我正在使用 DAC 传输 2 个不同的电压电平。高和低。在 1Gsps。没有载波或任何东西。这些只是穿过电线的原始 0 和 1 时间样本。
在我的 ADC 上,我也以 1Gsps 采样,我能够完全重建传输的信号。换句话说,我可以分辨出哪个样本是 0 级或 1 级。
这不违反奈奎斯特采样定理吗?我假设如果我以 1Gsps 传输,我的接收器需要以 2Gsps 采样。
我的理解哪里错了?
我正在使用 DAC 传输 2 个不同的电压电平。高和低。在 1Gsps。没有载波或任何东西。这些只是穿过电线的原始 0 和 1 时间样本。
在我的 ADC 上,我也以 1Gsps 采样,我能够完全重建传输的信号。换句话说,我可以分辨出哪个样本是 0 级或 1 级。
这不违反奈奎斯特采样定理吗?我假设如果我以 1Gsps 传输,我的接收器需要以 2Gsps 采样。
我的理解哪里错了?
这个问题比你想象的更复杂!
首先:你违反了奈奎斯特。但是,您将奈奎斯特定理用于某些事实并非如此。
奈奎斯特定理本质上说:
如果我们有一个带限模拟信号,我们可以通过以足够高的速率进行采样,以数字方式忠实地表示它(不会丢失任何信息)。
因此,首先,根据您提供给我们的信息,您的信号不受频带限制。一旦您意识到您在 DAC 之后绘制(理论)频谱,这应该变得显而易见:对,它是周期性的,周期为 1 GHz,即。采样率。周期意味着它无限期地持续下去,即它不受频带限制。
你没有说,所以(考虑到这不是你关于这个主题的第一个问题,所以我认为这意味着,)你在 DAC 之后没有抗镜像模拟滤波器。
因此,完全不可能以有限的速率正确采样。
然后:您实际上并不关心模拟信号,是吗?
你想要这些位。好消息:如果您的 ADC 采样率与您的 DAC 完全相同,那么所有图像都会混叠回一个,一切都会好起来的。
是的。理论上。
在实践中,这不会发生。首先,这是一个非常基本的事实,我必须定期向很多人解释,没有两个振荡器是完全相同的。您的系统需要为频率偏差留出一点余地。
然后,所有模拟通道都是频率相关的。这也可能意味着他们会让你发送的信号,从而以不同的方式“印”在所有这些频谱重复上,具体取决于有效载荷信号在频谱中的样子。更不用说你可以假设你的频道永远保持不变是相当罕见的。
然后,您还会遇到时序恢复的问题。当您的接收 ADC 恰好在两个发送符号之间的中间采样时,它有什么用?
所以,你可以这样做,但你至少需要定时恢复。还有一些 DAC 滤波(反镜像)。以及一些噪声和干扰限制 ADC 滤波(抗混叠)。当您使用它时,至少一个简单的均衡可能是一个好主意,如果它分解为 AGC。
基带 BPSK 信号(如果您愿意,您的信号是 BPSK + 偏移量)并不是新的。只是您通常会避免大量使用它们,除非您的走线控制得很好(即,您可以在 RAM 芯片和 CPU 之间的线路上轻松实现 1Gb/s,该线路通过适当的阻抗匹配和充足的 PCB 布线)屏蔽,但是在带有插头且长度未知的电缆上,您会非常避免使用它)。例如,使用具有许多不同状态(不仅仅是两个级别)但以 125 MHz 运行的信号来构建传输 1Gb/s 的千兆以太网要比在 / 上实现 4Gb/s 容易得多。用于光纤电缆的非方案接收器(实际上只是在接收光或不接收光的光电二极管之后的 DAC)。
因此:高速率数据要么通过基带中控制良好的通道(例如 PCB 走线、光纤网络、用于 SATA 和 10GBase 的双芯电缆)推送,要么调制到载波上并以这种方式传输,或者通过使用高速率降低符号率- 每符号位映射以限制带宽,然后在基带中传输(例如,1 Gb/s 以太网和 125 Mb)或两者都映射到更高阶星座并混合到载波上(数字电视、微波链路、LTE,基本上你知道的所有收音机都不是低速率的)。
是的,你违反了!但事实上不是奈奎斯特率:))
首先,奈奎斯特(香农)采样定理基于模拟信号的带宽,并指出您必须以两倍带宽的速率对信号进行采样。现在,你的信号带宽是多少?你必须先计算这个。
给定一个建模为 D/C 模块的 DAC(数模转换器);即,具有理想插值(镜像抑制)滤波器的理想信号重构器其截止频率为 DAC 采样率的一半,则 DAC 的输出以采样率给出每秒 G 个样本 (1 GHz) 将被限制为兆赫。
现在给定一个连续时间(模拟)带限基带信号带宽为MHz,所需的奈奎斯特采样率将是信号带宽的两倍,即GHz,或表示为每秒 G 个样本。
因此,原则上(理想情况下)使用具有相同采样频率的 DAC-ADC 通信对(不违反奈奎斯特)没有任何问题。当然,由于一些不理想的情况(请参阅@MarcusMüller 对这些的回答),您会发现实现它非常不切实际。无论如何,奈奎斯特没问题;-)
但是,您可能会将采样定理与 AWGN 信道的信道容量(信息率)混淆。因此,鉴于您的 DAC-ADC AWGN 通道系统的带宽为, 并给出中间线的 SNR;您的最大信息传输速率由香农-哈特利定律给出,该定律指出乙/秒...
假设 SNR 为分贝(约ADC 的位,具有 LSB 噪声的 DAC)这意味着原则上您应该能够达到比特每秒。这是关于Gbps。
如果您的 ADC 和 DAC 时钟是同步的,那么您在时钟同步信息通道中以远高于 1 nS 的分辨率发送信息。额外的信息侧通道相当于以更高的速率进行采样(同步抖动的倒数)。
如果您的 ADC 时钟不同步,则可能会丢失或加倍采样数据位,或者通过在两个 DAC 输出电压电平之间的转换中间进行采样而得到垃圾结果。例如,您最终可能会得到一个非零错误率,具体取决于时钟未对准、频率漂移、数据、任何编码以及通道和 DAC/ADC 滤波器响应。