Diferencia entre Hz y bps

Question

¿Significan lo mismo Hz y bps? ¿Puede una señal ser transferida a una velocidad de digamos Mbps en un canal de ancho de banda de pocos Khz?

Answer 1

En realidad, hay tres términos que conviene conocer

Ancho de banda

Ancho de banda se mide en Hz. Describe la banda de frecuencias que un canal de comunicación es capaz de transmitir con pocas pérdidas.

Normalmente se habla de un ancho de banda de 3 dB, es decir, el rango de frecuencias que un canal puede transmitir con menos de 3 dB de pérdida. Para un banda base sistema, el ancho de banda se extiende desde 0 Hz hasta una frecuencia B que llamamos ancho de banda. Para un sistema modulado, si la portadora 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 puede utilizarse 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.

Baudios

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

Tasa de bits

Tasa de bits indica la cantidad de información transferida en un canal, y se mide en bits por segundo o bps. La tasa de bits es diferente de los 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 utiliza un código de corrección de errores, la tasa de bits puede ser menor que la tasa de baudios, ya que se utiliza un mayor número de símbolos para transmitir un menor número de bits de información independiente.

El teorema de Shannon muestra cómo la tasa 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.

Answer 2

Los hercios y los bits por segundo no significan lo mismo. Sí tienen una relación, determinada por la codificación de bits utilizada.

Para ilustrar :

• Codificación por desplazamiento de fase en cuadratura : Al codificar en una de las 4 posiciones de fase para cada "onda" o símbolo, se pueden transportar 2 bits por símbolo. Así:
• Así, un La portadora de 100 KHz puede transportar 200 kbps de datos en el caso ideal, ignorando cualquier sobrecarga del protocolo.

Para lograr una transmisión de Mbps en un canal de KHz, la codificación tendría que lograr cientos de valores únicos por símbolo. Aunque esto no es conceptualmente imposible, no es lo suficientemente trivial como para tener un uso práctico, que yo sepa.

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

¿Cómo se pueden codificar 8 valores posibles por símbolo?

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

Aunque esto es sencillo en un experimento de laboratorio, no lo es tanto en los medios de transmisión del mundo real. El problema se agrava a medida que aumenta el nivel de codificación. 4 bits necesitan 16 valores, 8 bits por símbolo necesitan 256 valores, lo que sólo produciría una tasa de bps 8 veces la tasa de KHz.

Answer 3

Son conceptos similares en el sentido de que ambos miden el índice de una cosa, pero no son lo mismo. 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 ambos dependerá de cómo se codifique un bit.

Cuando hablamos de "ancho de banda del canal", probablemente nos referimos a la modulación de RF. Normalmente se dice que las señales de RF tienen un frecuencia de la portadora La frecuencia central es la que se modula (por cualquier medio) para codificar los datos. El Wi-Fi, por ejemplo, suele tener frecuencias portadoras en torno a los 2,4 GHz. Cada canal Wi-Fi tiene una frecuencia ligeramente diferente.

Para codificar la señal de interés, cambiamos esta portadora de alguna manera. Podemos variar su frecuencia (modulación de frecuencia, FM) o su amplitud (modulación de amplitud, AM). O podemos encenderla y apagarla (modulación de la onda portadora, CW). Todos estos son esquemas de modulación simples. Algo como el Wi-Fi utiliza un esquema mucho más complejo.

Si tomamos el Transformación de Fourier de la portadora resultante + la modulación, podemos ver la gama de frecuencias utilizadas por esta señal. Otras señales que utilicen el mismo rango interferirán. La diferencia entre las frecuencias más bajas y las más altas es la ancho de banda del canal .

