Jednym z bardzo skutecznych sposobów osiągnięcia wysokiej przepustowości w każdej sieci komunikacyjnej jest podział zasobów. W przypadku systemów radiokomunikacji ruchomej zasobami są kanały, lub w bardziej ogólnym znaczeniu – pasmo. W zależności od sposobu wykorzystania dostępnego widma, system można szeroko sklasyfikować na wąsko- i szerokopasmowy. Większość protokołów bezprzewodowych jest znana jako szerokopasmowe, ale wąskopasmowe również mają swoje miejsce, zwłaszcza w przypadku LPWAN. Przyjrzyjmy się kilku kluczowym różnicom między nimi.
Czym jest wąskie pasmo?
Narrowband odnosi się do komunikacji radiowej, której pasmo sygnału mieści się w paśmie koherencji kanału częstotliwości. Oznacza to, że szerokość pasma sygnału nie przekracza znacząco koherentnego pasma kanału częstotliwości. Systemy wąskopasmowe dzielą całkowite widmo częstotliwości na kilka kanałów wąskopasmowych.
Co to jest szerokopasmowość?
Szerokopasmowy odnosi się do komunikacji szerokopasmowej, która wykorzystuje stosunkowo szeroki zakres częstotliwości. Odnosi się do kanałów radiowych, których pasmo operacyjne może znacznie przekraczać pasmo koherencji kanału. W przeciwieństwie do architektury wąskopasmowej, w systemach szerokopasmowych całe widmo lub jego znaczna część jest dostępna dla wszystkich użytkowników.
Różnica między wąskopasmowym a szerokopasmowym
Definicja
– Wąskie pasmo odnosi się do komunikacji radiowej, która przenosi sygnały w wąskim paśmie częstotliwości. W komunikacji wąskopasmowej szerokość pasma sygnału jest znacznie mniejsza niż szerokość pasma koherentnego kanału, co oznacza, że szerokość pasma sygnału nie przekracza znacząco szerokości pasma koherentnego kanału. Szerokopasmowa natomiast odnosi się do szerszego kanału komunikacyjnego, który wykorzystuje stosunkowo szeroki zakres częstotliwości. W komunikacji szerokopasmowej szerokość pasma sygnału znacznie przekracza szerokość pasma koherentnego kanału.
Data Rate
– Mówiąc o wąskim paśmie, mamy na myśli sygnały, których szerokość pasma wynosi 100 kHz lub mniej, co jest zasadniczo zdeterminowane przez szybkość transmisji danych. Systemy wąskopasmowe mają zazwyczaj niższą prędkość transmisji danych, podczas gdy systemy szerokopasmowe obsługują transmisje o stosunkowo wyższej prędkości transmisji danych. Sygnały szerokopasmowe mają na ogół szerokość pasma większą niż 1 MHz. Większa szerokość pasma przekłada się na wyższą prędkość transmisji danych, pod względem nadawanych i odbieranych informacji o sygnale.
Architektura
– W architekturze wąskopasmowej całkowite widmo częstotliwości jest podzielone na tyle kanałów, na ile pozwala technologia. Każdy kanał składa się z zestawu dwóch częstotliwości nośnych wykorzystywanych do komunikacji dwukierunkowej: kanały zwrotne (częstotliwości dla uplink) i kanały zwrotne (częstotliwości dla downlink). W architekturze szerokopasmowej całe widmo częstotliwości jest dostępne lub znaczna jego część jest wykorzystywana przez każdą z nośnych. FDMA jest z natury architekturą wąskopasmową, podczas gdy CDMA jest szerokopasmowa.
Model zanikania
– Kanały wąskopasmowe są nazywane kanałami zanikającymi płasko, ponieważ zwykle przepuszczają wszystkie składowe widma z równym wzmocnieniem i fazą względem siebie. Sygnał wąskopasmowy będzie zanikał równomiernie, więc dodanie kolejnych częstotliwości nie przyniesie korzyści sygnałowi. Z kolei kanały szerokopasmowe są nazywane kanałami zanikającymi selektywnie lub kanałami zanikającymi selektywnie pod względem częstotliwości, ponieważ na różne części sygnału będą miały wpływ różne częstotliwości.
Zakłócenia
– W wąskim paśmie kanału prawdopodobieństwo nałożenia się sygnału zakłócającego jest stosunkowo mniejsze, ale jest to w dużym stopniu równoważone przez silniejszy wpływ zaniku selektywnego częstotliwości. Wąskopasmowe sygnały zakłócające mogą ponosić straty spowodowane selektywnym zanikaniem, a więc prawdopodobieństwo oddziaływania na inny system będzie mniejsze. W szerokim paśmie kanału prawdopodobieństwo zakłóceń od innych nadajników rośnie liniowo z szerokością pasma, ale sygnały te podlegają zanikowi selektywnemu częstotliwości, choć parametry zaniku są prawdopodobnie inne.
Moc sygnału
– W sygnałach wąskopasmowych ścieżki są sumowane wektorowo zgodnie z ich indywidualnymi fazami, a ta interakcja między ścieżkami z kolei zmniejsza znormalizowaną moc odbieraną. W rezultacie, w przypadku kanału wąskopasmowego potrzebna jest typowo niższa moc sygnału nadawczego. W sygnałach szerokopasmowych ścieżki dodają się algebraicznie, a odbierane ścieżki są izolowane przez właściwości korelacyjne sygnału. Zatem w kanałach szerokopasmowych potrzebna jest typowo większa moc sygnału nadawczego.
Aplikacje
– Systemy wąskopasmowe wymagają mniejszej mocy operacyjnej, co czyni je idealnymi dla aplikacji bezprzewodowych o krótszym zasięgu, zlokalizowanych na stałe, wymagających transmisji na mniejsze odległości, takich jak przenośne urządzenia mobilne, w tym urządzenia RFID i zdalne urządzenia do bezkluczykowego otwierania drzwi w samochodach. Wideband to technologia o niskiej mocy, posiadająca zdolność do przenikania przez ściany i inne fizyczne zakłócenia sygnałów radiowych. Aplikacje takie jak podłączone samochody, urządzenia IoT, komunikacja bezprzewodowa 5G, telefonia internetowa, wideokonferencje wymagają kanałów szerokopasmowych.
Podsumowanie
W skrócie, narrowband odnosi się do komunikacji radiowej, która przenosi sygnały w wąskim paśmie częstotliwości. Odnosi się do kanałów radiowych, których pasmo operacyjne nie przekracza pasma koherencji kanału. Systemy wąskopasmowe wymagają mniejszej mocy operacyjnej, co czyni je idealnymi do zastosowań bezprzewodowych o mniejszym zasięgu i w stałej lokalizacji. Szerokopasmowe natomiast odnoszą się do kanałów radiowych, których pasmo operacyjne może znacznie przekraczać pasmo koherencji kanału. Jedną z istotnych zalet wąskopasmowych w stosunku do szerokopasmowych jest mniejsze prawdopodobieństwo nałożenia się sygnału zakłócającego, podczas gdy w kanałach szerokopasmowych prawdopodobieństwo zakłóceń rośnie liniowo wraz z szerokością pasma.