Si l’on veut bien apprendre une matière, il faut avant tout que le concept soit très clair. Si vous ne le comprenez pas bien, il est préférable de faire des allers-retours pour comprendre ces concepts au fur et à mesure que vous apprenez. Je pense que la raison pour laquelle la compréhension de la théorie prête parfois à confusion est que le concept lui-même n’est pas clair. Regardez quelques questions sur Zhihu. Si le concept est clair, vous ne poserez pas de questions aussi peu professionnelles.
Examinons d'abord les deux concepts de base que sont le débit de transmission de données, le symbole (symbole) et le débit de symboles.
1. Taux de transfert de données
Également connu sous le nom de débit de code, débit binaire ou bande passante de données, il décrit le nombre de bits de code de données transmis par seconde en communication, en bps. C'est facile à comprendre, il s'agit simplement du nombre de bits de données transmis par seconde.
2. Symbole (symbole)
Aussi appelé symbole. Grâce à différentes méthodes de modulation (telles que FSK, QAM, etc.), plusieurs bits d'information peuvent être chargés sur un seul symbole. Par exemple, la figure ci-dessous montre les quatre symboles modulés par 4QAM (c'est-à-dire QPSK), et un symbole peut transporter deux bits d'information.
3. Taux de symboles
Le débit de symboles est le débit de symboles, en Baud/s ou sym/s, et représente le nombre de symboles transmis par seconde. Le débit de symboles est également appelé débit en bauds ou débit de symboles. Le débit de symboles détermine l'efficacité de la communication. Évidemment, plus une méthode de modulation comporte d'états de symboles (4QAM dans l'exemple ci-dessus), plus la valeur du débit de symboles est grande et plus d'informations binaires peuvent être transmises par seconde. évidemment avoir
Débit de transmission de données=débit de symboles x nombre de bits dans un symbole
Le port série que nous utilisons habituellement n’a aucune modulation. Les niveaux haut et bas envoyés représentent directement 1 et 0, c'est-à-dire qu'un bit est un symbole, donc son débit en bauds est le débit de transmission. Le débit en bauds du port série dont nous parlons est de 115 200, c'est-à-dire que sous ce paramètre, le débit de transmission peut atteindre 115 200 bits/s.
Après avoir évoqué les trois concepts ci-dessus, nous pouvons parler de bande passante.
La bande passante est en réalité un concept physique, elle fait référence à la largeur du spectre occupé. Lors de la conception d’un système de communication, la bande passante est en réalité une quantité déterminée par la conception. Il est très important de comprendre qu'un système, quel débit de données allez-vous prendre en charge ? Quelle méthode de modulation est utilisée ? Quel encodage est utilisé ? Après avoir pris tout cela en considération, ces indicateurs déterminent la quantité de bande passante dont votre chaîne a besoin. Diverses méthodes de codage (objectifs divers, contrôle, correction d'erreurs, etc., dans un seul but, améliorer la fiabilité de la transmission) déterminent la quantité totale d'informations que vous transmettrez finalement (les données à transmettre + autres informations nécessaires), la modulation. La méthode détermine le débit de symboles auquel ces données sont finalement transmises.
La question est donc : quelle est la relation entre la bande passante et la bande passante ? La relation entre la bande passante du canal et le débit de transmission des données peut être décrite par le théorème de Shannon et le critère de Nyquist.
Théorème de Shannon :
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S est la puissance moyenne du signal transmis dans le canal, N est la puissance du bruit gaussien à l'intérieur du canal
C'est-à-dire que si le canal n'a pas de bruit, la bande passante supportée par le canal est infinie. Bien sûr, il est impossible de n’avoir aucun bruit.
Le théorème de Shannon donne la limite supérieure théorique de la capacité du canal, mais cela semble un peu illusoire, car cela semble n'avoir rien à voir avec le débit en bauds, le débit de code, etc., et la relation entre eux est donnée par le critère de Nyquist.
Critère de Nyquist : pour un canal passe-bas sans bruit avec une bande passante de W (Hz), le débit de transmission de symboles le plus élevé Bmax :
Bmax=2W (Baud), c'est-à-dire que le taux de transmission maximal de symboles d'un canal passe-bas idéal par bande passante Hertz est de 2 symboles par seconde.
D'après la définition précédente de l'unité Baud, si le nombre d'états de symboles du procédé de codage est M, le débit limite de transmission d'informations (capacité du canal) Cmax est obtenu :
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (les commentaires soulignent qu'il s'agit d'un cas passe-bas, mais cela n'affecte pas la compréhension)
Ce que Nyquist veut nous dire, c'est que si chaque symbole transmet un certain bit, si mon canal ne prend en charge qu'une bande passante de W (Hz), vous ne pouvez me donner que des informations Cmax (bit) par seconde au maximum, je ne peux pas en manger. plus. A l'inverse, lorsque la bande passante est connue et que la capacité du canal Cmax a été déterminée par le théorème de Shannon, le critère de Nyquist donne en réalité le nombre maximum de bits (comme le nombre de QAM) transmis par symbole dans le système.
Pour revenir à la phrase ci-dessus, la bande passante est une quantité déterminée par la conception. Je veux transmettre autant de données, et le rapport signal/bruit maximum du canal peut essentiellement avoir une valeur prédite. Vous devez au moins créer pour moi un canal qui satisfait au théorème de Shannon. Inutile de dire que la bande passante est moindre et qu’il y a plus de gaspillage. Vous devez connaître le spectre. Les ressources sont souvent très précieuses. De plus, votre circuit RF, votre conception matérielle et votre filtre doivent respecter cette bande passante pour moi. Si c’est moins, ça ne marchera pas. Si la bande passante est trop importante, le signal d'interférence extérieur peut s'infiltrer et l'anti-interférence ne fonctionnera pas.
Enfin, parlons du transporteur. Comme son nom l'indique, le porteur est le porteur de la modulation et de la transmission du signal. Elle n’a qu’une seule fréquence centrale et n’a rien à voir avec la bande passante elle-même. Par exemple, le protocole 11n stipule qu'il peut fonctionner dans la bande de fréquences 2G ou dans la bande de fréquences 5G, et les autres facteurs sont les mêmes. En supposant une bande passante de 20 M, la fréquence porteuse est de 2,4 GHz lorsque l'on travaille dans la bande de fréquences 2G, alors les ressources spectrales qu'elle occupe réellement sont de 2,390 GHz-2,410 GHz. Lorsque vous travaillez dans la bande de fréquences 5G, la fréquence porteuse est de 5 GHz et les ressources spectrales qu'elle occupe réellement sont de 4,990 GHz-5,010 GHz.
À la fin de cet article, comment puis-je comprendre la relation entre la bande passante des données, la fréquence porteuse et la bande passante porteuse dans les systèmes de communication sans fil avec ma réponse dans ce lien ? comme une fin. La raison pour laquelle le signal occupe la bande passante est vraiment fondamentale, car le spectre occupé par le signal numérique (n'est-il pas simplement apériodique comme une onde carrée) est en réalité infiniment large après la transformée de Fourier.
