Symboolpercentage

In een digitaal gemodificeerd signaal of een lijncode, symboolpercentage, modulatiegraad of baudrente is het aantal symboolwijzigingen, golfvormveranderingen of signaleringsgebeurtenissen over het transmissiemedium per tijdseenheid. De symboolsnelheid wordt gemeten in baud (BD) of "Symbolen per seconde". In het geval van een lijncode is de symboolsnelheid de polssnelheid in pulsen per seconde. Elk symbool kan een of meerdere vertegenwoordigen of overbrengen bits Van de gegevens. De symboolsnelheid is gerelateerd aan de bruto bit tarief, uitgedrukt in "bits per seconde".

Symbolen

Een symbool kan worden omschreven als een puls in digitale basisbandtransmissie of een toon in passbandtransmissie met behulp van modems. Een symbool is een golfvorm, een status of een belangrijke toestand van de communicatiekanaal Dat blijven bestaan, voor een vaste periode. Een verzendapparaat plaatst symbolen op het kanaal met een vaste en bekende symboolsnelheid, en het ontvangende apparaat heeft de taak om de reeks symbolen te detecteren om de verzonden gegevens te reconstrueren. Er kan een directe correspondentie zijn tussen een symbool en een kleine eenheid van gegevens. Bijvoorbeeld, elk symbool kan coderen een of meerdere binaire cijfers (bits). De gegevens kunnen ook worden weergegeven door de overgangen tussen symbolen, of zelfs door een reeks van veel symbolen.

De Symbool duurtijd, ook gekend als eenheidsintervalkan direct worden gemeten als de tijd tussen overgangen door naar een oogdiagram van een oscilloscoop. De symboolduurtijd Ts kan worden berekend als:

waar fs is de symboolsnelheid.

Een baudrate van 1 KBD = 1.000 BD is bijvoorbeeld synoniem met een symbool van 1.000 symbolen per seconde. In het geval van een modem komt dit overeen met 1.000 tonen per seconde, en in het geval van een lijncode komt dit overeen met 1.000 pulsen per seconde. De symboolduurtijd is 1/1.000 seconde = 1 milliseconde.

Relatie met grove bitsnelheid

De term baudrate is soms onjuist gebruikt om een ​​bitsnelheid te betekenen, omdat deze tarieven in de oudheid hetzelfde zijn modems evenals in de eenvoudigste digitale communicatieverbindingen met slechts één bit per symbool, zodat binaire "0" wordt weergegeven door het ene symbool en binair "1" door een ander symbool. In meer geavanceerde modems en data -transmissietechnieken kan een symbool meer dan twee staten hebben, dus het kan meer dan één binair cijfer vertegenwoordigen (een binair cijfer vertegenwoordigt altijd een van de exact twee staten). Om deze reden zal de baudsnelwaarde vaak lager zijn dan de bruto bitsnelheid.

Voorbeeld van gebruik en misbruik van "baudrate": Het is correct om te schrijven "De baudrate van mijn COM -poort is 9.600" als we bedoelen dat de bitsnelheid 9.600 bit/s is, omdat er in dit geval een bit per symbool is. Het is niet correct om te schrijven: "De baudrate van Ethernet is 100 megabaud"Of" de baudrate van mijn modem is 56.000 "als we bitsnelheid bedoelen. Zie hieronder voor meer informatie over deze technieken.

Het verschil tussen baud (of signaleringssnelheid) en de gegevenssnelheid (of bitsnelheid) is als een man die een enkele gebruikt semafoorvlag Wie kan zijn arm eenmaal per seconde naar een nieuwe positie verplaatsen, dus zijn signaalsnelheid (Baud) is één symbool per seconde. De vlag kan worden gehouden in een van de acht verschillende posities: recht omhoog, 45 ° links, 90 ° links, 135 ° links, recht naar beneden (wat de rusttoestand is, waar hij geen signaal verzendt), 135 ° rechts, 90 ° Juist, en 45 ° rechts. Elk signaal (symbool) heeft drie stukjes informatie. Het duurt drie binair cijfers om acht staten te coderen. De gegevenssnelheid is drie bits per seconde. In de marine kunnen meer dan één vlaggenpatroon en arm tegelijk worden gebruikt, zodat de combinaties hiervan veel symbolen produceren, die elk verschillende bits overbrengen, een hogere gegevenssnelheid.

