3月2日 ESC CAN 比特率 波特率 带宽与容量 香农定理 奈奎斯特定理 信噪比

ESC

EPS就是英文ElectricPowerSteering的缩写
ESP,电子稳定系统(Electronic Stability Program,简称ESP).。ESC(Electronic Speed Controller)即车身电子稳定性控制系
在这里插入图片描述

CAN

CAN 频率最低要求:
要看你采样数字化后的位数啊, 这样看啊, 1mbps/10K=100b, 就是说每次采样的值小于100bit, 理论上就可以传输了, 但是要考虑封装的开销什么的. 也许还会小一些.

CAN速率1Mbps,考虑有别的设备,就算是一半带宽传数据,也有500kbps,约合60kbyte/s。
使用32位AD,2字节的时间戳,刚好6字节,频率为10kHz -> 数据速率60kbyte/s。
CAN通讯有扩展帧格式和标准帧格式,每帧报文中有帧头、仲裁域、数据域、CRC域等。
最坏情况使用扩展帧格式传输1字节的报文,32位AD需要四帧报文传输。每帧报文有(1+32+6+8+15+1+2+7)bits = 72bits
四帧报文共288bits,使用1Mbps速率100%带宽占用的情况下需要288us。
而10ksps(ksps,全称kilo Samples per Second ,即采样千次每秒,是转化速率的单位。)的采用周期是100us,所以即使使用1Mbps100%带宽占用也不可能发送出去。
当然,使用标准帧格式+每帧4字节的CAN帧报文传输需要80us,勉强够用(扩展帧是肯定不够用的)。

比特率(bit rate):描述的是数据

比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second),比特率越高,每秒传送数据就越多,画质就越清晰。

比特率指的是每秒传输比特数,又称数据信号速率,单位为比特/秒(bit/s或bps)、千比特/秒(kbit/s或kbps,k=1000)或兆比特/秒(Mbit/s或Mbps,M=1000000)。比特率越高,表示单位时间传送的数据就越多。
  比特率和波特率既有联系,又有区别。比特率描述的是数据,波特率描述的是信号。我们知道,数据是用信号来表示的。如果一个信号码元只能代表1比特,那么波特率和比特率是相等的。如果一个码元可以表示n个比特信息,那么比特率是波特率的n倍。

波特率(baud rate):描述的是信号

波特率指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,其单位为波特(Baud)。

波特率指的是信号每秒钟信号电平变化的次数,单位是Hz:比如一个信号在一秒钟内信号电平发生了365次变化,那么这个信号的波特率就是365Hz;

一般的,bit rate = buad rate × log2L

波特率有时候会同比特率混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息。因此信息传输速率即比特率在数值上和波特率有这样的关系:
I = S N I=SN

其中I为比特率,S为波特率,N为每个符号负载的信息量,以比特为单位。因此只有在每个符号只代表一个比特信息的情况下,例如基带二进制信号,波特率与比特率才在数值上相等,但是它们的意义并不相同。

我们可以假设一个信号只有两个电平状态,那么这个时候可以把低电平理解为“0”,高电平理解为“1”,这样每秒钟电平变化的次数也就是传输的0,1个数了,即比特率 = 波特率。

有些信号可能不止两个电平,比如一个四电平的信号状态,那么每个电平就可以被理解成“00”,“01”,“10”,“11”,这样每次电平变化就能传输两位的数据了,即比特率 = 2 × 波特率。

一般的,
b i t r a t e = b u a d r a t e × l o g 2 L bit rate = buad rate × log_2L
这里L=4就是信号电平状态的个数。

带宽(bandwidth)

一般信道都有一个最高的信号频率( = 1 频率=\frac{1}{周期} )(注意不是波特率哦,频率是指每秒钟的周期数,而每个周期都会有几次电平变化。。恩,看到区别了吧)和最低的信号频率,只有在这两个频率之间的信号才能通过这个信道,这两个频率的差值就叫做这个信道的带宽,单位是Hz。

信号带宽:

