物理層系統帶寬的計算方法


2.電話系統的典型參數是信道帶寬為3000Hz,信噪比為30dB,則該系統的最大數據傳輸速率為(30Kbps  )。

信噪比=10log10(S/N)(dB)  香農公式 C=Wlog2(1+S/N)(b/s)

W為信道帶寬 S為信道所傳信號的平均功率N為信道內的高斯噪聲功率

3.對於某帶寬為4000Hz的低通信道,采用16種不同的物理狀態來表示數據。按照奈奎斯特定理,信道的最大傳輸速率是(32Kbps )

根據奈奎斯特定律,信道的極限速率(碼元速率)等於信道帶寬(低通信道)的2倍(理論狀態),理想低通信道的最高大碼元傳輸速率RB=2B (其中B是理想低通信道的帶寬)。解釋下碼元速率,信息速率。碼元速率RB即單位時間里傳送的碼元個數。單位(Baud)信息速率Rb是指單位時間里傳送的信息量。單位(bit/s,或bps),多進制的碼元速率和信息速率的關系 Rb=RB*log2 N(N為進制數,二進制是N為2,就是只能表示兩個電平,高和低)。可以看出,對於二進制的信號,碼元速率和信息速率在數值上是相等的。

4.若某通信鏈路的數據傳輸率為2400bps,采用4相位調制,則該鏈路的波特率為(1200波特 )

波特率:在信息傳輸通道中,攜帶數據信息的信號單元叫碼元,每秒鍾通過信道傳輸的碼元數稱為碼元傳輸速率,簡稱波特率。數據信號對載波的調制速率,它用單位時間內載波調制狀態改變的次數來表示(也就是每秒調制的符號數),其單位是波特(Baud,symbol/s)波特率是傳輸通道頻寬的指標。

數據傳輸速率:每秒鍾通過信道傳輸的信息量稱為位傳輸速率,也就是每秒鍾傳送的二進制位數,簡稱比特率。

波特率與比特率的關系為:比特率=波特率X單個調制狀態對應的二進制位數。
I=S*log2(N)
其中 I為傳信率, S為波特率, N為每個符號負載的信息量,以比特為單位。兩相調制(單個調制狀態對應1個二進制位)的比特率等於波特率;四相調制(單個調制狀態對應2個二進制位)的比特率為波特率的兩倍;八相調制(單個調制狀態對應3個二進制位)的比特率為波特率的三倍;依次類推。
5.兩個網段在物理層進行互聯時,要求(  數據傳輸率相同,數據鏈路層協議可不同 )。

桌面雲的網絡帶寬與用戶行為強相關,下面僅根據客戶業務需求、以及業務模型帶寬經驗值分析,給出帶寬需求分析如下:

根據上面的帶寬,可得出各種應用場景的帶寬要求。
OA辦公每用戶平均帶寬需求=(15kbps*20%(空閑)+150kbps*19%(互聯網瀏覽)+150kbps*40%(文檔編輯)+400kbps*20%(PPT/圖片瀏覽)+5000kbps*1%(視頻瀏覽))/70%(帶寬利用率)=316kbps。

在計算機網絡、IDC機房中,其寬帶速率的單位用bps(或b/s)表示;換算關系為:1Byte=8bit
   1B=8b        ---------- 1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)
    1KB=1024B    ---------- 1KB/s=1024B/s
    1MB=1024KB   ---------- 1MB/s=1024KB/s
    在實際上網應用中,下載軟件時常常看到諸如下載速度顯示為128KB(KB/s),103KB/s等等寬帶速率大小字樣,因為ISP提供的線路帶寬使用的單位是比特,而一般下載軟件顯示的是字節(1字節=8比特),所以要通過換算,才能得實際值。然而我們可以按照換算公式換算一下:
   128KB/s=128×8(Kb/s)=1024Kb/s=1Mb/s即:128KB/s=1Mb/s
    理論上:2M(即2Mb/s)寬帶理論速率是:256KB/s(即2048Kb/s),實際速率大約為80--200kB/s;(其原因是受用戶計算機性能、網絡設備質量、資源使用情況、網絡高峰期、網站服務能力、線路衰耗,信號衰減等多因素的影響而造成的)。4M(即4Mb/s)的寬帶理論速率是:512KB/s,實際速率大約為200---440kB/s。

