Ancho de banda y relación señal-ruido de la fórmula de Shannon
La quinta generación de comunicaciones móviles es la última generación de tecnología de comunicaciones móviles. Los objetivos de rendimiento de 5G son aumentar las velocidades de datos, reducir la latencia, ahorrar energía, reducir costos, aumentar la capacidad del sistema y conectar dispositivos a gran escala.
En aplicaciones prácticas, la tecnología de la comunicación se basa en un teorema, que es el teorema de Shannon (en inglés: Shannon's Theorem, también conocido como teorema de codificación del canal de ruido). Entonces, ¿qué es la teoría de Shannon? ¿Qué papel juega en la teoría de la información?
Claude Elwood Shannon
Teorema de Shannon.
En teoría de la información, la teoría de Shannon (es decir, el teorema de codificación de canales ruidosos o límite de Shannon) determina que para cualquier grado dado de contaminación acústica en un canal de comunicación, datos discretos casi libres de errores (es decir, información digital ), hasta poder calcular la tarifa máxima en el canal. Este resultado fue propuesto por Claude Shannon en 1948. Parte de la base teórica se basa en los primeros trabajos e ideas de Harry Nyquist y Ralph Hartley.
En términos sencillos, en la teoría de la información, la teoría de Shannon señala que aunque el ruido interferirá con el canal de comunicación, los datos aún se pueden transmitir con una probabilidad de error arbitrariamente baja si la velocidad de transmisión de información es menor que la del canal. información de capacidad. Este sorprendente resultado, a veces denominado teorema fundamental del principio de información, fue propuesto por primera vez por Claude Elwood Shannon en 1948.
Capacidad del Canal (Channel Capacidad)
La capacidad de canal de un canal de comunicaciones (también conocido como límite de Shannon o capacidad de Shannon) es la cantidad de datos que se perderían si el enlace fueron sometidos a transmisión de datos aleatoria a un nivel de ruido específico Errores, la tasa máxima de datos sin errores que teóricamente se puede transmitir en el canal. Fue descrito por primera vez por Shannon (1948) y pronto publicado en el libro A Mathematical Theory of Communication de Shannon y Warren Weaver (1949). Esto estableció la disciplina moderna de la teoría de la información.
En resumen, la capacidad de un canal de comunicación (también llamado límite de Shannon) se refiere a la velocidad de transmisión máxima teórica del canal bajo el estándar de ruido especificado.
Figura 1 Capacidad del canal
Fórmula de Shannon (Fórmula de Shannon)
Un canal es un canal para transmitir información. La capacidad del canal describe la capacidad máxima del canal. para transmitir información sin errores, se puede utilizar para medir la calidad del canal. En 1948, Shannon dio la definición y el cálculo de la capacidad del canal en su famoso artículo "Principios matemáticos de la comunicación", es decir, la capacidad del canal es el límite superior de la información mutua entre la señal de entrada y la señal de salida. El cálculo de la capacidad del canal sigue la fórmula de Shannon, es decir, C=Blog2(1 S/N), que también se expresa como el número máximo de bits de información que el canal puede transmitir por segundo. donde b es el ancho de banda del canal, s es la potencia promedio de la señal transmitida y n es la potencia promedio de la señal de ruido o interferencia.
Por ejemplo, para un canal de ruido blanco gaussiano aditivo con una relación señal-ruido de S/N y un ancho de banda de B, la capacidad del canal es C=Blog2(1 S/N).
Necesita saber que C=Blog2(1 S/N) es la eficiencia espectral de la información de transmisión del canal, es decir, la cantidad de información que se puede transmitir dentro de una unidad de tiempo y ancho de banda. bits? Hz-1? s-1. Mejorar la relación señal-ruido puede aumentar la capacidad del canal, lo que se puede lograr suprimiendo el ruido o aumentando la potencia de transmisión. Si la relación señal-ruido es infinita, la capacidad del canal tiende al infinito. Sin embargo, como siempre hay ruido en el canal, la potencia del transmisor no puede ser infinita, por lo que esta situación no se produce. Aumentar el ancho de banda del canal también puede aumentar la capacidad del canal, pero este aumento no es infinito. Si la densidad espectral de potencia de ruido del canal es N0, la potencia de ruido N = BN0 también aumentará a medida que aumenta el ancho de banda b del canal. Recuerde que la potencia máxima de la señal es Es. Cuando el ancho de banda es infinito, el límite de la capacidad del canal es. :
Figura 2 Fórmula de cálculo de capacidad de canal ilimitada
Se puede ver que aumentar unilateralmente el ancho de banda no es una buena forma de aumentar la capacidad del canal.
La capacidad del canal es el límite teórico de la capacidad del canal para transmitir información.
En diversas tecnologías de comunicación actuales, el rendimiento real del canal puede ser mucho menor que este límite.
A través del ejemplo anterior, podemos saber que para obtener velocidades de red más rápidas, se debe mejorar el ancho de banda del canal y la relación señal-ruido; el primero se refiere al ancho de banda máximo que la señal puede efectivamente; pasa a través del canal, y este último es la señal La relación entre potencia y potencia de ruido. Con esta limitación, si desea aumentar la velocidad de la red, debe aumentar el ancho de banda del canal, mejorar la relación señal-ruido, o ambas cosas.
Aprendizaje de habilidades
Simplemente podemos comparar los canales de información con las vías urbanas. El flujo de tráfico por unidad de tiempo en esta vía está restringido por factores como el ancho de la vía y la velocidad del vehículo. Bajo estas restricciones, el volumen máximo de tráfico por unidad de tiempo se denomina valor límite.
Avance del próximo número: ¿Cuál es la diferencia entre Gigabit y 10 Gigabit? ¿Por qué hay una diferencia de gigabits?
Con el advenimiento de la era 5G, Gigabit y Gigabit están en pleno apogeo, entonces, ¿cómo elegir el cableado de corriente débil? Espere con ansias que "Deep Shark Know-It-All" responda sus preguntas.
Referencia
Salim Bhatti.Capacidad del canal. Redes de Comunicación de Datos y Sistemas Distribuidos D51-Comunicación y Redes Básicas. [2007-11-10]. (Contenido original archivado el 21 de agosto de 2007).
Jim Leslev. ¡La señal parece ruido! . Información y Medición, 2ª Edición. [10 de noviembre de 2007]. (Contenido original archivado el 28 de diciembre de 2016).
Thomas M. Gayjoy Thomas. Elementos de la teoría de la información. John Wiley & Sons, Nueva York. 2006.
Nuevos conocimientos de la Enciclopedia|Fórmula de Shannon y 5G. (El contenido original está archivado en el sitio web de la Comisión Central de Inspección Disciplinaria y de la Comisión Nacional de Fiscalización?, 28-12-2016).