ある科目をしっかりと学びたいなら、まずその概念が明確でなければなりません。よく理解していない場合は、学習しながらそれらの概念を理解するために前後に戻るのが最善です。理論を理解することが時々混乱するのは、概念自体が明確ではないからだと思います。 Zhihu に関するいくつかの質問を見てください。コンセプトが明確であれば、そのような専門的でない質問はしません。
まず、データ伝送速度、シンボル (シンボル)、およびシンボル レートの 2 つの基本概念を見てみましょう。
1. データ転送速度
コード レート、ビット レート、またはデータ帯域幅とも呼ばれ、通信で 1 秒あたりに送信されるデータ コードのビット数を bps 単位で表します。これは理解しやすく、1 秒あたり何ビットのデータが送信されるかが「必要なだけ」です。
2. シンボル（記号）
シンボルとも呼ばれます。さまざまな変調方法 (FSK、QAM など) を通じて、複数ビットの情報を 1 つのシンボル シンボルにロードできます。たとえば、下の図は 4QAM (つまり QPSK) で変調された 4 つのシンボルすべてを示しており、1 つのシンボルは 2 ビットの情報を運ぶことができます。
3. シンボルレート
シンボル レートは、Baud/s または sym/s 単位のシンボル レートで、1 秒あたりに送信されるシンボルの数を表します。シンボル レートは、ボー レートまたはシンボル レートとも呼ばれます。シンボルレートは通信効率を決定します。明らかに、変調方式 (上記の例では 4QAM) のシンボル状態が多いほど、シンボル レート値が大きくなり、1 秒あたりに送信できるビット情報が増えます。明らかに持っています
データ伝送速度=シンボル レート x シンボル内のビット数
私たちが通常使用するシリアル ポートには変調がまったくありません。送信される高レベルと低レベルは 1 と 0 を直接表します。つまり、ビットはシンボルであるため、そのボー レートが送信レートになります。ここで説明しているシリアル ポートのボー レートは 115200 です。つまり、この設定では、送信速度は 115200bit/s に達します。
上記の 3 つの概念について説明した後、帯域幅について説明します。
帯域幅は実際には物理的な概念であり、占有スペクトルの幅を指します。通信システムを設計する場合、帯域幅は実際には設計によって決定される量です。システムがどのようなデータ レートをサポートするのかを理解することが非常に重要です。どのような変調方式が使用されていますか?どのようなエンコーディングが使用されていますか?すべてを考慮した上で、これらの指標によってチャネルに必要な帯域幅が決まります。さまざまな符号化方式（さまざまな目的、チェック、誤り訂正など、目的はひとつで、伝送の信頼性を向上させる）により、最終的に送信する情報の総量（送信するデータ＋その他必要な情報）が決まり、変調この方法は、これらのデータが最終的に送信されるシンボル レートを決定します。
そこで問題は、帯域幅と帯域幅の間にはどのような関係があるのかということです。チャネル帯域幅とデータ伝送速度の関係は、シャノンの定理とナイキストの基準によって説明できます。
シャノンの定理:
Cmax=Wlog2(1+S/N)(b/s) S はチャネルで送信される信号の平均パワー、N はチャネル内のガウス ノイズ パワー
つまり、チャネルにノイズがない場合、チャネルによってサポートされる帯域幅は無限になります。もちろん、実際にノイズがないということは不可能です。
シャノンの定理はチャネル容量の理論上の上限を示しますが、ボー レートやコード レートなどとは関係がないようで、それらの間の関係はナイキスト基準によって与えられるため、少し幻想的に見えます。
ナイキスト基準: 帯域幅 W (Hz) のノイズのないローパス チャネルの場合、最高シンボル送信レート Bmax:
Bmax=2W (ボー)、つまり、ヘルツ帯域幅あたりの理想的なローパス チャネルの最大シンボル送信レートは、1 秒あたり 2 シンボルです。
ボー単位の前述の定義によれば、符号化方式のシンボル状態の数が M の場合、限界情報伝送速度 (チャネル容量) Cmax は次のように得られます。
Cmax=2Wlog2(M) (b/s) (コメントではこれがローパスの場合であると指摘されていますが、理解には影響しません)
ナイキストが私たちに言いたいのは、各シンボルが特定のビットを送信する場合、私のチャネルが W (Hz) の帯域幅しかサポートしていない場合、1 秒あたり最大で Cmax (ビット) の情報しか提供できず、何も食べられないということです。もっと。逆に、帯域幅が既知で、チャネル容量 Cmax がシャノンの定理によって決定されている場合、ナイキスト基準は実際にシステム内のシンボルごとに送信される最大ビット数 (QAM の数など) を示します。
上の文に戻ると、帯域幅は設計によって決定される量です。非常に多くのデータを送信したいのですが、チャネルの最大信号対雑音比は基本的に予測値を持つことができます。少なくともシャノンの定理を満たすチャンネルを私のために作成する必要があります。言うまでもなく、帯域幅は減少し、無駄が増加します。スペクトルを知る必要があります。多くの場合、リソースは非常に貴重です。また、RF 回路、ハードウェア設計、フィルターがこの帯域幅を満たしている必要があります。それ以下の場合は動作しません。帯域幅が広すぎると、外部の干渉信号が漏洩する可能性があり、干渉防止が機能しなくなります。
最後にキャリアについてお話します。名前が示すように、キャリアは信号の変調と送信のキャリアです。中心周波数は 1 つだけであり、帯域幅自体とは何の関係もありません。たとえば、11n プロトコルは、2G 周波数帯域または 5G 周波数帯域で動作できることが規定されており、他の要素は同じです。帯域幅が 20M であると仮定すると、2G 周波数帯域で動作するときのキャリア周波数は 2.4GHz となり、実際に占有するスペクトル リソースは 2.390GHz-2.410GHz になります。 5G 周波数帯域で動作する場合、搬送周波数は 5 GHz で、実際に占有するスペクトル リソースは 4.990 GHz-5.010 GHz です。
この記事の最後に、このリンクにある私の回答を使用して、無線通信システムにおけるデータ帯域幅、キャリア周波数、キャリア帯域幅の関係をどのように理解すればよいですか?終わりとして。なぜ信号が帯域幅を占有するかということは非常に基本的なことであり、デジタル信号によって占有されるスペクトル (方形波のように非周期的ではないでしょうか) は実際にはフーリエ変換後に無限に広いからです。
