Muốn học tốt một môn học thì trước hết, khái niệm phải thật rõ ràng. Nếu chưa hiểu rõ thì tốt nhất bạn nên xem đi xem lại để hiểu các khái niệm đó khi học. Tôi nghĩ lý do tại sao việc hiểu lý thuyết đôi khi khó hiểu là vì bản thân khái niệm này không rõ ràng. Hãy xem một số câu hỏi trên Zhihu. Nếu khái niệm rõ ràng, bạn sẽ không hỏi những câu hỏi thiếu chuyên nghiệp như vậy.
Trước tiên chúng ta hãy xem xét hai khái niệm cơ bản về tốc độ truyền dữ liệu là ký hiệu (ký hiệu) và tốc độ ký hiệu.
1. Tốc độ truyền dữ liệu
Còn được gọi là tốc độ mã, tốc độ bit hoặc băng thông dữ liệu, nó mô tả số bit mã dữ liệu được truyền mỗi giây trong giao tiếp, tính bằng bps. Điều này cũng dễ hiểu, nó “chỉ cần thiết”, bao nhiêu bit dữ liệu được truyền đi trong một giây.
2. Ký hiệu (ký hiệu)
Còn được gọi là biểu tượng. Thông qua các phương pháp điều chế khác nhau (chẳng hạn như FSK, QAM, v.v.), nhiều bit thông tin có thể được tải trên một ký hiệu ký hiệu. Ví dụ: hình bên dưới hiển thị tất cả bốn ký hiệu ký hiệu được điều chế bởi 4QAM (tức là QPSK) và một ký hiệu có thể mang hai bit thông tin.
3. Tỷ lệ ký hiệu
Tốc độ ký hiệu là tốc độ ký hiệu, tính bằng Baud/s hoặc sym/s và biểu thị số lượng ký hiệu được truyền mỗi giây. Tốc độ ký hiệu còn được gọi là tốc độ baud hoặc tốc độ ký hiệu. Tốc độ ký hiệu quyết định hiệu quả truyền thông. Rõ ràng, càng nhiều trạng thái ký hiệu của phương pháp điều chế (4QAM trong ví dụ trên), giá trị tốc độ ký hiệu càng lớn và càng có nhiều thông tin bit có thể được truyền đi mỗi giây. rõ ràng là có
Tốc độ truyền dữ liệu=tốc độ ký hiệu x số bit trong ký hiệu
Cổng nối tiếp mà chúng ta thường sử dụng hoàn toàn không có bất kỳ điều chế nào. Mức cao và mức thấp được gửi trực tiếp đại diện cho 1 và 0, nghĩa là một bit là ký hiệu nên tốc độ truyền của nó là tốc độ truyền. Tốc độ truyền của cổng nối tiếp mà chúng ta đang nói đến là 115200, nghĩa là trong cài đặt này, tốc độ truyền có thể đạt tới 115200bit/s.
Sau khi nói xong ba khái niệm trên chúng ta có thể nói đến băng thông.
Băng thông thực chất là một khái niệm vật lý, nó đề cập đến độ rộng của phổ bị chiếm dụng. Khi thiết kế một hệ thống thông tin liên lạc, băng thông thực sự là một đại lượng được xác định bởi thiết kế. Điều rất quan trọng là phải hiểu rằng một hệ thống, bạn sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu nào? Phương pháp điều chế nào được sử dụng? Mã hóa nào được sử dụng? Sau khi xem xét tất cả, các chỉ báo này sẽ xác định kênh của bạn cần bao nhiêu băng thông. Các phương pháp mã hóa khác nhau (các mục đích khác nhau, kiểm tra, sửa lỗi, v.v., chỉ với một mục đích duy nhất là cải thiện độ tin cậy khi truyền) xác định tổng lượng thông tin bạn truyền cuối cùng (dữ liệu được truyền + thông tin cần thiết khác), điều chế phương pháp xác định tốc độ ký hiệu mà dữ liệu này cuối cùng được truyền đi.
Vậy câu hỏi đặt ra là mối quan hệ giữa băng thông và băng thông là gì? Mối quan hệ giữa băng thông kênh và tốc độ truyền dữ liệu có thể được mô tả bằng định lý Shannon và tiêu chí Nyquist.
