إذا كنت تريد أن تتعلم موضوعًا جيدًا، فيجب أولاً أن يكون المفهوم واضحًا جدًا. إذا لم تفهمها جيدًا، فمن الأفضل الرجوع ذهابًا وإيابًا لفهم تلك المفاهيم أثناء تعلمك. أعتقد أن السبب الذي يجعل فهم النظرية مربكًا في بعض الأحيان هو أن المفهوم نفسه غير واضح. انظر إلى بعض الأسئلة على Zhihu. إذا كان المفهوم واضحا، فلن تسأل مثل هذه الأسئلة غير المهنية.
دعونا نلقي نظرة أولاً على المفهومين الأساسيين لمعدل نقل البيانات، الرمز (الرمز)، ومعدل الرمز.
1. معدل نقل البيانات
يُعرف أيضًا باسم معدل الكود أو معدل البت أو عرض النطاق الترددي للبيانات، ويصف عدد بتات كود البيانات المرسلة في الثانية في الاتصال، بوحدة بت في الثانية. من السهل أن نفهم، "فقط هناك حاجة" لعدد بتات البيانات التي يتم إرسالها في الثانية.
2. الرمز (الرمز)
ويسمى أيضا رمزا. من خلال طرق تعديل مختلفة (مثل FSK، QAM، وما إلى ذلك)، يمكن تحميل بتات متعددة من المعلومات على رمز رمز واحد. على سبيل المثال، يوضح الشكل أدناه جميع رموز الرموز الأربعة المشكَّلة بواسطة 4QAM (أي QPSK)، ويمكن لرمز واحد أن يحمل بتتين من المعلومات.
3. معدل الرمز
معدل الرمز هو معدل الرمز، بالباود/الثانية أو الرمز/الثانية، ويمثل عدد الرموز المرسلة في الثانية. ويسمى معدل الرمز أيضًا معدل الباود أو معدل الرمز. يحدد معدل الرمز كفاءة الاتصال. من الواضح أنه كلما زاد عدد حالات الرمز لطريقة التعديل (4QAM في المثال أعلاه)، زادت قيمة معدل الرمز، وزاد عدد البتات التي يمكن إرسالها في الثانية. من الواضح أن
معدل نقل البيانات=معدل الرمز × عدد البتات في الرمز
المنفذ التسلسلي الذي نستخدمه عادةً لا يحتوي على أي تعديل على الإطلاق. تمثل المستويات العالية والمنخفضة المرسلة مباشرة 1 و0، أي أن البت هو رمز، لذا فإن معدل الباود الخاص به هو معدل الإرسال. معدل الباود للمنفذ التسلسلي الذي نتحدث عنه هو 115200، أي أنه في ظل هذا الإعداد، يمكن أن يصل معدل النقل إلى 115200 بت/ثانية.
بعد الحديث عن المفاهيم الثلاثة المذكورة أعلاه، يمكننا أن نتحدث عن عرض النطاق الترددي.
عرض النطاق الترددي هو في الواقع مفهوم فيزيائي، فهو يشير إلى عرض الطيف المشغول. عند تصميم نظام اتصالات، فإن عرض النطاق الترددي هو في الواقع كمية يحددها التصميم. من المهم جدًا أن تفهم أن النظام ما هو معدل البيانات الذي ستدعمه؟ ما هي طريقة التعديل المستخدمة؟ ما هو الترميز المستخدم؟ بعد أخذ كل ذلك بعين الاعتبار، تحدد هذه المؤشرات مقدار النطاق الترددي الذي تحتاجه قناتك. تحدد طرق التشفير المختلفة (أغراض مختلفة، والتحقق، وتصحيح الأخطاء، وما إلى ذلك، لغرض واحد فقط، لتحسين موثوقية الإرسال) إجمالي كمية المعلومات التي ترسلها في النهاية (البيانات التي سيتم إرسالها + المعلومات الضرورية الأخرى)، والتعديل تحدد الطريقة معدل الرموز الذي يتم به إرسال هذه البيانات في النهاية.
لذا فإن السؤال هو، ما هي العلاقة بين عرض النطاق الترددي وعرض النطاق الترددي؟ يمكن وصف العلاقة بين عرض النطاق الترددي للقناة ومعدل نقل البيانات من خلال نظرية شانون ومعيار نيكويست.
نظرية شانون:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S هي متوسط قدرة الإشارة المرسلة في القناة، وN هي قدرة الضوضاء الغوسية داخل القناة
وهذا يعني أنه إذا لم يكن للقناة أي ضوضاء، فإن عرض النطاق الترددي الذي تدعمه القناة يكون لا نهائيًا. وبطبيعة الحال، فإنه من المستحيل أن يكون في الواقع أي ضجيج.
