diferencia entre Hz y bps

En realidad, hay tres términos que desea conocer

Bandwidth

Ancho de banda se mide en Hz. Describe la banda de frecuencia que un canal de comunicación puede transmitir con baja pérdida.

Por lo general, hablamos de un ancho de banda de 3 dB, lo que significa el rango de frecuencias que un canal puede transmitir con menos de 3 dB de pérdida. Para un sistema de banda base , el ancho de banda se extiende desde 0 Hz a una frecuencia B que llamamos ancho de banda. Para un sistema modulado si el operador está en f ₀ , entonces la banda de transmisión sería de \ $ f_0 - B / 2 \ $ a \ $ f_0 + B / 2 \ $.

Además, fuera de la teoría de la información, el término ancho de banda se puede usar más ampliamente como sinónimo de tasa de bits o de capacidad de procesamiento de datos, pero cuando las unidades son Hz, sabemos que estamos hablando del ancho de banda analógico de una ruta de señal de algún tipo.

Baud

No preguntaste sobre esto, pero también es importante mantener esto separado en tu mente de los otros dos términos. Baud es el número de símbolos transferidos por segundo en el canal.

Velocidad de bits

Bit rate indica la cantidad de información transferida en un canal, y se mide en bits por segundo o bps. La velocidad de bits es diferente de baudios si se transfiere más de un bit por símbolo. Por ejemplo, en un esquema de modulación de amplitud de 4 niveles, cada símbolo puede codificar 2 bits de información. Alternativamente, por ejemplo, cuando se usa un código de corrección de errores, la velocidad de bits puede ser menor que la velocidad de transmisión, ya que se utiliza un número mayor de símbolos para transmitir un número menor de bits de información independiente.

El teorema de Shannon muestra cómo la velocidad de bits está limitada por el ancho de banda y la relación señal / ruido del canal:

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

donde C es la capacidad (tasa de bits máxima del canal), B es el ancho de banda del canal y SNR es la relación señal / ruido.

Hertz y Bits por segundo no significan lo mismo. Tienen una relación, determinada por la codificación de bits utilizada.

Para ilustrar :

• Cuadratura de cambio de fase en cuadratura : mediante la codificación de una de las 4 posiciones de fase para cada "onda" o símbolo, 2 bits se pueden llevar por símbolo. Así:
• Por lo tanto, un operador de 100 KHz puede transportar 200 kbps de datos en el caso ideal, ignorando cualquier sobrecarga de protocolo.

Para lograr la transmisión de Mbps en un canal de KHz, la codificación debería cumplir cientos de valores únicos por símbolo. Si bien esto no es conceptualmente imposible, no es lo suficientemente trivial para ser de uso práctico, que yo sepa.

Para solo 3 bits por símbolo, se necesitan 8 valores posibles.

¿Cómo podría uno codificar 8 valores posibles por símbolo?

Al tener 8 (o 9) valores de voltaje diferentes, por ejemplo, impuestos en una señal ... para los 8 valores posibles que lleva cada símbolo (duración de la onda). El noveno valor, si se usa, sería para un valor "no-op" o "ignorar esto".

Si bien esto es simple en un experimento de laboratorio, no es tan simple en los medios de transmisión del mundo real. El problema solo empeora con los requisitos de mayor nivel de codificación. 4 bits necesitan 16 valores, 8 bits por símbolo necesitan 256 valores, lo que daría como resultado una velocidad de bps 8 veces la velocidad de KHz.

Son conceptos similares porque ambos miden la velocidad de una cosa, pero no de la misma forma. Hz, o hertz, significa ciclos por segundo, y es una medida de frecuencia. bps es "bits por segundo", o menos frecuentemente "bytes por segundo". La relación entre los dos dependerá de cómo se codifique un bit.

Cuando estamos hablando de "ancho de banda de canal", probablemente estamos hablando de modulación de RF. Se suele decir que las señales de RF tienen una frecuencia portadora , que es una frecuencia central que luego se modula (por cualquier número de medios) para codificar los datos. Wi-Fi, por ejemplo, a menudo tiene frecuencias portadoras de alrededor de 2.4 GHz. Cada canal de Wi-Fi es una frecuencia ligeramente diferente.

Para codificar la señal de interés, cambiamos este operador de alguna manera. Podríamos variar su frecuencia (modulación de frecuencia, FM) o su amplitud (modulación de amplitud, AM). O podríamos encenderlo y apagarlo (modulación de onda portadora, CW). Estos son todos los esquemas de modulación simples. Algo así como Wi-Fi utiliza un esquema mucho más complejo.

Si tomamos la transformada de Fourier de la modulación + portadora resultante, podemos ver el rango de frecuencias que utiliza señal. Otras señales que usen el mismo rango interferirán. La diferencia entre las frecuencias más bajas y más altas es el ancho de banda del canal .

Una vez más, la cantidad de datos (bits por segundo) que puede caber en un ancho de banda de canal determinado depende en gran medida de su esquema de modulación.