 

第一步,理解LTE系統中數據的傳遞方式。
LTE系統中下行發射端的信號處理過程是:一個數字信號源(有效數據,即bit流)經過編碼加擾、速率適配后稱為復制信號;復制信號經過“比特到符號”的映射(基帶調制)成為頻域信號;頻域信號經過IFFT后由頻域信號變為時域信號,時域信號加上循環前綴,然后進行射頻調制,最后通過天線發射出來。整個LTE系統中傳遞的信號分為兩種形態:數字信號和模擬信號。空中傳遞的是模擬信號,模擬信號其實就是電磁波,電磁波是物理層(傳播媒介)的概念,無法直接衡量;我們可衡量的是上層的數據包——既幀。
第二步:理解LTE系統的幀結構。
幀的定義來源於OSI系統模型。OSI模型分為7層,即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層,每一層都定義了針對不同通信級別的協議;其中底層的1~4層關注的是原始數據的傳輸,而幀就是數據鏈路層的概念,用來管理和統計傳輸的數據。
LTE系統中,一個無線幀為10ms;一個無線幀包含10個子幀,每個子幀1ms。每個LTE子幀分為2slot(時隙),每個時隙包含7symbol(一個時隙中OFDM 符號個數取決於循環前綴長度和子載波間隔,普通循環前綴下一個時隙包含7symbol)。協議中,將每個時隙周期內占用的M個子載波和NOFDM符號組成稱為一個資源格。資源格的一個元素稱為資源單元(RE),物理意義是LTE系統中一個時隙內某個子載波上的一個調制符號。時域上的7個符號與頻域上的12個子載波確定的84RE定義為1RBRB是調度的最小單位;而RE是調制(QPSK16QAM64QAM)的最小單位。當LTE系統中采用64QAM調制時效率最高,為6bit/RE。另外,我們實際的調制效率還與碼率有關。
第三步,理解吞吐量的概念。計算吞吐量就是計算每秒可承載多少bit的數據。
我們只要知道了每秒的可用RE個數就可以計算系統速率了。考慮到不同MIMO模式下的碼字復用率不同,另外還有部分的系統開銷。因此小區物理層理論峰值速率(bit/s)為:
不同MIMO的碼字復用比率 × 不同帶寬對應的RB數量 × 12(頻域上每RB所有的子載波數) × 14(時域上每個子幀所有的符號數symbols)× [1-損耗(導頻損耗,信道占用損耗等)× 調制符號效率× 10001s內子幀數量)× rate1
 
說明:
  • 損耗包括:信道占用損耗和下行導頻損耗。其中信道占用損耗為:PDCCH的開銷,當下行子幀PDCCH僅占一個符號並且該PDCCH符號為下行子幀的第一個符號時PDCCH的開銷最小,一個下行子幀中占用的子載波數為8個,因此PDCCH的開銷為8/14*12= 1/21。用於PUSCH解調的RS, 一個Slot占用一個符81/7;而下行導頻損耗根據導頻損耗圖為:1天線發射時為4/84=1/21, 2天線發射時為2/21, 4天線發射時為12/84=1/7
  • 碼字復用率:MIMO 2×2的復用率為2MIMO 4×4的復用率為4MU-MIMO 復用率為2
  • 不同帶寬對應不同的RB
  • 調制符號效率:不同調制方式下QPSK,16QAM,64QAM的調制符號效率為:246
 
例子1:計算FDD LTE系統20M, 2*2 MIMO, 64QAMCode Rate1時,單小區下行物理層理論速率為:2 * 100*12 * 14 * (1  1/21  2/21) * 6 * 1000 = 172.8Mbps
 
例子2:計算FDD LTE系統20M, MU-MIMO, 64QAMCode Rate1時,單小區上行物理層理論速率為:2 * 96 * 12 * 14 * (1  1/7) * 6 * 1000 = 165.9Mbps
 
