Frage:
Warum bedeutet eine höhere Frequenz keine höhere Datenrate?
Raiker
2020-06-08 20:23:31 UTC
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Meine Frage ist sehr primitiv :) Ich habe heute mehrere Artikel gelesen und hier auf Stack Exchange geantwortet, aber eines verstehe ich immer noch nicht.Warum beeinflusst die Frequenz selbst die Datenrate in Mobilfunknetzen nicht?3G / 4G-Netzwerke verwenden eine QAM-Modulation, die Änderungen der Amplitude und Phase des Signals umfasst.Angenommen, wir haben ein 900-MHz-Signal mit 10-MHz-Bandbreite und ein 2600-MHz-Signal mit 10-MHz-Bandbreite.Beim gleichen "Ausschnitt" des eingehenden Signals haben wir viel mehr "Zyklen", um auf einer höheren Frequenz (zur gleichen Zeit) zu modulieren, nicht wahr?Warum ist das nicht wichtig?

Können Sie eine Quelle verknüpfen, die besagt, dass die Häufigkeit keinen Einfluss auf die Datenrate hat?
Vielleicht ist es hilfreich, die Grundlagen der Modulation zu lesen. Versuchen Sie, die AM-Modulation zu lesen, und analysieren Sie sie im Zeit- und Frequenzbereich.Das sollte ein Bild darüber zeichnen, warum die Antwort auf die Frage "Beim gleichen 'Ausschnitt' des eingehenden Signals haben wir viel mehr 'Zyklen', um auf einer höheren Frequenz (pro gleiche Zeit) zu modulieren, nicht wahr?"ist "Nein, wir nicht."Der Schlüsselfaktor ist die Bandbreite, nicht die Trägerfrequenz.
Wenn beide Signale eine Bandbreite von 10 MHz haben, haben beide 10 Millionen Zyklen pro Sekunde.
@user1850479, Wenn OP sagt, 900 MHz oder 2600 MHz "Signal" mit 10 MHz "Bandbreite", sprechen sie mit ziemlicher Sicherheit von einer Funkübertragung mit einer Trägerfrequenz irgendwo innerhalb eines nominalen 900 MHz Bandes oder eines 2600 MHz Bandes und belegen ein "Kanal ", der 10 MHz breit ist.
@Solomon Slow Das OP fragt nach 3G / 4G-Netzen, die definitiv funkbasiert sind.
@user1850479, OK, ich glaube, ich habe nicht verstanden, was Sie mit einem Kanal "mit 10 Millionen Zyklen pro Sekunde" gemeint haben.Ich würde erwarten, über die Anzahl der digitalen Bits pro Sekunde zu sprechen, die über einen 10 MHz breiten Kanal gesendet werden könnten, oder vielleicht über die maximale analoge Frequenz, die ihm auferlegt werden könnte.Diese maximale Modulationsfrequenz kann je nach Modulationsmethode deutlich unter 10 MHz liegen.
Angenommen, Sie versuchen, dieses höherfrequente Signal stark zu modulieren, weil es so viel mehr Zyklen hat.Wie verhindern Sie, dass Ihre Signalbandbreite 10 MHz überschreitet?Nur Modulationen, die das Signal in Ihrem zugewiesenen 10-MHz-Spektrum behalten, können dekodiert werden, da sonst nichts empfangen wird.
Die Worte kommen nicht schneller aus dem Mund einer Sprecherin, nur weil ihre Stimme höher ist als die eines Mannes.
@Rob Nicht wahr?;)
Eigentlich ist der Grund ganz einfach.Wie schnell wir modulieren, ist die Bandbreite.Um zu erfahren, warum das so ist, müssen Sie die Fourier-Analyse lernen.Einfach ausgedrückt, wenn Sie eine Trägerfrequenz mit einem Signal modulieren (im Zeitbereich multiplizieren), können Sie dasselbe Signal im Fourier-transformierten "Frequenzraum" anzeigen.Im Frequenzraum verteilen (oder falten) Sie die beiden Signale zusammen.Je breiter das Signal, desto mehr spreizen Sie die Trägerfrequenz, wenn Sie sie modulieren.
Aus dem gleichen Grund sprechen Sie auf einem Telefon mit einer höheren Frequenz nicht schneller.
Neun antworten:
#1
+36
Vance
2020-06-08 20:48:01 UTC
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Das ist keine schlechte Frage und zeigt ein weit verbreitetes Missverständnis der Funktionsweise von Hochfrequenzsystemen. Die 900-MHz- und 2600-MHz-Signale werden als Trägerfrequenzen bezeichnet.Die eigentlichen Informationen sind in der 10-MHz-Bandbreite enthalten.Das ursprüngliche Signal ist ein Basisbandsignal, das sich bis zu 10 MHz erstreckt.Dies wird verwendet, um das Trägersignal zu modulieren.Der Grund dafür ist, dass wir mehrere Kanäle haben, die dasselbe Medium teilen.