Als N Bits worden per symbool overgebracht, en de bruto bitsnelheid is R, inclusief kanaalcodering overhead, kan de symboolsnelheid worden berekend als:

In dat geval M = 2N Verschillende symbolen worden gebruikt. In een modem kunnen dit sinewave -tonen zijn met unieke combinaties van amplitude, fase en/of frequentie. Bijvoorbeeld in een 64qam modem, M = 64. In een regelcode kunnen deze zijn M verschillende spanningsniveaus.

Door informatie te nemen per puls N in bit/pols om de basis-2-logaritme van het aantal verschillende berichten M dat kan worden verzonden, Hartley[1] bouwde een maat voor het bruto bitsnelheid R net zo:

waar fs is de baudrate in symbolen/seconde of pulsen/seconde. (Zien Hartley's wet).

Modems voor passband -transmissie

Modulatie wordt gebruikt in doorlaatband gefilterde kanalen zoals telefoonlijnen, radiokanalen en andere Frequentiedivisie multiplex (FDM) kanalen.

In een digitale modulatiemethode geleverd door een modem, elk symbool is typisch een sinusgolftoon met een bepaalde frequentie, amplitude en fase. Symboolsnelheid, baudsnelheid, is het aantal verzonden tonen per seconde.

Eén symbool kan een of meerdere stukjes informatie bevatten. In spraakbandmodems voor het telefoonnetwerk is het gebruikelijk dat één symbool tot 7 bits draagt.

Het overbrengen van meer dan een beetje per symbool of bit per puls heeft voordelen. Het vermindert de tijd die nodig is om een ​​bepaalde hoeveelheid gegevens over een beperkte bandbreedte te verzenden. Een hoog spectrale efficiëntie In (bit/s)/Hz kan worden bereikt; d.w.z. een hoge bitsnelheid in bit/s, hoewel de bandbreedte in Hertz misschien laag kan zijn.

De maximale baudrate voor een passband voor gemeenschappelijke modulatiemethoden zoals zoals Qam, Psk en OFDM is ongeveer gelijk aan de passbandbandbreedte.[2]

VoiceBand Modem voorbeelden:

  • A V.22bis Modem verzendt 2400 bit/s met 1200 BD (1200 symbool/s), waar elk kwadratuur amplitudemodulatie symbool draagt ​​twee bits van informatie. De modem kan genereren M= 22= 4 verschillende symbolen. Het vereist een bandbreedte van 1200 Hz (gelijk aan de baudrate). De dragersfrequentie is 1800 Hz, wat betekent dat de lagere afgesneden frequentie 1.800 - 1.200/2 = 1.200 Hz is, en de bovenste afsnijfrequentie is 1.800 + 1.200/2 = 2.400 Hz.
  • Een V.34 -modem kan symbolen verzenden met een baudrate van 3.420 BD, en elk symbool kan maximaal tien bits dragen, wat resulteert in een bruto bitsnelheid van 3420 × 10 = 34.200 bit/s. Van de modem wordt echter gezegd dat deze werkt met een netto bitsnelheid van 33.800 bit/s, met uitzondering van fysieke laag overhead.

Lijncodes voor basisbandtransmissie

In het geval van een basisband kanaal zoals een telegraaflijn, een seriële kabel of een lokaal netwerkverwendingspaarkabel, gegevens worden overgedragen met behulp van lijncodes; d.w.z., pulsen in plaats van sinewave -tonen. In dit geval is de baudsnelheid synoniem voor de polssnelheid in pulsen/seconde.

De maximale baudsnelheid of polssnelheid voor een basisband kanaal wordt de Nyquist -tarief, en is het dubbele van de bandbreedte (dubbel de afsluitfrequentie).