說明:
96的來由: 20M 帶寬包含100RB, 其中PUCCH占用2RB, 因此可用於PUSCH傳輸的為98RB,但由於MU-MIMO時受限於單個DSP最多只能處理32RB的約束,因而3DSP最多只能處理96RB
 

1.幀率:就是在1秒鍾時間里傳輸的圖片的幀數,也可以理解為圖形處理器每秒鍾能夠刷新幾次,通常用fps(Frames Per Second)表示。每一幀都是靜止的圖象,快速連續地顯示幀便形成了運動的假象。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫

 

2.比特率:是指每秒傳送的比特(bit)數。單位為bps(BitPerSecond),

 

比特率越高,傳送的數據越大。比特率表示經過編碼(壓縮)后的音、視頻數據每秒鍾需要用多少個比特來表示,而比特就是二進制里面最小的單位,要么是0,要么是1。比特率與音、視頻壓縮的關系,簡單的說就是比特率越高,音、視頻的質量就越好,但編碼后的文件就越大;假如比特率越少則情況恰好相反。2 N+ T4 h4 s( q. C' R8 m
3 R8 P. m( g( t' {
3.碼率(DataRate):是指視頻文件在單位時間內使用的數據流量,是視頻編碼中畫面質量控制中最重要的部分。同樣分辨率下,視頻文件的碼流越大,壓縮比就越小,畫面質量就越高。

 

(1)碼率計算公式

    碼率=采樣率 X 位深度 X 聲道

(2)文件大小

    文件大小=碼率 X 時長 注:此計算公式對未壓縮的wav格式文件有效,不適用於mp3等被壓縮的文件。

(3)幾點原則

    a. 碼率和質量成正比,但是文件體積也和碼率成正比。這是要牢記的;

    b. 碼率超過一定數值,對圖像的質量沒有多大影響;

    c. 如果是1M的寬帶,在網上只能看不超過1024kbps的視頻,超過1024kbps的視頻只能等視頻緩沖才能順利觀看。

 

4. 分辨率:影響圖像大小,與圖像大小成正比:分辨率越高,圖像越大;分辨率越低,圖像越小。


上行帶寬就是本地上傳信息到網絡上的帶寬。

上行速率是指用戶電腦向網絡發送信息時的數據傳輸速率,比如用FTP上傳文件到網上往,影響上傳速度的就是“上行速率”。

下行帶寬就是從網絡上下載信息的帶寬。

下行速率是指用戶電腦從網絡下載信息時的數據傳輸速率,比如從FTP服務器上文件下載到用戶電腦,影響下傳速度的就是“下行速率”。" n

二、傳輸帶寬計算:


比特率大小×攝像機的路數=網絡帶寬至少大小;/ W5 g' f7 C; K$ E  W

注:監控點的帶寬是要求上行的最小限度帶寬(監控點將視頻信息上傳到監控中心);

監控中心的帶寬是要求下行的最小限度帶寬(將監控點的視頻信息下載到監控中心);

 

例:電信2Mbps的ADSL寬帶,50米紅外攝像機理論上其上行帶寬是512kbps=64kb/s,其下行帶寬是2Mbps=256kb/。
 
例:監控分布在5個不同的地方,各地方的攝像機的路數:n=10(20路)1個監控中心,遠程監看及存儲視頻信息,存儲時間為30天。

 

不同視頻格式的帶寬及存儲空間大小計算如下: 
地方監控點:

  • aCIF視頻格式每路攝像頭的比特率為512Kbps,即每路攝像頭所需的數據傳輸帶寬為512Kbps,10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為:7 j/ y:
    512Kbps(視頻格式的比特率)×10(攝像機的路數)≈5120Kbps=5Mbps(上行帶寬)
    即:采用CIF視頻格式各地方監控所需的網絡上行帶寬至少為5Mbps;/[

