אם אתה רוצה ללמוד נושא טוב, קודם כל, הרעיון חייב להיות מאוד ברור. אם אתה לא מבין את זה טוב, עדיף ללכת קדימה ואחורה כדי להבין את המושגים האלה תוך כדי למידה. אני חושב שהסיבה לכך שהבנת התיאוריה מבלבלת לפעמים היא שהמושג עצמו אינו ברור. תסתכל על כמה שאלות על Zhihu. אם הקונספט ברור, לא תשאל שאלות כל כך לא מקצועיות.
בואו נסתכל תחילה על שני המושגים הבסיסיים של קצב העברת נתונים, סמל (סמל) וקצב סמל.
1. קצב העברת נתונים
הידוע גם כקצב קוד, קצב סיביות או רוחב פס נתונים, הוא מתאר את מספר סיביות קוד הנתונים המועברות בשנייה בתקשורת, ב-bps. זה קל להבנה, זה "רק צריך", כמה סיביות של נתונים מועברות בשנייה.
2. סמל (סמל)
נקרא גם סמל. באמצעות שיטות אפנון שונות (כגון FSK, QAM וכו'), ניתן לטעון סיביות מידע מרובות על סמל סמל אחד. לדוגמה, האיור שלהלן מציג את כל ארבעת סמלי הסמלים המאופנים על ידי 4QAM (כלומר QPSK), וסמל אחד יכול לשאת שתי סיביות מידע.
3. שיעור סמלים
קצב הסמלים הוא קצב הסמלים, ב-Boud/s או sym/s, ומייצג את מספר הסמלים המועברים בשנייה. קצב סמל נקרא גם קצב העברת סמלים או קצב סמלים. קצב הסמלים קובע את יעילות התקשורת. ברור שככל שיש יותר מצבי סמלים של שיטת אפנון (4QAM בדוגמה לעיל), כך ערך קצב הסמלים גדול יותר, וניתן להעביר יותר מידע סיביות בשנייה. ברור שיש
קצב העברת נתונים=קצב סמל x מספר סיביות בסמל
ליציאה הטורית שבה אנו משתמשים בדרך כלל אין אפנון כלל. הרמות הגבוהות והנמוכות שנשלחו ישירות מייצגות 1 ו-0, כלומר, ביט הוא סמל, ולכן קצב ההעברה שלו הוא קצב השידור. קצב ההעברה של היציאה הטורית שאנחנו מדברים עליו הוא 115200, כלומר, תחת הגדרה זו, קצב השידור יכול להגיע ל-115200bit/s.
לאחר שדיברנו על שלושת המושגים לעיל, נוכל לדבר על רוחב פס.
רוחב פס הוא למעשה מושג פיזי, הוא מתייחס לרוחב הספקטרום הכבוש. כאשר מתכננים מערכת תקשורת, רוחב הפס הוא למעשה כמות שנקבעת לפי התכנון. חשוב מאוד להבין שמערכת, באיזה קצב נתונים אתה הולך לתמוך? באיזו שיטת אפנון משתמשים? באיזה קידוד משתמשים? לאחר שלקחת הכל בחשבון, אינדיקטורים אלה קובעים כמה רוחב פס צריך הערוץ שלך. שיטות קידוד שונות (מטרות שונות, בדיקה, תיקון שגיאות וכו', עם מטרה אחת בלבד, לשפר את מהימנות השידור) קובעות את כמות המידע הכוללת שתעביר בסופו של דבר (הנתונים שישודרו + מידע הכרחי אחר), אפנון. השיטה קובעת את קצב הסמלים שבו נתונים אלה מועברים בסופו של דבר.
אז השאלה היא מה הקשר בין רוחב פס ורוחב פס? ניתן לתאר את הקשר בין רוחב הפס של הערוץ וקצב העברת הנתונים על ידי משפט שאנון והקריטריון של Nyquist.
משפט שאנון:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S הוא ההספק הממוצע של האות המשודר בערוץ, N הוא הספק הרעש הגאוסי בתוך הערוץ
כלומר, אם בערוץ אין רעש, רוחב הפס שנתמך על ידי הערוץ הוא אינסופי. כמובן, זה בלתי אפשרי למעשה ללא רעש.
