Разница между Гц и бит / с

Значит ли Hz и bps одно и то же? Может ли сигнал передаваться со скоростью, скажем, Мбит / с на полосе пропускания канала в несколько кГц?

Есть на самом деле три условия, которые вы хотите знать о

Пропускная способность

Пропускная способность измеряется в Гц. Он описывает полосу частот, которую канал связи может передавать с малыми потерями.

Обычно мы говорим о полосе пропускания 3 дБ, что означает диапазон частот, которые канал может передавать с потерями менее 3 дБ. Для системы основной полосы частот полоса пропускания простирается от 0 Гц до частоты B, которую мы называем полосой пропускания. Для модулированной системы, если несущая находится в f ₀ , тогда полоса передачи будет от до f 0 + $f_0 - B/2$ .$f_0 + B/2$

Кроме того, вне теории информации, термин « полоса пропускания» может использоваться более широко в качестве синонима для скорости передачи данных или для пропускной способности обработки данных, но когда используются единицы измерения Гц, мы знаем, что речь идет об аналоговой полосе пропускания пути прохождения сигнала какой-то.

Бод

Вы не спрашивали об этом, но также важно держать это в своем разуме от двух других терминов. Бод - это количество символов, передаваемых в секунду на канале.

Битрейт

Битрейт указывает количество информации, передаваемой по каналу, и измеряется в битах в секунду или бит / с. Скорость передачи отличается от скорости передачи, если на символ передается более одного бита. Например, в четырехуровневой схеме амплитудной модуляции каждый символ может кодировать 2 бита информации. Альтернативно, например, когда используется код с исправлением ошибок, скорость передачи в битах может быть меньше скорости передачи в бодах, поскольку большее количество символов используется для передачи меньшего количества битов независимой информации.

Теорема Шеннона показывает, как скорость передачи данных ограничена пропускной способностью и отношением сигнал / шум канала:

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

где C - это емкость (максимальная скорость канала), B - ширина полосы канала, а SNR - отношение сигнал / шум.

Герц и бит в секунду не означают одно и то же. Они имеют отношение, определяемое используемой битовой кодировкой.

Для иллюстрации :

• Квадратурная фазовая манипуляция : путем кодирования в одно из 4 положений фазы для каждой «волны» или символа можно переносить 2 бита на символ. Таким образом:
• Таким образом, в идеальном случае несущая 100 кГц может переносить данные 200 кбит / с , игнорируя любые издержки протокола.

Для достижения передачи в Мбит / с по каналу КГц кодирование должно достигать сотен уникальных значений на символ. Хотя это не является концептуально невозможным, на мой взгляд, это не так просто, чтобы быть в практическом использовании.

Всего на 3 бита на символ требуется 8 возможных значений.

Как можно было бы кодировать 8 возможных значений на символ?

Имея, например, 8 (или 9) различных значений напряжения, наложенных на сигнал ... для 8 возможных значений, которые несет каждый символ (длительность волны). Девятое значение, если используется, будет для значения "no-op" или "ignore this".

Хотя это просто в лабораторном эксперименте, в реальных средах передачи это не так просто. Проблема только усугубляется с более высокими требованиями к уровню кодирования. 4 бита требуют 16 значений, 8 битов на символ требуют 256 значений, что дает скорость передачи данных в 8 раз больше частоты КГц.

Они похожи в том, что они оба измеряют скорость, но не одно и то же. Гц, или герц, означает количество циклов в секунду и является показателем частоты. bps - это «бит в секунду» или реже «байт в секунду». Отношения между ними будут зависеть от того, как бит закодирован.

Когда мы говорим о «пропускной способности канала», мы, вероятно, говорим о радиочастотной модуляции. Обычно говорят, что радиочастотные сигналы имеют несущую частоту , которая является центральной частотой, которая затем модулируется (любым количеством средств) для кодирования данных. Например, Wi-Fi часто имеет несущие частоты около 2,4 ГГц. Каждый канал Wi-Fi имеет немного другую частоту.

Чтобы кодировать интересующий сигнал, мы каким-то образом меняем этот носитель. Мы можем изменить его частоту (частотная модуляция, FM) или ее амплитуду (амплитудная модуляция, AM). Или мы можем включить и выключить его (модуляция несущей, CW). Это все простые схемы модуляции. Что-то вроде Wi-Fi использует гораздо более сложную схему.

