Sự khác biệt giữa Hz và bps

Liệu Hz và bps có nghĩa giống nhau không? Có thể truyền tín hiệu ở tốc độ nói Mbps trên băng thông kênh vài Khz không?

Thực tế có ba điều khoản bạn muốn biết về

Băng thông

Băng thông được đo bằng Hz. Nó mô tả dải tần số mà một kênh truyền thông có thể truyền đi với tổn thất thấp.

Thông thường chúng ta nói về băng thông 3 dB, nghĩa là dải tần số mà kênh có thể truyền đi với mức tổn thất dưới 3 dB. Đối với hệ thống băng cơ sở , băng thông mở rộng từ 0 Hz đến tần số B mà chúng ta gọi là băng thông. Đối với hệ thống được điều chế nếu sóng mang ở f ₀ , thì băng truyền sẽ từ $f_0 - B/2$ đến $f_0 + B/2$ .

Ngoài ra, ngoài lý thuyết thông tin, thuật ngữ băng thông có thể được sử dụng rộng rãi hơn như một từ đồng nghĩa với tốc độ bit hoặc cho khả năng xử lý dữ liệu, nhưng khi các đơn vị là Hz, chúng ta biết rằng chúng ta đang nói về băng thông tương tự của đường dẫn tín hiệu là một số loại.

Baud

Bạn đã không hỏi về điều này, nhưng điều quan trọng là phải giữ điều này tách biệt trong tâm trí của bạn khỏi hai điều khoản khác. Baud là số lượng biểu tượng được truyền mỗi giây trên kênh.

Tốc độ bit

Tốc độ bit cho biết lượng thông tin được truyền trên một kênh và được đo bằng bit trên giây hoặc bps. Tốc độ bit khác với baud nếu nhiều hơn một bit được truyền trên mỗi ký hiệu. Ví dụ, trong sơ đồ điều chế biên độ 4 cấp, mỗi ký hiệu có thể mã hóa 2 bit thông tin. Cách khác, ví dụ, khi sử dụng mã sửa lỗi, tốc độ bit có thể nhỏ hơn tốc độ baud, vì một số lượng lớn hơn các ký hiệu được sử dụng để truyền tải số lượng thông tin độc lập nhỏ hơn.

Định lý Shannon cho thấy tốc độ bit bị giới hạn bởi băng thông và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của kênh:

$C = B\ \log_2(1 + \mathrm{SNR})$

Trong đó C là dung lượng (tốc độ bit tối đa của kênh), B là băng thông của kênh và SNR là tỷ lệ tín hiệu / nhiễu.

Hertz và Bits mỗi giây không có nghĩa giống nhau. Họ có một mối quan hệ, được xác định bởi mã hóa bit được sử dụng.

Để minh họa :

• Khóa dịch chuyển pha cầu phương : Bằng cách mã hóa đến một trong 4 vị trí pha cho mỗi "sóng" hoặc ký hiệu, có thể mang theo 2 bit cho mỗi ký hiệu. Như vậy:
• Do đó, nhà cung cấp 100 KHz có thể mang 200 kbps dữ liệu trong trường hợp lý tưởng, bỏ qua mọi chi phí giao thức.

Để đạt được truyền Mbps trên kênh KHz, mã hóa sẽ cần phải thực hiện hàng trăm giá trị duy nhất cho mỗi biểu tượng. Mặc dù điều này không phải là khái niệm không thể, nhưng nó không đủ tầm thường để sử dụng thực tế, theo hiểu biết của tôi.

Đối với chỉ 3 bit cho mỗi ký hiệu, người ta cần 8 giá trị có thể.

Làm thế nào một người có thể mã hóa 8 giá trị có thể cho mỗi biểu tượng?

Ví dụ, bằng cách có 8 (hoặc 9) giá trị điện áp khác nhau, áp đặt cho tín hiệu ... cho 8 giá trị có thể mà mỗi ký hiệu (thời lượng sóng) mang. Giá trị thứ chín nếu được sử dụng sẽ là giá trị "không-op" hoặc "bỏ qua" này.