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

Answer 4

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 sólo \$1/\$ s. Esto se debe a que muchos tipos de fórmulas cuyo resultado es la frecuencia no producirán este ciclos unidad. La frecuencia saldrá como \$1/s\$ . Por ejemplo, la fórmula de la frecuencia de esquina de -3dB de un filtro RC, \$f = \frac{1}{2\pi RC}\$ La parte derecha no tiene ciclos en ninguna parte. Las unidades se cancelan hasta \$1/s\$ . La capacitancia es de culombios por voltio, \$C/V\$ . La resistencia es voltios por corriente, \$V/I\$ por lo que la tensión se anula y RC se convierte en \$C/I\$ haciendo su recíproco \$I/C\$ . Pero la corriente es de culombios por segundo, por lo que el \$C\$ se anulan dejando \$1/s\$ .

Pero no cualquier ocurrencia de \$1/s\$ ¡en una fórmula se puede sustituir por Hertz! Por ejemplo, la velocidad son metros por segundo. Un objeto que se mueve a velocidad constante en línea recta tiene una velocidad de metros por segundo, pero su movimiento no muestra nada relacionado con la frecuencia (aparte de las conexiones cuánticas entre energía y frecuencia). El hercio suele ser para las frecuencias de las señales, las oscilaciones y los eventos periódicos que se asemejan a las oscilaciones. Es para situaciones en las que podemos identificar un \$1/s\$ en la fórmula, y cuando tiene sentido pretender que el \$1\$ puede ser sustituido por ciclos por un proceso repetitivo o una señal que presenta el fenómeno de la frecuencia.

¿Los bits por segundo son Hertz? En primer lugar, la comunicación de bits no tiene por qué ser periódica. Si recibes 3600 bits en una hora, eso no significa que haya habido una señalización de 1 Hz. Los bits podrían haber llegado a intervalos esporádicos. Por ejemplo, podrían haber llegado 3.599 bits en los primeros 5 minutos, y luego esperar 55 minutos más para el último.

Aunque la tasa de datos sea perfectamente suave, eso no significa que los bits por segundo sean hertzianos. Supongamos que los bits están perfectamente sincronizados en ocho líneas paralelas. Entonces, 800 bits por segundo significan en realidad que la frecuencia de llegada de un bit cualquiera es de 100 Hz, la misma que la de la palabra de ocho bits que lo contiene.

Re: ¿Se puede transferir una señal a una velocidad de digamos 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 por sí solo no limita el ancho de banda digital. Sin embargo, el ancho de banda junto con el ruido limitan el límite superior de la capacidad del canal. Véase el Página de Wikipedia del teorema de Shannon-Hartley . ¿Por qué el ancho de banda no limita la capacidad? Intuitivamente, podemos verlo así: consideremos funciones sobre un \$[a,b]\$ intervalo en la recta de los números reales. Incluso si limitamos nuestra imaginación a sólo aquellas funciones que son continuas, suaves, diferenciables en todas partes en \$[a,b]\$ y que no tienen componentes por encima de una determinada frecuencia (están limitadas por el ancho de banda), todavía hay una infinidad incontable de todas las funciones posibles de este tipo. Así, las funciones corresponden a los números reales. Es decir, esta señal de duración \$[a,b]\$ puede representar cualquier número real mapeándolo a alguna forma de función dentro del ancho de banda permitido. Sólo depende de la resolución del emisor y el receptor decidir cuánto aprovechan la capacidad teóricamente ilimitada del canal sin ruido.

Answer 5

Supongamos que tienes dos frecuencias f1 y f2 y que f1 representa 0 y f2 representa 1. Supongamos además que se necesita al menos una separación delta entre las dos frecuencias para que no interfieran. Por último, cada una de las frecuencias tiene que ser transmitida durante T segundos para que sea transmitida y detectada de forma fiable. Así que la tasa de bits es (1/T) bits/segundo.

Ahora quieres aumentar la tasa de bits. Una forma de hacerlo es utilizar 4 frecuencias en lugar de 2. Así que el mapeo puede ser algo así.

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

Así que ahora se pueden transmitir 2 bits en la misma duración T. Entonces la tasa de bits es (2/T) bits/segundo. La necesidad 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). Este ejemplo muestra de forma muy sencilla la relación entre el ancho de banda y la velocidad de transmisión de datos. Al aumentar el ancho de banda se incrementa la velocidad de datos.