Lățime de bandă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O diagramă a lățimii de bandă a unui filtru de trecere a benzii , care arată conceptul de lățime de bandă la -3 dB, cu un câștig aproximativ de 0,707. Axa orizontală a frecvenței poate fi liniară sau logaritmică .

Lățimea de bandă , în telecomunicații și electronică , este măsura lățimii de bandă a spectrului . Se măsoară în hertz și poate fi folosit pentru a evalua:

Importanța sa în telecomunicații este legată de faptul că este la rândul său strâns legată de viteza de transmitere a datelor: cantitatea de informații care poate fi transmisă pe canal este de fapt strâns legată de intervalul de frecvență utilizat în transmisie pe baza teoremei de eșantionare din Nyquist-Shannon .

Descriere

În cazul comunicațiilor analogice , banda este măsurată indirect și este dată de gama de frecvențe ocupată de semnal (de exemplu, o comunicație telefonică analogică ocupă frecvențe cuprinse între 300 și 3 400 Hz , deci are o lățime de 3 100 Banda Hz sau diferența dintre 3 400 Hz și 300 Hz). În cazul comunicațiilor digitale, capacitatea de transport a unui canal este măsurată în biți pe secundă și multiplii săi (kbit / s, Mbit / s etc.) și depinde direct de banda în hertz a legăturii fizice analogice pe care comunicarea digitală.

Din punct de vedere al nomenclaturii, banda unui sistem este o mărime fizică care se măsoară în hertz. Dacă acest sistem este utilizat pentru a transporta un semnal digital, viteza sistemului digital, măsurată în biți / s, se numește capacitate. Cu toate acestea, în practica obișnuită, termenii lățime de bandă și capacitate sunt considerați interschimbabili, deoarece capacitatea este direct proporțională cu lățimea de bandă.

În contextul rețelelor de telecomunicații, banda oricărui canal de comunicație înseamnă direct viteza maximă de transmisie, adică cantitatea maximă de informații pe care o poate transmite în unitatea de timp ( lățimea de bandă maximă disponibilă ); în contextul transmiterii oricărui semnal, pe de altă parte, ne referim la viteza minimă de transmisie necesară pentru ca acesta să fie transmis fără erori sau distorsiuni ( lățimea de bandă minimă necesară ). În cazul comunicațiilor digitale, conceptul este, după cum sa spus deja, simplu: în cazul analogic, pe de altă parte, semnificația benzii este mai articulată și are legătură cu limitele de frecvență și zgomotul de fond.

Atunci când cantitatea de informații transferate este suficient de mare și satisface utilizarea a numeroase servicii de către utilizator, cum ar fi cele de tip multimedia , vorbim în mod obișnuit de bandă largă .

Lățime de bandă

În electronică ne referim în mod obișnuit la banda în sensul benzii de trecere , adică gama de frecvențe pe care o conține un semnal dat sau pe care un anumit dispozitiv este capabil să o gestioneze. Prin convenție, frecvențele de întrerupere ale unui dispozitiv electronic, atât activ cât și pasiv, sunt frecvențele la care, dat fiind un nivel de intrare, puterea utilă a semnalului de ieșire către dispozitivul examinat este redusă la 50% din valoarea maximă obținută cu acel nivel.intrare. Pentru a înțelege mai bine conceptul electronic de bandă de trecere, este bine să aveți clare formulele pentru calcularea referințelor. Deoarece, din punct de vedere practic, nu este întotdeauna posibil să se efectueze măsurători de putere, se utilizează măsurători de tensiune, curent și rezistență, din care se obține în cele din urmă puterea. Puterea poate fi calculată pe baza a trei formule legate între ele prin efectul Joule și legea lui Ohm :

De exemplu, pentru a caracteriza răspunsul în frecvență al unui amplificator audio, poate fi utilizată o sarcină pasivă (cum ar fi un rezistor de putere, cu o valoare rezistivă egală cu sarcina admisă de amplificator și cu o putere egală cu cel puțin 1,5 ori maximul puterea amplificatorului. amplificator, pentru a evita supraîncălzirea excesivă a sarcinii datorită efectului Joule), un generator sinusoidal cu frecvență și tensiune reglabile și un osciloscop. În timpul fazei de testare, rezistența este evident cunoscută sarcină și tensiune din când în când prezent la capetele sale, afișat pe osciloscop. Știind că este fix, singura modalitate de a obține o putere egală cu jumătate din ceea ce va fi referința noastră în testare este să avem factorul egal cu 0,5, iar numărul crescut la al doilea dă 0,5 ca rezultat este 0,707 ( ), care este inversul rădăcinii lui 2. Prin urmare, cu aceeași amplitudine de intrare și variind doar frecvența, atunci când tensiunea noastră de ieșire va scădea la o valoare egală cu 70,7% din valoarea maximă obținută relativ la amplitudinea aplicată la de intrare, vom fi găsit frecvența de tăiere la -3 dB.