Định lý Shannon:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S là công suất trung bình của tín hiệu được truyền trong kênh, N là công suất nhiễu Gaussian bên trong kênh
Nghĩa là, nếu kênh không có nhiễu thì băng thông mà kênh hỗ trợ là vô hạn. Tất nhiên, không thể thực sự không có tiếng ồn.
Định lý Shannon đưa ra giới hạn trên về mặt lý thuyết của dung lượng kênh, nhưng nó có vẻ hơi viển vông vì dường như nó không liên quan gì đến tốc độ baud, tốc độ mã, v.v. và mối quan hệ giữa chúng được đưa ra bởi tiêu chí Nyquist.
Tiêu chí Nyquist: Đối với kênh thông thấp không nhiễu có băng thông W (Hz), tốc độ truyền ký hiệu cao nhất Bmax:
Bmax=2W (Baud), tức là tốc độ truyền ký hiệu tối đa của kênh thông thấp lý tưởng trên mỗi băng thông Hertz là 2 ký hiệu mỗi giây.
Theo định nghĩa trước đây của đơn vị Baud, nếu số trạng thái ký hiệu của phương thức mã hóa là M thì đạt được tốc độ truyền thông tin giới hạn (dung lượng kênh) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (nhận xét chỉ ra rằng đây là trường hợp có độ khó thấp nhưng không ảnh hưởng đến sự hiểu biết)
Điều Nyquist muốn nói với chúng ta là nếu mỗi ký hiệu truyền đi một bit nhất định, nếu kênh của tôi chỉ hỗ trợ băng thông W (Hz) thì bạn chỉ có thể cung cấp cho tôi thông tin Cmax (bit) mỗi giây nhiều nhất, tôi không ăn được gì cả. hơn. Ngược lại, khi biết băng thông và dung lượng kênh Cmax đã được xác định theo định lý Shannon, tiêu chí Nyquist thực sự đưa ra số bit tối đa (chẳng hạn như số lượng QAM) được truyền trên mỗi ký hiệu trong hệ thống.
Quay lại câu trên, băng thông là đại lượng được xác định theo thiết kế. Tôi muốn truyền thật nhiều dữ liệu và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tối đa của kênh về cơ bản có thể có giá trị dự đoán. Ít nhất bạn phải tạo cho tôi một kênh thỏa mãn định lý của Shannon. Không cần phải nói, băng thông ít hơn và lãng phí hơn. Bạn cần biết quang phổ. Tài nguyên thường rất quý giá. Ngoài ra, mạch RF, thiết kế phần cứng và bộ lọc của bạn phải đáp ứng băng thông này cho tôi. Nếu ít hơn thì sẽ không hiệu quả. Nếu băng thông quá lớn, tín hiệu nhiễu bên ngoài có thể lọt vào và tính năng chống nhiễu sẽ không hoạt động.
Cuối cùng, hãy nói về người vận chuyển. Đúng như tên gọi, sóng mang là sóng mang điều chế và truyền tín hiệu. Nó chỉ có một tần số trung tâm và không liên quan gì đến băng thông. Ví dụ: giao thức 11n quy định nó có thể hoạt động ở băng tần 2G hoặc băng tần 5G, các yếu tố khác đều giống nhau. Giả sử băng thông 20M, tần số sóng mang là 2,4GHz khi hoạt động ở dải tần 2G thì tài nguyên phổ mà nó thực sự chiếm giữ là 2,390GHz-2.410GHz. Khi hoạt động ở dải tần 5G, tần số sóng mang là 5GHz và tài nguyên phổ mà nó thực sự chiếm là 4,990GHz-5.010GHz.
Ở cuối bài viết này, làm cách nào để hiểu mối quan hệ giữa băng thông dữ liệu, tần số sóng mang và băng thông sóng mang trong hệ thống liên lạc không dây với câu trả lời của tôi trong liên kết này? như một sự kết thúc. Tại sao tín hiệu chiếm băng thông thực sự là cơ bản, bởi vì phổ bị chiếm bởi tín hiệu số (không phải nó chỉ có tính tuần hoàn như sóng vuông) thực sự rộng vô hạn sau khi biến đổi Fourier.
