Vés al contingut

Eficiència espectral

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure

L'eficiència espectral, l'eficiència de l'espectre o l'eficiència de l'ample de banda es refereixen a la velocitat d'informació que es pot transmetre sobre un ample de banda determinat en un sistema de comunicació específic. És una mesura de l'eficàcia que s'utilitza un espectre de freqüències limitat pel protocol de capa física i, de vegades, pel control d'accés al mitjà (el protocol d'accés al canal).[1]

Eficiència espectral d'enllaç

[modifica]

L'eficiència espectral d'enllaç d'un sistema de comunicació digital es mesura en bit/s/Hz,[2] o, amb menys freqüència però sense ambigüitats, en (bit/s)/Hz. És la taxa de bits neta (taxa d'informació útil excloent els codis de correcció d'errors) o el rendiment màxim dividit per l'ample de banda en hertzs d'un canal de comunicació o d'un enllaç de dades. Alternativament, l'eficiència espectral es pot mesurar en bit/símbol, que és equivalent a bits per ús de canal (bpcu), la qual cosa implica que la taxa de bits neta es divideix per la velocitat de símbol (taxa de modulació) o la freqüència de pols del codi de línia.

L'eficiència espectral d'enllaç s'utilitza normalment per analitzar l'eficiència d'un mètode de modulació digital o codi de línia, de vegades en combinació amb un codi de correcció d'errors directes (FEC) i altres sobrecàrregues de la capa física. En aquest últim cas, un "bit" fa referència a un bit de dades d'usuari; Les despeses generals de FEC sempre estan excloses.

L'eficiència de modulació en bit/s és la taxa de bits bruta (incloent qualsevol codi de correcció d'errors) dividida per l'ample de banda.

Exemple 1 : una tècnica de transmissió que utilitza un quilohertz d'amplada de banda per transmetre 1.000 bits per segon té una eficiència de modulació d'1 (bit/s)/Hz.

Exemple 2 : un mòdem V.92 per a la xarxa telefònica pot transferir 56.000 bit/s aigües avall i 48.000 bit/s amunt a través d'una xarxa telefònica analògica. A causa del filtratge a la central telefònica, el rang de freqüències està limitat a entre 300 hertz i 3.400 hertz, corresponent a una amplada de banda de 3.400 − 300 = 3.100 hertz. L'eficiència espectral o eficiència de modulació és 56.000/3.100 = 18,1 (bit/s)/Hz aigües avall i 48.000/3.100 = 15,5 (bit/s)/Hz corrent amunt.

Un límit sfinserior per a l'eficiència de modulació assolible ve donat per la taxa de Nyquist o la llei de Hartley de la següent manera: Per a un alfabet de senyalització amb M símbols alternatius, cada símbol representa N = log ₂ M bits. N és l'eficiència de modulació mesurada en bit/símbol o bpcu . En el cas de transmissió de banda base (codificació de línia o modulació d'amplitud de pols) amb una amplada de banda de banda base (o freqüència de tall sfinserior) B, la velocitat de símbol no pot supserar els 2 símbols B /s per evitar interferències entre símbols.

Taula de comparació

[modifica]
Servei Estàndard Any,

sortda

Max. net bit rate

per portadora i canal, R (Mbit/s)

Ample de banda

per carrier, B (MHz)

Eficiència Espectral,

R/BK (bit/(s⋅Hz))