Pentru testarea efectivă, puteți proceda după cum urmează:

  • aplicați un semnal de intrare amplificatorului cu o valoare arbitrară de amplitudine fixă ​​(și mențineți-l pe toată durata testului) atâta timp cât nu aduce amplificatorul în condiții de distorsiune;
  • începând de exemplu de la capătul inferior al benzii audio (standardul este de 20 Hz), urcați cu frecvența de intrare până la capătul superior (standardul este de 20 kHz) până când găsiți frecvența la care ieșirea are valoarea maximă Voltaj;
  • centrați pe frecvența la care ieșirea are valoarea maximă și notați valoarea tensiunii de ieșire;
  • calculați 70,7% din valoarea tensiunii de ieșire tocmai menționată, care va deveni noua noastră referință de tensiune pentru -3 dB;
  • crește (sau scade) treptat cu frecvența de intrare; la frecvența la care tensiunea a scăzut la noua noastră referință pentru -3 dB, vom fi găsit frecvența de întrerupere superioară (sau inferioară) a amplificatorului. Banda de trecere este diferența dintre frecvența de decupare superioară și inferioară.

Mai mult, lățimea de bandă utilizată efectiv într-o comunicație va fi mai mică sau egală cu lățimea de bandă a canalului sau dispozitivului de recepție.

Banda unui semnal analogic

Pentru semnalele analogice, banda este gama de frecvențe (de la minim la maxim) care conțin cea mai mare parte a energiei semnalului: în teorie, de fapt, conținutul de frecvență al unui semnal analog (care nu este format din unul sau mai multe sinusoide). pur) este infinit: de aceea banda care urmează să fie atribuită unui semnal dat este aleasă pe baza unui criteriu utilitar (cât de mult dorim ca semnalul să fie fidel originalului?) și a părților în afara frecvenței alese intervalele sunt filtrate , în mod explicit sau implicit.

De exemplu, un semnal audio are o bandă cuprinsă între 20 și 20 000 Hz (total 20 kHz, neglijând limita inferioară); un emițător radio FM are o bandă de 15 kHz, chiar dacă spectrul de frecvență produs de modulație are armonici. chiar cu mult peste această limită.

Banda unui semnal digital

În cazul unei transmisii digitale , utilizarea tehnicilor de codificare sursă , adică compresia datelor , face posibilă utilizarea unei lățimi de bandă de transmisie mai mici decât o transmisie analogică echivalentă cu economii totale disponibile de lățime de bandă (care este, prin definiție, o resursă finită) și, prin urmare, mai mare eficiența spectrală a sistemului de telecomunicații .

Banda unui canal de comunicare analogic

În cazul unui canal de comunicație analogic ( cablu coaxial , pereche răsucită telefonică , legătură radio etc.) banda de trecere este determinată de gama de frecvențe pe care acest canal este capabil să o transmită eficient; din acest punct de vedere, orice semnal cu o bandă spectrală mai largă decât cea a canalului ar fi trunchiat în intervalul spectral permis de canal care, prin urmare, se comportă ca un filtru comun de trecere a benzii . Cantitatea de informații pe care canalul este capabil să o transporte, pe de altă parte, depinde nu numai de lățimea de bandă, ci și de intervalul dinamic pe care canalul este capabil să îl garanteze (vezi mai jos).

Relația dintre banda digitală și banda analogică

Echivalența dintre cele două tipuri de bandă este dată de operația de eșantionare necesară transformării unui semnal analogic într-unul digital: pentru a face acest lucru trebuie să stabilim frecvența de eșantionare și numărul de biți ai fiecărei probe, stabilind astfel o bandă digitală echivalentă. „la cea analogică. Teorema de eșantionare ne spune că, pentru a o reda corect, un semnal analog trebuie să fie eșantionat cel puțin la o frecvență mai mare decât dublul benzii de trecere ; pentru numărul de biți pe eșantion trebuie să comparăm raportul semnal / zgomot (care este echivalent cu dinamica sa) a semnalului nostru cu dinamica de eșantionare, care este de 6 dB pentru fiecare bit pe eșantion utilizat și să adoptăm un număr de biți pe eșantion care ne garantează o dinamică cel puțin egală cu cea originală.

Astfel, de exemplu, o conversație telefonică care are o bandă de 3 100 Hz și un raport semnal / zgomot de aproximativ 45 dB poate fi digitalizată cu 8 biți pe eșantion (48 dB de dinamică) și o frecvență de 6 200 Hz pentru a obține o banda 48,5 kbit / s digitală (toate companiile de telefonie din lume alocă 4 kHz pentru fiecare canal de telefon analogic: prin urmare, atunci când a fost vorba de digitalizarea rețelei telefonice analogice, frecvența de eșantionare aleasă în unanimitate a fost de 8 kHz (vezi frecvența Nyquist ), dând astfel naștere la o „bandă telefonică” mondială standard de 8 * 8 000 = 64 kbit / s).

Acest rezultat pare a fi în contradicție cu existența modemurilor analogice 56K V90: cum este posibil ca acestea să transmită 56 kbit / s printr-un canal care transportă doar 48,5? Pentru a înțelege acest lucru, trebuie mai întâi să observăm că conexiunea acestor modemuri este asimetrică: acestea primesc de la centrala telefonică la 56K, dar transmit la 33,6 kbit / s.

„Trucul” este să profiți de convertorul digital-analog al centralei telefonice, conducându-l direct din circuitul modulator și scăzând zgomotul de conversie: aceasta permite creșterea raportului semnal-zgomot (dar numai în transmisie ) și deci dinamica disponibilă.

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității GND ( DE ) 4487890-4