De eenvoudigste digitale communicatielinks (zoals individuele draden op een moederbord of de RS-232 seriële poort/com-poort) hebben meestal een symboolsnelheid gelijk aan de bruto bitsnelheid.

Gemeenschappelijke communicatielinks zoals 10 Mbit/s Ethernet (10Base-T), USB, en Firewire hebben doorgaans een bitsnelheid van gegevens iets lager dan de baudrate, vanwege de overhead van extra niet-data-symbolen die worden gebruikt voor Zelf-synchroniserende code en fout detectie.

J. M. Emile Baudot (1845–1903) werkte een vijf-bits code uit voor telegraaf die internationaal werd gestandaardiseerd en vaak wordt genoemd Baudot -code.

Meer dan twee spanningsniveaus worden gebruikt in geavanceerde technieken zoals FDDI en 100/1.000 Bit/s Ethernet Lans en anderen om hoge gegevenssnelheden te bereiken.

1.000 mbit/s Ethernet LAN -kabels gebruiken vier draadparen in Volledige duplex (250 mbit/s per paar tegelijkertijd in beide richtingen), en veel bits per symbool om hun gegevenspayloads te coderen.

Digitale televisie en OFDM -voorbeeld

In digitale televisie Transmissie De symboolsnelheidberekening is:

Symboolsnelheid in symbolen per seconde = (gegevenssnelheid in bits per seconde × 204) / (188 × bits per symbool)

De 204 is het aantal bytes in een pakket inclusief de 16 trailing Riet -solomon foutcorrectie bytes. De 188 is het aantal data bytes (187 bytes) plus het toonaangevende pakket synchronisatie byte (0x47).

De bits per symbool is de (modulatie van 2) × (voorwaartse foutcorrectie). Dus bijvoorbeeld in 64-QAM-modulatie 64 = 26 Dus de bits per symbool is 6. De voorwaartse foutcorrectie (FEC) wordt meestal uitgedrukt als een fractie; d.w.z. 1/2, 3/4, enz. In het geval van 3/4 FEC, voor elke 3 bits gegevens, verzendt u 4 bits, waarvan er één voor foutcorrectie is.

Voorbeeld:

Gegeven bitsnelheid = 18096263
Modulatietype = 64-QAM
FEC = 3/4

dan

In digitale terrestrische televisie (DVB-T, DVB-H en vergelijkbare technieken) OFDM modulatie wordt gebruikt; d.w.z. multi-carrier-modulatie. De bovenstaande symboolsnelheid moet dan worden gedeeld door het aantal van DDM-subcarriers met het oog op het bereiken van de OFDM-symboolsnelheid. Zie de OFDM -systeemvergelijkingstabel Voor verdere numerieke details.

Relatie met chip rate

Sommige communicatielinks (zoals GPS transmissies, CDMA mobiele telefoons en andere spreid spectrum Links) hebben een symboolsnelheid veel hoger dan de gegevenssnelheid (ze verzenden veel symbolen genoemd chips per gegevensbit). Een beetje weergeven door een chipsequentie van veel symbolen overwint Co-channel interferentie van andere zenders die hetzelfde frequentiekanaal delen, inclusief radio jammen, en is gebruikelijk in militaire radio en telefoons. Ondanks het feit dat meer gebruik bandbreedte om hetzelfde bitsnelheid te dragen, geeft laag Kanaalspectrale efficiëntie In (bit/s)/Hz staat het veel gelijktijdige gebruikers toe, wat resulteert in high Systeemspectrale efficiëntie in (bit/s)/Hz per eenheid gebied.

In deze systemen wordt de symboolsnelheid van de fysiek verzonden hoogfrequente signaalsnelheid genoemd chippercentage, wat ook de polssnelheid van het equivalent is basisband signaal. In gespreide spectrumsystemen kan het term symbool echter ook op een hogere laag worden gebruikt en verwijzen naar één informatiebit, of een blok informatiebits die worden gemoduleerd met behulp van bijvoorbeeld conventionele QAM -modulatie, voordat de CDMA -spreidingscode wordt toegepast. Met behulp van de laatste definitie is de symboolsnelheid gelijk aan of lager dan de bitsnelheid.