1G cellular NMT 450 modem 1981 0.0012 0.025 0.064
1G cellular AMPS modem 1983 0.0003[3] 0.030 0.0015
2G cellular GSM 1991 0.104 0.013 × 8 eslots = 0.104 0.200 0.2 0.17000 0.17[4] (el 1999)
2G cellular D-AMPS 1991 0.039 0.013 × 3 eslots = 0.039 0.030 0.45 0.45[4] (el 1999)
2.75G cellular CDMA2000 1× veu 2000 0.0096 0.0096 per trucada× 22 trucades 1.2288 0.172 (plena càrrega)
2.75G cellular GSM + EDGE 2003 0.384 (tip. 0.20) 0.2 0.33[4]
2.75G cellular IS-136HS + EDGE 0.384 (tip. 0.27) 0.200 0.45[4]
3G cellular WCDMA FDD 2001 0.384 5 0.51
3G cellular CDMA2000 1× PD 2002 0.153 1.2288 0.1720 (plena càrrega)
3G cellular CDMA2000 1×EV-DO Rev.A 2002 3.072 1.2288 1.3
Fixed WiMAX IEEE 802.16d 2004 96 20 1.2
3.5G cellular HSDPA 2007 21.1 5 4.22
4G MBWA iBurst HC-SDMA 2005 3.9 0.625 7.3
4G cellular LTE 2009 81.6 20 16.32
4G cellular LTE-Advanced 2013[5] 75 20 30
Wi-Fi IEEE 802.11a/g 2003 54 20 0.900
Wi-Fi IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) 2007 72.2 (fins a 150) 20 (fins a 40) 5.0 (4×4, 40 MHz)
Wi-Fi IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) 2012 433.3 (fins a 866.7) 80 (fins a 160) 14.4 (8×8, 160 MHz)
Wi-Fi IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) 2019 600.5 (fins a 1201) 80 (fins a 160) 20 (8×8, 160 MHz)
WiGig IEEE 802.11ad 2013 6756 2160 3
Trunked radio system TETRA, low FEC 1998 0.019 4 timeslots = 0.019 (0.029 without FEC)[6][7][8] 0.025 0.1
Trunked radio system TETRA II with TEDS, 64-QAM, 150 kHz, low FEC 2011 0.538 4 eslots = 0.538[6][7][8] 0.150 (escalable a 0.025)
Digital radio DAB 1995 0.576 a 1.152 1.712 0.07 a 0.13
Digital radio DAB with SFN 1995 0.576 a 1.152 1.712 0.34 a 0.67
Digital TV DVB-T 1997 31.67 (Tip. 24)[9] 8 0.57
Digital TV DVB-T with SFN 1996 31.67 (Tip. 24)[9] 8 4.0 (Tip. 3.0)
Digital TV DVB-T2 2009 45.5 (Tip. 40)[9] 8 0.81
Digital TV DVB-T2 with SFN 2009 45.5 (Tip. 40)[9] 8 5.7 (Tip. 5.0)
Digital TV DVB-S 1995 33.8 per 5.1 C/N (44.4 per 7.8 C/N)[10] 27.5 0.3 (0.4)
Digital TV DVB-S2 2005 46 per 5.1 C/N (58.8 per 7.8 C/N)[10] 30 (Tip.) 0.4 (0.5)
Digital TV ATSC with DTx 1996 32 19.39 3.23
Digital TV DVB-H 2007 5.5 a 11 8 0.14 a 0.28
Digital TV DVB-H with SFN 2007 5.5 a 11 8 0.68 a 1.4

Referències

[modifica]
  1. Guowang Miao, Jens Zander, Ki Won Sung, and Ben Slimane, Fundamentals of Mobile Data Networks, Cambridge University Press, ISBN 1107143217, 2016.
  2. Sergio Benedetto and Ezio Biglieri. Principles of Digital Transmission: With Wireless Applications (en anglès). Springer, 1999. ISBN 0-306-45753-9. 
  3. C. T. Bhunia, Information Technology Network And Internet, New Age International, 2006, page 26.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Anders Furuskär, Jonas Näslund and Håkan Olofsson (1999), "Edge—Enhanced data rates for GSM and TDMA/136 evolution", Ericsson Review no. 1
  5. «LTE-Advanced Archives - ExtremeTech».
  6. 6,0 6,1 «TETRA vs TETRA2-Basic difference between TETRA and TETRA2».
  7. 7,0 7,1 «Application notes».
  8. 8,0 8,1 «Brochure».[Enllaç no actiu]
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 «Fact sheet».
  10. 10,0 10,1 «Factsheet».