Velocidad de señal, velocidad de datos y ancho de banda en señales digitales

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Estoy tratando de entender el concepto de tasa de señal y la relación entre la tasa de señal (baudios) y el ancho de banda de las señales digitales de un libro sobre comunicación de datos.

Primero, el libro distingue entre elemento de datos y elemento de señal: un elemento de datos es la entidad más pequeña que puede representar una información (el bit), y un elemento de señal es la unidad más corta (en tiempo) de una señal digital.

Luego, dice que la relación entre la velocidad de datos y la velocidad de señal depende de la cantidad de elementos de datos que lleva cada elemento de señal y del patrón de datos , indicando que, si tenemos datos patrón de todos los 1s o todos los 0s, la tasa de señal puede ser diferente de un patrón de datos de 1s y 0s alternos. Luego formula la relación entre la tasa de datos y la tasa de señal como:

$$ S = \ frac {cN} {r} \ baud $$

donde N es la velocidad de datos (bps); c es el factor de caso, que varía para cada caso; S es el número de elementos de señal; y r es el número de elementos de datos transportados por cada elemento de señal.

Luego indica que el ancho de banda mínimo (rango de frecuencias) requerido para una señal digital puede ser dado por:

$$ B_ {min} = \ frac {cN} {r} $$

Mis preguntas son:

1) ¿Podría alguien explicar con más detalle el significado del factor de caso c? En la práctica, ¿qué significa decir que la tasa de señal depende del patrón de datos?

2) ¿Por qué el ancho de banda mínimo para una señal digital es igual a la velocidad de la señal?

3) Si establecemos c en 1/2 en la fórmula para el ancho de banda mínimo para encontrar Nmax (la velocidad de datos máxima para un canal con ancho de banda B), y consideramos que r es log2 (L) (donde L es el número de niveles de señal), obtenemos la fórmula Nyquist. ¿Por qué? ¿Cuál es el significado de configurar c en 1/2?

Aquí hay un enlace a la parte del libro donde se define el término c.

    
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2 respuestas

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¿Podría alguien explicar con más detalle el significado del factor de caso c? En la práctica, ¿qué significa decir que la tasa de señal depende del patrón de datos?

La explicación en el texto no es muy clara, y este término no se usa en otros textos que conozco. Creo que lo que está diciendo es que diferentes mensajes pueden producir diferentes espectros de señal. Por ejemplo, en un sistema FSK de 2 niveles, un mensaje compuesto por todos los 1 o todos los 0 sería un tono simple y tendría un ancho de banda muy estrecho; mientras que un mensaje compuesto de 1 y 0 alternos contendría tanto el tono de un nivel como el tono de nivel cero (así como una dispersión del contenido de frecuencia relacionado con el cambio entre ellos) y produciría un espectro más amplio si se mide en un analizador de espectro.

  

¿Por qué el ancho de banda mínimo para una señal digital es igual a la velocidad de la señal?

Esto no es correcto. El ancho de banda mínimo para una señal digital viene dado por el teorema de Shannon-Hartley,

\ $ C = B \ log_2 \ left (1+ \ frac {S} {N} \ right) \ $

Dio la vuelta,

\ $ B = \ frac {C} {\ log_2 \ left (1+ {S} / {N} \ right)} \ $.

El acercamiento a este mínimo de ancho de banda depende de hacer concesiones de ingeniería entre el esquema de codificación (que se relacionaría con el número de bits por símbolo), la ecualización y los códigos de corrección de errores (en realidad, el envío de símbolos adicionales para incluir información redundante que permite recuperar la señal incluso si se produce un error de transmisión).

Una regla práctica típica utilizada para la codificación on-off en mi industria (fibra óptica) es que el ancho de banda del canal en Hz debe ser al menos la mitad de la velocidad en baudios. Por ejemplo, una transmisión de 10 Gb / s en clave de apagado requiere al menos 5 GHz de ancho de banda de canal. Pero eso es específico de los métodos de codificación y ecualización muy simples utilizados en la fibra óptica.

  

Si establecemos c en 1/2 en la fórmula para el ancho de banda mínimo para encontrar Nmax (la velocidad de datos máxima para un canal con ancho de banda B), y consideramos que r es log2 (L) (donde L es el número de niveles de señal), obtenemos la fórmula Nyquist. ¿Por qué? ¿Cuál es el significado de configurar c en 1/2?

Elegir entre niveles de señal L es equivalente a una conversión de digital a analógico \ $ \ log_2 (L) \ $ bit. Así que no es sorprendente que la fórmula de Nyquist esté al acecho en las sombras en algún lugar.

    
respondido por el The Photon
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El factor de caso c es un concepto sin valor. No puede diseñar un sistema de comunicaciones para un mensaje particular ; necesita diseñarlo para todos los mensajes posibles , lo que significa que siempre debe considerar el peor de los casos.

En la mayoría de la literatura, verá que el término "símbolo" significa un estado de señalización. Esto podría ser cualquier cosa, desde un voltaje particular o nivel de corriente hasta la presencia o ausencia de un tono particular. La velocidad en baudios es el número de símbolos por segundo. Tenga en cuenta que si envía el mismo símbolo varias veces seguidas, no significa que la velocidad en baudios haya cambiado, pero puede dificultar que el receptor permanezca sincronizado con los símbolos.

    
respondido por el Dave Tweed

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