Hz significa ciclos por segundo . Sólo, ciclos es algo que se entiende. Por razones de conveniencia, este ciclos no aparece en las unidades, por lo que las unidades son solo \ $ 1 / \ $ s. Esto se debe a que muchos tipos de fórmulas cuyo resultado es la frecuencia no producirán esta unidad ciclos . La frecuencia saldrá como \ $ 1 / s \ $. Por ejemplo, en la fórmula para la frecuencia de esquina de -3dB de un filtro RC, \ $ f = \ frac {1} {2 \ pi RC} \ $, el lado derecho no tiene ciclos en ninguna parte. Las unidades se cancelan a \ $ 1 / s \ $. La capacitancia es coulombs por voltio, \ $ C / V \ $. La resistencia es voltios por corriente, \ $ V / I \ $, por lo que el voltaje se cancela y RC se convierte en \ $ C / I \ $, haciendo que su recíproco \ $ I / C \ $. Pero actual es coulombs por segundo, por lo que los \ $ C \ $ 's cancelan dejando \ $ 1 / s \ $.

¡Pero Hertz no puede reemplazar ninguna aparición de \ $ 1 / s \ $ en una fórmula! Por ejemplo, la velocidad es de metros por segundo. Un objeto que se mueve a una velocidad constante en una línea recta tiene una velocidad de metros por segundo, pero su movimiento no muestra nada conectado con la frecuencia (aparte de las conexiones cuánticas entre la energía y la frecuencia). Hertz es generalmente para frecuencias de señales, oscilaciones y eventos periódicos que se asemejan a oscilaciones. Es para situaciones donde podemos identificar un \ $ 1 / s \ $ en la fórmula, y cuando tiene sentido pretender que el \ $ 1 \ $ puede reemplazarse por ciclos , debido a algún proceso repetitivo o Señal que exhibe el fenómeno de la frecuencia.

¿Hay bits por segundo Hertz? En primer lugar, la comunicación de bits no tiene que ser periódica. Si recibe 3600 bits en una hora, eso no significa que haya una señalización de 1 Hz involucrada. Los bits podrían haber llegado a intervalos esporádicos. Por ejemplo, 3599 bits podrían haber llegado en los primeros 5 minutos, y luego esperó 55 minutos más para el último.

Incluso si la velocidad de datos es perfectamente suave, eso no significa que los bits por segundo sean Hercios. Supongamos que los bits se cronometran cuidadosamente en ocho líneas paralelas. Luego, 800 bits por segundo en realidad significa que la frecuencia de llegada de cualquier bit es de 100 Hz, igual que la palabra de ocho bits que la contiene.

Re: ¿Se puede transferir una señal a una velocidad de, por ejemplo, Mbps en un ancho de banda de canal de pocos Khz?

Sí, si el canal está completamente libre de ruido. El ancho de banda analógico solo no restringe el ancho de banda digital. Sin embargo, el ancho de banda y el ruido limitan el límite superior de la capacidad del canal. Consulte la página de Wikipedia sobre el teorema de Shannon-Hartley . ¿Por qué la capacidad del límite de ancho de banda no? Intuitivamente, podemos verlo así: considere funciones en un intervalo \ $ [a, b] \ $ en la recta numérica real. Incluso si limitamos nuestra imaginación a solo aquellas funciones que son continuas, suaves, diferenciables en todas partes en \ $ [a, b] \ $ y que no tienen componentes por encima de una cierta frecuencia (están limitadas en el ancho de banda), todavía hay una infinidad de innumerables todas las posibles funciones de este tipo. Así las funciones corresponden a los números reales. Es decir. esta señal de duración \ $ [a, b] \ $ puede representar cualquier número real asignándola a alguna forma de función dentro del ancho de banda permitido. Solo depende de la resolución del remitente y el receptor decidir cuánto aprovecharán la capacidad teóricamente ilimitada del canal sin ruido.

Supongamos que tiene dos frecuencias f1 y f2 y f1 representa 0 y f2 representa 1. Además, suponga que necesita al menos una separación de delta entre las dos frecuencias para que no interfieran. Por último, cada una de las frecuencias debe transmitirse durante T segundos para que pueda transmitirse y detectarse de forma fiable. Así que la tasa de bits es (1 / T) bits / segundo.

Ahora desea aumentar la tasa de bits. Una forma de hacerlo es usar 4 frecuencias en lugar de 2. Por lo tanto, la asignación puede ser algo así.

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

Así que ahora puede transmitir 2 bits en la misma duración T. Entonces, la velocidad de bits es (2 / T) bits / segundo. El requisito de ancho de banda ha aumentado de 2 * delta a 4 * delta (3 deltas entre las 4 frecuencias y delta / 2 en los dos extremos). Entonces, este ejemplo en términos muy simples le muestra la relación entre el ancho de banda y la velocidad de datos. Aumentar el ancho de banda aumenta la velocidad de datos.