หากคุณต้องการเรียนวิชาใดวิชาหนึ่งให้ดี ก่อนอื่น ต้องมีแนวคิดที่ชัดเจนมาก หากคุณไม่เข้าใจดีพอ วิธีที่ดีที่สุดคือกลับไปกลับมาเพื่อทำความเข้าใจแนวคิดเหล่านั้นในขณะที่คุณเรียนรู้ ฉันคิดว่าสาเหตุที่บางครั้งการทำความเข้าใจทฤษฎีทำให้เกิดความสับสนก็คือ แนวคิดนั้นไม่ชัดเจน ดูคำถามบางอย่างเกี่ยวกับ Zhihu หากแนวคิดชัดเจน คุณจะไม่ถามคำถามที่ไม่เป็นมืออาชีพเช่นนั้น
ก่อนอื่นเรามาดูแนวคิดพื้นฐานสองประการเกี่ยวกับอัตราการส่งข้อมูล สัญลักษณ์ (สัญลักษณ์) และอัตราสัญลักษณ์
1. อัตราการถ่ายโอนข้อมูล
มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าอัตรารหัส อัตราบิต หรือแบนด์วิดท์ข้อมูล โดยจะอธิบายจำนวนบิตของรหัสข้อมูลที่ส่งต่อวินาทีในการสื่อสารในหน่วย bps สิ่งนี้เข้าใจง่าย "แค่จำเป็น" จำนวนบิตข้อมูลที่ถูกส่งต่อวินาที
2. สัญลักษณ์ (สัญลักษณ์)
เรียกอีกอย่างว่าสัญลักษณ์ ด้วยวิธีการมอดูเลตที่แตกต่างกัน (เช่น FSK, QAM เป็นต้น) ข้อมูลหลายบิตสามารถโหลดบนสัญลักษณ์สัญลักษณ์เดียวได้ ตัวอย่างเช่น รูปภาพด้านล่างแสดงสัญลักษณ์สัญลักษณ์ทั้งสี่ที่ถูกมอดูเลตโดย 4QAM (เช่น QPSK) และสัญลักษณ์หนึ่งตัวสามารถส่งข้อมูลได้สองบิต
3. อัตราสัญลักษณ์
อัตราสัญลักษณ์คืออัตราสัญลักษณ์ในหน่วย Baud/s หรือ sym/s และแสดงถึงจำนวนสัญลักษณ์ที่ส่งต่อวินาที อัตราสัญลักษณ์เรียกอีกอย่างว่าอัตรารับส่งข้อมูลหรืออัตราสัญลักษณ์ อัตราสัญลักษณ์กำหนดประสิทธิภาพการสื่อสาร แน่นอนว่า ยิ่งมีสถานะสัญลักษณ์ของวิธีการมอดูเลชั่นมากขึ้น (4QAM ในตัวอย่างข้างต้น) ค่าอัตราสัญลักษณ์ก็จะยิ่งมากขึ้น และข้อมูลบิตต่อวินาทีก็สามารถส่งได้มากขึ้น เห็นได้ชัดว่ามี
อัตราการส่งข้อมูล=อัตราสัญลักษณ์ x จำนวนบิตในสัญลักษณ์
พอร์ตอนุกรมที่เรามักใช้ไม่มีการมอดูเลตเลย ระดับสูงและต่ำที่ส่งเป็นตัวแทนโดยตรงของ 1 และ 0 กล่าวคือ บิตคือสัญลักษณ์ ดังนั้นอัตรารับส่งข้อมูลคืออัตราการส่งข้อมูล อัตรารับส่งข้อมูลของพอร์ตอนุกรมที่เรากำลังพูดถึงคือ 115200 นั่นคือภายใต้การตั้งค่านี้ อัตราการส่งข้อมูลสามารถเข้าถึง 115200 บิต/วินาที
หลังจากพูดถึงแนวคิดทั้งสามข้างต้นแล้ว เราก็มาพูดถึงแบนด์วิธกันดีกว่า
แบนด์วิดธ์เป็นแนวคิดทางกายภาพจริงๆ ซึ่งหมายถึงความกว้างของสเปกตรัมที่ถูกครอบครอง เมื่อออกแบบระบบสื่อสาร จริงๆ แล้วแบนด์วิธคือปริมาณที่กำหนดโดยการออกแบบ สิ่งสำคัญมากคือต้องเข้าใจว่าระบบ คุณจะรองรับอัตราข้อมูลเท่าใด ใช้วิธีการมอดูเลตแบบใด? ใช้การเข้ารหัสอะไร? หลังจากพิจารณาทั้งหมดนี้แล้ว ตัวบ่งชี้เหล่านี้จะกำหนดว่าช่องของคุณต้องการแบนด์วิดท์เท่าใด วิธีการเข้ารหัสต่างๆ (วัตถุประสงค์ต่างๆ การตรวจสอบ การแก้ไขข้อผิดพลาด ฯลฯ โดยมีวัตถุประสงค์เดียวเท่านั้น เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการส่งข้อมูล) จะกำหนดจำนวนข้อมูลทั้งหมดที่คุณส่งในท้ายที่สุด (ข้อมูลที่จะส่ง + ข้อมูลที่จำเป็นอื่นๆ) การมอดูเลต วิธีการกำหนดอัตราสัญลักษณ์ที่ข้อมูลเหล่านี้จะถูกส่งไปในที่สุด
คำถามก็คือ ความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธกับแบนด์วิธคืออะไร? ความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธของช่องสัญญาณและอัตราการส่งข้อมูลสามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีบทของแชนนอนและเกณฑ์ของ Nyquist
ทฤษฎีบทของแชนนอน:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S คือกำลังเฉลี่ยของสัญญาณที่ส่งในช่อง N คือกำลังสัญญาณรบกวนแบบเกาส์เซียนภายในช่อง