Beim Empfang über ein Funkgerät wird das Signal wieder in das Basisband zurückkonvertiert (in diesem Fall bis zu 10 MHz).Der Grund, warum wir dies tun, anstatt das Signal direkt abzutasten, ist, dass die HF-Elektronik sehr kompliziert und relativ teuer ist, während dies bei der Basisbandelektronik nicht der Fall ist.

Um Ihre Frage zu beantworten: Wenn beide Signale herunterkonvertiert sind, handelt es sich um Signale mit einer Breite von 10 MHz. Daher werden Daten mit dieser Rate übertragen (wahrscheinlich höher für QAM aufgrund der Symbolrate, aber das ist eine andere Geschichte).

Es gibt jedoch eine geringfügige Beziehung: Es ist einfacher, einen breiteren Bandbreitenblock mit konsistenten Ausbreitungseigenschaften und weniger Interferenzen bei einer höheren Mittenfrequenz zu erhalten, sodass Sie ziemlich sicher sein können, dass die 2-GHz-Bandbreite von 58 bis 60 GHz für drahtlose Verbindungen verwendet werden kannVernetzung, 0 bis 2 GHz hingegen nicht.
#2
+18
TimWescott
2020-06-08 20:51:34 UTC
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Da die Bandbreite des Kanals bestimmt, wie schnell sich die Symbole auf diesem Kanal ändern können, nicht die Trägerfrequenz.Es ist die Bandbreite des Kanals, die bestimmt, wie schnell der Kanal aufgrund einer plötzlichen Änderung der Phase oder Amplitude "klingelt".

Ihre beiden 10-MHz-Bandbreitenkanäle können also jeweils eine Symbolrate von nicht mehr als \ $ 10 \ cdot10 ^ 6 \ $ span> Symbolen pro Sekunde aufrechterhalten, unabhängig davon, ob der TrägerDie Frequenz beträgt 0 Hz oder 1 THz oder irgendwo dazwischen.

Aber je höher die Trägerfrequenz ist, desto höher kann die Kanalfrequenz sein.Weil Sie dieselben Daten in kürzerer Zeit abtasten können.Was wäre dann der Punkt einer höheren Trägerfrequenz?
@Fredled Nein.Bandbreite und Trägerfrequenz sind zwei verschiedene Dinge.Ein 10-MHz-Bandbreitensignal auf einem 100-MHz-Träger kann von 95 MHz bis 105 MHz reichen, nicht mehr und nicht weniger.Ein 10-MHz-Bandbreitensignal auf einem 1-THz-Träger kann zwischen 999995 MHz und 1000005 MHz liegen - nicht mehr und nicht weniger.
@Fredled: Wenn zwei Kanäle jeweils eine Bandbreite hatten, die ein fester Prozentsatz der Trägerfrequenz war, wie Sie die Dinge möglicherweise intuitiv betrachten, könnte der Kanal mit der höheren Trägerfrequenz mehr Daten verarbeiten.Wenn die Bandbreite jedoch fest ist, fällt das Verhältnis von Bandbreite zu Trägerfrequenz als Trägerfrequenz ab, wodurch die oben erwähnte Tendenz ausgeglichen wird.
@Fredled: Beachten Sie, dass es bei Verwendung alter Vor-Überlagerungs-Tuner schwierig ist, eine Erhöhung der Bandbreite mit der Trägerfrequenz zu vermeiden. Moderne Funkgeräte verwenden jedoch das eingehende Signal, filtern es grob und subtrahieren die Ausgangsfrequenz eines AbstimmoszillatorsAlle in der grob abgestimmten Quelle vorhandenen Signale ergeben eine "Zwischenfrequenz", die mit einem Filter mit schmaler Bandbreite und fester Frequenz abgestimmt werden kann.Die Bandbreite des ZF-Filters wird von der Trägerfrequenz nicht beeinflusst.
@Fredled Wenn Sie versuchen, die gesamte Frequenz unverändert zu verwenden, verursachen Sie Störungen bei anderen Frequenzen.Dies ist in Ordnung, wenn Sie die einzigen Menschen auf dem Planeten sind, die Funkübertragung verwenden (frühe Marconi-Tage), aber jemand wird sich bei den Aufsichtsbehörden beschweren, wenn Sie dies jetzt tun.Die Bandbreite ist indirekt ein Maß dafür, wie viel Frequenz Sie verwenden können, bevor Sie Interferenzen verursachen, oder wie viel Sie reales Signal aus Ihrem Kanal extrahieren können, bevor es zu verrauscht wird (Interferenz von anderen Frequenzkanälen).
#3
+10
Cristobol Polychronopolis
2020-06-09 00:02:38 UTC
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Durch schnelle Analogie (die anderen Antworten sind im Detail ausreichend):

