittenfrequenz und hat nichts mit der Bandbreite selbst zu tun. Das 11n-Protokoll schreibt beispielsweise vor, dass es im 2G-Frequenzband oder im 5G-Frequenzband arbeiten kann, und andere Faktoren sind gleich. Unter der Annahme einer Bandbreite von 20 MB beträgt die Trägerfrequenz 2,4 GHz, wenn im 2G-Frequenzband gearbeitet wird. Die tatsächlich belegten Spektrumsressourcen betragen dann 2,390 GHz-2,410 GHz. Beim Arbeiten im 5G-Frequenzband beträgt die Trägerfrequenz 5 GHz und die tatsächlich belegten Spektrumsressourcen betragen 4,990 GHz-5,010 GHz.
Wie verstehe ich am Ende dieses Artikels mit meiner Antwort in diesem Link den Zusammenhang zwischen Datenbandbreite, Trägerfrequenz und Trägerbandbreite in drahtlosen Kommunikationssystemen? als Ende. Warum das Signal die Bandbreite einnimmt, ist wirklich grundlegend, denn das vom digitalen Signal eingenommene Spektrum (ist es nicht einfach aperiodisch wie eine Rechteckwelle) ist nach der Fourier-Transformation tatsächlich unendlich breit.