กล่าวคือ ถ้าช่องสัญญาณไม่มีสัญญาณรบกวน แบนด์วิธที่ช่องรองรับจะไม่มีที่สิ้นสุด แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่จะไม่มีเสียงรบกวนจริงๆ
ทฤษฎีบทของแชนนอนให้ขีดจำกัดบนทางทฤษฎีของความจุของช่องสัญญาณ แต่มันดูลวงตาเล็กน้อย เนื่องจากดูเหมือนว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับอัตรารับส่งข้อมูล อัตรารหัส ฯลฯ และความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านั้นถูกกำหนดโดยเกณฑ์ Nyquist
เกณฑ์ Nyquist: สำหรับช่องสัญญาณความถี่ต่ำผ่านไร้เสียงรบกวนที่มีแบนด์วิดท์ W (Hz) อัตราการส่งผ่านสัญลักษณ์สูงสุด Bmax:
Bmax=2W (บอด) นั่นคืออัตราการส่งสัญลักษณ์สูงสุดของช่องสัญญาณความถี่ต่ำผ่านที่เหมาะสมต่อแบนด์วิดท์เฮิรตซ์คือ 2 สัญลักษณ์ต่อวินาที
ตามคำจำกัดความก่อนหน้าของหน่วย Baud หากจำนวนสถานะสัญลักษณ์ของวิธีการเข้ารหัสคือ M อัตราการส่งข้อมูลที่จำกัด (ความจุของช่องสัญญาณ) Cmax จะได้รับ:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (ความคิดเห็นชี้ให้เห็นว่านี่เป็นกรณีความถี่ต่ำ แต่ไม่ส่งผลต่อความเข้าใจ)
สิ่งที่ Nyquist ต้องการบอกเราก็คือ ถ้าแต่ละสัญลักษณ์ส่งบิตใดค่าหนึ่ง หากช่องของฉันรองรับแบนด์วิธ W (Hz) เท่านั้น คุณสามารถให้ข้อมูล Cmax (บิต) ต่อวินาทีได้สูงสุดเท่านั้น ฉันกินอะไรไม่ได้เลย มากกว่า. ในทางกลับกัน เมื่อทราบแบนด์วิธและความจุ Cmax ของช่องสัญญาณถูกกำหนดโดยทฤษฎีบทของแชนนอน เกณฑ์ของ Nyquist จะให้จำนวนบิตสูงสุด (เช่น จำนวน QAM) ที่ส่งต่อสัญลักษณ์ในระบบ
กลับไปที่ประโยคข้างต้น แบนด์วิธคือปริมาณที่กำหนดโดยการออกแบบ ฉันต้องการส่งข้อมูลจำนวนมาก และโดยทั่วไปอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูงสุดของช่องสัญญาณสามารถมีค่าที่คาดการณ์ไว้ได้ อย่างน้อยคุณก็ต้องสร้างช่องที่ตรงกับทฤษฎีบทของแชนนอนให้ฉัน ไม่จำเป็นต้องพูดว่าแบนด์วิธน้อยลงและมีของเสียมากขึ้น คุณจำเป็นต้องรู้สเปกตรัม ทรัพยากรมักมีค่ามาก นอกจากนี้ วงจร RF การออกแบบฮาร์ดแวร์ และตัวกรองของคุณต้องตรงตามแบนด์วิดท์นี้สำหรับฉัน ถ้าน้อยไปก็ไม่ได้ผล หากแบนด์วิธมากเกินไป สัญญาณรบกวนภายนอกอาจรั่วไหลเข้ามา และการป้องกันสัญญาณรบกวนจะไม่ทำงาน
สุดท้ายนี้ เรามาพูดถึงผู้ให้บริการกันดีกว่า ตามชื่อที่สื่อถึง พาหะคือพาหะของการมอดูเลตและการส่งสัญญาณ มีความถี่กลางเพียงความถี่เดียวและไม่เกี่ยวข้องกับแบนด์วิดท์เลย ตัวอย่างเช่น โปรโตคอล 11n กำหนดว่าสามารถทำงานได้ในย่านความถี่ 2G หรือในย่านความถี่ 5G และปัจจัยอื่นๆ ก็เหมือนกัน สมมติว่าแบนด์วิดท์ 20M ความถี่ของผู้ให้บริการจะเป็น 2.4GHz เมื่อทำงานในย่านความถี่ 2G ดังนั้นทรัพยากรสเปกตรัมที่ใช้จริงจะอยู่ที่ 2.390GHz-2.410GHz เมื่อทำงานในย่านความถี่ 5G ความถี่ของผู้ให้บริการคือ 5GHz และทรัพยากรสเปกตรัมที่ใช้จริงคือ 4.990GHz-5.010GHz
ในตอนท้ายของบทความนี้ ฉันจะเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธข้อมูล ความถี่ของผู้ให้บริการ และแบนด์วิธของผู้ให้บริการในระบบสื่อสารไร้สายกับคำตอบของฉันในลิงก์นี้ได้อย่างไร เป็นจุดสิ้นสุด เหตุใดสัญญาณจึงครอบครองแบนด์วิดท์จึงเป็นเรื่องพื้นฐานจริงๆ เนื่องจากสเปกตรัมที่ถูกครอบครองโดยสัญญาณดิจิทัล (ไม่ใช่แค่เป็นระยะๆ เหมือนคลื่นสี่เหลี่ยม) จริงๆ แล้วจะมีความกว้างเป็นอนันต์หลังจากการแปลงฟูริเยร์