Wenn Sie ein Hotel besitzen, in dem alle Zimmer die gleiche Größe (Bandbreite) haben, spielt es keine Rolle, auf welcher Etage (Frequenz) sie sich befinden - sie enthalten alle die gleiche Menge an Material.Wenn Sie größere Räume haben (mehr Bandbreite), bieten diese mehr Platz, egal ob im 2. oder 26. Stock.

#4
+5
mephisto
2020-06-09 17:32:21 UTC
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Betrachten Sie die auf menschliches Audio angewendete Morsecode-Modulation als eines von vielen möglichen Beispielen.

Mit Eingabe

  -...-...-.-.
 

Zuerst 880 Hz Trägerfrequenz:

  biyip bi bi bi biip bi bi bi bi biip bi biip bi
 

Als nächstes 55 Hz Trägerfrequenz:

  gruur gr gr gr gruur gr gr gr gruur gr gruur gr
 
Dies ist eigentlich eine coole und leicht zu verstehende Analogie, die nur einer weiteren Erklärung bedarf.Die Fingergeschwindigkeit ist begrenzt und unabhängig davon, ob es sich um Pieptöne oder Gru handelt, ist die Fingergeschwindigkeit gleich.
#5
+4
Matt Timmermans
2020-06-09 09:54:00 UTC
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10 MHz Bandbreite enthalten die gleiche Menge an Informationen, unabhängig davon, ob sie bei 900 MHz oder 2600 MHz oder einer anderen Mittenfrequenz zentriert sind.

Dies ist leicht zu zeigen - die Mittenfrequenz eines Signals kann digital oder elektronisch verschoben werden, ohne es zu zerstören.Sie können das 2600-MHz-Signal auf 900 MHz verschieben, und es hat dieselbe Bandbreite.Dann können Sie es wieder auf 2600 MHz verschieben und genau das ursprüngliche Signal zurückerhalten, sodass Sie natürlich alle Informationen, die Sie auf einer Frequenz übertragen können, auf der anderen übertragen können.

Durch das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem wissen wir, dass jedes <-10-MHz-Signal bei jeder Mittenfrequenz aus Abtastwerten rekonstruiert werden kann, die mit einer 20-MHz-Rate entnommen wurden.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem

#6
+2
supercat
2020-06-09 21:40:54 UTC
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Wenn ein einzelner Träger zum Senden von Informationen über ein nicht gemeinsam genutztes, störungsfreies Kommunikationsmedium verwendet wird, wird die Bandbreite im Allgemeinen mit der Trägerfrequenz skaliert. Wenn man jedoch ein Signal mit einer Mittenfrequenz von 901.500.000 Hz moduliert und es über ein Kommunikationsmedium sendet, das zwar frei von unerwünschten Frequenzinhalten im Bereich von 901.490.000 Hz bis 901.510.000 Hz ist, jedoch unvorhersehbare Mengen an Frequenzinhalten unter 901.490.000 Hz und darüber aufweisen kann 901.510.000 Hz, selbst wenn man das Signal perfekt demoduliert, kann das demodulierte Signal bei einer oder allen Frequenzen über 10.000 Hz (*) unvorhersehbare Rauschmengen aufweisen.