Mặc dù điều này là đơn giản trong một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhưng nó không đơn giản như vậy trong phương tiện truyền dẫn trong thế giới thực. Vấn đề chỉ trở nên tồi tệ hơn với các yêu cầu mức mã hóa cao hơn. 4 bit cần 16 giá trị, 8 bit cho mỗi ký hiệu cần 256 giá trị, sẽ chỉ mang lại tốc độ bps gấp 8 lần tốc độ KHz.

Chúng là những khái niệm tương tự nhau ở chỗ cả hai đều đo lường tỷ lệ của một thứ, nhưng không giống nhau. Hz, hay hertz, có nghĩa là chu kỳ mỗi giây và là thước đo tần số. bps là "bit trên giây" hoặc ít hơn "byte mỗi giây". Mối quan hệ giữa hai người sẽ phụ thuộc vào cách mã hóa một bit.

Khi chúng ta nói về "băng thông kênh", có lẽ chúng ta đang nói về điều chế RF. Các tín hiệu RF thường được cho là có tần số sóng mang , là tần số trung tâm sau đó được điều chế (bằng bất kỳ số lượng phương tiện nào) để mã hóa dữ liệu. Wi-Fi, ví dụ, thường có tần số sóng mang khoảng 2,4 GHz. Mỗi kênh Wi-Fi là một tần số hơi khác nhau.

Để mã hóa tín hiệu quan tâm, chúng tôi thay đổi hãng này bằng cách nào đó. Chúng ta có thể thay đổi tần số của nó (điều chế tần số, FM) hoặc đó là biên độ (điều chế biên độ, AM). Hoặc chúng ta có thể bật và tắt (điều chế sóng mang, CW). Đây là tất cả các sơ đồ điều chế đơn giản. Một cái gì đó như Wi-Fi sử dụng sơ đồ phức tạp hơn nhiều.

Nếu chúng ta thực hiện biến đổi Fourier của sóng mang + điều chế kết quả, chúng ta có thể thấy phạm vi tần số được sử dụng bởi tín hiệu này. Các tín hiệu khác sử dụng cùng phạm vi sẽ can thiệp. Sự khác biệt giữa tần số thấp nhất và cao nhất là băng thông kênh .

Một lần nữa, bao nhiêu dữ liệu (bit trên giây) bạn có thể phù hợp với băng thông kênh nhất định phụ thuộc nhiều vào sơ đồ điều chế của bạn.

Hz có nghĩa là chu kỳ mỗi giây . Chỉ, chu kỳ là một cái gì đó được hiểu. Vì lý do thuận tiện, chu trình này không xuất hiện trong các đơn vị, vì vậy các đơn vị chỉ là s. Điều này là do nhiều loại công thức có kết quả là tần số sẽ không tạo ra đơn vị chu kỳ này . Tần suất sẽ ra là . Chẳng hạn, sử dụng công thức cho tần số góc -3dB của bộ lọc RC, , phía bên tay phải không có chu kỳ ở bất kỳ đâu. Các đơn vị hủy xuống . Dung là cườm mỗi volt, . Điện trở là volt trên mỗi hiện tại, 1 / s f = $1/$$1/s$ 1/sC/VV/IC/II/CC1/$f = \frac{1}{2\pi RC}$$1/s$$C/V$$V/I$, do đó điện áp hủy bỏ và RC trở thành , làm cho đối ứng của nó . Nhưng hiện tại là coulomb mỗi giây và do đó, hủy bỏ để lại .$C/I$$I/C$$C$$1/s$