Relatie met bitfoutpercentage

Het nadeel van het overbrengen van veel bits per symbool is dat de ontvanger veel signaalniveaus of symbolen van elkaar moet onderscheiden, wat moeilijk kan zijn en bitfouten veroorzaakt in het geval van een slechte telefoonlijn die lijdt aan een lage signaal-ruisverhouding. In dat geval kan een modem- of netwerkadapter automatisch kiezen voor een langzamer en robuuster modulatieschema of regelcode, met minder bits per symbool, met het oog op het bitfoutpercentage.

Een optimaal symboolsetontwerp houdt rekening met de bandbreedte van kanaalbandbreedte, gewenste informatiesnelheid, ruiskenmerken van het kanaal en de ontvanger en de complexiteit van de ontvanger en de decoder.

Modulatie

Veel dataoverdracht systemen werken door de modulatie van een dragersignaal. Bijvoorbeeld in Frequency-shift keying (FSK), de frequentie van een toon is gevarieerd tussen een kleine, vaste set mogelijke waarden. In een synchroon Data Transmission System, de toon kan alleen van de ene frequentie naar de andere worden gewijzigd met regelmatige en goed gedefinieerde intervallen. De aanwezigheid van één bepaalde frequentie tijdens een van deze intervallen vormt een symbool. (Het concept van symbolen is niet van toepassing op asynchrone data -transmissiesystemen.) In een gemoduleerd systeem, de term modulatiegraad Kan synoniem worden gebruikt met symboolsnelheid.

Binaire modulatie

Als het dragersignaal slechts twee toestanden heeft, dan slechts één beetje van gegevens (d.w.z. een 0 of 1) kan in elk symbool worden verzonden. De bit tarief is in dit geval gelijk aan de symboolsnelheid. Een binair FSK -systeem zou bijvoorbeeld de koerier in staat stellen een van de twee frequenties te hebben, een die een 0 vertegenwoordigt en de andere A 1. Een meer praktisch schema is Differentiële binaire fase-verplaatsingsleutel, waarin de drager op dezelfde frequentie blijft, maar in een van de twee fasen kan zijn. Tijdens elk symbool blijft de fase hetzelfde, codeert een 0 of springt met 180 °, codeert een 1. Nogmaals, slechts één beetje van gegevens (d.w.z. een 0 of 1) wordt door elk symbool verzonden. Dit is een voorbeeld van gegevens die worden gecodeerd in de overgangen tussen symbolen (de verandering in fase), in plaats van de symbolen zelf (de werkelijke fase). (De reden hiervoor in fase-shift keying is dat het onpraktisch is om de referentiefase van de zender te kennen.)

N-ary modulatie, N Meer dan 2

Door het aantal toestanden te vergroten dat het dragersignaal kan nemen, kan het aantal bits dat in elk symbool wordt gecodeerd groter dan één zijn. De bitsnelheid kan dan groter zijn dan de symboolsnelheid. Een differentiële fase-shift-sleutelsysteem kan bijvoorbeeld vier mogelijke sprongen in fase tussen symbolen mogelijk maken. Vervolgens konden twee bits worden gecodeerd bij elk symboolinterval, waardoor een gegevenssnelheid van het dubbele van de symboolsnelheid wordt bereikt. In een complexer schema zoals 16-QAM, Vier bits gegevens worden in elk symbool verzonden, wat resulteert in een bitsnelheid van vier keer de symboolsnelheid.

Geen kracht van 2

Hoewel het gebruikelijk is om het aantal symbolen te kiezen dat een kracht van 2 is en een geheel getal aantal bits per baud te verzenden, is dit niet vereist. Lijncodes zoals bipolaire codering en MLT-3 Gebruik drie draagstaten om een ​​bit per baud te coderen met behoud DC -balans.

De 4B3T Lijncode maakt gebruik van drie gemoduleerde bits met 3-Ary om vier databits te verzenden, een snelheid van 1,33 Bits per baud.