  • D1視頻格式每路攝像頭的比特率為1.5Mbps,即每路攝像頭所需的數據傳輸帶寬為1.5Mbps,10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為:$ 1.5Mbps(視頻格式的比特率)×10(攝像機的路數)=15Mbps(上行帶寬)即:采用D1視頻格式各地方監控所需的網絡上行帶寬至少為15Mbps;

  • 720P(100萬像素)的視頻格式每路攝像頭的比特率為2Mbps,即每路攝像頭所需的數據傳輸帶寬為2Mbps,10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為:2Mbps(視頻格式的比特率)×10(攝像機的路數)=20Mbps(上行帶寬)  即:采用720P的視頻格式各地方監控所需的網絡上行帶寬至少為20Mbps;8 t8 I

     

  • 1080P(200萬像素)的視頻格式每路攝像頭的比特率為4Mbps,浙江監控批發網絡編碼板即每路攝像頭所需的數據傳輸帶寬為4Mbps,10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為:4Mbps(視頻格式的比特率)×10(攝像機的路數)=40Mbps(上行帶寬)3

    即:采用1080P的視頻格式各地方監控所需的網絡上行帶寬至少為40Mbps;)

監控中心:

  • CIF視頻格式的所需帶寬:
    512Kbps(視頻格式的比特率)×50(監控點的攝像機的總路數之和)=Kbps=25Mbps(下行帶寬)
    即:采用CIF視頻格式監控中心所需的網絡下行帶寬至少25Mbps5 ?

  • D1視頻格式的所需帶寬:
    1.5Mbps(視頻格式的比特率)×50(監控點的攝像機的總路數之和)=75Mbps(下行帶寬)
    即:采用D1視頻格式監控中心所需的網絡下行帶寬至少75Mbps

     

  • 720P(100萬像素)的視頻格式的所需帶寬:% l$ T: `. @; ]. r+ g
    2Mbps(視頻格式的比特率)×50(監控點的攝像機的總路數之和)=100Mbps(下行帶寬)8 
    即:采用720P的視頻格式監控中心所需的網絡下行帶寬至少100Mbps

  • 1080P(200萬像素)的視頻格式的所需帶寬:
    4Mbps(視頻格式的比特率)×50(監控點的攝像機的總路數之和)=200Mbps(下行帶寬)' 
    即:采用1080P的視頻格式監控中心所需的網絡下行帶寬至少200Mbps; \* 

     

     

     

三、存儲空間計算:https://blog.csdn.net/u012908515/article/details/54343180

監控系統視頻圖像存儲幾種的方式

技術上可能的如下幾種,但每家廠商並不完全一樣:

  • IPC本地可以存(插存儲卡);

  • 小規模方案前端嵌入式NVR內置硬盤可以存;

  • 大規模方案后端CVR存儲平台本地硬盤或者存儲管理服務器本地硬盤可以存;

  • 大規模方案后端存儲服務器可以掛載IPSAN、NAS、FCSAN、私有雲存儲;

     

 

存儲空間的大小 = 碼率×時間×監控點路數÷0.9(磁盤格式化的損失10%空間)

 

用公式表達為:

例如: 50路存儲30天的720P(100萬像素)視頻格式錄像信息的存儲空間所需大小為:

 

  384kb/s×3600×24×30×50×1.1 ≈ 46.348TB

 

              單個攝像機每天所需存儲容量一覽

 

    • 50路存儲30天的CIF視頻格式錄像信息的存儲空間所需大小為:
      64×3600×24×30×50÷0.9=8789.1GB≈9TB
      9 Y/ |' e. j; G  b. Q1 |1 @+ L4 F$ F

    • 50路存儲30天的D1視頻格式錄像信息的存儲空間所需大小為:( 
      192×3600×24×30×50÷0.9=.2GB≈26TB6 p  \7 T$ R5 c- k
      ! a- U1 D# T. P

    • 50路存儲30天的720P(100萬像素)視頻格式錄像信息的存儲空間所需大小為:(
      256×3600×24×30×50÷0.9=.3GB≈35TB

    • 50路存儲30天的1080P(200萬像素)視頻格式錄像信息的存儲空間所需大小為:
      512×3600×24×30×50÷0.9=.5GB≈69TB %


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