Wenn man einen perfekten Filter verwendet, um alle Inhalte über 9.999 Hz aus dem demodulierten Signal zu entfernen, könnte man alle Frequenzinhalte unterhalb dieser Frequenz originalgetreu wiederherstellen, würde aber natürlich alle Inhalte verlieren, die man bei höheren Frequenzen gesendet hat. Wenn man nicht alles über 10.000 Hz herausfiltert, übertönt es möglicherweise alles andere in seinem Signal. Der verwendbare Frequenzbereich hängt von der Entfernung zwischen der Trägerfrequenz und dem nächsten unerwünschten Frequenzinhalt ab.

(*) Techniken, die als Einzelseitenbandmodulation oder Quadraturamplitudenmodulation bezeichnet werden, können verwendet werden, um einen Kanal auf einer Seite vor Interferenzen zu schützen (wodurch man eine Trägerfrequenz verwenden kann, die zu dieser Seite hin außermittig und damit weiter entfernt ist die andere Seite) oder verwenden Sie einen Kanal, der auf beiden Seiten der Trägerfrequenz frei ist, um zwei Signale zu senden, deren Bandbreite jeweils der Differenz zwischen dem Träger und der nächsten Interferenz entspricht. Das allgemeine Problem der Interferenz bleibt jedoch bestehen.

#7
+1
fraxinus
2020-06-10 15:07:18 UTC
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https://en.wikipedia.org/wiki/Noisy-channel_coding_theorem

Erstens sind alle Kommunikationskanäle verrauscht.

Die maximale Datenrate hängt vom Signal / Rausch-Verhältnis und der Bandbreite ab.Die bestimmten Frequenzen des Bandes sind nicht wichtig.

Der Signalpegel hängt von der Sendeleistung und den Ausbreitungsbedingungen ab.Das Rauschen hängt von der Temperatur und dem Vorhandensein anderer Sender ab.

Ausbreitungsbedingungen und thermisches Rauschen hängen in mehr oder weniger vorhersehbarer Weise von der Frequenz sowie vom Vorhandensein anderer Sender ab, aber alle diese Faktoren haben nur eine Beziehung zweiter Ordnung zu Ihrer Frage.Aber ja, sie sind verwandt.

Die Bandbreite wird von der Regulierungsbehörde (bei Verwendung eines gemeinsamen Mediums), einigen Standard-, Medieneigenschaften oder anderen Überlegungen bei der Steuerung des Mediums zugewiesen.

#8
  0
Kaswechiha
2020-06-09 20:12:58 UTC
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Eine höhere Bandbreite erfordert eine höhere Datenrate, die wir alle kennen.Die Bandbreite bezieht sich auf einen Frequenzbereich und nicht nur auf eine einzelne Frequenz.Wenn Ihr drahtloses System beispielsweise mit 5,85 GHz bis 5,95 GHz arbeitet, steht eine Bandbreite von 100 MHz zur Verfügung.Wenn Ihr drahtloses Betriebssystem beispielsweise mit 2,4 GHz bis 2,45 GHz arbeitet, beträgt die verfügbare Bandbreite 50 MHz.Somit ist die Datenrate im ersteren Fall höher.

Ich erwähnte das frühere Band im Bereich von 5,85 GHz bis 5,95 GHz.Die Bandbreite ist die Differenz zwischen der höchsten Frequenz des Bandes und der niedrigsten Frequenz des Bandes.Wenn die Aufsichtsbehörden es uns erlauben, die vorhandene Bandbreite auf beispielsweise 150 MHz zu erweitern, beträgt unsere höchste Bandfrequenz jetzt 6 GHz.Somit ist die Bandbreite gestiegen und daher ist auch die Datenrate gestiegen

Immer wenn die höchste Frequenz des Bandes erhöht wird, erhöht sich die Bandbreite.

#9
  0
Mustafa YETİŞ
2020-06-10 10:43:11 UTC
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Um die Datenrate zu beschleunigen 1) Erhöhen Sie die Bandbreite 2) Erhöhen Sie die HF-Leistung 3) Datenkomprimierung verwenden 4) Verwenden Sie eine effektivere Modulation ...



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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