המשפט של שאנון נותן את הגבול העליון התיאורטי של קיבולת הערוץ, אבל זה נראה קצת הזוי, כי נראה שאין לו שום קשר לקצב העברת העברת נתונים, קצב קוד וכו', והקשר ביניהם נתון על ידי קריטריון Nyquist.
קריטריון Nyquist: עבור ערוץ מעבר נמוך נטול רעש עם רוחב פס של W (Hz), קצב שידור הסמל הגבוה ביותר Bmax:
Bmax=2W (Baud), כלומר, קצב העברת הסמלים המקסימלי של ערוץ נמוך-מעבר אידיאלי לכל רוחב פס של הרץ הוא 2 סמלים לשנייה.
על פי ההגדרה הקודמת של יחידת Baud, אם מספר מצבי הסמל של שיטת הקידוד הוא M, מתקבל קצב העברת המידע המגביל (קיבולת הערוץ) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (הערות מצביעות על כך שמדובר במקרה נמוך, אבל זה לא משפיע על ההבנה)
מה שניקוויסט רוצה לומר לנו זה שאם כל סמל משדר ביט מסוים, אם הערוץ שלי תומך רק ברוחב פס של W (Hz), אתה יכול לתת לי רק מידע Cmax (סיביות) לשנייה לכל היותר, אני לא יכול לאכול שום יוֹתֵר. לעומת זאת, כאשר רוחב הפס ידוע וקיבולת הערוץ Cmax נקבעה על פי משפט שאנון, הקריטריון של Nyquist נותן למעשה את המספר המרבי של סיביות (כגון מספר QAMs) המועברים לכל סמל במערכת.
אם נחזור למשפט למעלה, רוחב פס הוא כמות שנקבעת לפי התכנון. אני רוצה להעביר כל כך הרבה נתונים, וליחס האות לרעש המקסימלי של הערוץ יכול להיות בעצם ערך חזוי. אתה לפחות צריך ליצור עבורי ערוץ שעומד במשפט של שאנון. מיותר לציין שרוחב הפס קטן יותר, ויש יותר בזבוז. אתה צריך לדעת את הספקטרום. משאבים הם לרוב יקרים מאוד. כמו כן, מעגל ה-RF, עיצוב החומרה והמסנן שלך חייבים לעמוד ברוחב הפס הזה עבורי. אם זה פחות, זה לא יעבוד. אם רוחב הפס גדול מדי, אות ההפרעה בחוץ עלול לדלוף פנימה, והאנטי-הפרעות לא יפעל.
לבסוף, בואו נדבר על הספק. כפי שהשם מרמז, הספק הוא הספק של אפנון ושידור האות. יש לו רק תדר מרכזי אחד ואין לו שום קשר לרוחב הפס עצמו. לדוגמה, פרוטוקול 11n קובע שהוא יכול לעבוד בפס תדר 2G או בפס תדר 5G, וגורמים אחרים זהים. בהנחה של רוחב פס של 20M, תדר הספק הוא 2.4GHz כאשר עובדים בפס התדרים 2G, ואז משאבי הספקטרום שהוא למעשה תופס הם 2.390GHz-2.410GHz. כאשר עובדים בפס התדרים של 5G, תדר הספק הוא 5GHz, ומשאבי הספקטרום שהוא תופס בפועל הם 4.990GHz-5.010GHz.
בסוף מאמר זה, איך אני מבין את הקשר בין רוחב פס נתונים, תדירות הספק ורוחב הפס של הספק במערכות תקשורת אלחוטיות עם התשובה שלי בקישור הזה? כסוף. מדוע האות תופס את רוחב הפס זה באמת בסיסי, כי הספקטרום שתופס על ידי האות הדיגיטלי (האם הוא לא רק א-מחזורי כמו גל ריבועי) הוא למעשה רחב לאין שיעור לאחר טרנספורמציה של פורייה.