تعطي نظرية شانون الحد الأعلى النظري لسعة القناة، لكنها تبدو وهمية بعض الشيء، لأنه يبدو أنه لا علاقة لها بمعدل الباود، ومعدل الكود، وما إلى ذلك، ويتم تحديد العلاقة بينهما بواسطة معيار نيكويست.
معيار نيكويست: بالنسبة لقناة ذات تمرير منخفض خالية من الضوضاء مع عرض نطاق W (هرتز)، يكون أعلى معدل إرسال رمز Bmax:
Bmax=2W (Baud)، أي أن الحد الأقصى لمعدل إرسال الرمز لقناة تمرير منخفض مثالية لكل عرض نطاق هرتز هو رمزان في الثانية.
وفقًا للتعريف السابق لوحدة الباود، إذا كان عدد حالات الرمز لطريقة التشفير هو M، فسيتم الحصول على الحد الأقصى لمعدل نقل المعلومات (سعة القناة) Cmax:
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (تشير التعليقات إلى أن هذه حالة تمرير منخفض، ولكنها لا تؤثر على الفهم)
ما يريد نيكويست أن يخبرنا به هو أنه إذا كان كل رمز ينقل بتًا معينًا، وإذا كانت قناتي تدعم فقط عرض نطاق ترددي يبلغ W (هرتز)، فيمكنك فقط إعطائي معلومات Cmax (بت) في الثانية على الأكثر، ولا يمكنني تناول أي منها أكثر. على العكس من ذلك، عندما يكون عرض النطاق الترددي معروفًا ويتم تحديد سعة القناة Cmax بواسطة نظرية شانون، فإن معيار Nyquist يعطي في الواقع الحد الأقصى لعدد البتات (مثل عدد QAMs) المنقولة لكل رمز في النظام.
وبالعودة إلى الجملة أعلاه، عرض النطاق الترددي هو الكمية التي يتم تحديدها حسب التصميم. أرغب في نقل الكثير من البيانات، ويمكن أن يكون لنسبة الإشارة إلى الضوضاء القصوى للقناة قيمة متوقعة بشكل أساسي. عليك على الأقل إنشاء قناة لي تلبي نظرية شانون. وغني عن القول أن عرض النطاق الترددي أقل، وهناك المزيد من النفايات. عليك أن تعرف الطيف. الموارد غالبا ما تكون ثمينة جدا. وأيضًا، يجب أن تتوافق دائرة التردد اللاسلكي، وتصميم الأجهزة، والفلتر مع عرض النطاق الترددي هذا بالنسبة لي. إذا كان أقل، فلن ينجح. إذا كان عرض النطاق الترددي أكبر من اللازم، فقد تتسرب إشارة التداخل الخارجية إلى الداخل، ولن يعمل مضاد التداخل.
وأخيرا، دعونا نتحدث عن الناقل. كما يوحي الاسم، فإن الناقل هو الناقل لتعديل الإشارة ونقلها. له تردد مركزي واحد فقط ولا علاقة له بعرض النطاق نفسه. على سبيل المثال، ينص بروتوكول 11n على أنه يمكنه العمل في نطاق تردد 2G أو في نطاق تردد 5G، والعوامل الأخرى هي نفسها. بافتراض عرض النطاق الترددي 20M، فإن تردد الناقل هو 2.4 جيجا هرتز عند العمل في نطاق تردد 2G، ثم موارد الطيف التي تشغلها فعليًا هي 2.390 جيجا هرتز-2.410 جيجا هرتز. عند العمل في نطاق تردد 5G، يكون تردد الناقل هو 5 جيجا هرتز، وموارد الطيف التي يشغلها فعليًا هي 4.990 جيجا هرتز-5.010 جيجا هرتز.
وفي نهاية هذا المقال كيف أفهم العلاقة بين عرض النطاق الترددي للبيانات وتردد الموجة الحاملة وعرض النطاق الترددي الناقل في أنظمة الاتصالات اللاسلكية مع إجابتي في هذا الرابط؟ كنهاية. إن سبب احتلال الإشارة لعرض النطاق الترددي هو أمر أساسي حقًا، لأن الطيف الذي تشغله الإشارة الرقمية (أليس مجرد موجة غير دورية مثل الموجة المربعة) هو في الواقع واسع بلا حدود بعد تحويل فورييه.