Gegevenssnelheid versus foutenpercentage

Het moduleren van een drager verhoogt het frequentiebereik, of bandbreedte, het bezet. Transmissiekanalen zijn over het algemeen beperkt in de bandbreedte die ze kunnen dragen. De bandbreedte hangt af van de symbool (modulatie) snelheid (niet direct van de bit tarief). Aangezien de bitsnelheid het product is van de symboolsnelheid en het aantal bits dat in elk symbool is gecodeerd, is het duidelijk voordelig om de laatste te vergroten als de eerste is vastgesteld. Voor elk extra bit dat in een symbool is gecodeerd, verdubbelt de constellatie van symbolen (het aantal toestanden van de drager) echter in grootte. Dit maakt de toestanden minder verschillend van elkaar, wat het op hun beurt moeilijker maakt voor de ontvanger om het symbool correct te detecteren in aanwezigheid van storingen op het kanaal.

De geschiedenis van modems is de poging om de bitsnelheid te verhogen over een vaste bandbreedte (en dus een vaste maximale symboolsnelheid), wat leidt tot toenemende bits per symbool. De V.29 specificeert bijvoorbeeld 4 bits per symbool, met een symboolpercentage van 2.400 baud, wat een effectieve bitsnelheid van 9.600 bits per seconde oplevert.

De geschiedenis van spreid spectrum Gaat in de tegenovergestelde richting, wat leidt tot minder en minder gegevensbits per symbool om de bandbreedte te verspreiden. In het geval van GPS hebben we een gegevenssnelheid van 50 bit/s en een symboolsnelheid van 1,023 MCHIPS/s. Als elke chip als een symbool wordt beschouwd, bevat elk symbool veel minder dan een bit (50 bit/s/1,023 ksymbolen/s ≈ 0,000,05 bits/symbool).

De complete verzameling van M mogelijke symbolen over een bepaald kanaal worden een Maria modulatie Schema. De meeste modulatieschema's verzenden een geheel getal aantal bits per symbool b, die de volledige verzameling vereisen M = 2b verschillende symbolen. De meest populaire modulatieschema's kunnen worden beschreven door elk punt op een sterrendiagram, hoewel enkele modulatieschema's (zoals MFSK, DTMF, Puls-positie modulatie, spreid spectrum modulatie) vereisen een andere beschrijving.

Belangrijke staat

In telecommunicatie, betreffende de modulatie van een vervoerder, a belangrijke staat is een van de signaal's parameters gekozen om te vertegenwoordigen informatie.[3]

Een belangrijke staat kan een elektrische stroom zijn (spanning, of stroom niveau), een optisch vermogensniveau, a fase waarde, of een bepaalde frequentie of golflengte. De duur van een belangrijke toestand is de tijd interval tussen opeenvolgende significante instanten.[3] Een verandering van de ene significante toestand naar de andere wordt een Signaalovergang. Informatie kan worden verzonden tijdens het gegeven tijdsinterval, of gecodeerd als de aanwezigheid of afwezigheid van een verandering in het ontvangen signaal.[4]

Significante voorwaarden worden herkend door een geschikt apparaat genaamd een ontvanger, demodulator of decoder. De decoder vertaalt het werkelijke signaal dat is ontvangen in zijn bedoeld logische waarde zoals een binair cijfer (0 of 1), een alfabetisch teken, een merk of een ruimte. Elk significant moment wordt bepaald wanneer het juiste apparaat een voorwaarde of status veronderstelt die bruikbaar is voor het uitvoeren van een specifieke functie, zoals opname, verwerking of gating.[3]

Zie ook

Referenties

  1. ^ D. A. Bell (1962). Informatietheorie; en zijn technische toepassingen (3e ed.). New York: Pitman.
  2. ^ Goldsmith A. Wireless Communications. - Stanford University, 2004. - p. 140, 326
  3. ^ a b c "Federale standaard 1037c". Nationaal communicatiesysteem. 7 juli 1996. {{}}: Cite Journal vereist |journal= (helpen)
  4. ^ "Systeemontwerp- en technische standaard voor tactische communicatie". MIL-STD-188-200. Ministerie van Defensie van de Verenigde Staten. 28 mei 1983.

Externe links