Если мы возьмем преобразование Фурье результирующей несущей + модуляцию, мы увидим диапазон частот, используемых этим сигналом. Другие сигналы, которые используют тот же диапазон, будут мешать. Разница между самой низкой и самой высокой частотами - это ширина полосы канала .

Опять же, сколько данных (бит в секунду) вы можете разместить в данной полосе пропускания канала, сильно зависит от вашей схемы модуляции.

$1/$$1/s$$f = \frac{1}{2\pi RC}$$1/s$$C/V$$V/I$, так что напряжение исчезает и RC становится $C/I$делая свою взаимность $I/C$, Но ток в кулонах в секунду, и поэтому$C$отменить выезд $1/s$,

Но не любое появление $1/s$в формуле можно заменить на герц! Например, скорость составляет метры в секунду. Объект, движущийся с постоянной скоростью по прямой линии, имеет скорость в метрах в секунду, но его движение не демонстрирует ничего, связанного с частотой (кроме квантовой связи между энергией и частотой). Герц обычно для частот сигналов, колебаний и периодических событий, напоминающих колебания. Это для ситуаций, когда мы можем определить$1/s$ в формуле, и когда имеет смысл делать вид, что $1$могут быть заменены циклами из-за некоторого повторяющегося процесса или сигнала, проявляющего явление частоты.

Есть биты в секунду Герц? Прежде всего, передача битов не должна быть периодической. Если вы получаете 3600 бит в час, это не значит, что была задействована сигнализация с частотой 1 Гц. Куски могли прибыть через отдельные промежутки времени. Например, за первые 5 минут могло прийти 3599 битов, а затем вы подождали еще 55 минут до последнего.

Даже если скорость передачи данных идеально ровная, это не значит, что бит в секунду - это Герц. Предположим, что биты аккуратно синхронизированы по восьми параллельным линиям. Тогда 800 бит в секунду фактически означают, что частота прихода любого одного бита равна 100 Гц, так же, как и частота восьмибитового слова, которое его содержит.

Re: Может ли сигнал передаваться со скоростью, скажем, Мбит / с на полосе пропускания канала несколько кГц?

Да, если канал абсолютно бесшумный. Одна аналоговая полоса пропускания не ограничивает цифровую полосу пропускания. Однако полоса пропускания и шум ограничивают верхнюю границу пропускной способности канала. Смотрите страницу Википедии о теореме Шеннона-Хартли . Почему пропускная способность не ограничивает пропускную способность? Интуитивно мы можем посмотреть на это так: рассмотрим функции над$[a,b]$интервал на линии действительного числа. Даже если мы ограничим наше воображение только теми функциями, которые непрерывны, гладки, дифференцируемы повсюду в$[a,b]$и которые не имеют компонентов выше определенной частоты (имеют ограниченную полосу пропускания), все еще существует неисчислимая бесконечность всех возможных таких функций. Таким образом, функции соответствуют действительным числам. Т.е. этот сигнал длительности$[a,b]$ может представлять любое действительное число, отображая его в некоторой форме функции в пределах разрешенной полосы пропускания. Только разрешение отправителя и получателя решает, какое преимущество они получают от теоретически неограниченной пропускной способности канала без помех.

Предположим, что у вас есть две частоты f1 и f2, а f1 представляет 0, а f2 представляет 1. Далее предположим, что вам необходимо как минимум разделение дельты между двумя частотами, чтобы они не мешали друг другу. Наконец, каждая из частот должна передаваться в течение T секунд, чтобы она была надежно передана и обнаружена. Таким образом, скорость передачи данных составляет (1 / T) бит / с.

Теперь вы хотите увеличить скорость передачи данных. Один из способов сделать это - использовать 4 частоты вместо 2. Таким образом, отображение может быть примерно таким.

f1: 00, f2: 01, f3: 10, f4: 11

Так что теперь вы можете передавать 2 бита с одинаковой длительностью T. Таким образом, скорость передачи битов (2 / T) бит / с. Требуемая полоса пропускания увеличилась с 2 * дельта до 4 * дельта (3 дельты между 4 частотами и дельта / 2 на двух концах). Таким образом, этот пример в очень простых терминах показывает вам связь между пропускной способностью и скоростью передачи данных. Увеличение пропускной способности увеличивает скорость передачи данных.