    一个信号所包含谐波的最高频率与最低频率之差,即该信号所拥有的频率范围,定义为该信号的带宽。
    譬如,一个由数个正弦波叠加成的方波信号,其最低频率分量是其基频,假定为f=2kHz,其最高频率分量是其7次谐波频率,即7f =7×2=14kHz,因此该信号带宽为7f - f =14-2=12kHz。

信道带宽则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,也就是限定了一个频率通带。

一个信号所包含谐波的最高频率与最低频率之差需要满足宽带的范围,才能较好传授

信道带宽

比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz,其带宽为13.5kHz,如果不考虑衰减、时延以及噪声等因素,通过此信道的该信号会毫不失真。

如果一个基频为1kHz的方波,通过该信道肯定失真会很严重;方波信号若基频为2kHz,但最高谐波频率为18kHz,带宽超出了信道带宽,其高次谐波会被信道滤除,通过该信道接收到的方波没有发送的质量好;

如果方波信号基频为500Hz,最高频率分量是11次谐波的频率为5.5kHz,其带宽只需要5kHz,远小于信道带宽,是否就能很好地通过该信道呢?其实,该信号在信道上传输时,基频被滤掉了,仅各次谐波能够通过,信号波形一定是不堪入目的。
在这里插入图片描述

3dB带宽

3dB带宽指幅值等于最大值的二分之根号二倍时对应的频带宽度

幅值的平方即为功率,平方后变为1/2倍,在对数坐标中就是-3dB的位置了,也就是半功率点了,对应的带宽就是功率在减少至其一半以前的频带宽度,表示在该带宽内集中了一半的功率。

一般来说,频谱密度是一个类似“拱形”的形状。在某个频点频谱密度最大(即拱形顶端)。两侧则逐渐减小。设频谱密度最大处的值为A,则3dB带宽就是频谱密度大于A/2的频带。

其实与其说叫“3dB带宽”不如叫“-3dB带宽”更容易理解,因为是以最大值的一半为衡量标准嘛。

损耗

滤波器是有损耗的(它不是放大器,所以,输出功率一定小于输入功率)。称为插入损耗。
这个损耗的大小是多少?
=20*log(Uo/Ui)
上式中,Uo是输出电压,Ui是输入电压,两者的比值取对数再乘以20,称为“分贝”,记作:dB。

若是用输出功率与输入功率比,就是下式:
损耗分贝数=10*log(Po/Pi)
Po是输出功率,Pi是输入功率。
两种方法的结果是一样的。
这个3分贝是多大呢?由log2=0.301,可知,这时的输出功率是输入功率的1/2;
而输出电压等于输入电压的0.7071倍(0.7071=2分之根号2)。

信道的容量

信道的容量又是怎么回事呢?我们知道数据在信道中传输会有他们的速度——比特率,这里面最高的比特率就叫做这个信道的容量,单位是bps

口语中也会把信道容量叫做“带宽”的,比如“带宽10M的网络”,“网络带宽是10M”等等。所以这两个概念也很容易混淆:我们平常所说的“带宽”不是带宽,而是信道容量。

奈奎斯特定理: Cmax=2×B×log2L

这里Cmax指的是信道的最大容量,B是信道的带宽,L还是信号电平状态个数 奈奎斯特定理适用的情况是无噪声信道,用来计算理论值。一根针掉在地上还有声音呢,没有噪声的信道在现实中是不存在的。那么有噪声的信道该如何计算呢?

香农定理出

Cmax=B×log2(1+(S/N))
S/N指的是信道的信噪比,但是我们一般测量出来的以db为单位的是经过10×log10(S/N)换算的,所以这里还要换算回来才行

信噪比

英文名称叫做SNR或S/N(SIGNAL-NOISE RATIO),又称为讯噪比。 是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。 这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号,噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号(或信息),并且该种信号并不随原信号的变化而变化。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

发布了66 篇原创文章 · 获赞 3 · 访问量 1万+

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/djfjkj52/article/details/104606313