Nhưng không phải bất kỳ sự xuất hiện trong công thức đều có thể được thay thế bằng Hertz! Ví dụ, vận tốc là mét mỗi giây. Một vật chuyển động với vận tốc không đổi theo đường thẳng có tốc độ mét trên giây, nhưng chuyển động của nó không thể hiện bất cứ thứ gì được kết nối với tần số (kết nối lượng tử giữa năng lượng và tần số sang một bên). Hertz thường dành cho tần số tín hiệu, dao động và các sự kiện định kỳ giống như dao động. Đó là cho các tình huống trong đó chúng ta có thể xác định trong công thức và khi có ý nghĩa giả vờ rằng có thể được thay thế bằng các chu kỳ , do một số quy trình hoặc tín hiệu lặp đi lặp lại biểu hiện hiện tượng tần số.1 / s $1/s$$1/s$$1$

Là bit trên giây Hertz? Trước hết, việc truyền thông các bit không phải là định kỳ. Nếu bạn nhận được 3600 bit trong một giờ, điều đó không có nghĩa là có tín hiệu 1 Hz liên quan. Các bit có thể đã đến trong khoảng thời gian lẻ tẻ. Chẳng hạn, 3599 bit có thể đã đến trong 5 phút đầu tiên và sau đó bạn đợi thêm 55 phút cho lần cuối.

Ngay cả khi tốc độ dữ liệu hoàn toàn trơn tru, điều đó không có nghĩa là bit trên giây là Hertz. Giả sử rằng các bit được đặt gọn gàng trên tám đường thẳng song song. Sau đó, 800 bit mỗi giây thực sự có nghĩa là tần số đến của bất kỳ một bit nào là 100 Hz, giống như tần số của từ tám bit có chứa nó.

Re: Có thể truyền tín hiệu ở tốc độ nói Mbps trên băng thông kênh vài Khz không?

Có, nếu kênh hoàn toàn không có tiếng ồn. Chỉ riêng băng thông tương tự không hạn chế băng thông kỹ thuật số. Băng thông cùng với nhiễu, tuy nhiên, giới hạn giới hạn trên của dung lượng kênh. Xem trang Wikipedia định lý Shannon-Hartley . Tại sao không giới hạn dung lượng băng thông? Theo trực giác, chúng ta có thể xem xét nó như thế này: xem xét các hàm trong khoảng trên dòng số thực. Ngay cả khi chúng ta giới hạn trí tưởng tượng của mình chỉ những chức năng liên tục, trơn tru, khác biệt ở mọi nơi trong$[a,b]$$[a,b]$và không có thành phần nào trên một tần số nhất định (bị giới hạn băng thông), vẫn còn vô hạn không thể đếm được của tất cả các chức năng như vậy. Do đó các hàm tương ứng với các số thực. Tức là tín hiệu thời lượng có thể biểu thị bất kỳ số thực nào bằng cách ánh xạ nó tới một số hình dạng hàm trong băng thông được phép. Điều này chỉ tùy thuộc vào độ phân giải của người gửi và người nhận để quyết định mức độ lợi dụng của kênh không có tiếng ồn về mặt lý thuyết.$[a,b]$

Giả sử rằng bạn có hai tần số F1 và f2 và F1 đại diện cho 0 và f2 đại diện cho 1. Hơn nữa giả sử rằng bạn cần ít nhất một khoảng cách giữa hai tần số để chúng không gây nhiễu. Cuối cùng, mỗi tần số phải được truyền trong T giây để nó được truyền và phát hiện một cách đáng tin cậy. Vì vậy, tốc độ bit là (1 / T) bit / giây.

Bây giờ bạn muốn tăng tốc độ bit. Một cách để làm điều đó là sử dụng 4 tần số thay vì 2. Vì vậy, ánh xạ có thể giống như vậy.

F1: 00, f2: 01, f3: 10, f4: 11

Vì vậy, bây giờ bạn có thể truyền 2 bit trong cùng thời lượng T. Vì vậy, tốc độ bit là (2 / T) bit / giây. Yêu cầu băng thông đã tăng từ 2 * delta lên 4 * delta (3 deltas giữa 4 tần số và delta / 2 ở hai đầu). Vì vậy, ví dụ này trong các thuật ngữ rất đơn giản cho bạn thấy mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ dữ liệu. Tăng băng thông sẽ làm tăng tốc độ dữ liệu.